JP4008790B2

JP4008790B2 - Plate brush seal device

Info

Publication number: JP4008790B2
Application number: JP2002278045A
Authority: JP
Inventors: 徹河野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2004116589A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸と相対部品との間をシールする板ブラシシール装置に関する。
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装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
本発明の関連技術には、図６に示すブラシシール装置１００Ａが存在する。
図６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１００Ａの断面図である。このブラシシール装置１００Ａはケーシング１１０に取り付けられて回転軸１２０との間を剛毛１０１により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、全体が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。そして、ブラシシール装置１００Ａの主要な構成は、ブラシシール１０９と背板１０２と支持板１０３である。このブラシシール１０９は、多数の剛毛１０１が軸方向へ複数に配列されると共に、その複数の配列が円周に沿って密接に配列されて壁状を成している。このブラシシール１０９は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に間隙を設けて嵌合している。この剛毛１０１の線径は、一般に、０．０５ｍｍから０．５ｍｍのものが用いられている。そして、その本数は、前周で何万、何十万本となる。
【０００４】
このブラシシール１０９の低圧側領域Ｐ２側の側面には、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、高圧側領域Ｐ１の被密封流体の圧力を受けても剛毛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の自由端側が動きの自由度を発揮できる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。
【０００５】
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。ブラシシール装置１００は，少なくとも、剛毛１０１からなるために背板１０２を必要とする。
この結合部１０６に於いて、前述したように剛毛１０１は細線から形成されているから、剛毛１０１を厚肉の背板１０２と保持板１０３との間に挟持して溶接すると、剛毛１０１が背板１０２や保持板１０３よりも早く溶けてしまうので、特殊の溶接機で溶接しなければならない。このために製造がコスト高になる。
【０００６】
又、このブラシシール１０９は、何万本数の剛毛１０１がある厚さの束にされて周方向に沿って配列されると共に、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させることもある。
このように剛毛１０１を傾斜した状態にして多数の剛毛１０１を配列することは、剛毛１０１が細線であり、しかも短いから、その剛毛１０１の配列及び溶接が困難をきたしている。
【０００７】
更に、このブラシシール１０９の正常状態は、図６の実線で示すように、回転軸１２０を自由端面１０５に接触又は近接状態に嵌合する必要がある。このために、ブラシシール１０９の自由端面１０５は、回転軸１２０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に加工されている。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。そこで、ブラシシール１０９の自由端面１０５は、回転軸１２０に対してＣの間隙を設けて嵌合しているのが現状である。
更に、剛毛１０１は、細線から製作されているから、ブラシシール１０９の自由端面１０５側の各剛毛１０１に高圧側領域Ｐ１における被密封流体の圧力を受けると、各剛毛１０１間に間隙が生じて被密封流体が低圧側領域Ｐ２へ流出するため、シール能力を向上させることが困難である。
【０００８】
又、他の関連技術として、図７に示すブラシシール装置１００Ｂが存在する。この図７は、薄板の板ブラシ（ストリップ）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。
この板ブラシ２０９の外周部は、ろう付部２０５により接着して取付部１０４に形成されている。そして、この取付部１０４はケーシング１１０の溝部に取り付けられる。又、板ブラシ２０９の低圧側領域Ｐ２側の側面には背板１０２が配置されていると共に、高圧領域側Ｐ１側の側面には保持板１０３が配置されており、この両板１０２，１０３により板ブラシ２０９の両側を支持している。そして、環状を成す多数の板ブラシ２０９により被密封流体をシールする。
【０００９】
しかし、板ブラシ２０９は剛性があるので、板ブラシ２０９の自由端面と回転軸１２０の外周面との間隔を大きくして嵌合しなければならず、この間隙により被密封流体をシールする能力に問題が生じる。叉、この板ブラシ２０９と回転軸１２０との間隙が大きいために間隙を一定に組み立てることが困難である。
しかも、板ブラシ２０９は、０．０５ｍｍから０．５ｍｍのような薄板を方形に加工すると共に、傾斜しなければならないので、この板ブラシ２０９は、傾斜方向へ滑るので、積層した配列が困難である。特に、板ブラシ２０９を３０°以上に傾斜させて配列しようとすると、各板ブラシ２０９の自由端側が不揃いになるので、シール能力が低下する。
【００１０】
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る板ブラシ２０９は、単なる平板のみ、叉は回転軸１２０の回転反対方向へ曲げられている。このために、板ブラシ２０９に回転軸１２０が振動したり偏芯したりして当接したときに板ブラシ２０９は当接方向へ弾性変形することが困難になる。その結果、板ブラシ２０９の自由端は、回転軸１２０との摩擦により摩耗してシール能力を更に低下させることになる。更に、回転軸１２０は板ブラシ２０９との摩擦により回転軸１２０の動力ロスを惹起する。
【００１１】
