JPH0315069B2 - - Google Patents
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- JPH0315069B2 JPH0315069B2 JP56182951A JP18295181A JPH0315069B2 JP H0315069 B2 JPH0315069 B2 JP H0315069B2 JP 56182951 A JP56182951 A JP 56182951A JP 18295181 A JP18295181 A JP 18295181A JP H0315069 B2 JPH0315069 B2 JP H0315069B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- seal ring
- flange joint
- casing
- ring
- annular space
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L23/00—Flanged joints
- F16L23/16—Flanged joints characterised by the sealing means
- F16L23/18—Flanged joints characterised by the sealing means the sealing means being rings
- F16L23/20—Flanged joints characterised by the sealing means the sealing means being rings made exclusively of metal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
- F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
- F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
- F16J15/0887—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing the sealing effect being obtained by elastic deformation of the packing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
- Y10S277/931—Seal including temperature responsive feature
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Gasket Seals (AREA)
- Flanged Joints, Insulating Joints, And Other Joints (AREA)
- Joints With Pressure Members (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、フランジ継手に係り、特にガスター
ビンエンジンのためのフランジ継手に係る。
ビンエンジンのためのフランジ継手に係る。
［従来の技術］
作動流体のための通路はしばしば軸線方向に長
い二つの部分を互いにフランジ継手により結合し
て形成される。フランジ継手は、ともすると作動
流体が外側の圧力よりも高い圧力を有したり或い
は外側の圧力よりも低い圧力を有するような場合
に漏洩の通路を形成してしまう場合がある。この
ような漏洩の通路は多くの場合フランジの不均一
な加熱若しくは冷却或いはフランジ内に於ける不
均一な熱の勾配等によりフランジが歪み、その寸
法が狂うことにより発生する。従つてそのような
漏洩を防止するようなシールをフランジ間に用い
ることが好ましい。このようなシールを用いたフ
ランジ継手の例が米国特許第3520544号により公
知となつている。このシールはＹシールリングと
呼ばれ、Ｙ字形の横断面形状を有している。この
シールリングは二つの部材間に取付けられ、線接
触が形成されるまで圧縮変形されるように高い圧
縮力を受ける。同様のシールが米国特許第
3857572号及び同第3758123号明細書によりそれぞ
れＥシールリング及びΩシールとして公知となつ
ている。ＥシールリングはＥ字形の横断面形状を
有し、ΩシールはやはりΩ字形の横断面形状を有
している。更に別のシールの例としては、文字Ｃ
のような横断面形状を有するものがあり、Ｃシー
ルと呼ばれている。この種のシールは多くの技術
分野に於て用いられている。又文字Ｖのような横
断面形状を有するシールも米国特許第3971566号
明細書に示されている。
い二つの部分を互いにフランジ継手により結合し
て形成される。フランジ継手は、ともすると作動
流体が外側の圧力よりも高い圧力を有したり或い
は外側の圧力よりも低い圧力を有するような場合
に漏洩の通路を形成してしまう場合がある。この
ような漏洩の通路は多くの場合フランジの不均一
な加熱若しくは冷却或いはフランジ内に於ける不
均一な熱の勾配等によりフランジが歪み、その寸
法が狂うことにより発生する。従つてそのような
漏洩を防止するようなシールをフランジ間に用い
ることが好ましい。このようなシールを用いたフ
ランジ継手の例が米国特許第3520544号により公
知となつている。このシールはＹシールリングと
呼ばれ、Ｙ字形の横断面形状を有している。この
シールリングは二つの部材間に取付けられ、線接
触が形成されるまで圧縮変形されるように高い圧
縮力を受ける。同様のシールが米国特許第
3857572号及び同第3758123号明細書によりそれぞ
