JP2004060764A - 板ブラシシール - Google Patents

Abstract

【課題】板ブラシシールの被密封流体に対する耐圧能力と、被密封流体のシール能力と、可撓性とを付与して板ブラシ部の摩耗を防止することにある。
【解決手段】被密封流体の作用する方向へ第１ブラシシール単板３と第２ブラシシール単板３との基部を接合すると共に交互に積層して第１板ブラシ部３Ｂと第２板ブラシ部３Ｂとが互いのスリットを介して噛み合わせるものである。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸と相対変位する相対部品との間をシールする板ブラシシールに関する。
更に詳しくは、例えば、航空機、ガスタービン等の回転軸と相対変位する相対部品との間をシールする板ブラシシールに係わるものである。
【０００２】
【従来技術】
本発明に関する先行技術には、図７に示すブラシシール装置１００Ａが存在する。
図７は、回転軸１２０が貫通するケーシング１１０との間に取り付けられたブラシシール装置１００の断面図である。このケーシング１１０は、蒸気タービンやガスタービン等の部品である。そして、ブラシシール装置１００Ａはケーシング１１０に取り付けられて回転軸１２０との隙間を仕切って被密封流体をシールしている。
【０００３】
このブラシシール装置１００Ａは、リング状に形成されて、ケーシング１１０の取付溝部１１２に取り付けられる。このブラシシール装置１００Ａの主要な構成は、ブラシシール１０９と、このブラシシール１０９を挟持する背板１０２と支持板１０３である。このブラシシール１０９は、剛毛１０１が円周に沿ってある厚さに束ねられて壁状に配列され、一端部が結合されて取付部１０４を形成している。又、ブラシシール１０９の自由端面１０５は回転軸１２０に対向して配置される。この剛毛１０１の線径は、一般に、０．０２ｍｍから０．５ｍｍのものが用いられている。そして、その本数は何万、何十万本となる。
【０００４】
このブラシシール１０９の側面には、環状に形成された背板１０２が側面１０８をブラシシール１０９と接触状態にして配置されおり、この背板１０２は被密封流体の圧力を受けて剛毛１０１が変形しないように支持している。
又、ブラシシール１０９の他方の面には、保持板１０３がリング板に形成されて背板１０２との間でブラシシール１０９の取付部１０４側を狭持している。この保持板１０３は、ブラシシール１０９の自由端側が弾性変形しやすいように径方向の幅が狭くされてブラシシール１０９を被密封流体側に露出させている。
そして、背板１０２とブラシシール１０９の取付部１０４と保持板１０３とは、一端が溶接されて結合部１０６を成している。
【０００５】
直線状の剛毛１０１は、回転軸１２０の径方向に対して回転軸１２０の回転する方向へ傾斜している。このブラシシール１０９の正常状態は、図７の実線で示すように回転軸１２０が自由端面１０５に接触又は近接している。
しかし、剛毛１０１は、束ねられているので、被密封流体の圧力を受けると剛毛１０１間に隙間が生じるので被密封流体の漏れが生じるおそれがある。特に、高圧の被密封流体の場合にはシール能力に問題が生じてくる。
【０００６】
又、ブラシシール１０９は、剛毛１０１が、ある厚さの束にされて周方向に沿って配列されている。そして、ブラシシール１０９の自由端面１０５は、回転軸に嵌合するようにワイヤ放電加工機などにより精密仕上げ加工されている。しかし、剛毛１０１は変形しやすいので、この加工が極めて困難になっている。
【０００７】
又、回転軸１２０が振動や揺動などにより、ブラシシール１０９に接触すると、ブラシシール１０９は、回転軸１２０と圧接された状態になりながら回転方向へ傾斜した傾斜角度も増加する。
