JP4391934B2 - 共通回転軸の周りで相対的に回転運動可能な２つの構成部材間の隙間を密封するための密封構造 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲における請求項１の前文に記載の形式の、共通回転軸の周りで相対的に回転運動可能な２つの構成部材間の隙間を密封するための密封構造に関する。

相対的に回転運動可能な２つの構成部材を密封するためにブラシ・シールを使用することは周知である。この場合のブラシ・シールは実質的に、第１構成部材に取り付けられたブラシ・ケーシングと、ブラシ・ケーシング内に導入された複数の剛毛と、第２構成部材の密封表面上に向けられた自由端とを含む。具体的には、例えば蒸気タービンまたはガス・タービンなどのターボ機械では、ロータとステータとの間の環状隙間を密封するためにブラシ・シールが使用される。この形式のブラシ・シールは、例えば独国特許出願公開第１００１８２７３号明細書に開示されている。

この形式の周知のブラシ・シールでは、主として、相対的に回転運動する２つの構成部材間の隙間、すなわち一方ではステータに嵌合されたブラシ・シールと、他方では回転運動可能なロータの密封表面との間の隙間が、達成される密封作用に関して決定要素となる。この形式のブラシ・シールを広い適用範囲に亘り設計することはできないことが知られている。そのわけは、このように設計すれば、それに応じて駆動損失およびこれに伴う熱の発生が増加するからである。従って、正確な製造が望まれているが、正確な製造は高い製造コストを招くことが知られており、これは欠点であると認められる。

周知のブラシ・シールのさらなる欠点は、ブラシ・シールの密封作用が低下した場合には、問題のあるブラシ・シール全体を取り替える必要があることである。例えば摩耗の理由でブラシ・シールを「調整し直し」して、これによりブラシ・シールの密封機能を保持することはできない。ブラシ・シールの密封機能を調整し直すことができないという事実は耐用年数を縮め、追加コストを要することとなる。

独国特許出願公開第１００１８２７３号明細書

本発明は、上記に対する改善策を提供し、相対的に回転運動可能な２つの構成部材間における隙間の簡単な調節を可能にし、はめ込んだブラシ・シールの密封機能の密封作用の調節または調整し直しを可能にするという目的に基づくものである。

共通回転軸の周りで相対的に回転運動可能な２つの構成部材間にはめ込まれた、前述の序文で説明した形式のブラシ・シールに基づいて解決策を講じるというこの目的は、本発明によれば、ブラシ・ケーシングが取り付けられている第１構成部材が、軸方向に変位可能であるように、また回転軸に沿って調節可能であるように取り付けられていること、およびブラシ・シールの剛毛が向けられている第２構成部材の密封表面が円錐形状であること、によって達成される。

２つの構成部材間の隙間を調節し、これによって２つの構成部材間にはめ込まれたブラシ・シールの密封機能を制御することが、ここでは意外に簡単な方法で可能である。

本発明による密封構造は有意な利点をもたらす。

例えば、第１構成部材の軸方向変位可能性によって、初期取付け中にブラシ・シールの最適調節が可能になる。さらに、本発明による密封構造の構成はブラシ・シールの簡略化されたはめ込みを確実にする。

さらに、ブラシ・シールの摩耗の場合にはブラシ・シールを「調整し直す」ことができる。調整し直しは、第１構成部材の第２構成部材へ向かう軸方向変位によって実施される。本発明による密封表面の円錐形状は、結果として２つの構成部材間の隙間を小さくし、これはブラシ・シールの密封機能の向上を意味する。これはさらに漏れ率を最適化し、これはとりわけ耐用年数の延長を意味する。

さらなる利点は、ブラシ・シールをはめ込まれた状態で調節することができるので、製造公差を増すことができることである。これは製造コストを低下することになる。

軸方向の変位と調節のための手段が、第１構成部材とそれを包囲するケーシングとの間に設けられることが好ましい。

本発明の一実施形態によれば、軸方向変位および調節の手段は、ケーシングにはめ込まれて第１構成部材に切り込まれた変位ねじ山とかみ合う調節ナット、ならびにケーシングと第１構成部材との間に形成された滑りシートとを備えている。