れＥシールリング及びΩシールとして公知となつ
ている。ＥシールリングはＥ字形の横断面形状を
有し、ΩシールはやはりΩ字形の横断面形状を有
している。更に別のシールの例としては、文字Ｃ
のような横断面形状を有するものがあり、Ｃシー
ルと呼ばれている。この種のシールは多くの技術
分野に於て用いられている。又文字Ｖのような横
断面形状を有するシールも米国特許第3971566号
明細書に示されている。
［発明が解決しようとする課題］
一般に航空機エンジンに用いられるシールリン
グは他の技術分野に於ても利用し得るが、他の技
術分野に於て用いられているシールリングは必ず
しも航空機エンジンのために利用することができ
ない。例えば、上記の米国特許第3971566号明細
書に示されているような半径方向幅にほぼ等しい
軸線方向幅を有するような横断面形状のシールリ
ングは、より小さな軸線方向幅を有するシールリ
ングよりも大きな溝を必要とする。大きなシール
リングは大きなフランジを必要とする。フランジ
の寸法が大きくなるに従いその重量が増す。この
ように軸線方向幅が大きいシールは航空機エンジ
ンのフランジのためには不適当である。何故な
ら、重量の増加は航空機を駆動するためのエンジ
ンのエネルギ消費の増大を意味するからである。
グは他の技術分野に於ても利用し得るが、他の技
術分野に於て用いられているシールリングは必ず
しも航空機エンジンのために利用することができ
ない。例えば、上記の米国特許第3971566号明細
書に示されているような半径方向幅にほぼ等しい
軸線方向幅を有するような横断面形状のシールリ
ングは、より小さな軸線方向幅を有するシールリ
ングよりも大きな溝を必要とする。大きなシール
リングは大きなフランジを必要とする。フランジ
の寸法が大きくなるに従いその重量が増す。この
ように軸線方向幅が大きいシールは航空機エンジ
ンのフランジのためには不適当である。何故な
ら、重量の増加は航空機を駆動するためのエンジ
ンのエネルギ消費の増大を意味するからである。
シールリングを航空機エンジンに利用するに際
してもう一つの制約がある。航空機エンジンに於
ては、作動流体と外気との圧力差が時間と共に大
きく変化する。従つて、シールリングは、それに
加わる圧力差が最も大きいようなエンジンの作動
条件下に於て最も大きなシール力を発揮するもの
であるのが好ましい。
してもう一つの制約がある。航空機エンジンに於
ては、作動流体と外気との圧力差が時間と共に大
きく変化する。従つて、シールリングは、それに
加わる圧力差が最も大きいようなエンジンの作動
条件下に於て最も大きなシール力を発揮するもの
であるのが好ましい。
［課題を解決するための手段］
本発明は、航空機エンジンに於けるフランジ継
手のシールに要求される上記の如き条件に鑑み、
この点に於て改良された性能を有するフランジ継
手を提供することを目的としている。
手のシールに要求される上記の如き条件に鑑み、
この点に於て改良された性能を有するフランジ継
手を提供することを目的としている。
かかる目的は、本発明によれば、二つの環状の
ケーシング構造体の突合せ端部を継合せるフラン
ジ継手にして、 前記ケーシング構造体はその各々に設けられた
環状の溝によつて当該両ケーシング構造体間に半
径方向外方へ向つて互いに次第に近付く二つの側
壁を有する環状空間を形成しており、前記環状空
間内に配置された可撓性のシールリングを有し、
前記シールリングはその横断面で見て半径方向外
方の先端部より半径方向内方へ向つて互いに次第
に隔たる二つの脚部を有し、該脚部にて前記環状
空間の側壁に接するよう構成されており、前記シ
ールリングに於けるその中心軸線からその前記脚
部までの半径距離をR0とし、前記脚部の半径方
向幅をＬとし、前記脚部間の軸線方向幅をbuと
すると、R0／Ｌは75〜170の値であり、Ｌ／buは
1.5〜3.5であることを特徴とするフランジ継手に
よつて達成される。
ケーシング構造体の突合せ端部を継合せるフラン
ジ継手にして、 前記ケーシング構造体はその各々に設けられた
環状の溝によつて当該両ケーシング構造体間に半
径方向外方へ向つて互いに次第に近付く二つの側
壁を有する環状空間を形成しており、前記環状空
間内に配置された可撓性のシールリングを有し、
前記シールリングはその横断面で見て半径方向外
方の先端部より半径方向内方へ向つて互いに次第
に隔たる二つの脚部を有し、該脚部にて前記環状
空間の側壁に接するよう構成されており、前記シ
ールリングに於けるその中心軸線からその前記脚
部までの半径距離をR0とし、前記脚部の半径方
向幅をＬとし、前記脚部間の軸線方向幅をbuと
すると、R0／Ｌは75〜170の値であり、Ｌ／buは
1.5〜3.5であることを特徴とするフランジ継手に
よつて達成される。
［発明の作用及び効果］
上記の如くシールリングがその横断面で見て半
径方向外方の先端部より半径方向内方へ互に次第
に隔たる二つの脚部を有し、該脚部にて同じく横
断面で見て半径方向外方へ向けて次第に近付く二
つの側壁を有するようケーシング構造体に設けら
れた環状空間の該側壁に接するように構成され、
シールリングの脚部の半径方向幅Ｌに対するシー
ルリングの中心軸線から脚部までの半径距離R0
の比R0／Ｌが75〜170の範囲に選定され、又シー
ルリングの軸線方向幅buに対する脚部の半径方
向幅Ｌの比Ｌ／buが1.5〜3.5の範囲に選定される
ことにより、ケーシング構造体とシールリングの
間に得られる温度差に基きシールリングが環状空
間の側壁に対し半径方向外方へ相対的に熱膨張変
位することにより得られるシール力増大効果を大
きくすると同時にシールリングの軸線方向幅を小
さくしてケーシング構造体のフランジ継手部の寸
法を低減し、特に本フランジ継手が航空機エンジ
ンのケーシングに適用される場合にエンジンの重
量軽減を図ることができ、又シールリングにロー
