JP2005337448A - ブラシシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部位の構造を小さくしてワイヤ素線先端と回転軸表面との隙間をなくして流体の吹き抜けを防止することにある。
【解決手段】圧力容器106又は圧力室を圧力差が生じる複数の部屋に仕切る圧力隔壁105を貫通させて設けられる回転軸101と圧力隔壁に有する回転軸が貫通する穴との隙間を圧力隔壁105の穴周面から回転軸101表面に向けてワイヤ素線2の束を配設し、そのワイヤ素線2の束によって回転軸101の表面に沿って軸方向に流れる作動流体をシールするブラシシール装置において、ワイヤ素線2の束が高圧側に向けて回転軸101の表面に鋭角に接触し、且つワイヤ素線2の長さが圧力隔壁105に有する穴周面から回転軸表面に達するか、或いは半径方向隙間長さより長くなるように形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転機械に使用するブラシシール装置において、特に回転軸のごとき回転体が高圧側と低圧側の圧力差が大きい圧力隔壁を貫通する部分に設けられるブラシシール装置に関する。

例えば、軸流ターボ機械などの回転機械は、図１６に示すように圧力容器１０６の内部に回転軸１０１を貫通させて配置し、圧力容器１０６より外方に導出している回転軸１０１の両端部側は軸受１０８を介して支持台１０９に支持されている。

このような回転機械において、圧力容器１０６内に軸方向の一方から他方に流れる作動流体１０２により回転軸１０１を回転させて、運動エネルギーを回転軸端から得るか、あるいは回転軸１０１を回転させて作動流体１０２にエネルギーを伝達し、そのエネルギーをさまざまな用途に利用している。

従って、機械内部に満たされる作動流体１０２は、機械が設置されている場所の外気圧力と異なる場合が多い。また、機械内部においても多段の軸流ターボ機械などの場合、圧力容器１０６内を作動流体噴出口１０５ａを有する圧力隔壁１０５により仕切り、高圧室１０３、低圧室１０４など圧力が異なる複数の部屋に分割されている。

ところで、これらの圧力容器１０６内に配置された回転体と作動流体１０２との間でエネルギーを交換させるためには、圧力容器１０６及び圧力隔壁１０５に設けられた回転軸１０１が貫通する各穴にブラシシール装置１０７を設けて、圧力容器１０６内部と外部及び高圧室１０３と低圧室１０４との領域間をシールする必要がある。

従来のブラシシール装置１０７は、図１７に示すように細いワイヤ素線１１１を束ね、圧力隔壁１０５の穴と回転軸１０１との隙間に穴周面から回転軸１０１の表面に向け、半径方向に放射状にワイヤ素線１１１を配置している（例えば、特許文献１、特許文献２）。

この場合、圧力隔壁１０５の穴周面に存する溝に挿入された保持リング１１２と背板１１３との間にワイヤ素線１１１の束を挟み込んで固定し、回転軸１０１の表面に対してワイヤ素線１１１の先端を接触させるか、あるいは極狭い間隙をもたせるように固定し、作動流体１０２が圧力隔壁１０５の穴周面と回転軸１０１との隙間を高圧室１０３から低圧室１０４へ吹き抜けることを防止し、シール効果が得られるようにしている。
特開２００１−１８２６４６号公報 特開２００１− ５０３９６号公報

しかし、従来のかかるブラシシール装置では、ワイヤ素線１１１が回転軸１０２に対して軸表面の法線方向、あるいは回転軸１０１の回転を妨げないように回転軸の円周方向に角度を持たせ、保持リング１１２の内周面に溶接などで固定されているため、図１８に示すようにワイヤ素線１１１は保持リング１１２側のみで支持された片持ハリ形状となってしまい、ワイヤ素線１１１は、回転軸１０１の表面に接触、あるいは回転軸１０１に対して軸の円周方向に角度を持たせて押し付けてはいるものの、ワイヤ素線１１１は作動流体１０２をシールすることにより、曲げ方向に差圧力１２１を受け、先端が低圧室１０４側に撓んでしまう。

