JPH03209068A - ブラシ形シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野ゴ 本発明は蒸気タービン，ガスタービン，圧縮機等の流体
機械の軸シールに使われるブラシ形のシール装置に関す
る． ［従来の技術コ 従来回転軸の軸封用ブラシ形シールは、特開昭６１−１
９２４２５号公報に記載されているように、先端が回転
軸の外周に接触するように配置されたテープ状の繊維の
束を円環状の支持部材に溶接により固定する方法により
作られていた。

［発明が解決しようとする課題コ 上記の従来技術はブラシとなる繊維の抜けを防ぐことが
出来るが、そのために繊維と支持部材を溶接によって接
合する必要があり、支持部材が鉄などの金属からなって
いる関係上、ブラシ繊維も金属製である必要があった。

金属製のブラシは回転軸を摩耗させ、かつブラシと回転
軸の間の摩擦トルクが大きく機械効率を悪化させる欠点
があった。

本発明の目的は支持部材に対し、溶接による結合によら
なくてもブラシ繊維が抜けないような構造のブラシ形シ
ールの構造を提供し、更にそのようなブラシ形シールの
製造方法を提供しようとするものである。

それにより、長期間シール性能が維持され、回転軸の摩
擦を減少させ、さらにブラシと回転軸間の摩擦トルクを
低下させて機械効率を上昇させ得るシールを提供しよう
とするものである。

［課題を解決するための手段コ 上記課題を解決した軸封装置は、先端が回転軸の外周に
接触するように環状に配置された複数の繊維の束をその
外周端を円環状の支持部材によって支持してなるものに
おいて、前記繊維の束の外側端を二つ以上の方向に織っ
た織物によって形或し、該繊維の束を回転軸の方向に二
つ以上に分割された支持部材によって挟持してなること
を特徴とする軸封用ブラシによって与えられる。

［作用］ ブラシ形シールはブラシが繊維の束を二つ以上の方向に
織った織物を一層以上配置積層して構戊され、ブラシの
織られた部分が一対の円環状の支持部材で挟持されてい
る。それによって二つ以上の方向に織った繊維の束の間
に、したがってまた繊維１本１本の間に大きな摩擦力が
作用し、繊維の抜けを確実にしかも容易に防止すること
ができる。さらに挟持される織物部がほつれて抜けない
ように端部処理すればなお確実に繊維の抜けを防止する
ことができる． 本発明の構造によれば、ブラシ部材は金属製ブラシと異
なり、耐熱性、耐腐食性、低摩擦性の材料を使用するこ
とが出来るのでブラシ形シールのシール性能を長期わた
って維持可能であり、機械効率が高くなる． ［実施例コ 以下、本発明の実施例を第１“図により説明する．第１
図は本発明のブラシ形シールを蒸気タービンに適用した
例を示す。回転する軸１に動翼２ａ，２ｂが取付けられ
、ケーシング５３に静翼４ａ，４ｂが取付けられている
。蒸気は図の右側から左側に向って流れ、排気口５から
排出される。動翼２ａ，２ｂの先端とケーシング３の間
，静翼４ａ，４ｂと軸１との間には小さなすきまが設け
られている．静翼４ａ，４ｂの先端にはラビリンスシー
ル６ａ，６ｂが設けられ、軸１と静翼４ａ，４ｂとの間
を通って高圧側から低圧側に漏れる蒸気量を小さく押え
ている。ケーシング３にはブラシ形シール７ａ．，７ｂ
が装着され、Ｐ．なる圧力を持つ排気室８の蒸気が、Ｐ
エより低圧のＰ２なる圧力を持つブラシ形シール７ａ，
７ｂの間のシール室９とＰ０なるさらに低い圧力を持つ
低圧室１０へ漏れるのを防ぐ。第２図はブラシ形シール
７ａを拡大した図で、円環状の一対の支持部材１２，１
３をボルト１４で締めあげることにより、支持部材１２
と１３の間に配置した多数の繊維からなるブラシ１１を
固定する．ブラシ１１の内周側は支持部材１２．１３か
ら突出し、その先端部は軸１に接触している。ブラシ１
１は第３図に示すように軸１の回転方向に傾斜して配置
され、軸↓の回転がスムースにそして軸１と繊維１１の
間の摩擦が小さくなるようにしてある。