【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、板ブラシシール装置が回転軸と当接しても容易に弾性変形して摩耗するのを防止することにある。更に、板ブラシシール装置を回転軸に密接状態に嵌合可能にして、シール能力を向上させることにある。
【００１２】
更に、板ブラシシール装置の組立を容易にして組立コストを低減することにある。特に、板ブラシシール装置は、板ブラシの整列・組立作業を容易にすると共に、板ブラシの長手方向の長さが短い場合でも弾性変形能力を発揮させることにある。
【００１３】
【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。
【００１４】
請求項１に係わる本発明の板ブラシシール装置は、間隙を有して相対移動する一方のケーシングの孔の周りに取付けられて他方のロータの外周面との間をシールする板ブラシシール装置であって、薄板状の一端側に基板部を有するとともに他端側にシール板部を有する板ブラシと、板ブラシの基板部をロータの外周の周りに対向板面が互いに合わされて環状体に形成するとともにケーシングに取り付け可能にされた取付部と、板ブラシのシール板部も対向板面が互いに合わされてロータの外周の廻りに環状に形成されて被密封流体をシールするシール部とを具備し、シール部には基板部側から自由端部側に向かってロータの移動方向へ曲げられて湾曲部に形成したシール板部を有し、且つ湾曲部の自由端部側の対向板面間の間隙が湾曲部の取付部側の対向板面間の間隙よりも大きく形成されているものである。
【００１５】
この請求項１に係わる本発明の板ブラシシール装置では、一方の相対部品（ケーシングとも言う）に取付部の各基板部が傾斜することなく配列できるので、この配列状態に組立てることが極めて容易になる。しかも、各板ブラシを円環状に配列するとき、板ブラシの基板部の端面を治具の保持面に接合して配列すれば、板ブラシのシール板部は湾曲部に曲げられているから、配列が簡単になる。更に、板ブラシは、他方の相対部品に対して曲げられた状態で弾性変形可能に対面できるので、他方の相対部品と間隙の少ない接合状態に配置できる（同時に、湾曲部により被密封流体の圧力を受ける面に対しても強度が増す）。この為に、シール部におけるシール板部の他方の相対部品との接合面間は間隙が少なくなるから、シール部の能力を向上することが可能になる。
更に、シール部における板ブラシのシール板部は湾曲部に曲げられているとともに湾曲部の対向板面間に間隙が設けられているから（図４及び図５に示すように、シール板部の自由端部側の厚さが徐々に狭くしたり、長いシール板部の両側に長さの短いシール板部を配列することにより、結果的に、自由端部側の対向板面間に間隙が形成される）他方の相対部品が当接しても弾性変形により摩擦が低減できる。この為に、シール部の他方の相対部品に対する摩擦を低減することが可能になると同時に、弾性変形能力により、摩擦による摩耗を防止できる。また、シール部の摩耗によるシール能力の低下を湾曲部の構成により防止することが可能になる。
【００１６】
請求項２に係わる本発明の板ブラシシール装置は、シール部における湾曲部の自由端部側の対向板面間の間隙は、自由端部の長さが異なる板ブラシを複数枚重ねて一対にした積層板ブラシをさらに連続に重ねて合わせて形成されているものである。
【００１７】
この請求項２に係わる本発明の板ブラシシール装置では、全体を環状に形成したときに、環状の外周長さが内周長さより長くなる分、同一厚さの板ブラシを環状に配列したときに外周側の板ブラシの配列面間に間隙が生じるが、自由端部側が長くされた各板ブラシの間に短い板ブラシを配列すると板ブラシの配列面間の間隙が少なくなる。このため、板ブラシシール装置のシール能力を向上させることが可能になる。
更に、シール部において、各自由端部の長さが異なる板ブラシが配列されているので、シール部の他方の相対部品に対する弾性変形が向上し、他方の相対部品と接触したときの摩擦・摩耗を防止することが可能になる。
【００１８】
請求項３に係わる本発明の板ブラシシール装置は、シール部における湾曲部の自由端部側の対向板面間の間隙は、各シール板部の自由端部の長さが長いのと短いのとを重ね合わせて交互に変えて形成されているものである。
【００１９】
この請求項３に係わる本発明の板ブラシシール装置では、各シール板部の自由端部の長さを異にしてシール部における自由端部の長い各シール板部の配列方向の両側に自由端部側が短いシール板部を配列してそこに間隙を形成しているから（自由端部方向から見ると凹凸に形成される）、板ブラシの配列間の間隙により各シール板部の湾曲部における弾性変形が容易になる。特に、シール部における配列間の間隙は、板ブラシの肉厚を必要に応じて薄くすることができるので、シール部の全体の弾性変形能力を向上することが可能になる。同時に、シール部のシール能力を向上させることが可能になる。
【００２０】
請求項４に係わる本発明の板ブラシシール装置は、シール部における湾曲部の自由端部側の対向板面間の間隙は、取付部側より自由端部側に向かって徐々に薄肉に形成された各シール板部間により形成されているものである。
【００２１】
この請求項４に係わる本発明の板ブラシシール装置では、各板ブラシのシール板部側が取付部側よりも徐々に薄肉に形成された結果、配列された対向板面間に間隙が形成されているので、板ブラシの自由端部側の湾曲部と相まってシール板部の弾性変形能力を向上させることが可能になる。特に、環状を成す板ブラシシール装置は、周りの長さにおける内周と外周との周長さ差を板ブラシの厚肉の調整により解消して間隙が生じるのをなくすことができるから、取付部の各基板部間の側面間にスペーサを設けなくとも、各板ブラシを配列したのみで間隙のない環状に形成することが可能になる。このため、板ブラシシール装置の取付部側のシール能力が向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい１実施の形態の板ブラシシール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下の図面は、設計に基づいて描いた図面である。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施の形態を示すものであって、ガスタービンのケーシング５０の孔５０Ａにロータ６０が嵌通した両部品間の間隙を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切るように組み込んだ板ブラシシール装置１を軸方向へ断面にした半断面図である。
【００２４】