この状態で、被密封流体の圧力が高圧Ｐ１の場合には、低圧Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が大きくなるから、ブラシシール１０９の直線状の剛毛１０１は、弾性変形して曲がり、各剛毛１０１間にランダムな間隙が生じることになる。
【０００８】
この直線状の剛毛１０１間に被密封流体が侵入すると束ねられた各剛毛１０１は、剛毛１０１間の間隙が被密封流体により押し分けられて大きな間隙となるので、この分けられた間隙から被密封流体が漏洩することになる。
この作用は、更に、傾斜した状態の剛毛１０１が圧力により分けられると、分けられた一方側が、設定された傾斜角度よりも小さくするように変位しようとするので、剛毛１０１の先端部は、回転軸１２０とますます接触状態を強めるから圧接力を更に増加させて摩耗することになる。
この剛毛１０１の自由端面１０５が摩耗すると、この摩耗した自由端面１０５と回転軸１２０との間から被密封流体が漏洩することになる。
【０００９】
又、この様な状態で、回転軸１２０が揺動すると、ブラシシール１０１の回転軸１２０に圧接した位置に対して軸心を通り径方向反対側は、剛毛１０１の自由端面１０５と回転軸１２０との隙間Ｃが大きくなるので、この間隙Ｃから被密封流体の漏れが惹起する。
このように、剛毛１０１による被密封流体のシールには解決しなければならない問題が存在する。
【００１０】
更に、他の従来技術として、図８に示すブラシシール装置１００Ｂが存在する。このブラシシール装置１００Ｂは、薄板の板シール２０９を回転軸１２０の周方向に積層状態に重ねて高圧側領域Ｐ１と低圧側領域Ｐ２をシールするものである。
そして、板シール２０９の外周部はろう付けされて取付部１０４に形成されていると共に、このろう付けされた取付部１０４を介してケーシング１１０の溝部に取り付けられる。又、板シール２０９の低圧側領域Ｐ２の側面には背板１０２が配置されていると共に、高圧領域側Ｐ１の側面には保持板１０３が配置されており、この両板１０２，１０３により板シール２０９の両側を支持している。
【００１１】
しかし、この様に形成された板シール２０９に対し、回転軸１２０が偏心して圧接したときに、円弧状を成すのみの板シール２０９は、弾性変形が容易でないから、弾性変形に対応するバネ常数が大きくなるので、回転軸６０の偏心に対して追随することが困難になる問題を惹起している。このために板シール２０９の自由端面とロータ１２０の外周面との間隔を大きくとっているので、被密封流体をシールする能力が低下する。
【００１２】
更に、被密封流体の圧力が作用する方向に接合して重ねられた板シール２０９は、単なる平板のみであるために、その平板の接合面間方向に作用する被密封流体の圧力が容易に平板の接合隙間から流出し、被密封流体の漏れを防止するシール能力に問題が生じてくる。
更に又、可撓性が阻害される構成の積層構造は、板シール２０９の自由端面１０５を早期に摩耗させる結果となっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その技術的課題は、板ブラシシールに可撓性を付与すると共に、シール能力を向上させることにある。
【００１４】
更に、対向部品からの押圧力に対する板ブラシシールの弾性変形能力を向上させると共に、被密封流体に対するシール能力を向上させ、且つ板ブラシシールが対向部品により摩耗させられるのを低減することにある。
又、板ブラシシールの接触する対向部品との変動に対応する追随性を良好にし動力のエネルギーの低減を図ると共に、変動に対してもシール能力を向上させることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述のような課題を解決するために成されたものであって、その課題を解決するための技術的手段は以下のように構成されている。
【００１６】
