JP2016003654A - ブラシシールアセンブリ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、タービンの固定翼とロータとの間の間隙をシーリングするブラシシールアセンブリを提供する。
【解決手段】前記ブラシシールアセンブリは、固定翼の一側に一端が挿入され、他端がロータ方向に突出するブラシと、前記ブラシの一側を支持する支持ストリップと、前記支持ストリップの一側を支持するバックプレートとを含む。
【選択図】図3

Description

本発明は、ブラシシールアセンブリに関するものであって、より詳細には、タービンの固定翼とロータとの間の間隙をシーリングするブラシシールアセンブリに関するものである。
タービン(turbine)は、ガスやスチーム(steam)などの流体の熱エネルギーを機械エネルギーの回転力に変換する動力発生装置で、流体によって軸回転するように複数の回転翼(bucket)が備えられるロータ(rotor)と、ロータの周りを取り囲むように設けられ、複数の固定翼(diaphram)が備えられるケーシング(casing)とを含む。
ここで、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器およびタービンを備えて構成され、圧縮機の回転によって外部空気が吸入、圧縮された後、燃焼器に送られ、燃焼器で圧縮空気と燃料の混合によって燃焼が行われる。燃焼器で発生した高温・高圧のガスは、タービンを通過しながらタービンのロータを回転させて発電機の駆動が行われる。
スチームタービンの場合、高圧タービンと中圧タービンおよび低圧タービンを直列または並列に連結してロータを回転させるが、直列構造からなる場合には、高圧タービンと中圧タービンおよび低圧タービンが1つのロータを共有する。
スチームタービンにおいて、それぞれのタービンは、ケーシング内部のロータを中心に固定翼と回転翼を備えており、スチームが固定翼と回転翼を通過しながらロータを回転させて発電機を駆動させる。
ガスタービンとスチームタービンは、固定体(例えば、固定翼)に対して回転体(例えば、ロータ)が相対的に回転する構造であるので、固定体と回転体との間の間隙で高温・高圧の流体漏れが発生し、このような流体漏れは、動力の損失によるエネルギー効率低下の一原因となる。
回転体と固定体との間の間隙で発生する流体漏れを低減するための努力が持続的に行われている。
流体漏れを最小化するためには、優先的に固定体と回転体との間の間隙を最小化しなければならないが、間隙を狭めるのにも種々の制約による限界がある。
例えば、間隙が狭すぎる場合には、回転体の軸回転時、回転体と固定体が互いに干渉を起こしてラビング(rubbing)による振動が発生し、これは機器に重大な損傷をもたらす。
スチームタービンは、ボイラから流入する高温のスチームが回転体と固定体に熱を加えるため、運転および起動停止時、位置によって数mm〜数十mmまで膨張または収縮する。この時、回転体と固定体は、素材の特性が異なって差等膨張するだけでなく、タービンの構造によって膨張する方向も異なり、回転体と固定体が運転中に干渉を起こしてラビングが発生したりする。
従来は、通常、ラビリンスシール(labyrinth seal)を適用してシーリング(sealing)していたが、最近は、ラビリンスシールにブラシ(brush)を結合したブラシシール(brush seal)を適用して固定体と回転体との間の間隙を無くし、柔軟に互いに接触する形態でシーリングする技術が開発されている。
図1は、スチームタービンの固定体と回転体との間の間隙にラビリンスシール1とブラシシール2が適用された一例を示すもので、固定体は、ケーシング3と固定翼4とを含み、回転体は、ロータ5と回転翼6とを含む。
固定翼4は、ケーシング3に固定結合され、回転翼6に隣接して備えられ、回転翼6は、固定翼4に隣接した状態でロータ5と一体に軸回転する。
前記固定翼4と回転翼6との間の間隙および固定翼4とロータ5との間の間隙には、気密のためのシールリングが必要である。
図2は、米国登録特許US6,790,001(特許文献1)で開示されたブラシシールであって、シールリング(seal ring)40の底面にラビリンスシール50とブラシシール42とが備えられ、ブラシ44の末端部52がロータ14の外周面に接触する例を示している。
ブラシシール42は、ブラシ44と、ブラシ44の前後両側に配置され、ブラシ44を支持する一対のプレート46、48とを含むが、プレート46、48とロータ14との接触時、熱の発生を防止するために、プレート46、48の末端部は、ロータ14の外周面から離隔して位置する。
この時、プレート46、48の末端部とロータ14との間の間隔が遠ければ、その間に流体の漏れ量が増加し、間隔が狭ければ、プレート46、48とロータ14とのラビング(rubbing)によって熱と振動が発生する問題がある。
US6,790,001B2(2004年9月14日登録)
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、本発明の一実施形態は、ロータとのラビングによる熱の発生と摩耗を低減することができるブラシシールアセンブリを提供することを目的とする。
本発明の一実施形態は、シーリング効果の向上によってタービン効率を増大させることができるブラシシールアセンブリを提供することを他の目的とする。
本発明の一実施形態は、簡単な構成として組立が容易であり、価格競争力を有するブラシシールアセンブリを提供することをさらに他の目的とする。
本発明の好ましい一実施形態によれば、固定翼の一側に一端が挿入され、他端がロータ方向に突出するブラシと、前記ブラシの一側を支持する支持ストリップと、前記支持ストリップの一側を支持するバックプレートとを含むブラシシールアセンブリが提供される。
前記ブラシの他側を支持するバックプレートをさらに含むことができる。
前記固定翼の一側にブラシ挿入溝が形成され、前記ブラシの一端と前記支持ストリップの一端が前記ブラシ挿入溝の中間部に溶接固定され、前記ブラシと前記支持ストリップの両側が前記バックプレートによってそれぞれ支持される。
前記支持ストリップに少なくとも1つ以上の屈曲部が形成されてもよい。
前記屈曲部と前記ブラシとの間に圧力ポケットが形成される。
前記支持ストリップは、前記ブラシの一側面を支持する支持部と、前記支持部の一端から前記ブラシの一端を取り囲むように折曲形成される折曲部とを含む。
前記支持ストリップは、前記折曲部の一端から前記ブラシの他側面の一部を覆うように延びる延長部をさらに含むことができる。
前記支持部に少なくとも1つ以上の屈曲部が形成されてもよく、前記屈曲部と前記ブラシとの間には圧力ポケットが形成される。
前記ブラシの他側に、前記延長部を前記ブラシに対して加圧支持するアンカリング部材が介在してもよい。
前記固定翼の一側に前記ブラシが挿入されるブラシ挿入溝が形成され、前記ブラシ挿入溝の一側に前記アンカリング部材が挿入されるアンカリング部材挿入溝が形成される。
前記アンカリング部材挿入溝は、前記ブラシ挿入溝の一側から前記ロータ方向に段差形成されることが好ましい。
前記支持ストリップの前記ロータ対向端は、前記ブラシの他端より前記ロータの半径方向外側にさらに離隔して配置される。
前記バックプレートの前記ロータ対向端は、前記支持ストリップの前記ロータ対向端より前記ロータの半径方向外側にさらに離隔して配置される。
支持ストリップは、下端から上部の一定区間まで延びた第1支持ストリップが弾性復元力を有する材質で形成され、前記第1支持ストリップから上端まで延びた第2支持ストリップは前記第1支持ストリップと異なる材質で形成される。
支持ストリップは、縦方向を基準としてブラシに対向する第1支持ストリップには弾性復元力を有する材質で分割形成され、バックプレートに対向する第2支持ストリップには前記第1支持ストリップと異なる材質で形成される。
支持ストリップは、下端から上部の一定区間まで延びてブラシに対向する第1支持ストリップには弾性復元力を有する材質で分割形成され、残りの第2支持ストリップは前記第1支持ストリップと異なる材質で形成される。
前記圧力ポケットが形成された支持ストリップに対向するバックプレートは、前記圧力ポケットのラウンド状の外周面と密着した状態が維持される。
圧力ポケットは、支持ストリップの長手方向に沿って互いに異なる半径で形成される。
前記アンカリング部材は、実質的に長方形からなって、支持ストリップから延びた延長部の外周面に一面が密着し、他面はアンカリング部材挿入溝に完全に密着した状態で嵌合する。
本発明の他の実施形態に係るブラシシールアセンブリは、固定翼の一側に一端が挿入され、他端が前記ロータ方向に突出するブラシと、前記ブラシの一側を支持する支持ストリップと、前記ブラシの他側を支持するアンカリング部材とを含む。
前記支持ストリップは、前記ブラシの一側面を支持する支持部と、前記支持部の一端から前記ブラシの一端を取り囲むように折曲形成される折曲部とを含み、前記支持部の他端が前記ブラシの内側に位置する。
前記支持ストリップは、前記折曲部の一端から前記ブラシの他側面の一部を覆うように延びる延長部をさらに含む。
前記支持部に少なくとも1つ以上の屈曲部が形成される。
前記固定翼の一側に装着溝が形成され、前記装着溝の一側に前記ブラシが挿入され、前記装着溝の他側に前記アンカリング部材が挿入され、前記装着溝は、前記ブラシが挿入されるブラシ挿入溝と、前記延長部の一側を加圧するように、前記アンカリング部材が挿入されるアンカリング部材挿入溝とを含む。