この図１において、板ブラシシール装置１は、ケーシング（一方の相対部品）５０とロータ（他方の相対部品叉は回転軸）６０との間に組み立てられている。板ブラシシール装置１を構成する板ブラシ３は、図１に示すように方形状に形成されて、一方にシール板部３Ａを設けるとともに、他方に基板部３Ｂを設けている。
この板ブラシシール装置１の取付部２Ａは、板ブラシ３をロータ６０の周面に沿って環状に配列（以下、配列を積層とも言うが、積層とは各図に示すように並べるという意味であって、上下に重ねると言う意味ではない）した基板部３Ｂの両側に背板部２Ａ１と保持部２Ａ２とを取り付けるとともに、各部品を一体に溶接して形成する。なお、この背板部２Ａ１と保持部２Ａ２とを断面Ｕ字形状に一体に形成して環状に配列された基板部３Ｂの外周を覆うように挟持しても良い。そして、板ブラシシール装置１の取付部２Ａは、構成部品の一方の相対部品であるケーシング５０の内周面に設けられた段部５１にスナップリング１４を介して取り付けられている。この背板部２Ａ１は、板ブラシシール装置１の取付部２Ａ側におけるシール部２Ｂの板ブラシ３の積層間に隙間がある場合に被密封流体をシールする役目をする。従って、板ブラシ３の積層間に間隙が少ない場合には、背板部２Ａ１を設けなくとも被密封流体をシールすることが可能になる。
また、図１に示すように、シール部２Ｂは、取付部２Ａの内周側にあって、各板ブラシ３を環状に配列した各シール板部３Ａにより形成する。
【００２５】
図２は、板ブラシシール装置１のシール部２Ａ側がロータ６０に嵌合した状態を示す１部の正面図である。
この板ブラシシール装置１のシール部２Ｂは、図２に示すように、板ブラシ３の自由端部５側がロータ６０の回転方向へ向かって湾曲部３Ａ１に形成されている。この板ブラシ３は、図４に示すように、基板部３Ｂから自由端部５に向かって徐々に薄肉に形成されて積層した対向板面間に間隙を形成している。その薄肉に変化する全体の寸法割合は、環状体の内径と外径の寸法差を考慮して積層したときに、積層した対向板面間に隙間がないように形成されている。
この板ブラシシール装置１のシール部２Ｂの自由端部５は、他方の部品であるロータ６０の外周面と０．０１から１ｍｍというような微小な間隙で嵌合している。この状態で、板ブラシシール装置１により高圧Ｐ１側の被密封流体をシールするものであるから、微小間隙から被密封流体が漏洩する量は、低圧Ｐ２側にも圧力があるから微小となる。
叉、シール部２Ｂは、湾曲部３Ａ１に形成されているために、ロータ６０と当接しても湾曲方向へ弾性変形するので、摩擦係数を低減することが可能になる。
【００２６】
図３は、本発明の第２実施の形態を示す板ブラシシール装置１の平面図である。この板ブラシシール装置１は、円環状に形成したものであり、板ブラシ３の基板部３Ｂの外周面を溶接して固着した取付部２Ａに形成したものである。この板ブラシシール装置１では、取付部２Ａに直接に背板部２Ａ１及び保持部２Ａ２が一体化されていない。この背板部２Ａ１を用いるか否かは、被密封流体の圧力の大きさに応じて選択できる。この背板部２Ａ１及び保持部２Ａ２は板ブラシシール装置１の補助部品に相当するものである。
板ブラシシール装置１のシール部２Ｂは、板ブラシ３の自由端部５側が湾曲部３Ａ１に形成されている。この板ブラシ３の湾曲部３Ａ１に曲げられた方向は、ロータ６０の回転方向である。
【００２７】
図４は、図３のＡ部を拡大したシール部２Ｂの正面図である。この図４に於いて、各板ブラシ３の基板部３Ｂは、積層しやすいように略同一肉厚に形成されている。そして、シール板部３Ａは、基板部３Ｂの端部から湾曲部３Ａ１が形成されている。更に、シール板部３Ａは、この基板部３Ｂから自由端部５に向かって徐々に厚さが薄肉に形成されているので、図４に示すように、各対向板面間に間隙が形成される。そして、シール板部３Ａは、自由端部５に於いて弾性的可撓性を有するような薄肉に構成されている。
この各板ブラシ３は、環状に積層されており、基板部３Ｂは、径方向を成す平面を接合状態に積層されると共に、シール板部３Ａは、図４に示すよう形で湾曲部３Ａ１（図２を参照）が湾曲状態でロータ６０（図２を参照）と接合できる。そして、板ブラシ３の基板部３Ｂの積層面間（対向板面間とも言う）には、ほとんど隙間がなくなるように接合する。
この第２実施の形態の板ブラシシール装置１に於いても、シール部２Ｂは、湾曲部３Ａ１の構成と、薄肉にしたシール板部３Ａの構成とにより、被密封流体に対するシール能力の向上と共に、ロータ６０の当接に対して弾性変形能力により摩擦係数の低減を可能にしている。
【００２８】
図２及び図４に示す板ブラシ３の自由端部５に向かって徐々に薄肉にする加工は、ニッケル基合金、ステンレス鋼、鋼板等の金属薄板に板ブラシ３の形状をレジストによりパターン形成する。このレジストは、０．０５ｍｍから０．５ｍｍの厚さの金属薄板の表面をクリーニングし、その後に金属薄板の表面にスクリーン印刷法、ドライフイルム／写真法、液体レジスト／写真法により板ブラシ３のパターンにレジストする。
そして、板ブラシ３の自由端部５に向かって徐々に薄肉にする加工は、エッチングにより簡単に形成できる。このエッチングはレーザエッチング、プラズマエッチング、化学処理エッチング、ショットブラスト等の加工により精密にして簡単にできる。これらの加工は、マイクロ加工を含めて最近の加工技術で簡単に製作できるので、詳細は省略する。
その他の構成は、図１叉は図２の同一符号で示すものと同様である。
【００２９】
図５は、本発明の第３実施の形態を示す板ブラシシール装置１の１部の正面図である。この板ブラシシール装置１の板ブラシ３は、長さの異なる４枚が一対を成して積層板ブラシ４に構成する。シール部２Ｂは、この自由端部５の長さが異なる各板ブラシ３を配列してシール部２Ｂの自由端部５側が内周側から見て凹凸になるように積層されるとともに、湾曲部３Ａ１により湾曲にされているから、シール部２Ｂの積層面間に隙間を少なくするように形成できる。各板ブラシ３は、厚さが略一定の薄板から製作される。この板ブラシ３の材質はステンレス鋼、ニッケル基合金、鋼、セラミック材製の薄板である。そして、板ブラシ３は薄肉に形成できるから、３枚を一組叉は６枚を一組のように積層して積層板ブラシ４に形成できる。
このように略同一厚さの板ブラシ３を積層して板ブラシシール装置１に形成すると、シール部２Ｂの弾性変形力が増加してロータ６０との摩擦係数を低減できる。
しかも、シール部２Ｂは、長さが異なる板ブラシ３により密集積層しているから、シール能力も向上する。
その他の構成は、図１叉は図２の同一符号で示すものと同様である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の本発明に係わる板ブラシシール装置によれば、板ブラシの取付部側の各基板部を積層すると共に、シール板部の湾曲部を互いに接合して積層すると、積層に於いて、板ブラシが滑ることなく簡単に積層させることが可能になるので、多数の板ブラシを組み立てるとき、組立コストを低減できる効果を奏する。
