JP4052670B2 - ブラシシール装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、高圧の流体領域を低圧の液体領域から密封するブラシシールであって、該密封された流体が気体、又は液体である、ブラシシールに関する。
背景技術
最近の10年間に亙って、ガスタービンエンジンにて見られるように、高圧領域を低圧領域から密封するための極めて有望な技術として、ブラシシールが登場している。
典型的に、ブラシシールは、軸に沿った流れ中の気体（又は液体）の流れを妨害する。気体（又は、液体）は、例えば、システム圧力を有する機械ハウジング内にて密封される。気体（又は液体）がそれに向けて漏洩する傾向のある機械ハウジングの外側領域は、排出圧力を有する。このシステム圧力は、排出圧力よりも高圧であり、このため、側方への差圧を生じさせる。ブラシシールのこのシステム圧力側は、高圧側と称される一方、ブラシシールの排出圧力側は、低圧側と称される。
従来技術のブラシシールは、通常、環状の保持板と、環状の後側板と、該環状の保持体と環状の後側板との間に固着された複数の可撓性の房毛とを有している。房毛パックとも称される、この複数の可撓性の房毛は、外周縁における房毛根部分から自由端、即ち、先端まで内方に伸長している。これら複数の房毛の先端は、軸の付近まで伸長し、又は、軸に接触し、システム圧力を排出圧力から密封する。
米国特許第5,401,036号（第’036号特許）に記載されたように、従来技術のブラシシールは、「ヒステリシス」、及び「圧力補強」効果を呈し、この効果は、該シールの性能及び寿命に悪影響を与える傾向がある。これらの効果は、第’036号特許に記載された「凹状の後側板」を組み込むことにより、解消はされないまでも、著しく軽減される。
しかしながら、この「凹状の後側板」に伴う問題点は、不均一に摩耗する傾向があることである。システム圧力側にある可撓性の房毛は、以下に詳細に説明する理由のため、シールの排出圧力側にある房毛よりもより顕著に摩耗する傾向がある。本発明は、従来技術におけるこの難点を実質的に解決するものである。
発明の開示
本発明の特徴及び有利な点は、その一部が以下の説明に記載され、又その一部が以下の説明から明らかになり、又は本発明を実施することにより理解されよう。本発明の目的及びその他の有利な点は、以下の説明、請求の範囲及び添付図面に特に指摘された要素及び組み合わせにより達成され且つ実現可能である。
要するに、凹状の後側板ブラシシールに内在する難点を解決するため、本発明は、複数の指状体を備え、該指状体の間と剛性な後側板との間にて房毛を挟持するようにした可撓性の前面板を提供するものである。該指状体は、半径方向内方に伸長し、半径方向に対して平行に又は半径方向から±75°の範囲に配置することができる。可撓性の前面板を追加することは、ブラシシールの不均一な摩耗を顕著に軽減する。その結果、ブラシシールの寿命が長くなる。
本発明は、従来のブラシシールではなくて、凹状の後側板ブラシシールに関するものであることを指摘すべきである。実際には、従来のシールに対し、可撓性の前面板を追加することは、特に、高圧にて、ヒステリシス及び圧力補強効果を著しく増すことにより、かかるシールの効率が低下することになろう。凹状の後側板がないならば、房毛パックは、必然的に、圧力下にて、可撓性の前面板と後側板との間に挟持され、これにより、房毛パックの半径方向への可撓性が顕著に低下することになろう。
【図面の簡単な説明】
本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面には、本発明の幾つかの実施の形態が図示されており、これらは、以下に掲げた一般的な説明及び以下に掲げた実施の形態の詳細な説明と共に、本発明の原理の説明をする働きをする。
添付図面において、
図１は、従来のブラシシールの断面図である。
図２は、凹状の後側板ブラシシールの断面図である。
図３は、ブラシシールの先端領域の（軸に沿った）側方向への圧力プロファイルのグラフである。
図４は、ブラシシール内の個々の房毛の断面部分に沿った代表的な半径方向流れパターン図である。
図５は、ブラシシール装置の房毛パックの一部分の正面図である。
図６は、本発明の第一の実施の形態に従って構成されたブラシシール装置の半径方向断面図である。
図７は、指状体を備える、半径方向にスロット付きの可撓性の前面板を示す部分断面正面図である。
図８は、可撓性の前面板における角度付き指状体を示す部分断面正面図である。
図９は、本発明の第二の実施の形態の断面図である。
図１０（Ａ）乃至図１０（Ｆ）は、後側板の所要形状凹状面の代表的な幾つかの構造体を示す図である。
図１１は、保護前面板を示す、本発明に従って形成されたブラシシールの第三の実施の形態の断面図である。
発明を実施する最良の形態
本発明の実施の形態を説明する前に、先ず、ブラシシールを不均一に摩耗させる作動時の力を理解することが必要である。そうすれば、本発明により提供される解決策をより明確に理解することができる。
典型的なブラシシールにおいて、複数の可撓性の房毛には２つの力が作用する。第一の力は、複数の可撓性の房毛を環状の後側板に向けて側方（軸方向）に押す。第二の力は、複数の可撓性の房毛を軸に向けて半径方向に押す。これらの第一及び第二の力は互いに対して対角状に作用する。
一定状態において、通常、房毛の先端と軸の表面との間には僅かな環状の空隙（0.0508乃至0.127ｍｍ（.002乃至.005インチ））が存在する。この空隙は、「先端領域」として公知である。
この先端領域を通ってシステム圧力から排出圧力までの気体（又は液体）の流れが側方（又は軸方向）の流れと称される。この流れは、ブラシシールにおける側方差圧に起因するものである。複数の可撓性の房毛の外周縁から自由端まで、複数の房毛の上方を経て気体（又は液体）が半径方向に流れる流れは、半径方向差圧に起因する。この半径方向差圧は、側方差圧に対して垂直であり、半径方向方向への流体の流れを生じさせる。
この半径方向差圧は、下流列の房毛におけるよりも第一の幾つかの上流列の房毛の上方にてより顕著である。これは、図３に図示するように、房毛の先端領域の入口にて流体圧力が損失することに起因する。房毛の先端領域の入口にて流体圧力が損失することは、「入口の損失」として公知である。この入口損失に起因して、複数の可撓性の房毛の自由端における圧力よりも周縁における圧力の方が高圧であるため、流体は、房毛パックの周縁から軸に向けて半径方向に流動する。図４には、房毛の周りにおける、かかる半径方向への流動状態が図示されている。図４は、半径方向に見た図であるため、図４に図示した断面は楕円形である。