次にブラシシール７ａ，７ｂの製造法について述べる。

第４図は直径が１５μｍのアルミナ長繊維を１０００本
束ね、一方の端部を織って製作した短冊状の織物ブラシ
１５を示す。織物ブラシ１５はアルミナ繊維の束１６を
縦方向に、アルミナ繊維の束１７を横方向に織った織物
部１８と、縦方向に並んだアルミナ繊維の束１６のみの
ブラシ部１９からなる。織物部１８の三つの端面ば繊維
がほつれないように端部処理２０が施されている。

この織物ブラシ１５を第５図及び第６図に示すように円
環状の支持部材１３の上に織物ブラシ１５が円周方向と
ある角度をなし、ブラシ部１９が内側に突出するように
円環状に配置積層し，その上に円環状の支持部材１２を
のせ，ボルト１４で織物ブラシエ５の織物部１８を締め
あげることにより織物ブラシ１５を固定する． 円環状支持部材１２の内周部には環状の凹溝部１２ａが
設けてあり、一方円環状の支持部材１３の外周部には環
状の突起部１３ａが設けられている。織物ブラシ１５の
織物部１８はこの環状凹溝部１２ａに配置され、ボルト
１４により支持部材１２と支持部材１３の環状突起部１
３ａの接触部を支点にして締め付けられ支持部材ｌ２と
１３の間に固定されている。さらに円環状支持部材１２
の内側端部は環状突起に形成され、これによりブラシｌ
５のブラシ部１９が軸方向に広がるのを防ぎ、シール効
果を高めている．ブラシ部１９の内側端部の各繊維はそ
の先端において回転軸の局面に接触摺動しえるように円
周状にカットされている．ブラシ部１９の内側端部の円
周状の形成は研削によって行なうことが可能である。こ
のようにしてブラシ形シールは、予め織られた織物ブラ
シを配置積層し，一対の円環状支持部材で挟持すること
により、容易に製造することが出来る．織物ブラシ１５
はアルミナ繊維製であり、支持部材１２および１３は鉄
系金属製であるから、従来のようにこれらを溶接によっ
て結合固定することは困難であるが、本実施例において
は，織物部１８に繊維がほつれないような端部処理が施
されているので、積層した織物ブラシ１５が織物部１８
を一対の支持部材１２及び１３が挟持するだけでブラシ
を構成するアルミナ繊維の一本一本の抜けを確実に防止
することができる。

本実施例のブラシ形シールは高温における強度が大きく
、弾性率の低下が小さく、耐摩耗性及び耐腐食性が高く
、したがって高温における回転体の軸封に際してブラシ
の回転軸表面に対する接触圧力の低下がなく，長期間に
わたって高いシール性能を維持することが出来る。

本実施例による織物ブラシは織られた束と束との間の隙
間が相対的に少なく、かつ繊維を密に配置することが出
来るのでシール性能を向上させることが出来る． 本実施例になる織物ブラシは繊維の束を用いて製作され
るので、製作が容易でかつ短時間で製作することが出来
る． 織物ブラシ１５はアルミナ繊維を用いて織ったが、横方
向の繊維の束は回転する軸と直接接触せず、温度が低い
ので、横方向の繊維にコストが安いガラス繊維を用いる
ことが可能であり、また低圧段のブラシ形シール７ｂは
高圧段のブラシ形シール７ａより雰囲気温度が低いので
、縦方向の繊維の束もガラス繊維の使用が可能であり、
それだけブラシ形シールの製造コストを低くすることが
できる．さらにアルミナ繊維の束と摩擦係数が小さく熱
伝導率が高いカーボン繊維の束を適切な割合で配合して
織れば、シール性能をそこなわずに冷却効果が高く，耐
摩耗性が良く，シかも軸との間の摩擦トルクが小さいよ
り高性能なブラシ形シールとすることができる。