従って、圧力隔壁前後の圧力差を大きくとると、ワイヤ素線１１１は、シール効果により生ずる作動流体の大きな差圧力を受け、低圧室１０４側に向けてワイヤ素線１１１の先端部が大きく撓み、回転軸１０１との間に隙間が生じるため、高圧室１０３の流体が低圧室１０４へ吹き抜け、シール性能が低下する。このため、ワイヤ素線１１１の下流側に背板１１３を配置してワイヤ素線１１１を支持することで大きな撓み変形を防止したり、ワイヤ素線１１１の直径と長さの比を調整することでシール部の圧力差によるワイヤ素線１１１の曲げ方向の撓み量１２２を減らし、吹き抜け状態になることを防止したりしている。

それでも、ブラシシール装置１組あたりの前後差圧力はさほど大きくとれないので、高い差圧力をシールするためには、複数組のシール装置１０７を高圧室１０３側から低圧室１０４側へ設置し、１組あたりの前後差圧を小さくするようにしている。しかし、複数組のシール装置により高い差圧をシールするためには、シール部分の構造が大きくなるという問題がある。

本発明は上記の問題を解消し、シール部の前後圧力差により吹き抜け状態になることを防止し、高い差圧力環境下においてもシール機能を確保することができ、回転機械の回転軸シール部位の構造を小さくすることができるブラシシール装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、次のような手段によりブラシシール装置を構成するものである。

請求項１に対応する発明は、圧力容器又は圧力室を圧力差を有する複数の部屋に仕切る圧力隔壁を貫通させて設けられる回転軸と前記圧力隔壁に有する前記回転軸が貫通する穴との隙間を前記圧力隔壁の穴周面から前記回転軸表面に向けてワイヤ素線の束を配設し、そのワイヤ素線の束によって前記回転軸の表面に沿って軸方向に流れる作動流体をシールするブラシシール装置において、前記ワイヤ素線の束が高圧側に向けて前記回転軸の表面に鋭角に接触し、且つ前記ワイヤ素線の長さが前記圧力隔壁に有する穴周面から回転軸表面に達するか、或いは半径方向隙間長さより長くなるように形成する。

請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線の束は、これを保持し、支持する保持リング及び背板からなるワイヤ素線ユニットとして前記圧力隔壁に対して所定の角度傾斜させて固定する。

請求項３に対応する発明は、請求項２に対応する発明のブラシシール装置において、ワイヤ素線の束は、前記回転軸の表面と接触する先端側の形状が前記回転軸表面に軸方向に沿うように傾斜角度を持たせてワイヤ素線の長さが調整される。

請求項４に対応する発明は、請求項２又は請求項３に対応する発明のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線の束を支持し、保持する背板と保持リングの内周側を半径方向位置から、軸方向に高圧側の方向へ突き出した形状とし、前記背板と保持リングに挟まれて固定されるワイヤ素線の先端が高圧側へ突き出して固定される。

請求項５に対応する発明は、請求項２乃至請求項４の何れかに対応する発明のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線の束は、シール用のワイヤ素線の束と支持用のワイヤ素線の束とからなり、前記シール用のワイヤ素線の束を支持する背板の間に前記支持用のワイヤ素線の束を前記回転軸の回転方向に対して逆の方向に傾けて全周に配置する。

請求項６に対応する発明は、請求項５に対応する発明のブラシシール装置において、前記回転軸の回転方向に対して逆の方向に向けて傾けて配置される支持用のワイヤ素線を前記シール用のワイヤ素線の束に編み込む。

請求項７に対応する発明は、請求項２乃至請求項４の何れかに対応する発明のブラシシール装置において、ワイヤ素線ユニットは圧力隔壁に有する穴の周面に形成された溝に嵌め込まれ、この溝の各内側側面と保持リング側面との間及び背板側面との間に、前記ワイヤ素線ユニットの回転軸の半径方向及び軸方向に対する位置が変更可能な位置変更リングを設ける。

請求項８に対応する発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線と接触する回転軸表面のシール部位が高圧側から低圧側に向って回転軸径が連続的に大きなテーパー部を形成する。

請求項９に対応する発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに対応する発明のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線と接触する回転軸表面のシール部位が高圧側から低圧側に向って回転軸径が連続的に大きく、且つシール部位の回転軸の外径面が軸方向断面で見ると円弧状の曲面に形成される。

請求項１０に対応する発明は、請求項８又は請求項９に対応する発明のブラシシール装置において、前記圧力隔壁の穴周面に形成された溝に嵌めこまれたワイヤ素線ユニットの両側面に位置変更用リングを配置し、この位置調整リングの厚さを変更することにより、回転軸表面に対するワイヤ素線ユニットの軸方向位置を低圧側の回転軸直径が大きい方へ変更可能にする。

