CN104114918B - 刷式密封件 - Google Patents

Abstract

确保刚毛向上游侧的自由度的同时防止乱动，并且提高刚毛在高压侧与低压侧的压差方向的刚性，减少刚毛的磨损。一种刷式密封件，其具备：刚毛部，其安装在具有间隙地相对转动的静止部与旋转部之间的所述静止部上，由多个刚毛形成；以及背板部，其安装成与该刚毛部的低压侧相邻，对该刚毛部的运动进行限制，所述刷式密封件对在所述静止部与所述旋转部之间流动的所述流体进行密封，所述刷式密封件的特征在于，在由所述多个刚毛形成的刚毛部中，沿着流体的流动方向排列的多个刚毛在基端部与自由端部之间相互紧固而形成为面状刚毛，该面状刚毛沿着周向呈层叠状连续地排列而形成刚毛部。

Description

刷式密封件

技术领域

本发明涉及对例如飞机、燃气涡轮和蒸汽涡轮等的旋转轴与相对移动的配对部件之间进行密封的刷式密封件。

背景技术

绕燃气涡轮的旋转轴的轴设置有例如防止气体从高压侧泄漏到低压侧的密封机构。

以往，作为该密封机构，通常采用作为非接触密封的迷宫式密封，但由于迷宫式密封是非接触的，因此密封性能的提高是有限的。因此，为了提高密封性能而采用了刷式密封件。

在刷式密封件中，多个刚毛形成为环状(刷式密封刚毛)，通过该刷式密封刚毛的末端部与旋转侧接触，从而进行密封。

旋转侧、例如燃气涡轮的转子随着运转由于离心力和热而发生变形，另一方面，静止侧的外壳也由于热而发生膨胀，因此刷式密封件与转子之间的距离发生变动。

该变动由于刚毛的挠曲而被吸收，但若向低压侧发生挠曲则存在密封性能降低的可能，因此在刷式密封刚毛的低压侧具备背板，防止向低压侧发生挠曲。此外，为了允许刚毛发生挠曲，在刚毛的高压侧设置了空间(例如参照专利文献1的第10页和图8至图10)。

但是，在用于蒸汽涡轮等的高压部分的情况下，存在特别是在高压侧使刚毛乱动而发生刚毛折损的情况。

这样，若刚毛发生折损，则该部分成为与转子不接触的状态，刷式密封件的密封性能变差。

若刷式密封件的密封性能变差，则例如存在涡轮的输出降低这样的问题。

作为消除高压侧的刚毛乱动的刷式密封件，提出了一种刷式密封件，在刷式密封刚毛的高压侧也具备制动板，限制刷式密封刚毛发生挠曲，并且在制动板上设置贯通孔来抑制紊流的产生，特别是要防止高压侧的刚毛乱动(例如参照专利文献2)。

但是，在专利文献2所示的刷式密封件中，利用低压侧的背板和高压侧的制动板到转子的附近为止强力地限制刷式密封刚毛的活动，因此刷式密封刚毛的能够自由挠曲的长度变短。

因此，刷式密封刚毛的刚性变大，与转子的接触压力变大，因此存在刚毛和转子在稳定状态下的磨损变大这样的问题。

作为解决专利文献2所示的刷式密封件的问题的刷式密封件，提出了一种刷式密封件，其代替刚毛部的高压侧的制动板而具备抑制刚毛，所述抑制刚毛具有不妨碍刚毛部的接触变形的程度的弹性(例如参照专利文献3)。

在该专利文献3所示的刷式密封件中，刚毛部发生挠曲，从而吸收静止部与旋转部之间的间隔的变动，利用低压侧的背板来限制刚毛部的运动，因此会向抑制刚毛的方向发生挠曲，但抑制刚毛具有不妨碍刚毛部的接触变形的程度的弹性，因此抑制刚毛发生弹性变形而吸收该刚毛部的挠曲，不会使接触摩擦力对应于静止部与旋转部之间的间隔的变动而增加，能够防止稳态的磨损的增加。

但是，在专利文献3所示的刷式密封件中，需要在刚毛部的高压侧配设将刷丝(刚毛)束起而形成的抑制刚毛，存在制造成本增加的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-14128号公报(第10页、图8)

专利文献2：日本特开2001-73708号公报

专利文献3：日本特开2008-121512号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明是为了解决上述现有技术的问题而完成的，其目的在于提供一种刷式密封件，其以简单的结构确保刚毛向上游侧的自由度的同时防止乱动，并且提高刚毛在高压侧与低压侧的压差方向的刚性，减少刚毛的磨损。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明的刷式密封件的第一特征在于，具备：