第７図は三次元に織った織物ブラシ２１を示し、三次元
に織られた織物部２２と一方向に繊維が並び、その先端
が回転軸と接触するブラシ部２３からなる．この織物ブ
ラシ２１を使うと積層数を少なくすることができ、ブラ
シ形シールの製造をさらに容易にすることができる。

第８図は織物ブラシ１５を第４図に示す矢印の方向に引
張って縦方向に並ぶアルミナ繊維の束を斜めに傾斜させ
て作った織物ブラシ２４を示す。

これを用いてブラシ形シールを製造すると、支持部材の
外径が小さくなり、ブラシ形シールの外径を小さくする
ことができる。

織物ブラシは第９図に示すようにアル当ナ繊維の束を使
って織った大きなクロス２５を短冊状に切断し，縦方向
に並ぶアルミナ繊維の束２６をそのまま残し、横方向に
並ぶアルミナ繊維の束２７を部分的に取り除いた後に裁
断することにより、第■０図に示す織物ブラシ２８を製
作することができる。この場合、横方向に並ぶアルミナ
繊維の束２７を抜いた部分がブラシ部２９となり、抜か
ない部分は織物部３０となる。またクロスを織る際にあ
らかじめ第１１図に示すように横方向のアルミナ繊維の
束３１・を部分的に抜いて織ったクロス３２を図の一点
鎖線で裁断し、第１２図に示す織物テープ３３とし、さ
らに縦方向に並ぶアルミナ繊維の束３４に沿って裁断し
、第１０図に示すような織物ブラシを製作することがで
きる。

この場合、まず織物テープ３３の織物部４０を第１２図
の矢印の方向に伸張してブラシ部４１を傾斜させる．つ
いで第１４図に示すピン４２を第１５図に示す支持部材
４３に円周状に複数本装着し、織物テープ３３の織物部
４０を次々に差し込んで第１６図のようなリング状とし
、これを積層した後に支持部材４４をリング状にした織
物テープ３３の上に載せ、ボルト４５で支持部材４３及
び４４を締め付けて固定結合し、しかる後ピン４２を抜
き去ってブラシ形シールを製造する。ビンを抜き去った
穴はネジ等により閉栓する。織物テープ３３にピン４２
を差し込んでリング状を形或する際にほつれが生ずるこ
とがないように織物部４０の端部を接着剤で留めておく
ことがよい。この製造方法はブラシを配置積層する作業
工程を大幅に短縮するとともに製造を容易にするので低
コスト化を達成することが出来、さらに繊維の抜けを効
果的に防止することが出来る６また，回転軸と接触して
シール作用を生ずる縦方向繊維の束のほつれの原因とな
る端部を減少させることが出来る． このようにして製作した織物ブラシ２８を第５図に示し
たように配置積層し，第６図と同じように支持部材で織
物部３０を挟持することによりブラシ形シールを作るこ
とができる。この場合、織物ブラシ２８にはほつれない
ような端部処理はしていないが、織物部２８を支持部材
で強くはさむことにより、互いに交差する横方向と縦方
向のアルミナ繊維間に強い摩擦力が働き、ブラシ部２９
を構成する一本一本の繊維の抜けを確実に防止すること
ができる．この製造方法では織物ブラシ２８を一つ一つ
織る必要がなく、製造容易になり製造コストを低くする
ことができる。

第１３図はチューブ状に織った織物ブラシ３５を示し、
織物部３６とブラシ部３７からなる。織物部３６はチュ
ーブ中心線とある角度をなす二つの方向のアルミナ繊維
の束３８．３９で織られ、ブラシ部３７はチューブ中心
線とほぼ平行をなす。

