(57)【要約】【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。【解決手段】本方法は、複数のコンプライアントプレート（１６）及び複数のスペーサシム（２１）を溶接治具（１００）に取り付けて、前端及び後端並びに側部及び湾曲部（２０５）を有するリーフパック（１４０）を形成する段階と、溶接治具（１００）上でリーフパック（１４０）の側部をフックプレート（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、フックプレート（１１０）の一部を除去する段階と、半径方向流れプレート（１７）をリーフパック（１４０）に施工する段階とを含む。【選択図】      図１
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【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（１０）の製造方法であって、
複数のコンプライアントプレート（１６）及び複数のスペーサシム（２１）を溶接治具（１００）に取り付けて、溶接治具（１００）の半径方向に対して傾斜し、且つ溶接治具（１００）のベース部（１０５）に対して湾曲部（２０５）を有する複数のコンプライアントプレート（１６）を備えたリーフパック（１４０）を形成する段階と、
複数のコンプライアントプレート（１６）及び複数のスペーサシム（２１）の側部を溶接治具（１００）上に配置されたフックプレート（１１０）に溶接する段階と
を含む方法。
【請求項２】
リーフパック（１４０）の側部が、フックプレート（１１０）のフックリングセグメント（２７）に溶接される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
溶接治具（１００）からフックプレート（１１０）及びリーフパック（１４０）を取り除く段階と、フックプレート（１１０）の一部を除去し、ハウジング（１４）の半径方向表面と整列する段階とをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
リーフパック（１４０）の側部が、３６０°フックリングに溶接されて３６０°シールを形成する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
複数のコンプライアントプレート（１６）及び複数のスペーサシム（２１）が溶接治具（１００）に交互にパックされ、スペーサシム（２１）及びコンプライアントプレート（１６）それぞれの各側部上に配置された軸方向に延びる縁部が、フックプレート（１１０）のフックリングセグメント（２７）と機械的に接触している、請求項１記載の方法。
【請求項６】
リーフパック（１４０）内に切欠部を導入して半径方向流れプレート（１７）を得る、請求項１記載の方法。
【請求項７】
リーフパック（１４０）から材料を除去することによって、半径方向流れプレート切欠部を形成する段階をさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
複数のコンプライアントプレート（１６）の各々が切欠部を含む、請求項６記載の方法。
【請求項９】
リーフパック（１４０）のスペーサシム（２１）及びコンプライアントプレート（１６）の各々の上側セクションを除去する段階をさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
リーフパック（１４０）が、スペーサシム（２１）及びコンプライアントプレート（１６）の各々の軸方向に延びる縁部と、フックプレート（１１０）のリングフック部との間に定められた溶接領域（１４５）に沿って溶接される、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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造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。従前幾つかのシール法が用いられている。特に、コンプライアントプレートシールのようなシール部材を始めとする可撓性部材に基づくシールが使用されている。
【０００３】
公知のブラシシールには、略円筒形の密集ブリストルを、漏れを低減するためスタガ配置に並べたものがある。ブリストルは、定常運転中に狭いクリアランスを維持しながら、ロータ偏位が起きたときにブリストルが移動できるように半径方向の剛性が低い。しかし、ブラシシールは概してシール前後の圧力差がある限られた値未満のときにしか有効でない。ブリストルの略円筒形の幾何形状に起因して、ブラシシールは、軸方向の剛性が低いことがあり、そのため、公知のブラシシールでの最大作動可能圧力差が略４００ｐｓｉ未満に制限される。
【０００４】
コンプライアントプレートシールは、同等の半径方向剛性で軸方向剛性が格段に高いプレート状幾何形状を有しており、このようなシールは、公知のブラシシールよりも大きな圧力差で使用できる。コンプライアントプレートは、リーフパックとして植設されることが多く、コンプライアントシールをロータ（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。コンプライアントシールは、その外側直径でハウジングに溶接される。溶接プロセスの際に、コンプライアントシールは収縮して、コンプライアントプレートの変形及び縮緬を引き起こすことがあり、コンプライアントプレートの寸法精度及び半径方向剛性に影響を及ぼし、軸方向漏出の増大及びロータ加熱を始めとする幾つかの問題を招きかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６７８６４８７号明細書
