コンプライアントプレートシールの製造方法
【課題】コンプライアントプレートシールの製造方法を提供すること
【解決手段】コンプライアントプレートシールの製造方法は、複数のＴ型シム（７５）及び複数のスペーサシム（７０）を直線溶接治具（１００）組み付けて、これにより前方及び後方端部及び側部を有するシムパックを形成する段階と、シムパック（１１５）の側部を上部プレート（１１０）に溶接する段階と、溶接治具（１００）の一部を除去する段階と、複数のスペーサシム（７０）を除去する段階と、シムパック（１１５）を目標直径に成形する段階と、半径方向流れプレートをシムパック（１１５）に取り付ける段階とを含む。
【解決手段】コンプライアントプレートシールの製造方法は、複数のＴ型シム（７５）及び複数のスペーサシム（７０）を直線溶接治具（１００）組み付けて、これにより前方及び後方端部及び側部を有するシムパックを形成する段階と、シムパック（１１５）の側部を上部プレート（１１０）に溶接する段階と、溶接治具（１００）の一部を除去する段階と、複数のスペーサシム（７０）を除去する段階と、シムパック（１１５）を目標直径に成形する段階と、半径方向流れプレートをシムパック（１１５）に取り付ける段階とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される発明の対象は、回転部品と静止部品との間のシール構造に関し、より詳細には、コンプライアントプレートシール構成の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータ（例えば、回転シャフト）とステータ（例えば、静止シェル又はケーシング）との間の動的シールは、ターボ機械において重要な懸案事項である。これまでに幾つかのシール方法が使用されている。詳細には、コンプライアントプレートシールなどのシール部材を含む可撓性部材に基づくシールが使用されてきた。
【０００３】
公知のブラシシールは、漏出を低減するために捩れ形配置で配列されたほぼ円筒形の緊密パックのブリストルを含む。ブリストルは、半径方向の剛性が小さく、これにより、定常運転中に緊密なクリアランスを維持している間にロータ偏位が生じた場合、該ブリストルが移動可能になる。しかしながら、ブラシシールは一般に、シール全体にわたって限定的な圧力差未満でのみ有効にする。ブリストルのほぼ円筒形の幾何形状に起因して、ブラシシールは、軸方向で低剛性を有する傾向があり、これは、公知のブラシシールにおける最大作動可能圧力差をほぼ４００ｐｓｉ未満に制限する。
【０００４】
コンプライアントプレートシールは、相当する半径方向剛性に対して有意に大きな軸方向剛性を有するプレート状要素を有し、従って、このようなシールは、既知のブラシシールよりも大きな圧力差で使用する能力を有する。
【０００５】
パックとして共に組み付けられるプレート状要素を含むことが多いコンプライアントプレートシールは、プレートをロータ（例えば、回転シャフト）に対して支持するハウジングに溶接される。接合の１つの方法は溶接に基づく。溶接プロセスの間、コンプライアント部材の接合領域は収縮する可能性があり、これがコンプライアントプレート要素の変形及び縮緬を引き起こし、コンプライアントプレートに対する半径方向剛性及び力分布に影響を及ぼし、軸方向漏出の増大及びロータ加熱を含む幾つかの問題を招く可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６７８６４８７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様によれば、コンプライアントプレートシールの製造方法が提供される。本方法は、直線に沿ってＴ型シム及びスペーサシムを溶接治具に組み付け、これにより前方及び後方端部及び側部を有するシムパックを形成する段階を含む。本方法は更に、シムパックの側部を溶接する段階と、溶接治具から接合されたシールセグメントを除去する段階と、スペーサシムを除去する段階とを含む。本方法は更に、シムパックを目標直径に成形する段階と、中間の半径方向流れプレートをシムパックに取り付ける段階とを含み、該シムパックが半径方向切り欠き領域を有する。
【０００８】
本発明の別の１つの態様によれば、シールアセンブリが提供される。シールアセンブリは、上部プレートと、該上部プレートに溶接されるシムパックとを含み、該シムパックが、交互に配列されたＴ型シムとスペーサシムとを含み、ここではスペーサシムの下側部分が除去されている。シールアセンブリは更に、上部プレートに結合された半径方向流れプレートを含み、上部プレートは、機械加工により除去され且つＴ型シムの切り欠き部の側縁と整列される中央又はオフセット部分を含み、上部プレートが、Ｔ型シムの各々の切り欠き部分を接合するよう機械加工された中央部分を含み、弓形シールセグメントの各々が、特定の翼弦長さに仕上げられ、仕上がり切り欠き部がＴ型シムの平面と平行であり、Ｔ型シムの先端が仕上がった直径に機械加工される。
【０００９】
本発明の更に別の態様によれば、溶接治具アセンブリが提供される。溶接治具アセンブリは、細長いチャンネルを有する溶接治具本体と、チャンネル内に配置されてシムパックを形成する、交互配列のＴ型シム及びスペーサシムとを含む。溶接治具アセンブリは更に、シムパックの何れかの端部に配置された傾斜ブロックを含み、溶接治具の上部プレートと溶接治具本体の何れかの端部に結合されたエンドプレートとに対するシムパックの角度を定めする。エンドプレートは、ジャッキスクリューを含み、回転すると、傾斜ブロックを溶接治具本体内の内側に向けて滑動し、これにより交互に配列されたＴ型シムとスペーサシムとの間の望ましくないギャップを圧縮し除去して溶接の準備をする。溶接治具は更に、上部プレートと溶接治具本体との間に形成されたウィンドウを含むことができる。
【００１０】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な実施形態に従って製造された例示的なコンプライアントプレートシールアセンブリ１０の斜視図。
【図２】図１のシールアセンブリの断面図。
【図３】図１のシールアセンブリの別の断面図。
【図４】図１のシールアセンブリの別の断面図。
【図５】図１のシールアセンブリの別の断面図。
【図６】図２に示すシールアセンブリの断面図。
【図７】例示的な実施形態におるスペーサシム及びＴ型シムを示す図。
【図８】溶接本体治具の側面図及び正面図。
【図９】組み付けられたスペーサシムを備えて、溶接治具本体に機械的に取り付けられた上部プレートの正面図。
【図１０】溶接治具アセンブリの側断面図。
【図１１】上部プレートとシムパックとの間に定められた溶接領域に沿った溶接部を示す、溶接治具内に溶接されたコンプライアントシールの正断面図。
【図１２】スペーサシムの底部が落とされて実装された、スペーサシム及びＴ型シムの耳部の除去領域を示す図。
【図１３】スペーサシム及びＴ型シムの耳部の除去後のコンプライアントシールを示す図。
【図１４】接合領域下のスペーサシムの底部の除去後のコンプライアントシールを示す図。
【図１５】半径方向曲げ作業の反応点である領域を示す、上部プレート及びシムパックの組み合わせの正面図。
【図１６】例示的な実施形態による半径方向曲げ後の上部プレート及びシムパックの組み合わせの斜視側面図。
【図１７】上部プレートの中央部分が機械加工により除去された、弓形セグメントの斜視側面図。
【図１８】図１７の弓形セグメントの前方断面図。
【図１９】弓形半径方向流れプレートハウジングを有する弓形セグメントを示す図。
【図２０】例示的な機械的に取り付けられた弓形半径方向流れプレートハウジングを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明とみなされる発明の対象は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。
【００１３】
本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【００１４】
以下の詳細な説明では、各図面を例証として参照しながら利点及び特徴と共に本発明の例示的な実施形態を説明している。
【００１５】