叉、板ブラシのシール板部は湾曲部に形成されているから、他方の部品の当接に対して曲げられた状態で弾性変形可能に対応できるので、摩擦係数が小さくなる。そして、シール部の他方の部品に対して摩耗が防止できる効果を奏する。
更に、湾曲部に形成された板ブラシの積層されたシール部は、他方の部品に微小な間隔叉は接合状態で嵌合できるから、間隙を無くしてシール部のシール能力を向上することが可能になる。
【００３１】
請求項２の本発明に係わる板ブラシシール装置によれば、環状を成す板ブラシシール装置に於いて、外周長さが内周長さより長くなる分、同一厚さの板ブラシを積層すると外周側の板ブラシ間に間隙が生じるが、長い各板ブラシの間に短い板ブラシを積層するとシール部の積層間隙が少なくなるから、シール能力を向上させる効果を奏する。叉、板ブラシを支持する背板も省略できるから部品点数を少なくできる効果を奏する。
更に、シール部は、各長さの異なる板ブラシが積層されているので、シール部の弾性変形が向上して他方の部品との摩擦・摩耗を防止できる効果を奏する。
【００３２】
請求項３の本発明に係わる板ブラシシール装置によれば、各板ブラシのシール板部側の長さが凹凸に積層された積層板ブラシが連続に積層されているから、板ブラシの長さの異なるシール板部により弾性変形能力が更に向上し、摩耗を防止する効果を奏する。しかも、長さの異なる板ブラシからなるシール部により、シール板部の積層間に間隙が少なくなるから、シール能力が更に向上できる効果を奏する。
【００３３】
請求項４の本発明に係わる板ブラシシール装置によれば、各板ブラシのシール板部側が取付部側よりも徐々に薄肉に形成されているので、板ブラシの自由端部側の湾曲部と相まってシール板部の弾性変形能力を向上させる効果を奏する。
更に、板ブラシの自由端部が薄肉に形成されているから、他方の部品に接合状態に接合しても摩擦力が小さいので、他方の部品との接合間隙をなくすことができ、シール能力を向上できる効果を奏する。
特に、内径に向かって薄肉にされた板ブラシは、環状を成す板ブラシの各基板部間にスペーサを設けることなく、板ブラシを積層したのみで環状に形成することが可能になるので、組立コストが大きく低減できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる板ブラシシール装置の半断面図である。
【図２】図１に示す軸方向の板ブラシシール装置の１部の正面図である。
【図３】本発明の第２実施の形態を示す板ブラシシール装置の平面図である。
【図４】図３の板ブラシシール装置のＡ部の拡大図である。
【図５】本発明の第３実施の形態を示す板ブラシシール装置の１部の正面図である。
【図６】本発明に関連する従来の板ブラシシール装置を取付箇所に装着した半断面図である。
【図７】本発明に関連する従来の板ブラシシール装置を取付箇所に装着した斜視図である。
【符号の説明】
１板ブラシシール装置
２Ａ取付部
２Ａ１背板部
２Ａ２保持部
２Ｂシール部
３板ブラシ
３Ａシール板部
３Ａ１湾曲部
３Ｂ基板部
４積層板ブラシ
５自由端部
５０一方の部品（ケーシング）
５１段部、６０他方の部品（ロータ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plate brush seal device for sealing between a shaft and a relative part.
More specifically, for example, the present invention relates to a plate brush seal device that seals between a rotating shaft and a relative component that is relatively displaced, such as an aircraft or a gas turbine.
[0002]
[Prior art]
The related art of the present invention includes a brush seal device 100A shown in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the brush seal device 100A attached to the casing 110 through which the rotary shaft 120 passes. This brush seal device 100A is attached to the casing 110 and seals the fluid to be sealed by partitioning the rotary shaft 120 with the bristles 101.
[0003]
The brush seal device 100 A is entirely formed in a ring shape and is attached to the attachment groove 112 of the casing 110. The main components of the brush seal device 100A are a brush seal 109, a back plate 102, and a support plate 103. The brush seal 109 has a plurality of bristles 101 arranged in a plurality in the axial direction, and the plurality of arrangements are arranged closely along the circumference to form a wall shape. One end of the brush seal 109 is joined to form the attachment portion 104. Further, the free end surface 105 of the brush seal 109 is fitted to the rotary shaft 120 with a gap. The wire diameter of the bristles 101 is generally 0.05 mm to 0.5 mm. And the number will be tens of thousands and hundreds of thousands on the previous lap.
