JPH07503303A - ガス分離器用シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス分離器用シール 本発明はガス分離器に関し、詳細には可動部材（ブレード）と固定フレーム（ケ ーシング）の間の大量の示差膨張に順応せしめられる如き大形のガス分離器用の 高膨張公差のシールに関するものである。

ガスタービンの寸法の増大により大きな分離装置の必要性か増大してきた。かか る装置の設計者か直面する主な問題点の１つは固定フレームと可動ブレード部材 間に起こる示差膨張の問題である。膨張量は寸法、最大温度差及び構造物の材料 に依存する。例えば、５．５ｍ平方の分流器弁では、示差膨張は６５ｍｍにもな り得る。

更に、近代的ガスタービンは極めて高い排気速度をもち、平均値８０〜１００ｍ ／ｓか普通である。排気導管の設計か良好な空気力学的設計原理を用いて成され なければ、流れの分離や変動する高い動圧力が発生する。変動する圧力の周波数 は５０ｈｚの高さまでの広範囲の値にわたる。これらのシステム中に配置される ガス用シールは、システム中の周波数を例えば６０ｈｚまで強制してもシールが 刺激されないように設計されなければならない。それ故、はためきに対する抵抗 力への注意か最も重要である。

先行技術（ＧＢ−１３０８８０１号及びＧＢ−２０６０８２４号）では、順応さ せられ得る示差膨張はシールの下の締着／支持バーの幅によって制限される。

このバーはブレード又はフレーム部材にシールを締着することと、シールか非− シール位置にあるときにシールのはためきを防止することの二重の機能を果たす ＧＢ−１３０８８０１号は分離器の固定フレーム又は可動部材に取付けられる片 持型板ばねと、シールがシール作用位置にないときに板ばねを曲げるように板ば ねに張力を与えるよう板ばねに作用する偏倚ばねを備え、偏倚ばねは、シールが シール作用位置にあるとき板ばねを台座に対して平らに押し付けるようそれ自身 に張力を加えられるように構成したガス分離器用のシールを開示している。

別の型式のシールはＧＢ−２０６０８２４号に開示されており、これは分離器の 固定フレーム又は可動部材に取付けられる片持型板ばねと、前記板ばねに作用す る偏倚ばねを備え、前記板ばねは応力を加えられていないとき曲げられ又は湾曲 させられ、シールの非−シール作用位置で偏倚ばねは板ばねと触れ合い接触をす るのみであり、従って前記板ばねは前記非−シール作用位置では応力を与えられ ず、かくしてシールのソール作用位置で偏倚ばねに生ぜしめられた応力は板ばね に生じた応力と同じになり、前記板ばねと偏倚ばねかシールの単位長さ当たりに 同し断面係数をもつように構成されている。

更に他の型式のガス分離器用シールはＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ８９１０１ ３８２号（公告第Ｗ０９０１０６４６０号）に記載されている。これは、分離器 の固定フレーム又は可動部材に取付けられる片持型板ばねと、前記板ばねに作用 する偏倚ばねを備え、最終自由撓みの１０％乃至９０％、好適には２５％乃至７ ５％、更に好適には４０％乃至６０％の初期撓みに一致する初期曲率を与えられ るよう構成されたガス分離器用シールを提供する。

本発明は特にＧＢ−２０６０８２４号に記載した型式のシールの改良又は改修に 関するものであるが、ＧＢ−１３０８８０１号又はＰＣＴ／ＧＩ３８９１０　ｌ 　３８２号に記載した型式のシールにも適用できる。

本発明は分離器の固定フレーム又は可動部材に取付けられる片持型板ばねと、前 記板ばねに作用する偏倚ばねと、シールを締着、支持するためにシールの下に配 置されたバーを備えたガス分離器用シールにおいて、通常は別の板ばねからなる 少なくとも１つの追加の制動素子を備え、締着／支持バーか減少させられた幅を もつことを特徴とするガス分離器用シールを提供する。

