CN108603599A - 刷式密封件 - Google Patents

Abstract

提供刷式密封件，被密封流体的泄漏较少。该刷式密封件具有：由多个刚毛集束而成的毛刷(4)；以及圆环状的背板(2)，其配置在所述毛刷的低压侧，并设置有导入被密封流体的槽(10)，在该刷式密封件中，所述槽(10)相对于所述背板(2)的周向和所述毛刷(4)的延伸方向(B)倾斜地设置有多个。

Description

刷式密封件

技术领域

本发明涉及刷式密封件，该刷式密封件对涡轮等旋转机械的相对旋转的两个部件之间进行密封。

背景技术

在涡轮等旋转机械上，为了抑制气体沿着转子的周围从高压侧向低压侧泄漏而使用密封件。优选密封件随着旋转机械的定子与转子的间隙变化或偏心而发挥密闭能力，从这样的观点来看，采用由极细的刚毛集束而成的刷式密封件来代替迷宫式密封件。

如图7所示，以往的刷式密封件100主要包含：由极细的刚毛集束而成的毛刷102；高压侧H的侧板105；以及低压侧L的背板107。在旋转设备运行时，毛刷102受到被密封流体的压力而被按压到背板107侧，因此即使通过转子109的热膨胀或偏心产生了转子109与毛刷102的前端之间的间隙，也很难顺畅地进行毛刷102的移动，刷式密封件100有时无法充分地发挥其原本具有的追随性。因此，提出了如下方案：在背板107上形成圆周槽108，将被密封流体导入到该圆周槽108中，由此，从背板107侧对毛刷102作用平衡压力，降低毛刷102被向背板107侧按压的力，确保上述追随性。(例如参照专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-139154号公报(第0033段，图1)

发明内容

发明所要解决的课题

但是，专利文献1的刷式密封件为了对毛刷102作用平衡压力而在背板107上沿圆周方向配置圆周槽108。因此，存在如下担心：在随着高压侧H与低压侧L之间的压力差变大，使得毛刷102被按压到背板107侧时，毛刷102的一部分进入到圆周槽108中并弯曲，毛刷102的前端向离开转子109的方向移动，在毛刷102与转子109之间产生预期以上的间隔的空隙g，通过该空隙g而泄漏的被密封流体增加(参照图8。)。

并且，关于专利文献1的其他的刷式密封件100，通过在圆周槽108的径向中央部设置环状的支承部110来使毛刷102的变形量变小。与上述同样，存在如下担心：当高压侧H的压力变高时，毛刷102的一部分进入到圆周槽108中并弯曲，毛刷102的前端离开转子109。并且，由于在径向中央设置有支承部110，在使用时毛刷102同样与支承部110抵接，所以在该支承部110的部位处存在毛刷102被磨断的担心。

本发明是鉴于这样的问题点而完成的，其目的在于提供减少被密封流体的泄漏的刷式密封件。

用于解决课题的手段

为了解决所述课题，本发明的刷式密封件具有：由多个刚毛集束而成的毛刷；以及圆环状的背板，其配置在所述毛刷的低压侧，并设置有导入被密封流体的槽，该刷式密封件的特征在于，

