JPH0658171A - シールリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、非常に高温度となるセラミック製
ダクトと、それ程には高温度とはならない金属製ダクト
との接続部に形成される環状空間をシールするためのシ
ールリングに関し、良好な気密性を保証することを目的
とする。 【構成】 金属製ダクト１３との間のシール面３１ｃを
有する金属製リング３１と、セラミック製ダクト１４と
の間のシール面３２ｃを有するセラミック製リング３２
とを具備し、セラミック製リング３２は、金属製リング
３１のシール面３１ｃの反対側表面３１ａに形成された
環状凹部３１ｂに、少なくともセラミック製リング３２
のシール面３２ｃが突出するように遊嵌されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非常に高温度となるた
めにセラミックにより形成されるダクトと、それ程には
高温度とはならない金属製ダクトとの接続部に形成され
る環状空間をシールするためのシールリングに関する。

【０００２】

【従来の技術】このような二つのダクト間の接続は、例
えば、ガスタービンエンジンにおいて行われている。ガ
スタービンエンジンは、燃焼器により生成される燃焼ガ
スをスクロールダクトを通してタービンロータに導き、
このガスによりタービンロータを駆動して動力を得るも
のである。

【０００３】効率良くタービンロータを駆動するため
に、燃焼器における燃焼を完全なものとはせず、この燃
焼途中の燃焼ガスをスクロールダクト内で徐々に燃焼さ
せ、タービンロータ直前において完全に燃焼させるよう
にして熱効率を向上させることが行われている。近年、
特願平３−８２２５３号に記載されているように、スク
ロールダクトを耐熱性に優れたセラミックにより形成し
てタービンロータ直前における燃焼ガス温度をさらに高
めることを可能とし、より高い動力を得ることができる
ガスタービンエンジンが提案されている。

【０００４】このようなガスタービンエンジンにおい
て、燃焼器は、連続的にコンプレッサから低温度の圧縮
空気が供給され、燃焼も完全なものではないために、そ
れ程には高温度とはならず、従来同様、コストを考慮し
て金属により形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術におい
て、金属製の燃焼器出口部とセラミック製のスクロール
ダクトとの接続部には、シールリングが設けられてい
る。このシールリングは両者に接触するものであり、金
属製のものを使用するとスクロールダクトの高熱によっ
てへたりを生じてシール不能となるために、耐熱性に優
れたセラミック製シールリングが使用されている。

【０００６】しかし、セラミックの熱膨張係数と金属の
それとでは、かなりの違いがあるために、金属製燃焼器
の出口部の熱変形に対してセラミック製シールリングの
熱変形が追従せず、セラミック製シールリングを使用し
ても良好なシール性を得ることができない。

【０００７】従って、本発明の目的は、非常に高温度と
なるセラミック製ダクトと、それ程には高温度とはなら
ない金属製ダクトとの接続部に形成される環状空間の良
好な気密性を保証することができるシールリングを提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるシールリン
グは、セラミック製ダクトと、金属製ダクトとの接続部
に形成される環状空間をシールするためのシールリング
であって、前記金属製ダクトとの間のシール面を有する
金属製リングと、前記セラミック製ダクトとの間のシー
ル面を有するセラミック製リングとを具備し、前記セラ
ミック製リングは、前記金属製リングのシール面の反対
側表面に形成された環状凹部に、少なくとも前記セラミ
ック製リングのシール面が突出するように遊嵌されてい
ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】前述のシールリングは、セラミック製リングが
金属製リングの環状凹部に遊嵌しており、セラミック製
リングが、非常に高温度となるセラミック製ダクトとの
間のシールを担当すると共に、金属リングに対しての断
熱を行い、一方、金属製リングが、それ程には高温度と
はならない金属製ダクトとの間のシールを金属製ダクト
の熱変形に追従するように変形して担当する。

