JP5767933B2 - ブラシシール - Google Patents

Description

本発明は、総括的にはブラシシールに関し、より具体的には、バックプレートの端部に対して傾斜した複数のブラシブリストルを有するセグメントブラシシールに関する。そのような構成は、ブラシブリストルに対する圧力バランス及びバックプレート支持を改善し、それによってブラシシールセグメントの端部に隣接するブラシブリストルへの損傷を防止又は低減する。そのような構成はまた、セグメントギャップを通しての漏洩を減少させて、ブラシシールの性能を向上させる。

公知のセグメントブラシシールは、半径方向に配向した又は傾斜したブラシブリストルを有するセグメントを含むことができる。そのようなセグメントのバックプレートは一般的に、ブラシブリストルに平行な端部を有する。一般的に、運転中にセグメントが弓形拘束されるのを回避するために、セグメント端部が当接し合う箇所にギャップが設けられており、大きなブラシシール半径方向間隙を生じることになる。その結果、ブラシシールセグメント間のギャップを通して直接漏洩通路が存在して、より多くの漏洩を生じかつシール性能の低下を引き起こすことになる。加えて、セグメント端部に隣接するブラシブリストルがギャップ内に落ち込みかつ支持の不足及び圧力バランス作用の低下により並びに／或いはロータ運動により損傷を受け、この両方のことにより、漏洩が増大しかつ直ぐ近くのブラシブリストルの不安定性が生じて、ブラシシールの効率をさらに低下させかつ甚大なブリストル損傷を生じさせる。

米国特許第７２５５３５２号明細書

回転装置で使用するブラシシール及びブラシシールセグメントを提供する。

１つの実施形態では、本発明は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、弓形フェンスとほぼ円周方向に同延でありかつ第１の端部及び第２の端部を備えた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かつ該弓形バックプレートの半径方向軸線並びに該弓形バックプレートの第１の端部及び第２の端部の少なくとも１つに対して傾斜している複数のブラシシールブリストルと、複数のブラシシールセグメントの少なくとも１つが固定された静止部材とを含む。

別の実施形態では、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、弓形フェンスとほぼ円周方向に同延でありかつ第１の端部及び第２の端部を備えた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かつ該弓形バックプレートの半径方向軸線並びに該弓形バックプレートの第１の端部及び第２の端部の少なくとも１つに対して傾斜している複数のブラシシールブリストルとを含む。

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開示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ようになるであろう。

ブラシシール及びロータを有する回転装置の断面図。 本発明の実施形態によるブラシシールセグメントの部分を示す図。 本発明の実施形態によるブラシシールセグメントを示す図。 本発明の実施形態によるブラシシールの部分を示す図。 本発明の別の実施形態によるブラシシールの部分を示す図。 本発明のさらに別の実施形態によるブラシシールの部分を示す図。 本発明のさらに別の実施形態によるブラシシールセグメントを示す図。

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。

次に図面を参照すると、図１は、回転装置１００（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１００は、ほぼ円形の静止部材２０によって囲まれたロータ１０と、それらの間のブラシシール９０とを含む。ブラシシール９０は、複数のセグメント３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆを含み、それらの１つ又はそれ以上は、静止部材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。簡潔にするために、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５０Ａ（後続の図に示しておりかつ以下にさらに詳細に説明する）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が経路Ａに沿って回転する時に該ロータに対してシールすることができるようになる。

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及び静止部材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が、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。必ずしも必要ではないが、β及びγは一般的に同一であるが、それらは、ブリストル角度αとは異なるものとすることができる。そのような角度は一般的に、例えば半径方向軸線Ｒに対して約１°〜約６０°の範囲にある。言うまでもなく、当業者には分かるように、ブラシシール９０の隣り合うセグメントが正しく整列しかつ機能的シールを行なうようにするためには、第１のフェンス（例えば、４０Ａ）の第１の端部（例えば、４２Ａ）は、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）の角度とほぼ同一である角度を有しなければならない。

