JP5725896B2 - ブラシシール - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、総括的にブラシシールに関し、より具体的には、各セグメントが圧力バランスを向上させるダムを第１の端部及び第２の端部に沿って備えたセグメント式ブラシシールに関する。

公知のセグメント式ブラシシールは一般的に、該セグメント式ブラシシールがその一部品である回転装置の作動時に生じる圧力をバランスさせるための円周方向に配向された空洞（円周方向配向空洞）をそのバックプレート内に備えている。しかしながら、そのような設計では、円周方向配向空洞の幾つかは、ブラシシールセグメントの端部に沿って開口状態のままになっている。従って、ブラシシールセグメントの端部に沿って、漏洩が観察されて、シールの圧力バランス特性の有効性が低下する。加えて、より低い圧力バランス及び漏洩流によるより大きい外乱に起因して、ブラシブリストリルのより大きい摩耗が、ブラシシールのそのような端部に沿って見られる。

米国特許第７２５５３５２号明細書

回転装置で使用するためのブラシシール、ブラシシールセグメント及びブラシシールバックプレートを提供する。

１つの態様では、本発明は、回転装置用のブラシシールを提供し、本ブラシシールは、複数のブラシシールセグメントを含み、各セグメントは、弓形フェンスと、弓形フェンスと円周方向に同延である弓形バックプレートと、弓形バックプレート及び弓形フェンス間に配置された複数のブラシブリストルと、それに対して複数のブラシシールセグメントの少なくとも１つが固定された固定部材とを含み、弓形バックプレートは、複数の円周方向配向空洞と、該弓形バックプレートの第１の端部に沿って配置されかつ複数の円周方向配向空洞の少なくとも１つの端部を実質的に閉鎖した第１のダムと、該弓形バックプレートの第２の端部に沿って配置されかつ複数の円周方向配向空洞の少なくとも１つの端部を実質的に閉鎖した第２のダムとを含む。

別の態様では、本発明は、ブラシシールセグメントを提供し、本ブラシシールセグメントは、弓形フェンスと、弓形フェンスと円周方向に同延である弓形バックプレートと、弓形バックプレート及び弓形フェンス間に配置された複数のブラシブリストルとを含み、弓形バックプレートは、複数の円周方向配向空洞と、該弓形バックプレートの第１の端部に沿って配置されかつ複数の円周方向配向空洞の少なくとも１つの端部を実質的に閉鎖した第１のダムと、該弓形バックプレートの第２の端部に沿って配置されかつ複数の円周方向配向空洞の少なくとも１つの端部を実質的に閉鎖した第２のダムとを有する。

さらに別の態様では、本発明は、ブラシシールセグメント用の弓形バックプレートを提供し、本弓形バックプレートは、第１の端部と、第２の端部と、第１の端部及び第２の端部間における内側弓形端縁部と、第１の端部及び第２の端部間における外側弓形端縁部と、内側弓形端縁部及び外側弓形端縁部間に配置された少なくとも１つの円周方向配向空洞と、第１の端部に沿って配置されかつ少なくとも１つの円周方向配向空洞の端部を実質的に閉鎖した第１のダムと、第２の端部に沿って配置されかつ少なくとも１つの円周方向配向空洞の端部を実質的に閉鎖した第２のダムとを含む。

本発明のこれらの及びその他の特徴は、本発明の様々な実施形態を示す添付図面と関連させてなした本発明の様々な態様の以下の詳細な説明から一層容易に理解されるであろう。

ブラシシール及びロータを有する回転装置の断面図。 公知のブラシシール及びロータの一部分解断面図。 図２の公知のブラシシール及びロータの側面断面図。 本発明の実施形態によるブラシシールのバックプレートの斜視図。 本発明の実施形態によるブラシシールセグメントの側面断面図。

本発明の図面は正確な縮尺でないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを示すことを意図しており、従って本発明の技術的範囲を限定するものとして考えるべきではない。図面では、同じ参照符号付けが、図面間で同様の要素を表している。