例示的な実施形態は、現行の製造プロセスにおいて同様に一般的なように、コンプライアントプレートシール間のギャップにわたる溶接に伴う変形、形状異常、収縮差、及び他の関連する問題を軽減するコンプライアントシール製造方法を含む。例示的な実施形態において、コンプライアントプレートシールは、直線状に接合され、その後で、ロータと対向するシールで使用するのに好適な直径にまで曲げられる。例示的な実施形態では、交互するスペーサシム及びＴ型シムが、傾斜ブロックに接して直線固定具にスタックされ、あらゆるギャップを排除するよう加圧される。スペーサシムは、スペーサの下側部分を取り除く、後での機械加工作業を可能にするポケットを含む。加圧シムパックの上縁は、上部プレートに接して整列される。シムパックの平坦な上部プレートは、深く狭い電子ビーム又はレーザ溶接を実施する上部プレートの底面に溶接される。溶接は、上部プレートの各側部に実施される。上側溶接シムパックの左右側部に機械加工し、スペーサシムの下側部分を取り除くことができるようにする。スペーサシムの下側部分を取り除いた後、上部プレートの上面及び左右の底面を用いて、ターボ機械の最終用途に好適な何らかの規定の直径の弓形セグメントにシールを曲げる。曲げの後で、上部プレートの中央部分を取り除き、加工された弓形ハウジングと半径方向流量リストリクタとの組み付けを可能にする。上部ハウジングは、Ｔ型プレートパックに機械的に組み付けられ、又は溶接される。Ｔ型シムの先端は、最終ロータ直径に機械加工される。アセンブリの左右側部は、Ｔ型シムパックと同一平面の角度で、及び所要のシールセグメント翼弦長さで機械加工により除去される。３６０度シール当たりに複数のセグメントが存在することができる。
【００１６】
Ｔ型シムの縁部全体は、シムを極めて緊密にパックする固定方法を用いて、金属結合で溶接することにより上部プレートに完全に接合することができる。従って、溶接時には、Ｔ型プレート変形を引き起こす溶接衝撃が最小限にされる。Ｔ型プレートのスペースは、この方法によって極めて弓形に保持される。この方法はまた、Ｔ型シム応力及び漏出を最小限にする。リーフを直線状構成で接合することにより、各シール直径のためのカスタム溶接固定に伴うコストが最小限になる。あらゆる直径のシールを直線状ストックから曲げることができる。適切な大きさのスペーサシムは、曲げられた直径の範囲で選ばれる。直線状の固定具によって、何千ものシムを数十ミル以下の範囲内で精密に軸方向に位置付けすることができるようになる。コンプライアント部材間の正確且つ反復可能なスペースは、作動中の最小のコンプライアントプレート応力並びに最小のシール漏出を達成するために重要である。交互するスペーサシム及びＴ型シムの直線状のスタック方法は、機械ベースの自動化シムスタック工程に役立ち、シム組み付けの手又は手動によるスタック作業を更に低減する。これは、より手動で組み付けられる弓形ハウジングよりもコスト及びサイクル上有利である。
【００１７】
本明細書で説明される改善されたコンプライアントプレートシール製造方法は、コンプライアントプレートシール間のギャップにわたる溶接に伴う変形、形状異常、収縮差、及び他の関連する問題を阻止する構造を提供する。
【００１８】
図１は、本明細書で説明される例示的な実施形態に従って製造された例示的なコンプライアントプレートシールアセンブリ１０の斜視図である。図２は、線２−２で取ったシールアセンブリ１０の断面図である。より具体的には、図２において、シールアセンブリ１０は、本明細書で説明されるように、半径方向外向き又は後退位置で示されている。図６は、ロータ１２が存在する状態の図２に示すシールアセンブリ１０の断面図である。
【００１９】
例示的な実施形では、コンプライアントプレートシールアセンブリ１０は、回転シャフトなどのロータ１２とハウジング１４間の軸方向漏出の低減を可能にする。より具体的には、ハウジング１４は、ロータ１２がハウジング１４と相対的に回転するように、タービン静止シェル又はステータに結合される。例示的な実施形態において、ハウジング１４は、ステータ内で結合することができる。図２は、ハウジング１４を接合コンプライアントプレート部材１６に結合する位置決めスクリュー４０を示す。図３から５は、代替のハウジング構成並びに該ハウジング構成をコンプライアントプレート部材に結合する溶接部４１を示す。シールアセンブリ１０が本明細書で説明されるように機能することが可能な、あらゆる好適なハウジング構成、結合技術、及び締結技術を実装することができる点は理解される。
【００２０】
シャフトシールアセンブリ１０は、対向する（すなわち向かい合う）関係で根元部２６に固定された複数のコンプライアントプレート要素１６を備える。本明細書で使用される用語「対向関係」とは、１つのコンプライアントプレート要素１６の第１の側面２８が中間の隣接するコンプライアントプレート要素１６の第２の側面３０に隣接している配向を指す。各側面２８及び３０は、各コンプライアントプレート要素の高圧側３３にある前方面３２から各コンプライアントプレート要素の低圧側３５にある後方面３４まで、及び各コンプライアントプレート要素１６の根元部２６から先端３６まで延びる。要素１６の前方面３２及び／又は後方面３４は、高圧側３３及び／又は低圧側３５それぞれで露出することができることは理解される。例示的な実施形態では、各コンプライアントプレート要素１６は、各側面２８及び３０に沿って実質的に平面又は平坦である。
【００２１】
図６を参照すると、例示的な実施形態において、プレート要素が実質的に一定の厚みＴを有する場合、ギャップ３８は、該ギャップ３８が内側部分４４よりも外側部分４２でより広くなるように、隣接するコンプライアントプレート要素１６間で定められる。本明細書で更に説明されるように、隣接するコンプライアントプレート要素１６間に交互に位置付けられて選択的に除去されるスペーサシム（図示せず）が存在することにより、ギャップ３８はこれに応じて予め定められる。従って、ギャップ３８は、外側部分４２から内側部分４４に向かってテーパが付けられる。このため、プレート部材１６の根元部２６は、「緩くパックされている」とみなされ、先端３６は、「緊密にパックされている」とみなすことができる。本明細書で使用される用語「緊密にパックされている」とは、隣接するプレート先端３６が互いに接触しないが近接して間隔を置いて配置されている配向をさす。
【００２２】
例示的な実施形態では、コンプライアントプレート要素１６は、各プレート要素１６がロータ１２のそれぞれの接平面４８に対して角度θ（本明細書では「カント角」とも呼ばれる）に向けられるようにハウジング１４に結合される。接平面４８は、プレート先端３６に近接した、ロータ１２上の線５０において定められる。より具体的には、側面２８及び／又は３０の少なくとも１つは、接平面４８に対して角度θに向けられる。例示的な実施形態では、カント角θは９０°未満である。１つの実施形態では、カント角θは、約２０°と約７０°の間の何らかの特定の規定値であるように選択される。例示的な実施形態では、カント角θは、プレート要素１６がロータ１２の回転方向Ｒから離れる角度に保証されるように選択され、該カント角θが、シールアセンブリ１０内のロータ１２の回転を促進するようになる。
【００２３】
図１を参照すると、軸流抵抗部材１７は、スロット２０を介してコンプライアントプレート要素１６を少なくとも部分的に貫通して延びて、ギャップ３８間の軸方向漏出流れの防止を可能にする。より具体的には、例示的な実施形態において、軸流抵抗部材１７は、ハウジング１４の回りを円周方向に延びて、ハウジング１４からロータ１２に向かって半径方向内向きに延びる。
【００２４】
図２を参照すると、例示的な実施形態において、スロット２０及び軸流抵抗部材１７は、実質的に一定の幅Ｗ1、Ｗ2をそれぞれ有する。更に、軸流抵抗部材１７は、スロット２０の幅Ｗ1に実質的に等しいとすることができる幅Ｗ3を有する上側部分１８を含むことができる。或いは、幅Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3は、本明細書で説明されるようにシールアセンブリが機能することができるあらゆるサイズとすることができる。更に、ギャップ５８は、軸流抵抗部材１７とスロット２０との間に定められる。例示的な実施形態において、ギャップ５８は、前部セクション６２、ブリッジセクション６３、及び後部セクション６４を含む。図２では、コンプライアントプレート１６のスロット２０及びハウジング１４の軸流抵抗部材１７がコンプライアントプレート部材１６の中央に示されている。代替の実施形態では、軸流抵抗部材１７及びコンプライアントプレートのスロット２０は、ハウジング１４から軸方向にオフセットすることができる。
【００２５】
