JPH11311335A - ブラシシ―ル - Google Patents
ブラシシ―ルInfo
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- JPH11311335A JPH11311335A JP11078790A JP7879099A JPH11311335A JP H11311335 A JPH11311335 A JP H11311335A JP 11078790 A JP11078790 A JP 11078790A JP 7879099 A JP7879099 A JP 7879099A JP H11311335 A JPH11311335 A JP H11311335A
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- bristles
- component
- rotating
- brush seal
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
- F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/44—Free-space packings
- F16J15/441—Free-space packings with floating ring
- F16J15/442—Free-space packings with floating ring segmented
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
- F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
- F16J15/3288—Filamentary structures, e.g. brush seals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/55—Seals
- F05D2240/56—Brush seals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Brushes (AREA)
Abstract
向に積極的に撓ませて回転部品との係合を確実にするよ
うなブラシシールを提供する。 【解決手段】 ブラシシールは、円周方向に沿って列を
成しながら固定部品(14)に固定され且つ回転部品
(18)の周囲に配置された多数の剛毛(26)を含
み、かかる剛毛は回転部品の半径に対して一定の角
(α)を成しながら回転部品に向けて片持状態で支持さ
れていて、剛毛の先端は回転部品と係合する。また、か
かる剛毛は軸方向に沿ったそれらの両側において板(2
8、30)により支持されている。それらの板は、導入
された加圧状態の流体を剛毛に吹付けてそれらの剛毛を
回転部品に向けて撓ませるための流路(44)を有して
おり、これによって、剛毛の先端が回転部品の表面に押
付けられて封止状態を増強する。
Description
タービンのごとき回転機械用のブラシシールに関するも
のであって、更に詳しく言えば、回転機械と共に使用す
るための圧力作動式ブラシシールに関する。
に使用される蒸気タービンやガスタービンのごとき回転
機械は、一般に複数のタービン段から成る大型の機械で
ある。タービンの場合、タービン段を通って流れる高圧
流体は一連の固定部品及び回転部品を通過しなければな
らいのであって、固定部品と回転部品との間には漏れを
抑制するためのシールが使用される。タービンの効率
は、たとえばロータとステータとの間における漏れを防
止するシールの能力に依存する。このような構成の場
合、通例はラビリンス型のシールが使用される。従来の
ラビリンスシールは、回転部品に隣接してテーパ付きの
先端を有する複数の軸方向に沿って互いに離隔した封止
歯から成っていて、軸方向に沿ってシールの両側に位置
する高圧領域と低圧領域との間に曲がりくねった流路を
生み出すことによって効果的な封止を行っている。ラビ
リンスシールはかなり高い信頼性を有することが判明し
ているが、固定部品と回転部品とが干渉することにより
ラビリンスの歯がこすれてマッシュルーム形の断面に変
形してシールの隙間を広げるという過渡的現象の結果、
それらの性能は時間の経過と共に低下する。
されるもう1つのタイプのシールはブラシシールであ
る。一般に、ブラシシールはラビリンスシールよりも漏
れを生じにくい。ブラシシールはまた、剛毛の屈曲によ
り、固定部品と回転部品との間(たとえば、ロータとス