ル運動が生ずることを回避してフランジ継手に於
けるシールリングの組付け作業の確実性と能率化
を図ることができる。
径方向外方の先端部より半径方向内方へ互に次第
に隔たる二つの脚部を有し、該脚部にて同じく横
断面で見て半径方向外方へ向けて次第に近付く二
つの側壁を有するようケーシング構造体に設けら
れた環状空間の該側壁に接するように構成され、
シールリングの脚部の半径方向幅Ｌに対するシー
ルリングの中心軸線から脚部までの半径距離R0
の比R0／Ｌが75〜170の範囲に選定され、又シー
ルリングの軸線方向幅buに対する脚部の半径方
向幅Ｌの比Ｌ／buが1.5〜3.5の範囲に選定される
ことにより、ケーシング構造体とシールリングの
間に得られる温度差に基きシールリングが環状空
間の側壁に対し半径方向外方へ相対的に熱膨張変
位することにより得られるシール力増大効果を大
きくすると同時にシールリングの軸線方向幅を小
さくしてケーシング構造体のフランジ継手部の寸
法を低減し、特に本フランジ継手が航空機エンジ
ンのケーシングに適用される場合にエンジンの重
量軽減を図ることができ、又シールリングにロー
ル運動が生ずることを回避してフランジ継手に於
けるシールリングの組付け作業の確実性と能率化
を図ることができる。
［実施例］
以下に本発明をその好ましい実施例について添
付の図面を参照して説明する。
付の図面を参照して説明する。
ターボフアン式のガスタービンエンジンについ
て本発明を適用したその一つの好ましい実施例が
第１図に示されている。図示されたエンジンは対
称軸線Ｒを有している。エンジンの主な部分は、
圧縮部１０、燃焼部１２及びタービン部１４とか
らなつている。高温の作業流体のための環状流路
１６がエンジンの内部を軸線方向に沿つて延びて
いる。エンジンの内部を軸線方向に延びるステー
タアセンブリ１８は作動流体のための流路を郭定
している。このステータアセンブリはタービン部
にフランジ継手２０を有している。
て本発明を適用したその一つの好ましい実施例が
第１図に示されている。図示されたエンジンは対
称軸線Ｒを有している。エンジンの主な部分は、
圧縮部１０、燃焼部１２及びタービン部１４とか
らなつている。高温の作業流体のための環状流路
１６がエンジンの内部を軸線方向に沿つて延びて
いる。エンジンの内部を軸線方向に延びるステー
タアセンブリ１８は作動流体のための流路を郭定
している。このステータアセンブリはタービン部
にフランジ継手２０を有している。
第１図と第２図とに示されているように、フラ
ンジ継手２０は、エンジンの周方向に沿つて延び
る上流側のケーシング２２と、リング２４と、下
流側のケーシング２６とを含んでいる。複数の孔
２８がフランジ継手に穿設されており、これに複
数のボルト３０を挿通してナツトで締めるように
なつている。これらのボルト−ナツトはリング２
４と下流側ケーシング２６を互いに衝当する関係
に保持する働きをする。上流側及び下流側のケー
シング及びリングは同一の熱膨張係数αcを有し
ているのが好ましいが、これらケーシング構造体
は互いに異なる熱膨張係数を有していてもよい。
ンジ継手２０は、エンジンの周方向に沿つて延び
る上流側のケーシング２２と、リング２４と、下
流側のケーシング２６とを含んでいる。複数の孔
２８がフランジ継手に穿設されており、これに複
数のボルト３０を挿通してナツトで締めるように
なつている。これらのボルト−ナツトはリング２
４と下流側ケーシング２６を互いに衝当する関係
に保持する働きをする。上流側及び下流側のケー
シング及びリングは同一の熱膨張係数αcを有し
ているのが好ましいが、これらケーシング構造体
は互いに異なる熱膨張係数を有していてもよい。
第２図に示されているようにフランジ継手２０
は一対の半径方向外向きに収束する側壁３２，３
４を有する環状の溝３６を有している。側壁３２
はリング２４の端部に設けられており、もう一つ
の側壁３４は下流側ケーシング２６の端部に設け
られている。これら半径方向外向きに収束する側
壁間の角度θは鋭角をなしている。
は一対の半径方向外向きに収束する側壁３２，３
４を有する環状の溝３６を有している。側壁３２
はリング２４の端部に設けられており、もう一つ
の側壁３４は下流側ケーシング２６の端部に設け
られている。これら半径方向外向きに収束する側
壁間の角度θは鋭角をなしている。
シールリング３８が溝３６内にそれに沿つて収
められている。シールリングは一体的に形成され
ており、特に固定されていない。シールリングは
その横断面で見て半径方向外端より内向きに延在
する二つの脚部５６，５８を有している。支持リ
ング４２が図示の如く設けられており、これは外
向きに突出するリツプ４４を有している。側壁３
２，３４及び支持リング４２はシールリング３８
を半径方向及び軸線方向の移動に対し制限してい
る。シールリング３８は熱膨張係数αsを有して
いる。溝３６内の破線は、作動時にシールリング
が移動する位置を示している。溝の外側にはみ出
した破線は、シールリングがフランジ継手に組付
けられる前の状態を示している。
められている。シールリングは一体的に形成され
ており、特に固定されていない。シールリングは
その横断面で見て半径方向外端より内向きに延在
する二つの脚部５６，５８を有している。支持リ
ング４２が図示の如く設けられており、これは外
向きに突出するリツプ４４を有している。側壁３
２，３４及び支持リング４２はシールリング３８
を半径方向及び軸線方向の移動に対し制限してい
る。シールリング３８は熱膨張係数αsを有して
いる。溝３６内の破線は、作動時にシールリング
が移動する位置を示している。溝の外側にはみ出
した破線は、シールリングがフランジ継手に組付
けられる前の状態を示している。
第２図と第３図とに示されているようにシール
リング３８はＶ字形の横断面４８を有しており、