請求項１１に対応する発明は、請求項２乃至請求項７のいずれかに記載のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線と接触する回転軸表面のシール部位が高圧側から低圧側に向って回転軸径が連続的に大きなテーパー部を形成し、且つ前記圧力隔壁に有する穴周面に形成された溝に嵌め込まれた前記ワイヤ素線ユニットを高圧側の側面から軸方向に向けて固定するコイルばねと、前記圧力隔壁の低圧側の側面の外側から前記溝側面に貫通するねじ穴に挿入された位置変更用セットビスとで固定し、この位置変更用セットビスを高圧側へねじ込むことにより、回転軸表面に対するワイヤ素線ユニットの軸方向位置を低圧側の回転軸直径が大きい方へ変更可能にする。

請求項１２に対応する発明は、請求項１１に対応する発明のブラシシール装置において、ワイヤ素線ユニットの軸方向位置調整用のセットビス代えて、加圧流体を外部から配管などで導入可能なシリンダ、ピストンの機構を設置し、加圧流体によりピストンを高圧側へ移動させ、回転軸表面に対するワイヤ素線ユニットの軸方向位置を低圧側の回転軸直径が大きい方へ変更可能にする。

請求項１３に対応する発明は、回転体が高圧側と低圧側の圧力差の大きい圧力隔壁を貫通する部分に、請求項１乃至請求項１２のいずれかに対応する発明のブラシシール装置を設ける。

本発明によるブラシシール装置は、シール部に圧力差がある場合、ワイヤ素線束全体が高圧側から圧力を受け、低圧側に撓み変形を生じて倒れ、ワイヤ素線先端が回転体表面に押し付けられることにより、ワイヤ素線先端と回転軸表面の間に隙間が生じ、吹き抜け状態になることを防止することができ、ブラシシール装置1組あたりのシール部の差圧力をより大きくすることができる。従って、複数組のブラシシール装置を必要とする高い圧力差のシールを行う場合でもシール部位の構造を小さくすることが可能となる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明によるブラシシール装置の第１の実施形態を示す部分断面図である。

図１において、１０６は内部が圧力隔壁１０５により高圧室１０３と低圧室１０４に仕切られた圧力容器で、この圧力容器１０６の内部に回転軸１０１が貫通させて配置されている。この場合、圧力隔壁１０５の中心部に回転軸１０１が貫通する穴が設けられている。

このような圧力隔壁１０５の中心部に有する穴部に設けられるブラシシール装置１として次のような構成とするものである。

すなわち、図示するようにワイヤ素線２の束と回転軸１０１の表面とが高圧室１０３側に向かって鋭角に接触し、且つワイヤ素線長さが圧力隔壁１０５の中心部に有する穴の周面から回転軸表面に達するか、あるいは半径方向隙間長さより長くなるようにするものである。この場合、圧力隔壁１０５の穴の周面側に開口面が高圧室１０３側に向けて予定角度傾斜する溝１０５ａを形成し、この溝１０５ａに挿入された保持リング３と背板４との間にワイヤ素線２の束を挟み込んで溶接等により固定される。ここで、ワイヤ素線２の束、保持リング３及び背板４はワイヤ素線ユニットを構成している。

このような構成のブラシシール装置において、圧力容器１０６内に作動流体が満たされ、高圧室１０３と低圧室１０４との間に当初予定している差圧力が生じると、ワイヤ素線２はその側面に高圧室１０３側から低圧室１０４側の方向に差圧力を受ける。

このときのワイヤ素線２の状態を図２に示す模式図により合わせて説明すると、各ワイヤ素線２はその一端が圧力隔壁１０５に有する穴の周面の溝１０５ａに挿入された保持リング３及び背板４に挟み込まれて固定された状態で、ワイヤ素線２の側面に前述の差圧力５を受けると、各ワイヤ素線２はその長手方向に対して直角方向に撓み変形６を生じ、先端が回転軸表面に近づき、押し付けられる。

従って、各ワイヤ素線２は高圧室１０３側から、低圧室１０４側の方向へ差圧力を受け、ブラシシール装置１の全周にわたり、均一に低圧側へ撓むので、各ワイヤ素線２の先端は回転軸表面に押し付けられ、接触状態となる。

