| 【発明の名称】 |
くさび型シール |
| 【発明者】 |
【氏名】白田 明彦
【氏名】西勝 秀
|
| 【要約】 |
【課題】くさび型シールに関し、簡単な構成で、内外の差圧を利用し、シール性能を保つ。
【解決手段】装置側部材１０には穴１１が設けられ、円筒状部品１２が挿通されている。円筒状部品１２には段部１２ａ、周面１２ｂが形成され、１２ａ，１２ｂと穴１１の周囲との間にはリング状でテーパ部１ａを有するガスケット１が挿入され、その下部には同様にリング状でテーパ部２ａを有する摺動部材２が挿入され、テーパ部１ａと２ａとは当接している。摺動部材２は下部のスナップリング４とスプリング３で周囲が支持され、内部の圧力Ｐi と外部の圧力Ｐo （Ｐi ＞Ｐo ）の差圧ΔＰにより上方へ力Ｆで押され、テーパ部２ａを介してガスケット１を穴１１の周面へ押付ける。従ってわずかな差圧ΔＰにより内外のシールが保持される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 装置本体に設けられた穴に挿通された円筒状部品を有し、同円筒状部品の先端部には段部により小径部が形成され同小径部外周面と前記穴の内周面との間のシールであって、同段部に上面が当接し、外周面が前記穴の内周面と接すると共に、内周面が下方へ拡大するテーパ面を有する円環状のガスケットと、同ガスケットの前記テーパ面に外周テーパ面が摺動可能に当接し、内周面が前記円筒状部品の小径部外周面と摺動可能に接する円環状の摺動部材と、前記円筒状部品の小径部外周囲に取付けられ前記摺動部材の底面周囲を支持する支持手段とを具備してなることを特徴とするくさび型シール。
【請求項２】 装置本体に設けられた穴に挿通された円筒状部品を有し、同円筒状部品の先端部には段部により小径部が形成され同小径部外周面と前記穴の内周面との間のシールであって、同段部に下面が当接し、外周面が前記穴の内周面と接すると共に、内周面が上方へ拡大するテーパ面を有する円環状のガスケットと、同ガスケットの前記テーパ面に外周下部テーパ面が摺動可能に当接し、内周面が前記円筒状部品の小径部外周面と摺動可能に接する円環状の摺動部材とを具備してなることを特徴とするくさび型シール。
【請求項３】 前記装置本体が高圧蒸気タービンの車室内の蒸気入口用穴、前記円筒状部品が蒸気入口管であることを特徴とする請求項１記載のくさび型シール。
【請求項４】 前記装置本体が中圧蒸気タービンの車室内の冷却蒸気入口用穴、前記円筒状部品が冷却蒸気入口管であることを特徴とする請求項１記載のくさび型シール。
【請求項５】 前記装置本体が高中圧蒸気タービンの翼環に設けられた蒸気抽気用穴、前記円筒状部品が蒸気抽気管であることを特徴とする請求項２記載のくさび型シール。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はくさび型シールに関し、シール部内外の差圧を利用してくさび型のシールを変形させ、簡単な機構でシール性能を向上させるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来一般に使用されているシールは、スタックリング、ベルシール、ピストンリング、等があり、それぞれの構造に応じて利用されている。図８は従来のシールの概要を示す図であり、（ａ）はスタックリングの断面図、（ｂ）はベルシールの断面図、（ｃ）はピストンリングの斜視図である。（ａ）において、円筒状の部品８０が装置本体８１内に隙間８８を有して挿通されており、隙間８８の周囲には径の異なるリング８２，８３，８４，８５，８６，８７が上から順に部品８０に挿入されている。これらリングは互いに異なる材料からなり、熱膨張が異なり、互いに接することにより（Ｘ1 ）と（Ｘ2 ）との間をシールする構成である。（ｂ）はベルシールを示し、円筒状部材９０と機械装置１００の穴周囲との間でシールを構成するものである。円筒状部材９０の下端にはリング状のフランジ部材９２がネジで結合され、通路を形成している。