[0004]
On the side surface of the brush seal 109 on the low pressure side region P2 side , an annular back plate 102 is disposed with the side surface 108 in contact with the brush seal 109, and the back plate 102 is disposed in the high pressure side region P1. The bristle 101 is supported so as not to be deformed even under the pressure of the sealed fluid.
A holding plate 103 is formed as a ring plate on the other surface of the brush seal 109 so as to hold the mounting portion 104 side of the brush seal 109 with the back plate 102. The holding plate 103 is narrow in the radial direction so that the free end side of the brush seal 109 can exhibit a degree of freedom of movement so that the brush seal 109 is exposed to the sealed fluid side.
[0005]
The back plate 102, the attachment portion 104 of the brush seal 109, and the holding plate 103 are welded at one end to form a coupling portion 106. The brush seal device 100 requires at least the back plate 102 to be composed of the bristles 101.
Since the bristles 101 are formed from thin wires in the coupling portion 106 as described above, when the bristles 101 are sandwiched between the thick back plate 102 and the holding plate 103 and welded, the bristles 101 are back-bonded. Since it melts faster than the plate 102 and the holding plate 103, it must be welded by a special welding machine. This increases manufacturing costs.
[0006]
The brush seal 109 is bundled with a thickness of tens of thousands of bristles 101 and arranged along the circumferential direction, and in the direction in which the rotary shaft 120 rotates with respect to the radial direction of the rotary shaft 120. May be tilted.
Arranging a large number of bristles 101 in such a state that the bristles 101 are inclined as described above makes it difficult to arrange and weld the bristles 101 because the bristles 101 are thin wires and short.
[0007]
Furthermore, the normal state of the brush seal 109, as shown by the solid line in FIG. 6, it is necessary to fit the contact or proximity state the rotation axis 120 to the free end face 105. For this purpose, the free end surface 105 of the brush seal 109 is processed with a precision finish by a wire electric discharge machine or the like so as to be fitted to the rotating shaft 120. However, since the bristles 101 are easily deformed, this processing is extremely difficult. Therefore, the free end surface 105 of the brush seal 109 is currently fitted with a C gap with respect to the rotating shaft 120.
Furthermore, since the bristles 101 are manufactured from thin wires, when the bristles 101 on the free end face 105 side of the brush seal 109 are subjected to the pressure of the sealed fluid in the high pressure side region P1 , gaps are generated between the bristles 101. Since the sealed fluid flows out to the low pressure side region P2, it is difficult to improve the sealing ability.
[0008]
As another related technique, there is a brush seal device 100B shown in FIG. In FIG. 7, a thin plate brush (strip) 209 is stacked in the circumferential direction of the rotating shaft 120 in a laminated state to seal the high pressure side region P1 and the low pressure side region P2.
An outer peripheral portion of the plate brush 209 is formed on the attachment portion 104 by being bonded by a brazing portion 205 . The attachment portion 104 is attached to the groove portion of the casing 110. A back plate 102 is disposed on the side surface of the plate brush 209 on the low pressure side region P2 side , and a holding plate 103 is disposed on the side surface on the high pressure region side P1 side. Both sides of the plate brush 209 are supported. Then, the fluid to be sealed is sealed by a large number of plate brushes 209 having an annular shape.
[0009]
However, since the plate brush 209 is rigid, it is necessary to increase the distance between the free end surface of the plate brush 209 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 120, and this gap can seal the sealed fluid. Problems arise. In addition, since the gap between the plate brush 209 and the rotating shaft 120 is large, it is difficult to assemble the gap uniformly.
Moreover, since the plate brush 209 has to be processed into a rectangular shape with a thin plate of 0.05 mm to 0.5 mm and to be inclined, the plate brush 209 slides in the inclined direction, so that the stacked arrangement is difficult. is there. In particular, if the plate brushes 209 are arranged to be inclined by 30 ° or more, the free end sides of the plate brushes 209 become uneven, so that the sealing ability is lowered.
[0010]
Further, the plate brush 209 bonded and overlapped in the direction in which the pressure of the sealed fluid acts is bent only on a flat plate or in the direction opposite to the rotation of the rotary shaft 120. For this reason, it is difficult for the plate brush 209 to elastically deform in the contact direction when the rotating shaft 120 abuts on the plate brush 209 due to vibration or eccentricity. As a result, the free end of the plate brush 209 is worn by friction with the rotating shaft 120, and the sealing ability is further reduced. Further, the rotating shaft 120 causes a power loss of the rotating shaft 120 due to friction with the plate brush 209.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and its technical problem is to prevent the plate brush seal device from being easily elastically deformed and worn even if it contacts the rotating shaft. There is. Furthermore, the plate brush seal device can be closely fitted to the rotating shaft to improve the sealing ability.
[0012]
Furthermore, it is to facilitate the assembly of the plate brush seal device and reduce the assembly cost. In particular, the plate brush seal device facilitates the alignment and assembling work of the plate brushes, and also exhibits the elastic deformation ability even when the length of the plate brush in the longitudinal direction is short.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and technical means for solving the problems are configured as follows.
[0014]
According brush seal device of the present invention according to claim 1, the brush seal is mounted around the hand of the casing bore you relative movement with a gap for sealing between the outer peripheral surface of the other rotor an apparatus, thin plate-like and the brush having a seal plate at the other end which has a substrate portion on one end side, are combined facing plate surface around the circumference of the rotor the substrate portion of the brush with one another annular body And a seal part that can be attached to the casing, and a seal plate part of the plate brush is formed in an annular shape around the outer periphery of the rotor so that the sealing plate part seals the sealed fluid. provided, the sealing portion have a seal plate portion formed in the curved portion bent in the moving direction of the rotor toward the free end side from the substrate side, and the opposite plate surfaces of the free end of the curved portion The gap between Are those larger than the gap between the opposite plate surfaces of the parts side.