図２は、本発明の１つの実施形態による、フェンス４０Ａ、ブラシブリストル７０Ａ及び弓形バックプレート５０Ａを示している。弓形バックプレート５０Ａは、フェンス４０Ａと円周方向に同延である（同じ広がりを有する）ものとして図示している。ブラシブリストル７０Ａ、第１の端部４２Ａ及び第２の端部４４Ａは、半径方向軸線Ｒ₁及びＲ₂に対してそれぞれ角度α、β及びγである。ブリストル７０Ａの第１の端部７２Ａ及び第２の端部７４Ａは、ほぼ同一の角度αで傾斜している。図２に示すように、角度β及びγは、ほぼ同一である。バックプレート５０Ａは、第１の端部５２Ａ及び第２の端部５４Ａを備え、それらの各々は、それぞれ半径方向軸線Ｒ₁、Ｒ₂にほぼ平行である。

図３は、フェンス４０Ａ及びブラシブリストル７０Ａの背後に配置されてセグメント３０Ａを形成したバックプレート５０Ａを示している。図２で分かるように、バックプレート５０Ａの部分５１Ａは、ブリストルパックの第２の端部７４Ａを越えて延びる。部分５１Ａは、隣接するセグメントのブラシブリストルの部分を支持する働きをする。そのような構成は、図４に示しており、図４では、セグメント３０Ａ及び３０Ｂが所定の位置に配置されると、ブラシブリストル７０Ｂの延長部分７１Ｂがバックプレート５０Ａの部分５１Ａの前に配置される。この段付きギャップ設計は、ブラシブリストル７０Ａの傾斜端部７２Ａ、７４Ａをバックプレート５０Ａのほぼ半径方向端部５２Ａ、５４Ａと組合せることによって実施可能になる。

言うまでもなく、段付きギャップ設計を組入れたその他の実施形態も実施可能である。例えば、図５は、図２〜図４に示す実施形態のケースであるとして、バックプレート１５０Ａの部分１５１Ａが、第２の端部１４４Ａではなくて弓形フェンス１４０Ａの第１の端部１４２Ａを越えて延びている本発明の実施形態を示している。

図６に示す実施形態のような本発明の別の実施形態では、バックプレート２５０Ａの第１の端部２５２Ａ、第２の端部２５４Ａ又はその両方が、それぞれ半径方向軸線Ｒ₁、Ｒ₂に対して角度δで傾斜している。一般的に、角度δは、半径方向軸線の角度αの側と反対の側に対するものとなる。つまり、角度αは一般的に、「正」（ロータ回転の方向に定義して）となり、また角度δは「負」（ロータ回転の逆方向に）となって、「負」の角度δは、ブリストル２７０Ａの第１の端部２７２Ａを越えて延びるバックプレート２５０Ａの部分２５１Ａを増大させるようになる。本明細書で使用する場合に、「正方向に（前向きに）」及び「負方向に（後向きに）」というのは、半径方向軸線に対する角度の何らかの値ではなくてそのような軸線の両反対の側を単に示すことを意図している。角度δは、角度αの値と同様な値、つまり約１°〜約６０°を有することができ、一方、β及びγは、ブリストル角度α又はバックプレート端部角度δのいずれかと同一にすることができる。製造上の理由により、フェンスは、ブリストルと同一の角度を有しかつセグメント端部に沿ってブリストルパックと整列させることができる。

図７は、本発明の別の実施形態によるブラシシールセグメント３３０Ａを示しており、この実施形態では、フェンス３４０Ａの第１の端部３４２Ａ及び第２の端部３４４Ａが、バックプレート（図示せず）の端部の場合と同様に、それぞれ半径方向軸線Ｒ₁及びＲ₂にほぼ平行である。つまり、ブラシブリストル３７０Ａのみが、半径方向軸線Ｒ₁及びＲ₂に対して角度αで傾斜している。そのような構成は、フェンス３４０Ａ及びバックプレート間に一対の空隙３６２Ａ、３６４Ａを形成し、ブラシシールの組立て時に、隣接するセグメントからのブラシブリストルをこれらの空隙内に挿入させることができる。

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つ又はそれ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施例を使用して、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り定めており、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、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。