例示的な実施形態において、ギャップ５８の寸法は、所定の静圧リフト及び／又は静圧ブローダウン条件に基づいて選択される。例えば、前部セクション６２は、後部セクションの増加中に減少する可能性がある。このようなギャップ構成は、静圧ブローダウンを引き起こす可能性がある。本明細書で使用される用語「ブローダウン」は、圧力負荷を受けたコンプライアントプレート要素１６の半径方向内向きの方向を指す。代替の実施形態において、前部セクション６２は、後部セクション６４よりも大きくすることができる。このようなギャップ構成は、プレート要素１６に対するリフトを引き起こす可能性がある。例示的な実施形態において、コンプライアントプレート要素１６は、前部セクション６２の近くで有効なブローダウン力を生じ、後部セクション６４の近くで有効なリフト力を生じ、ここで前部及び後部セクション６２及び６４は、公知のコンプライアントプレートシールアセンブリに比べて互いにより近接している。ギャップセクション６２及び６４間の距離が短縮したことに起因して、ブローダウン及びリフト力もまた、既知のコンプライアントプレートシールアセンブリ内で発生する力と比べて、互いにより近接している。力の間の隔たりを短縮することによって、各コンプライアントプレート部材１６に作用する捩れトルクは、既知のコンプライアントプレートシールアセンブリと比べて低減が促進される。
【００２６】
ここで、シールアセンブリ１０を製造するための例示的な方法を説明する。図７は、例示的な実施形態による、シールアセンブリ１０に製造する前のスペーサシム７０及びＴ型シム７５を示す。シールアセンブリ１０の製造中、スペーサシム７０及びＴ型シム７５の交互する列は、コンプライアントプレート部材１６を形成する際の第１のステップとして緊密にパックされる。例示的な実施形態において、スペーサシム７０は、交互パック構成でＴ型シム７５の各々間に必要なスペースを提供するよう実装される。スペーサシム７０は、該スペーサシムの上側Ｔ型領域内に切り欠き領域７１を含む。本明細書で更に説明されるように、上側Ｔ型領域７２の耳部７３は、左右が後で機械加工により除去され、次いで、切り欠き領域７１下のスペーサシム７０の一部７４がシールアセンブリ１０から落とされる。スペーサシム７０の厚みは、ギャップ３８を定めるためにほぼ０．０００５インチから０．００４インチの範囲内の何れかの厚みの値として選択することができる。例示的な実施形態において、Ｔ型シム７５は、シールアセンブリの可撓性部分を含み且つコンプライアントプレート部材１６の一部であるシム又はプレートである。中央切り欠き部７６は、後で、半径方向に向いた軸流抵抗部材１７を含むスロット２０を定める。Ｔ型シム７５は更に、スペーサシム７０の耳部７３と共に後で機械加工により除去される耳部７８を有する上側Ｔ型領域７７を含む。Ｔ型シム７５の厚みは、図６のＴで表記されるように、ほぼ０．０２インチから０．３０インチの範囲内の何れかの値として選択される。この製造技術は、スペーサの厚みを制限するものではなく、指定の範囲よりも大きいか又は小さいどのような実際の厚みでも有効とすることができる。
【００２７】
図８及び９は、上述のように、スペーサシム７０及びＴ型シム７５が直線に沿って交互にパックされた溶接治具本体１００の側面及び前面図を示す。例示的な実施形態において、スペーサシム７０及びＴ型シム７５は、治具本体１００内に定められたチャンネル１０５内に交互にパックされる。溶接治具本体は更に、本明細書で更に説明されるように、溶接用ウィンドウを定める切り欠き領域１０６を含む。図９は、交互にパックされたスペーサシム７０及びＴ型シム７５と共に組み立てられた溶接治具本体１００の正面図を示す。スペーサシム７０が図示されている。図９は更に、溶接治具本体に機械的に取り付けられた上部プレート１１０を示す。例示的な実施形態において、ボルト１１１が、上部プレート１１０を溶接治具本体１００に機械的に取り付けている。
【００２８】
図１０は、組み立てた溶接治具アセンブリ１８０の側面図を示している。図１１は、同様に溶接治具アセンブリ１８０内で溶接されたコンプライアントプレートシールの正面図を示す。溶接治具アセンブリ１８０は、上述のように、溶接治具本体１００と上部プレート１１０とを含む。溶接治具アセンブリ１８０は更に、ここではシムパック１１５とも呼ばれる、交互するスペーサシム７０及びＴ型シム７５を含む。シムパック１１５の両端部上で溶接治具本体１００のチャンネル１０５内に左及び右傾斜ブロック１２０、１２５が挿入される。傾斜ブロック１２０、１２５は、上部プレート１１０に対するシムパック１１５の治具ブロック角ψを定める。治具ブロック角ψは、上部プレート１１０に溶接されたシムパック１１５の所望の角度に対応するよう選択される。例示的な実施形態において、角度ψは、４５度に選択することができる。左右エンドプレート１３０、１３５は更に、溶接治具本体１００に機械的に固定される。エンドプレート１３０、１３５は、ボルトにより溶接治具本体１００に機械的に固定することができる。エンドプレート１３０、１３５は、傾斜ブロック１２０、１２５をチャンネル内部にシムパック１１５に接して保持する。送りネジ１４０を調節してエンドブロックを押して滑動させ、シムパック１１５を加圧してシムパック１１５の溶接領域１４５のスペースを最小にすることができる。シムパック１１５の溶接領域１４５は、上述のように、上部プレート１１０と切り欠き領域１０６との間に定められるウィンドウ１５０を通じて溶接治具本体１００全体に露出される。
【００２９】
例示的な実施形態において、溶接ビームを溶接領域１４５に沿ってウィンドウ１５０内に集束させ、シムパック１１５を上部プレート１１０に溶接させるようにする。溶接ビームは、電子ビームとすることができ、上部プレート１１０の加熱を最小限にするために細く狭いビームを与え、上部プレート１１０及びシムパック１１５に沿って深い溶接を可能にする。図１１は、上部プレート１１０とシムパック１１５との間に定められた溶接領域１４５に沿った溶接部１５５を示す。本明細書で更に説明されるように、溶接部１５５は、スペーサシム７０及びＴ型シム７５両方の切り欠き領域を越える深さにまで延びる。代替の例示的な実施形態において、溶接部１５５は、スペーサシム７０及びＴ型シム７５両方の切り欠き領域を越えて延びない。
【００３０】
例示的な実施形態において、溶接後、エンドプレート１３０、１３５は、溶接治具本体１００から取り除かれる。傾斜ブロック１２０、１２５もまた、溶接治具本体１００から取り除かれる。上述の溶接プロセスの結果として、上部プレート１１０及びシムパック１１５は共に溶接され、これらもまた、接合されたアセンブリとして溶接治具本体１００から取り除かれる。
【００３１】
図１２から１４は、スペーサシム７０及びＴ型シム７５それぞれの耳部７３、７８を除去するための機械加工ステップを示している。図１２において、耳部７３、７８は、シムパックの全長にわたって除去される。図１３は、シムパックから耳部７３、７８が除去された溶接された上部プレート１１０及びシムパック１１５を示している。耳部７３、７８を除去するために、限定ではないが、研削、放電加工（ＥＤＭ）、及びフライス加工を含む、現行のあらゆる機械加工技術を実施することができることは理解される。スペーサシム７０の耳部７３が除去された状態では、スペーサシム７０の下側部分７４はもはや、上部プレート１１０に溶接された上側のＴ型部分（耳部７３が除去された）に支持又は取り付けられていないことは理解される。従って、スペーサシム７０の下側部分７４は、上部プレート１１０及びシムパック１１５アセンブリから外れ落ちる。残りの上側部分７２は、残ったＴ型シム７５との間にスペース（すなわちギャップ３８）を定める。図１４は、スペーサシム７０の下側部分７４が除去され、残ったＴ型シム７５が露出している状態の溶接された上部プレート１１０及びシムパック１１５を示している。上述のように、切り欠き部７６がスロット２０を定めることは理解される。また、切り欠き部７６及びスロット２０は同じ幅Ｗ1を共有することは理解される。加えて、Ｔ型シム７５全ての切り欠き部７６は、シムパック１１５に沿って整列している。更に、溶接部１５０の各々の深さは、上部プレート１１０及びシムパックの残りの非溶接部分の幅Ｗ4が切り欠き部７６の幅Ｗ1よりも小さいようなものであることは理解される。代替の例示的な実施形態では、溶接部１５０は、切り欠き領域を越えないが、Ｔ型シム７５及びスペーサシム７０を上部プレート１１０に固定するのに十分な深さまで延び、すなわちＷ４＞Ｗ１である。
【００３２】
図１５は、上部プレート１１０及びシムパック１１５の組み合わせの正面図を示す。上部プレート１１０は、上部プレート１１０及びシムパック１１５の組み合わせを上述したようにシールアセンブリの目標直径に曲げることができるように曲げ領域１１２を定める。端部領域１１２は、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）ローラ及びカスタムダイ、又はプレスブレーキ及びカスタムダイなど、現行のあらゆる曲げ装置により係合することができる。目標直径を生成するために、現行のあらゆる曲げ技術及び装置を実装することができ、曲げ領域１１２が、曲げ技術及び装置を受け入れるのに十分に大きな表面積を提供することは理解される。図１６は、例示的な実施形態に従って曲げられた上部プレート１１０及びシムパック１１５の組み合わせの斜視側面図を示す。上部プレート１１０及びシムパック１１５の組み合わせは、ここでは弓形セグメント１６０と呼ばれる。