【特許文献２】米国特許第６８４０５１９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８００４２３６６号明細書
【発明の概要】
【０００６】
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、複数のコンプライアントプレート及び複数のスペーサシムを溶接治具に取り付けて、溶接治具の半径方向に対して傾斜し且つ溶接治具のベース部に対して湾曲部を有するコンプライアントプレートを備えたリーフパックを形成する段階を含む。本方法はさらに、コンプライアントプレート及びスペーサシムの側部を溶接治具上に配置されたフックプレートに溶接する段階を含む。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、シール組立体が提供される。シール組立体は、第１のフックリングセグメント及び該第１のフックリングセグメントに平行な第２のフックリングセグメントと、交互に配列されたコンプライアントプレート及びスペーサシムを含む、フックリングセグメントに溶接されたリーフパックと、リーフパックに結合された半径方向流れプレートとを含む。加えて、リーフパックのコンプライアントプレート及びスペーサシムの各々は、半径方向流れプレートを受けるために機械加工されて除去される上側セクションを含む。さらに、フックリングセグメントとコンプライアントプレートの各々との間の溶接部が、リーフパックの外側部分から、コンプライアントプレート及びスペーサシムをフックリングセグメントに固定するための深さまで延びる。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によれば、溶接治具組立体が提供される。溶接治具は、湾曲を有するベース部と、該ベースに取り付けられた第１のフックプレートと、ベースに取り付けられ且つ第１のフックプレートに平行な第２のフックプレートとを有する溶接治具本体を含む。溶接治具はさらに、フックプレートの間に配置されてリーフパックを形成する交互に配列されたコンプライアントプレート及びスペーサシムと、リーフパックの何れかの端部上に配置されて、溶接治具のベースの湾曲に対するリーフパックの角度を確定する傾斜ブロックと、を含む。加えて、溶接領域は、フックプレートのフックリングセグメントと、複数のスペーサシム及び複数のコンプライアントプレートの各々の軸方向に延びる縁部との間に定められる。
【０００９】
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】
【００１０】
【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組立体の斜視図。
【図２】図１の線２−２に沿ったシール組立体の断面図。
【図３】図２に示すシール組立体の断面図。
【図４】例示的な実施形態による、シール組立体に製造する前のスペーサシム及びコンプライアントプレート。
【図５】例示的な実施形態による、溶接治具の拡大斜視図。
【図６】例示的な実施形態に従って取り付けられた溶接治具の側断面図。
【図７】例示的な実施形態による、溶接される前の溶接治具の切り欠き正面図。
【図８】フックプレートとリーフ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の正面図。
【図９】リープパックに対するフックプレートの機械的締結を実施する溶接治具の代替の実施形態の正面図。
【図１０】リーフパック／フックリングセグメント結合体としてフックリングセグメントに溶接されたリーフパックの正面図。
【図１１】図１０のリーフパック／フックリングセグメント結合体の斜視図。
【図１２】フックリングセグメントの一部が機械加工により除去された、図１０及び１１の斜視図。
【図１３】リーフパックの上側セクションが機械加工により除去された、図１１及び１２の結合体の正面図。
【図１４】図１３の結合体２００の斜視図。
【図１５】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】
【００１１】
本発明は、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。
【００１２】
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。
【００１３】
例示的な実施形態は、半径方向の流量リストリクタを備えたコンプライアントプレートシールを製作する製造方法を含む。例示的な実施形態において、本方法は、独立したスペーサで間の空間が占められたコンプライアントプレートをシールの両側の軸方向溶接を有するフックにてリング又はリングセグメントに接合する段階を含む。コンプライアントプレート及びスペーサは、溶接治具に装着されたフックリング上に交互に取り付けられる。コンプライアントプレートの角度は、治具の各端部において円周方向傾斜ブロックによって確定される。傾斜ブロックは、円周方向に駆動され、取り付け時にシールパックを加圧することができる。シール先端での半径方向表面は、コンプライアントプレートの回転運動をフック上の接触点の付近に制限する。スペーサシム及びコンプライアントプレート並びにスペーサがその上で取り付けられるフックリングは、コンプライアントプレート及びスペーサの軸方向に延びた縁部の幅と同様の厚みがある。キャッププレートは、コンプライアントプレート及びスペーサの外側直径で取り付けられ、取り付け後にこれらをクランプしてギャップを排除し、溶接中の移動を阻止する。コンプライアントプレート及びスペーサシムは、深く狭い電子ビーム又はレーザ溶接を用いて各側部上のフックリングの外側直径に対し軸方向で溶接される。