請求項１に係わる本発明の板ブラシシールは、　間隙を有して相対移動する部品間の前記一方の部品に取付けられて前記他方の部品との間をシールする板ブラシシールであって、前記一方の部品に取り付けられる第１基部を有すると共に前記他方の部品側に細梁の第１ブラシ部分と第１スリットとが交互に配列された第１板ブラシ部を有する第１ブラシシール単板と、前記第１ブラシ部分と前記第１スリットとに互いに噛み合う第２スリットと第２ブラシ部分とを交互に配列された第２板ブラシ部を有する第２ブラシシール単板とを備え、前記第１ブラシシール単板と第２ブラシシール単板とを交互に積層して前記第１板ブラシ部と前記第２板ブラシ部とが互いのスリットを介して噛み合わせているものである。
【００１７】
この請求項１に係わる本発明の板ブラシシールでは、板ブラシシールが一対の第１及び第２ブラシシール単板をブラシ部分とスリットとが自由端部側に向かって互いに噛み合うので、各ブラシ部分の各側面の間隙が密接し、シール能力を飛躍的に向上させることが可能になる。
【００１８】
又、この板ブラシ部は、各ブラシ部分の噛み合う互いの接触深さが浅い基部側は、シール能力よりも弾性変形が付与されている。そして、板ブラシ部の自由端部側は各ブラシ部分の互いに噛み合う深さが深くされて接合しシール能力を向上させている。その結果、板ブラシシールは、シール能力と共に可撓性が発揮されて当接部品との接触による摩耗が効果的に防止される。
【００１９】
請求項２に係わる本発明の板ブラシシールは、複数に積層された第１板ブラシ部と第２板ブラシ部とが互いのスリットを介して噛み合わされて自由端部に向かって噛み合わせの深さが徐々に深くなる寸法に形成されていると共に、各ブラシシール単板が被密封流体の作用方向に対して略直角方向へ積層されているものである。
【００２０】
この請求項２に係わる本発明の板ブラシシールでは、各第１板ブラシ部と第２板ブラシ部とを自由端部に向かって徐々に噛み合い深さが互いに深くなるように構成されているので、被密封流体が積層面方向に作用しても板ブラシシールの自由端部側が隙間のない板ブラシ部に形成されているので、シール能力が向上する。そして、板ブラシ部の基部側は各ブラシ部分の噛み合い深さが浅いから弾性変形力が付与されて対向部品との当接に対して柔らかく接触し摩耗が効果的に防止される。
【００２１】
請求項３に係わる本発明の板ブラシシールは、第１ブラシシール単板の基部と第２ブラシシール単板の基部が環状に積層されて接面していると共に各第１ブラシ部分又は／及び各第２ブラシ部分が自由端部で互いに接触しているものである。
【００２２】
この請求項３に係わる本発明の板ブラシシールでは、各ブラシシール単板を環状に積層すると、環状を成す板ブラシシールの外周側が内周側よりも大径である分基部の積層間にスペーサを設けなければならないが、板ブラシシールの各ブラシ部分を噛み合わせることにより、積層された基部の環状を成す外径に応じて自由端部の環状の内径を小径にすることができる。このために、環状に積層された基部の積層面に隙間をなくすことができる。
【００２３】
更に、環状を成す自由端部の板ブラシ部は互いにブラシ部分が噛み合って隙間がないから、被密封流体をシールすることが可能になる。しかも、板ブラシ部の内径は、各ブラシ部分の接合面が連通しない組み合わせ体であるから、可撓性を発揮して回転軸との摩擦による摩耗を防止することが可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる実施の形態についての板ブラシシールを図面に基づいて詳述する。尚、以下の図面は特許図面としての概念図ではなく、設計図である。
【００２５】
図１は、ガスタービンのケーシング５０の孔に回転軸（以下、ロータと言う）６０が嵌通した両部品間の間隙を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切る本発明に係わる第１実施の形態の板ブラシシール２の図５に示すＢ部を軸方向へ断面にした半断面図である。