フランジ部材９２の周囲には、水平リング状部分９３ａ，９３ｃ及び円筒状部分９３ｂとで一体成形されたシール部材９３が挿入され、シール部材９３の水平リング状部分９３ｃの周側面が機械装置１００の穴周囲壁面に接し、シール面１０１を構成している。シール面１０１はシール部材９３の（Ｙ2 ）側の圧力で円筒状部分９３ｂが機械装置１００側に押圧されることによりシール面１０１を保持している。又（ｃ）はピストンリング１１０であり、例えば円形のピストンの周囲に介装され、シリンダ内壁面との間でシールを構成するものである。これら各種シール装置はいずれもシール部からの洩れが多かったり、又、シールをする部材間の温度差や圧力差に影響されやすく、充分なシール性能を発揮するには改良が必要であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来のシール装置は、スタックリングにおいては、多数のリングを用いなければならず、温度差が小さいと、各リングの熱膨張差がなくなり充分な面圧が得られない。又、ベルシールでは、構造が複雑でスペースも大きく、差圧が小さいとシール部材のシール面に対する押付力が不足する。又、ピストンリングではリングに分割部分があるため、多数のリングを使用し、又、洩れ量が少量発生する。
【０００４】そこで本発明は簡単な機構で内外の差圧を効果的に利用し、一段のみの設置で従来シール装置よりも温度差や圧力差には影響されず、わずかな圧力差で作動して良好なシール性能を有するくさび型シールを提供することを課題としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解決するために次の（１）〜（５）の手段を提供する。
【０００６】（１）装置本体に設けられた穴に挿通された円筒状部品を有し、同円筒状部品の先端部には段部により小径部が形成され同小径部外周面と前記穴の内周面との間のシールであって、同段部に上面が当接し、外周面が前記穴の内周面と接すると共に、内周面が下方へ拡大するテーパ面を有する円環状のガスケットと、同ガスケットの前記テーパ面に外周テーパ面が摺動可能に当接し、内周面が前記円筒状部品の小径部外周面と摺動可能に接する円環状の摺動部材と、前記円筒状部品の小径部外周囲に取付けられ前記摺動部材の底面周囲を支持する支持手段とを具備してなることを特徴とするくさび型シール。
【０００７】（２）装置本体に設けられた穴に挿通された円筒状部品を有し、同円筒状部品の先端部には段部により小径部が形成され同小径部外周面と前記穴の内周面との間のシールであって、同段部に下面が当接し、外周面が前記穴の内周面と接すると共に、内周面が上方へ拡大するテーパ面を有する円環状のガスケットと、同ガスケットの前記テーパ面に外周下部テーパ面が摺動可能に当接し、内周面が前記円筒状部品の小径部外周面と摺動可能に接する円環状の摺動部材とを具備してなることを特徴とするくさび型シール。
【０００８】（３）前記装置本体が高圧蒸気タービンの車室内の蒸気入口用穴、前記円筒状部品が蒸気入口管であることを特徴とする（１）記載のくさび型シール。
【０００９】（４）前記装置本体が中圧蒸気タービンの車室内の冷却蒸気入口用穴、前記円筒状部品が冷却蒸気入口管であることを特徴とする（１）記載のくさび型シール。
【００１０】（５）前記装置本体が高中圧蒸気タービンの翼環に設けられた蒸気抽気用穴、前記円筒状部品が蒸気抽気管であることを特徴とする（２）記載のくさび型シール。
【００１１】本発明の（１）においては、円筒状部品内の圧力（Ｐi ）は装置本体側の外の圧力（Ｐo ）とはＰi ＞Ｐo であり、その差圧により摺動部材の底面が上方に押される。摺動部材は通常は支持手段により下部が支持されており、差圧により上方へ押されると、円筒状部品の外周面と摺動して上方へ移動し、外周テーパ面を介してガスケットを径方向外側に押圧する。摺動部材のテーパ面とガスケットのテーパ面とは摺動可能に接しているのでガスケットの内側は先端部がテーパ面で細くなる形状であるので、径方向外側に押されて変形し、装置本体の穴内周面と接し、シール面が保たれる。