次に図面に移ると、図１は、回転装置１（例えば、ガスタービン、蒸気タービン、発電機など）の断面図を示しており、回転装置１は、ほぼ円形の固定部材２０によって囲まれたロータ１０と、固定部材２０及びロータ１０間に配置されたブラシシール１００とを含む。ブラシシール１００は、複数のセグメント３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆを含み、それらのセグメントの１以上は、固定部材２０に固定することができる。そのようなブラシシールは、あらゆる数のセグメント、一般的には２〜１２個のセグメントを含むことができる。明瞭にするために、これらセグメントは、セグメント３０Ａに関してのみさらに説明することにする。

各セグメント３０Ａは、弓形フェンス４０Ａと、弓形バックプレート（後続の図において図示しかつ以下でさらに説明する）と、複数のブラシブリストル７０Ａとを含む。複数のブラシブリストル７０Ａは、フェンス４０Ａ及びバックプレート間に配置されかつフェンス４０Ａの内側弓形端縁部４６Ａを越えて延びて、ブラシブリストル７０Ａは、ロータ１０が径路Ａに沿って回転する時に該ロータ１０に対するシールを行なうことができる。

図１で分かるように、ブラシブリストル７０Ａは、ロータ１０、セグメント３０Ａ及び固定部材２０の半径方向軸線Ｒに対して角度αで傾斜している。同様に、フェンス４０Ａの第１の端部４２Ａ及び第２の端部４４Ａは、半径方向軸線Ｒに対してそれぞれ角度β及び角度γで傾斜している。本質的に必要なことではないが、角度α、β及びγは一般的に、同一である。そのような角度は、例えば約０°〜約６０°（つまり、半径方向軸線Ｒに沿って）の範囲とすることができる。言うまでもなく当業者には分かるように、ブラシシール１００の隣接するセグメントを適切に整列させかつ機能的なシールを構成するためには、第１のフェンス（例えば、４０Ａ）の第１の端部（例えば、４２Ａ）は、必要に応じて、隣接する第２のフェンス（例えば、４０Ｆ）の第２の端部（例えば、４４Ｆ）の角度とほぼ同一の角度を有しなければならない。

図２は、公知の回転機械２の一部分の一部分解断面図を示している。明瞭にするために、単一のセグメント３１のみについて、図示しかつ説明する。しかしながら、回転機械２は複数のセグメントを含むことになることを、理解されたい。この図から分かるように、ここには弓形バックプレート５０を図示しており、弓形バックプレート５０は、フェンス４０と同延である。

バックプレート５０は、外側円周方向配向空洞６０と、内側円周方向配向空洞６４と、それらの間の中間円周方向配向空洞６２とを含む。円周方向配向空洞６０、６２、６４は、バックプレート５０に沿って圧力バランス作用を行なう。しかしながら、上述したように、公知の装置では、円周方向配向空洞６０、６２、６４の１以上が、バックプレート５０の第１の端部５２及び／又は第１の端部５４において開口していて、セグメント間領域における低い圧力バランスに起因して漏洩の増加（及びそれに伴う回転装置２の効率の低下）並びにブラシブリストル７０に対する摩耗及び／又は損傷の増大の両方を引き起こす。

図３は、図２のセグメント３１及びロータ１０の一部分の側面断面図を示している。公知の装置における場合には、外側円周方向配向空洞６０、中間円周方向配向空洞６２及び内側円周方向配向空洞６４は、上述したようにその各々が第２の端部５４において開口しているので、該第２の端部５４に沿って見ることができる。

図４は、本発明の実施形態によるバックプレート１５０の斜視図を示している。図４で分かるように、バックプレート１５０は、第１の端部１５２に沿った第１のダム１８０と、第２の端部１５４に沿った第２のダム１８２とを含む。以下でより詳細に説明しまた本明細書の図に示すように、第１のダム１８０及び第２のダム１８２は、第１の端部１５２及び第２の端部１５４に沿った漏洩並びにブラシブリストル１７０に対する摩耗及び／又は損傷を減少させる。