この場合、ワイヤ素線２の長さは、あらかじめ圧力隔壁１０５の穴周面から回転軸１０１の表面までの半径方向隙間長さより充分に長くしてあるので、ワイヤ素線２が作動流体の差圧力を受けて曲げ方向へ撓み、回転軸１０１の半径方向に対する距離が短くなっても、ワイヤ素線２の先端が回転軸表面から離れてワイヤ素線２の先端と回転軸表面の接触状態が損なわれることはなく、作動流体がシール部位で吹き抜け状態になることはない。

このように本実施形態のブラシシール装置１によれば、シール効果を発揮し、シール部位に作動流体の差圧力が生ずることで、各ワイヤ素線２の先端部位と回転軸表面との隙間の発生を防止することができ、シール効果を向上させることができる。

図３は本発明によるブラシシール装置の第２の実施形態を示す部分断面図で、図１と同一部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第２の実施形態では、圧力隔壁１０５の穴部に対応するワイヤ接触範囲となる部位の回転軸１０１に高圧室側から低圧室側に向って連続的に軸径が大きくなるようなテーパー部１０１ａが形成されている場合、圧力隔壁１０５の穴の周面に形成された溝１０５ａにワイヤ素線２の束とこれを保持する保持リング３及び背板４からなるワイヤ素線ユニットを軸方向に対して予定の角度傾斜させて固定しておき、テーパー部１０１aと接触するワイヤ素線２の先端側を高圧室１０３の方向に所定の傾斜角度を付けて配置するようにしたものである。

このような構成のブラシシール装置とすれば、ワイヤ素線２を回転軸１０１の表面までの半径方向隙間長さと等しい長さとしても圧力隔壁１０５の穴と回転軸１０１の表面との間隙をシールすることが可能となり、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図４は本発明によるブラシシール装置の第３の実施形態を示す部分断面図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第３の実施形態では、回転軸１０１の表面に斜めに接触するワイヤ素線２の束の先端側の断面形状が、回転軸１０１の軸方向に向けて回転軸表面に沿い、且つ斜めに角度を持つようにワイヤ素線２の長さを揃えるようにしたものである。

前述した第１の実施形態では、圧力容器内に作動流体が満たされ高圧室１０３と低圧室１０４との間に当初予定している差圧力が生じると、ワイヤ素線２は高圧室側から低圧室側の方向に差圧力を受ける。すると、回転軸１０１の表面の法線方向に対して高圧室側に角度をもち、斜めに固定されているワイヤ素線２は、高圧室側から差圧力を受け、素線の長手方向に対して直角に撓み変形を生じ、回転軸表面に近づいて押し付けられる。このときワイヤ素線２は、回転軸表面に対して斜めに押し付けられるので、ワイヤ素線２の束のうち、低圧室側のワイヤ素線２が回転軸表面に良く接触し、高圧室側のワイヤ素線の先端は回転軸表面に接触しにくく、吹き抜けを妨げるためのワイヤ先端との接触部位が少なくなり、シール効果に影響する。

そこで、第３の実施形態では、ワイヤ素線が高圧室側から差圧力を受け、回転軸表面に対して斜めに押し付けられたときに、ワイヤ素線２の束のうち、高圧室側のワイヤ素線の先端が回転軸表面に接触しにくくならないように、差圧力で回転軸表面に押し付けられた状態でワイヤ素線２の束の先端が低圧室側から高圧室側まで均一に回転軸表面に接触可能となるようにワイヤ素線２の長さを調整してあるので、シール効果をより一層向上させることができる。

図５は本発明によるブラシシール装置の第４の実施形態を示す部分断面図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第４の実施形態では、圧力隔壁１０５の中心部に有する穴の周面に開口面が回転軸１０１に対向する溝１０５ｂを形成し、この溝１０５ｂ内に一端部が挿入されたワイヤ素線２の束を挟み込んで保持する保持リング３と背板４をその内周側の適切な位置で軸方向に高圧室側へ斜めに突き出した形状とし、保持リング３と背板４に挟まれて配置されるワイヤ素線２をその先端が高圧室側へ突き出された状態で固定したものである。

前述した第１乃至第３の実施形態では、ワイヤ素線２の先端を高圧室側へ傾けて固定するために、ワイヤ素線２の束の保持リング３と背板４もワイヤ素線２の束と一緒に高圧室側に傾けて圧力隔壁１０５の穴周面に形成された開口面が予定角度高圧室１０３側に向けて傾斜させた溝に挿入する必要があるが、このような予定角度傾斜する溝の加工を施すことは多くの手間と時間を要する。