前記支持ストリップの外側に少なくとも1つ以上の補助ストリップが積層され、前記補助ストリップの末端が前記支持ストリップの末端内側に位置するように、前記補助ストリップが階段式で積層される。
本発明の他の実施形態に係るブラシシールアセンブリは、固定翼の一側に一端が挿入され、他端が前記ロータ方向に突出するブラシと、前記ブラシの一側を支持する支持ストリップは、前記ブラシの一側面を支持する支持部と、前記支持部に少なくとも1つ以上形成された屈曲部と、前記支持部の一端から前記ブラシの一端を取り囲むように折曲形成される折曲部とを含み、前記支持ストリップの一側を支持するアンカリング部材を含み、前記ブラシの一側に前記支持ストリップが少なくとも1つ以上階段式で積層される。
本発明の他の実施形態に係るブラシシールアセンブリは、固定翼の一側に形成される装着溝に一端が挿入され、他端が前記ロータ方向に突出するブラシと、前記ブラシの一側面を支持する第1支持部と、前記第1支持部の一端から前記ブラシの一端を取り囲むように折曲形成される第1折曲部とを含む支持ストリップと、前記ブラシに対向するように前記装着溝に挿入され、前記ブラシの上端部の一側を加圧支持するアンカリング部材と、前記第1支持部の一側面を支持し、前記支持ストリップと前記アンカリング部材との間に介在する補助ストリップとを含み、前記補助ストリップは、前記第1支持部の一側面を支持する第2支持部と、前記第2支持部の一端から前記アンカリング部材の外周面の一側を取り囲むように折曲形成される第2折曲部とを含む。
前記補助ストリップが前記第1支持部の一側面に複数個積層される。
前記補助ストリップの末端が前記支持ストリップの末端内側に位置するように、複数の補助ストリップが前記支持ストリップに階段式で積層される。
本発明の一実施形態に係るブラシシールアセンブリによれば、ブラシの一面を薄い厚さの支持ストリップが支持するため、ロータとのラビングによる熱と摩耗の発生が従来に比べて低減される効果がある。
これによって、ブラシを支持する支持ストリップとロータとの間の間隔を減少させて流体漏れを最小化することができて、シーリング効果およびタービン効率を向上させることができる。
また、簡単な構造として組立が容易であり、費用が安価なブラシシールアセンブリを提供することができる。
スチームタービンの固定体と回転体との間の間隙にラビリンスシールとブラシシールが適用された一例を示す概略図である。 従来のブラシシールアセンブリの一例を示す概略図である。 本発明の第1実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第1実施形態に係るブラシシールアセンブリの使用状態図である。 本発明の第1実施形態に係るブラシシールアセンブリの他の使用状態図である。 本発明の第2実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第3実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第4実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第1実施形態に係る支持ストリップの他の実施形態を示す図である。 本発明の第1実施形態に係る支持ストリップの他の実施形態を示す図である。 本発明の第1実施形態に係る支持ストリップの他の実施形態を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る支持ストリップの他の実施形態を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る支持ストリップの他の実施形態を示す図である。 本発明の第4実施形態に係るアンカリング部材の他の実施形態を示す図である。 本発明の第5実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第5実施形態に係るブラシシールアセンブリの使用状態図である。 本発明の第5実施形態に係るブラシシールアセンブリの他の使用状態図である。 本発明の第6実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第7実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第8実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第9実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第10実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。 本発明の第11実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。
本発明の実施のための具体的な実施形態を、添付した図面を参照して説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。
図1または図3を参照すれば、ロータ5に対向する固定翼4の一面にシール装着溝7が形成され、シールリング本体8がシール装着溝7に結合する。
シールリング本体8は、全体的にロータ5の外側を取り囲むリング(ring)形状であって、シール装着溝7に挿入される結合部9と、結合部9の一側からロータ5の外周面方向に幅が拡張形成される本体部12とを含む。
シールリング本体8の結合部9は、シール装着溝7に挿入される挿入部10と、挿入部10の一側から幅が拡張形成され、シール装着溝7の段顎7aに係止されて結合される係止部11とを含む。
本体部12は、係止部11に対向するように挿入部10の反対側に幅が拡張されて形成され、底面に複数のラビリンスシール1が幅方向に沿って互いに離隔して突出形成される。
本体部12の底面中央に装着溝13が形成され、本発明の第1実施形態に係るブラシシールアセンブリ100は、その一側端部が前記装着溝13に装着される。
ブラシシールアセンブリ100は、ブラシ110と、ブラシ110の一側を支持する支持ストリップ120と、支持ストリップ120の一側およびブラシ110の他側を支持する一対のバックプレート130、140とを含む。
ブラシ110は、複数の剛毛(bristle)を備えて構成され、ブラシ110をなす剛毛の厚さ等の規格は、必要に応じて適切に選択可能である。
ブラシ110の一端は装着溝13に挿入され、溶接部150によって溶接固定され、他端はロータ5の外周面方向に延びて、末端がロータ5の外周面に接触するため、前記ブラシ110を基準としてロータ5の軸方向両側がブラシ110によってシーリングされる。
ブラシ110の右側の圧力PHが左側の圧力PLより相対的に高圧であり、ブラシ110は、高圧領域から低圧領域に流動する流体をシーリングする。
前記ブラシ110は、低圧領域側一面111に支持ストリップ120が密着し、前記支持ストリップ120は、ブラシ110とともに一端が装着溝13に挿入されて固定される。前記支持ストリップ120は、ブラシ110の両側の圧力差によるブラシ110の変形を支持する役割を果たす。
支持ストリップ120は、薄い厚さからなるプレートのリング形状からなってもよく、弾性を有することが好ましい。熱に比較的強い合成樹脂材質からなってもよく、好ましくは、弾性を有する金属材質からなる。この時、支持ストリップ120は、ブラシ110とともに溶接部150によって装着溝13の中間部に溶接固定される。
支持ストリップ120のロータ5方向に延びた他端は、ブラシ110の他端内側に位置する。これは、支持ストリップ120とロータ5とのラビング防止のためのもので、ブラシ110の末端部に比べて、支持ストリップ120の末端部がロータ5の外周面から半径方向外側にさらに離隔して位置する。
支持ストリップ120は、弾性が維持されるプレート形状であるため、ロータ5との接触時に容易に弾性変形する。したがって、従来、ブラシ110の両側を支持するプレート46、48(図2参照)に比べてラビングによる熱の発生と摩耗が低減される効果があり、従来のプレートに比べてロータ5との間隔を減少させてシーリング効率を増大させることができる。
ブラシ110と支持ストリップ120の両側にそれぞれ1つずつ一対のバックプレート130、140が装着溝13に介在し、前記装着溝13の一側に押し込まれた第1バックプレート130は、支持ストリップ120の一側を支持する。また、装着溝13の他側に押し込まれた第2バックプレート140は、ブラシ110の他側に相当する高圧領域側一面112を支持する。
前記第1バックプレート130と第2バックプレート140は、流体の流動に対してブラシ110および支持ストリップ120を支持する役割を果たすが、低圧側領域に配置される第1バックプレート130は、支持ストリップ対向面131が支持ストリップ120の一面に密着する。高圧側領域に配置される第2バックプレート140は、ブラシ対向面141の下端部に段差部142が形成され、ブラシ110と第2バックプレート140との間に所定の隙間143が形成される。
前記バックプレート130、140のロータ5対向端(図面上、下端)は、支持ストリップ120のロータ5対向端(図面上、下端)の内側に位置するため、バックプレート130、140とロータ5とのラビングが防止され、前記支持ストリップ120の末端部に比べて、バックプレート130、140の末端部がロータ5の外周面から半径方向外側に離隔して位置する。