【００３３】
図１７は、上部プレート１１０の中央部分が機械加工により除去された、弓形セグメント１６０の斜視側面図を示す。弓形セグメント１６０のセグメント端部靱帯部１６２、１６３は、シムの左右部分の適切な位置合わせ及び整列を維持し、該左右部分が後続の動作で正確な位置になるように、機械加工後に損傷を受けていない状態である。図１８は、図１７の弓形セグメント１６０の前方断面図を示す。図１８は、切り欠きセクション７６及び中央部分１６１が、連続的に幅Ｗ1のスロット７６を形成していることを示している。加えて、溶接部１５０は、上部プレート１１０及びシムパック１１５の全長Ｌを覆い、従って、上部プレート１１０と各Ｔ型シム７５間の完全な溶接部をもたらすことは理解される。
【００３４】
図２から５を再度参照すると、一体化された軸流抵抗部材１７を含むハウジング１４の実施形態が示される。ここで、ハウジング及び軸流抵抗部材１７は、図２０に示されるように、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０と呼ばれる。図１９は、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０を有する弓形セグメント１６０を示している。例示的な実施形態において、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０は、上述のように、機械的締結具又は溶接によって弓形セグメントに取り付けられる。次いで、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０は、全体的に翼弦切断部１７１として図示され、該翼弦切断部においてＴ型シム７０と同一平面にある端部（靱帯部１６２、１６３を含む）を除去するよう機械加工される。図３から５の断面図は図１９に示されている。図３から５は、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０を弓形セグメントに取り付けるための溶接部４１の実施を示している。図２は、機械的に取り付けられた弓形半径方向流れプレートハウジング１７０を示す。図２０は、機械的に取り付けられた例示的な弓形半径方向流れプレートハウジング１７０を示す。機械的に取り付けられた弓形半径方向流れプレートハウジング１７０において、弓形セグメント１６０は、上述のように機械加工される。端部切断は、上述のようにＴ型シム７０と同一平面で行われる。次いで、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０は、弓形セグメント１６０に機械的に組み立てられる。
【００３５】
本明細書に記載された例示的な製造方法は、機械的に交互にスタックされるスペーサ及びＴ型シムがカートリッジに装荷され、該カートリッジが電子ビーム溶接治具内にスライドされる自動化に好適な方法を提供する。この自動化工程は、弓形ハウジングへの手作業の組み付けである代替形態よりも、手動組み付けを最低限にする。全てのシール直径が直線状に組み付けられ溶接されるので、複雑な直径に応じた治具は必要ではなく、１回限りの直径に応じた溶接又はろう付け治具に優る、有意なコスト節減を可能にする。本明細書で記載される製造方法は更に、直線状のシムストックを製造して、受注時に必要な直径に曲げることを可能にする、サイクル上の利点をもたらす。ＣＮＣロール曲げでは、様々な直径のダイコストが最小になる。Ｔ型シムを上部に完全に接合するために、Ｔ型シムの縁部全体に沿った全深溶接を行うことができる。交互するスペーサ及びＴ型シムは、端部治部傾斜ブロックによって規定される所要角度で直線溶接本体治具内に緊密にパックされる。これらは、エンドプレート上で送りネジを利用して互いに緊密に加圧される。この緊密なパッキングによって、溶接シム間のギャップが最小限にされ、又は排除される。従って、溶接時には、Ｔ型プレートの変形を引き起こす溶接収縮の影響が最小になる。Ｔ型プレートスペースが極めて正確に保持され、最終製品に対するＴ型シム応力及びシール漏出を最小限にする。直線状構成でのシムの接合は、シール直径毎のカスタム治具に伴うコストを最小限にする。あらゆる直径のシールは、直線状ストックから曲げることができる。曲げられる直径範囲に対して、適切な大きさにされたスペーサシムが選択される。直線状の溶接治具は、何千ものシムを数ミルの範囲内で精密に軸方向に位置付けすることができるようにする。交互するスペーサシム及びＴ型シムのスタックは、機械ベースの自動化シムスタック工程に役立ち、シム組み付けの手又は手動によるスタック作業を更に低減する。これは、手動で組み付けられる必要がある工程よりもコスト及びサイクル上有利である。
【００３６】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３７】
１０ コンプライアントプレートシールアセンブリ
１２ ロータ
１４ ハウジング
１６ コンプライアントプレート部材
１７ 軸流抵抗部材
１８ 上側部分
２０ スロット
２６ 根元部
２８ 第１の側面
３０ 第２の側面
３２ 前方面
３３ 高圧側
３４ 後方面
３５ 低圧側
３６ 先端
３８ ギャップ
４０ 止めネジ
４１ 溶接部
４２ 外側部分
４４ 内側部分
４８ 接平面
５０ 線
５８ ギャップ
６２ 前部セクション
６３ ブリッジセクション
６４ 後部セクション
７０ スペーサシム
７１ 切り欠き部分
７２ 上側Ｔ型領域
７３ 耳部
７４ 部分
７５ Ｔ型シム
７６ 中央切り欠き部
７７ 側Ｔ型領域
７８ 耳部
１００ 溶接治具本体
１０５ チャンネル
１０６ 切り欠き領域
１１０ 上部プレート
１１１ ボルト
１１２ 曲げ領域
１１５ シムパック
１２０ 傾斜ブロック
１２５ 傾斜ブロック
１３０ エンドプレート
１３５ エンドプレート
１４０ 送りネジ
１４５ 溶接領域
１５０ ウィンドウ
１６０ 弓形セグメント
１６１ 中央部分
１６２ セグメント端部靱帯部
１６３ セグメント端部靱帯部
１７０ 翼弦切り欠き部
１８０ 組み付けられた溶接治具アセンブリ
Ｌ 長さ
Ｒ 方向
Ｔ 厚み
Ｗ１ 幅
Ｗ２ 幅
Ｗ３ 幅
Ｗ４ 幅
θ 角度
ψ 治具ブロック角
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される発明の対象は、回転部品と静止部品との間のシール構造に関し、より詳細には、コンプライアントプレートシール構成の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータ（例えば、回転シャフト）とステータ（例えば、静止シェル又はケーシング）との間の動的シールは、ターボ機械において重要な懸案事項である。これまでに幾つかのシール方法が使用されている。詳細には、コンプライアントプレートシールなどのシール部材を含む可撓性部材に基づくシールが使用されてきた。
【０００３】
公知のブラシシールは、漏出を低減するために捩れ形配置で配列されたほぼ円筒形の緊密パックのブリストルを含む。ブリストルは、半径方向の剛性が小さく、これにより、定常運転中に緊密なクリアランスを維持している間にロータ偏位が生じた場合、該ブリストルが移動可能になる。しかしながら、ブラシシールは一般に、シール全体にわたって限定的な圧力差未満でのみ有効にする。ブリストルのほぼ円筒形の幾何形状に起因して、ブラシシールは、軸方向で低剛性を有する傾向があり、これは、公知のブラシシールにおける最大作動可能圧力差をほぼ４００ｐｓｉ未満に制限する。
【０００４】
コンプライアントプレートシールは、相当する半径方向剛性に対して有意に大きな軸方向剛性を有するプレート状要素を有し、従って、このようなシールは、既知のブラシシールよりも大きな圧力差で使用する能力を有する。
【０００５】
パックとして共に組み付けられるプレート状要素を含むことが多いコンプライアントプレートシールは、プレートをロータ（例えば、回転シャフト）に対して支持するハウジングに溶接される。接合の１つの方法は溶接に基づく。溶接プロセスの間、コンプライアント部材の接合領域は収縮する可能性があり、これがコンプライアントプレート要素の変形及び縮緬を引き起こし、コンプライアントプレートに対する半径方向剛性及び力分布に影響を及ぼし、軸方向漏出の増大及びロータ加熱を含む幾つかの問題を招く可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６７８６４８７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様によれば、コンプライアントプレートシールの製造方法が提供される。本方法は、直線に沿ってＴ型シム及びスペーサシムを溶接治具に組み付け、これにより前方及び後方端部及び側部を有するシムパックを形成する段階を含む。本方法は更に、シムパックの側部を溶接する段階と、溶接治具から接合されたシールセグメントを除去する段階と、スペーサシムを除去する段階とを含む。本方法は更に、シムパックを目標直径に成形する段階と、中間の半径方向流れプレートをシムパックに取り付ける段階とを含み、該シムパックが半径方向切り欠き領域を有する。
