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技術 シール、アセンブリおよび保持方法

出願人 ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー
発明者 ヒーエルキマ,ジェリーリンゼイ,マシュージョンソン,スコットオット,ロイポファム,ジョセフ
出願日 2017年7月6日 (3年7ヶ月経過) 出願番号 2019-504816
公開日 2019年9月5日 (1年5ヶ月経過) 公開番号 2019-525088
状態 拒絶査定
技術分野 ガスケットシール リフト弁
主要キーワード 圧力調整システム 軸方向予荷重 早期故障 開封防止機構 保持構成 カーボンシール ディスク部材 耐腐食性材料
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年9月5日)のものです。
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図面 (8)

課題・解決手段

リテーナディスク部材とを隣接させることによって形成されたキャビティ内に配置された保持リングを含むバルブアセンブリが提供される。保持リングは、キャビティの内面に対して傾斜して配置することができる。

概要

背景

エンジンバルブ、特に航空宇宙用途で使用されるエンジンで使用されるバルブシールアセンブリ早期故障は、特に問題となる可能性がある。例えば、多くのジェットエンジンで一般的に使用されている従来のバルブシールアセンブリは、空気流シールに当たるときに著しい力および他の応力を受ける。例えば、バタフライシールはこれらの用途に日常的に使用されている。しかしながら、バタフライシールは、動作中に生じる著しい空気流力の圧力下で変形すカーボンシールリングを含む。この変形はバルブ故障の原因となる。

より具体的には、従来のバルブは、それらの構成部品の構成のために、より故障しやすい傾向がある。例えば、従来のバタフライバルブは、ディスク部材と、リテーナと、リテーナの表面とディスク部材の表面との間に配置されたシールと、を含む。しかしながら、シールは基板によって支持されていない、またはベース構造上に強く支持されていない。その結果、かなりの空気流を受けると、強く基板に取り付けられていないのでシールが過度に動くことになる。

さらに、シールがカーボンで構成されている場合、これらの空気流力にさらされるとシールが曲がるおそれがある。また、曲がるとシールが変形したり破裂したりして破損するおそれがある。シールが破損すると、リテーナがバルブの穴の中に入り込み、従来のバルブが開位置で動かなくなる。したがって、従来のバルブは寿命が短い可能性があり、その結果、それらを使用するジェットエンジンの修理点検頻度が増加する。

概要

リテーナとディスク部材とを隣接させることによって形成されたキャビティ内に配置された保持リングを含むバルブアセンブリが提供される。保持リングは、キャビティの内面に対して傾斜して配置することができる。

目的

例えば、一実施形態は、リテーナをディスク部材に隣接させることによって形成されたキャビティ内に配置された保持リングを含むバルブアセンブリを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

リテーナ(206)とディスク部材(202)とを隣接させることによって形成されたキャビティ(210)内に配置された保持リング(208)を含み、前記保持リング(208)は前記キャビティ(210)の内面に対して傾斜して配置される、バルブアセンブリ(200、300)。

請求項2

前記保持リング(208)は長方形の断面を有する、請求項1記載のバルブアセンブリ(200、300)。

請求項3

前記ディスク部材(202)の第1の表面(218)と前記リテーナ(206)の第2の表面(220)との間に部分的に配置されたシール(204)をさらに含む、請求項1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。

請求項4

前記シール(204)の底端部に配置された金属支持体(302)をさらに含む、請求項3に記載のバルブアセンブリ(200、300)。

請求項5

前記リテーナ(206)と前記ディスク部材(202)との間に配置されたシール(204)をさらに含む、請求項1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。

請求項6

前記シール(204)はカーボンを含む、請求項5に記載のバルブアセンブリ(200、300)。

請求項7

前記リテーナ(206)および前記ディスク部材(202)のうちの少なくとも一方は鋼で作られている、請求項1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。

請求項8

前記リテーナ(206)および前記ディスク部材(202)のうちの少なくとも一方は耐腐食性材料で作られている、請求項7に記載のバルブアセンブリ(200、300)。

請求項9

前記保持リング(208)は鉄基合金で作られている、請求項1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。

請求項10

前記保持リング(208)は時効硬化超合金で作られている、請求項1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。