バックプレート130、140と支持ストリップ120によってブラシ110が強固に支持される一方、支持ストリップ120とロータ5とのラビング発生時に支持ストリップ120が弾性変形するため、従来に比べて熱の発生と摩耗が低減される効果を奏することができる。
図4は、本発明の第1実施形態に係るブラシシールアセンブリの使用状態図である。
添付した図4を参照すれば、シールリング本体8の底面中央に本発明の第1実施形態に係るブラシシールアセンブリ100を装着する一方、シールリング本体8の幅方向に沿って複数のシールストリップ50'が互いに離隔して備えられてもよい。
前記シールストリップ50'は、一端がシールストリップ装着溝13'に挿入され、他端がロータ5(図1参照)方向に延びて全体的に「J」字形状をなし、シールストリップ装着溝13'に挿入され、シールストリップ装着溝13'の壁面に沿って折曲げられる折曲部51'と、折曲部51'の一端からロータ5方向に延長形成される延長部52'とを含む。
この場合、従来のラビリンスシール1(図1参照)を形成する例に比べてその構造が簡単であるので、より安価な費用で固定体と回転体との間のシーリングを実現することができるという利点がある。
添付した図5を参照すれば、本発明の第1実施形態に係るブラシシールアセンブリ100と従来のラビリンスシール1をともに適用してもよいし、この場合、本発明の第1実施形態に係るブラシシールアセンブリ100と従来のラビリンスシール1がともに適用された他の例を示す使用状態図である。
同時に、以下に説明する実施形態のブラシシールアセンブリも、図4に示されているように、シールリング本体8の幅方向に沿って複数個が互いに離隔して備えられるシールストリップ50'とともに用いられたり、図5に示されているように、従来のラビリンスシール1とともに用いられてもよい。
図6は、本発明の第2実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。
添付した図6を参照すれば、本発明の第2実施形態に係るブラシシールアセンブリ100aは、図3を参照して上述した第1実施形態に係るブラシシールアセンブリ100と基本的な構成が類似しており、ただし、支持ストリップ120に少なくとも1つ以上の屈曲部121が形成される点で違いがある。
したがって、上述した第1実施形態の構成と同一機能の同一構成については同一の図面符号を付し、以下、重複説明は省略する。
支持ストリップ120には、少なくとも1つ以上の屈曲部121が形成され、前記支持ストリップ120の一側を支持する第1バックプレート130の支持ストリップ対向面131には、屈曲部121を収容するための段差部132が形成される。
屈曲部121が円弧状の断面形状に形成された例を示しているが、これに限定されるものではなく、半円形または三角形や四角形などの多角形の断面形状に形成されてもよい。
屈曲部121は、互いに離隔して形成されてもよく、ウェーブ形状に連続して形成されてもよい。すなわち、屈曲部121の個数と突出高さ、相互間の間隔等の規格は、必要に応じて適切に選択可能である。
一方、それぞれの屈曲部121とブラシ110との間には、高圧領域の流体が流入する空間である圧力ポケット122が形成され、前記圧力ポケット122に流入した高圧流体の圧力によってブラシ110の低圧領域側一面111を支持する役割を果たし、高圧領域の流体は、ブラシ110をなす剛毛間の隙間を通して圧力ポケット122に流入する。
また、屈曲部121によって、支持ストリップ120の剛性(stiffness)が向上する効果もある。
図7は、本発明の第3実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。
添付した図7を参照すれば、本発明の第3実施形態に係るブラシシールアセンブリ200は、ブラシ210と、ブラシ210の一側を支持する支持ストリップ220と、支持ストリップ220の一側を支持するバックプレート230と、ブラシ210の他側を支持するアンカリング部材240とを含む。
ブラシ210は、複数の剛毛を備えて構成され、ブラシ210をなす剛毛の個数と厚さ等の規格は、必要に応じて適切に選択可能である。
ブラシ210の一端はブラシ挿入溝13aに挿入され、他端はロータ5(図1参照)の外周面方向に延びて、その末端がロータ5の外周面に接触する。これによって、ブラシ210を基準としてロータ5の軸方向両側がブラシ210によってシーリングされる。
図面上、ブラシ210の右側の圧力PHが左側の圧力PLより相対的に高圧であり、ブラシ210は、高圧領域から低圧領域に流動する流体をシーリングする。
この時、ブラシ210の一面、すなわち、低圧領域側一面211に支持ストリップ220が密着するように備えられ、この支持ストリップ220は、ブラシ210の両側の圧力差によるブラシ210の変形を支持する役割を果たす。
支持ストリップ220は、「J」字状の断面を有する薄いプレートのリング形状であり、金属だけでなく、合成樹脂のような、熱に比較的強くかつ弾性を有する材質からなってもよい。同時に、本実施形態の支持ストリップ220は、図4を参照して説明したシールストリップ50'(図4参照)としても使用可能である。
支持ストリップ220は、ブラシ210の一側面を支持する支持部221と、支持部221の一端からブラシ210の一端を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される折曲部222とを含む。
また、支持ストリップ220の離脱防止のために、折曲部222の一端から延長部223が所定長さ延長形成されることが好ましい。すなわち、支持ストリップ220の一端がブラシ210の一端を取り囲むように折曲形成され、支持ストリップ220の延長部223がブラシ210の他側面の一部を覆うことになる。
支持ストリップ220の他端は、ブラシ210の他端内側に位置するが、前記位置に位置する理由は、支持ストリップ220とロータ5とのラビング防止のためのもので、ブラシ210の端部に比べて、支持ストリップ220の端部がロータ5の外周面からさらに離隔した地点に位置させてロータ5とのラビングによる熱の発生と摩耗を低減させ、ロータ5との間隔を減少させてシーリング効率を増大させるためである。
ブラシ210と支持ストリップ220は、ブラシ210の一端が支持ストリップ220の折曲部222によって取り囲まれた状態で、シールリング本体8(図1参照)の本体部12(図1参照)の底面中央に形成されたブラシ挿入溝13aに挿入される。
また、支持ストリップ220の一側を支持するために、バックプレート230がブラシ挿入溝13aに挿入される。この時、バックプレート230とロータ5とのラビング防止のために、バックプレート230のロータ5対向端は、支持ストリップ220のロータ5対向端の内側に位置することが好ましい。すなわち、支持ストリップ220の末端部に比べて、バックプレート230の末端部がロータ5の外周面から半径方向外側にさらに離隔して位置する。
ブラシ210と支持ストリップ220およびバックプレート230の離脱防止のために、アンカリング部材240がブラシ挿入溝13aの一側のアンカリング部材挿入溝13bに押し込まれる。
前記アンカリング部材240は、支持ストリップ220の延長部223をブラシ210方向に加圧し、これによってブラシ210と支持ストリップ220がバックプレート230方向に加圧され、ブラシ210と支持ストリップ220およびバックプレート230がブラシ挿入溝13a内に強固に固定される。
一例として、アンカリング部材240は、リング形状を有する弾性体からなってもよく、外周方向に延びるため、長手方向に複数本がねじれたワイヤ形状をなしてもよい。
また、アンカリング部材240が支持ストリップ220の延長部223を加圧できるように、アンカリング部材挿入溝13bは、ブラシ挿入溝13aの一側からロータ5方向に段差形成されることが好ましい。
アンカリング部材挿入溝13bの底面がブラシ挿入溝13aの底面一側からロータ5方向に突出形成される。
好ましくは、アンカリング部材挿入溝13bの底面が支持ストリップ220の折曲部222と延長部223との境界に対応して形成され、したがって、アンカリング部材挿入溝13bに押し込まれたアンカリング部材240は、図7に示されているように、支持ストリップ220の延長部223を集中的に加圧することにより、ブラシ210と支持ストリップ220およびバックプレート230をブラシ挿入溝13a内に強固に固定させる。
ブラシ210の低圧領域側一面211を支持ストリップ220の支持部221が支持する一方、支持ストリップ220の支持部221はバックプレート230によって支持されるため、ブラシ210の両側の圧力差によるブラシ210の変形とこれによる流体漏れが低減される効果がある。
ブラシシールアセンブリ200は、シールリング本体8のブラシ挿入溝13aにブラシ210と支持ストリップ220およびバックプレート230を挿入し、アンカリング部材挿入溝13bにアンカリング部材240を押し込んで、アンカリング部材240によってブラシ210と支持ストリップ220およびバックプレート230が加圧支持されるようにすることで、設置が完了する。したがって、簡単な構造として組立が容易であり、製作および組立費用が節減される効果がある。