【０００８】
本発明の別の１つの態様によれば、シールアセンブリが提供される。シールアセンブリは、上部プレートと、該上部プレートに溶接されるシムパックとを含み、該シムパックが、交互に配列されたＴ型シムとスペーサシムとを含み、ここではスペーサシムの下側部分が除去されている。シールアセンブリは更に、上部プレートに結合された半径方向流れプレートを含み、上部プレートは、機械加工により除去され且つＴ型シムの切り欠き部の側縁と整列される中央又はオフセット部分を含み、上部プレートが、Ｔ型シムの各々の切り欠き部分を接合するよう機械加工された中央部分を含み、弓形シールセグメントの各々が、特定の翼弦長さに仕上げられ、仕上がり切り欠き部がＴ型シムの平面と平行であり、Ｔ型シムの先端が仕上がった直径に機械加工される。
【０００９】
本発明の更に別の態様によれば、溶接治具アセンブリが提供される。溶接治具アセンブリは、細長いチャンネルを有する溶接治具本体と、チャンネル内に配置されてシムパックを形成する、交互配列のＴ型シム及びスペーサシムとを含む。溶接治具アセンブリは更に、シムパックの何れかの端部に配置された傾斜ブロックを含み、溶接治具の上部プレートと溶接治具本体の何れかの端部に結合されたエンドプレートとに対するシムパックの角度を定めする。エンドプレートは、ジャッキスクリューを含み、回転すると、傾斜ブロックを溶接治具本体内の内側に向けて滑動し、これにより交互に配列されたＴ型シムとスペーサシムとの間の望ましくないギャップを圧縮し除去して溶接の準備をする。溶接治具は更に、上部プレートと溶接治具本体との間に形成されたウィンドウを含むことができる。
【００１０】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な実施形態に従って製造された例示的なコンプライアントプレートシールアセンブリ１０の斜視図。
【図２】図１のシールアセンブリの断面図。
【図３】図１のシールアセンブリの別の断面図。
【図４】図１のシールアセンブリの別の断面図。
【図５】図１のシールアセンブリの別の断面図。
【図６】図２に示すシールアセンブリの断面図。
【図７】例示的な実施形態におるスペーサシム及びＴ型シムを示す図。
【図８】溶接本体治具の側面図及び正面図。
【図９】組み付けられたスペーサシムを備えて、溶接治具本体に機械的に取り付けられた上部プレートの正面図。
【図１０】溶接治具アセンブリの側断面図。
【図１１】上部プレートとシムパックとの間に定められた溶接領域に沿った溶接部を示す、溶接治具内に溶接されたコンプライアントシールの正断面図。
【図１２】スペーサシムの底部が落とされて実装された、スペーサシム及びＴ型シムの耳部の除去領域を示す図。
【図１３】スペーサシム及びＴ型シムの耳部の除去後のコンプライアントシールを示す図。
【図１４】接合領域下のスペーサシムの底部の除去後のコンプライアントシールを示す図。
【図１５】半径方向曲げ作業の反応点である領域を示す、上部プレート及びシムパックの組み合わせの正面図。
【図１６】例示的な実施形態による半径方向曲げ後の上部プレート及びシムパックの組み合わせの斜視側面図。
【図１７】上部プレートの中央部分が機械加工により除去された、弓形セグメントの斜視側面図。
【図１８】図１７の弓形セグメントの前方断面図。
【図１９】弓形半径方向流れプレートハウジングを有する弓形セグメントを示す図。
【図２０】例示的な機械的に取り付けられた弓形半径方向流れプレートハウジングを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明とみなされる発明の対象は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。
【００１３】
本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【００１４】
以下の詳細な説明では、各図面を例証として参照しながら利点及び特徴と共に本発明の例示的な実施形態を説明している。
【００１５】
例示的な実施形態は、現行の製造プロセスにおいて同様に一般的なように、コンプライアントプレートシール間のギャップにわたる溶接に伴う変形、形状異常、収縮差、及び他の関連する問題を軽減するコンプライアントシール製造方法を含む。例示的な実施形態において、コンプライアントプレートシールは、直線状に接合され、その後で、ロータと対向するシールで使用するのに好適な直径にまで曲げられる。例示的な実施形態では、交互するスペーサシム及びＴ型シムが、傾斜ブロックに接して直線固定具にスタックされ、あらゆるギャップを排除するよう加圧される。スペーサシムは、スペーサの下側部分を取り除く、後での機械加工作業を可能にするポケットを含む。加圧シムパックの上縁は、上部プレートに接して整列される。シムパックの平坦な上部プレートは、深く狭い電子ビーム又はレーザ溶接を実施する上部プレートの底面に溶接される。溶接は、上部プレートの各側部に実施される。上側溶接シムパックの左右側部に機械加工し、スペーサシムの下側部分を取り除くことができるようにする。スペーサシムの下側部分を取り除いた後、上部プレートの上面及び左右の底面を用いて、ターボ機械の最終用途に好適な何らかの規定の直径の弓形セグメントにシールを曲げる。曲げの後で、上部プレートの中央部分を取り除き、加工された弓形ハウジングと半径方向流量リストリクタとの組み付けを可能にする。上部ハウジングは、Ｔ型プレートパックに機械的に組み付けられ、又は溶接される。Ｔ型シムの先端は、最終ロータ直径に機械加工される。アセンブリの左右側部は、Ｔ型シムパックと同一平面の角度で、及び所要のシールセグメント翼弦長さで機械加工により除去される。３６０度シール当たりに複数のセグメントが存在することができる。
【００１６】
Ｔ型シムの縁部全体は、シムを極めて緊密にパックする固定方法を用いて、金属結合で溶接することにより上部プレートに完全に接合することができる。従って、溶接時には、Ｔ型プレート変形を引き起こす溶接衝撃が最小限にされる。Ｔ型プレートのスペースは、この方法によって極めて弓形に保持される。この方法はまた、Ｔ型シム応力及び漏出を最小限にする。リーフを直線状構成で接合することにより、各シール直径のためのカスタム溶接固定に伴うコストが最小限になる。あらゆる直径のシールを直線状ストックから曲げることができる。適切な大きさのスペーサシムは、曲げられた直径の範囲で選ばれる。直線状の固定具によって、何千ものシムを数十ミル以下の範囲内で精密に軸方向に位置付けすることができるようになる。コンプライアント部材間の正確且つ反復可能なスペースは、作動中の最小のコンプライアントプレート応力並びに最小のシール漏出を達成するために重要である。交互するスペーサシム及びＴ型シムの直線状のスタック方法は、機械ベースの自動化シムスタック工程に役立ち、シム組み付けの手又は手動によるスタック作業を更に低減する。これは、より手動で組み付けられる弓形ハウジングよりもコスト及びサイクル上有利である。
【００１７】
本明細書で説明される改善されたコンプライアントプレートシール製造方法は、コンプライアントプレートシール間のギャップにわたる溶接に伴う変形、形状異常、収縮差、及び他の関連する問題を阻止する構造を提供する。
【００１８】
図１は、本明細書で説明される例示的な実施形態に従って製造された例示的なコンプライアントプレートシールアセンブリ１０の斜視図である。図２は、線２−２で取ったシールアセンブリ１０の断面図である。より具体的には、図２において、シールアセンブリ１０は、本明細書で説明されるように、半径方向外向き又は後退位置で示されている。図６は、ロータ１２が存在する状態の図２に示すシールアセンブリ１０の断面図である。
【００１９】
例示的な実施形では、コンプライアントプレートシールアセンブリ１０は、回転シャフトなどのロータ１２とハウジング１４間の軸方向漏出の低減を可能にする。より具体的には、ハウジング１４は、ロータ１２がハウジング１４と相対的に回転するように、タービン静止シェル又はステータに結合される。例示的な実施形態において、ハウジング１４は、ステータ内で結合することができる。図２は、ハウジング１４を接合コンプライアントプレート部材１６に結合する位置決めスクリュー４０を示す。図３から５は、代替のハウジング構成並びに該ハウジング構成をコンプライアントプレート部材に結合する溶接部４１を示す。シールアセンブリ１０が本明細書で説明されるように機能することが可能な、あらゆる好適なハウジング構成、結合技術、及び締結技術を実装することができる点は理解される。