先端部５０と、脚部５６の外面である第一の面５
２と、脚部５８の外面である第二の面５４とを有
しており、これら第一及び第二の面は先端部５０
から半径方向内向きに延び次第に離れている。こ
れら両面間の角度θ′は鋭角である。これらの両面
はシールリングのシール能力を高めるために銀な
どの低い降伏強度を有する物質をコーテイングさ
れていてよい。図示された実施例に於てはシール
リングは、厚さｔを有する板状の部材から形成さ
れている。リツプ４０がアーム５８に続いてい
る。
リング３８はＶ字形の横断面４８を有しており、
先端部５０と、脚部５６の外面である第一の面５
２と、脚部５８の外面である第二の面５４とを有
しており、これら第一及び第二の面は先端部５０
から半径方向内向きに延び次第に離れている。こ
れら両面間の角度θ′は鋭角である。これらの両面
はシールリングのシール能力を高めるために銀な
どの低い降伏強度を有する物質をコーテイングさ
れていてよい。図示された実施例に於てはシール
リングは、厚さｔを有する板状の部材から形成さ
れている。リツプ４０がアーム５８に続いてい
る。
Ｖ字形の断面４８は第一の面５２と第二の面５
４とから等距離の位置に中心面Ｃを有している。
シールリングの横断面はこの中心面Ｃに沿つて半
径方向の幅Ｌを有している。またこの横断面の基
部６０に於ける軸線方向幅biは、溝内に位置する
シールリングの横断面の軸線方向に沿つて最も幅
の広い部分を面Ｃに直交する線に沿つて測定した
ものであり、第一の脚部５６が湾曲部６２を有し
また第二の脚部５８が湾曲部６４を有するため
に、軸線方向幅はこれらの両湾曲部が両側壁３
２，３４と当接する部分同士の距離を面Ｃに直交
する向きに測定して得られる。取付ける前のシー
ルリングの軸線方向幅はbuであり、取付け後の
軸線方向幅biよりも大きい。他の実施例として
は、取付け前の軸線方向幅buが取付け後の軸線
方向幅biに等しい場合もある。作動時には軸線方
向幅はb0に減少する。
４とから等距離の位置に中心面Ｃを有している。
シールリングの横断面はこの中心面Ｃに沿つて半
径方向の幅Ｌを有している。またこの横断面の基
部６０に於ける軸線方向幅biは、溝内に位置する
シールリングの横断面の軸線方向に沿つて最も幅
の広い部分を面Ｃに直交する線に沿つて測定した
ものであり、第一の脚部５６が湾曲部６２を有し
また第二の脚部５８が湾曲部６４を有するため
に、軸線方向幅はこれらの両湾曲部が両側壁３
２，３４と当接する部分同士の距離を面Ｃに直交
する向きに測定して得られる。取付ける前のシー
ルリングの軸線方向幅はbuであり、取付け後の
軸線方向幅biよりも大きい。他の実施例として
は、取付け前の軸線方向幅buが取付け後の軸線
方向幅biに等しい場合もある。作動時には軸線方
向幅はb0に減少する。
第４図は横断面４８を示すために一部切除され
て示されているシールリング３８の単純化された
斜視図である。シールリングは中心軸線Ａを有し
ている。距離R0はこの中心軸線からシールリン
グのアーム５６までの距離である。図示されてい
る実施例の場合、シールリングは一定の半径R0
を有する円形をなしている。
て示されているシールリング３８の単純化された
斜視図である。シールリングは中心軸線Ａを有し
ている。距離R0はこの中心軸線からシールリン
グのアーム５６までの距離である。図示されてい
る実施例の場合、シールリングは一定の半径R0
を有する円形をなしている。
シールリング３８とリング２４及びケーシング
２６との間の相対的な熱膨張はシールリングによ
り及ぼされるシール力を増大させる。このシール
力は、半径R0が増大するにつれて増大し、半径
方向Ｌが増大するにつれて減少する。この半径
R0の半径方向幅Ｌに対する比は約75〜170である
のが好ましい。この比が該範囲の下限に近付く
と、シールリングの熱膨張量及びシール力は、前
記比が前記範囲の上限に近い場合に比べて小さく
なる。前記範囲の上限付近に於ては、熱膨張量は
大きいが拘束されていない状態のシールリングの
寸法の安定性が減少し、シールリングがロール運
動し易くなる。ロール運動とは、シールリングが
外力のために内側が外向きに回転しようとする傾
向を指している。このようなロール運動について
はRoark及びYoung著「Formulas for Stress
and Strain」Mc Graw Hill（5th Ed.，1975）第
384頁に記載がある。シールリングは組立時にこ
のロール運動が発生しないように充分な軸線方向
の剛性を有するものでなければならない。しかし
ながら、軸線方向幅biが大きくなると溝３８の幅
が大きくなり、フランジの寸法が増大するため
に、この値は小さいものでなければならない。幅
の小さい断面形状であつて且ローリング変形を起
こしにくくするためには、長さＬの軸線方向幅
buに対する比が1.5〜3.5であるのが好ましい。更
に、シールリングが熱膨張或いは熱収縮により半
径方向外側に広がり或いは半径方向内側に縮まろ
うとするとき軸線方向の変形を許すような可撓性
を有し、熱膨張によるシール力が充分大きくなる
よう、シールリングは高いばね定数を有する材料
にて構成されているのが好ましい。シールリング
の両面間の鋭角θ′は20゜〜40゜の範囲にあるのが好
ましい。半径方向外側に向けて狭まつている側壁
３２と３４の間の鋭角θも又約20゜〜40゜の範囲に
あるのが好ましい。この角度が20゜以下になると
シールリングは平板として機能し始め圧縮力に対
するシール力の大きさが急速に小さくなる。この
角度が40゜以上であると、半径方向の膨張が小さ
い場合であつてもシールリングの基部が大きな圧
縮力を受けることとなる。しかも、発生するシー
ル力の割に軸線方向幅が大きいということはフラ
ンジの重量の点に於て好ましくない。従つて上記