技術分野

0001

本発明は、一般的にはバルブアセンブリに関する。特に、本発明は、航空宇宙用途で使用されるバルブシールアセンブリの設計に関する。

背景技術

0002

エンジンバルブ、特に航空宇宙用途で使用されるエンジンで使用されるバルブシールアセンブリの早期故障は、特に問題となる可能性がある。例えば、多くのジェットエンジンで一般的に使用されている従来のバルブシールアセンブリは、空気流シールに当たるときに著しい力および他の応力を受ける。例えば、バタフライシールはこれらの用途に日常的に使用されている。しかしながら、バタフライシールは、動作中に生じる著しい空気流力の圧力下で変形すカーボンシールリングを含む。この変形はバルブ故障の原因となる。

0003

より具体的には、従来のバルブは、それらの構成部品の構成のために、より故障しやすい傾向がある。例えば、従来のバタフライバルブは、ディスク部材と、リテーナと、リテーナの表面とディスク部材の表面との間に配置されたシールと、を含む。しかしながら、シールは基板によって支持されていない、またはベース構造上に強く支持されていない。その結果、かなりの空気流を受けると、強く基板に取り付けられていないのでシールが過度に動くことになる。

0004

さらに、シールがカーボンで構成されている場合、これらの空気流力にさらされるとシールが曲がるおそれがある。また、曲がるとシールが変形したり破裂したりして破損するおそれがある。シールが破損すると、リテーナがバルブの穴の中に入り込み、従来のバルブが開位置で動かなくなる。したがって、従来のバルブは寿命が短い可能性があり、その結果、それらを使用するジェットエンジンの修理点検頻度が増加する。

先行技術

0005

米国特許出願公開第2012/104300号明細書

0006

前述の欠点を考慮すると、空気流力および他の応力の影響を最小限に抑える改良されたシール保持構成が必要とされている。バルブアセンブリに含まれるシールを適切に支持する改良された基板もまた必要とされている。さらに、部品の修理および/または交換を最小限にするためにカーボンシールの寿命を延ばす必要があり、それによってコストが節約される。本明細書に記載の実施形態は、上述の欠陥を解決するのに役立つ。

0007

例えば、一実施形態は、リテーナをディスク部材に隣接させることによって形成されたキャビティ内に配置された保持リングを含むバルブアセンブリを提供する。保持リングは、キャビティの内面に対して傾斜して配置することができる。

0008

別の実施形態は、シールおよびリテーナを含むバルブアセンブリを提供する。バルブアセンブリはまた、リテーナとディスク部材との間にシールを固定する力を提供する保持リングを含むことができる。保持リングは、リテーナをディスク部材に隣接させることによって形成されたキャビティ内に傾斜して配置されている。

0009

様々な実施形態の追加の特徴、利点、および他の態様は、添付の図面を参照して以下に説明される。本開示は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。これらの実施形態は、説明のために提示されている。開示される実施形態の追加の実施形態、または変更は、提供される教示に基づいて当業者には容易に明らかになるであろう。

0010

例示的な実施形態は、様々な構成要素および構成要素の配置の形態をとることができる。例示的な実施形態は、添付の図面に示されており、全体を通して類似する符号は、様々な図面の対応する、または類似する部分を示すことができる。図面は、実施形態を例示するためのものであり、本開示を限定するものとして解釈するべきではない。図面の以下の可能な説明が与えられれば、本開示の新規な態様が当業者に明らかになろう。

図面の簡単な説明

0011

従来のバルブアセンブリの例示的な断面図である。
本明細書に記載の様々な態様による例示的な断面図である。
本明細書に記載の様々な態様による例示的な断面図である。
本明細書に記載の様々な態様によるバルブアセンブリの例示的な上面図である。
本明細書に記載の様々な態様による例示的なバルブアセンブリの分解図である。
本明細書に記載の様々な態様による例示的なバルブを組み立てるときに行われる例示的な一連のステップを示す図である。
本明細書に記載の様々な態様による例示的なバルブの組み立て中の保持リングの様々な位置を示す図である。

実施例

0012

例示的な実施形態が、特定の用途について本明細書に記載されているが、本開示は、それに限定されないことを理解されたい。当業者であれば、本明細書で提供される教示にアクセスして、その範囲内の追加の用途、変更、および実施形態、ならびに本開示が重要な有用性を有する追加の分野を認識するであろう。