追加の制動素子は通常は片持型板ばねと同じ材料及び厚さの板ばねからなるが、 通常は片持型板ばねからなるシール素子より幾分幅が狭い（即ち短い）。追加の 制動素子は片持型板ばねと固定フレーム又は可動部材の間に締着され、そして初 期曲率を与えられるが、その曲率半径は片持型板ばねのそれより小さい。

通常、本発明のシールは単一の追加の制動素子を含むに過ぎないが、コーナーシ ールは分離器のコーナーに生じる大きな振動を抑制するために、２つ（又はそれ 以上）の重ねられた追加の制動素子を含んでもよい。これについては後述する従 って、本発明は少なくとも１つの追加の制動素子と、減少させた幅をもつ改修さ れた素子の側部締着／支持バーを備えたことを特徴とするシールを提供する。こ の場合制動機能は制動素子と締着／支持バーの両者によって与えられる。

締着／支持バーは、シールを締着する可動部材（ブレード）又はフレーム部材の 端縁を従来技術のものより減少した量だけ越えて延在するように、幅が減少させ られている。極端な場合、前記締着／支持バーはそれが取付けられるブレード又 はフレーム部材の端縁を越えて突出しないような程度まで減少させることができ る。締着バーは好適には、平らな形状をもち、従って、締着されるブレード又は フレーム部材を越えて締着バーが延在する場合には、それと、片持型板ばねと追 加制動素子によって構成されたシール素子／制動素子組立体との間に干渉が生じ る。

通常は、偏倚ばね締着バーは偏倚ばねを締着するために備えられる。この偏倚ば ね締着バーは可動部材又はフレーム部材に関して締着／支持バーの反対側に配置 され、締着／支持バーは通常は、偏倚ばね締着バーの幅より小さい幅をもつ。

制動効果はシール素子とブレード又はフレーム部材間で、ブレード又はフレーム 部材に関してシール素子自体と同し側に取付けられた追加の制動素子によって高 められる。この制動素子は、必須要件ではないが、典型的には、シール素子と同 じ厚さをもち、シール素子より幾分幅が狭い。シール素子とブレード又はフレー ム部材間において制動機能の一部をこの制動素子に移すことによって、側部締着 ／支持バーは幅を減少させることかでき、その結果シールの全スパン幅の大部分 が熱膨張に順応するために使用されるようになる。この場合前記部材の製造公差 を考慮して十分な隙間を準備する必要がある。

シール素子は好適にはＧＢ−２０６０８２４号に記載された実施例と同様に初期 曲率を与えられる。追加の制動素子もまた初期曲率を与えられるが、それはシー ル素子より幾分小さい半径をもつ。これによって、組立体がブレード又はフレー ム部材上に取付けられたとき、２つのシール構成部品は締め合わされ、その結果 シール素子と制動素子間には相互接触力か生しる。

偏倚ばねと偏倚ばねの側部締着バーは上述の先行技術に用いられたものとほぼ同 じ形状をとる。該システムが自由位置にあるとき偏倚ばねが片持型板ばねに接触 する箇所の接触力は小さい。

制動作用は２つの理由から生じる。制動素子の自由長さがシール素子のそれと同 じでないという事実は２つの構成部品の振動周波数は同じでなく、その結果それ らは個別の部材として振動できないが、ずっと高い周波数をもつ１組として振動 するよう強いられる。更に、組立てられたとき２つのシール構成部品の干渉によ り２つの素子間に摩擦力を生じる。これらの機構はシールをはためかせる傾向を 抑制する。

コーナーシールでは、固定フレーム又は可動部材の直角端縁に沿って夫々延在す る２つのシールが通常はぼ４５６の角度で留め継ぎにされる。本発明のコーナー シールでは、そのコーナーにおける大きな振動を減少又は除去するために、直接 重ね合わせた２つ（又はそれ以上）の追加の制動素子を備えるのが好適である本 発明のシールはＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ８９１００９７５号（公告箱Ｗ０ ９０１０２２７９号）に記載された手法で片持型板ばねに作用する第２の偏倚ば ねを備えることができる。この場合、第２の、同様であるが同一ではない偏倚ば ねか前記板ばねに作用し、好適には２つの偏倚ばねの自由端が実質上同じ箇所で 板ばねに作用し、各偏倚ばねは締着される第１脚部と、前記第１脚部に対して鈍 角をなす第２の脚部をもつ。これは特に本発明のソールが上記の如く２つの追加 の制動素子を備えたコーナーシールである場合には事実となるが、第２の偏倚ば ねを備えた本発明のシールは成る状況の下では非コーナーシールに使用すること もできる。