溶接した組立体を溶接治具から取り外した後、フックプレートの下側領域を規定の直径にまで機械加工して、嵌合ハウジングに精密に適合する。コンプライアントプレートの先端は、機械加工されたフックセグメントの内側直径に対して最終シール内側直径にまで機械加工される。上記シール内側直径は、ロータ直径に略等しい。次いで、コンプライアントプレートのセグメントは、所要の翼弦長さに弦方向で切断される。弦方向切断に続き、コンプライアントプレートにおける中央切欠部上の上側領域が除去され、半径方向流量リストリクタプレートと共に機械加工済み弓形ハウジングに対してクリアランスを提供する。機械加工されたシールは、半径方向流量リストリクタプレートと共にハウジング内に取り付けられる。溶接リングセグメントの内側直径は、シール及びシールの外形をハウジング内の嵌合溝内側直径に対して位置付ける。ハウジングの端面は、シールの予め定められたカント角度で予め切断することができ、或いは、シールとの取り付けの後に切断してもよい。後者を実施する理由は、完全なリングシールを形成するときに、ハウジングの製造とシールセグメントの製造との間の機械加工公差が、全体のシール漏出の原因となる隣接シールセグメント間のギャップを生じさせる可能性があるためである。
【００１４】
例示的な実施形態では、コンプライアントプレートは、シールの仕上げ又は再形成に必要な後処理ステップの数を最小にする弓形セグメントで組み立てられる。コンプライアントプレート及びスペーサの向きは、溶接固定方法によって決定することができる。この固定は、コンプライアントプレート及びスペーサシムを接触直径で極めて緊密にパックする。コンプライアントプレートの両側に軸方向の溶接が施されて、剛直なリングセグメントの外側直径に接合し、ここでコンプライアントプレート及びスペーサは、最小ギャップで密接な関係にある。このリングセグメントの外側直径は、フック直径と呼ばれる。溶接収縮に関連する変形を最小にするために、スペーサは、フック直径を下回る特定の半径方向距離を延びて、隣接コンプライアントプレート間のテーパ付きギャップにまで及ぶ。この半径方向位置は、接触直径と呼ばれる。当業者であれば、フック直径及び接触直径が溶接プールの少なくとも半分だけ離れていなければならない点を理解されるであろう。
【００１５】
例示的な実施形態では、電子ビーム又はレーザ溶接は、コンプライアントプレート及びシムが溶接継手において内側リングのペアに半径方向で緊密にパックされるシール上の半径方向位置において行われる。
【００１６】
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組立体１０の斜視図である。図２は、線２−２で取ったシール組立体１０の断面図。より具体的には、図２において、シール組立体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３は、ロータ１２が存在する状態の図２に示すシール組立体１０の断面図である。図３はさらに、スペーサシム及びコンプライアントプレート間でフック直径から外側直径まで増大するギャップを備えて、交互するスペーサシム及びコンプライアントプレートの配置の詳細図を示している。
【００１７】
例示的な実施形では、コンプライアントプレートシール組立体１０は、ロータとステータ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、剛直な方法で、又はパックリングセグメントの一部としてステータ内で結合することができる。複数の弓形セグメントを円周方向で互いに隣接して配列し、高圧領域３３と低圧領域３５との間に環状シールを形成することができる。例えば、６０度の６つのセグメントを各々利用して、環状シールを形成することができる。代替の実施形態では、コンプライアントプレートシール及びハウジング１４は、３６０度の環状リングの形態とすることができ、ハウジングはステータに結合することができる。図２は、ハウジング１４を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。シール組立体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。
【００１８】
シャフトシール組立体１０は、ハウジング１４に対向する（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部材１６を備える。複数のスペーサシム２１は、コンプライアントプレート部材１６と交互に差し込まれており、スペーサシム２１がコンプライアントプレート部材１６と交互に配列されるようになる。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部材１６の第１の側面２８が中間の隣接するスペーサシム２１の第２の側面に隣接しており、１つのコンプライアントプレート部材１６の第２の側面３０が中間の隣接するスペーサシム２１の第１の側面に隣接していることを指す。コンプライアントプレート部材１６の各側面２８、３０は、各コンプライアントプレート部材１６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部材１６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部材１６の根元部２６から先端３６まで延びる。プレート部材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部材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。シャフトシール組立体１０はさらに、コンプライアントプレート部材１６及びスペーサシム２１の各々の根元２６に隣接して取り付けられる（例えば溶接される）フックリングセグメント２７を含む。
【００１９】