0013

図1は、従来のバルブアセンブリ100の断面図である。従来のバルブアセンブリ100は、ディスク部材102と、リテーナ104と、リテーナ104によってディスク部材102の表面上に固定されたシール106と、を含む。従来のバルブアセンブリ100では、強力な基板付着がないために、シール106が空気流または流れの中に過剰に移動する可能性がある。この基板の欠損は設計に本質的に存在し、そして上で説明したようにシールの寿命を制限する。

0014

より具体的には、動作中にシール106に過度の曲げ力が加わると、特にシール106がカーボンでできている場合には、早期故障を引き起こす可能性がある。これらの力はまた、リテーナ104をバルブのボア(図示せず)内に延在させることにより、リテーナ104を破損させる。この延在により、従来のバルブアセンブリ100は開位置で動かなくなる。本明細書に記載の例示的な実施形態はこれらの問題を解決する。

0015

図2は、本明細書に記載の様々な態様によるバルブアセンブリ200の断面図を示す。バルブアセンブリ200は、バタフライシールアセンブリとすることができ、ディスク部材202とリテーナ206とを含むことができ、それらの間にシール204が固定される。ディスク部材202およびリテーナ206の少なくとも一方は、鋼、ステンレス鋼のいずれか、または一般的に言えば耐腐食性材料(例えば耐腐食性鋼)で作ることができる。

0016

シール204は、ディスク部材202の第1の表面218とリテーナ206の第2の表面220との間に部分的に固定することができる。シール204の一部は、ディスク部材202およびリテーナ206から離れて外側に突出することができる。シール204の外側に突出した部分は、バルブアセンブリ200が作動したときにバルブのシール動作を実行する。シール204は、L字形シールであってもよい。すなわち、その断面は、実質的にL字形のような形状を有してもよい。シール204は、当業者に知られている他の断面形状を有してもよい。例えば、T字形シールもまた使用することができる。

0017

キャビティ210は、ディスク部材202とリテーナ206とを隣接させることによって形成される。具体的には、リテーナ206は第1の溝212を含み、ディスク部材202は第2の溝214を含み、これらは2つの部分が接合されたときにキャビティ210を形成する。

0018

保持リング208がキャビティ210の底面に対して傾斜216して配置されている。一般的に言えば、保持リング208は、キャビティ210の内面に対して傾いている(すなわち傾斜している)。保持リング208は長方形の断面を有することができる。さらに、保持リング208は、時効硬化超合金、または一般的に言えば鉄基合金から作ることができる。

0019

配置されると(すなわち、キャビティ210の底面に対して傾斜した向きで)、保持リング208は半径方向の力を提供する。すなわち、保持リング208は、図2において右から左へ力を提供し、それはシール204を定位置に固定し続ける。この構成は、従来のバルブアセンブリ100におけるシール保持力と比較してより強いシール保持力を提供する。

0020

保持リング208は、空気流がバルブアセンブリ200に流入する典型的な動作中にシール204を定位置に保つのを助けるさらなる保持力を提供する。保持力は、リテーナ206によって生成される力に加えて、ディスク部材202上のシール204を押圧または付勢する。したがって、シール204は定位置にしっかりと保持され、空気流中に過度に突出することはない。このように、保持リング208が動作中にシール204を固定するためのさらなる保持を提供するので、空気流によってシール204に及ぼされる応力が防止される(または最小限に低減される)。このようにして、本実施形態は非常に耐久性のあるシールを提供する。カーボンシールを利用するバルブアセンブリの場合、カーボンシールは過度に応力がかかることにより他のタイプのシールよりも破損しやすいので、耐久性を高めることができる。

0021

図3は、本明細書に記載の様々な態様によるバルブアセンブリ300の断面図を示す。バルブアセンブリ300は、シール204の底端部に配置された支持体302を含む。いくつかの実施形態では、支持体302は金属支持体であってもよい。他の実施形態では、支持体302は鋼で作られてもよい。

0022

支持体302は、バルブアセンブリ300にいくつかの利点を付与する。例えば、支持体302はシール204のための基板として作用し、したがってバルブアセンブリ300が作動するときに物理的支持を増大させる。さらに、支持体302はシール204をバルブ本体の壁(図示せず)に対して付勢する。このさらなる付勢は、バルブアセンブリが作動しているときの漏れを低減させる。