所述槽相对于所述背板的周向和所述毛刷的延伸方向倾斜地设置有多个。

根据该特征，由于使槽倾斜，所以与毛刷相对地配置有多个槽，由于该毛刷在轴向上被槽间的多个台面抵接支承，所以能够使毛刷向轴向的挠曲变少，抑制被密封流体的泄漏。

并且，其特征在于，多个所述槽形成为相同形状且在周向上均等配置。

根据该特征，由于从槽作用的压力在毛刷的延伸方向上均匀地作用于毛刷，所以能够使毛刷向轴向的挠曲变少。

并且，其特征在于，所述多个槽是非连续的独立的槽。

根据该特征，由于在槽的周围存在连续的台面，所以被密封流体被可靠地贮存在槽内。

并且，其特征在于，在所述背板的比所述槽靠径向内侧的位置处形成有在周向上相连的台面。

根据该特征，能够抑制导入到槽内的被密封流体向低压侧流出。

并且，其特征在于，所述毛刷和所述槽相对于所述背板的径向分别向相反侧倾斜地延伸。

根据该特征，能够与毛刷相对地配置多个槽。

并且，其特征在于，所述槽是相对于所述背板的周向倾斜45度而设置的。

根据该特征，能够与毛刷相对地配置多个槽。

附图说明

图1是实施例1的刷式密封件的剖视图。

图2是图1的背板的主视图，是示出在其一部分区域中组装了毛刷的状态的图。为了方便说明，使毛刷的密度变疏而进行作图。

图3是图2的背板的III-III剖视图。

图4是图2的背板的IV区域的放大图，剖面线部位表示凹部。

图5是对基于槽的倾斜角度形成的毛刷的移动进行比较而说明的图，(a)是对毛刷倾斜45度的情况进行说明的图，(b)是对毛刷倾斜60度的情况进行说明的图。

图6是实施例2的背板的放大图，剖面线部位表示凹部。

图7是示出以往的刷式密封件的剖视图。

图8是对图7的刷式密封件的使用状态进行说明的剖视图。

图9是对以往的其他刷式密封件的使用状态进行说明的剖视图。

具体实施方式

以下，根据实施例对用于实施本发明的刷式密封件的方式进行说明。

实施例1

参照图1到图5对实施例1的刷式密封件进行说明。

在图1中示出了在涡轮等旋转机械的轴封上使用刷式密封件1的例子，毛刷4的前端与旋转机械的转子9接近乃至接触，由此，抑制了旋转机械内部的高压侧H的蒸汽、燃气等被密封气体泄漏到低压侧L。并且，即使转子9与毛刷4的前端的相对距离因由转子9的晃动等产生的偏心或由热产生的体积变化而变化，毛刷4整体也是在径向上变形而使毛刷4可追随该距离的变化的结构，毛刷4的前端的磨损也被抑制。

刷式密封件1形成为圆环状，主要由低压侧L的背板2、高压侧H的侧板3和毛刷4构成。背板2与侧板3在夹入了毛刷4的状态下通过插入到沉孔6中的螺栓5被紧固固定。毛刷4主要由毛刷部4a和安装部4b构成，其截面形成为大致锤子形状，其中，该毛刷部4a由多个刚毛构成，该安装部4b使多个刚毛集束并通过焊接或凿紧而将它们的一端一体化。并且，刚毛的线的线径为0.05mm～0.5mm，材质为钢、镍基或钴基等合金、陶瓷，并且，安装部4b由金属形成。并且，背板2和侧板3由不锈钢形成，但其材料不限于此。

在背板2的与毛刷4轴向对置的位置设置有槽10，高压侧H的气体的压力P_H对毛刷4进行作用，通过按压力F1将毛刷4向背板2侧按压。另一方面，通过了毛刷4的刚毛间的气体主要被槽10保持，通过按压力F2将毛刷4向侧板3侧按压。通过该按压力F2来抵消按压力F1的全部或一部分，能够减小作用于毛刷4与背板2的毛刷对置面11之间的力，能够使毛刷4在径向上顺畅地变形和移动。

接着，主要参照图3、4对槽10进行详细地说明。各槽10形成为相同形状的大致平行四边形，在毛刷对置面11上沿周向均等配置。槽10呈大致直线状，其直线部10c的径向两端部10a、10b在俯视观察时分别为斜角形状。各槽10分别独立，在各槽10的周围配置有内径侧台面11A、槽间台面11B和外径侧台面11C。内径侧台面11A在周向上连续形成。由此，抑制了在使用时贮存在槽10中的气体从内径侧向低压侧泄漏。优选槽间台面11B的周向长度比槽10的周向长度形成得长。由此，由于能够确保毛刷4与槽间台面11B接触的面积较大，所以能够减小从毛刷4对槽间台面11B作用的每单位面积的力。并且，优选内径侧台面11A、槽间台面11B和外径侧台面11C分别是平面，并且是相同的面(高度)。此外，槽10与内径侧台面11A、槽间台面11B、外径侧台面11C之间的边缘被倒角或为圆弧形状。由此，防止毛刷4被边缘磨断。并且，槽10的长度、宽度、深度按照流体设备的规格来确定即可，例如分别为几十毫米、几毫米、十分之几毫米左右即可。

槽10在毛刷对置面11上相对于径向R倾斜设置，其延伸方向G与径向R所成的角θ为大致45度。即，延伸方向G也相对于毛刷对置面11上的周向以大致45度的角度倾斜(准确来说相对于周上的切线以大致45度的角度倾斜。)。并且，毛刷4相对于毛刷对置面11上的径向R倾斜设置，其延伸方向B与径向R所成的角φ为大致45度。并且，由于槽10与毛刷4的倾斜方向相对于径向R处于相反侧，所以各自的延伸方向G与延伸方向B大致垂直。

由于使槽10相对于周向和毛刷4倾斜，所以与毛刷4相对地配置有多个槽。在图4的例中，在毛刷4的延伸方向B上配置有大约8个槽、各1处的内径侧台面11A、外径侧台面11C和7处的槽间台面11B。这样，毛刷4在轴向上被槽10间的多个槽间台面11B抵接支承，并且由多个槽10内的气体对毛刷4作用F2方向(图1)的力。因此，毛刷4向轴向的挠曲较小，不会产生空隙g(图8、图9)，能够抑制气体的泄漏。

并且，由于毛刷4在轴向上被槽10间的多个槽间台面11B抵接支承，所以能够分散地承受作用于毛刷4的按压力F1。此外，由于作用于毛刷4的按压力F1(图1)较高的部位在径向上因使用状况或时刻而不同，所以不会始终对相同的槽间台面11B作用较强的按压力，能够抑制毛刷4因与槽间台面11B的边缘接触而被磨断。与此相对，在图9所示的刷式密封件100中，由于支承部110仅一处，所以即使作用于毛刷104的按压力F1在径向上因使用状况或时刻而变化，但由于毛刷104始终与支承部110接触，所以磨断的可能性较高。