の各値は上記のような範囲にあるのが好ましい
が、場合によつてそのうちの幾つかの値について
は、上記の数値範囲を外れてもよい。
２６との間の相対的な熱膨張はシールリングによ
り及ぼされるシール力を増大させる。このシール
力は、半径R0が増大するにつれて増大し、半径
方向Ｌが増大するにつれて減少する。この半径
R0の半径方向幅Ｌに対する比は約75〜170である
のが好ましい。この比が該範囲の下限に近付く
と、シールリングの熱膨張量及びシール力は、前
記比が前記範囲の上限に近い場合に比べて小さく
なる。前記範囲の上限付近に於ては、熱膨張量は
大きいが拘束されていない状態のシールリングの
寸法の安定性が減少し、シールリングがロール運
動し易くなる。ロール運動とは、シールリングが
外力のために内側が外向きに回転しようとする傾
向を指している。このようなロール運動について
はRoark及びYoung著「Formulas for Stress
and Strain」Mc Graw Hill（5th Ed.，1975）第
384頁に記載がある。シールリングは組立時にこ
のロール運動が発生しないように充分な軸線方向
の剛性を有するものでなければならない。しかし
ながら、軸線方向幅biが大きくなると溝３８の幅
が大きくなり、フランジの寸法が増大するため
に、この値は小さいものでなければならない。幅
の小さい断面形状であつて且ローリング変形を起
こしにくくするためには、長さＬの軸線方向幅
buに対する比が1.5〜3.5であるのが好ましい。更
に、シールリングが熱膨張或いは熱収縮により半
径方向外側に広がり或いは半径方向内側に縮まろ
うとするとき軸線方向の変形を許すような可撓性
を有し、熱膨張によるシール力が充分大きくなる
よう、シールリングは高いばね定数を有する材料
にて構成されているのが好ましい。シールリング
の両面間の鋭角θ′は20゜〜40゜の範囲にあるのが好
ましい。半径方向外側に向けて狭まつている側壁
３２と３４の間の鋭角θも又約20゜〜40゜の範囲に
あるのが好ましい。この角度が20゜以下になると
シールリングは平板として機能し始め圧縮力に対
するシール力の大きさが急速に小さくなる。この
角度が40゜以上であると、半径方向の膨張が小さ
い場合であつてもシールリングの基部が大きな圧
縮力を受けることとなる。しかも、発生するシー
ル力の割に軸線方向幅が大きいということはフラ
ンジの重量の点に於て好ましくない。従つて上記
の各値は上記のような範囲にあるのが好ましい
が、場合によつてそのうちの幾つかの値について
は、上記の数値範囲を外れてもよい。
ある好適実施例に於けるシールリング３８は
AMS合金（Aerospace Materials
Specification）5596からなり且AMS5707からな
る二つの円筒形のケーシング構造体により郭定さ
れてなるシール溝内に収められてよい。
AMS5596合金の熱膨張係数αs＝14.76×10-6cm／
cm℃、AMS5707合金の熱膨張係数はαc＝13.86×
10-6cm／cm℃である。このシールリングの厚さｔ
は0.1524mm、軸線方向幅buが2.54mm、そして半径
方向幅Ｌが4.064mmであつた。半径R0の半径方向
幅Ｌに対する比は約130であつた。この数値がお
よその数値で与えられているのは、51.61cmであ
る半径R0に対して或る公差が設定されているか
らである。半径方向幅Ｌの軸線方向幅buに対す
る比は1.6であつた。このようなシールリングは
組付けられるとその軸線方向幅buが20％減少す
る。
AMS合金（Aerospace Materials
Specification）5596からなり且AMS5707からな
る二つの円筒形のケーシング構造体により郭定さ
れてなるシール溝内に収められてよい。
AMS5596合金の熱膨張係数αs＝14.76×10-6cm／
cm℃、AMS5707合金の熱膨張係数はαc＝13.86×
10-6cm／cm℃である。このシールリングの厚さｔ
は0.1524mm、軸線方向幅buが2.54mm、そして半径
方向幅Ｌが4.064mmであつた。半径R0の半径方向
幅Ｌに対する比は約130であつた。この数値がお
よその数値で与えられているのは、51.61cmであ
る半径R0に対して或る公差が設定されているか
らである。半径方向幅Ｌの軸線方向幅buに対す
る比は1.6であつた。このようなシールリングは
組付けられるとその軸線方向幅buが20％減少す
る。
ガスタービンエンジンの作動にあたつて、作動
流体はリング２４と下流側ケーシング２６とから
なるような円筒形のケーシング構造体の内側の環
状流路１６に沿つて流れる。作動流体の一部は溝
３６内に流れ、シールリング３８を越えて流れよ
うとする。かかる漏洩が生じるとエンジン効率の
低下を来す。しかし漏洩したガスが溝３６内に流
れ込むと、このガスが上流側ケーシング２２、リ
ング２４及び下流側ケーシング２６及びシールリ
ング３８を加熱する。このうち上流側ケーシング
２２、リング２４、下流側ケーシング２６の如き
ケーシング構造体は熱輻射及びケーシング構造体
の外側の大気の対流により冷却される。このよう
にしてある温度勾配がフランジ継手内に形成され
る。フランジ継手の内部の温度はその外側の温度
よりも高い。温度上昇の結果、ケーシング構造体
及びフランジ継手は中心軸Ｒから外向きに広が
る。シールリング３８はリング２４と下流側ケー
シング２６とに湾曲部６２及び６４にて当接して
いるがこれらの点以外の部分に於ては上記構造体
に対して離隔しているため、リング２４と下流側
ケーシング２６とに熱伝導により少量の熱を奪わ
れるだけであり、シールリング３８は、海面レベ
ルに於ける離陸時のケーシング構造体の平均温度
よりも約55.6℃高い作動温度に達するようにな
る。シールリングとケーシング構造体との間の温