この半径方向への流体の流動は、複数の可撓性の房毛に半径方向への力を作用させ、この半径方向への力は房毛を軸に向けて押す。高圧側における房毛には、低圧側における房毛よりもより大きい下向きの力が加わり、それは、房毛パックの高圧側に加わる半径方向への差圧は、低圧側に加わる差圧よりも高圧であるためである。その結果、高圧側における房毛は低圧側における房毛よりも軸に向けてより大きい角度で曲がる傾向となる。この現象は、「ボアスコープ」と呼ばれる光学装置を利用して、実験室内で多数のブラシシールにて観察されている。
房毛に作用するこの第二の力の効果は「圧力閉鎖効果」と称されている。この圧力閉鎖効果は、少なくとも部分的に、ブラシシールが急速に且つ不均一に摩耗することの原因である。この効果のため、房毛先端は、回転する軸内に入り込み、急速な摩耗を生じさせる。更に、上述したように房毛パックの高圧側にある房毛よりも低圧側にある房毛に対してより大きい半径方向への力が作用するため、この圧力閉鎖効果は、低圧側よりも房毛シールの高圧側の方がより大きくなる。この房毛パックにおけるこの圧力閉鎖効果の相違が房毛の不均一な摩耗の原因となる。不均一な摩耗の結果、ブラシシールの有効寿命は短くなる。
しかしながら、圧力閉鎖効果は、シールの寿命の短縮化につながる不均一な摩耗の唯一の原因ではない。半径方向への流れは、房毛を軸に向けて押すのみならず、房毛に振動も生じさせる。振動する房毛は、疲労及び周期的な応力により破損し又は破断する可能性がより大きくなる。シールの高圧側にある房毛は、より大きい下向きの半径方向への力が加わり、より強く振動するため、破損、又は破断する可能性がより大きくなる。シールの高圧側における房毛がシールの低圧側における房毛よりもより頻繁に破断するならば、シールは、不均一に摩耗することになる。上述したように、不均一な摩耗の結果、シールの寿命はより短くなる。
こうした難点を解決するため、本発明は、可撓性の前面板に対し、該可撓性の前面板と剛性な後側板との間にて房毛を挟持する複数の指状体を提供する。該可撓性の前面板は、システム圧力にて房毛が気体（又は液体）に露呈される程度を軽減することにより半径方向への流れを少なくする。半径方向への流れを少なくすることにより、（１）圧力閉鎖効果、（２）房毛の振動程度が顕著に減少する。このことは、実験室内の実験で確認されている。
次に、幾つかの図面の全体を通じて同様の又は対応する部品は同様の参照番号で表示した添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態に関して詳細に説明する。
その開示内容を引用して本明細書に含めた、米国特許第5,401,036号に開示されたように凹状の後側板ブラシシール１０が添付図面の図２に図示されている。その性質上、ブラシシール１０は、システム圧力Ｐsystemに対面する第一の側部と、排出圧力Ｐdischargeに対面する第二の側部とを備えている。システム圧力Ｐsystemは、排出圧力Ｐdischargeよりも高圧であるため、ブラシシール１０の第一の側部は高圧側として公知である一方、第二の側部は、低圧側と称される。
ブラシシール１０は、システム圧力Ｐsystemに対面した第一の側部と、該第一の側部と対向した第二の側部とを有する環状の保持板１２を備えている。
また、ブラシシール１０は、排出圧力Ｐdischargeに対面した第一の側部と、該第一の側部に対面した第二の側部とを有する環状の後側板１４を備えている。後側板１４の第二の側部は、外周部分１６と、半径方向内周部分１８とを有する。内周部分１８には、第’036号特許に説明されたように、ヒステリシスを軽減する凹状面２０が形成されている。凹状面２０は、図２に図示するように略平面状とし、又は図１０（Ａ）乃至図１０（Ｆ）に関して説明するような所要形状とすることができる。
更に、ブラシシール１０は、保持板１２の第二の側部と後側板１４の第二の側部との間に狭持された複数の個々の房毛２４を含む房毛パック２２を備えている。房毛パック２２内の房毛２４は、保持板１２、房毛２４及び後側板１４に使用される材料に依存して、溶接（図示せず）又は当該技術分野にて公知のその他の何らかの機構により、保持板１２と環状の後側板１４との間に固着することができる。後側板１４の内周部分１８は外周部分１６よりも薄いため、房毛パック２２と凹状面２０の内周部分１８との間には軸方向に伸長する空隙２６が存在する。
上述したように任意のブラシシールの作動中、房毛パック２２において側方及び半径方向への圧力差が生じる。側方への圧力降下は、房毛２４に側方への力を付与し、房毛２４を空隙２６を横断して後側板１４の凹状面２０に向けて押す。
上述したように、ブラシシール１０において、ブラシパック２２の房毛２４の自由端における流体の圧力は、周縁部分における流体の圧力よりも低い。房毛２４の自由端における圧力が低いことは、一部分、流体が房毛２４を経て軸２８に沿って流れ、このため、入口損失が生ずるためである。図４及び図５に図示するように、形成される半径方向への圧力差は、第二の流体の流れ、即ち、房毛パック２２を通って周部分から房毛パック２２の内側部分に向けて半径方向への流体の流れ４０が生ずる原因となる。
半径方向への流体の流れ４０は、房毛２４にて半径方向への圧力抗力４２を発生させ、この効力は、房毛２４の自由端４４を軸２８に向けて押す傾向がある。このことは、「圧力閉鎖効果」として公知である。房毛パック２２の高圧側における房毛２４には、最大大きさの半径方向への流れ４０が加わり、このため、その半径方向へ流れにより最も顕著に影響を受ける。その結果、房毛パック２２の全体が急速な摩耗過程の作用を受けるのみならず、房毛パック２２の高圧側における房毛２４も低圧側の房毛２４よりもより顕著に摩耗する。房毛パック２２の高圧側における房毛２４がより顕著に摩耗する結果、房毛パック２２は不均一に摩耗する。
更に、入口損失に起因する半径方向への流れ４０は、房毛２４を振動させるのに十分な大きさである。この効果は、また、房毛パック２２の高圧側にて極めて大きくなり、このため、房毛２４は強力に振動する傾向となる。房毛２４が過度に振動するならば、疲労及び周期的な応力により房毛２４が破断する可能性が増す。このことは。房毛パック２２の摩耗の問題点を顕著にする。
本発明は、一部分、可撓性の前面板６０により図６に図示するように、房毛パックの高圧側に可撓性の前面板を提供することにより、圧力閉鎖効果及び房毛の振動の問題点を解決するものである。