通常は、偏倚ばねの先端はそれ自身と片持型板ばねの間で実質的に線接触をなす 。組立てられたシールか振動する場合にはシール素子の磨耗が振動振幅に相当す る狭い帯域にわたって生じる。

それ故、別の実施例では、偏倚ばねは偏倚ばねの外端から短い距離をおいた位置 で曲げられて、組立てられたシールの自由位置で偏倚ばねの短い長さが片持型板 ばね上に平らに横たわるようになされる。これは、所定の接触力に対して、偏倚 ばねとシール表面間の支え圧力が大幅に減少するという効果をもつ。たとえ該組 立体に振動が起こっても、磨耗速度は大幅に減少する。この実施例では、シール 先端における磨耗の可能性を減少させるために、短い縁部を偏倚ばねの外端に形 成することができる。かかる縁部はシールと偏倚ばねの間に平滑な接触面を与え るため僅かに曲げられる。

以下、本発明を図示の実施例に基ついて説明する。

第１図はＧＢ−２０６０８２４号に記載した既知型式のシールの自由（非−シー ル作用）位置にある側面図である。

第２図はシール作用位置にある第１図に示すシールの側面図である。

第３図は自由（非−ノール作用）位置にある本発明のシールの側面図である。

第４図はシール作用位置にある第３図に示ずシールの側面図である。

第５図は第３．４図に示すシールの分解側面図である。

第６図はコーナーでシールするための自由（非−シール作用）位置にある本発明 のシールの側面図である。

第７図は第６図のシールの概略平面図である。

第８図は自由（非−シール作用）位置にある本発明のシールの他の実施例の側面 図である。

図では、同し参照数字は同様の部品を示す。

第１．２図に示す既知のシールは片持型板ばね１と、この板ばねｌに作用する偏 倚ばね３からなり、前記板ばねは分離器の固定フレーム部材又は可動部材（プレ ート）２に取付けられる。バー４はシールを締着して支持するためにシールの下 に配置され、偏倚ばね締着バー５か図示の如く偏倚ばね３を締着する。締着／支 持バー４は第１図に示すように箇所へで板ばね１と接触する。

かかるシールはＧＢ−２０ＧＯ８２４号に記載した型式のものであり、これは、 第１図に示すようなシールの非−シール作用位置において、偏倚ばね３は板ばね １と触れ合い接触をするだけであり、従って板ばねは非−シール作用位置で応力 を印加されていないか、第２図に示すような該シールのシール作用位置において は、偏倚ばねに生した応力は板ばねに生した応力と同じになり、板ばねと偏倚ば ねは単位幅当たりに同し断面係数をもつことになる。

第２図に示すように、シールは着座バー（台座）６に当接し、前記着座バーはフ レーム部材又は可動部材２に対向する分離器の可動部材又はフレーム部材からな る。第２図に示すように、バー４と６間の隙間はシールの低温状態と高温状態に おいて夫々大きくなったり、小さくなったりする。このようにして順応させられ るかかる示差膨張の量は締着／支持バー４の幅によって制限される。

同じ参照数字で第１．２図中と同様な部品を示している第３．４図に示す本発明 のシールでは、側部の締着／支持バー４は幅が減少させられていて、ブレード又 はフレーム部材２の端縁を越えて延在しており、この場合このシールは、第１． ２図の既知のシールと比較すれば、それらよりは小さい量で前記端縁に対して締 着される。また、締着／支持バー４は偏倚ばね締着バー５の幅より小さい幅をも つ。