度差及び熱膨張の差はシールリングをケーシング
に対して半径方向外側に広げ、第２図に示されて
いるようにその軸線方向幅をb0に圧縮する。この
圧縮の結果シール力が増大する。両者の熱膨張係
数の差が大きくない場合には、シールリングとそ
れが接するケーシング構造体との間の接触面積が
小さいことが肝心である。さもないとシールリン
グとケーシング構造体との間の温度差が小さくな
り、その結果シールリングが僅かに膨張するのみ
となり、シール力の増大が小さくなる。
流体はリング２４と下流側ケーシング２６とから
なるような円筒形のケーシング構造体の内側の環
状流路１６に沿つて流れる。作動流体の一部は溝
３６内に流れ、シールリング３８を越えて流れよ
うとする。かかる漏洩が生じるとエンジン効率の
低下を来す。しかし漏洩したガスが溝３６内に流
れ込むと、このガスが上流側ケーシング２２、リ
ング２４及び下流側ケーシング２６及びシールリ
ング３８を加熱する。このうち上流側ケーシング
２２、リング２４、下流側ケーシング２６の如き
ケーシング構造体は熱輻射及びケーシング構造体
の外側の大気の対流により冷却される。このよう
にしてある温度勾配がフランジ継手内に形成され
る。フランジ継手の内部の温度はその外側の温度
よりも高い。温度上昇の結果、ケーシング構造体
及びフランジ継手は中心軸Ｒから外向きに広が
る。シールリング３８はリング２４と下流側ケー
シング２６とに湾曲部６２及び６４にて当接して
いるがこれらの点以外の部分に於ては上記構造体
に対して離隔しているため、リング２４と下流側
ケーシング２６とに熱伝導により少量の熱を奪わ
れるだけであり、シールリング３８は、海面レベ
ルに於ける離陸時のケーシング構造体の平均温度
よりも約55.6℃高い作動温度に達するようにな
る。シールリングとケーシング構造体との間の温
度差及び熱膨張の差はシールリングをケーシング
に対して半径方向外側に広げ、第２図に示されて
いるようにその軸線方向幅をb0に圧縮する。この
圧縮の結果シール力が増大する。両者の熱膨張係
数の差が大きくない場合には、シールリングとそ
れが接するケーシング構造体との間の接触面積が
小さいことが肝心である。さもないとシールリン
グとケーシング構造体との間の温度差が小さくな
り、その結果シールリングが僅かに膨張するのみ
となり、シール力の増大が小さくなる。
シールリング３８とケーシング構造体との間の
接触面に於けるシール力の変化が、両者の接触が
ほぼ線接触であるものと仮定して、第５図にグラ
フで示されている。第５図の垂直軸は作動時のシ
ール力F0を据付け時のシール力Fiによつて割つ
た値を示す。軸線方向幅の減少量Δbについての
Δb／buが水平軸に示されている。軸線方向幅が
buに等しい据付け前の状態に於ては軸線方向幅
の変化は０である。据付け時の軸線方向幅はbiで
あり、軸線方向幅の減少分は（bu−bi）／bu×
100％である。海面レベルに於ける離陸に際して、
軸線方向幅は更にbuからb0に減少する。
接触面に於けるシール力の変化が、両者の接触が
ほぼ線接触であるものと仮定して、第５図にグラ
フで示されている。第５図の垂直軸は作動時のシ
ール力F0を据付け時のシール力Fiによつて割つ
た値を示す。軸線方向幅の減少量Δbについての
Δb／buが水平軸に示されている。軸線方向幅が
buに等しい据付け前の状態に於ては軸線方向幅
の変化は０である。据付け時の軸線方向幅はbiで
あり、軸線方向幅の減少分は（bu−bi）／bu×
100％である。海面レベルに於ける離陸に際して、
軸線方向幅は更にbuからb0に減少する。
第５図から解るように、シール力が45％増大す
るのは、シールリングとケーシング構造体との間
の相対的熱膨張によるものである。100℃の温度
差に対して、シールリングはケーシング構造体に
対して半径方向幅Ｌの約10％よりも若干多い量だ
け半径方向外向きに広がる。この熱膨張差が発生
するのはケーシング構造体が対流と放射とにより
外気に熱を奪われることと、シールリングの熱膨
張係数αsがケーシング構造体の熱膨張係数αcよ
りも大きいことによる。このシールリングは二つ
のフランジ間の漏洩を防止するために、シールリ
ングとフランジとの間に相対的な熱膨張差が存在
するようなどのような構造体に対しても応用可能
である。またこのシールリングは同様なシール力
を発揮するような公知のＣシールリングに比して
より小さい軸線方向幅を有するために航空機のガ
スタービンエンジンに特に適している。軸線方向
幅が大きいシールリングはそれだけ大きなフラン
ジを必要とし、その結果エンジンの重量を増大し
且航空機エンジンの性能を損う原因となる。ガス
タービンエンジンに於ける作動流体の圧力と温度
とは共に同じ方向に変化する。即ち作動流体の圧
力が増大する時はその温度も増大する。作動流体
と外気との間の圧力差が大きくなるとそれだけ漏
洩通路を通過する漏洩流体の流量が増大する。温
度が上昇するにつれてシールリング３８はケーシ
ング構造体に対してより大きく膨張し、シールリ
ングが隣接する構造体に対してより大きなシール
力を及ぼす。従つてより大きなシール力が必要な
時に、シールリングによりより大きなシール力が
発揮される。
るのは、シールリングとケーシング構造体との間
の相対的熱膨張によるものである。100℃の温度
差に対して、シールリングはケーシング構造体に
対して半径方向幅Ｌの約10％よりも若干多い量だ
け半径方向外向きに広がる。この熱膨張差が発生
するのはケーシング構造体が対流と放射とにより
外気に熱を奪われることと、シールリングの熱膨
張係数αsがケーシング構造体の熱膨張係数αcよ
りも大きいことによる。このシールリングは二つ
のフランジ間の漏洩を防止するために、シールリ
ングとフランジとの間に相対的な熱膨張差が存在
するようなどのような構造体に対しても応用可能
である。またこのシールリングは同様なシール力