本発明の第一の形態において、房毛パック６６を形成する房毛６４を有する排出圧力Ｐdischargeからシステム圧力Ｐsystemを密封するブラシシール６２が設けられている。房毛６４は、端部が固定された周部分から、端部が自由である内側部分まで伸長している。房毛６４は、半径方向に対して角度を成す位置に配置され、房毛６４の自由端６８が、図５に図示するように、軸２８の回転方向７０を指すようにする。
特に、高温にてこの形状を保持するため、房毛６４は、ハイネス・インターナショナル（Haynes International）が製造するハイネス（Haynes）２５（登録商標名）又はハイネス２１４（登録商標名）のような高温のニッケル系合金、又はシリコン炭化物のようなセラミック系材料から成るものであることが好ましい。勿論、房毛６４は、特定の用途のため、任意の適当な材料で出来たものとすることができる。
また、ブラシシール６２は、保持板１２及び後側板１４に関して上述したように、環状の保持板７２と、後側板７４とを備えている。房毛パック６６及び可撓性の前面板６０は保持板７２と後側板７４との間に狭持されている。後側板７４の第二の側部は、外周部分７６と、内周部分７８とを有する。内周部分７８は、凹状面８０を有している。
保持板７２及び後側板７４は、インコ・アローイズ・インターナショナル（Inco Alloys International）が製造するインコネル（Inconel）（登録商標名）６２５又は７１８のようなニッケル系合金、又はハイネス・インターナショナルが製造するハイネス１８８のようなニッケル系合金で出来たものとすることができる。しかしながら、保持板７２及び後側板７４の組成は、ブラシシール６２が取り付けられる特定の環境に依存して、変更することが可能である。
保持板７２及び後側板７４の形態は、保持板７２の外周縁と内周縁との距離が外周部分７６の長さに略等しくなるような形態とすることが好ましい。更に、保持板７２及び後側板７４の外周部分７６は、その外周縁にて房毛６４の一部分の上方に沿ってのみ伸長するようにする。
房毛シール６２は、環状の保持板７２の第二の側部と房毛パック６６の高圧側との間に配置された複数の指状体を備える可撓性の前面板６０を備えることを特徴としている。可撓性の前面板６０は、房毛パック６６の高圧側に接触し、又は該高圧側に略近接した位置に配置される。
具体的には、可撓性の前面板６０は、インコ・アローイズ・インターナショナルで製造したインコネル７１８（登録商標名）から形成することができる。勿論、可撓性の前面板６０が、圧力及び動的荷重に耐えるのに十分な強度を有する限り、特定の用途に応じて、任意の適当な材料を使用することができる。
可撓性の前面板６０は、ブラシシール６２の外側部分から後側板７４の内径近くまで伸長することが好ましい。しかしながら、可撓性の前面板６０は、半径方向への流れ４０に起因する圧力閉鎖効果を軽減し、房毛６４の振動を少なくするのに必要な距離だけ房毛６４の自由端６８に向けて伸長するように製造することかができる。可撓性の前面板６０が房毛６４の自由端６８に向けて伸長する長さは、特定の用途に依存する。
可撓性の前面板６０は、システム圧力Ｐsystemの流体と房毛パック６６との間にバリアを提供することにより、半径方向への流れ４０の作用の程度を軽減する。しかしながら、房毛パック６６内における房毛６４の作用を妨害せずに、可撓性の前面板６０はこれを行う。可撓性の前面板６０が妨害するにしても、その程度は極く僅かである。
可撓性の前面板６０を追加することで、半径方向への流れ４０が顕著に少なくなり、従って、半径方向への圧力抗力４２も小さくなり、その結果、圧力閉鎖効果が著しく低下する。更に、半径方向への流れ４０及び半径方向への圧力抗力４２が小さくなる結果、房毛６４が振動する傾向もこれに比例して低下する。圧力閉鎖効果及び房毛６４の振動の双方が低下する結果、房毛パック６６の不均一な摩耗が軽減される。全ての場合、可撓性の前面板６０は、ブラシシール６２の作用を向上させ且つその寿命を引き伸ばす。
可撓性の前面板に関する細部は、図７及び図８に図示されている。図７には、ブラシシール９０が設けられ、この場合、可撓性の前面板９２は、複数の指状体９４を形成する。指状体９４は、スロット９６により分離されており、該スロットは、可撓性の前面板９２の内周端縁から保持板７２の内周端縁に向けて所定の距離だけ伸長している。
スロット９６は、可撓性の前面板９２の内周端縁から保持板７２の内周端縁まで半径方向に伸長して、指状体９４に最大の可撓性を提供することが好ましい。しかしながら、スロット９６は、可撓性の前面板９２の内周端縁から保持板７２の内周端縁まで全距離９８を伸長し、又は、可撓性の前面板９２に対して全距離９８を越えて伸長せずに、半径方向への流れを顕著に十分に軽減する働きをすることが可能である。
スロット９６の好適な方向は半径方向に対して０°である一方、スロットは、これと代替的に、半径方向に対して角度を成す位置に配置することもできる。図８に図示するように、可撓性の前面板１００は、角度付き指状体１０４を形成する角度付きスロット１０２を備えることも可能である。角度付き指状体１０４は、半径方向から±75°の角度に配置することが好ましい。半径方向への包囲程度が緊密である場合、即ち、軸２８と保持板７２の内周端縁との間の半径方向への距離が短い場合、角度付きスロット１０２は、半径方向に方向決めしたスロットであることが好ましい。かかる場合、角度付きスロット１０２は、半径方向スロット９６により形成されるであろうよりも大きい可撓性を持った角度付き指状体１０４を形成する。
半径方向スロット及び角度付きスロットの双方に対し、指状体９４、１０４は、それぞれの指状体に隣接する房毛６４の側方可撓性よりも大きい側方可撓性を有する必要があり、圧力を加えたとき、指状体が、分離せずに房毛パック６６に従い得るようにする。このことは、半径方向への流れを遮断することを確実にする。
スロット９６又は１０２は、４乃至12ミルの範囲の幅とすることが更に可能である。また、指状体９４又は１０４は、３乃至20ミルの厚さの範囲であることが好ましい。より好ましくは、指状体９４又は１０４は、４乃至７ミルの範囲の厚さとすることが考えられる。
本発明の第二の実施の形態は、図９に図示されている。第一の実施の形態と第二の実施の形態との相違点は、後側板１１２に対して所要形状の凹状面１１０を含める点である。図１０（Ａ）乃至図１０（Ｆ）には、この面の幾つかの可能な設計が図示されている。従って、凹状面１１０の形状に依存して、房毛６４と凹状面１１０との間の空隙は均一とし、又は半径方向に異なるようにすることができる。