Ｒ、Ｒ₁、Ｒ₂ 半径方向軸線
β、γ 角度
α ブラシシールブリストル角度
１００ 回転装置
１０ ロータ
２０ 静止部材
９０ ブラシシール
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆ、３３０Ａ ブラシシールセグメント
４０Ａ、４０Ｆ、１４０Ａ、２４０Ａ、３４０Ａ フェンス
４６Ａ 内側弓形端縁部
４２Ａ、１４２Ａ、３４２Ａ 第１の端部
４４Ａ、４４Ｆ、１４４Ａ、３４４Ａ 第２の端部
７０Ａ、７０Ｂ、１７０Ａ、２７０Ａ、３７０Ａ ブラシシールブリストル
７１Ｂ 延長部分
７２Ａ 第１の端部
７４Ａ 第２の端部
５０Ａ、１５０Ａ、２５０Ａ バックプレート
５１Ａ、１５１Ａ、２５１Ａ 部分
５２Ａ、２５２Ａ 第１の端部
５４Ａ、２５４Ａ 第２の端部
３６２Ａ、３６４Ａ 空隙

Claims (10)

1. 複数のブラシシールセグメント（３０Ａ）を備えるブラシシール（９０）であって、各セグメント（３０Ａ）が、
   第１の端部（４２Ａ）及び第２の端部（４４Ａ）を有していて外周及び内周を画成する弓形フェンス（４０Ａ）と、
   第１の端部（５２Ａ）及び第２の端部（５４Ａ）を有していて前記弓形フェンスの外周と同延の外周及び前記弓形フェンスの内周と同延でない内周を画成する弓形バックプレート（５０Ａ）と、
   前記弓形バックプレート（５０Ａ）と弓形フェンス（４０Ａ）の間に配置されかつ該弓形バックプレート（５０Ａ）の半径方向軸線（Ｒ）並びに該弓形バックプレート（５０Ａ）の第１の端部（５２Ａ）及び第２の端部（５４Ａ）の少なくとも１つに対して傾斜している複数のブラシシールブリストル（７０Ａ）と、
   前記複数のブラシシールセグメント（３０Ａ）の少なくとも１つが固定された静止部材（２０）と
   を備えている、ブラシシール（９０）。
2. 前記弓形バックプレート（５０Ａ）の第１の端部（５２Ａ）及び第２の端部（５４Ａ）の少なくとも１つが該弓形バックプレート（５０Ａ）の半径方向軸線（Ｒ）にほぼ平行である、請求項１記載のブラシシール（９０）。
3. 前記弓形バックプレート（５０Ａ）の第１の端部（５２Ａ）及び第２の端部（５４Ａ）の両方が該弓形バックプレート（５０Ａ）の半径方向軸線（Ｒ）にほぼ平行である、請求項２記載のブラシシール（９０）。
4. 前記複数のブラシシールブリストル（７０Ａ）が前記弓形バックプレート（５０Ａ）の半径方向軸線（Ｒ）に対して正に傾斜している、請求項１記載のブラシシール（９０）。
5. 前記弓形フェンス（４０Ａ）の第１の端部（４２Ａ）及び第２の端部（４４Ａ）の少なくとも１つが前記ブラシシールブリストル（７０Ａ）にほぼ平行である、請求項４記載のブラシシール（９０）。
6. 前記弓形バックプレート（５０Ａ）の第１の端部（５２Ａ）及び第２の端部（５４Ａ）の少なくとも１つが該弓形バックプレート（５０Ａ）の半径方向軸線（Ｒ）に対して負に傾斜している、請求項４記載のブラシシール（９０）。
7. 前記弓形バックプレート（５０Ａ）の第１の端部（５２Ａ）及び第２の端部（５４Ａ）の少なくとも１つが該弓形バックプレート（５０Ａ）の半径方向軸線（Ｒ）に対して１°〜６０°負に傾斜している、請求項６記載のブラシシール（９０）。
8. 前記複数のブラシシールブリストル（７０Ａ）が前記弓形バックプレート（５０Ａ）の半径方向軸線（Ｒ）に対して１°〜６０°正に傾斜している、請求項１記載のブラシシール（９０）。
9. 前記弓形バックプレート（５０Ａ）の第１の端部（５２Ａ）及び第２の端部（５４Ａ）の少なくとも１つが該弓形バックプレート（５０Ａ）の半径方向軸線（Ｒ）に対して１°〜６０°負に傾斜している、請求項８記載のブラシシール（９０）。
10. 前記弓形フェンス（４０Ａ）の第１の端部（４２Ａ）及び第２の端部（４４Ａ）の少なくとも１つが前記半径方向軸線（Ｒ）にほぼ平行である、請求項１記載のブラシシール（９０）。