[0015]
In the plate brush seal device according to the first aspect of the present invention, each substrate portion of the mounting portion can be arranged on one relative component (also referred to as a casing) without being inclined, so that it is very easy to assemble in this arrangement state. Become. Moreover, when arranging the plate brushes in an annular shape, if the end surface of the substrate part of the plate brush is arranged to be joined to the holding surface of the jig, the seal plate part of the plate brush is bent to the curved part, Arrangement is simplified. Further, since the plate brush can be faced so as to be elastically deformed while being bent with respect to the other relative component, it can be arranged in a joined state with a small gap with the other relative component (at the same time, the pressure of the sealed fluid is reduced by the curved portion. The strength is also increased against the receiving surface) . For this reason, since the gap between the joint surfaces of the seal plate portion and the other relative part in the seal portion is reduced, the capability of the seal portion can be improved.
Further, since the seal plate portion of the plate brush in the seal portion is bent into a curved portion and a gap is provided between the opposing plate surfaces of the curved portion (as shown in FIGS. 4 and 5, By gradually reducing the thickness of the free end side or by arranging short seal plate parts on both sides of the long seal plate part, the gap between the opposing plate surfaces on the free end side is consequently reduced. Friction can be reduced by elastic deformation even if the other relative component ( formed) is in contact. For this purpose, at the same time reducing the friction relative to the other of the relative parts of the sealing portion can be ing, by elastic deformation capacity, it can prevent wear due to friction. Further , it is possible to prevent a decrease in the sealing ability due to wear of the seal portion by the configuration of the curved portion .
[0016]
Pair brush seal device of the present invention relating to claim 2, the gap between the opposite plate surfaces of the free end of the curved portion of the seal portion, overlapping a plurality of the different Do that the brush length of the free end are those formed by further combined to overlap the continuous laminate brush you.
[0017]
In the brush seal device of the present invention is related to the second aspect, at the time of forming the whole ring, amount that the outer peripheral length of the annular becomes longer than the inner circumferential length, when the the brush of the same thickness and arranged in a ring in but a gap is generated between the sequences surface of the outer peripheral side of the brush, the gap between the array surface of SEQ Then the brush short the brush between each plate brushes the free end side is rot length is reduced. For this reason, it becomes possible to improve the sealing capability of the plate brush seal device .
Furthermore, in the sealing portion, the length of each free end is different the brush is arranged, the elastic deformation is improved relative to the other relative parts of the sealing portion, friction and wear when in contact with the other relative parts proof resign Rukoto is to allow.
[0018]
In the plate brush seal device of the present invention according to claim 3, the gap between the opposing plate surfaces on the free end side of the curved portion in the seal portion is short when the length of the free end portion of each seal plate portion is long. those that are made form instead alternately superposed and.
[0019]
In the brush seal device of the present invention is related to the claim 3, the free end on both sides in the arrangement direction of the long each seal plate portion having a free end portion of the different from to the seal portion of the length of the free end of each seal plate Since the gaps are formed on the side of the seal plate that is short on the part side (formed as irregular when viewed from the direction of the free end) , the gap between the arrangements of the plate brushes causes the curved part of each seal plate to Elastic deformation becomes easy. In particular, the gap between the arrays in the seal portion can reduce the thickness of the plate brush as necessary, so that the entire elastic deformation capability of the seal portion can be improved. At the same time, it becomes possible to improve the sealing ability of the seal portion.
[0020]
In the plate brush seal device of the present invention according to claim 4, the gap between the opposing plate surfaces on the free end side of the curved portion in the seal portion is gradually formed thinner from the mounting portion side toward the free end portion side. Further, it is formed between the seal plate portions .
[0021]
In the plate brush seal device according to the fourth aspect of the present invention, the seal plate portion side of each plate brush is gradually formed thinner than the attachment portion side, and as a result, a gap is formed between the arranged opposing plate surfaces. Therefore, it becomes possible to improve the elastic deformation capability of the seal plate portion in combination with the curved portion on the free end portion side of the plate brush. In particular, the annular plate brush seal device can eliminate the gap by eliminating the circumferential length difference between the inner and outer circumferences by adjusting the thickness of the plate brush. Even if the spacers are not provided between the side surfaces between the respective substrate portions, the plate brushes can be formed in an annular shape only by arranging them. For this reason, the sealing capability on the attachment portion side of the plate brush seal device is improved.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a plate brush seal device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following drawings are drawn based on the design.
[0023]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which a gap between both parts in which a rotor 60 is fitted in a hole 50A of a gas turbine casing 50 is divided into a high pressure P1 side and a low pressure P2 side. It is the half sectional view which made the plate brush seal device 1 incorporated in this way into a cross section in the axial direction.
[0024]
In FIG. 1, the plate brush seal device 1 is assembled between a casing (one relative component) 50 and a rotor (the other relative component or rotating shaft) 60. The plate brush 3 constituting the plate brush seal device 1 is formed in a square shape as shown in FIG. 1, and is provided with a seal plate portion 3A on one side and a substrate portion 3B on the other side.