そこで、本実施形態では、保持リング３と背板４のそれぞれを半径方向の適切な位置から内周側の部分を高圧室側に向けて斜めに突き出した形状として、ワイヤ素線２の束の一端を保持リング３に溶接などで固定し、背板４に挟みつけることにより、ワイヤ素線２の先端部が保持リング３と背板４の形状に沿って半径方向の任意の位置から高圧室側に向かって折れ曲がる。

従って、圧力隔壁１０５の穴周面に斜めの溝を加工する必要がなく、回転軸１０１と対向する溝を加工することで、ワイヤ素線２が回転軸表面のシール部位と接触する先端側を高圧室側に傾けて配置することが可能となり、シール効果を向上させることができる。

図６は本発明によるブラシシール装置の第５の実施形態を示す全体の斜視図、図７は同実施形態の部分断面図である。

第５の実施形態では、シール用のワイヤ素線２ａの束とこれを支持する背板４の間に回転軸１０１の回転方向７と逆向きの円周方向に傾けた支持用のワイヤ素線２ｂの束を全周に配置する。この場合、支持用のワイヤ素線２ｂの束は、シール用のワイヤ素線２ａの束と充分に接触を持つように背板４との間に挟み込んで配置される。

図８は本発明のワイヤ素線が回転軸の表面に接触している状態の一部分を拡大して高圧室側から軸方向に低圧室側に見た図である。

シール用ワイヤ素線２ａは回転軸１０１の表面に接触しており、回転軸１０１の回転方向へ接触摩擦によってシール用ワイヤ素線２ａの先端が回転方向へ移動して、回転方向に傾いている。

この状態で高圧室側から差圧力を受けると、吹き抜けが生じやすいので、回転方向に対して逆方向に傾けた支持用ワイヤ素線２ｂをシール用ワイヤ素線２ａの低圧室側に固定している。

前述した第１の実施形態乃至第４の実施形態では、ワイヤ素線２の先端が回転軸表面に押し付け効果が得られるものの、回転軸が回転することにより、ワイヤ素線２はその先端と回転軸表面との接触摩擦抵抗により、回転方向へ引っ張られ、回転軸断面中心から偏心した位置を中心とした方向に傾く。さらに、この状態で高圧側から差圧力を受け曲げ方向の撓み変形を生じることにより、ワイヤ素線２の先端が低圧室側へ大きく移動し、吹き抜け状態になり易い。

そこで、本実施形態ではシール部位の吹き抜けの一因となる、シール用ワイヤ素線２ａの回転軸１０１の回転による円周方向への撓み変形を少なくするためにシール用のワイヤ素線２ａの低圧室側背面に回転方向に対して逆の方向に傾けた支持用ワイヤ素線２ｂを配置し、更に低圧室側の背板４で挟みつけ、シール用のワイヤ素線２ａとの間に摩擦抵抗を持たせたものである。

従って、回転方向への撓み変形を少なくし、シール部位が吹き抜け状態となることを防止できるので、差圧力が大きい環境下においてもシール効果を向上させることができる。

図９は本発明によるブラシシール装置の第６の実施形態として、ワイヤ素線が回転軸の表面に接触している状態の一部を拡大して高圧室側から軸方向に低圧室側を見た図である。

第６の実施形態では、シール用ワイヤ素線２ａを回転軸１０１の表面に接触させ、回転方向に対して逆方向に傾けた支持用ワイヤ素線２ｂをシール用ワイヤ素線２ａの間に交差するように編み込むようにしたものである。

このような構成とすれば、回転軸１０１の回転方向へ接触摩擦によってシール用ワイヤ素線２ａの先端が回転方向へ移動し、高圧室側から差圧力を受けることにより、吹き抜け状態が生じることを防止できるので、第５の実施形態と同様にシール効果を向上させることができる。

図１０は本発明によるブラシシール装置の第７の実施形態を示す部分断面図で、図４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第７の実施形態では、圧力隔壁１０５の中心部に有する穴周面に形成され、保持リング３と背板４が挿入される溝１０５ａの内側側面と、保持リング側面との間、及び背板側面との間に位置調整リング８を配置し、ワイヤ素線２の束と保持リング３、背板４で構成されたワイヤ素線ユニットの半径方向に対する位置を調整可能な構成としたものである。