を発揮するような公知のＣシールリングに比して
より小さい軸線方向幅を有するために航空機のガ
スタービンエンジンに特に適している。軸線方向
幅が大きいシールリングはそれだけ大きなフラン
ジを必要とし、その結果エンジンの重量を増大し
且航空機エンジンの性能を損う原因となる。ガス
タービンエンジンに於ける作動流体の圧力と温度
とは共に同じ方向に変化する。即ち作動流体の圧
力が増大する時はその温度も増大する。作動流体
と外気との間の圧力差が大きくなるとそれだけ漏
洩通路を通過する漏洩流体の流量が増大する。温
度が上昇するにつれてシールリング３８はケーシ
ング構造体に対してより大きく膨張し、シールリ
ングが隣接する構造体に対してより大きなシール
力を及ぼす。従つてより大きなシール力が必要な
時に、シールリングによりより大きなシール力が
発揮される。
以上に於ては本発明をその好ましい実施例につ
いて説明したが、当業者にとつては本発明の概念
から逸脱することなく様々な変形変更が可能であ
ることは明らかであろう。
いて説明したが、当業者にとつては本発明の概念
から逸脱することなく様々な変形変更が可能であ
ることは明らかであろう。
第１図はフランジ継手を示すために一部切除し
て示すガスタービンエンジンの単純化された側面
図である。第２図はフランジ継手の拡大縦断面図
である。第３図はシールリングの拡大横断面図で
ある。第４図は据付け前の状態の第２図のシール
リングの斜視図である。第５図は据付け前、据付
け時及び作動時のシールリングの軸線方向幅の変
化率に対するシール力の変化率を示すグラフであ
る。 １０……圧縮部、１２……燃焼部、１４……タ
ービン部、１６……流路、１８……ステータアセ
ンブリ、２０……フランジ継手、２２……上流側
ケーシング、２４……リング、２６……下流側ケ
ーシング、２８……孔、３０……ボルト、３２，
３４……側壁、３６……溝、３８……シールリン
グ、４０……リツプ、４２……支持リング、４４
……リツプ、４８……横断面、５０……先端部、
５２，５４……面、５６，５８……脚部、６２，
６４……湾曲部。
て示すガスタービンエンジンの単純化された側面
図である。第２図はフランジ継手の拡大縦断面図
である。第３図はシールリングの拡大横断面図で
ある。第４図は据付け前の状態の第２図のシール
リングの斜視図である。第５図は据付け前、据付
け時及び作動時のシールリングの軸線方向幅の変
化率に対するシール力の変化率を示すグラフであ
る。 １０……圧縮部、１２……燃焼部、１４……タ
ービン部、１６……流路、１８……ステータアセ
ンブリ、２０……フランジ継手、２２……上流側
ケーシング、２４……リング、２６……下流側ケ
ーシング、２８……孔、３０……ボルト、３２，
３４……側壁、３６……溝、３８……シールリン
グ、４０……リツプ、４２……支持リング、４４
……リツプ、４８……横断面、５０……先端部、
５２，５４……面、５６，５８……脚部、６２，
６４……湾曲部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 二つの環状のケーシング構造体の突合せ端部
を継合せるフランジ継手にして、 前記ケーシング構造体はその各々に設けられた
環状の溝によつて当該両ケーシング構造体間に半
径方向外方へ向つて互いに次第に近付く二つの側
壁を有する環状空間を形成しており、前記環状空
間内に配置された可撓性のシールリングを有し、
前記シールリングはその横断面で見て半径方向外
方の先端部より半径方向内方へ向つて互いに次第
に隔たる二つの脚部を有し、該脚部にて前記環状
空間の側壁に接するよう構成されており、前記シ
ールリングに於けるその中心軸線からその前記脚
部までの半径距離をR0とし、前記脚部の半径方
向幅をＬとし、前記脚部間の軸線方向幅をbuと
すると、R0／Ｌは75〜170の値であり、Ｌ／buは
1.5〜3.5であることを特徴とするフランジ継手。 ２ 特許請求の範囲第１項のフランジ継手にし
て、前記シールリングを構成する材料の熱膨張係
数は前記ケーシング構造体を構成する材料の熱膨
張係数より大きいことを特徴とするフランジ継
手。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項のフランジ
継手にして、前記シールリングはその横断面で見
て前記脚部の前記環状空間側壁に接する位置に該
側壁へ向けて突き出た湾曲部を形成されているこ
とを特徴とするフランジ継手。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項の
フランジ継手にして、前記シールリングの横断面
で見て前記二つの脚部は両者間に20゜〜40゜の角度
をなしていることを特徴とするフランジ継手。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/207,498 US4336943A (en) | 1980-11-14 | 1980-11-14 | Wedge-shaped seal for flanged joints |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57110891A JPS57110891A (en) | 1982-07-09 |
| JPH0315069B2 true JPH0315069B2 (ja) | 1991-02-28 |
Family
ID=22770828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56182951A Granted JPS57110891A (en) | 1980-11-14 | 1981-11-13 | Joint with flange |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4336943A (ja) |