又、図２は、図１に示す板ブラシシール２の１部を示す正面図である。
図３は、板ブラシシール２の第１ブラシシール単板３と第２ブラシシール単板３とを積層する状態の斜視図である。
更に、図４は、図２の板ブラシシール２の基部側に於ける板ブラシ部３Ｂの１部を示す断面図である。図５は、本発明に係わる板ブラシシール２の自由端部側から見た第２実施の形態の平面図である。図６は、本発明に係わる第３実施の形態を示す板ブラシシール２の自由端部側から見た平面図である。
【００２６】
図１及び図２において、２は板ブラシシールである。板ブラシシール２の取付部２Ａは、構成部品の一方の部品であるケーシング５０の内周面に設けられた段部にスナップリング１２を介して取り付けられている。又、板ブラシシール２の内周側の自由端部５は他方の部品であるロータ（以下、回転軸とも言う）６０の外周面と対向して接面又は近接した状態に配置されている。そして、板ブラシシール２により高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側の間に配置されて被密封流体をシールする。
【００２７】
この板ブラシシール２は、ブラシシール単板３を積層した両側に背板部６と保持部１０とを取り付けた構成から成る。この背板部６及び保持部１０は板ブラシシール２の補助部品である。この板ブラシシール２は被密封流体に対してブラシシール単板３を図２に示すように積層しているために、基部３Ａをケーシング５０に保持するだけで被密封流体をシールすることもできる。この為、ブラシシール単板３の幅は、被密封流体の圧力に応じて設定される。
【００２８】
この板ブラシシール２は、高圧Ｐ１側から低圧Ｐ２に向かって直角方向へブラシシール単板３を積層状態に配列し、被密封流体圧力の作用方向に対してある板幅を成すと共に、ロータ６０の周面に沿って環状体に形成されている。そして、板ブラシシール２は、内周側がロータ６０外周面に沿って、例えば図５に示すような縦横状の各ブラシ部分３Ｂ１の構造体に形成されている。又、ブラシシール単板３の外周の基部３Ａを積層して板ブラシシール２の取付部２Ａに形成する。この取付部２Ａを成す外周面は溶接等により一体化されている。
【００２９】
図３の左側１列に示すように、交互に積層されるうちの１方の第１ブラシシール単板３は、薄板を長方形に形成し、長方形の長手１方側に第１基部３Ａを形成すると共に、他方側に第１板ブラシ部３Ｂを形成している。この第１板ブラシ部３Ｂは、薄板を並列に形成した第１スリット３Ｂ２により第１スリット３Ｂ２間が各々細梁状の第１ブラシ部分３Ｂ１に形成されている。この細梁の第１ブラシ部分３Ｂ１は、断面が長方形状又は正方形状に形成されている。
この第１ブラシ部分３Ｂ１は、図３に示すように、薄板の長方形の長手方向の自由端部５へ１列の奇数本から成る凹凸に形成されている。
【００３０】
更に、第２ブラシシール単板３も図３の左側２列目に示すように、第１ブラシシール単板３と同様に形成されており、この第２ブラシシール単板３も長方形で薄板の長手方向１方側に第２ブラシ部分３Ｂ１と第２スリット３Ｂ２とが凹凸状に１列に形成されて第２板ブラシ部３Ｂを成している。又、第２板ブラシ部３Ｂと反対は第２基部３Ａに形成されている。
この第２ブラシ部分３Ｂ１の細梁も、断面が長方形又は正方形に形成されている。そして、この第２ブラシ部分３Ｂ１は、図３に示すように、偶数本に形成されている。
【００３１】
図２及び図３に示すように板ブラシシール２は、第１ブラシシール単板３と第２ブラシシール単板３とが交互に積層されている。この積層方向は被密封流体の作用方向に対して略直角を成している。そして、第１ブラシシール単板３と第２ブラシシール単板３との積層は、第１ブラシ部分３Ｂ１と第２ブラシ部分３Ｂ１とがそれぞれの第２スリット３Ｂ２と第１スリット３Ｂ２を介して噛み合わされる。