図8は、本発明の第4実施形態に係るブラシシールアセンブリの概略図である。
本発明の第4実施形態に係るブラシシールアセンブリ200aは、図7を参照して上述した第3実施形態に係るブラシシールアセンブリ200と基本的な構成が類似しており、ただし、支持ストリップ220に少なくとも1つ以上の屈曲部224が形成される点で違いがある。
したがって、上述した第3実施形態の構成と同一機能の同一構成については同一の図面符号を付し、以下、重複説明は省略する。
本発明の第4実施形態によれば、支持ストリップ220の支持部221に少なくとも1つ以上の屈曲部224が形成される。この時、支持ストリップ220の一側を支持するバックプレート230の支持ストリップ対向面231には、屈曲部224を収容するための段差部232が形成される。
屈曲部224が円弧状の断面形状に形成された例を示しているが、これに限定されるものではなく、半円形または三角形や四角形などの多角形の断面形状に形成されてもよい。
また、本発明の第4実施形態に係る複数の屈曲部224は、互いに離隔して形成されてもよく、ウェーブ形状に連続して形成されてもよい。すなわち、屈曲部224の個数と突出高さ、相互間の間隔等の規格は、必要に応じて適切に選択可能である。
この時、支持部221に形成される屈曲部224によって、支持ストリップ220の剛性(stiffness)が向上する効果がある。
それぞれの屈曲部224とブラシ210との間には、高圧領域の流体が流入する圧力ポケット225が形成される。
前記圧力ポケット225は、ブラシ210をなす剛毛間の隙間を通して流入する高圧領域の流体によって高圧を形成して、ブラシ210の低圧領域側一面211を支持する役割を果たす。
すなわち、本発明の第4実施形態に係るブラシシールアセンブリ200aによれば、ブラシ210の低圧領域側一面211を支持する圧力ポケット225によって、ブラシ210の変形とこれによる流体漏れを低減することができる。
本発明の第1実施形態に係る支持ストリップについて、図面を参照して説明する。
添付した図9を参照すれば、支持ストリップ120は、ロータ5を通して加えられる荷重による弾性変形のために、下端から上部の一定区間まで延びた第1支持ストリップ121が弾性復元力を有する材質で形成され、前記第1支持ストリップ121から上端まで延びた第2支持ストリップ122は前記第1支持ストリップ121と異なる材質で形成される。
第1支持ストリップ121は、拡大図に示されているように、下端から一定長さで上部に向かって延び、拡大図に示された長さに必ずしも限定することなく変更可能であることを明らかにする。
第2支持ストリップ122は、第1支持ストリップ121とは異なる材質からなるが、一例として、スチールまたは弾性復元力を有する材質からなる。この時、第1支持ストリップ122の弾性復元力とは異なる弾性復元力を有しているため、ブラシ110に対する支持力が低下するのを防止し、ロータ5と接触する下端部位に対する弾性変形をより容易に行われるようにして、ラビングによる熱の発生と摩耗を低減させることができる。
添付した図10を参照すれば、支持ストリップ120は、縦方向を基準としてブラシに対向する第1支持ストリップ121には弾性復元力を有する材質で分割形成され、バックプレート130に対向する第2支持ストリップ122には前記第1支持ストリップ121と異なる材質で形成される。
本実施形態では、上述した実施形態とは異なり、第1支持ストリップ121と第2支持ストリップ122が縦方向にそれぞれ分割されるが、第1支持ストリップ121は、拡大図に示されているように、第2支持ストリップ122に比べて厚さが薄くなる。
この場合、ロータ5と支持ストリップ120とが接触して縦方向に荷重が加えられる場合、ブラシ110の長手方向における支持力が向上する。
また、流体がPHからPLに移動する場合、ブラシ110に密着した第1支持ストリップ121が長手方向により容易に弾性変形して、ブラシ110に加えられる応力集中を最小化することができる。
添付した図11を参照すれば、支持ストリップ120は、下端から上部の一定区間まで延びてブラシ110に対向する第1支持ストリップ121には弾性復元力を有する材質で分割形成され、残りの第2支持ストリップ122は前記第1支持ストリップ121と異なる材質で形成される。
この場合、ブラシ110と密着した支持ストリップ120が縦方向または横方向に不規則に弾性変形する場合、ブラシ110に対する支持力の向上と変形の発生を最小化させて、長期間使用時にも耐久性を向上させることができる。
本発明の第2実施形態に係る支持ストリップについて、図面を参照して説明する。
添付した図12を参照すれば、支持ストリップ120は、ブラシ110の対向面に形成された圧力ポケット122が前記支持ストリップ120の長手方向に沿って互いに異なる半径で形成される。例えば、長手方向を基準として下端に形成された圧力ポケットと、中央および上側に形成された圧力ポケットとは半径が異なって形成される。
例えば、下端に形成された圧力ポケットの半径が相対的に大きく形成される場合、増加した半径に流入する流体量が増加し、ブラシ110の下端に向かって直接的に伝達される圧力変動による振動の発生を最小化することができる。
添付した図13を参照すれば、バックプレート130は、支持ストリップ120に対向する対向面が圧力ポケット122のラウンド状の外周面と密着した状態が維持されるように形成される。
この場合、バックプレート130が支持ストリップ120に密着した状態がより安定的に維持され、高圧の流体がブラシ110を経由してバックプレート130に移動する場合に安定的に支持することができ、圧力変動による振動の発生を相対的に最小化させることができる。
添付した図14を参照すれば、アンカリング部材240は、実質的に長方形からなって、支持ストリップ220から延びた延長部223の外周面に一面が密着し、他面はアンカリング部材挿入溝13bに完全に密着した状態で嵌合する。
アンカリング部材240は、アンカリング部材挿入溝13bの形状に対応する形状に形成されるため、挿入された後も空き空間が発生せず、支持ストリップ220に対する固定を安定的に維持させて、ブラシ210に対する固定状態を全区間で一定に維持させる。
これによって、ラビング現象によるブラシ110の誤作動を予防し、安定的にシーリングされた状態を維持させる。
本発明の第5実施形態に係るブラシシールアセンブリについて、図面を参照して説明する。
添付した図15を参照すれば、ブラシシールアセンブリ100は、ブラシ110と、ブラシ110の一側を支持する支持ストリップ120と、ブラシ110の他側を支持するアンカリング部材130とを含む。
ブラシ110は、複数の剛毛(bristle)を備えて構成され、ブラシ110をなす剛毛の厚さ等の規格は、必要に応じて適切に選択可能である。
ブラシ110の一端は装着溝13に挿入され、他端はロータ5の外周面方向に延びて、その末端がロータ5の外周面に接触する。これによって、ブラシ110を基準としてロータ5の軸方向両側がブラシ110によってシーリングされる。
ブラシ110の右側の圧力が左側より相対的に高圧であり、高圧領域の流体が低圧領域に漏れることがブラシ110によって低減される。
ブラシ110の一面、すなわち、低圧領域側一面に支持ストリップ120が密着するように備えられ、この支持ストリップ120は、ブラシ110の両側の圧力差によるブラシ110の変形を支持する役割を果たす。
支持ストリップ120は、「J」字状の断面の薄いプレート形状であり、金属だけでなく、合成樹脂のような、熱に比較的強くかつ弾性を有する材質からなってもよい。
支持ストリップ120は、ブラシ110の一側面を支持する支持部121と、支持部121の一端からブラシ110の一端を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される折曲部122とを含む。
支持ストリップ120の離脱防止のために、折曲部122の一端から延長部123が所定長さ延長形成されることが好ましい。すなわち、支持ストリップ120の一端がブラシ110の一端を取り囲むように折曲形成され、支持ストリップ120の延長部123がブラシ110の他側面の一部を覆うことになる。
支持ストリップ120の他端は、ブラシ110の他端内側に位置する。これは、支持ストリップ120とロータ5とのラビング防止のためのもので、ブラシ110の末端部に比べて、支持ストリップ120の末端部がロータ5の外周面からさらに離隔した地点に位置する。
本実施形態に係る支持ストリップ120は、薄いプレート形状として弾性を有するため、ロータ5との接触時に容易に弾性変形するため、従来のプレートに比べてラビングによる熱の発生と摩耗が低減される効果があり、従来のプレートに比べてロータ5との間隔を減少させてシーリング効率を増大させることができる。
ブラシ110と支持ストリップ120は、一端が装着溝13の一側に挿入され、ブラシ110と支持ストリップ120の離脱防止のために、装着溝13の他側にアンカリング部材130が押し込まれる。
アンカリング部材130は、支持ストリップ120の延長部123をブラシ110方向に加圧することにより、ブラシ110と支持ストリップ120が装着溝13内に固定および支持する役割を果たす。一例として、アンカリング部材130は、リング形状の弾性体からなってもよく、外周方向に長く延びるため、長手方向にワイヤ形状をなす。