例示的な実施形態では、コンプライアントプレート部材１６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
広いように、隣接するコンプライアントプレート部材１６間で定められる。本明細書でさら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部材１６間に交互に位置付けられるスペーサシム２１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」と考えることができ、先端３６は、「緊密にパックされている」と考えることができる。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。
【００２０】
例示的な実施形態では、コンプライアントプレート部材１６は、各プレート部材１６がロータ１２のそれぞれの接平面に対して角度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５０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３０°と約７５°の間である。本明細書で説明される組立技術はまた、本明細書で説明されたカント角の範囲よりも大きなシール製造についても企図されることは理解される。例示的な実施形態では、カント角θは、プレート部材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、シール組立体１０内のロータ１２の回転を促進するようになる。
【００２１】
図３はさらに、コンプライアントプレート部材１６及びスペーサシム２１が接触直径７７で緊密にパックされ、コンプライアントプレート部材１６及びスペーサシム２１間のギャップ７６が、接触直径７７から外側直径７９に増大することを示している。上述のように、当業者であれば、フック直径８０及び接触直径７７は溶接プール幅の少なくとも半分だけ離れていることは理解されるであろう。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部材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。
【００２２】
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。さらに、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組立体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。さらに、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。
【００２３】
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部材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、プレート部材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部材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組立体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、公知のコンプライアントプレートシール組立体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、公知のコンプライアントプレートシール組立体と比べて低減が促進される。
【００２４】
ここで、シール組立体１０を製造するための例示的な方法を説明する。図４は、例示的な実施形態による、シール組立体１０に製造する前のスペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５を示す。シール組立体１０の製造中、スペーサシム７０及びコンプライアントプレート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、交互パック構成でコンプライアントプレート７５の各々間に必要なスペースを提供する。スペーサシム７０は、以下でさらに説明するように、フックリングセグメント２７の上に載せてこれに溶接されるように構成された軸方向に延びる縁部７３を含む。上述のように、スペーサシム７０は、各コンプライアントプレート７５間の空間を占める。スペーサシム７０の厚みは、根元部（図１から３の２６）においてコンプライアントプレート７５の各々間に必要なスペース（すなわち、図３のギャップ３８）を提供する。スペーサシム７０は、各軸方向に延びる縁部７３の下のフックリングセグメント２７上で組み立てると、フックリングセグメント２７の外側直径の下の特定の距離だけ延び、これは、スペーサシム７０とコンプライアントプレート７５との間の接触線である。スペーサシム７０の厚みは、ギャップ３８を定めるために、略０．０００５インチから０．０１０インチの範囲内のある値として選択される。この製造技術は、スペーサ厚みを限定せず、本明細書で説明される特定の範囲よりも大きい又は小さい厚みも企図することができる。
【００２５】
例示的な実施形態では、コンプライアントプレート７５は、シール組立体の可撓性部分を含むシム又はプレートであり、コンプライアントプレート部材１６の一部である。中央切欠部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。コンプライアントプレート７５はさらに、本明細書でさらに説明されるように、フックリングセグメント２７上に載りこれに溶接されるように構成された軸方向に延びる縁部７８を含む。コンプライアントプレート７５の厚みは、上記にＴで表記されるように、略０．００４インチから０．０３０インチの範囲内のある値として選択される。この製造技術は、コンプライアントプレート厚みを限定せず、本明細書で説明される特定の範囲よりも大きい又は小さい厚みも企図することができる。