バー４は平たい形状をもち、バーを締着させるブレード又はフレーム部材２を越 えて延在し、従って第３図の箇所Ｃにおいてバーとシール素子ｌと追加の制動素 子７からなるシール組立体との間で干渉を生じる。前記制動素子については詳細 に後述する。ノールの湾曲に起因して箇所Ｃにおいて、バー４の長さに依存して 、シールとバー４間に若干の相互作用が生じる。

追加の制動素子７は別の板ばねからなり、前記別の板ばねは第３．４図に示すよ うに、片持型板ばね１からなるシール素子とブレード又はフレーム部材２の間に 取付けられる。この追加の制動素子７は好適には、シール素子ｌと同じ厚さをも ち、シール素子より幅か狭い（短い）。素子７によって生ぜしめられる高い制動 効果によって、締着／支持バー４は第１．２図の既知の構造に比して幅を減少さ せられ、その結果、シールの全スパン幅の大部分が熱膨張に順応するために使用 される。

第３．４図の実施例で片持型板ばねからなるシール素子はＧＢ−２０６０８２４ 号に記載のかつ第Ｌ２図に示された従来技術の構造とほぼ同様な初期曲率を与え られる。

板ばね７からなる追加の制動素子もまた初期曲率を与えられるが、それはシール 素子ｌより幾分小さい半径をもつ。特に第５図に示されるように、制動素子７の 自由曲率半径Ｒ４の自由半径はシール素子ｌの自由曲率半径Ｒ５より小さい。

シール組立体がブレード又はフレーム部材上に取付けられたとき、２つの構成部 品ｌと７は締め合わされて、制動素子７の自由端がシール素子ｌに当接する箇所 Ｂにおいてシール素子ｌと制動素子７の間に相互接触力が生じる（第３図参照） 。即ち、シール素子ｌと制動素子７は、同じ材料からなりかつ同じ厚さをもつ場 合、等しい応力を与えられる。

偏倚ばね３と偏倚ばね締着バー５は一般に第１．２図に示す既知構造とほぼ同様 である。シールが自由位置にあるとき、片持型板ばねｌからなるシール素子に接 触する箇所りには小さい接触力か生じる。

前述の如く、制動は２つの理由から行われる。第１には、制動素子７の自由長は シール素子ｌのそれと同じではないという事実は２つの構成部品の振動の固有周 波数が同じでないことを意味する。従ってそれらは個別部材として振動すること はできないが、ずっと高い周波数をもつ一組として振動させられる。更に、組立 てられたとき、２つのシール構成部品の干渉により２つの部品間に摩擦力が生じ る。これらの機構はシールがはためこうとする傾向を阻止する。

第６図に示すコーナーシールは、第３．４図の単一の追加の制動素子７が第６図 の実施例の２つの重なった追加の制動素子７ａ、７ｂで置き換えられている点を 除けば、第３．４図に示すものとほぼ類似している。これらの追加の制動素子は 前述の如き板ばねからなる。２つの制動素子７ａ、７ｂは実質上同じであり、第 ３．４図の実施例の単一の制動素子７と同様な手法で機能するが、コーナーシー ルに起こり易い大きな振動を抑制する。第６図に示す如きコーナーシールを用い ることによって１００ｈｚに至るまで振動の発生は見出されなかった。第６図は 実質上同じ箇所で作用する制動素子７ａ、７ｂの自由端を示すが、別法として、 異なった長さの制動素子を準備し、短い方の制動素子７ｂの端部が長い方の制動 素子７ａに作用するようになすことができる。

第７図はノールを担持するブレード又はフレーム部材の直角端縁に沿って延在す る同様なコーナーシール（図示せず）に適合させるためほぼ４５°の角度で留め 継ぎにされた（図の左側で）コーナーシールの概略を示す。参照数字８は着座バ ー（台座）」二に片持型板ばね１が重なった部分を示す一方、参照数字９は板ば ねｌ上に追加の制動素子７ａ、７１〕か重なった部分の領域を示す。簡明化のた め、偏倚ばね３は第７図から除外している。