この図４に示す実施形態では、バックプレート１５０はまた、第１の端部１５２及び隣接する第１のダム１８０にほぼ平行な第１の溝１９０と、第２の端部１５４及び隣接する第２のダム１８２にほぼ平行な第２の溝１９２とを含む。図４に示すように、第１の溝１９０及び第２の溝１９２は、外側円周方向配向空洞１６０、中間円周方向配向空洞１６２及び内側円周方向配向空洞１６４と連続し、それによって円周方向配向空洞１６０、１６２、１６４間の連通を維持しかつバックプレート１５０に沿った圧力バランスを向上させる。

図５は、図４のバックプレートのようなバックプレート１５０を含むブラシシールセグメント１３０の側面断面図を示している。この図から分かるように、円周方向配向空洞１６０、１６２、１６４（仮線で示す）は、第２の端部１５４において開口していない。もっと正確に言えば、第２のダム１８２は、第２の端部１５４に沿って実質的に連続した表面を形成している。円周方向配向空洞１６０、１６２、１６４は、上述したように第２の溝１９２（これもまた仮線で示す）と交差しているものとして図示している。

図４に戻ると、第１の溝１９０及び第２の溝１９２は、各円周方向配向空洞１６０、１６２、１６４と連続していることが分かる。しかしながら、第１の溝１９０及び第２の溝１９２の各々が必ずしも各円周方向配向空洞１６０、１６２、１６４と連続している必要はないことに注目されたい。例えば、他の実施形態では、第１の溝１９０は、外側円周方向配向空洞１６０とのみ連続することができ、また第２の溝１９２は、中間円周方向配向空洞１６２及び内側円周方向配向空洞１６４と連続することができる。言うまでもなく、当業者には分かるように、その他の置換配列も実施可能である。

同様に、上記に示した実施形態は３つの円周方向配向空洞１６０、１６２、１６４を有するバックプレート１５０について記載しているが、本発明の他の実施形態では、より多い又はより少ない数のそのような空洞を使用することができる。加えて、使用する円周方向配向空洞は、必ずしも第１の溝１９０から第２の溝１９２まで延びる必要はない。つまり、幾つかの実施形態では、１以上の円周方向配向空洞は、第１の溝１９０及び／又は第２の溝１９２に到達する前に終端させることができる。他の実施形態では、第１の溝１９０及び第２の溝１９２のいずれか或いは両方は、存在しないものとして、１以上の円周方向配向空洞（例えば、１６０、１６２、１６４）が第１のダム１８０及び／又は第２のダム１８２で終端するようにすることができる。

さらに図４を参照すると、第１のダム１８０及び第２のダム１８２はバックプレート１５０の内側弓形端縁部１５６及び外側弓形端縁部１５８と連続している（つまり、実質的に連続した表面を形成している）ことが分かる。そのような構成により、ブラシシールの使用時におけるバックプレート１５０及びフェンス１４０間の漏洩が減少する。

本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とするものであり、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合に、数詞を付していない表現は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、複数の形態もまた含むことを意図している。さらに、本明細書で使用する場合の「含む」及び／又は「含んでいる」という用語は、記述した特徴、回数、ステップ、操作、要素及び／又は構成部品の存在を特定するが、１以上のその他の特徴、回数、ステップ、操作、要素、構成部品及び／或いはそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことを理解されたい。

本明細書は最良の形態を含む実例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる関連又は組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実例を含むことができる。そのようなその他の実例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。