前述した第３の実施形態では、作動流体の差圧力を使いワイヤ素線２を回転軸表面に押し付けることによってシール効果を向上させているが、回転軸表面と常に接触状態にあることから、ワイヤ素線２の先端は磨耗して素線長さが短くなり、長時間経過するとワイヤ素線２の先端と回転軸表面との接触状態が不充分となり、シール部位に吹き抜け状態を生じ、シール効果が低下するようになる。

そこで、本実施形態では、前述したように半径方向位置に調整リング８を配置し、ワイヤ素線ユニットの回転軸１０１に対する半径方向の位置を変更することで、ワイヤ素線２の先端が磨耗し、半径方向に生じた隙間を減少させることにより、ワイヤ素線２の先端を押し付けることが可能となり、シール効果を回復することができる。

図１１は本発明によるブラシシール装置の第８の実施形態を示す部分断面図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第８の実施形態では、圧力隔壁１０５の中心部に有する穴の周面に開口面が回転軸１０１の表面に対向させて形成された溝内にワイヤ素線２の束の一端部を保持リング３及び背板４に挟み込んで挿入し、且つ圧力隔壁１０５の穴部に対応するワイヤ接触範囲となる部位の回転軸１０１に高圧室１０３側から低圧室１０４側に向けて軸径が連続的に大きくなるようなテーパー部１０１ａを形成する。

このように本実施形態では、従来のように回転軸の軸方向に対して直角方向にワイヤ素線を固定しておき、回転軸１０１の表面を低圧室１０４側に向けて軸径が連続的に大きくなるようなテーパー部１０１ａを形成することで、ワイヤ素線２が作動流体の差圧力によって高圧室１０３側から押されることにより低圧室１０４側に撓み変形を生じ、ワイヤ素線２の先端は初期の位置から軸径がより大きい低圧室側のテーパー面へ移動する。

従って、ワイヤ素線２の固定部は初期位置から移動しないため、ワイヤ素線２は回転軸表面に押し付けられることになり、作動流体の吹き抜け状態が生じにくくなり、第１の実施形態と同様にシール効果を向上させることができる。

図１２は本発明によるブラシシール装置の第９の実施形態を示す部分断面図で、図１１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第９の実施形態では、回転軸１０１のシール部位にワイヤ素線２の束が接触する範囲の回転軸１０１の表面形状を軸方向に低圧室１０４側へ向けて連続的に軸径を大きくしたものである。この場合、シール部位の回転軸１０１の外径面は、軸方向断面から見て円弧状の曲面９が形成される。

また、ワイヤ素線２の束は、圧力隔壁１０５の中心部に有する穴の周面に開口面が回転軸１０１の表面に対向させて形成された溝内に従来と同様に固定しておき、回転軸１０１に対するワイヤ素線２の束の初期位置は軸径が細い高圧室側１０３側の位置で回転軸１０１の表面と接触している。

このような構成のブラシシール装置とすれば、シール部位の前後に差圧が生じることで、ワイヤ素線２の束は低圧室１０４側へ押し付けられ、ワイヤ素線２の先端は低圧室側１０４の軸径が大きい方へ移動していき、初期位置にあったときより回転軸表面に強く押し付けられる。さらに、大きなシール部位の前後の差圧力を受け、初期位置からの移動距離が大きくなると軸径の増加が円弧曲線で大きくなって軸表面への押し付け力が増大するので、大きな差圧においてもワイヤ素線２の先端部から吹き抜け状態になることが防止され、シール効果を向上させることができる。

図１３は本発明によるブラシシール装置の第１０の実施形態を示す部分断面図で、図１１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第１０の実施形態では、ワイヤ素線２の束を保持リング３と背板４で固定したワイヤ素線ユニット１を圧力隔壁１０５の中心部に有する穴の周面に形成された溝内に位置調整用リング８を挟み込んで固定し、軸方向に対する位置を調整可能にしたものである。

このような構成とすれば、長時間使用し、ワイヤ素線２の先端が大きく磨耗し、吹き抜け状態が生じてシール効果が低下した場合、前述した位置調整リング８の軸方向の厚さを調整することにより、ワイヤ素線２の束の軸方向位置を低圧室１０４側の軸径が大きい方へ変更することが可能となるので、シール効果を回復させることができる。