テータとの間)における半径方向の相対運動に適応し得
る。更にまた、ブラシシールは一般に表面不整に対する
順応性が良好である。ブラシシールを使用すれば、ラビ
リンスシールを単独で使用した場合に通例達成し得るレ
ベルよりも一層優れた持続的な回転機械性能が得られる
ことになる。
唱されている。かかるシールにおいては、ブラシシール
(すなわち、円周方向に沿って広がる細長い剛毛の列)
がラビリンスシールと組合わせて配置される。この場
合、ブラシシールはラビリンスの歯の1つに代えて配置
されることもあれば、ラビリンスの歯に加えて配置され
ることもある。ラビリンス/ブラシ組合せシールは効果
的な封止をもたらすばかりでなく、一方のタイプのシー
ルが破損した場合でもバックアップシールを提供し得
る。ブラシシールは通例は回転部品に接触しているが、
時には摩耗や回転のずれのために剛毛の先端と回転部品
との間に隙間が生じ、従ってシールの有効性が低減する
場合もあることは容易に理解されよう。
転部品に向かう方向に積極的に撓ませて回転部品との係
合を確実にするようなブラシシールが提供される。すな
わち、加圧状態にある流体の積極的な流れを剛毛に吹付
けて該剛毛を回転部品に向かう方向に撓ませることによ
り、剛毛と回転部品とを確実に接触させ、これによって
固定部品と回転部品との間に効果的な封止を達成する。
かかるブラシシールは単独で使用することもできるし、
あるいはラビリンス型のシールと組合わせて使用するこ
ともできる。
ールは、回転部品の半径に対して一定の角度だけ傾斜し
ながら延びる細長い剛毛を円周方向に沿って配列した剛
毛列と、該剛毛列の両側面に配置された1個以上の案内
板とを有する。上記の案内板は、加圧状態の流体を剛毛
に吹付けることによりそれらの剛毛を回転部品に向けて
撓ませるために役立つ流路を有する。詳しく述べれば、
かかる流路は回転部品の半径から傾斜していて、その傾
斜方向は回転部品の半径に対する剛毛の傾斜方向とは反
対の方向である。円周方向に沿って互いに離隔した状態
でかかる流路をブラシシールの周囲に配置することによ
り、加圧状態の流体は剛毛を回転部品に向けて撓ませる
ために役立つ。なお、加圧状態の流体は外部の供給源か
ら供給することもできるし、あるいはシールの一方の側
にある相対的に高圧の領域から供給することもできる。
を撓ませる能力を増強するため、円周方向に沿って互い
に離隔した複数の箔が円周方向に沿って配列された細長
い剛毛の列の中に配置される。剛毛は軸方向及び円周方
向の両方に沿って並列状態で配列されていることが理解
されよう。箔の平面は剛毛と同じ傾斜角を成して配置さ
れ、また好ましくは並列状態の剛毛と同じ軸方向寸法に
わたって広がっている。その結果、加圧状態の流体が剛
毛に吹付けられるだけでなく箔にも吹付けられることに
なる。その場合、かかる箔は剛毛を係合させるための流
体の流れに応答するのに十分なだけの表面積を有するか
ら、剛毛を回転部品に向けて撓ませるために役立つこと
になる。
部品と可動部品との間を封止するためのブラシシールに
おいて、かかる固定部品と可動部品との間を封止するた
めのブラシシールを形成する細長い剛毛の列、及びかか
る剛毛を上記部品の一方に向けて撓ませるような方向に
沿って加圧状態の流体を流すための流路を含むことを特
徴とするブラシシールが提供される。
りに回転し得る回転部品、該軸線の回りに配置された固
定部品、固定部品によって支持され且つ回転部品の半径
に対して回転部品の回転方向に一定の角度だけ傾斜しな
がら回転部品に向かって延びる細長い剛毛の列、及び固
定部品によって支持されると共に、剛毛を上記部品の一
方に向けて撓ませるような方向に沿って加圧状態の流体
を剛毛に吹付けるために役立つ案内板を含むことを特徴
とするブラシシールが提供される。
の回りに回転し得る回転部品と該軸線の回りに配置され
た固定部品との間にシールを形成するための方法におい
て、上記の固定部品が回転部品の半径に対して回転部品
の回転方向に一定の角度だけ傾斜しながら回転部品に向
かって延びる多数の細長い剛毛の列を有すると共に、加
圧状態の流体を剛毛に対して積極的に吹付けてそれらの
剛毛を回転部品に向けて撓ませることによって回転部品
と固定部品との間にシールを形成することを特徴とする
方法が提供される。
固定部品との間を封止するためのブラシシールであっ
て、ブラシシールの剛毛列を供給流体の圧力により回転
部品に向けて積極的に撓ませて封止状態を増強するよう
な新規で改良された圧力作動式のブラシシールを提供す
ることにある。
ンのごとき回転機械の固定部品と回転部品との間を封止
するために使用されるラビリンス/ブラシ組合せシール