【００２６】
図５は、例示的な実施形態による、溶接治具１００の分解斜視図を示している。図６は、例示的な実施形態に従って取り付けられた溶接治具１００の側断面図を示す。溶接治具１００は、湾曲表面１０６を有するベース部１０５を含むことができる。ベース１０５は、本明細書でさらに説明されるように、湾曲表面１０６がコンプライアントプレート７５の回転を抑制するためのダミーロータとして動作するように構成される。溶接治具１００はさらに、本明細書でさらに説明されるように、後でフックリングセグメント２７に機械加工されるフックプレート１１０を含むことができる。フックプレート１１０は、好適な締結具１１１によってベース部１０５に機械的に締結することができる。傾斜ブロック１１５、１２０及びそれぞれの端板１２５、１３０はさらに、締結具１２１によってベース部１０５に機械的に締結される。加えて、負荷又はジャッキスクリュー１２２が傾斜ブロック１１５、１２０に結合され、従って、傾斜ブロック１１５、１２０にバネ荷重を加えて、傾斜ブロック１１５、１２０の間でスペーサシム７０及びコンプライアントプレートを加圧する。例示的な実施形態において、スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５は、溶接治具１００のフックプレート１１０上に交互に取り付けられる。スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５の数は、例証の目的で低減して示されている。完全なシール組立体（例えば、図１から３のシール組立体１０）では、複数のスペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５が存在することは理解される。上述のように、スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５が傾斜ブロック１１５、１２０の間で溶接治具１００に交互に装荷されると、それぞれのスペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５の軸方向に延びる縁部７３、７８は、フックプレート１１０上にパックされる。結果として得られるパックされたスペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５は、リーフパック１４０と呼ばれる。溶接治具１００におけるリーフパック１４０の角度は、溶接治具１００の各端部における傾斜ブロック１１５、１２０によって確定される。例示的な実施形態において、バネ荷重の傾斜ブロック１１５、１２０は、各傾斜ブロック１１５、１２０に装着されたジャッキスクリュー１２２によって取り付けられたときに、リーフパック１４０を加圧するよう駆動することができる。スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５の先端における半径方向表面１０６は、フックプレート１１０上の接触点の回りをリーフパック１４０が回転するのを抑制する。スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５がその上に取り付けられるフックプレート１１０は、スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５の軸方向に延びる縁部７３、７８の幅と同様の厚みがある。キャッププレート１３５は、リーフパック１４０の外側直径に取り付けられ、取り付け後にこれらをクランプして、溶接中の移動を阻止する。
キャッププレート１３５は、機械的締結具１３１によって溶接治具に（図示のように、端板１２５、１３０に）機械的に締結することができる。
【００２７】
図７は、例示的な実施形態による、溶接される前の溶接治具１００の切り欠き正面図である。完全に取り付けられると、加圧されたリーフパック１４０は、溶接治具１００内に固定される。上述のように、スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５の軸方向に延びる縁部７３、７８は、フックプレート１１０の上に載り、これにより溶接領域１４５（すなわち、スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５を適切な角度で位置付けるのに使用され、且つシール組立体１０の溶接継手としての役割を果たすフックプレート１１０の半径方向フック表面）が形成される。従って、フックプレート１１０は、溶接領域１４５に加えてスペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５の軸方向位置決めを可能にすることは理解される。フックプレート１１０は、リーフパック１４０に隣接したフックプレート１１０の面内に設けられた解放部位１１２を含む。本明細書でさらに説明されるように、リーフパック１４０がフックプレート１１０に溶接された後、フックプレート１１０は、解放部位１１２にて機械加工される。
【００２８】