并且，由于槽10相对于周向倾斜，所以即使通过了毛刷4的气体从径向的任意部位导入到槽10中，也会被引导到整个径向上。因此，与图9所示的圆周方向双槽108不同，即使气体从径向的任意部位导入到槽10中，压力也会被引导到径向上，能够使径向上的来自槽10的反力均匀化。

并且，毛刷4和槽10的延伸方向B、G相对于背板2分别处于相反侧，分别与径向R呈45度倾斜。能够通过该配置来与毛刷4相对地配置多个槽10。另外，毛刷4根据旋转设备的运行状态而变化角度，但在运行时(转子9旋转时)，配置成相对于径向R大致倾斜45度即可。

参照图5对槽10的倾斜角度的差异进行说明。在图5的(a)中，槽10的延伸方向G₄₅相对于半径方向倾斜45度。毛刷4的延伸方向B在与槽10相反的一侧相对于半径方向倾斜45度。当其延伸方向B’从该状态起稍微变化时，毛刷4沿着毛刷对置面11移动Δα的量，在槽10中从点C1横穿到点C2，在该槽10上的移动距离为ΔL₁₂。同样地，在图5的(b)中，槽10的延伸方向G₆₀相对于半径方向倾斜60度。毛刷4的延伸方向B在与槽10相反的一侧相对于半径方向倾斜45度。当其延伸方向B’从该状态起稍微变化时，毛刷4沿着毛刷对置面11移动Δα的量，在槽10中从点C3横穿到点C4，在该槽10上的移动距离为ΔL₃₄。而且，从几何关系可知，移动距离ΔL₁₂比移动距离ΔL₃₄短。这样，随着槽10的延伸方向G与毛刷4的延伸方向B接近垂直，毛刷4在移动时横穿槽10的长度变短，因此毛刷4不容易被磨断，提高了耐用性。

并且，由于多个槽10形成为相同形状且在周向上均等配置，所以从槽10作用的压力在毛刷4的延伸方向B上均匀地作用于毛刷4。因此，能够使毛刷4向轴向的挠曲更少。

实施例2

接着，参照图6对实施例2进行说明。在实施例1中，槽10的直线部10c的径向两端部10a、10b在俯视观察时分别为斜角形状，但在实施例2中，径向两端部10d、10e在俯视观察时分别为弧形。另外，由于其他的结构与实施例1同样，所以省略了其说明。这样，由于使径向两端部10d、10e在俯视观察时分别为弧形，所以在端部不存在尖锐的边缘，即使毛刷4沿着毛刷对置面11滑动，也能够降低毛刷4被径向两端部10d、10e磨断的可能性。

以上，根据附图对本发明的实施例进行说明，但具体的结构并不仅限于这些实施例，本发明也包含在不脱离本发明的主旨的范围内的变更或追加。

例如，在所述实施例中，对槽10相对于周向倾斜45度的例子进行了说明，但槽10只要相对于周向和毛刷4的延伸方向B倾斜即可。此外，优选槽10的延伸方向G和毛刷4的延伸方向B相对于径向R处于相反侧。由此，不仅能够与毛刷4相对地配置多个槽10，还能够使毛刷4沿着槽10进入的可能性变小。如果毛刷4沿着槽10进入到槽10中，则存在密封性降低以及毛刷4随着与槽10的边缘的接触而被磨断的可能性。

并且，对槽10为大致直线状的例子进行了说明，但也可以是具有曲面的曲线状。在曲线状的情况下，只要配置成其外形的长度方向与背板2的周向和毛刷4的延伸方向交叉即可。

并且，以槽10的宽度大致恒定为例进行了说明，但其宽度也可以在槽的延伸方向上变化。

并且，对槽10是分别独立的直线状的槽的例子进行了说明，但也可以将槽彼此连结。

标号说明

1：刷式密封件；2：背板；3：侧板；4：毛刷；4a：刚毛；4b：安装部；10：槽；11：毛刷对置面；11A：内径侧台面；11B：槽间台面；11C：外径侧台面；H：高压侧；L：低压侧；G：槽的延伸方向；B：毛刷的延伸方向；R：径向；θ：槽的倾斜角；φ：毛刷的倾斜角。

Claims (6)

1.一种刷式密封件，其具有：由多个刚毛集束而成的毛刷；以及圆环状的背板，其配置在所述毛刷的低压侧，并设置有导入被密封流体的槽，该刷式密封件的特征在于，

所述槽相对于所述背板的周向和所述毛刷的延伸方向倾斜地设置有多个。

2.根据权利要求1所述的刷式密封件，其特征在于，

多个所述槽形成为相同形状且在周向上均等配置。

3.根据权利要求1或2所述的刷式密封件，其特征在于，

所述多个槽是非连续的独立的槽。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的刷式密封件，其特征在于，

在所述背板的比所述槽靠径向内侧的位置形成有在周向上相连的台面。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的刷式密封件，其特征在于，

所述毛刷和所述槽相对于所述背板的径向分别向相反侧倾斜地延伸。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的刷式密封件，其特征在于，

所述槽是相对于所述背板的周向倾斜45度而设置的。