本発明を、図面中に概略的に図示された例示的な実施形態に基づいて以下に説明する。

例えば蒸気タービンまたはガス・タービンなどのターボ機械（詳細は示さない）において相対的に回転運動可能な２つの構成部材間における隙間を密封するための、図１において符号１０によって全体を示す密封構造は、ケーシング１４によって包囲された第１構成部材１２と、第２構成部材１６とを含む。この２つの構成部材１２、１６は共通回転軸１８を有する。

第２構成部材１６は、回転軸１８周りで第１構成部材１２に対して回転運動可能となるように、取り付けられている。第２構成部材１６の回転運動は矢印２０によって示されている。

例えば、より高い圧力にある領域２４をより低い圧力にある領域２６に対して封止するために、両構成部材１２、１６間の環状隙間の中にブラシ・シール２２が導入されている。

この場合におけるブラシ・シール２２は、ブラシ・ケーシング２８と、ブラシ・ケーシング２８内にはめ込まれた複数の剛毛３０とを含む。ただし、ブラシ・ケーシング２８は第１構成部材１２のある固定位置に取り付けられており、剛毛３０の自由端は第２構成部材１６の円錐状に設計された密封表面３２の上に向いている。

ケーシング１４内における第１構成部材１２の回転軸１８に沿った簡単な軸方向変位と調節は、ケーシング１４内にはめ込まれて第１構成部材１２に切り込まれた変位ねじ山３６と噛み合う調節ナット３４によって、確実に実施される。第１構成部材１２とケーシング１４との間の滑りシート３８が、ケーシング１４内における第１構成部材１２用のさらなる軸方向ガイダンスとして設けられる。

図１において矢印４０で示される軸方向変位は、結果として簡単な方法で可能になる。

密封表面３２が円錐状外形を呈するので、両構成部材１２、１６間の隙間の寸法は、第１構成部材１２が第２構成部材１６の方向に軸方向変位４０する場合に小さくなる。

この結果、ここでブラシ・シール２２の密封作用を調整し直すことが可能である。この状況における隙間寸法の減少は、ブラシ・シール２２の密封作用が増加することを意味する。

図２は、軸方向変位によって調整し直された後の図１の密封構造１０を示す。第１構成部材１２と第２構成部材１６との間の隙間の寸法は小さくなっている。この結果、はめ込まれたブラシ・シール２２は長時間にわたってはめ込まれた状態を続けることができ、すなわち耐用年数が長くなり、これはコスト節減につながる。

ブラシ・シールの密封作用の調節を可能にする、本発明による密封構造の断面図である。 調節作業後の図１の密封構造を示す図である。

符号の説明

１０ 密封構造
１２、１６ 構成部材
１４ ケーシング
１８ 共通回転軸
２２ ブラシ・シール
３２ 密封表面
３４ 調節ナット
３６ 変位ねじ山
３８ 滑りシート

Claims (2)

1. 共通回転軸（１８）の周りで相対的に回転運動可能な２つの構成部材（１２、１６）の間における隙間を密封するための、第１構成部材（１２）に固定配置されて第２構成部材（１６）の密封表面（３２）と相互作用するブラシ・シール（２２）を有する密封構造（１０）であって、密封表面（３２）が円錐状の形状を呈し、少なくとも１つの構成部材（１２または１６）が軸方向に変位可能であり、他の構成部材（１６または１２）に対して調節可能であり、
   軸方向変位および調節のための手段（３４，３６，３８）が、前記１つの構成部材（１２）と前記１つの構成部材（１２）を包囲するケーシング（１４）との間に備えられていて、
   前記１つの構成部材（１２）が調節のため軸方向に変位されるとき、ブラシ・シール（２２）は第２構成部材（１６）の円錐状の密封表面（３２）に対して軸方向に相対変位され、ブラシ・シール（２２）が第２構成部材（１６）の円錐状の密封表面（３２）との密封された接触を維持しつつ、第１構成部材（１２）のブラシ・シール（２２）の固定部分と第２構成部材（１６）の円錐状の密封表面（３２）との間の隙間を変化させることを特徴とする密封構造。
2. 上記手段が、滑りシート（３８）と、ケーシング（１４）にはめ込まれた調節ナット（３４）と、前記１つの構成部材（１２）に切り込まれた変位ねじ山（３６）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の密封構造。

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