【００３２】
この板ブラシシール２は、ブラシシール単板３を環状に積層することにより形成される。
図２に示すように、第１ブラシシール単板３と第２ブラシシール単板３の各基部３Ａは、交互に接合状態に積層される。同時に、第１ブラシシール単板３と第２ブラシシール単板３の各板ブラシ部３Ｂは、交互に噛み合わされる。
この噛み合い状態は、点線で示すように、自由端部５に向かって徐々に噛み合い深さが深くなるように組み合わされている。このために、板ブラシシール２を環状体に形成しても、板ブラシシール２の外径寸法と内径寸法の差による外径の各基部３Ａ間に生じる隙間を消滅させることが可能になる。
【００３３】
この各板ブラシ部３Ｂの噛み合い状態は、１実施例として、板ブラシシール２の自由端部５側から見た状態が、図５に示すように、第１板ブラシ部３Ｂと第２板ブラシ部３Ｂとが接合して全体が一体のように組み合わされる。
又、板ブラシ部３Ｂの基部３Ａ側は、図４に示すように、積層された各第１ブラシシール単板３の対向面に微小な隙間が形成される。同時に、積層された各第２ブラシシール単板３の対向面間にも微小な間隙が形成される。この微小な間隙が板ブラシ部３Ｂに可撓性を発揮させる。
【００３４】
又、板ブラシシール２は、自由端部５側が、図５に示すように、各ブラシ部分３Ｂ１が接合状態に組み合わされているから、被密封流体をシールする能力を向上させることが可能になる。実験的には、板ブラシシール２に対する被密封流体の流れは、図１に示すＨのようになることからも明白である。
図２に示す板ブラシシール２は、両側からリング状を成す背板部６と保持板１０により挟持し、図１の板ブラシシール２のようにケーシング５０に取り付けられる。
【００３５】
図４は、本発明に係わる第２実施の形態を示す板ブラシシール２の自由端部５側の１部を示す断面図である。この図４に示す各ブラシ部分３Ｂ１、３Ｂ２の噛み合い状態のように、各第１ブラシ部分３Ｂ１の積層間に隙間が生じるように噛み合わせると共に、各第２ブラシ部分３Ｂ１の積層間も隙間が生じるように噛み合わせると、板ブラシ部３Ｂの可撓性が発揮される。
しかも、第１ブラシ部分３Ｂ１と第２ブラシ部分３Ｂ１とは被密封流体の作用方向に対して間隙が生じないように間隙を綴じるように接合しているから、被密封流体に対するシール能力が向上する。
【００３６】
図６は、本発明に係わる第３実施の形態を示す板ブラシシール２の自由端部５側の１部を示す平面図である。この図６に示す各ブラシ部分３Ｂ１、３Ｂ２の噛み合い状態のように、各第１ブラシ部分３Ｂ１の積層間に隙間が生じないように噛み合わせると共に、各第２ブラシ部分３Ｂ１の積層間も隙間が生じないように噛み合わせると、板ブラシ部３Ｂのシール能力が発揮される。しかも、各ブラシ部分３Ｂ１は細梁として分割されているから、ロータ６０の当接に対して弾性変形を可能として摩耗するのが効果的に防止される。
【００３７】
その結果、板ブラシ部３Ｂは、自由端部５側の各ブラシ部分３Ｂ１の接合状態が密になるから被密封流体を仕切るシール能力が向上する。反対に、ブラシ部分３Ｂ１の積層下基部３Ａ側はブラシ部分３Ｂ１の接合状態が疎に成るから、弾性変形能力が付与される。このために、板ブラシ部３Ｂの被密封流体に対するシール能力が向上すると共に、この自由端部５側のシールする個所を保持する基部３Ａ側が弾性変形能力を付与されて可撓性が発揮される。
【００３８】
この第１及び第２ブラシシール単板３は薄板からエッチング加工、ワイヤー放電加工、レーザ加工、電子ビーム加工等の微細加工によりブラシ部分３Ｂ１とスリット３Ｂ２を容易に製作することができる。
【００３９】
上述した実施例のブラシシール単板４の厚さは０．００５〜０．５ｍｍの範囲にされているが、この厚さは、被密封流体の圧力およびロータ６０の当接力等を考慮して決められるものである。