【００２０】
シャフトシールアセンブリ１０は、対向する（すなわち向かい合う）関係で根元部２６に固定された複数のコンプライアントプレート要素１６を備える。本明細書で使用される用語「対向関係」とは、１つのコンプライアントプレート要素１６の第１の側面２８が中間の隣接するコンプライアントプレート要素１６の第２の側面３０に隣接している配向を指す。各側面２８及び３０は、各コンプライアントプレート要素の高圧側３３にある前方面３２から各コンプライアントプレート要素の低圧側３５にある後方面３４まで、及び各コンプライアントプレート要素１６の根元部２６から先端３６まで延びる。要素１６の前方面３２及び／又は後方面３４は、高圧側３３及び／又は低圧側３５それぞれで露出することができることは理解される。例示的な実施形態では、各コンプライアントプレート要素１６は、各側面２８及び３０に沿って実質的に平面又は平坦である。
【００２１】
図６を参照すると、例示的な実施形態において、プレート要素が実質的に一定の厚みＴを有する場合、ギャップ３８は、該ギャップ３８が内側部分４４よりも外側部分４２でより広くなるように、隣接するコンプライアントプレート要素１６間で定められる。本明細書で更に説明されるように、隣接するコンプライアントプレート要素１６間に交互に位置付けられて選択的に除去されるスペーサシム（図示せず）が存在することにより、ギャップ３８はこれに応じて予め定められる。従って、ギャップ３８は、外側部分４２から内側部分４４に向かってテーパが付けられる。このため、プレート部材１６の根元部２６は、「緩くパックされている」とみなされ、先端３６は、「緊密にパックされている」とみなすことができる。本明細書で使用される用語「緊密にパックされている」とは、隣接するプレート先端３６が互いに接触しないが近接して間隔を置いて配置されている配向をさす。
【００２２】
例示的な実施形態では、コンプライアントプレート要素１６は、各プレート要素１６がロータ１２のそれぞれの接平面４８に対して角度θ（本明細書では「カント角」とも呼ばれる）に向けられるようにハウジング１４に結合される。接平面４８は、プレート先端３６に近接した、ロータ１２上の線５０において定められる。より具体的には、側面２８及び／又は３０の少なくとも１つは、接平面４８に対して角度θに向けられる。例示的な実施形態では、カント角θは９０°未満である。１つの実施形態では、カント角θは、約２０°と約７０°の間の何らかの特定の規定値であるように選択される。例示的な実施形態では、カント角θは、プレート要素１６がロータ１２の回転方向Ｒから離れる角度に保証されるように選択され、該カント角θが、シールアセンブリ１０内のロータ１２の回転を促進するようになる。
【００２３】
図１を参照すると、軸流抵抗部材１７は、スロット２０を介してコンプライアントプレート要素１６を少なくとも部分的に貫通して延びて、ギャップ３８間の軸方向漏出流れの防止を可能にする。より具体的には、例示的な実施形態において、軸流抵抗部材１７は、ハウジング１４の回りを円周方向に延びて、ハウジング１４からロータ１２に向かって半径方向内向きに延びる。
【００２４】
図２を参照すると、例示的な実施形態において、スロット２０及び軸流抵抗部材１７は、実質的に一定の幅Ｗ1、Ｗ2をそれぞれ有する。更に、軸流抵抗部材１７は、スロット２０の幅Ｗ1に実質的に等しいとすることができる幅Ｗ3を有する上側部分１８を含むことができる。或いは、幅Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3は、本明細書で説明されるようにシールアセンブリが機能することができるあらゆるサイズとすることができる。更に、ギャップ５８は、軸流抵抗部材１７とスロット２０との間に定められる。例示的な実施形態において、ギャップ５８は、前部セクション６２、ブリッジセクション６３、及び後部セクション６４を含む。図２では、コンプライアントプレート１６のスロット２０及びハウジング１４の軸流抵抗部材１７がコンプライアントプレート部材１６の中央に示されている。代替の実施形態では、軸流抵抗部材１７及びコンプライアントプレートのスロット２０は、ハウジング１４から軸方向にオフセットすることができる。
【００２５】
例示的な実施形態において、ギャップ５８の寸法は、所定の静圧リフト及び／又は静圧ブローダウン条件に基づいて選択される。例えば、前部セクション６２は、後部セクションの増加中に減少する可能性がある。このようなギャップ構成は、静圧ブローダウンを引き起こす可能性がある。本明細書で使用される用語「ブローダウン」は、圧力負荷を受けたコンプライアントプレート要素１６の半径方向内向きの方向を指す。代替の実施形態において、前部セクション６２は、後部セクション６４よりも大きくすることができる。このようなギャップ構成は、プレート要素１６に対するリフトを引き起こす可能性がある。例示的な実施形態において、コンプライアントプレート要素１６は、前部セクション６２の近くで有効なブローダウン力を生じ、後部セクション６４の近くで有効なリフト力を生じ、ここで前部及び後部セクション６２及び６４は、公知のコンプライアントプレートシールアセンブリに比べて互いにより近接している。ギャップセクション６２及び６４間の距離が短縮したことに起因して、ブローダウン及びリフト力もまた、既知のコンプライアントプレートシールアセンブリ内で発生する力と比べて、互いにより近接している。力の間の隔たりを短縮することによって、各コンプライアントプレート部材１６に作用する捩れトルクは、既知のコンプライアントプレートシールアセンブリと比べて低減が促進される。
【００２６】
ここで、シールアセンブリ１０を製造するための例示的な方法を説明する。図７は、例示的な実施形態による、シールアセンブリ１０に製造する前のスペーサシム７０及びＴ型シム７５を示す。シールアセンブリ１０の製造中、スペーサシム７０及びＴ型シム７５の交互する列は、コンプライアントプレート部材１６を形成する際の第１のステップとして緊密にパックされる。例示的な実施形態において、スペーサシム７０は、交互パック構成でＴ型シム７５の各々間に必要なスペースを提供するよう実装される。スペーサシム７０は、該スペーサシムの上側Ｔ型領域内に切り欠き領域７１を含む。本明細書で更に説明されるように、上側Ｔ型領域７２の耳部７３は、左右が後で機械加工により除去され、次いで、切り欠き領域７１下のスペーサシム７０の一部７４がシールアセンブリ１０から落とされる。スペーサシム７０の厚みは、ギャップ３８を定めるためにほぼ０．０００５インチから０．００４インチの範囲内の何れかの厚みの値として選択することができる。例示的な実施形態において、Ｔ型シム７５は、シールアセンブリの可撓性部分を含み且つコンプライアントプレート部材１６の一部であるシム又はプレートである。中央切り欠き部７６は、後で、半径方向に向いた軸流抵抗部材１７を含むスロット２０を定める。Ｔ型シム７５は更に、スペーサシム７０の耳部７３と共に後で機械加工により除去される耳部７８を有する上側Ｔ型領域７７を含む。Ｔ型シム７５の厚みは、図６のＴで表記されるように、ほぼ０．０２インチから０．３０インチの範囲内の何れかの値として選択される。この製造技術は、スペーサの厚みを制限するものではなく、指定の範囲よりも大きいか又は小さいどのような実際の厚みでも有効とすることができる。
【００２７】
図８及び９は、上述のように、スペーサシム７０及びＴ型シム７５が直線に沿って交互にパックされた溶接治具本体１００の側面及び前面図を示す。例示的な実施形態において、スペーサシム７０及びＴ型シム７５は、治具本体１００内に定められたチャンネル１０５内に交互にパックされる。溶接治具本体は更に、本明細書で更に説明されるように、溶接用ウィンドウを定める切り欠き領域１０６を含む。図９は、交互にパックされたスペーサシム７０及びＴ型シム７５と共に組み立てられた溶接治具本体１００の正面図を示す。スペーサシム７０が図示されている。図９は更に、溶接治具本体に機械的に取り付けられた上部プレート１１０を示す。例示的な実施形態において、ボルト１１１が、上部プレート１１０を溶接治具本体１００に機械的に取り付けている。
【００２８】