刚毛部，其安装在具有间隙地相对转动的静止部与旋转部之间的所述静止部上，由多个呈直线状的刚毛形成；以及

背板部，其安装成与所述刚毛部的低压侧相邻，对该刚毛部的运动进行限制，所述刷式密封件对在所述静止部与所述旋转部之间流动的流体进行密封，

在由所述多个呈直线状的刚毛形成的刚毛部中，沿着高压侧与低压侧的压差方向在所述旋转部的轴向上排列的多个呈直线状的刚毛彼此在基端部与自由端部之间的至少两处被相互紧固而形成为面状刚毛，该面状刚毛沿着所述旋转部的周向呈层叠状连续地排列成环状而形成刚毛部。

根据该特征，与以往公知的刷式密封刚毛相比，高压侧与低压侧的压差方向(转子的轴向)的刚性高，对于蒸汽涡轮等高压设备也能够应用。

此外，能够确保刚毛的末端在与压差方向垂直的方向(周向)的自由度，因此，与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在旋转部的低速时的旋转中，自由端部也能够利用其动压而从旋转部的外周面上浮起，磨损变小，能够提高耐磨损性。

并且，即使对于旋转部的圆锥形振动(轴倾斜地运动的振动)，刚毛的末端也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。

并且，在刚毛的基端部与自由端部之间的至少两处进行所述紧固。因此，能够根据刚毛部所要求的刚性来设定其部位和数量，因此能够使刚毛部的刚性最适当。

此外，本发明的刷式密封件的第二特征在于，在第一特征的基础上，

通过焊接进行所述紧固。

根据该特征，能够可靠地紧固多个刚毛，并且能够使刚毛部的刚性适当。

此外，本发明的刷式密封件的第三特征在于，在第一或第二特征的基础上，所述刚毛的截面形状是圆形。

此外，本发明的刷式密封件的第四特征在于，在第一或第二特征的基础上，所述刚毛的截面形状是方形。

根据这些特征，能够比较低价地制造刷式密封件。

此外，本发明的刷式密封件的第五特征在于，在第一至第四特征中的任一特征的基础上，

所述面状刚毛在长度方向的中间位置折返，所述面状刚毛形成为折返部成为基端部、末端部成为自由端部。

根据该特征，能够高效率地制造面状刚毛，并且还能够容易地进行面状刚毛的基端部处的固定。

发明效果

与以往公知的刷式密封刚毛相比，本申请发明在高压侧与低压侧的压差方向(转子的轴向)的刚性高，对于蒸汽涡轮等高压设备也能够应用。

此外，能够确保刚毛的末端在与压差方向垂直的方向(周向)的自由度，因此，与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在旋转部的低速时的旋转中，自由端部也能够利用其动压而从旋转部的外周面上浮起，磨损变小，能够提高耐磨损性。

并且，即使对于旋转部的圆锥形振动，刚毛的末端也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1涉及的刷式密封件的上半部分的纵剖视图。

图2是从高压侧观察图1中的刷式密封件的主视图。

图3是说明本发明的实施方式1涉及的刚毛部的形成过程的立体图。

图4是说明本发明的实施方式2涉及的刚毛部的形成过程的立体图。

图5是说明本发明的实施方式1或实施方式2涉及的刚毛部的制造方法的另一示例的图。

图6是从高压侧观察在图1的状态下旋转部偏心的情况下的刷式密封件的状态的主视图。

具体实施方式

参照附图，对用于实施本发明涉及的刷式密封件的方式进行详细说明，但本发明并不受其限定解释，只要不脱离本发明的范围，根据本领域技术人员的知识，可加以各种变更、修正和改进。

[实施方式1]

图1是示出本发明的实施方式1涉及的刷式密封件的上半部分的纵剖视图。

在图1中，刷式密封装置1形成为环状，外周侧的固定部20经扣环12而安装于阶梯部51，所述阶梯部51设置在作为结构部件的一个部件的壳体50的内周面。

此外，刷式密封装置1的内周侧配置成与作为另一部件的转子60的外周面对置地面接触或接近的状态。并且，利用刷式密封装置1将高压侧的被密封流体向低压侧的泄漏封住。

另外，上述壳体50构成本发明的静止部，并且，上述转子60构成本发明的旋转部。

在该刷式密封1装置的主要的结构部件即刚毛部2的低压侧，与刚毛部2形成接触状态地配置有呈环状的背板部3，背板部3针对被密封流体的压力的作用而支承刚毛部2。

此外，在刚毛部2的高压侧的面一体地配置有保持部4，该保持部4形成为环板并在与背板部3之间对刚毛部2的外周侧的基端部6进行夹持。该保持部4的径向的宽度窄而使刚毛部2露出，以便使被密封流体能够作用于刚毛部2的侧面。