【００１０】

【実施例】図３は、本発明によるシールリングが使用さ
れる例としての一軸式ガスタービンエンジンの部分断面
図である。同図において、１はその先端にタービンロー
タ１ａが接合されているタービンロータ軸であり、ロー
タ軸１にはコンプレッサインペラ２が嵌合されている。
３はコンプレッサインペラ２を取り囲み圧縮前後の吸気
通路を形成するコンプレッサシュラウド、４はコンプレ
ッサシュラウド３に固定されたインテークエアハウジン
グである。この固定のためのボルト５を利用してプレー
トディフューザ６がインテークエアハウジング４に取付
けられ、両者によって続く吸気通路が形成される。

【００１１】インテークエアハウジング４には、ガスタ
ービンエンジンの外郭を成すメインハウジング７がボル
ト８によって取付けられ、さらにメインハウジング７の
後部にはリヤハウジング９が取付けられ、圧縮された空
気が流入するチャンバ１０が形成される。タービンロー
タ軸１は、インテークエアハウジング４に固定されたベ
アリング（図示せず）によって片持支持されている。

【００１２】１１は、チャンバ１０内の圧縮空気を取り
入れ燃焼させる燃焼器であり、その出口部はアダプタ１
３を介して、タービンロータ１ａに燃焼ガスを導くスク
ロールダクトが接続されている。スクロールダクトは、
コンプレッサ部とタービン部を境界づけるスクロールプ
レート１２と、このスクロールプレート１２に固定され
た渦巻状のスクロールボディ１４とによって形成され
る。タービンロータ１ａを駆動した後の燃焼ガスは、ス
クロールボディ１４に接続された排気ダクト１５を通し
て外部に排出される。

【００１３】タービンロータ１ａを効率良く駆動するた
めには、燃焼ガス温度がタービンロータ１ａに達する直
前で最高温度になっていることが好ましい。それによ
り、燃焼器１１における圧縮空気の燃焼を完全なものと
せず、この燃焼途中の燃焼ガスをスクロールダクトに導
き、スクロールダクト内で徐々に燃焼させながら、ター
ビンロータ１ａの直前で完全に燃焼させるようになって
いる。

【００１４】このように、燃焼器１１内の燃焼ガス温度
はそれ程高くなく、また燃焼前の比較的低温度の圧縮空
気が連続的に供給されるために、燃焼器１１及びアダプ
タ１３の材質として耐熱性の高いものは必要とされず、
一般的な金属が使用される。一方、スクロールダクトを
形成するスクロールボディ１４及びスクロールプレート
１２はかなり高温度となるために、その材質として耐熱
性に優れたセラミックが使用されている。

【００１５】図１は、アダプタ１３とスクロールボディ
１４との接続部の拡大断面図である。同図において、ア
ダプタ１３は、その段付端部１３ａがスクロールボディ
１４の段付端部１４ａに挿入され、その肩面１４ｂに当
接された状態で固定されている。

【００１６】アダプタ１３の段付端部１３ａの外周面に
形成された環状溝１３ｂには、アダプタ１３の段付端部
１３ａとスクロールボディ１４の段付端部１４ａとによ
って形成される環状空間２０をシールするためのシール
リング３０が嵌装され、このシールリング３０が軸方向
に不動とされている。

【００１７】シールリング３０の形状を図２（Ａ）に示
す。このシールリング３０は二つのリングから構成され
ている。図２（Ａ）のＱ−Ｑ断面図である図２（Ｂ）に
示すように、内側に設けられた金属製の第１リング３１
は、その外側表面３１ａに少なくとも第２リング３２の
厚さよりも浅い環状凹部３１ｂが形成され、セラミック
製の第２リング３２が、この環状凹部３１ｂに遊嵌され
ている。この遊嵌において、第２リング３２の内側表面
３２ａと環状凹部３１ｂの底面は接触しておらず、一方
第２リング３２の両側面３２ｂと環状凹部３１ｂの両側
面は接触して、第１及び第２リング３１，３２の間のシ
ールを担当する。二つのリング３１，３２には切れ目が
設けられ、この遊嵌を可能とすると共に、前述のアダプ
タ１３の環状溝１３ｂへのシールリング３０の嵌装を可
能としている。

【００１８】このように構成されたシールリング３０
は、第１リング３１の内側表面３１ｃがアダプタ１３の
段付端部１３ａに形成された環状溝１３ｂ底面との間の
シールを担当し、一方第２リング３２の外側表面３２ｃ
がスクロールボディ１４の段付端部１４ａの内表面１４
ｂとの間のシールを担当する。