図１０は、組み立てた溶接治具アセンブリ１８０の側面図を示している。図１１は、同様に溶接治具アセンブリ１８０内で溶接されたコンプライアントプレートシールの正面図を示す。溶接治具アセンブリ１８０は、上述のように、溶接治具本体１００と上部プレート１１０とを含む。溶接治具アセンブリ１８０は更に、ここではシムパック１１５とも呼ばれる、交互するスペーサシム７０及びＴ型シム７５を含む。シムパック１１５の両端部上で溶接治具本体１００のチャンネル１０５内に左及び右傾斜ブロック１２０、１２５が挿入される。傾斜ブロック１２０、１２５は、上部プレート１１０に対するシムパック１１５の治具ブロック角ψを定める。治具ブロック角ψは、上部プレート１１０に溶接されたシムパック１１５の所望の角度に対応するよう選択される。例示的な実施形態において、角度ψは、４５度に選択することができる。左右エンドプレート１３０、１３５は更に、溶接治具本体１００に機械的に固定される。エンドプレート１３０、１３５は、ボルトにより溶接治具本体１００に機械的に固定することができる。エンドプレート１３０、１３５は、傾斜ブロック１２０、１２５をチャンネル内部にシムパック１１５に接して保持する。送りネジ１４０を調節してエンドブロックを押して滑動させ、シムパック１１５を加圧してシムパック１１５の溶接領域１４５のスペースを最小にすることができる。シムパック１１５の溶接領域１４５は、上述のように、上部プレート１１０と切り欠き領域１０６との間に定められるウィンドウ１５０を通じて溶接治具本体１００全体に露出される。
【００２９】
例示的な実施形態において、溶接ビームを溶接領域１４５に沿ってウィンドウ１５０内に集束させ、シムパック１１５を上部プレート１１０に溶接させるようにする。溶接ビームは、電子ビームとすることができ、上部プレート１１０の加熱を最小限にするために細く狭いビームを与え、上部プレート１１０及びシムパック１１５に沿って深い溶接を可能にする。図１１は、上部プレート１１０とシムパック１１５との間に定められた溶接領域１４５に沿った溶接部１５５を示す。本明細書で更に説明されるように、溶接部１５５は、スペーサシム７０及びＴ型シム７５両方の切り欠き領域を越える深さにまで延びる。代替の例示的な実施形態において、溶接部１５５は、スペーサシム７０及びＴ型シム７５両方の切り欠き領域を越えて延びない。
【００３０】
例示的な実施形態において、溶接後、エンドプレート１３０、１３５は、溶接治具本体１００から取り除かれる。傾斜ブロック１２０、１２５もまた、溶接治具本体１００から取り除かれる。上述の溶接プロセスの結果として、上部プレート１１０及びシムパック１１５は共に溶接され、これらもまた、接合されたアセンブリとして溶接治具本体１００から取り除かれる。
【００３１】
図１２から１４は、スペーサシム７０及びＴ型シム７５それぞれの耳部７３、７８を除去するための機械加工ステップを示している。図１２において、耳部７３、７８は、シムパックの全長にわたって除去される。図１３は、シムパックから耳部７３、７８が除去された溶接された上部プレート１１０及びシムパック１１５を示している。耳部７３、７８を除去するために、限定ではないが、研削、放電加工（ＥＤＭ）、及びフライス加工を含む、現行のあらゆる機械加工技術を実施することができることは理解される。スペーサシム７０の耳部７３が除去された状態では、スペーサシム７０の下側部分７４はもはや、上部プレート１１０に溶接された上側のＴ型部分（耳部７３が除去された）に支持又は取り付けられていないことは理解される。従って、スペーサシム７０の下側部分７４は、上部プレート１１０及びシムパック１１５アセンブリから外れ落ちる。残りの上側部分７２は、残ったＴ型シム７５との間にスペース（すなわちギャップ３８）を定める。図１４は、スペーサシム７０の下側部分７４が除去され、残ったＴ型シム７５が露出している状態の溶接された上部プレート１１０及びシムパック１１５を示している。上述のように、切り欠き部７６がスロット２０を定めることは理解される。また、切り欠き部７６及びスロット２０は同じ幅Ｗ1を共有することは理解される。加えて、Ｔ型シム７５全ての切り欠き部７６は、シムパック１１５に沿って整列している。更に、溶接部１５０の各々の深さは、上部プレート１１０及びシムパックの残りの非溶接部分の幅Ｗ4が切り欠き部７６の幅Ｗ1よりも小さいようなものであることは理解される。代替の例示的な実施形態では、溶接部１５０は、切り欠き領域を越えないが、Ｔ型シム７５及びスペーサシム７０を上部プレート１１０に固定するのに十分な深さまで延び、すなわちＷ４＞Ｗ１である。
【００３２】
図１５は、上部プレート１１０及びシムパック１１５の組み合わせの正面図を示す。上部プレート１１０は、上部プレート１１０及びシムパック１１５の組み合わせを上述したようにシールアセンブリの目標直径に曲げることができるように曲げ領域１１２を定める。端部領域１１２は、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）ローラ及びカスタムダイ、又はプレスブレーキ及びカスタムダイなど、現行のあらゆる曲げ装置により係合することができる。目標直径を生成するために、現行のあらゆる曲げ技術及び装置を実装することができ、曲げ領域１１２が、曲げ技術及び装置を受け入れるのに十分に大きな表面積を提供することは理解される。図１６は、例示的な実施形態に従って曲げられた上部プレート１１０及びシムパック１１５の組み合わせの斜視側面図を示す。上部プレート１１０及びシムパック１１５の組み合わせは、ここでは弓形セグメント１６０と呼ばれる。
【００３３】
図１７は、上部プレート１１０の中央部分が機械加工により除去された、弓形セグメント１６０の斜視側面図を示す。弓形セグメント１６０のセグメント端部靱帯部１６２、１６３は、シムの左右部分の適切な位置合わせ及び整列を維持し、該左右部分が後続の動作で正確な位置になるように、機械加工後に損傷を受けていない状態である。図１８は、図１７の弓形セグメント１６０の前方断面図を示す。図１８は、切り欠きセクション７６及び中央部分１６１が、連続的に幅Ｗ1のスロット７６を形成していることを示している。加えて、溶接部１５０は、上部プレート１１０及びシムパック１１５の全長Ｌを覆い、従って、上部プレート１１０と各Ｔ型シム７５間の完全な溶接部をもたらすことは理解される。
【００３４】
図２から５を再度参照すると、一体化された軸流抵抗部材１７を含むハウジング１４の実施形態が示される。ここで、ハウジング及び軸流抵抗部材１７は、図２０に示されるように、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０と呼ばれる。図１９は、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０を有する弓形セグメント１６０を示している。例示的な実施形態において、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０は、上述のように、機械的締結具又は溶接によって弓形セグメントに取り付けられる。次いで、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０は、全体的に翼弦切断部１７１として図示され、該翼弦切断部においてＴ型シム７０と同一平面にある端部（靱帯部１６２、１６３を含む）を除去するよう機械加工される。図３から５の断面図は図１９に示されている。図３から５は、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０を弓形セグメントに取り付けるための溶接部４１の実施を示している。図２は、機械的に取り付けられた弓形半径方向流れプレートハウジング１７０を示す。図２０は、機械的に取り付けられた例示的な弓形半径方向流れプレートハウジング１７０を示す。機械的に取り付けられた弓形半径方向流れプレートハウジング１７０において、弓形セグメント１６０は、上述のように機械加工される。端部切断は、上述のようにＴ型シム７０と同一平面で行われる。次いで、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０は、弓形セグメント１６０に機械的に組み立てられる。
【００３５】
本明細書に記載された例示的な製造方法は、機械的に交互にスタックされるスペーサ及びＴ型シムがカートリッジに装荷され、該カートリッジが電子ビーム溶接治具内にスライドされる自動化に好適な方法を提供する。この自動化工程は、弓形ハウジングへの手作業の組み付けである代替形態よりも、手動組み付けを最低限にする。全てのシール直径が直線状に組み付けられ溶接されるので、複雑な直径に応じた治具は必要ではなく、１回限りの直径に応じた溶接又はろう付け治具に優る、有意なコスト節減を可能にする。本明細書で記載される製造方法は更に、直線状のシムストックを製造して、受注時に必要な直径に曲げることを可能にする、サイクル上の利点をもたらす。ＣＮＣロール曲げでは、様々な直径のダイコストが最小になる。Ｔ型シムを上部に完全に接合するために、Ｔ型シムの縁部全体に沿った全深溶接を行うことができる。交互するスペーサ及びＴ型シムは、端部治部傾斜ブロックによって規定される所要角度で直線溶接本体治具内に緊密にパックされる。これらは、エンドプレート上で送りネジを利用して互いに緊密に加圧される。この緊密なパッキングによって、溶接シム間のギャップが最小限にされ、又は排除される。従って、溶接時には、Ｔ型プレートの変形を引き起こす溶接収縮の影響が最小になる。Ｔ型プレートスペースが極めて正確に保持され、最終製品に対するＴ型シム応力及びシール漏出を最小限にする。直線状構成でのシムの接合は、シール直径毎のカスタム治具に伴うコストを最小限にする。あらゆる直径のシールは、直線状ストックから曲げることができる。曲げられる直径範囲に対して、適切な大きさにされたスペーサシムが選択される。直線状の溶接治具は、何千ものシムを数ミルの範囲内で精密に軸方向に位置付けすることができるようにする。交互するスペーサシム及びＴ型シムのスタックは、機械ベースの自動化シムスタック工程に役立ち、シム組み付けの手又は手動によるスタック作業を更に低減する。これは、手動で組み付けられる必要がある工程よりもコスト及びサイクル上有利である。