并且，背板部3、刚毛部2的基端部6及保持部4在外周被焊接在一起而构成固定部20，并固定于阶梯部51，所述阶梯部51设置在壳体50的内周面。

刚毛部2由几万至几十万根刚毛5从外周侧朝向内周侧排列而形成，以在高压侧与低压侧的压差方向形成规定的宽度的方式排列多根，并且形成规定的宽度的多根刚毛5在周向也连续地排列而形成环状。

并且，刚毛5的内周侧的自由端部7配置成与作为另一部件的转子60的外周面对置地面接触或接近的状态。

刚毛5的丝径通常采用0.02mm至0.5mm的丝径。刚毛5的材质采用铜、不锈钢、镍基合金、钴耐热合金等。

图2是从高压侧观察图1中的刷式密封件的主视图。

图2的刷式密封件1示出了刷式密封件1和转子60不摆动的正常的状态，刚毛5成直线状并向转子60旋转的方向倾斜地排列。在该刷式密封件1的正常状态下，刚毛5的自由端部7与转子60的外周面面接触或接近。

图3是说明本发明的实施方式1涉及的刚毛部的形成过程的立体图。在图3中，为了方便说明，关于沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的刚毛，仅示出了四根，但实际上以形成规定的宽度的方式排列有几百根刚毛。

在图3中，如图3(a)、(b)所示，准备截面形状为圆形且具有规定的长度的多根刚毛5，多根刚毛5以在高压侧与低压侧的压差方向形成规定的宽度、并且相邻的刚毛5相接触的方式排列成一列。

对于排列成一列的多根刚毛5，如图3(b)所示，通过焊接或熔敷等方法在基端部6与自由端部7之间将相邻的刚毛5紧固在一起。在图3(b)中，在基端部6与自由端部7之间在径向的三处设定有紧固部8，但不限于此，至少一处或一处以上即可，根据刚毛部2所要求的刚性来设定紧固部8的部位和数量。在紧固部8中，与自由端部7接近的紧固部8的位置在确定刚毛5的自由端的刚性方面很重要。

如上所述，如图3(b)所示，在径向的中间位置处相互紧固的多根刚毛5形成为面状，形成面状刚毛10。

如图3(c)所示，该面状刚毛10沿着周向呈层叠状连续地排列，形成环状的刚毛部2。

另外，也可以在压差方向错开刚毛5的半径的量地交替沿着周向呈层叠状地连续地排列在周向相邻的面状刚毛10，在该情况下，由于面状刚毛10之间的间隙变小，因此能够增大针对被密封流体的泄漏的流体阻力。

与以往公知的刷式密封刚毛相比，如上述那样形成的面状刚毛10在高压侧与低压侧的压差方向(转子的轴向)的刚性高，对于蒸汽涡轮等高压设备也能够应用。

此外，由于面状刚毛10能够确保各刚毛5的末端、即从与自由端部7接近的紧固部8至自由端部7之间的各刚毛5的末端在与压差方向垂直的方向(周向)的自由度，因此，在与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在转子60的低速时的旋转中，自由端部7也能够利用其动压而从转子60的外周面上浮起，具有磨损变小、能够提高耐磨损性的优点。

并且，即使对于转子60的圆锥形振动，各刚毛5的末端也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。

[实施方式2]

图4是说明本发明的实施方式2涉及的刚毛部的形成过程的立体图。

图4所示的实施方式2与图3所示的实施方式1在各刚毛的截面形状为方形这点上不同，但其它结构与实施方式1相同，因此省略重复的说明。

在图4中，由于各刚毛15的截面形状为方形，因此由方形的刚毛15构成的面状刚毛16的厚度是恒定的，与以往公知的刷式密封刚毛相比，高压侧与低压侧的压差方向(转子的轴向)的刚性高，当然也能够应用于蒸汽涡轮等高压设备。

此外，由于面状刚毛10能够确保各刚毛5的末端、即从与自由端部7接近的紧固部8至自由端部7之间的各刚毛5的末端在与压差方向垂直的方向(周向)的自由度，因此，与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在转子60的低速时的旋转中，自由端部7也能够利用其动压而从转子60的外周面上浮起，具有磨损变小、能够提高耐磨损性的优点。