The mounting portion 2A of the plate brush seal device 1 is configured such that the plate brushes 3 are arranged in a ring shape along the peripheral surface of the rotor 60 (hereinafter, the arrangement is also referred to as “lamination”; there are, does not mean to say that overlapped vertically) with the attachment of the back plate portion 2A1 on both sides of the substrate portion 3B and the holding portion 2A2, formed by welding together the parts. It is also possible to clamp so as to cover the outer periphery of the back plate portion 2A1 and formed integrally a holding portion 2A2 to the cross-sectional surface U-shape arranged in an annular substrate portion 3B. The attachment portion 2A of the plate brush seal device 1 is attached via a snap ring 14 to a step portion 51 provided on the inner peripheral surface of the casing 50, which is one of relative components. The back plate portion 2A1 serves to seal the sealed fluid when there is a gap between the stacks of the plate brushes 3 of the seal portion 2B on the mounting portion 2A side of the plate brush seal device 1. Accordingly, when the gap between the plate brushes 3 is small, it is possible to seal the sealed fluid without providing the back plate portion 2A1.
Further, as shown in FIG. 1, the seal portion 2B is formed by each seal plate portion 3A on the inner peripheral side of the mounting portion 2A and in which the plate brushes 3 are arranged in an annular shape.
[0025]
FIG. 2 is a front view of one part showing a state in which the seal part 2 A side of the plate brush seal device 1 is fitted to the rotor 60.
As shown in FIG. 2, the seal portion 2 B of the plate brush seal device 1 is formed with a curved portion 3 A 1 on the free end 5 side of the plate brush 3 toward the rotation direction of the rotor 60. As shown in FIG. 4, the plate brush 3 is formed so as to be gradually thinned from the substrate portion 3 B toward the free end portion 5 to form a gap between the opposed plate surfaces . The overall dimensional ratio that changes to a thin wall is formed so that there is no gap between the stacked opposing plate surfaces when the layers are stacked in consideration of the dimensional difference between the inner diameter and the outer diameter of the annular body.
The free end portion 5 of the seal portion 2B of the plate brush seal device 1 is fitted to the outer peripheral surface of the rotor 60, which is the other component, with a small gap of 0.01 to 1 mm. In this state, since the sealed fluid on the high pressure P1 side is sealed by the plate brush seal device 1, the amount of the sealed fluid leaking from the minute gap is very small because the pressure is also on the low pressure P2 side.
In addition, since the seal portion 2B is formed in the bending portion 3A1, even if it comes into contact with the rotor 60, it is elastically deformed in the bending direction, so that the friction coefficient can be reduced.
[0026]
FIG. 3 is a plan view of a plate brush seal device 1 showing a second embodiment of the present invention. The plate brush seal device 1 is formed in an annular shape, and is formed in an attachment portion 2A that is fixed by welding the outer peripheral surface of the substrate portion 3B of the plate brush 3. In the plate brush seal device 1, the back plate portion 2A1 and the holding portion 2A2 are not directly integrated with the mounting portion 2A. Whether to use the back plate portion 2A1 can be selected according to the pressure level of the fluid to be sealed. The back plate portion 2A1 and the holding portion 2A2 correspond to auxiliary parts of the plate brush seal device 1.
As for the seal part 2B of the board brush seal apparatus 1, the free end part 5 side of the board brush 3 is formed in the curved part 3A1. The direction bent by the curved portion 3 A 1 of the plate brush 3 is the rotation direction of the rotor 60.
[0027]
FIG. 4 is a front view of the seal portion 2B in which the portion A of FIG. 3 is enlarged. In FIG. 4, the substrate portions 3B of the plate brushes 3 are formed with substantially the same thickness so that they can be easily stacked. In the sealing plate portion 3A, a curved portion 3A1 is formed from an end portion of the substrate portion 3B. Further, since the seal plate portion 3A is formed so that the thickness gradually decreases from the substrate portion 3B toward the free end portion 5 , a gap is formed between the opposing plate surfaces as shown in FIG. The Then, the sealing plate portion 3A is consists thin so as to have a resiliently flexible at the free end portion 5.
Each of the plate brushes 3 is laminated in an annular shape, the substrate portion 3B is laminated in a bonded state on a radial plane, and the seal plate portion 3A has a curved portion 3A1 (as shown in FIG. Referring to FIG. 2) of Ru can joined to the rotor 60 (see FIG. 2) in a curved state. And it joins so that there may be almost no clearance between the lamination | stacking surfaces ( it is also called between opposing board surfaces) of the board | substrate part 3B of the board brush 3. FIG.
Also in the brush seal device 1 of the second embodiment, the seal portion 2B, the configuration of the curved portion 3A1, the configuration of the sealing plate portion 3A which is thin, with improved sealing ability against the sealing fluid The friction coefficient can be reduced by the elastic deformation ability with respect to the contact of the rotor 60.
[0028]
Gradually processed to thin towards the free end 5 of the brush 3 as shown in FIGS. 2 and 4, the pattern forming nickel-based alloy, stainless steel, thin metal plate such as a steel plate or the like the shape of the brush 3 by the resist To do. The resist, 0.05 mm clean the thickness of the surface of the thin metal plate of 0.5mm from a screen printing method on the surface of the thin metal plate after which the dry film / photographic method, the brush by liquid resist / photography Resist in pattern 3.
The process of gradually reducing the thickness toward the free end 5 of the plate brush 3 can be easily formed by etching. This etching can be precisely and easily performed by processing such as laser etching, plasma etching, chemical processing etching, and shot blasting. Since these processes can be easily manufactured by recent processing techniques including micro-processing, details are omitted.
Other configurations are the same as those shown in FIG. 1 or FIG.