図１４は本発明によるブラシシール装置の第１１の実施形態を示す部分断面図で、図１１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第１１の実施形態では、圧力隔壁１０５の中心部に有する穴の周面に形成された溝１０５ｂの高圧室側１０３の側面から軸方向に向けてコイルばね１０を挿入し、また低圧室１０４側の側面には、圧力隔壁１０５の低圧室側の外側面から溝１０５ｂ内に抜けるねじ穴を貫通させて設け、このねじ穴にワイヤ素線ユニットの軸方向位置調整用セットビス１１を溝１０５ｂ内に挿入することにより、ワイヤ素線２と保持リング３及び背板４からなるワイヤ素線ユニットの軸方向の位置を変更可能にしたものである。

この場合、ワイヤ素線ユニットの軸方向位置調整用セットビス１１を高圧室１０３側へ向けてねじ込むことにより、ワイヤ素線ユニットは圧力隔壁１０５の中心部に有する穴周面に形成された溝内をコイルばね１０の押し付け力に打ち勝ち、高圧室側１０３へ移動し固定できる。

この場合、ワイヤ素線ユニットの位置調整用コイルばね１０とセットビス１１は、圧力隔壁１０５の穴近傍の側面に円周方向に等間隔に複数組設けることにより、ワイヤ素線ユニットを均一に押さえ付け、軸方向位置を固定できるようになっている。

このような構成のブラシシール装置によれば、長時間使用し、ワイヤ素線２の先端が磨耗して吹き抜け状態が生じ、シール効果が減少したら、セットビス１１をゆるめ低圧室１０４側へ引き抜くことで、ワイヤ素線ユニットはコイルばね１０に押し付けられ、低圧室１０４側へ移動する。低圧室１０４側の軸径は初期の軸方向位置の軸径より大きいため、ワイヤ素線２の先端が回転軸１０１の表面に強く押し付けられ、シール効果を回復することができる。

図１５は本発明によるブラシシール装置の第１２の実施形態を示す部分断面図で、図１４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

第１２の実施形態では、ワイヤ素線ユニットの軸方向位置調整用のセットビス(図１４中の１１)に代えて、加圧流体１４を外部から配管などで導入可能なシリンダ１２、ピストン１３の機構を設置する構成としたものである。

この場合、上記シリンダ１２は、圧力隔壁１０５の中心部に有する穴の周面に形成された溝１０５ｂの側面に軸方向に配置し、このシリンダ１２内に加圧流体１４が給排されると軸方向にピストン１３が移動可能に設けられている。

このような構成のブラシシール装置とすれば、外部から導入される加圧流体１４の圧力を調整することで、ピストン１３の移動量を調整し、ワイヤ素線ユニットの軸方向位置を変更することが可能となるので、ワイヤ素線２の先端と回転軸１０１の表面の接触位置を調整することができる。

従って、第９の実施形態と同様にワイヤ素線２の先端の磨耗量に応じてワイヤ素線ユニットの軸方向位置を調整することにより、シール効果を回復することが可能となる。

本発明の第１の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第２の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第２の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第３の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第４の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第５の実施形態を示す全体の見取り図。 本発明の第５の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第５の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第６の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第７の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第８の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第９の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第１０の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第１１の実施形態を示す部分断面図。 本発明の第１２の実施形態を示す部分断面図。 回転機械におけるブラシシール装置の取り付け位置の分見取り図。 従来のブラシシール装置の構成図。 従来のブラシシール装置のワイヤ素線と差圧力による素線の撓み変形状態の図。

符号の説明

１…ブラシシール装置、２…ワイヤ素線、２ａ…シール用のワイヤ素線、２ｂ…支持用のワイヤ素線、３…保持リング、４…背板、８…位置調整用リング、９…円弧状の曲面、１０…コイルばね、１１…セットビス、１２…シリンダ、１３…ピストン、１４…加圧流体、１０１…回転軸、１０１ａ…テーパー部、１０２…作動流体、１０３…高圧室、１０４…低圧室、１０５…圧力隔壁、１０５ａ，１０５ｂ…溝、１０６…圧力容器。

Claims (13)