10が示されている。図示のごとく、かかるラビリンス
/ブラシ組合せシール10は回転機械の固定部品14の
あり溝12内に配置されている。ラビリンス/ブラシ組
合せシール10は、溝12内に配置するために役立つ相
補的な形状を有するパッキンリング・セグメントSの一
部を成すと共に、溝12のネック開口16を越えて軸方
向に延びる封止用フランジ15を有している。この場
合、ネック開口はフック形フランジ17によって規定さ
れている。なお、溝12が円周方向に沿って固定部品1
4の周囲に延びており、また固定部品14が回転部品
(たとえば、軸線の回りに回転する軸)18の周囲に延
びていることは容易に理解されよう。軸18の周囲にお
ける複数のパッキンリング・セグメントSの各々は複数
の概して半径方向に沿って内方に延びるテーパ付き歯2
2を含んでいて、それらの歯22が回転軸上のランド2
4に近接しながらもランド24から離隔して配置される
ことによって、固定のパッキンリング・セグメントSと
ロータ18との間にラビリンスシールが形成される。
また、1対の上流側案内板28と下流側案内板30との
間において円周方向に沿って延びる剛毛26の列から成
るブラシシール25が設けられている。剛毛26の先端
はロータ18の表面に係合し、それと共にブラシシール
を形成する。かかるブラシシール25は、円周方向に沿
って各々のパッキンリング・セグメントに延びる溝の内
部に設けられている。なお、剛毛はブラシシールを収容
する溝の上部に沿ってブラシシール中に固定されていて
もよいし、ブラシシールの一部を成しながらやはり溝の
内部に収容された上部バンドに溶接されていてもよい
し、あるいは剛毛の先端から遠い側の共通の末端におい
て互いに溶接することにより半径方向に沿って最も外側
の末端から片持状態で支持されるようにしてもよいこと
は容易に理解されよう。
ールにおいては、パッキンリング・セグメントはロータ
に対し半径方向に沿って内方及び外方に移動可能であ
る。たとえば、パッキンリング・セグメントSの軸方向
に沿って両側に張出したフランジと溝12のフック形フ
ランジ17との間にばね(図示せず)を配置することに
より、パッキンリング・セグメントを半径方向に沿って
外方に片寄らせることができる。そして、たとえば定常
運転条件に際しては、通路31を通して加圧状態の流体
を溝12の内部に導入することによってパッキンリング
・セグメントを半径方向内方に変位させ、それによって
剛毛の先端をロータの表面に係合させればよい。その結
果、ラビリンス/ブラシ組合せシールは軸方向に沿って
シールの両側に位置する高圧領域32と低圧領域34と
の間を有効に封止する。
ルの剛毛26は円周方向に沿って配列されている。この
場合、剛毛は矢印によって示された円周方向C及び軸方
向A(図3)に沿って並列状態で配置されている。すな
わち、図3及び4に最も良く示されている通り、多数の
剛毛が並列状態で配置されると共に、それらの並列状態
の剛毛が軸方向及び円周方向の両方に広がっている結
果、シールの高圧側と低圧側との間に流体を流すための
曲がりくねった経路が剛毛間に作られることになる。図
2に示されるごとく、剛毛は回転部品の半径Rに対し傾
斜角αを成して配置されている。すなわち、回転部品が
半径Rを有する各々の円周方向位置において、剛毛は図
2中の矢印40によって示される回転部品の回転方向に
沿って回転部品の半径Rから角αだけずれた方向に延び
ている。剛毛26は1対の案内板28及び30の間に配
置されることが好ましいが、必要なのは剛毛の下流側の
案内板のみであることは容易に理解されよう。各々の案
内板はパッキンリング・セグメントの溝の内部に配置さ
れると共に、半径方向に沿って内方に延びてロータ18
に達する手前で終っている。上流側においては、案内板
28はロータ表面よりもかなり手前で終っているのに対
し、下流側の案内板(又は裏打ち板)30はラビリンス
シールのテーパ付き歯22と同様に半径方向に沿って内
方に延びるテーパ付き歯42を形成している。このよう
に、歯42は剛毛の低圧側において裏打ち板を形成する
ばかりでなく、ラビリンスシールの一部をも形成してい
る。
0の一方又は両方には複数の流路44が設けられてい
る。かかる流路44は剛毛26に向かって開くと共に、
案内板の最も半径方向内側の縁端に達する手前に内端を
有している。それぞれの半径方向位置においては、各々
の流路44はその位置における半径Rに対して角βを成
しながら裏打ち板28及び30の内面に沿ってロータ1
8の回転方向と反対の方向に延びている。すなわち、剛
毛の傾斜角αと流路の傾斜角βとは各々の円周方向位置