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）には、凹状面１１０の可能な幾つかの設計が図示されている。図示するように、房毛の根部分の所要形状における曲率半径ｒ、及び後側板１１２の内周端縁における凹状面１１０の深さｈの双方が変更可能である。例えば、房毛の根部分の所要形状の曲率半径ｒは、０乃至50.8ｍｍ（０乃至２インチ）の範囲で変更することができ、また、後側板１１２の内周端縁における凹状面１１０の深さｈは、0.127乃至3.048ｍｍ（.005乃至.120インチ）の範囲で変更することが可能である。この深さｈは、作動圧力のとき、房毛１１４が凹状面１１０に殆ど接触しないように選択することが好ましいことを認識すべきである。
このようにして、凹状面１１０の所要形状を設定することにより、房毛１１４の根部分の反発力が一点に集中せずに、房毛の限定領域に亙って拡がり、これにより、最大応力を軽減する。このようすれば、ブラシシール装置１１６は、より高圧の差圧に耐えることができる。
凹状面１１０のその他の幾つかの可能な設定が、図１０（Ｄ）、図１０（Ｅ）、図１０（Ｆ）に図示されている。
図１１に関して本発明の第三の実施の形態を説明する。この実施の形態において、ブラシシール１２０は、剛性な前面板１２２を備えている。剛性な前面板１２２は、可撓性の前面板１２４から離れた位置に配置され、該剛性な前面板１２２と可撓性の前面板１２４との間に空隙１２６を形成する。
該剛性な前面板１２２は、特に、特別な用途にてブラシシール１２０を取り扱い且つ取り付ける間に、可撓性の前面板１２４及び房毛パック１２８に対する保護を提供し得るように可撓性の前面板１２４の正面に配置されている。剛性な前面板１２２は、保持板１３０の内周端縁から伸長し且つ後側板１３４の内周部分１３２と同程度に伸長することも可能である。しかしながら、明らかであるように、このことは、本発明の実施にとって必要ではない。
一つの好適な実施の形態において、剛性な前面板１２２は、図１１に図示するように、保持板１３０の一部とすることが考えられる。しかしながら、この剛性な前面板１２２は、保持板１３０から分離した板として追加することができる。従って、剛性な前面板１２２は、保持板１３０、又は後側板１３４と同一の材料で出来たものであることが好ましい。上述したように、これは、インコ・アローイズ・インターナショナルが製造するインコネル（登録商標名）６２５又は７１８、或いは、ハイネス・インターナショナルが製造するハイネス１８８のようなニッケル系合金とすることができるが、このことは、本発明を実施する上で必要なことではない。
最後に、ブラシシール１２０は、代替的に、図９及び図１０に図示するように、所要形状の凹状の後側板１１０を備えようにすることもできる。
上記の説明から、本発明は、従来の、即ち、単純な凹状の後側板の設計に優る改良された特徴を備えるブラシシール装置を提供するものであることが明らかである。特に、本発明のブラシシール装置は、単純な凹状の後側板シールに伴う「圧力閉鎖効果」を軽減し、これにより、装置の寿命を引き延ばし且つその圧力密封機能を向上させる。
更なる有利な点及び改変例は、当業者に容易に案出されよう。このため、そのより広い形態にて、本発明は、図示し且つ説明した特定の詳細、典型的な装置及び一例としての実施例にのみ限定されるものではない。従って、請求の範囲及びその均等物により画成される本発明の全体的な着想の精神又はその範囲から逸脱せずに、その詳細から相違することが可能である。
本発明は、高圧の流体領域を低圧の液体領域から密封するブラシシールであって、該密封された流体が気体、又は液体である、ブラシシールに関する。
背景技術
最近の10年間に亙って、ガスタービンエンジンにて見られるように、高圧領域を低圧領域から密封するための極めて有望な技術として、ブラシシールが登場している。
典型的に、ブラシシールは、軸に沿った流れ中の気体（又は液体）の流れを妨害する。気体（又は、液体）は、例えば、システム圧力を有する機械ハウジング内にて密封される。気体（又は液体）がそれに向けて漏洩する傾向のある機械ハウジングの外側領域は、排出圧力を有する。このシステム圧力は、排出圧力よりも高圧であり、このため、側方への差圧を生じさせる。ブラシシールのこのシステム圧力側は、高圧側と称される一方、ブラシシールの排出圧力側は、低圧側と称される。
従来技術のブラシシールは、通常、環状の保持板と、環状の後側板と、該環状の保持体と環状の後側板との間に固着された複数の可撓性の房毛とを有している。房毛パックとも称される、この複数の可撓性の房毛は、外周縁における房毛根部分から自由端、即ち、先端まで内方に伸長している。これら複数の房毛の先端は、軸の付近まで伸長し、又は、軸に接触し、システム圧力を排出圧力から密封する。
米国特許第5,401,036号（第’036号特許）に記載されたように、従来技術のブラシシールは、「ヒステリシス」、及び「圧力補強」効果を呈し、この効果は、該シールの性能及び寿命に悪影響を与える傾向がある。これらの効果は、第’036号特許に記載された「凹状の後側板」を組み込むことにより、解消はされないまでも、著しく軽減される。
しかしながら、この「凹状の後側板」に伴う問題点は、不均一に摩耗する傾向があることである。システム圧力側にある可撓性の房毛は、以下に詳細に説明する理由のため、シールの排出圧力側にある房毛よりもより顕著に摩耗する傾向がある。本発明は、従来技術におけるこの難点を実質的に解決するものである。
発明の開示
本発明の特徴及び有利な点は、その一部が以下の説明に記載され、又その一部が以下の説明から明らかになり、又は本発明を実施することにより理解されよう。本発明の目的及びその他の有利な点は、以下の説明、請求の範囲及び添付図面に特に指摘された要素及び組み合わせにより達成され且つ実現可能である。
要するに、凹状の後側板ブラシシールに内在する難点を解決するため、本発明は、複数の指状体を備え、該指状体の間と剛性な後側板との間にて房毛を挟持するようにした可撓性の前面板を提供するものである。該指状体は、半径方向内方に伸長し、半径方向に対して平行に又は半径方向から±75°の範囲に配置することができる。可撓性の前面板を追加することは、ブラシシールの不均一な摩耗を顕著に軽減する。その結果、ブラシシールの寿命が長くなる。