例示的な実施形態において、溶接ビーム（例えば、電子ビーム又はレーザビーム）は、リーフパック１４０をフックプレート１１０に溶接するために溶接領域１４５に沿って集束される。溶接ビームは、電子ビーム又はレーザビームとすることができ、フックプレート１１０の加熱を最小にするために薄く且つ狭いビームを提供すると共に、フックプレート１１０及びリーフパック１４０に沿って深い溶接を提供する。図８は、フックプレート１１０及びリーフパック１４０間に定められる溶接領域１４５に沿った溶接を示す、溶接治具１００の正面図を示している。例示的な実施形態において、溶接部１５０は、コンプライアントプレート７５の切欠領域７６を過ぎた深さまで侵入する。代替の実施形態において、フックリングセグメント２７とリーフパックとの間の溶接部は、リーフパック１４０の外側部分から、コンプライアントプレート及びスペーサシムをフックリングセグメント２７に固定するのに十分な深さまで延びる。
【００２９】
例示的な実施形態において、リーフパック１４０は、侵入深さを最大にしながら溶接幅を最小にするような最適溶接パラメータを使用して、各側部上でフックプレート１１０に軸方向で溶接される。溶接幅を最小にする目的は、溶接プロセスに内在する変形又は溶接収縮を軽減することである。溶接侵入深さを最大にすることにより、溶接シール組立体１０がタービン環境で受ける応力に耐えることが保証される。リーフパック１４０は、該リーフパック１４０をフックプレート１１０に固定するために、最初に、一方の側部上に浅い溶接で軸方向に溶接される。この溶接により、反対の側部上での深い溶接侵入中に半径方向のギャップが生じる可能性が最小になる。溶接治具１００が反転され、反対側部上で深い溶接侵入で軸方向に溶接される。次いで溶接治具１００は、再度反転され、浅い溶接と同じ位置及び向きであるが、所望の溶接幅及び溶接深さを得るための溶接パラメータで再溶接される。例示的な実施形態において、溶接部１５０の深さは、フックプレート１１０及びリーフパック１４０の残っている非溶接部分の幅Ｗ4が切欠部７６の幅Ｗ1よりも小さくなるようにされることは理解される。代替の実施形態において、フックリングセグメントとリーフパック１４０との間の溶接部は、リーフパック１４０の外側部分から、コンプライアントプレート及びスペーサシムをフックリングセグメント２７に固定するのに十分な深さまで延びる。リーフパック１４０がフックプレート１１０に溶接された後、溶接治具１００の他の部品が取り除かれる。例示的な実施形態において、締結具１３１及びキャッププレート１３５が取り除かれる。締結具１２１、端板１２５、１３０、及びそれぞれの傾斜ブロック１１５、１２０もまた取り除かれる。最後に、ベース部１０５が取り除かれる。本明細書でさらに説明されるように、リーフパック１４０及びフックプレート１１０の溶接された結合体が残る。次いで、フックプレート１１０は、本明細書でさらに説明されるように機械加工される。
【００３０】
図９は、リーフパック１４０に対するフックプレートの機械的締結を実施する溶接治具の代替の実施形態の正面図を示す。リーフパック１４０に溶接されることになるフックリングセグメント２７は、機械的締結具２９により下側支持プレート１０９に取り付けられてボルト締めすることができる。フックリングセグメント２７を支持プレート１０９にボルト締めする数多くの方法があるので、図９には、基本的なボルト締め組立体が実施例として示される。スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５が、上述と同じ方法で取り付けられ配向される。溶接治具１００の溶接及び取り除きもまた、上述のように実施される。
【００３１】
再度図８を参照すると、上述のように、フックプレート１１０の下側部分は、溶接後に解放部位１１２で機械加工される。或いは、図９に示すように、下側支持プレート１０９は、溶接後に除去することができる。図１０は、リーフパック／フックリングセグメントの結合体２００としてフックリングセグメント２７に溶接されるリーフパック１４０の正面図を示す。上述のように、フックリングセグメント２７が以下で説明するようにハウジング１４に取り付けるために残るように、フックプレート１１０の下側部分は機械加工で除去されている。加えて、当該技術分野で公知のように、溶接プロセスは、溶接部１５０に沿って粗い縁部が残る可能性がある。従って、本明細書で説明されるように、ハウジング１４への取り付けのために、溶接部１５０も機械加工して滑らかな表面にする場合がある。限定ではないが、研削、ｓｉｎｋ放電加工（ＥＤＭ）及びフライス加工を含む、あらゆる最新の機械加工技術を実施してフックプレート１１０の下側部分を除去することができる点は理解される。
【００３２】
図１１は、図１０のリーフパック／フックリングセグメントの結合体の斜視図を示す。例示的な実施形態では、この結合体をハウジング１４内に取り付けるために、リーフパック１４０における各個々のコンプライアントプレート７５の湾曲部は、最終シール組立体１０のロータ１２の略直径及び湾曲部にまで機械加工される。リーフパック１４０の機械切断は湾曲部２０５で示される。加えて、弦方向切断が、リーフパック１４０の角度に対応する線２１０に略沿って実施される。図１２は、前述の機械切断の後の図１０及び１１の結合体２００の斜視図を示す。
【００３３】
図１３は、リーフパック１４０の上側セクション１４１（スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５両方とも）が機械加工されて除去された、図１１及び１２の結合体２００の正面図を示す。図１４は、図１３の結合体２００の斜視図である。切欠部分７６及び上側セクション１４１の両方を含む結果として得られるギャップは、軸流抵抗部材１７が延びるシール組立体１０のスロット２０に対応することは理解される。加えて、スロットは幅Ｗ1である。例示的な実施形態において、溶接部１５０は、フックリングセグメント２７を含むスペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５の残りの部分の全長Ｌを覆い、従って、スペーサシム７０、コンプライアントプレート７５、及びフックリングセグメント２７間の完全な溶接を形成できる点はさらに理解される。代替の実施形態において、フックリングセグメント２７及びリーフパック１４０間の溶接部は、リーフパック１４０の外側部分から、コンプライアントプレート７５及びスペーサシム７０をフックリングセグメント２７に固定するのに十分な深さまで延びる。