【００３６】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３７】
１０ コンプライアントプレートシールアセンブリ
１２ ロータ
１４ ハウジング
１６ コンプライアントプレート部材
１７ 軸流抵抗部材
１８ 上側部分
２０ スロット
２６ 根元部
２８ 第１の側面
３０ 第２の側面
３２ 前方面
３３ 高圧側
３４ 後方面
３５ 低圧側
３６ 先端
３８ ギャップ
４０ 止めネジ
４１ 溶接部
４２ 外側部分
４４ 内側部分
４８ 接平面
５０ 線
５８ ギャップ
６２ 前部セクション
６３ ブリッジセクション
６４ 後部セクション
７０ スペーサシム
７１ 切り欠き部分
７２ 上側Ｔ型領域
７３ 耳部
７４ 部分
７５ Ｔ型シム
７６ 中央切り欠き部
７７ 側Ｔ型領域
７８ 耳部
１００ 溶接治具本体
１０５ チャンネル
１０６ 切り欠き領域
１１０ 上部プレート
１１１ ボルト
１１２ 曲げ領域
１１５ シムパック
１２０ 傾斜ブロック
１２５ 傾斜ブロック
１３０ エンドプレート
１３５ エンドプレート
１４０ 送りネジ
１４５ 溶接領域
１５０ ウィンドウ
１６０ 弓形セグメント
１６１ 中央部分
１６２ セグメント端部靱帯部
１６３ セグメント端部靱帯部
１７０ 翼弦切り欠き部
１８０ 組み付けられた溶接治具アセンブリ
Ｌ 長さ
Ｒ 方向
Ｔ 厚み
Ｗ１ 幅
Ｗ２ 幅
Ｗ３ 幅
Ｗ４ 幅
θ 角度
ψ 治具ブロック角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプライアントプレートシールの製造方法であって、
複数のＴ型シム（７５）及び複数のスペーサシム（７０）を組み付けて規定角度で溶接治具（１００）にパックし、これにより前方及び後方端部及び側部を有するシムパック（１１５）を形成する段階と、
前記シムパック（１１５）の側部を溶接する段階と、
前記溶接治具（１００）の一部を除去する段階と、
前記複数のスペーサシム（７０）を除去する段階と、
半径方向切り欠き領域を有する前記シムパック（１１５）を目標直径に成形する段階と
を含む方法。
【請求項２】
半径方向流れプレート（１７０）を前記シムパック（１１５）に取り付ける段階を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記シムパック（１１５）の側部が、前記溶接治具（１００）内に固定された上部プレート（１１０）に溶接され、前記上部プレート（１１０）及び前記シムパック（１１５）が前記溶接治具（１００）から除去される、請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記スペーサシム（７０）の上側部分と前記Ｔ型シム（７５）が、前記シムパック（１１５）の側部の溶接中に前記上部プレート（１１０）に溶接される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記複数のＴ型シム（７５）及び前記複数のスペーサシム（７０）が、前記溶接治具（１００）内に交互にパックされる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記複数のスペーサシム（７０）の各々が、溶接後に前記スペーサシム（７０）の下側部分を除去するように構成される切り欠き部を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記スペーサシム（７０）及び前記Ｔ型シム（７５）の側部の一部を除去し、前記スペーサシム切り欠き部の下の前記スペーサシム（７０）の底部を除去する段階を更に含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記スペーサシム（７０）の底部を除去する段階を更に含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
シャフトシール又はシャフトシールの弓形セグメントの少なくとも１つの形状を形成する、接合された前記上部プレート（１１０）及び前記シムパック（１１５）アセンブリの半径方向曲げを実施する段階を更に含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記上部プレート（１１０）厚みが溶接後に機械加工され、半径方向曲げの前により薄くされる、請求項８記載の方法。
【請求項１】
コンプライアントプレートシールの製造方法であって、
複数のＴ型シム（７５）及び複数のスペーサシム（７０）を組み付けて規定角度で溶接治具（１００）にパックし、これにより前方及び後方端部及び側部を有するシムパック（１１５）を形成する段階と、
前記シムパック（１１５）の側部を溶接する段階と、
前記溶接治具（１００）の一部を除去する段階と、
前記複数のスペーサシム（７０）を除去する段階と、
半径方向切り欠き領域を有する前記シムパック（１１５）を目標直径に成形する段階と
を含む方法。
【請求項２】
半径方向流れプレート（１７０）を前記シムパック（１１５）に取り付ける段階を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記シムパック（１１５）の側部が、前記溶接治具（１００）内に固定された上部プレート（１１０）に溶接され、前記上部プレート（１１０）及び前記シムパック（１１５）が前記溶接治具（１００）から除去される、請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記スペーサシム（７０）の上側部分と前記Ｔ型シム（７５）が、前記シムパック（１１５）の側部の溶接中に前記上部プレート（１１０）に溶接される、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記複数のＴ型シム（７５）及び前記複数のスペーサシム（７０）が、前記溶接治具（１００）内に交互にパックされる、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記複数のスペーサシム（７０）の各々が、溶接後に前記スペーサシム（７０）の下側部分を除去するように構成される切り欠き部を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記スペーサシム（７０）及び前記Ｔ型シム（７５）の側部の一部を除去し、前記スペーサシム切り欠き部の下の前記スペーサシム（７０）の底部を除去する段階を更に含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記スペーサシム（７０）の底部を除去する段階を更に含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
シャフトシール又はシャフトシールの弓形セグメントの少なくとも１つの形状を形成する、接合された前記上部プレート（１１０）及び前記シムパック（１１５）アセンブリの半径方向曲げを実施する段階を更に含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記上部プレート（１１０）厚みが溶接後に機械加工され、半径方向曲げの前により薄くされる、請求項８記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−１９６８９３（Ｐ２０１０−１９６８９３Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１９０５（Ｐ２０１０−３１９０５）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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