本発明は、従来のブラシシールではなくて、凹状の後側板ブラシシールに関するものであることを指摘すべきである。実際には、従来のシールに対し、可撓性の前面板を追加することは、特に、高圧にて、ヒステリシス及び圧力補強効果を著しく増すことにより、かかるシールの効率が低下することになろう。凹状の後側板がないならば、房毛パックは、必然的に、圧力下にて、可撓性の前面板と後側板との間に挟持され、これにより、房毛パックの半径方向への可撓性が顕著に低下することになろう。
【図面の簡単な説明】
本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面には、本発明の幾つかの実施の形態が図示されており、これらは、以下に掲げた一般的な説明及び以下に掲げた実施の形態の詳細な説明と共に、本発明の原理の説明をする働きをする。
添付図面において、
図１は、従来のブラシシールの断面図である。
図２は、凹状の後側板ブラシシールの断面図である。
図３は、ブラシシールの先端領域の（軸に沿った）側方向への圧力プロファイルのグラフである。
図４は、ブラシシール内の個々の房毛の断面部分に沿った代表的な半径方向流れパターン図である。
図５は、ブラシシール装置の房毛パックの一部分の正面図である。
図６は、本発明の第一の実施の形態に従って構成されたブラシシール装置の半径方向断面図である。
図７は、指状体を備える、半径方向にスロット付きの可撓性の前面板を示す部分断面正面図である。
図８は、可撓性の前面板における角度付き指状体を示す部分断面正面図である。
図９は、本発明の第二の実施の形態の断面図である。
図１０（Ａ）乃至図１０（Ｆ）は、後側板の所要形状凹状面の代表的な幾つかの構造体を示す図である。
図１１は、保護前面板を示す、本発明に従って形成されたブラシシールの第三の実施の形態の断面図である。
発明を実施する最良の形態
本発明の実施の形態を説明する前に、先ず、ブラシシールを不均一に摩耗させる作動時の力を理解することが必要である。そうすれば、本発明により提供される解決策をより明確に理解することができる。
典型的なブラシシールにおいて、複数の可撓性の房毛には２つの力が作用する。第一の力は、複数の可撓性の房毛を環状の後側板に向けて側方（軸方向）に押す。第二の力は、複数の可撓性の房毛を軸に向けて半径方向に押す。これらの第一及び第二の力は互いに対して対角状に作用する。
一定状態において、通常、房毛の先端と軸の表面との間には僅かな環状の空隙（0.0508乃至0.127ｍｍ（.002乃至.005インチ））が存在する。この空隙は、「先端領域」として公知である。
この先端領域を通ってシステム圧力から排出圧力までの気体（又は液体）の流れが側方（又は軸方向）の流れと称される。この流れは、ブラシシールにおける側方差圧に起因するものである。複数の可撓性の房毛の外周縁から自由端まで、複数の房毛の上方を経て気体（又は液体）が半径方向に流れる流れは、半径方向差圧に起因する。この半径方向差圧は、側方差圧に対して垂直であり、半径方向方向への流体の流れを生じさせる。
この半径方向差圧は、下流列の房毛におけるよりも第一の幾つかの上流列の房毛の上方にてより顕著である。これは、図３に図示するように、房毛の先端領域の入口にて流体圧力が損失することに起因する。房毛の先端領域の入口にて流体圧力が損失することは、「入口の損失」として公知である。この入口損失に起因して、複数の可撓性の房毛の自由端における圧力よりも周縁における圧力の方が高圧であるため、流体は、房毛パックの周縁から軸に向けて半径方向に流動する。図４には、房毛の周りにおける、かかる半径方向への流動状態が図示されている。図４は、半径方向に見た図であるため、図４に図示した断面は楕円形である。
この半径方向への流体の流動は、複数の可撓性の房毛に半径方向への力を作用させ、この半径方向への力は房毛を軸に向けて押す。高圧側における房毛には、低圧側における房毛よりもより大きい下向きの力が加わり、それは、房毛パックの高圧側に加わる半径方向への差圧は、低圧側に加わる差圧よりも高圧であるためである。その結果、高圧側における房毛は低圧側における房毛よりも軸に向けてより大きい角度で曲がる傾向となる。この現象は、「ボアスコープ」と呼ばれる光学装置を利用して、実験室内で多数のブラシシールにて観察されている。
房毛に作用するこの第二の力の効果は「圧力閉鎖効果」と称されている。この圧力閉鎖効果は、少なくとも部分的に、ブラシシールが急速に且つ不均一に摩耗することの原因である。この効果のため、房毛先端は、回転する軸内に入り込み、急速な摩耗を生じさせる。更に、上述したように房毛パックの高圧側にある房毛よりも低圧側にある房毛に対してより大きい半径方向への力が作用するため、この圧力閉鎖効果は、低圧側よりも房毛シールの高圧側の方がより大きくなる。この房毛パックにおけるこの圧力閉鎖効果の相違が房毛の不均一な摩耗の原因となる。不均一な摩耗の結果、ブラシシールの有効寿命は短くなる。
しかしながら、圧力閉鎖効果は、シールの寿命の短縮化につながる不均一な摩耗の唯一の原因ではない。半径方向への流れは、房毛を軸に向けて押すのみならず、房毛に振動も生じさせる。振動する房毛は、疲労及び周期的な応力により破損し又は破断する可能性がより大きくなる。シールの高圧側にある房毛は、より大きい下向きの半径方向への力が加わり、より強く振動するため、破損、又は破断する可能性がより大きくなる。シールの高圧側における房毛がシールの低圧側における房毛よりもより頻繁に破断するならば、シールは、不均一に摩耗することになる。上述したように、不均一な摩耗の結果、シールの寿命はより短くなる。
こうした難点を解決するため、本発明は、可撓性の前面板に対し、該可撓性の前面板と剛性な後側板との間にて房毛を挟持する複数の指状体を提供する。該可撓性の前面板は、システム圧力にて房毛が気体（又は液体）に露呈される程度を軽減することにより半径方向への流れを少なくする。半径方向への流れを少なくすることにより、（１）圧力閉鎖効果、（２）房毛の振動程度が顕著に減少する。このことは、実験室内の実験で確認されている。
次に、幾つかの図面の全体を通じて同様の又は対応する部品は同様の参照番号で表示した添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態に関して詳細に説明する。
その開示内容を引用して本明細書に含めた、米国特許第5,401,036号に開示されたように凹状の後側板ブラシシール１０が添付図面の図２に図示されている。その性質上、ブラシシール１０は、システム圧力Ｐsystemに対面する第一の側部と、排出圧力Ｐdischargeに対面する第二の側部とを備えている。システム圧力Ｐsystemは、排出圧力Ｐdischargeよりも高圧であるため、ブラシシール１０の第一の側部は高圧側として公知である一方、第二の側部は、低圧側と称される。