0023

図4は、バルブアセンブリ200(またはバルブアセンブリ300)の上面図400の一例を示す。リテーナ206は、ディスク部材202の周囲に配置されている。シール204(図示せず)は、ディスク部材202とリテーナ206との間に固定することができる。それらの間にシール204を固定する力は、保持リング208によって提供される。バルブアセンブリ200はまた、アクチュエータ(図示せず)の一部を受け入れるように構造的に構成されたポート402を含むことができる。アクチュエータを使用して、バルブを開位置と閉位置、または任意の中間位置に切り替えることができる。

0024

航空宇宙用途では、バルブアセンブリ200はバタフライバルブであってもよい。より正確には、バルブアセンブリ200は圧力調整バタフライバルブアセンブリであってもよい。そのようなバルブは、ジェットエンジンにおける先導圧力調整バルブであってもよい。したがって、バルブアセンブリ200は、使用されるカーボンシール(すなわち、シール204)が受ける空気流に起因する応力が低減されるので、ロバスト圧力調整システムを提供することができ、使用されるカーボンシール(すなわち、シール204)の寿命が延びる。これらの低減された応力は、シール204がディスク部材202とリテーナ206との間にしっかりと固定されていることから生じる。

0025

図5は、バルブアセンブリ200の例示的な分解図500を示す。具体的には、図5は保持リング208のより詳細な図を示す。保持リング208は長方形の断面を有するが、内側に傾斜している。この構成は、バルブアセンブリ200を作製するために全ての構成要素を組み立てるときに(図2に示すように)傾斜216を提供する。

0026

様々な実施形態およびそれらの構造を説明したので、次に、バルブアセンブリ200の様々な構成要素のアセンブリに関する具体的な詳細について図6および図7により説明する。

0027

図6は、保持リング208をバタフライシール608上に組み立てるための方法600を示す。方法600は、シール204がディスク部材202上、すなわちバルブのバタフライ部分上に取り付けられるステップ602を含む。方法600は、保持リング208をリテーナ206に挿入するためのステップ604をさらに含む。ステップ606は、保持リング208を含むリテーナ206をシール204に向かってスライドさせることを含む。ステップ610は、リテーナ206を保持リング208上に固定することを含む。ステップ610は、保持リング208によって発生した力の結果として、2つの部分が一緒になるときに受動的に行われる。さらに、いくつかの実施形態では、アセンブリをさらに強化するために、ディスク部材202とリテーナ206との間の界面で溶接することができる。

0028

図7は、本明細書に記載の様々な態様による、バルブアセンブリ200の組み立て中の保持リング208の様々な可能な位置700を示す。図6に関して上述したように、シール204は、最初にバタフライ部分に取り付けることが望ましく、その後に、組み立ての次のステップが実行される。組み立て中、位置702はその自由状態における保持リング208の位置を示す。より正確には、その自由状態では、保持リング208は、それがディスク部材202の溝内に配置された場合に想定される位置にある。

0029

組み立てると、保持リング208は、位置704で示すように、リテーナ206の溝の中に拡張する。拡張中に、保持リング208が半径方向に拡張するにつれて軸方向に圧縮されることにより、軸方向予荷重が発生する。

0030

保持リング208がリテーナ206の内側で依然として拡張された状態で、2つがバタフライの上で(すなわちディスク部材202の上で)滑る。図7に示すように、リテーナ206および保持リング208がディスク部材202と嵌合すると、保持リング208が内方および半径方向に引っ張られ、そうして部品を互いに固定する。

0031

一般に、本実施形態は、バルブアセンブリ内のシールのための保持方法を提供する。シールはリテーナを使ってバルブ内に保持される。リテーナは、適切な位置に配置されると、その中で拡張して半径方向に縮む保持リングを含む。バルブのリテーナとディスク部材との間の界面で溶接を行うことができ、それにより、強力な保持力およびシールのための適切な支持基板を提供することができる。この構成は、バルブ動作中にシールにかかる応力の量を減らすことによってシールの寿命を延ばす。