【００３４】
再度図２を参照すると、一体化された軸流抵抗部材１７を含むハウジング１４の１つの実施形態が示される。ここで、ハウジング１４及び軸流抵抗部材１７は、図１５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。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固定される。仕上がった結合体２００は、最終シール組立体１０を得るためにハウジング内に取り付けられる。図１５は、例示的な実施形態による、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０を示す。溶接されたフックリングセグメント２７の内側直径は、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０のシールを位置付け、シールの外形が、ハウジング１４の内側直径溝と嵌合する。図１５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を示している。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では、結合体２００は上述のように機械加工される。上述のように、コンプライアントプレート７０に対して同一平面上で端部切断が行われる。次いで、ハウジング１４が機械的に取り付けられて結合体にされ、弓形半径方向流れプレートハウジング１７０をもたらす。例示的な実施形態において、ハウジング１４の端面は、最終シール組立体１０の予め定められたカント角で予め切断することができ、或いは、端面は、結合体２００との最終取り付けの後に対応するリーフカント角により切断することができる。例示的な実施形態において、取り付け後に端部の切断を行うことにより、完全なリングシールを形成したときに、ハウジング製造とシールセグメント製造間の機械加工公差によって生じる、全体のシール漏出の原因となる隣接シールセグメント間のギャップが防止される。
【００３５】
本明細書で説明される例示的な製造方法は、シールの最終仕上げ又は再形成に必要な後処理ステップの数を最小限にする弓形セグメントへの個々のコンプライアントプレート７５の取り付けを提供する。スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５の向きは、溶接治具１００によって定められる。本明細書で説明される例示的な実施形態は、フックリングセグメント２７と共に溶接継手においてスペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５を緊密にパックする。軸方向溶接がコンプライアントプレートの両側に施されて、剛直なリングセグメントのＯＤにこれらを接合し、これは、スペーサシム７０及びコンプライアントプレート７５が近接触したシールの半径方向位置で行われ、これにより最小ギャップがもたらされる。溶接収縮に伴う変形を最小にするために、スペーサシム７０は、溶接領域１４５を下回る特定の半径方向距離を延びて、隣接コンプライアントプレート間のテーパ付きギャップにまで及ぶ。
【００３６】
本明細書で説明された好ましい実施形態では、シールは、かなり均一な厚みを有する有意に真っ直ぐなコンプライアントプレートを使用する。当業者であれば、提案の製造技術は、リーフが、切欠が無い、湾曲している、１つ又はそれ以上の場所での撓んでいる、或いは１つ又はそれ以上のセクションで厚みが変化することができる他のコンプライアントプレートシール構造に役立つことは理解される。
【００３７】
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見なすべきではなく、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】
【００３８】
１０  シール組立体
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
２１  スペーサシム
２２  第２の側面
２６  根元部
２７  フックリングセグメント
２８  第１の側面
２９  機械的締結具
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  スクリュー
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
７３  軸方向に延びる縁部
７５  コンプライアントプレート
７６  ギャップ
７７  接触直径
７８  軸方向に延びる縁部
７９  外側直径
８０  フック直径
１００  溶接治具
１０５  ベース部
１０６  湾曲平面
１０９  下側支持プレート
１１０  フックプレート
１１１  好適な締結具
１１２  解放部位
１１５  傾斜ブロック
１２０  傾斜ブロック
１２１  締結具
１２２  荷重又はジャッキスクリュー
１２５  端板
１３０  端板
１３１  機械的締結具
１３５  キャッププレート
１４０  リーフパック
１４１  上側セクション
１４５  溶接領域
１５０  溶接部
１７０  弓形半径方向流れプレートハウジング
２００  リーフパック／フックリングセグメント結合体
２０５  湾曲部
２１０  線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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