ブラシシール１０は、システム圧力Ｐsystemに対面した第一の側部と、該第一の側部と対向した第二の側部とを有する環状の保持板１２を備えている。
また、ブラシシール１０は、排出圧力Ｐdischargeに対面した第一の側部と、該第一の側部に対面した第二の側部とを有する環状の後側板１４を備えている。後側板１４の第二の側部は、外周部分１６と、半径方向内周部分１８とを有する。内周部分１８には、第’036号特許に説明されたように、ヒステリシスを軽減する凹状面２０が形成されている。凹状面２０は、図２に図示するように略平面状とし、又は図１０（Ａ）乃至図１０（Ｆ）に関して説明するような所要形状とすることができる。
更に、ブラシシール１０は、保持板１２の第二の側部と後側板１４の第二の側部との間に狭持された複数の個々の房毛２４を含む房毛パック２２を備えている。房毛パック２２内の房毛２４は、保持板１２、房毛２４及び後側板１４に使用される材料に依存して、溶接（図示せず）又は当該技術分野にて公知のその他の何らかの機構により、保持板１２と環状の後側板１４との間に固着することができる。後側板１４の内周部分１８は外周部分１６よりも薄いため、房毛パック２２と凹状面２０の内周部分１８との間には軸方向に伸長する空隙２６が存在する。
上述したように任意のブラシシールの作動中、房毛パック２２において側方及び半径方向への圧力差が生じる。側方への圧力降下は、房毛２４に側方への力を付与し、房毛２４を空隙２６を横断して後側板１４の凹状面２０に向けて押す。
上述したように、ブラシシール１０において、ブラシパック２２の房毛２４の自由端における流体の圧力は、周縁部分における流体の圧力よりも低い。房毛２４の自由端における圧力が低いことは、一部分、流体が房毛２４を経て軸２８に沿って流れ、このため、入口損失が生ずるためである。図４及び図５に図示するように、形成される半径方向への圧力差は、第二の流体の流れ、即ち、房毛パック２２を通って周部分から房毛パック２２の内側部分に向けて半径方向への流体の流れ４０が生ずる原因となる。
半径方向への流体の流れ４０は、房毛２４にて半径方向への圧力抗力４２を発生させ、この効力は、房毛２４の自由端４４を軸２８に向けて押す傾向がある。このことは、「圧力閉鎖効果」として公知である。房毛パック２２の高圧側における房毛２４には、最大大きさの半径方向への流れ４０が加わり、このため、その半径方向へ流れにより最も顕著に影響を受ける。その結果、房毛パック２２の全体が急速な摩耗過程の作用を受けるのみならず、房毛パック２２の高圧側における房毛２４も低圧側の房毛２４よりもより顕著に摩耗する。房毛パック２２の高圧側における房毛２４がより顕著に摩耗する結果、房毛パック２２は不均一に摩耗する。
更に、入口損失に起因する半径方向への流れ４０は、房毛２４を振動させるのに十分な大きさである。この効果は、また、房毛パック２２の高圧側にて極めて大きくなり、このため、房毛２４は強力に振動する傾向となる。房毛２４が過度に振動するならば、疲労及び周期的な応力により房毛２４が破断する可能性が増す。このことは。房毛パック２２の摩耗の問題点を顕著にする。
本発明は、一部分、可撓性の前面板６０により図６に図示するように、房毛パックの高圧側に可撓性の前面板を提供することにより、圧力閉鎖効果及び房毛の振動の問題点を解決するものである。
本発明の第一の形態において、房毛パック６６を形成する房毛６４を有する排出圧力Ｐdischargeからシステム圧力Ｐsystemを密封するブラシシール６２が設けられている。房毛６４は、端部が固定された周部分から、端部が自由である内側部分まで伸長している。房毛６４は、半径方向に対して角度を成す位置に配置され、房毛６４の自由端６８が、図５に図示するように、軸２８の回転方向７０を指すようにする。
特に、高温にてこの形状を保持するため、房毛６４は、ハイネス・インターナショナル（Haynes International）が製造するハイネス（Haynes）２５（登録商標名）又はハイネス２１４（登録商標名）のような高温のニッケル系合金、又はシリコン炭化物のようなセラミック系材料から成るものであることが好ましい。勿論、房毛６４は、特定の用途のため、任意の適当な材料で出来たものとすることができる。
また、ブラシシール６２は、保持板１２及び後側板１４に関して上述したように、環状の保持板７２と、後側板７４とを備えている。房毛パック６６及び可撓性の前面板６０は保持板７２と後側板７４との間に狭持されている。後側板７４の第二の側部は、外周部分７６と、内周部分７８とを有する。内周部分７８は、凹状面８０を有している。
保持板７２及び後側板７４は、インコ・アローイズ・インターナショナル（Inco Alloys International）が製造するインコネル（Inconel）（登録商標名）６２５又は７１８のようなニッケル系合金、又はハイネス・インターナショナルが製造するハイネス１８８のようなニッケル系合金で出来たものとすることができる。しかしながら、保持板７２及び後側板７４の組成は、ブラシシール６２が取り付けられる特定の環境に依存して、変更することが可能である。
保持板７２及び後側板７４の形態は、保持板７２の外周縁と内周縁との距離が外周部分７６の長さに略等しくなるような形態とすることが好ましい。更に、保持板７２及び後側板７４の外周部分７６は、その外周縁にて房毛６４の一部分の上方に沿ってのみ伸長するようにする。
房毛シール６２は、環状の保持板７２の第二の側部と房毛パック６６の高圧側との間に配置された複数の指状体を備える可撓性の前面板６０を備えることを特徴としている。可撓性の前面板６０は、房毛パック６６の高圧側に接触し、又は該高圧側に略近接した位置に配置される。
具体的には、可撓性の前面板６０は、インコ・アローイズ・インターナショナルで製造したインコネル７１８（登録商標名）から形成することができる。勿論、可撓性の前面板６０が、圧力及び動的荷重に耐えるのに十分な強度を有する限り、特定の用途に応じて、任意の適当な材料を使用することができる。
可撓性の前面板６０は、ブラシシール６２の外側部分から後側板７４の内径近くまで伸長することが好ましい。しかしながら、可撓性の前面板６０は、半径方向への流れ４０に起因する圧力閉鎖効果を軽減し、房毛６４の振動を少なくするのに必要な距離だけ房毛６４の自由端６８に向けて伸長するように製造することかができる。可撓性の前面板６０が房毛６４の自由端６８に向けて伸長する長さは、特定の用途に依存する。