１、２ 回転装置
１０、１１０ ロータ
２０ 固定部材
３０Ａ〜Ｆ、３１、１３０ ブラシシールセグメント
４０、４０Ａ〜Ｆ フェンス
４２Ａ 第１の端部
β 第１の端部角度
４４Ａ、４４Ｆ 第２の端部
γ 第２の端部角度
４６Ａ 内側弓形端縁部
５０、１５０ バックプレート
５２、１５２ 第１の端部
δ 第１の端部角度
５４、１５４ 第２の端部
ε 第２の端部角度
５６、１５６ 内側弓形端縁部
５８、１５８ 外側弓形端縁部
Ｒ 半径方向軸線
６０、１６０ 外側円周方向配向空洞
６２、１６２ 中間円周方向配向空洞
６４、１６４ 内側円周方向配向空洞
７０、７０Ａ〜Ｆ、１７０ ブラシブリストル
α ブラシブリストル角度
１００ ブラシシール
１８０ 第１のダム
１８２ 第２のダム
１９０ 第１の溝
１９２ 第２の溝

Claims (7)

1. 複数のブラシシールセグメント（１３０）を備えるブラシシールであって、各セグメントが、
   弓形フェンス（１４０）と、
   前記弓形フェンス（１４０）と円周方向に同延である弓形バックプレート（１５０）と、
   前記弓形バックプレート（１５０）と弓形フェンス（１４０）の間に配置された複数のブラシブリストル（１７０）と、
   前記複数のブラシシールセグメント（１３０）の少なくとも１つが固定されている固定部材（２０）と
   を含んでおり、前記弓形バックプレート（１５０）が、
   複数の円周方向配向空洞（１６０、１６２、１６４）と、
   前記弓形バックプレート（１５０）の第１の端部（１５２）に隣接した第１の溝（１９０）であって、前記複数の円周方向配向空洞（１６０、１６２、１６４）の少なくとも２つをつなぐ第１の溝（１９０）と、
   前記弓形バックプレート（１５０）の第２の端部（１５４）に隣接した第２の溝（１９２）であって、前記複数の円周方向配向空洞（１６０、１６２、１６４）の少なくとも２つをつなぐ第２の溝（１９２）と、
   前記弓形バックプレート（１５０）の第１の端部（１５２）に沿って配置されかつ前記第１の溝（１９０）に隣接する第１のダム（１８０）と、
   前記弓形バックプレート（１５０）の第２の端部（１５４）に沿って配置されかつ前記第２の溝（１９２）に隣接する第２のダム（１８２）と
   を含んでいる、ブラシシール。
2. 前記弓形バックプレート（１５０）が、前記第１の端部（１５２）にほぼ平行にかつ前記第１のダム（１８０）に隣接して配置された第１の溝（１９０）と、前記第２の端部（１５４）にほぼ平行にかつ前記第２のダム（１８２）に隣接して配置された第２の溝（１９２）とをさらに含む、請求項１記載のブラシシール。
3. 前記第１の溝（１９０）及び第２の溝（１９２）の少なくとも１つが、前記複数の円周方向配向空洞（１６０、１６２、１６４）の少なくとも１つと連続している、請求項２記載のブラシシール。
4. 前記第１の溝（１９０）及び第２の溝（１９２）の両方が、前記複数の円周方向配向空洞（１６０、１６２、１６４）の少なくとも１つと連続している、請求項３記載のブラシシール。
5. 第１のブラシシールセグメント（１３０）の前記第１のダム（１８０）が、第２のブラシシールセグメント（１３０）の前記第２のダム（１８０）に当接する、請求項１記載のブラシシール。
6. 前記複数のブラシブリストル（１７０）が、前記弓形バックプレート（１５０）の半径方向軸線（Ｒ）に対してある角度をなしており、前記弓形バックプレート（１５０）の第１の端部（１５２）及び第２の端部（１５４）の各々が、前記複数のブラシブリストル（１７０）の角度にほぼ平行である、請求項１記載のブラシシール。
7. 前記第１及び第２のダム（１８０、１８２）が、前記弓形バックプレート（１５０）の内側弓形端縁部（１５６）及び外側弓形端縁部（１５８）と連続している、請求項１記載のブラシシール。