支持ストリップ120の支持部121は、ブラシ110と装着溝13の一側壁面との間に介在し、アンカリング部材130は、支持ストリップ120の延長部123と装着溝13の他側壁面との間に介在する。
ブラシ110の低圧側一面を支持ストリップ120の支持部121が支持する一方、支持ストリップ120の支持部121は、装着溝13の一側壁面に支持されるため、ブラシ110の両側の圧力差によるブラシ110の変形とこれによる流体漏れが防止される。
ブラシシールアセンブリ100は、シールリング本体8の装着溝13の一側にブラシ110と支持ストリップ120を挿入し、装着溝13の他側にアンカリング部材130を押し込んで固定することで、設置が完了する。したがって、簡単な構造として組立が容易であり、製作および組立費用が節減される効果がある。
添付した図16を参照すれば、シールリング本体8の底面中央にブラシシールアセンブリ100を装着する一方、シールリング本体8の幅方向に沿って複数の支持ストリップ120が互いに離隔して備えられてもよい。
この場合、従来のラビリンスシールを形成する例に比べて構造が簡単であるので、より安価な費用で固定体と回転体との間のシーリングを実現することができるという利点がある。
添付した図17を参照すれば、本発明は、ブラシシールアセンブリ100と従来のラビリンスシールをともに適用してもよく、以下に説明する実施形態のブラシシールアセンブリも、図16に示されているように、シールリング本体8の幅方向に沿って複数個が互いに離隔して備えられる支持ストリップ120とともに使用可能である。
本発明の第6実施形態に係るブラシシールアセンブリについて、図面を参照して説明する。
添付した図18を参照すれば、本実施形態は、上述した図15と基本的な実施形態が類似しており、ただし、装着溝13がブラシ挿入溝13aとアンカリング部材挿入溝13bとを含んで形成される点で違いがある。
ブラシシールアセンブリ200は、ブラシ210の一側を支持する支持ストリップ220と、ブラシ210の他側を支持するアンカリング部材230とを含む。
シールリング本体8のロータ対向面には、ブラシシールアセンブリ200が装着されるように装着溝13が形成される。前記装着溝13は、ブラシ210と支持ストリップ220の一端が挿入されるブラシ挿入溝13aと、アンカリング部材230が挿入されるアンカリング部材挿入溝13bとを含み、ブラシ挿入溝13aとアンカリング部材挿入溝13bとは互いに連通する。
ブラシ挿入溝13aの一側にアンカリング部材挿入溝13bがロータ方向に段付いて形成され、ブラシ挿入溝13aは、後述する支持ストリップ220の折曲部222の形状に対応するように、底面が円弧状にラウンドの曲面からなることが好ましい。
ブラシ210の一端はブラシ挿入溝13aに挿入され、他端はロータの外周面方向に延びて、その末端がロータの外周面に接触する。これによって、ブラシ210を基準としてロータの軸方向両側がブラシ210によってシーリングされる。
図面上、ブラシ210の右側の圧力が左側より相対的に高圧であり、高圧領域の流体が低圧領域に漏れることがブラシ210によって低減される。
ブラシ210の一面、すなわち、低圧領域側一面に支持ストリップ220が密着するように備えられ、この支持ストリップ220は、ブラシ210の両側の圧力差によるブラシ210の変形を支持する役割を果たす。
支持ストリップ220は、「J」字状の断面の薄いプレート形状であり、金属だけでなく、合成樹脂のような、熱に比較的強くかつ弾性を有する材質からなってもよい。
支持ストリップ220は、ブラシ210の一側面を支持する支持部221と、支持部221の一端からブラシ210の一端を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される折曲部222とを含む。
また、支持ストリップ220の離脱防止のために、折曲部222の一端から延長部223が所定長さ延長形成されることが好ましい。すなわち、支持ストリップ220の一端がブラシ210の一端を取り囲むように折曲形成され、支持ストリップ220の延長部223がブラシ210の他側面の一部を覆うことになる。
支持ストリップ220の他端は、ブラシ210の他端内側に位置する。これは、支持ストリップ220とロータとのラビング防止のためである。
アンカリング部材230は、ブラシ210と支持ストリップ220の離脱防止のために、アンカリング部材挿入溝13bに押し込まれる。
アンカリング部材230は、ブラシ210と支持ストリップ220の一側端部をブラシ挿入溝13aの内壁方向に加圧することにより、ブラシ210と支持ストリップ220がブラシ挿入溝13a内に固定されるように支持する役割を果たし、一例として、アンカリング部材230は、リング形状の弾性体からなってもよく、外周方向に長く延びるため、長手方向にワイヤ形状をなす。
支持ストリップ220の支持部221は、ブラシ210とブラシ挿入溝13aの内壁との間に介在し、アンカリング部材230は、支持ストリップ220の延長部223とアンカリング部材挿入溝13bの内壁との間に介在する。
アンカリング部材挿入溝13bの底面がブラシ挿入溝13aの底面一側からロータ方向に所定高さ突出して形成される。
好ましくは、アンカリング部材挿入溝13bの底面が支持ストリップ220の折曲部222と延長部223との境界に対応して形成され、したがって、アンカリング部材挿入溝13bに押し込まれたアンカリング部材230は、上述した実施形態の場合と比べて、支持ストリップ220の延長部223を集中的に加圧することにより、ブラシ210をブラシ挿入溝13a内に固定させる。
ブラシ210の低圧側一面を支持ストリップ220の支持部221が支持する一方、支持ストリップ220の支持部221はブラシ挿入溝13aの内壁に支持されるため、ブラシ210の両側の圧力差によるブラシ210の変形とこれによる流体漏れが防止される。
ブラシシールアセンブリ200は、シールリング本体8のブラシ挿入溝13aにブラシ210と支持ストリップ220を挿入し、アンカリング部材挿入溝13bにアンカリング部材230を押し込んで、アンカリング部材230によってブラシ210と支持ストリップ220が加圧支持されるようにすることで、設置が完了する。したがって、簡単な構造として組立が容易であり、製作および組立費用が節減される効果がある。
本発明に係るブラシシールアセンブリ200は、上述した実施形態と比較して、アンカリング部材230が支持ストリップ220の延長部223を集中的に加圧することにより、アンカリング部材によるブラシ210と支持ストリップ220の固定がより強固になるという利点がある。
本発明の第7実施形態に係るブラシシールアセンブリについて、図面を参照して説明する。
添付した図19を参照すれば、本実施形態は、上述した実施形態とは異なり、支持ストリップ320が複数個備えられる点で違いがある。
ブラシシールアセンブリ300は、ブラシ310と、ブラシ310の一側を支持する支持ストリップ320と、支持ストリップ320の一側を支持する複数の補助ストリップ330と、ブラシ310の他側を支持するアンカリング部材340とを含む。
シールリング本体8のロータ対向面には、ブラシシールアセンブリ300が装着されるように装着溝13が形成される。前記装着溝13は、ブラシ310と支持ストリップ320および補助ストリップ330の一端が挿入されるブラシ挿入溝13aと、アンカリング部材340が挿入されるアンカリング部材挿入溝13bとを含み、ブラシ挿入溝13aとアンカリング部材挿入溝13bとは互いに連通する。
ブラシ挿入溝13aの一側にアンカリング部材挿入溝13bがロータ方向に段付いて形成され、ブラシ挿入溝13aは、後述する補助ストリップ330のうちの最外郭に積層される補助ストリップ330の第2折曲部332の形状に対応するように、底面が円弧状にラウンドの曲面からなることが好ましい。
ブラシ310の一端はブラシ挿入溝13aに挿入され、他端はロータの外周面方向に延びて、その末端がロータの外周面に接触する。これによって、ブラシ310を基準としてロータの軸方向両側がブラシ310によってシーリングされる。
図面上、ブラシ310の右側の圧力が左側より相対的に高圧であり、高圧領域の流体が低圧領域に漏れることがブラシ310によって低減される。
ブラシ310の一面、すなわち、低圧領域側一面に支持ストリップ320が密着するように備えられ、支持ストリップ320の外側面、すなわち、低圧領域側一面に複数の補助ストリップ330が密着するように備えられる。
支持ストリップ320と補助ストリップ330は、「J」字状の断面の薄いプレート形状であり、金属だけでなく、合成樹脂のような、熱に比較的強くかつ弾性を有する材質からなってもよい。
また、支持ストリップ320は、ブラシ310の一側面を支持する第1支持部321と、第1支持部321の一端からブラシ310の一端を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される第1折曲部322とを含む。
支持ストリップ320の離脱防止のために、第1折曲部322の一端から第1延長部323が所定長さ延長形成されることが好ましい。すなわち、支持ストリップ320の一端がブラシ310の一端を取り囲むように折曲形成され、支持ストリップ320の第1延長部323がブラシ310の他側面の一部を覆うことになる。