【００１９】第２リング３２の外側表面３２ｃは、非常
に高温度となるセラミック製のスクロールボディ１４に
当接しているが、第２リング３２もセラミックによって
形成されているために、へたりを生じることなくスクロ
ールボディ１４に対しての良好なシール性を保証する。
また第２リング３２は、スクロールボディ１４から第１
リング３１に伝わる熱を低減させる断熱材として働き、
金属製の第１リング３１のへたりを防止する。

【００２０】アダプタ１３は、燃焼器１１から伝わる熱
及びスクロールボディ１４から第１及び第２リング３
１，３２を介して伝わる熱によって加熱され熱変形する
が、燃焼器１１の温度はそれ程高くなく、また第２リン
グ３２によって後者の熱は低減されており、この熱変形
は小さなものとすることができる。さらに金属製の第１
リング３１は、第２リング３２に対して半径方向及び周
方向に拘束されていないために、両リング３１，３２の
間の良好なシール性を維持しながらアダプタ１３の熱変
形に追従して変形することができ、アダプタ１３に対す
る良好なシール性を保証する。

【００２１】それにより、アダプタ１３とスクロールボ
ディ１４との接続部における良好なシールが実現され、
燃焼ガスの漏れが防止されてガスタービンの効率を向上
させることができる。

【００２２】両リング３１，３２に設けられた切れ目の
幅は、各リングの使用時における周方向熱膨張によって
なくなるように決定され、また両者の切れ目は互いに重
ならない位置にすることで、両リング３１，３２の切れ
目におけるシール性を向上させることができる。

【００２３】本実施例は、金属製のアダプタ１３の外側
にセラミック製のスクロールボディ１４が接続される場
合を示したが、逆に金属製のアダプタ１３が外側となる
接続において、シールリング３０の金属製の第１リング
３１とセラミック製の第２リング３１は、内側と外側を
逆にすることで同様な効果を得ることができる。

【００２４】本実施例によれば、前述のように、第２リ
ング３２の断熱性により高温度のスクロールボディ１４
からアダプタ１３へ伝わる熱が低減され、それにより、
アダプタ１３及び燃焼器１１の材料として耐熱性の低い
安価な材料を使用することができる。

【００２５】

【発明の効果】このように、本発明によるシールリング
によれば、非常に高温度となるセラミック製ダクトと、
それ程高温度とはならない金属製ダクトとによって形成
される環状空間において、耐熱性に優れたセラミック製
リングが、へたりを生じることなく、セラミック製ダク
トとの間の良好なシールを提供し、このセラミック製リ
ングが遊嵌される金属製リングが、セラミック製リング
の高い断熱性によってへたりを生じることなく、両リン
グ間のシール性を維持しながら金属製ダクトの熱変形に
追従して変形し、金属製ダクトとの間の良好なシールを
提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】アダプタとスクロールボディとの接続部の拡大
断面図である。

【図２】（Ａ）は本発明によるシールリングの平面図で
あり、（Ｂ）は（Ａ）のＱ−Ｑ拡大断面図である。

【図３】本発明によるシールリングが使用されるガスタ
ービンエンジンの部分断面図である。

【符号の説明】

１…タービンロータ軸 ２…コンプレッサインペラ １１…燃焼器 １２…スクロールプレート １３…アダプタ １４…スクロールボディ ２０…環状空間 ３０…シールリング ３１…第１リング ３１ｂ…環状凹部 ３１ｃ…内側表面 ３２…第２リング ３２ｃ…外側表面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック製ダクトと、金属製ダクトと
   の接続部に形成される環状空間をシールするためのシー
   ルリングであって、前記金属製ダクトとの間のシール面
   を有する金属製リングと、前記セラミック製ダクトとの
   間のシール面を有するセラミック製リングとを具備し、
   前記セラミック製リングは、前記金属製リングのシール
   面の反対側表面に形成された環状凹部に、少なくとも前
   記セラミック製リングのシール面が突出するように遊嵌
   されていることを特徴とするシールリング。