[0029]
FIG. 5 is a front view of a part of a plate brush seal device 1 showing a third embodiment of the present invention. The plate brush 3 of the plate brush seal device 1 is configured as a laminated plate brush 4 by forming a pair of four different lengths. The seal portion 2B is laminated so that the plate brushes 3 having different lengths of the free end portions 5 are arranged so that the free end portion 5 side of the seal portion 2B is uneven when viewed from the inner peripheral side , and the curved portion from being a curved by 3A1, Ru can be formed so as to reduce the gap between the stacked surface of the seal portion 2B. Each plate brush 3 is manufactured from a thin plate having a substantially constant thickness. The material of the plate brush 3 is a thin plate made of stainless steel, nickel-base alloy, steel, or ceramic material. Since the plate brush 3 can be formed thin, it is possible to form the laminated plate brush 4 by laminating 3 sheets or 6 sheets as a set.
When the plate brushes 3 having substantially the same thickness are stacked and formed in the plate brush seal device 1 as described above, the elastic deformation force of the seal portion 2B increases and the coefficient of friction with the rotor 60 can be reduced.
Moreover, since the seal portion 2B is densely integrated with the plate brushes 3 having different lengths, the sealing ability is also improved.
Other configurations are the same as those shown in FIG. 1 or FIG.
[0030]
【The invention's effect】
According to the plate brush sealing device according to the present invention of claim 1, each substrate portion on the attachment portion side of the plate brush is laminated, and the curved portions of the seal plate portion are joined and laminated together. Since the plate brushes can be easily stacked without slipping, when assembling a large number of plate brushes, the assembly cost can be reduced.
In addition, since the seal plate portion of the plate brush is formed in the curved portion, it can be elastically deformed while being bent with respect to the contact of the other component, so that the friction coefficient is reduced. And there exists an effect which can prevent abrasion with respect to the other components of a seal part.
In addition, since the seal part of the plate brush formed on the curved part can be fitted to the other part in a minute interval or in a joined state, it is possible to eliminate the gap and improve the sealing performance of the seal part. become.
[0031]
According to the plate brush seal device of the second aspect of the present invention, in the plate brush seal device having an annular shape, when the outer peripheral length is longer than the inner peripheral length, the plate brushes of the same thickness are laminated on the outer peripheral side. However, if a short plate brush is laminated between the long plate brushes, the lamination gap of the seal portion is reduced, so that the sealing ability is improved. In addition, since the back plate that supports the plate brush can be omitted, the number of parts can be reduced.
Furthermore, since the seal part is laminated with plate brushes having different lengths, the elastic deformation of the seal part is improved, and the effect of preventing friction and wear with the other part is obtained.
[0032]
According to the plate brush seal device according to the present invention of claim 3, since the laminated plate brushes in which the length of the seal plate portion side of each plate brush is laminated in an uneven manner are continuously laminated, the length of the plate brush Due to the different seal plate portions, the elastic deformation ability is further improved, and the effect of preventing wear is exhibited. In addition, since the gap between the stacks of the seal plate portions is reduced by the seal portions made of plate brushes having different lengths, the effect of further improving the sealing ability can be achieved.
[0033]
According to the plate brush seal device according to the present invention of claim 4, since the seal plate portion side of each plate brush is formed to be gradually thinner than the attachment portion side, the curved portion on the free end side of the plate brush and Combined with this, there is an effect of improving the elastic deformation capacity of the seal plate portion.
Furthermore, since the free end of the plate brush is formed thin, the frictional force is small even if it is joined to the other part in a joined state, so that the joining gap with the other part can be eliminated, and the sealing ability is improved. There is an effect that can be improved.
In particular, the plate brush that is made thinner toward the inner diameter can be formed in an annular shape by simply laminating the plate brushes without providing a spacer between the substrate portions of the annular plate brush. The cost can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a half sectional view of a plate brush seal device according to the present invention.
2 is a front view of a part of the axial plate brush seal device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a plan view of a plate brush seal device showing a second embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view of a part A of the plate brush seal device of FIG. 3;
FIG. 5 is a front view of a part of a plate brush seal device showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a half cross-sectional view in which a conventional plate brush seal device related to the present invention is mounted at an attachment location.
FIG. 7 is a perspective view in which a conventional plate brush seal device related to the present invention is mounted at an attachment location.
[Explanation of symbols]
1 Plate brush seal device
2A Mounting part
2A1 back plate
2A2 holding part
2B Seal part
3 Board brush
3A Seal plate
3A1 curved part
3B board part
4 Laminate board brush
5 Free end
50 One part (casing)
51 steps , 60 parts on the other side (rotor)

Claims

It mounted around the casing of the hole of the hand you relative movement with a gap a brush seal device for sealing between the other side of the rotor,
And the brush having a seal plate at the other end and having a substrate portion of a thin plate at one end,
A mounting portion which is capable of being attached to the casing so as to form the substrate portion of the plate brush annulus facing plate surfaces are fitted to each other around the periphery of the rotor,
The seal plate portion of the plate brush also includes a seal portion that is formed in an annular shape around the outer periphery of the rotor and seals the sealed fluid, with the opposing plate surfaces being combined with each other .
Wherein the sealing portion have a said seal plate portion toward the free end side is formed in a curved portion bent to a direction of movement of the rotor from the substrate side, and the free end of the curved portion A gap between the opposing plate surfaces is formed larger than a gap between the opposing plate surfaces on the mounting portion side of the curved portion .

The gap between the opposite plate surfaces of the free end of the curved portion, together overlapping more continuous laminate brushes to a pair stacked plurality of pre-Symbol plate brush length of the free end portion difference exists brush seal device according to claim 1, characterized in that it is formed.

The gap between the opposing plate surfaces on the free end side of the curved portion is formed by overlapping the length of the free end portion of each seal plate portion with the short length. The plate brush seal device according to claim 1.

The gap between the opposing plate surfaces on the free end side of the curved portion is formed between the seal plate portions that are gradually thinned from the mounting portion side toward the free end side. brush seal device according to claim 1, characterized in that there.