補助ストリップ330は、支持ストリップ320の一側面を支持する第2支持部331と、第2支持部331の一端から支持ストリップ320の一端を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される第2折曲部332とを含む。
補助ストリップ330の離脱防止のために、第2折曲部332の一端から第2延長部333が所定長さ延長形成されることが好ましい。すなわち、補助ストリップ330の一端が支持ストリップ320の一端を取り囲むように折曲形成され、補助ストリップ330の第2延長部333が支持ストリップ320の他側面の一部を覆うことになる。
複数の補助ストリップ330は、支持ストリップ320の外側に順に積層されるが、支持ストリップ320の他端は、ブラシ310の他端内側に位置し、補助ストリップ330の他端は、支持ストリップ320の他端内側に位置する。また、複数の補助ストリップ330は、外側の補助ストリップ330の他端が隣接する内側の補助ストリップ330の他端内側に位置する。
すなわち、複数の補助ストリップ330は、支持ストリップ320の低圧領域側一面に、第2支持部331それぞれのロータ方向の末端がブラシ310の外側に行くほど、ロータからさらに離隔して位置するように、階段式で積層される。
ブラシシールアセンブリ300の設置時、ロータから遠い部位のブラシ310は、相対的により多くの補助ストリップ330によって支持されるため、剛性(stiffness)が強く支持され、ロータに近い部位のブラシ310は、剛性が弱く支持される。
したがって、ブラシ310の一端は、補助ストリップ330とアンカリング部材340との間に強固に支持され、支持ストリップ320または補助ストリップ330の他端がロータと接触するラビング時にも、熱や摩耗の発生が従来に比べて低減される。
本発明の第8実施形態に係るブラシシールアセンブリについて、図面を参照して説明する。
添付した図20を参照すれば、本実施形態は、上述した実施形態とは異なり、支持ストリップまたは補助ストリップに少なくとも1つ以上の屈曲部が形成される点で違いがある。ブラシシールアセンブリ400は、ブラシ410の一側を支持する支持ストリップ420と、支持ストリップ420の一側を支持する少なくとも1つ以上の補助ストリップ430と、ブラシ410の他側を支持するアンカリング部材440とを含む。
シールリング本体8に形成される装着溝13は、ブラシ410と支持ストリップ420および補助ストリップ430の一端が挿入されるブラシ挿入溝13aと、アンカリング部材440が挿入されるアンカリング部材挿入溝13bとを含む。アンカリング部材挿入溝13bは、ブラシ挿入溝13aの一側にロータ方向に段付いて形成され、ブラシ挿入溝13aは、支持ストリップ420の最外郭に積層される補助ストリップ430の第2折曲部432の形状に対応するように、底面が円弧状にラウンドの曲面からなることが好ましい。
支持ストリップ420に少なくとも1つ以上の第1屈曲部424が形成され、それぞれの第1屈曲部424の内側には、高圧領域の流体が流入する圧力ポケット425が形成される。
高圧領域の流体は、ブラシ410をなす剛毛間の隙間を通して圧力ポケット425に流入し、圧力ポケット425に流入した流体の圧力によってブラシ410の低圧領域側一面が支持される。
本発明の第1屈曲部424および第2屈曲部434によって、支持ストリップ420または補助ストリップ430の剛性(stiffness)が向上する効果もある。
好ましくは、支持ストリップ420の第1支持部421に少なくとも1つ以上の第1屈曲部424が形成され、補助ストリップ430が支持ストリップ420に密着するように、補助ストリップ430の第2支持部431にも少なくとも1つ以上の第2屈曲部434が形成される。
また、第1屈曲部424と第2屈曲部434は、複数個が支持ストリップ420と補助ストリップ430の半径方向に離隔して、円周方向に沿って長く延長形成される。
前記第1屈曲部424と第2屈曲部434の個数と形態、突出高さ、ピッチ等の規格は、必要に応じて適切に選択可能であり、複数の屈曲部は、半径方向に沿って連続して形成されてもよく、互いに離隔して形成されることも可能である。
また、ブラシの低圧領域側一面を支持する支持ストリップに屈曲部が形成され、圧力ポケットの圧力によってブラシが支持される構成が、本発明の他の実施形態にも適用可能であることはもちろんである。
本発明の第9実施形態に係るブラシシールアセンブリについて、図面を参照して説明する。参考として、上述した実施形態と重複する説明は省略する。
添付した図21を参照すれば、支持ストリップ520の他端は、ブラシ510の他端内側に位置する。これは、支持ストリップ520とロータとのラビング防止のためのもので、ブラシ510の末端部に比べて、支持ストリップ520の末端部がロータの外周面からさらに離隔した地点に位置する。
支持ストリップ520は、薄いプレート形状として弾性を有するため、ロータとの接触時に容易に弾性変形する。したがって、従来のプレートに比べてラビングによる熱の発生と摩耗が低減される効果があり、従来のプレートに比べてロータとの間隔を減少させてシーリング効果を増大させることができる。
ブラシ510と支持ストリップ520は、一端が装着溝13の一側に挿入され、ブラシ510と支持ストリップ520の離脱防止のために、支持ストリップ520の第1支持部521の上端を加圧するように、アンカリング部材540が装着溝13に押し込まれる。
前記アンカリング部材540は、支持ストリップ520とともにブラシ510を装着溝13の内壁方向に加圧することにより、ブラシ510と支持ストリップ520が装着溝13内に固定されるように支持する役割を果たし、一例として、アンカリング部材540は、リング形状の弾性体からなってもよく、外周方向に長く延びるため、長手方向にワイヤ形状をなす。
この時、支持ストリップ520の第1支持部521は、アンカリング部材540とブラシ510との間に介在し、アンカリング部材540は、支持ストリップ520の第1支持部521と装着溝13の内壁との間に介在する。
前記アンカリング部材540が装着溝13の内壁と支持ストリップ520との間に介在することにより、支持ストリップ520と装着溝13の内壁との間に空間部550が形成される。
支持ストリップ520と装着溝13の内壁との間の空間部550に低圧領域の流体が流入し、支持ストリップ520の第1支持部521に圧力を加えることにより、支持ストリップ520とともにブラシ510の低圧側一面を支持する。
支持ストリップ520の外側面には、少なくとも1つ以上の補助ストリップ530が階段式で積層されてもよい。
補助ストリップ530は、支持ストリップ520の第1支持部521に支持される第2支持部531と、アンカリング部材540の一側を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される第2折曲部532と、第2折曲部532の一端から延長形成される第2延長部533とを含む。
ブラシ510と第1支持部521および第2支持部531は、ブラシ510の外側に行くほど、その末端がロータからさらに遠く離隔して位置する階段式で積層される。
本実施形態によれば、ブラシ510の低圧側一面が支持ストリップ520によって支持されると同時に、空間部550に流入した低圧側領域の流体によって支持ストリップ520が支持されることにより、支持ストリップ520または補助ストリップ530と装着溝13の内壁との摩擦による摩耗が防止される効果がある。
本発明の第10実施形態に係るブラシシールアセンブリについて、図面を参照して説明する。参考として、上述した実施形態と重複する説明は省略する。
添付した図22を参照すれば、ブラシシールアセンブリ600は、上述した実施形態と基本的な構成が類似しており、ただし、支持ストリップまたは補助ストリップに少なくとも1つ以上の屈曲部が形成される点で違いがある。
ブラシシールアセンブリ600は、ブラシ610と、ブラシ610の一側を支持する支持ストリップ620と、支持ストリップ620の一側を支持するアンカリング部材640とを含む。ブラシ610の一端はシールリング本体8の装着溝13に挿入され、他端はロータの外周面方向に延びて、その末端がロータの外周面に接触する。これによって、ブラシ610を基準としてロータの軸方向両側がブラシ610によってシーリングされる。
ブラシ610の一面、すなわち、低圧領域側一面に支持ストリップ620が密着するように備えられ、この支持ストリップ620は、ブラシ610の両側の圧力差によるブラシ610の変形を支持する役割を果たす。
支持ストリップ620は、ブラシ610の一側面を支持する第1支持部621と、第1支持部621の一端からブラシ610の一端を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される第1折曲部622とを含む。
また、支持ストリップ620の離脱防止のために、第1折曲部622の一端から第1延長部623が所定長さ延長形成されることが好ましい。すなわち、支持ストリップ620の一端がブラシ610の一端を取り囲むように折曲形成され、支持ストリップ620の第1延長部623がブラシ610の他側面の一部を覆うことになる。
支持ストリップ620の他端は、ブラシ610の他端内側に位置する。これは、支持ストリップ620とロータとのラビング防止のためのもので、ブラシ610の末端部に比べて、支持ストリップ620の末端部がロータの外周面からさらに離隔した地点に位置する。