このチューブ状の織物ブラシ３５を第５図に示したよう
に配置積層し、第６図と同じように支持部材で挟持する
ことによりブラシ形シールを作ることができる。この場
合、チューブ状の織物ブラシ３５の織物部３６には繊維
がほつれて抜ける原因となる端部がないので，支持部材
で挟持することにより繊維１本１本の抜けを確実に防止
することがでる，さらにチューブ状の織物ブラシ３５は
一つで２層積層することができるので、ブラシ形シール
の製造が容易となるとともにコストを低下させることが
できる。またこのチューブ状の織物ブラシ３５では二つ
の方向の繊維の束３８．３９が共にブラシとなるのでよ
り密に繊維が配置され，シール性能が高いブラシが得ら
れる。

第１７図は織物ブラシ１５を支持部材４７の上に放射状
に配置積層した場合を示し，回転する軸が正逆両方向に
回転する場合に適したものである．チューブ状の織物ブ
ラシを放射状に配置積層して製造したブラシ形シールの
実施例を次に示す。

第１８図に示す織物ブラシ４８は、チューブ状の織物を
切断し、積層しゃすいようにひしゃげさせたもので織物
部４９が長く、ブラシ部５ｏが短いものである。この織
物ブラシ４８と第１９図に示すように支持部材５ｌの上
に円環状にそして放射上に配置積層し、第２０図に示す
ように支持部材５２をのせ、ボルト５３で締めあげてブ
ラシ形シール５４を製造する。ブラシ形シール５４は第
２０図に示すように圧力方向に傾斜し、ブラシ部５０の
先端と軸５５との接触圧力が増してシール性能を向上さ
せる。繊維が密になっている織物部４９が長く軸の近く
まで伸びているので、シール性能を効果的に向上させる
ことができる。

第２１図はブラシおよび支持部材の固定方法の他の実施
例を示したものである。支持部材５６，５７の間にブラ
シ５８をはさみ、さらに支持部材５６．５７を押え部材
５９．６０ではさみ、押え部材５９．６０をボルト６１
とナット６２で締めあげた後、支持部材５６．５７の外
周部６３を溶接することにより，ブラシを支持部材に固
定したものである。この固定法ではブラシ形シールの外
周と厚さを小さくすることができ、装置全体の小形化が
可能となる． 以上述べたブラシ形シールの実施例は蒸気タービンの回
転する軸の軸シールに適用した例を示したが、この他に
ガスタービン，圧縮機，ポンプ，水車等の流体機械の軸
シールに適用することが可能である．またブラシ形シー
ルを構戒する繊維は蒸気タービンの使用条件を考慮して
高温強度が高く，耐摩耗性，耐腐食性の高いアルミナ繊
維を使用したが、使用温度が低い軸シールでは耐摩耗性
が高く、摩擦係数が低いカーボン繊維，あるいは極めて
摩擦係数が低いテフロン等の高分子繊維を用いることが
可能であり、この場合は摩擦損失トルクが小さいブラシ
形シールとすることができる。

さらに耐摩耗性の良い繊維、あるいは摩擦係数の低い繊
維、あるいは軸との接触圧力を替える繊維径、弾性係数
等の物理的、機械的特性の異なる二つ以上の繊維を組合
せて、複合した機能を持つブラシ形シールとすることも
容易に可能である。

［発明の効果コ 本発明によれば、ブラシ形シールのブラシ部材に支持部
材と異なった材質のものを使用することが可能となり、
支持部材の材質とがかわりなくシール用ブラシ材として
最適の材質のものを選択使用できるので、ブラシ形シー
ルのシール効果を高め、ブラシ形シールの性能を向上さ
せることが出来る。

本発明によれば，ブラシ部材を織物部とブラシ部とによ
って形成し、織物部を支持部材によって結合固定するよ
うにしたので、ブラシ用繊維が抜けることを防止するこ
とが出来る。