【００１２】本発明の（２）においては、ガスケットと摺動部材とは、上記（１）の発明とは天地が逆に配置されており、摺動部材が上方に、その下方にガスケットが配置されている。ガスケットはその底面が段部と係合し、この段部で支持されているので、（１）の発明のような支持手段が不要となる。本発明の（２）においては、上方の摺動部材が差圧により下方へ押され、上記（１）の発明と同様にガスケットをテーパ面を介して径方向外側に押し、ガスケット外周面を変形させて穴内周面に押圧し、シール面を構成する。
【００１３】本発明の（３）は、高圧蒸気タービンの蒸気入口管の接合部へ、（４）は同じく中圧蒸気タービンの冷却蒸気入口管の接合部へ、（５）では高中圧蒸気タービンの蒸気抽気管の接合部へそれぞれくさび型シールを適用するので、車室外から車室内へ供給する供給管から車室内へ洩れる蒸気、車室内へ供給する冷却用蒸気の車室内供給途中からの洩れ、車室内から抽気して車室外へ導く蒸気の車室内途中の洩れ、がそれぞれ管と穴との接続部において確実にシールされ、洩れを防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係るくさび型シールの断面図である。図において、本実施の第１形態におけるくさび型シールは、装置側部材１０には円形の穴１１が形成され、穴１１に円筒状部品１２が挿入され、固定される場合に、両者間の隙間の内外をシールするために使用されるものである。又、後述するように装置側部材１０の具体例としては、蒸気タービンの車室内の構造、円筒状部品１２としては蒸気入口管や抽気管等がある。
【００１５】図１において、１はリング状のガスケットで材料は銅（Ｃ１１００Ｐ）からなり、表面は銀化合物等のやわらかな材料からなるコーティングが施され、密着性を良好としてシール性能を向上するようにしてある。又、ガスケット１は内側にテーパ部１ａを有した形状で、上面が円筒状部品１２の外側の段部１２ａに接し、外周面１ｂは初期隙間ｔを保持するように穴１１に組み込まれている。この初期隙間ｔは、０．０２mm程度に設定し、又、穴１１の周囲はわずかに下方へ向かって拡大するテーパを設けて加工され、ガスケット１の組み込み、抜き出しが容易となるようにすることが好ましい。
【００１６】２は摺動部材であり、リング形状であってガスケット１と同種の材料か、又は円筒状部品と同種の材料で製造される。摺動部材２は外側の上端部にはテーパ部２ａが設けられ、このテーパ部２ａはガスケット１のテーパ部１ａと摺動可能に接している。摺動部材２の内周面は円筒状部品１２の段部１２ａで形成される小径部外周面に摺動可能に接して挿通されている。
【００１７】３はスプリング、４はスナップリングであり、スナップリング４は円筒状部品１２の外周囲に加工された溝部に挿入されるリング状の部材である。スプリング３はスナップリング４と摺動部材２底面との間に介装されて摺動部材２底面を支持すると共に、摺動部材２のテーパ部２ａとガスケット１のテーパ部１ａとを接するように押圧するものである。従って、スプリング３は全周囲に配置され、摺動部材２底面全周囲を均一に押圧することが好ましい。なお、装置側部材１０の穴周囲壁面及び円筒状部品１２の段部１２ａで形成される小径部周囲側壁面はガスケット１と同じく銀化合物からなるやわらかな材料からなるコーティングを施すと密着性が良好となり、シール性能が向上する。
【００１８】上記構成の実施の第１形態において、装置側部材１０の外側圧力Ｐo と内側圧力Ｐi とにはＰi ＞Ｐo の関係があり、その差圧により摺動部材２の下面は力Ｆで上方に押され、上方へ摺動し、テーパ部２ａがガスケット１ａの面を力Ｆ1 で押圧する。この押圧力Ｆ1 により、ガスケット１は、先端部分が押されて変形し、初期隙間ｔの状態から穴１１の周側面に押されて密着し、シール面が構成される。