本発明に係る支持ストリップ620は、薄いプレート形状として弾性を有するため、ロータとの接触時に容易に弾性変形する。したがって、従来のプレートに比べてラビングによる熱の発生と摩耗が低減される効果があり、従来のプレートに比べてロータとの間隔を減少させてシーリング効率を増大させることができる。
ブラシ610と支持ストリップ620は、一端が装着溝13の一側に挿入され、ブラシ610と支持ストリップ620の離脱防止のために、支持ストリップ620の第1支持部621の上端を加圧するように、アンカリング部材640が装着溝13に押し込まれる。
アンカリング部材640は、支持ストリップ620とともにブラシ610を装着溝13の内壁方向に加圧することにより、ブラシ610と支持ストリップ620が装着溝13内に固定されるように支持する役割を果たし、一例として、アンカリング部材640は、リング形状の弾性体からなってもよく、外周方向に長く延びるため、長手方向にワイヤ形状をなす。
支持ストリップ620の第1支持部621は、アンカリング部材640とブラシ610との間に介在し、アンカリング部材640は、支持ストリップ620の第1支持部621と装着溝13の内壁との間に介在する。
アンカリング部材640は、装着溝13の内壁と支持ストリップ620との間に介在することにより、支持ストリップ620と装着溝13の内壁との間に空間部650が形成される。
前記アンカリング部材640の押し込みによって形成される支持ストリップ620と装着溝13の内壁との間の空間部650には低圧領域の流体が流入し、支持ストリップ620の第1支持部621に圧力を加えて、支持ストリップ620とともにブラシ610の低圧側一面を支持する。
このように、空間部650に流入した低圧側領域の流体によって支持ストリップ620が支持される場合、支持ストリップ620または補助ストリップ630と装着溝13の内壁との摩擦による摩耗が防止される効果がある。
支持ストリップ620の外側面に少なくとも1つ以上の補助ストリップ630が階段式で積層されてもよい。
補助ストリップ630は、支持ストリップ620の第1支持部621に支持される第2支持部631と、アンカリング部材640の一側を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される第2折曲部632と、第2折曲部632の一端から延長形成される第2延長部633とを含む。
そして、ブラシ610と第1支持部621および第2支持部631は、ブラシ610の外側に行くほど、その末端がロータからさらに遠く離隔して位置する形態、例えば、階段式で積層されることが好ましい。
支持ストリップ620に少なくとも1つ以上の屈曲部が形成されるが、前記屈曲部は、第1屈曲部624と、補助ストリップ630の第2支持部631には、第1屈曲部624に密着するように、少なくとも1つ以上の第2屈曲部634とが形成される。
第1屈曲部624は、ブラシ610の低圧領域側一面と支持ストリップ620との間に圧力ポケット625を形成するためのものである。
高圧領域の流体がブラシ610の剛毛間の隙間を通して圧力ポケット625に流入し、圧力ポケット625に流入した高圧領域の流体は、ブラシ610の低圧領域側一面を加圧支持することにより、ブラシ610の両側の圧力差を補償するのである。
一方、第1屈曲部624と第2屈曲部634は、支持ストリップ620と補助ストリップ630の剛性(stiffness)を向上させる効果もあり、支持ストリップ620と補助ストリップ630の半径方向に互いに離隔して複数個が円周方向に沿って長く延長形成される。第1屈曲部624と第2屈曲部634の個数、突出高さまたはピッチ等の規格は、必要に応じて適切に選択可能であり、それぞれの屈曲部は、半径方向に沿って連続して形成されてもよく、互いに離隔して形成されることも可能である。
本発明の第11実施形態に係るブラシシールアセンブリについて、図面を参照して説明する。
添付した図23を参照すれば、ブラシシールアセンブリ700は、ブラシ710と、ブラシ710の一側を支持する支持ストリップ720と、支持ストリップ720の一側を支持するアンカリング部材740とを含む。
シールリング本体8のロータ対向面には、ブラシシールアセンブリ700が装着されるように装着溝13が形成される。
装着溝13は、ブラシ710と支持ストリップ720の一端が挿入されるブラシ挿入溝13aと、アンカリング部材740が挿入されるアンカリング部材挿入溝13bとを含み、ブラシ挿入溝13aとアンカリング部材挿入溝13bとは互いに連通する。
ブラシ挿入溝13aは、後述する支持ストリップ720の第1折曲部722の形状に対応するように、底面が円弧状にラウンドの曲面からなり、アンカリング部材挿入溝13bは、アンカリング部材740またはアンカリング部材740を取り囲む最外郭の補助ストリップ730の第2折曲部732の形状に対応するように、底面が円弧状にラウンドの曲面からなる。
ブラシ710の一端はブラシ挿入溝13aに挿入され、他端はロータの外周面方向に延びて、その末端がロータの外周面に接触する。これによって、ブラシ710を基準としてロータの軸方向両側がブラシ710によってシーリングされる。
図面上、ブラシ710の右側の圧力が左側より相対的に高圧であり、高圧領域の流体が低圧領域に漏ることがブラシ710によって低減される。
ブラシ710の一面、すなわち、低圧領域側一面に支持ストリップ720が密着するように備えられ、この支持ストリップ720は、ブラシ710の両側の圧力差によるブラシ710の変形を支持する役割を果たす。
支持ストリップ720は、ブラシ710の一側面(低圧領域側一面)を支持する第1支持部721と、第1支持部721の一端からブラシ710の一端を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される第1折曲部722とを含む。
支持ストリップ720の離脱防止のために、第1折曲部722の一端から第1延長部723が所定長さ延長形成されることが好ましい。すなわち、支持ストリップ720の一端がブラシ710の一端を取り囲むように折曲形成され、支持ストリップ720の第1延長部723がブラシ710の他側面の一部を覆うことになる。
支持ストリップ720の他端は、ブラシ710の他端内側に位置する。これは、支持ストリップ720とロータとのラビング防止のためのもので、ブラシ710の末端部に比べて、支持ストリップ720の末端部がロータの外周面からさらに離隔した地点に位置する。
ブラシ710と支持ストリップ720は、一端がブラシ挿入溝13aに挿入され、ブラシ710と支持ストリップ720の離脱防止のために、支持ストリップ720の第1支持部721の上端を加圧するように、アンカリング部材740がアンカリング部材挿入溝13bに押し込まれる。
前記アンカリング部材740は、支持ストリップ720とともにブラシ710をブラシ挿入溝13aの内壁方向に加圧することにより、ブラシ710と支持ストリップ720がブラシ挿入溝13a内に固定されるように支持する役割を果たし、一例として、アンカリング部材740は、リング形状の弾性体からなってもよく、外周方向に長く延びるため、長手方向にワイヤ形状をなす。
支持ストリップ720の第1支持部721は、アンカリング部材740とブラシ710との間に介在し、アンカリング部材740は、支持ストリップ720の第1支持部721とアンカリング部材挿入溝13bの内壁との間に介在する。アンカリング部材挿入溝13bに押し込まれたアンカリング部材740は、支持ストリップ720の第1支持部721の上端を集中的に加圧して、支持ストリップ720とともにブラシ710をブラシ挿入溝13aに固定する。
アンカリング部材740がアンカリング部材挿入溝13bの内壁と支持ストリップ720との間に介在することにより、支持ストリップ720とアンカリング部材挿入溝13bの内壁との間に空間部750が形成される。
アンカリング部材740の押し込みによって形成される支持ストリップ720とアンカリング部材挿入溝13bの内壁との間の空間部750には低圧領域の流体が流入し、支持ストリップ720の第1支持部721に圧力を加えて、支持ストリップ720とともにブラシ710の低圧側一面を支持する。また、支持ストリップ720の外側面に少なくとも1つ以上の補助ストリップ730が階段式で積層されてもよい。
補助ストリップ730は、支持ストリップ720の第1支持部721に支持される第2支持部731と、アンカリング部材740の一側を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される第2折曲部732と、第2折曲部732の一端から延長形成される第2延長部733とを含む。
ブラシ710と第1支持部721および第2支持部731は、ブラシ710の外側に行くほど、その末端がロータからさらに遠く離隔して位置する形態、すなわち、階段式で積層される。
アンカリング部材740が支持ストリップ720の第1支持部721の上端を集中的に加圧して、支持ストリップ720とブラシ710をブラシ挿入溝13aに固定させる。アンカリング部材740がアンカリング部材挿入溝13bの内壁と支持ストリップ720との間に介在することにより、支持ストリップ720とアンカリング部材挿入溝13bの内壁との間に空間部750が形成される。
アンカリング部材740の押し込みによって形成される支持ストリップ720とアンカリング部材挿入溝13bの内壁との間の空間部750には低圧領域の流体が流入し、支持ストリップ720の第1支持部721に圧力を加えて、支持ストリップ720とともにブラシ710の低圧側一面を支持する。