４．鶴箔ｎ♂躍 第工図は本発明のブラシ形シールの一実施例を備えた蒸
気タービンの縦断面図、第２図は本発明のブラシ形シー
ルを拡大して示す縦断面図、第３図は本発明のブラシ形
シールの平面図、第４図は本発明のブラシ形シールのブ
ラシとなる織物ブラシを示す平面図、第５図は織物ブラ
シを円環状に配置積層した様子を示す平面図、第６図は
織物ブラシを用いて製造した本発明のブラシ形シールを
示す縦断面図、第７図は３次元に織って作った織物ブラ
シを示す立体図、第８図は他の織物ブラシを示す平面図
，第９図は織物の束で織ったクロスを示す平面図、第１
０図は第９図のクロスを切断して製造した織物ブラシを
示す平面図、第１１図は他のクロスを示す平面図、第１
２図は第１１図のクロスを切断して製造した織物テープ
を示す平面図，第１３図はチューブ状の織物ブラシを示
す立体図、第１４図は織物テープを積層するとき使用す
るピンを示す正面図、第１５図は織物テープを用いて製
造したブラシ形シールの縦断面図、第１６図は織物テー
プを円環状に配置積層した様子を示す平捕図、第１７図
は織物ブラシを放射状に配置積層した様子を示す平面図
、第１８図はチューブ状の織物ブラシを示す平面図、第
１９図はチューブ状の織物ブラシを放射状に配置積層し
た様子を示す平面図、第２０図はチューブ状の織物ブラ
シを用いて製造したブラシ形シールの縦断面図、第２１
図は支持部材の溶接による固定法を示す縦断面図である
。

〈符号の説明〉 １・・・回転軸、２ａ，２ｂ・・・動翼、３・・・ケー
シング、４ａ，４ｂ・・・静翼、７ａ，７ｂ・・・ブラ
シ形シール、１１・・・繊維、１２．１３・・・支持部
材、１４・・・ボルト、１５・・・織物ブラシ、１８・
・・織物部，１９・・・ブラシ部、２５・・・クロス、
２８・・・織物ブラシ、３３・・・織物テープ、３５・
・・チューブ状の織物ブラシ、４２・・・ピン、４３．
４４・・・支持部材、４８・・・チューブ状の織物ブラ
シ、５１．５２・・・支持部材、５５・・・回転軸、５
６．５７・・・支持部材、５９．６０・・・押え部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端が回転軸の外周に接触するように円環状に配置
   された複数の繊維の束をその外側において円環状の支持
   部材によって支持してなるものにおいて、前記繊維の束
   を外側端を含む織物部と同織物部から連なり回転軸の外
   面に接触するブラシ部とによって形成し、該繊維の束の
   織物部を含む部分を回転軸の軸方向に二つ以上に分割さ
   れた支持部材によって挟持してなることを特徴とするブ
   ラシ形シール。 ２、請求項１、において、前記繊維の束を短冊状に形成
   したことを特徴とするブラシ形シール。 ３、請求項１、において、前記繊維の束の織物部を互い
   に交差する異なった複数方向の繊維配列からなる織物に
   よって形成したことを特徴とするブラシ形シール。 ４、請求項１、において、前記繊維の束の織物部を縦方
   向の繊維配列と横方向の繊維配列からなる織物によって
   形成したことを特徴とするブラシ形シール。 ５、請求項１、において、前記繊維の束の織物部を縦方
   向の繊維配列と斜め方向の繊維配列からなる織物によっ
   て形成したことを特徴とするブラシ形シール。 ６、請求項１、において、前記支持部材を回転軸の軸方
   向に分割された二つの環状円盤によって形成したことを
   特徴とするブラシ形シール。 ７、請求項６、において、一方の環状円盤の内径を他方
   の環状円盤の内径より大としたことを特徴とするブラシ
   形シール。 ８、請求項７、において、前記内径が大なる方の環状円
   盤に環状の凹溝部を形成し同環状円盤の内径端部に環状
   の突起部を設けたことを特徴とするブラシ形シール。 ９、請求項１、において、前記複数の支持部材を前記繊
   維の束を配置積層した後に溶接によって一体に結合した
   ことを特徴とするブラシ形シール。 １０、請求項１、において、前記繊維の束の織物部をチ
   ューブ状の織物としたことを特徴とするブラシ形シール
   。 １１、請求項１、のブラシ形シールに使用される織物部
   とブラシ部からなる繊維の束。