又、板ブラシシール単板３の材質は、鋼、ステンレス、ニッケル基の合金、セラミック材等が用いられる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の板ブラシシールによれば、板ブラシシールは一対の第１及び第２ブラシシール単板をブラシ部分とスリットとが互いに噛み合うので、第１ブラシ部分と第２ブラシ部分とが自由端部側に向かって互いに噛み合うように構成されている。このために各ブラシ部分の接合面の間隙が密接し、シール能力を飛躍的に向上させる効果を奏する。その上、板ブラシ部は、積層された基部側がかみ合い深さを浅くなるから弾性変形能力を発揮し、他方部品の当接に対して摩擦を和らげると共に、その摩擦による摩耗を効果的に防止する。
【００４１】
又、この板ブラシ部は、積層された基部側のブラシ部分の噛み合い深さを浅くし、自由端部側の各ブラシ部分の噛み合う深さが深く構成されているから、シール能力と共に、ブラシ部分の弾性変形が付与される。
【００４２】
更に、各ブラシ部分の自由端部側を小径になるように噛み合わせることにより、板ブラシシールを環状に形成しても、外周側となる基部の各接合面間にスペーサを設ける必要もないから、板ブラシシールの組立が容易になり、組立コストを大きく低減する効果を奏する
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１実施の形態を示す板ブラシシールの半断面図である。
【図２】図１に示す板ブラシシール１部の平面図である。
【図３】本発明に係わるブラシシール単板の組み合わせを示す斜視図である。
【図４】本発明に係わる第２実施例を示す板ブラシシールのブラシ部分の１部断面図である。
【図５】本発明に係わる図１に示す板ブラシシールの自由端部の平面図である。
【図６】本発明に係わる第３実施の形態を示す板ブラシシールの自由端部側から見た平面図である。
【図７】従来のブラシシール装置の半断面図である。
【図８】従来の他のブラシシール装置の斜視図である。
【符号の説明】
２　板ブラシシール
２Ａ　取付部
３　ブラシシール単板
３Ａ　基部
３Ｂ　板ブラシ部
３Ｂ１　第１、第２ブラシ部分
３Ｂ２　第１及び第２スリット
５　自由端部
６　背板部
１０　保持部
５０　一方の部品（ケーシング）
１　　他方の部品（ロータ）

Claims (3)

1. 間隙を有して相対移動する部品間の前記一方の部品に取付けられて前記他方の部品との間をシールする板ブラシシールであって、前記一方の部品に取り付けられる第１基部を有すると共に前記他方の部品側に細梁の第１ブラシ部分と第１スリットとが交互に配列された第１板ブラシ部を有する第１ブラシシール単板と、前記第１ブラシ部分と前記第１スリットとに互いに噛み合う第２スリットと第２ブラシ部分とを交互に配列された第２板ブラシ部を有する第２ブラシシール単板とを備え、前記第１ブラシシール単板と第２ブラシシール単板とを交互に積層して前記第１板ブラシ部と前記第２板ブラシ部とが互いのスリットを介して噛み合わせていることを特徴とする板ブラシシール。
2. 前記複数に積層された前記第１板ブラシ部と前記第２板ブラシ部とが互いの前記スリットを介して噛み合わされて自由端部に向かって噛み合わせの深さが徐々に深くなる寸法に形成されていると共に、前記各ブラシシール単板が被密封流体の作用方向に対して略直角方向へ積層されていることを特徴とする請求項１に記載の板ブラシシール。
3. 前記第１ブラシシール単板の前記基部と第２ブラシシール単板の前記基部が環状に積層されて接合していると共に前記各第１ブラシ部分又は／及び前記各第２ブラシ部分が自由端部で互いに接触していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の板ブラシシール。

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