并且，即使对于转子60的圆锥形振动，各刚毛15也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。

图5是说明本发明的实施方式1或实施方式2涉及的刚毛部的制造方法的另一示例的图。

除了图3和图4所示的将面状刚毛10、16各制造一片、并且沿着周向呈层叠状地排列该面状刚毛10、16而形成刚毛部2以外，还有图5所示的方法。

在图5(a)中，以形成规定的宽度的方式使具有图3和图4所示的刚毛的大致两倍的长度的刚毛17排列成一列。在排列刚毛17时，也可以利用粘接剂等将各刚毛17与相邻的刚毛进行临时固定。然后，通过焊接或熔敷等方法在长度方向的中间部18与两侧的自由端部7、7之间将相邻的刚毛17紧固而形成面状刚毛19。

接下来，如图5(b)所示，以中间部18为支点而将面状刚毛19弯折成两折。当这样将面状刚毛19弯折时，形成两片面状刚毛。

如图5(c)所示，被弯折后的面状刚毛19被沿着周向呈层叠状连续地排列，形成环状的刚毛部2。

根据该制造方法，能够比较高效率地形成刚毛部2。

图6是从高压侧观察在图1的状态下旋转部偏心的情况下的刷式密封件1的状态的主视图。

当转子60旋转、并且由于振动及摆动等而使转子60与刚毛5、15的自由端部7接触时，刷式密封件1的刚毛5、15在成为与转子60压力接触的状态的同时使倾斜角度增加。此时，由于刚毛5、15能够确保各刚毛5的末端、即各刚毛5、15的末端在与压差方向垂直的方向的自由度，因此，与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在转子60的低速时的旋转中，自由端部7也能够利用其动压而从转子60的外周面上浮起，具有磨损变小、能够提高耐磨损性的优点。并且，即使对于转子60的圆锥形振动，各刚毛5、15也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。

以上通过附图对本发明的实施方式进行了说明，但具体的结构不限于这些实施方式，即使存在不脱离本发明主旨的范围的变更及补充也包括在本发明中。

例如，在所述实施方式中，关于刚毛，对圆形或方形的截面形状的刚毛进行了说明，但不限于此，也可以是多边形或椭圆形等截面形状的刚毛。

此外，例如在所述实施方式中，关于面状刚毛的制造方法，对以中间部为支点而将具有两倍的长度的一片面状刚毛弯折成二折而制造两片面状刚毛的示例进行了说明，但不限于此，当然也可以将具有两倍以上的长度的一片面状刚毛切断成规定的长度来进行制造。

此外，例如在所述实施方式中，关于在排列成一列的多个刚毛基端部与自由端部之间将相邻的刚毛进行紧固的径向的位置，对三处的情况进行了说明，但不限于此，至少为一处或一处以上即可。此外，也可以按沿着周向排列的面状刚毛来改变紧固位置，使紧固位置不集中在径向的一处。

标号说明

1刷式密封装置；2刚毛部；3背板部；4保持部；5刚毛；6基端部；7自由端部；8紧固部；10面状刚毛；12扣环；15刚毛；16面状刚毛；17刚毛；18中间部；19面状刚毛；20固定部；50壳体(静止部)；51阶梯部；60：转子(旋转部)。

Claims (5)

1.一种刷式密封件，其具备：

刚毛部，其安装在具有间隙地相对转动的静止部与旋转部之间的所述静止部上，由多个呈直线状的刚毛形成；以及

背板部，其安装成与所述刚毛部的低压侧相邻，对该刚毛部的运动进行限制，

所述刷式密封件对在所述静止部与所述旋转部之间流动的流体进行密封，

所述刷式密封件的特征在于，

在由所述多个呈直线状的刚毛形成的刚毛部中，沿着高压侧与低压侧的压差方向在所述旋转部的轴向上排列的多个呈直线状的刚毛彼此在基端部与自由端部之间的至少两处被相互紧固而形成为面状刚毛，该面状刚毛沿着所述旋转部的周向呈层叠状连续地排列成环状而形成刚毛部。

2.根据权利要求1所述的刷式密封件，其特征在于，

通过焊接进行所述紧固。

3.根据权利要求1或2所述的刷式密封件，其特征在于，

所述刚毛的截面形状是圆形。

4.根据权利要求1或2所述的刷式密封件，其特征在于，

所述刚毛的截面形状是方形。

5.根据权利要求1或2所述的刷式密封件，其特征在于，

所述面状刚毛在长度方向的中间位置折返，所述面状刚毛形成为折返部成为基端部、末端部成为自由端部。