第６．７図につき前述したコーナーシールは、ＰＣＴ特許出願第Ｐ　ＣＴ／Ｇ　 Ｂ８９１０　Ｏ９７５号（公告番号箱Ｗ０９０１０２２７９号）に記載された手 法で片持型板ばねｌに作用する第２偏倚ばね（図示せず）を備え、第２の同様な しかし同一ではない偏倚ばねが前記板ばねに作用し、２つの偏倚ばねの自由端が 実質上同じ箇所で板ばねに作用し、各偏倚ばねは締着される第１脚部をもちそし て、第１脚部に対して鈍角をなす第２脚部をもつことを好適とする（しかし必ず しもそうする必要はない）。

かかる第２の偏倚ばねを備えた本発明のシールは同じ状況下で非−コーナーシー ルに使用することもできる。

上述の種々の実施例では、偏倚ば１＋の先端はそれ自身とシール作用素子をなす 片持型板ばねｌとの間で実質上線接触をなす。組立てられたシールが振動する場 合、シール素子の磨耗か振動の振幅に一致する細い帯域上で起こる。

従って別の実施例では、第８図に示すように、偏倚ばね３はその外端から短い距 離をおいた位置３ａで曲げられて、組立てられたシールの自由位置で、偏倚ばね の短い長さＸか片持型板ばねｌ上に平らに横たわるようになす。これは、所定の 接触力に対して偏倚ばねとシール面との間の支え圧力が大幅に減少するという効 果をもつ。たとえ組立体に何らかの振動か起こっても、磨耗速度は大幅に減少す る。

、　１１＋　ＰＣＴ／ＧＯ９３１００１７０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．分離器の固定フレーム又は可動部材（２）に取付けられる片持型板ばね（１ ）と、前記坂ばね（１）に作用する偏倚ばね（３）と、シールを締着、支持する ためにシールの下に配置されたバー（４）を備えたガス分離器用シールにおいて 、少なくとも１つの追加の制動素子（７）を備え、締着／支持バー（４）が減少 させられた幅をもっことを特徴とするガス分離器用シール。 ２．前記追加の制動素子が別の板ばね（７）を備えたことを特徴とする請求項１ に記載のシール。 ３．前記追加の制動素子が片持型板ばね（１）と同じ材料及び厚さの別の板ばね （７）を備え、前記別の板ばね（７）が前記片持型板ばね（１）より幅が狭いこ とを特徴とする請求項１又は２に記載のシール。 ４．前記追加の制動素子（７）が片持型板ばね（１）と前記固定フレーム又は可 動部材（２）の間に締着され、前記追加の制動素子（７）が初期曲率をもち、そ の曲率半径（Ｒ４）は前記片持型板ばね（１）の曲率半径（Ｒ５）より小さいこ とを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のシール。 ５．前記偏倚ばね（３）を締着するための偏倚ばね締着バー（５）を備え、前記 偏倚ばね締着バー（５）は可動部材又はフレーム部材（２）に関して締着／支持 バー（４）の反対側に配置され、前記締着／支持バー（４）は偏倚ばね締着バー （５）の幅より小さい幅をもっことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に 記載のシール。 ６．締着／支持バー（４）は可動部材又はフレーム部材（２）の端縁を越えて延 在することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のシール。 ７．片持型板ばね（１）に作用する第２の偏倚ばねを備えたことを特徴とする請 求項１から６の何れか１項に記載のシール。 ８．前記第２の偏倚ばねは前記最初に挙げた偏倚ばね（３）に類似するが同一で はなく、前記２つの偏倚ばねの自由端は実質上同じ箇所で片持型板ばね（１）に 作用し、各偏倚ばねは締着される第１脚部と、前記第１脚部に対して鈍角をなす 第２脚部をもつことを特徴とする請求項７に記載のシール。 ９．前記少なくとも１つの追加の制動素子（７）は２つの重ね合わされた板ばね （７ａ、７ｂ）からなることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の シール。 １０．組立てられたシールの自由位置で偏倚ばね（３）の端部分が片持型板ばね （１）上に平らに横たわるよう前記偏倚ばね（３）はその自由端近くで曲げられ ていることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載のシール。