【００１９】上記のシール装置の具体的な寸法を蒸気タービンに適用した場合について説明すると、円筒状部品１２が蒸気入口管で、段部１２ａで形成される小径部の外径が約１００mm、外側のＰo が作用する隙間が約１０mm程度の隙間があり、円筒状部品１２の内側には３００℃程度の高温蒸気が通過しＰi −Ｐo の差圧は２０ｋｇ／cm2 程度となっている。この程度の差圧があれば本実施の第１形態におけるくさび型シールは充分にシール性能を発揮するものである。
【００２０】図２は本発明の実施の第１形態に係るくさび型シールの変形側を示す断面図であり、図１と異なる部分はガスケット２１の部分であり、ガスケット２１は段部１２ａには接するが、小径部周面とは接することなく、隙間Ｌを形成し、段部１２ａに接するのみとし、摺動部材２のテーパ部２ａと、テーパ部２１ａとを摺動自在に接触させるような形成としたものである。その他の構成は図１の構造と同じである。このような構成のくさび型シールとしても、図１と同様のシール性能が得られるものである。
【００２１】図３は本発明の実施の第２形態に係るくさび型シールの断面図である。本実施の第２形態においては、装置側部材１０、その穴１１、円筒状部品１２は図１に示す構造と同じであるが、その配置は天地が逆となっている。このような構成では上部の内圧Ｐi が外側の圧力Ｐo よりも大きいので、その差圧は摺動部材２に対し、下方、即ち重力方向に作用する。従って、図１の構成のスプリング３、スナップリング４が不要となり、その分構造が簡単になる。このような適用例においても、図１と同様のシール性能が得られる。
【００２２】次に本発明のくさび型シールの具体的な適用例について説明する。図４は高圧蒸気タービンの断面図であり、高圧蒸気タービン３０は外側全体を覆う車室３１、車室内側の内車室３２、中心部のロータ３３、ロータ３３周囲に取付けられた動翼３４、内車室の翼環側に動翼３４と軸方向で交互に配列して取付けられた静翼３５から構成されている。車室３１の中央部周囲には蒸気を内部へ導く蒸気入口管３６が複数個取付けられており、内車室３２の内側入口管３７の入口に端部が挿入され、蒸気導入通路を構成している。
【００２３】上記の構成で、蒸気１００は蒸気入口管３６から内側入口管３７を通り、左右に分かれて左右のノズル３８より、それぞれ動翼３４、静翼３５が配列する通路へそれぞれ流れ、ロータ３３を回転させて出口管より車室３１外へ流出し、復水器へ導かれる。本発明のくさび型シールは、蒸気入口管３６と内側入口管３７との接続部Ａに適用され、蒸気入口管３６の接続端周囲から高圧の蒸気が車室内へ洩れるのを防止するものである。その詳細な構造は後述する図７（ａ）に示す。
【００２４】図５は本発明のくさび型シールの具体的適用の他の例であり、高中圧蒸気タービンに適用した例である。高中圧蒸気タービン４０は、高圧タービン部４０ａと中圧タービン部４０ｂとで構成され、ロータ４５が共通に配置され、ロータ４５の周囲には、それぞれ中圧、高圧タービン部４０ａ，４０ｂの両側で動翼４３が取付けられ、動翼４３とは軸方向で交互に配列するように静翼４４が翼環４２に取付けられている。高，中圧タービン部４０ａ，４０ｂ全体は車室４１で覆われており、高圧，中圧タービン部４０ａ，４０ｂの中間部には主蒸気入口管４６が取付けられ、高圧タービン部４０ａ側には蒸気抽気管４７が、中圧タービン部４０ｂには再熱蒸気の蒸気入口管４９、蒸気出口管５０がそれぞれ設けられている。
【００２５】上記構成の高中圧蒸気タービンにおいて、主蒸気１０１は主蒸気入口管４６から車室内へ入り、ノズル５１から１０１ａのように高圧タービン部４０ａに流入し、膨張することによりロータ４５を回転させ、１０１ｂのように流出し、図示省略の出口から再熱器へと導かれる。又、高圧タービン部４０ａの通路の途中からは、１０１ｃのように蒸気を一部抽気し、蒸気抽気管４７より流出する。