また、支持ストリップ720の外側面に少なくとも1つ以上の補助ストリップ730が階段式で積層されてもよい。補助ストリップ730は、支持ストリップ720の第1支持部721に支持される第2支持部731と、アンカリング部材740の一側を取り囲むように円弧状のラウンドに折曲形成される第2折曲部732と、第2折曲部732の一端から延長形成される第2延長部733とを含む。
ブラシ710と第1支持部721および第2支持部731は、ブラシ710の外側に行くほど、その末端がロータからさらに遠く離隔して位置する形態、すなわち、階段式で積層される。
アンカリング部材740が支持ストリップ720の第1支持部721の上端を集中的に加圧して、支持ストリップ720とブラシ710をブラシ挿入溝13aに固定させる。
また、ブラシ710の低圧側一面に支持ストリップ720と補助ストリップ730が階段式で積層されることにより、支持ストリップ720または補助ストリップ730の他端がロータと接触することとなるラビング時にも、熱や摩耗の発生が従来に比べて低減される。
同時に、ブラシ710の低圧領域側一面が支持ストリップ720と補助ストリップ730によって支持されると同時に、空間部750に流入した低圧側領域の流体によって支持されることにより、支持ストリップ720または補助ストリップ730と装着溝13の内壁との摩擦による摩耗が防止される効果がある。
100、100a、200、200a、300、400、500、600、700:ブラシシールアセンブリ
110、210:ブラシ
120、220:支持ストリップ
130、140、230:バックプレート
240:アンカリング部材
121、224:屈曲部
122、225:圧力ポケット

Claims (24)

  1. タービンの固定翼とロータとの間の間隙をシーリングするブラシシールアセンブリであって、
    前記固定翼の一側に一端が挿入され、他端が前記ロータ方向に突出するブラシと、
    前記ブラシの一側を支持する支持ストリップと、
    前記支持ストリップの前記ブラシを支持する側と反対の側である一側を支持する第1バックプレートとを含むブラシシールアセンブリ。
  2. 前記ブラシの他側を支持する第2バックプレートをさらに含む、請求項1に記載のブラシシールアセンブリ。
  3. 前記固定翼の一側にブラシ挿入溝が形成され、前記ブラシの一端と前記支持ストリップの一端が前記ブラシ挿入溝の中間部に溶接固定される請求項2に記載のブラシシールアセンブリ。
  4. 前記支持ストリップに少なくとも1つ以上の屈曲部が形成される請求項1から3のいずれか1項に記載のブラシシールアセンブリ。
  5. 前記屈曲部と前記ブラシとの間に圧力ポケットが形成される請求項4に記載のブラシシールアセンブリ。
  6. 前記支持ストリップは、
    前記ブラシの一側面を支持する支持部と、前記支持部の一端から前記ブラシの一端を取り囲むように折曲形成される折曲部と、前記折曲部の一端から前記ブラシの他側面の一部を覆うように延びる延長部とを含む請求項1に記載のブラシシールアセンブリ。
  7. 前記支持部に少なくとも1つ以上の屈曲部が形成される請求項6に記載のブラシシールアセンブリ。
  8. 前記屈曲部と前記ブラシとの間に圧力ポケットが形成される請求項7に記載のブラシシールアセンブリ。
  9. 前記ブラシの他側に、前記延長部を前記ブラシに対して加圧支持するアンカリング部材が介在する請求項6から8のいずれか1項に記載のブラシシールアセンブリ。
  10. 前記ブラシの一端は、前記固定翼の一側に形成されたブラシ挿入溝に挿入され、
    前記アンカリング部材は、前記ブラシ挿入溝に隣接して挿入方向に段差を有するように形成されたアンカリング部材挿入溝に挿入される請求項9に記載のブラシシールアセンブリ。
  11. 前記支持ストリップは、前記ロータの側に配置される第1支持ストリップと前記固定翼の側に配置される第2支持ストリップを含み、 前記第1支持ストリップは、弾性復元力を有する材質で形成され、
    前記第2支持ストリップは、前記第1支持ストリップとは異なる材質で形成される、
    請求項1から3のいずれか1項に記載のブラシシールアセンブリ。
  12. 前記支持ストリップは、前記ブラシの側に配置される第1支持ストリップと前記第1バックプレートの側に配置される第2支持ストリップを含み、
    前記第1支持ストリップは、弾性復元力を有する材質で形成され、
    前記第2支持ストリップは、前記第1支持ストリップとは異なる材質で形成される請求項1から3のいずれか1項に記載のブラシシールアセンブリ。
  13. 前記支持ストリップは、前記ロータの側から前記固定翼の側まで前記ブラシに対向し、前記ロータの側の一部が前記第1バックプレートに接して配置される第1支持ストリップと、前記第1バックプレートの側に配置される第2支持ストリップを含み、
    前記第1支持ストリップは、弾性復元力を有する材質で形成され、
    前記第2支持ストリップは、前記第1支持ストリップとは異なる材質で形成される請求項1から3のいずれか1項に記載のブラシシールアセンブリ。
  14. 前記アンカリング部材は、
    実質的に長方形からなって、支持ストリップから延びた延長部の外周面に一面が密着し、他面はアンカリング部材挿入溝に密着した状態で嵌合する請求項10に記載のブラシシールアセンブリ。
  15. タービンの固定翼とロータとの間の間隙をシーリングするブラシシールアセンブリであって、
    前記固定翼の一側に一端が挿入され、他端が前記ロータ方向に突出するブラシと、
    前記ブラシの一側を支持する支持ストリップと、
    前記ブラシの他側を支持するアンカリング部材とを含むブラシシールアセンブリ。
  16. 前記支持ストリップは、
    前記ブラシの一側面を支持する支持部と、前記支持部の一端から前記ブラシの一端を取り囲むように折曲形成される折曲部とを含み、前記支持部の他端が前記ブラシの端よりも前記固定翼の側に位置する請求項15に記載のブラシシールアセンブリ。
  17. 前記支持ストリップは、
    前記折曲部の一端から前記ブラシの他側面の一部を覆うように延びる延長部をさらに含む、請求項16に記載のブラシシールアセンブリ。
  18. 前記支持部に少なくとも1つ以上の屈曲部が形成される、請求項16または17に記載のブラシシールアセンブリ。
  19. 前記ブラシの一端は、前記固定翼の前記ロータの側に形成された装着溝の一側に形成されたブラシ挿入溝に挿入され、
    前記アンカリング部材は、前記延長部の前記ブラシの側とは反対の側を加圧するように、前記装着溝の他側に形成されたアンカリング部材挿入部に挿入される請求項17に記載のブラシシールアセンブリ。
  20. 前記支持ストリップの前記ブラシの側と反対の側に少なくとも1つ以上の補助ストリップが積層され、前記補助ストリップの前記ロータの側の端が前記支持ストリップの前記ロータ側の端よりも前記固定翼の側に位置するように、前記補助ストリップが階段式に積層される請求項9から19のいずれか1項に記載のブラシシールアセンブリ。
  21. タービンの固定翼とロータとの間の間隙をシーリングするブラシシールアセンブリであって、
    前記固定翼の一側に一端が挿入され、他端が前記ロータ方向に突出するブラシと、
    前記ブラシの一側を支持する支持ストリップと、
    前記支持ストリップの前記ブラシを支持する側と反対の側である一側を支持するアンカリング部材と
    を含み、
    前記支持ストリップは、前記ブラシの一側面を支持する支持部と、前記支持部に少なくとも1つ以上形成された屈曲部と、前記支持部の一端から前記ブラシの一端を取り囲むように折曲形成される折曲部とを含み、
    前記ブラシの一側に前記支持ストリップが少なくとも1つ以上階段式で積層されるブラシシールアセンブリ。
  22. タービンの固定翼とロータとの間の間隙をシーリングするブラシシールアセンブリであって、
    前記固定翼の一側に形成される装着溝に一端が挿入され、他端が前記ロータ方向に突出するブラシと、
    前記ブラシの一側面を支持する第1支持部と、前記第1支持部の一端から前記ブラシの一端を取り囲むように折曲形成される第1折曲部とを含む支持ストリップと、
    前記ブラシに対向するように前記装着溝に挿入され、前記ブラシの上端部の一側を加圧支持するアンカリング部材と、
    前記第1支持部の一側面を支持し、前記支持ストリップと前記アンカリング部材との間に介在する補助ストリップと
    を含み、
    前記補助ストリップは、
    前記第1支持部の一側面を支持する第2支持部と、前記第2支持部の一端から前記アンカリング部材の外周面の一側を取り囲むように折曲形成される第2折曲部とを含むブラシシールアセンブリ。
  23. 前記補助ストリップが前記第1支持部の一側面に複数個積層される請求項22に記載のブラシシールアセンブリ。
  24. 前記補助ストリップの前記ロータの側の端が前記支持ストリップの前記ロータ側の端よりも前記固定翼の側に位置するように、複数の補助ストリップが前記支持ストリップに階段式に積層される請求項23に記載のブラシシールアセンブリ。
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