可撓性の前面板６０は、システム圧力Ｐsystemの流体と房毛パック６６との間にバリアを提供することにより、半径方向への流れ４０の作用の程度を軽減する。しかしながら、房毛パック６６内における房毛６４の作用を妨害せずに、可撓性の前面板６０はこれを行う。可撓性の前面板６０が妨害するにしても、その程度は極く僅かである。
可撓性の前面板６０を追加することで、半径方向への流れ４０が顕著に少なくなり、従って、半径方向への圧力抗力４２も小さくなり、その結果、圧力閉鎖効果が著しく低下する。更に、半径方向への流れ４０及び半径方向への圧力抗力４２が小さくなる結果、房毛６４が振動する傾向もこれに比例して低下する。圧力閉鎖効果及び房毛６４の振動の双方が低下する結果、房毛パック６６の不均一な摩耗が軽減される。全ての場合、可撓性の前面板６０は、ブラシシール６２の作用を向上させ且つその寿命を引き伸ばす。
可撓性の前面板に関する細部は、図７及び図８に図示されている。図７には、ブラシシール９０が設けられ、この場合、可撓性の前面板９２は、複数の指状体９４を形成する。指状体９４は、スロット９６により分離されており、該スロットは、可撓性の前面板９２の内周端縁から保持板７２の内周端縁に向けて所定の距離だけ伸長している。
スロット９６は、可撓性の前面板９２の内周端縁から保持板７２の内周端縁まで半径方向に伸長して、指状体９４に最大の可撓性を提供することが好ましい。しかしながら、スロット９６は、可撓性の前面板９２の内周端縁から保持板７２の内周端縁まで全距離９８を伸長し、又は、可撓性の前面板９２に対して全距離９８を越えて伸長せずに、半径方向への流れを顕著に十分に軽減する働きをすることが可能である。
スロット９６の好適な方向は半径方向に対して０°である一方、スロットは、これと代替的に、半径方向に対して角度を成す位置に配置することもできる。図８に図示するように、可撓性の前面板１００は、角度付き指状体１０４を形成する角度付きスロット１０２を備えることも可能である。角度付き指状体１０４は、半径方向から±75°の角度に配置することが好ましい。半径方向への包囲程度が緊密である場合、即ち、軸２８と保持板７２の内周端縁との間の半径方向への距離が短い場合、角度付きスロット１０２は、半径方向に方向決めしたスロットであることが好ましい。かかる場合、角度付きスロット１０２は、半径方向スロット９６により形成されるであろうよりも大きい可撓性を持った角度付き指状体１０４を形成する。
半径方向スロット及び角度付きスロットの双方に対し、指状体９４、１０４は、それぞれの指状体に隣接する房毛６４の側方可撓性よりも大きい側方可撓性を有する必要があり、圧力を加えたとき、指状体が、分離せずに房毛パック６６に従い得るようにする。このことは、半径方向への流れを遮断することを確実にする。
スロット９６又は１０２は、４乃至12ミルの範囲の幅とすることが更に可能である。また、指状体９４又は１０４は、３乃至20ミルの厚さの範囲であることが好ましい。より好ましくは、指状体９４又は１０４は、４乃至７ミルの範囲の厚さとすることが考えられる。
本発明の第二の実施の形態は、図９に図示されている。第一の実施の形態と第二の実施の形態との相違点は、後側板１１２に対して所要形状の凹状面１１０を含める点である。図１０（Ａ）乃至図１０（Ｆ）には、この面の幾つかの可能な設計が図示されている。従って、凹状面１１０の形状に依存して、房毛６４と凹状面１１０との間の空隙は均一とし、又は半径方向に異なるようにすることができる。
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）には、凹状面１１０の可能な幾つかの設計が図示されている。図示するように、房毛の根部分の所要形状における曲率半径ｒ、及び後側板１１２の内周端縁における凹状面１１０の深さｈの双方が変更可能である。例えば、房毛の根部分の所要形状の曲率半径ｒは、０乃至50.8ｍｍ（０乃至２インチ）の範囲で変更することができ、また、後側板１１２の内周端縁における凹状面１１０の深さｈは、0.127乃至3.048ｍｍ（.005乃至.120インチ）の範囲で変更することが可能である。この深さｈは、作動圧力のとき、房毛１１４が凹状面１１０に殆ど接触しないように選択することが好ましいことを認識すべきである。
このようにして、凹状面１１０の所要形状を設定することにより、房毛１１４の根部分の反発力が一点に集中せずに、房毛の限定領域に亙って拡がり、これにより、最大応力を軽減する。このようすれば、ブラシシール装置１１６は、より高圧の差圧に耐えることができる。
凹状面１１０のその他の幾つかの可能な設定が、図１０（Ｄ）、図１０（Ｅ）、図１０（Ｆ）に図示されている。
図１１に関して本発明の第三の実施の形態を説明する。この実施の形態において、ブラシシール１２０は、剛性な前面板１２２を備えている。剛性な前面板１２２は、可撓性の前面板１２４から離れた位置に配置され、該剛性な前面板１２２と可撓性の前面板１２４との間に空隙１２６を形成する。
該剛性な前面板１２２は、特に、特別な用途にてブラシシール１２０を取り扱い且つ取り付ける間に、可撓性の前面板１２４及び房毛パック１２８に対する保護を提供し得るように可撓性の前面板１２４の正面に配置されている。剛性な前面板１２２は、保持板１３０の内周端縁から伸長し且つ後側板１３４の内周部分１３２と同程度に伸長することも可能である。しかしながら、明らかであるように、このことは、本発明の実施にとって必要ではない。
一つの好適な実施の形態において、剛性な前面板１２２は、図１１に図示するように、保持板１３０の一部とすることが考えられる。しかしながら、この剛性な前面板１２２は、保持板１３０から分離した板として追加することができる。従って、剛性な前面板１２２は、保持板１３０、又は後側板１３４と同一の材料で出来たものであることが好ましい。上述したように、これは、インコ・アローイズ・インターナショナルが製造するインコネル（登録商標名）６２５又は７１８、或いは、ハイネス・インターナショナルが製造するハイネス１８８のようなニッケル系合金とすることができるが、このことは、本発明を実施する上で必要なことではない。
最後に、ブラシシール１２０は、代替的に、図９及び図１０に図示するように、所要形状の凹状の後側板１１０を備えようにすることもできる。