【００２６】一方、中圧タービン部４０ｂにおいては、再熱器から導かれた蒸気が再熱蒸気入口管４９より導かれ、中圧タービン部４０ｂを通り、１０２ａのように流れて同様にロータ４５へ回転力を与え、蒸気出口管５０より流出する。本発明のくさび型シールは、このような構成の高中圧蒸気タービン４０の蒸気抽気管４７の端部が挿入される翼環抽気口４８との接続部Ｂにも適用され、翼環抽気口４８の接続部周囲から抽気する高圧蒸気が車室内へ洩れるのを防止することができる。その詳細な構成は後述する図７（ｂ）に示す。
【００２７】図６は本発明のくさび型シールの具体的応用例の更に別の例であり、中圧蒸気タービンの冷却用蒸気の入口管接続部に適用したものである。図において、中圧蒸気タービン６０は外側全体を覆う車室６１、車室６１内側の内車室６２、中心部のロータ６３、ロータ６３周囲に取付けられた動翼６４、内車室６１及び車室６１に連結の翼環側に取付けられ動翼６４と軸方向で交互に配列した静翼６５から構成されている。又、車室６１の中央部周囲には蒸気を内部へ導く蒸気入口管６６が複数個取付けられている。
【００２８】更に、冷却蒸気入口管６７が車室６１に挿入され、その端部は内車室冷却蒸気入口６８に挿入され、内車室冷却蒸気入口６８からはロータ６３周辺まで蒸気管７０が伸び、その端部は内側冷却蒸気入口６９に挿入されている。
【００２９】上記構成で、蒸気は蒸気入口管６６から車室６１内へ流入し、内車室６２内へ入り、図４で説明したように左右に分かれてそれぞれ動翼６４、静翼６５で構成されるタービン部を流れ、ロータ６３に回転力を与えて出口管より車室外へ流出し、復水器へ導かれる。又、冷却用の蒸気は冷却蒸気入口管６７から内車室冷却蒸気入口６８へ入り、蒸気管７０を通り、内側冷却蒸気入口６９へ流れ、ロータ周囲を冷却している。本発明のくさび型シールは、このような構成の中圧蒸気タービンの冷却蒸気入口管６７と内車室冷却蒸気入口６８との接続部Ｃ、及びその内側の蒸気管７０と内側冷却蒸気入口６９との接続部Ｄにも適用され、冷却蒸気がこれら接続部から車室内へ洩れるのを防止することができるものである。その詳細な構成は後述する図７（ｃ）に示す。
【００３０】図７は上記に説明した図４，図５，図６に適用した本発明のくさび型シールの取付部詳細図であり、（ａ）は図４、（ｂ）は図５、（ｃ）は図６の各接続部の詳細図である。まず、（ａ）は図４のＡ部詳細図である。図において、車室３１には蒸気入口管３６が取付けられ、蒸気入口管３６の端部には、径方向へ段部３６ａ、周面３６ｂが形成され、この３６ａ，３６ｂと内側入口管３７内周面との間に図１で示す構成のくさび型シール５が挿入されている。このようなくさび型シール５により、流入する蒸気側の圧力（Ｐi ）と車室内圧力（Ｐo ）との差圧で内側入口管３７内周面にくさび型シール５が押圧されてシールが構成されている。
【００３１】図７（ｂ）は図５のＢ部詳細図である。図において、翼環抽気口４８には蒸気抽気管４７の先端部が挿入されており、蒸気抽気管４７には水平面の段部４７ａと周面４７ｂが形成され、この段状の面４７ａ，４７ｂと翼環抽気口４８の内周面との間に図３で示すくさび型シール５ａが挿入されている。このようなくさび型シール５ａにより、流出する抽気蒸気の圧力（Ｐi ）と車室内圧力（Ｐo ）との差圧で翼環抽気口の周囲壁面にくさび型シール５ａが押圧されてシールが構成されている。
【００３２】図７（ｃ）は図６のＣ部詳細図であり、内車室冷却蒸気入口６８には冷却蒸気入口管６７先端部が挿入されており、冷却蒸気入口管６７には水平段部６７ａと周面６７ｂが形成され、この段状の面６７ａ，６７ｂと内車室冷却蒸気入口６８の内周面との間にくさび型シール５が挿入されている。このようなくさび型シール５により、流入する蒸気側の圧力（Ｐi ）と車室内圧力（Ｐo ）との差圧で内車室冷却蒸気入口６８内周面にくさび型シール５が押圧されてシールが構成される。なお、図６のＤ部詳細はＣ部詳細と同様な構成であるので詳細な図は省略する。