0032

実施形態はバルブ、バタフライバルブ、およびバルブアセンブリの文脈で説明されているが、当業者であれば、本明細書に開示する技術および構成が、任意の部分が固定される用途において使用することができることを容易に認識するであろう。例えば、本明細書に開示されている技術は、上に開示されているように、保持リングを装着したリテーナを使用することによってベアリングを固定するために使用することができる。

0033

さらに、実施形態は、不正開封防止アセンブリを作製するための方法を提供する。特に、いったんシール(またはベアリング)が固定されると、保持リングを解放せずにシールをアセンブリから取り外すことはできず、これは保持リングが配置されているキャビティを破断することによってのみ起こり得る。したがって、いくつかの用途では、本実施形態は、部品および構成要素を固定するための受動的な不正開封防止機構を提供するための手段が必要とされる場合に利点をもたらす。

0034

当業者であれば、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、上述の実施形態の様々な適応および変更を構成することができることを理解するであろう。したがって、添付した特許請求の範囲内で、本開示は本明細書で詳細に説明したもの以外で実施することができることを理解されたい。
[実施態様1]
リテーナ(206)とディスク部材(202)とを隣接させることによって形成されたキャビティ(210)内に配置された保持リング(208)を含み、前記保持リング(208)は前記キャビティ(210)の内面に対して傾斜して配置される、バルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様2]
前記保持リング(208)は長方形の断面を有する、実施態様1記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様3]
前記ディスク部材(202)の第1の表面(218)と前記リテーナ(206)の第2の表面(220)との間に部分的に配置されたシール(204)をさらに含む、実施態様1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様4]
前記シール(204)の底端部に配置された金属支持体(302)をさらに含む、実施態様3に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様5]
前記リテーナ(206)と前記ディスク部材(202)との間に配置されたシール(204)をさらに含む、実施態様1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様6]
前記シール(204)はカーボンを含む、実施態様5に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様7]
前記リテーナ(206)および前記ディスク部材(202)のうちの少なくとも一方は鋼で作られている、実施態様1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様8]
前記リテーナ(206)および前記ディスク部材(202)のうちの少なくとも一方は耐腐食性材料で作られている、実施態様7に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様9]
前記保持リング(208)は鉄基合金で作られている、実施態様1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様10]
前記保持リング(208)は時効硬化鉄超合金で作られている、実施態様1に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様11]
シール(204)と、
リテーナ(206)と、
前記リテーナ(206)とディスク部材(202)との間の前記シール(204)を固定する力を提供する保持リング(208)と、を含み、前記保持リング(208)は、前記リテーナ(206)を前記ディスク部材(202)に隣接させることによって形成されたキャビティ(210)内に傾斜して配置される、バルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様12]
前記シール(204)はカーボンシール(204)である、実施態様11に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様13]
前記シール(204)の底端部に配置された金属支持体(302)をさらに含む、実施態様11に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様14]
前記リテーナ(206)は耐腐食性材料から作られている、実施態様11に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様15]
前記保持リング(208)は鉄基合金で作られている、実施態様11に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様16]
前記保持リング(208)は時効硬化鉄超合金で作られている、実施態様11に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様17]
溝を含むリテーナ(206)と、
前記溝内に傾斜して配置された保持リング(208)と、
を含むバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様18]
シール(204)およびディスク部材(202)をさらに含む、実施態様17に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様19]
前記シール(204)は、前記ディスク部材(202)と前記リテーナ(206)との間に部分的に配置されている、実施態様18に記載のバルブアセンブリ(200、300)。
[実施態様20]
前記リテーナ(206)は耐腐食性材料で作られており、前記保持リング(208)は鉄基合金で作られている、実施態様17に記載のバルブアセンブリ(200、300)。

0035

100 従来のバルブアセンブリ
102ディスク部材
104リテーナ
106シール
200 バルブアセンブリ
202 ディスク部材
204 シール
206 リテーナ
208保持リング
210キャビティ
212 第1の溝
214 第2の溝
216 傾斜
218 第1の表面
220 第2の表面
300 バルブアセンブリ
302支持体
400 上面図
402ポート
500 分解図
600 方法
602 ステップ
604 ステップ
606 ステップ
608バタフライシール
610 ステップ
700 位置
702 位置
704 位置

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