1. 圧力容器又は圧力室を圧力差が生じる複数の部屋に仕切る圧力隔壁を貫通させて設けられる回転軸と前記圧力隔壁に有する前記回転軸が貫通する穴との隙間を前記圧力隔壁の穴周面から前記回転軸表面に向けてワイヤ素線の束を配設し、そのワイヤ素線の束によって前記回転軸の表面に沿って軸方向に流れる作動流体をシールするブラシシール装置において、前記ワイヤ素線の束が高圧側に向けて前記回転軸の表面に鋭角に接触し、且つ前記ワイヤ素線の長さが前記圧力隔壁に有する穴周面から回転軸表面に達するか、或いは半径方向隙間長さより長くなるように形成したことを特徴とするブラシシール装置。
2. 請求項１記載のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線の束は、これを保持及び支持する保持リング及び背板からなるワイヤ素線ユニットとして前記圧力隔壁に対して所定の角度傾斜させて固定したことを特徴とするブラシシール装置。
3. 請求項２記載のブラシシール装置において、ワイヤ素線の束は、前記回転軸の表面と接触する先端側の形状が前記回転軸表面に軸方向に沿うように傾斜角度を持たせてワイヤ素線の長さが調整されたことを特徴とするブラシシール装置。
4. 請求項２又は請求項３記載のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線の束を支持し、保持する背板と保持リングの内周側を半径方向位置から、軸方向に高圧側の方向へ突き出した形状とし、前記背板と保持リングに挟まれて固定されるワイヤ素線の先端が高圧側へ突き出して固定されることを特徴とするブラシシール装置。
5. 請求項２乃至請求項４の何れかに記載のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線の束は、シール用のワイヤ素線の束と支持用のワイヤ素線の束とからなり、前記シール用のワイヤ素線の束を支持する背板の間に前記支持用のワイヤ素線の束を前記回転軸の回転方向に対して逆の方向に傾けて全周に配置したことを特徴とするブラシシール装置。
6. 請求項５記載のブラシシール装置において、前記回転軸の回転方向に対して逆の方向に向けて傾けて配置される支持用のワイヤ素線を前記シール用のワイヤ素線の束に編み込んだことを特徴とするブラシシール装置。
7. 請求項２乃至請求項４の何れかに記載のブラシシール装置において、ワイヤ素線ユニットは圧力隔壁に有する穴の周面に形成された溝に嵌め込まれ、この溝の各内側側面と保持リング側面との間及び背板側面との間に、前記ワイヤ素線ユニットの回転軸の半径方向及び軸方向に対する位置が変更可能な位置変更リングを設けたことを特徴とするブラシシール装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線と接触する回転軸表面のシール部位が高圧側から低圧側に向って回転軸径が連続的に大きなテーパー部を形成したことを特徴とするブラシシール装置。
9. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線と接触する回転軸表面のシール部位が高圧側から低圧側に向って回転軸径が連続的に大きく、且つシール部位の回転軸の外径面が軸方向断面で見ると円弧状の曲面に形成されたことを特徴とするブラシシール装置。
10. 請求項８又は請求項９記載のブラシシール装置において、前記圧力隔壁の穴周面に形成された溝に嵌めこまれたワイヤ素線ユニットの両側面に位置変更用リングを配置し、この位置調整リングの厚さを変更することにより、回転軸表面に対するワイヤ素線ユニットの軸方向位置を低圧側の回転軸直径が大きい方へ変更可能にしたことを特徴とするブラシシール装置。
11. 請求項２乃至請求項７のいずれかに記載のブラシシール装置において、前記ワイヤ素線と接触する回転軸表面のシール部位が高圧側から低圧側に向って回転軸径が連続的に大きなテーパー部を形成し、且つ前記圧力隔壁に有する穴周面に形成された溝に嵌め込まれた前記ワイヤ素線ユニットを高圧側の側面から軸方向に向けて固定するコイルばねと、前記圧力隔壁の低圧側の側面の外側から前記溝側面に貫通するねじ穴に挿入された位置変更用セットビスとで固定し、この位置変更用セットビスを高圧側へねじ込むことにより、回転軸表面に対するワイヤ素線ユニットの軸方向位置を低圧側の回転軸直径が大きい方へ変更可能にしたことを特徴とするブラシシール装置。
12. 請求項１１記載のブラシシール装置において、ワイヤ素線ユニットの軸方向位置調整用のセットビス代えて、加圧流体を外部から配管などで導入可能なシリンダ、ピストンの機構を設置し、加圧流体によりピストンを高圧側へ移動させ、回転軸表面に対するワイヤ素線ユニットの軸方向位置を低圧側の回転軸直径が大きい方へ変更可能にしたことを特徴とするブラシシール装置。
13. 回転体が高圧側と低圧側の圧力差が大きい圧力隔壁を貫通する部分に、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のブラシシール装置を設けたことを特徴とする回転機械。

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