【００３３】以上説明の実施の第１，第２のくさび型シールによれば、従来のスタックリングやベルシールに比べて簡単な機構で構成され、温度差を必要とせずに内外の比較的小さな差圧により作動し、又、ピストンリングのような洩れもなく、良好なシール性能が得られるので、蒸気タービンの蒸気入口管、冷却蒸気の入口管、蒸気抽気管の各接続部に適用されることができる。なお、本発明の図４〜図６に示す応用例では、蒸気タービンの例で説明したが、本発明はこれに限定されず、ガスタービンの空気系統の接続部はもちろん、その他の圧差が利用できる装置側部材１０と円筒状部品１２からなるすべての装置に適用され、良好なシール効果を奏するものである。
【００３４】
【発明の効果】本発明のくさび型シールは、（１）装置本体に設けられた穴に挿通された円筒状部品を有し、同円筒状部品の先端部には段部により小径部が形成され同小径部外周面と前記穴の内周面との間のシールであって、同段部に上面が当接し、外周面が前記穴の内周面と接すると共に、内周面が下方へ拡大するテーパ面を有する円環状のガスケットと、同ガスケットの前記テーパ面に外周テーパ面が摺動可能に当接し、内周面が前記円筒状部品の小径部外周面と摺動可能に接する円環状の摺動部材と、前記円筒状部品の小径部外周囲に取付けられ前記摺動部材の底面周囲を支持する支持手段とからなることを特徴としている。このような構成により、簡単な構成で内外の差圧を利用するだけで摺動部材でガスケットを変形させて良好なシール効果が得られる。
【００３５】本発明の（２）は、装置本体に設けられた穴に挿通された円筒状部品を有し、同円筒状部品の先端部には段部により小径部が形成され同小径部外周面と前記穴の内周面との間のシールであって、同段部に下面が当接し、外周面が前記穴の内周面と接すると共に、内周面が上方へ拡大するテーパ面を有する円環状のガスケットと、同ガスケットの前記テーパ面に外周下部テーパ面が摺動可能に当接し、内周面が前記円筒状部品の小径部外周面と摺動可能に接する円環状の摺動部材とからなることを特徴としている。
【００３６】このような本発明の（２）は、ガスケットと摺動部材とは、上記（１）の発明とは天地が逆に配置されており、摺動部材が上方に、その下方にガスケットが配置されている。ガスケットはその底面が段部と係合し、この段部で支持されているので、（１）の発明のような支持手段が不要となる。本発明の（２）においては、上方の摺動部材が差圧により下方へ押され、上記（１）の発明と同様にガスケットをテーパ面を介して径方向外側に押し、ガスケット外周面を変形させて穴内周面に押圧し、良好なシール面を構成することができる。
【００３７】本発明の（３）は、高圧蒸気タービンの蒸気入口管の接合部へ、（４）は同じく中圧蒸気タービンの冷却蒸気入口管の接合部へ、（５）では高中圧蒸気タービンの蒸気抽気管の接合部へそれぞれくさび型シールを適用するので、車室外から車室内へ供給する供給管から車室内へ洩れる蒸気、車室内へ供給する冷却用蒸気の車室内供給途中からの洩れ、車室内から抽気して車室外へ導く蒸気の車室内途中の洩れ、がそれぞれ管と穴との接続部において確実にシールされ、洩れを防止することができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１２年１月１３日（２０００．１．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６９２４６
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 新 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−２００９３８（Ｐ２００１−２００９３８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月２７日（２００１．７．２７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−４５６１（Ｐ２０００−４５６１） |
|