上記の説明から、本発明は、従来の、即ち、単純な凹状の後側板の設計に優る改良された特徴を備えるブラシシール装置を提供するものであることが明らかである。特に、本発明のブラシシール装置は、単純な凹状の後側板シールに伴う「圧力閉鎖効果」を軽減し、これにより、装置の寿命を引き延ばし且つその圧力密封機能を向上させる。
更なる有利な点及び改変例は、当業者に容易に案出されよう。このため、そのより広い形態にて、本発明は、図示し且つ説明した特定の詳細、典型的な装置及び一例としての実施例にのみ限定されるものではない。従って、請求の範囲及びその均等物により画成される本発明の全体的な着想の精神又はその範囲から逸脱せずに、その詳細から相違することが可能である。
Claims (16)
- 高圧領域（Ｐsystem）を低圧領域（Ｐdischarge）から密封するブラシシール装置であって、環状に配置された複数の房毛と、該房毛の高圧側（Ｐsystem）に対して同心状で且つ該高圧側に配置された環状の保持板と、該房毛の低圧側（Ｐdischarge）に対して同心状で且つ該低圧側に配置された環状の後側板とを備え、該後側板が、ブラシシール装置に圧力を加えたとき、前記房毛が前記後側板に接触するのを遅らせ得るようにされた凹状面を有する、ブラシシール装置において、
前記ブラシシール装置は、前記房毛を流れる流体の量を軽減し得るように、前記房毛に対し同心状で且つ前記環状の保持板と前記房毛との間に配置された可撓性の環状の前面板を備え、前記可撓性の前面板が複数の指状体を形成し、前記指状体が、前記可撓性の前面板の内周端縁から伸長するスロットにより形成される、ブラシシール装置。 - 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記指状体の各々の前記後側板に向かう方向への可撓性が、該指状体に隣接する房毛部分の前記後側板に向かう方向への可撓性よりも大きい、ブラシシール装置。
- 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記房毛が半径方向からある角度にて伸長する、ブラシシール装置。
- 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記指状体が半径方向内方に伸長する、ブラシシール装置。
- 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記指状体が、半径方向からある角度を成して半径方向内方に伸長する、ブラシシール装置。
- 請求項５に記載のブラシシール装置において、前記角度が＋７５°乃至−７５°の範囲にあり、正の角度が房毛と同一方向であることを示し、負の角度が房毛と反対方向であることを示す、ブラシシール装置。
- 請求項６に記載のブラシシール装置において、前記角度が０°である、ブラシシール装置。
- 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記スロットが0.1016乃至0.3048ｍｍ（４乃至12ミル）の幅の範囲内にある、ブラシシール装置。
- 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記指状体が0.0762乃至0.508ｍｍ（３乃至20ミル）の厚さの範囲内にある、ブラシシール装置。
- 請求項９に記載のブラシシール装置において、前記指状体が0.1016乃至0.1778ｍｍ（４乃至７ミル）の厚さの範囲内にある、ブラシシール装置。
- 高圧領域（Ｐ system ）を低圧領域（Ｐ discharge ）から密封するブラシシール装置であって、環状に配置された複数の房毛と、該房毛の高圧側（Ｐ system ）に対して同心状で且つ該高圧側に配置された環状の保持板と、該房毛の低圧側（Ｐ discharge ）に対して同心状で且つ該低圧側に配置された環状の後側板とを備え、該後側板が、ブラシシール装置に圧力を加えたとき、前記房毛が前記後側板に接触するのを遅らせ得るようにされた凹状面を有する、ブラシシール装置において、
前記ブラシシール装置は、前記房毛を流れる流体の量を軽減し得るように、前記房毛に対し同心状で且つ前記環状の保持板と前記房毛との間に配置された可撓性の環状の前面板を備え、前記ブラシシール装置は、さらに、前記可撓性の環状の前面板に同心状で且つ該環状の前面板の高圧側（Ｐsystem）に配置された剛性な環状の前面板を備え、該剛性な前面板が、前記可撓性の環状の前面板と等しい内径を有し且つ前記可撓性の環状の前面板を保護し得るように該可撓性の環状の前面板の前面に該可撓性の環状の前面板から離れた位置に配置される、ブラシシール装置。 - 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記凹状面が、前記後側板におけるヒステリシス効果を軽減し、前記可撓性の環状の前面板が、前記房毛の圧力閉鎖を軽減する、ブラシシール装置。
- 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記凹状面が平面状である、ブラシシール装置。
- 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記凹状面が前記後側板の内周端縁に向けて深さ（ｈ）が増す所要形状とされた、ブラシシール装置。
- 高圧領域（Ｐ system ）を低圧領域（Ｐ discharge ）から密封するブラシシール装置であって、環状に配置された複数の房毛と、該房毛の高圧側（Ｐ system ）に対して同心状で且つ該高圧側に配置された環状の保持板と、該房毛の低圧側（Ｐ discharge ）に対して同心状で且つ該低圧側に配置された環状の後側板とを備え、該後側板が、ブラシシール装置に圧力を加えたとき、前記房毛が前記後側板に接触するのを遅らせ得るようにされた凹状面を有する、ブラシシール装置において、
前記ブラシシール装置は、前記房毛を流れる流体の量を軽減し得るように、前記房毛に対し同心状で且つ前記環状の保持板と前記房毛との間に配置された可撓性の環状の前面板を備え、
前記ブラシシール装置は、さらに、前記可撓性の環状の前面板に同心状で且つ該環状の前面板の高圧側（Ｐsystem）に配置された剛性な環状の前面板を備え、
該剛性な前面板が、前記可撓性の環状の前面板を保護し得るように該可撓性の環状の前面板の前面に該可撓性の環状の前面板から離れて配置された、ブラシシール装置。 - 請求項１に記載のブラシシール装置において、前記凹状面が球面状である、ブラシシール装置。
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