| JP (1) | JPS57110891A (ja) |
| CA (1) | CA1163928A (ja) |
| DE (1) | DE3144463A1 (ja) |
| FR (1) | FR2494376B1 (ja) |
| GB (1) | GB2087501B (ja) |
| IT (1) | IT1139728B (ja) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4336943A (en) * | 1980-11-14 | 1982-06-29 | United Technologies Corporation | Wedge-shaped seal for flanged joints |
| US4457523A (en) * | 1982-10-29 | 1984-07-03 | Pressure Science Incorporated | Torsionally flexible metallic annular seal |
| US4477086A (en) * | 1982-11-01 | 1984-10-16 | United Technologies Corporation | Seal ring with slidable inner element bridging circumferential gap |
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| GB2250324A (en) * | 1990-11-05 | 1992-06-03 | Nicholson Seals Ltd | Seal |
| US5899282A (en) * | 1991-12-10 | 1999-05-04 | Brussmann; Dietmar | Deep-drilling apparatus with hydrostatic coupling |
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| FR2743612A1 (fr) * | 1996-01-15 | 1997-07-18 | Commissariat Energie Atomique | Joint d'etancheite a levres metalliques |
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| DE19711526C1 (de) * | 1997-03-19 | 1998-05-28 | Siemens Ag | Ansaugkanalverbindung einer Gasturbine |
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| US6648333B2 (en) * | 2001-12-28 | 2003-11-18 | General Electric Company | Method of forming and installing a seal |
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| FR2868119B1 (fr) * | 2004-03-26 | 2006-06-16 | Snecma Moteurs Sa | Joint d'etancheite entre les carters interieurs et exterieurs d'une section de turboreacteur |
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| CN106460558B (zh) * | 2014-04-02 | 2018-05-15 | 通用电气公司 | 用于密封涡轮组件的设备和方法 |
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-
1980
- 1980-11-14 US US06/207,498 patent/US4336943A/en not_active Expired - Lifetime
-
1981
- 1981-09-17 CA CA000386143A patent/CA1163928A/en not_active Expired
- 1981-10-30 FR FR8120382A patent/FR2494376B1/fr not_active Expired
- 1981-11-03 GB GB8133040A patent/GB2087501B/en not_active Expired
- 1981-11-09 DE DE19813144463 patent/DE3144463A1/de active Granted
- 1981-11-13 IT IT25061/81A patent/IT1139728B/it active
- 1981-11-13 JP JP56182951A patent/JPS57110891A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| GB2087501B (en) | 1984-07-18 |
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| JPS57110891A (en) | 1982-07-09 |
| IT1139728B (it) | 1986-09-24 |
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