において半径の反対側に位置している。各々の流路44
には加圧状態の流体が供給される。たとえば、図1に示
されるごとく、各々の流路44には溝12内に存在する
加圧状態の流体を流路44内に流通させる貫通孔48を
設けることができる。その結果、加圧状態の流体は貫通
孔48を通って流路44内に流入し、そして裏打ち板2
8及び30の間に配置された剛毛に吹付けられる。流路
44を通して剛毛26に加圧状態の流体を吹付けること
により、流体は剛毛を回転部品に向かう方向に撓ませる
ために役立つ。すなわち、加圧状態の流体が剛毛を撓ま
せる結果、剛毛の先端はロータ18の表面に対してより
強く押付けられてそれに対する封止状態を維持すること
になる。
の剛毛の撓みを容易にするため、円周方向の列を成す剛
毛の間に複数の箔(すなわち「風受け」)が散在配置さ
れる。すなわち、図3に最も良く示されているごとく、
箔50は円周方向に沿って広がる剛毛26の列の中の互
いに離隔した位置において剛毛群52の相互間に配置さ
れ、そして剛毛と同様にして固定されている。箔50は
案内板28及び30の内面間に広がり、従って軸方向に
沿った剛毛26の全幅にわたって広がっている。箔50
もまた、剛毛26と同じ角αを成して配置されている。
あるいはまた、ロータの摩耗状態又は接触状態に影響を
及ぼさないように箔を剛毛より短く切断することもでき
る。剛毛は可撓性の材料から成っている。その結果、加
圧状態の流体が流路44を通って剛毛の列中に流入した
場合、かかる流体は片持状態で支持された箔に作用する
ことにより、箔の半径方向内方の部分をロータ18の回
転方向と反対の方向に沿って撓ませるために役立つ。そ
れにより、剛毛はロータに向かって撓み、従って剛毛の
先端はロータの表面に押付けられることになる。
止するブラシシールにおいては、高圧領域と低圧領域と
の間を流体が流れる結果、剛毛が回転部品に向けて押し
付けられるという自然の傾向が観察される。それ故、本
発明の装置はこのような観察される傾向を増強するもの
である。以上、現時点において最も実用的且つ好適であ
ると考えられる実施の態様に関連して本発明を説明した
が、本発明は上記に開示された実施の態様に限定されな
いことを理解すべきである。それどころか、特許請求の
範囲の趣旨及び範囲から逸脱しない限り、本発明はそれ
以外にも様々な変更態様を含むことが意図されている。
のパッキンリング・セグメントに設けられたラビリンス
/ブラシ組合せシールの部分断面図である。
ラシシール・セグメントの側面図である。
る。
せを示す斜視図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 固定部品と可動部品との間を封止するた
めのブラシシールにおいて、 前記固定部品と前記可動部品との間を封止するためのブ
ラシシールを形成する細長い剛毛の列と、 前記剛毛を前記固定及び可動部品の一方に向けて撓ませ
るような方向に沿って加圧状態の流体を流すための流路
とを含んでいることを特徴とするブラシシール。 - 【請求項2】 前記剛毛の一方の側に位置する板に前記
流路が設けられていて、前記流路は加圧状態の流体を前
記剛毛に吹付けることによって前記剛毛を前記固定及び
可動部品の一方に向けて撓ませるように作用する請求項
1記載のブラシシール。 - 【請求項3】 前記剛毛が第1の平面内に位置し且つ前
記板が前記剛毛の一方の側で前記第1の平面に平行な第
2の平面内に位置している請求項2記載のブラシシー
ル。 - 【請求項4】 軸線の回りに回転し得る回転部品と、 前記軸線の回りに配置された固定部品と、 前記固定部品によって支持され且つ前記回転部品の半径
に対して前記回転部品の回転方向に一定の角度だけ傾斜
しながら前記回転部品に向かって延びる細長い剛毛の列
と、 前記固定部品によって支持されると共に、前記剛毛を前
記固定及び可動部品の一方に向けて撓ませるような方向
に沿って加圧状態の流体を前記剛毛に吹付けるために役
立つ案内板とを含んでいることを特徴とするブラシシー
ル。 - 【請求項5】 前記剛毛が前記軸線の回りにおいて軸方
向及び円周方向の両方に沿って並列状態で広がってお
り、更に、前記軸線の回りの円周方向に沿って互いに離
隔した位置において前記剛毛の列の中に複数の部材が配
置されていて、前記部材は一定の軸方向寸法を有し、ま
た前記部材は前記半径に対して前記剛毛と実質的に同じ
傾斜角を成しながら前記回転部品に向かって延びてお
り、且つ前記部材は前記剛毛を前記回転部品に向けて撓
ませるための流体の流れに応答して円周方向に運動し得
る請求項4記載のブラシシール。 - 【請求項6】 更に、軸方向に沿った前記剛毛の両側に
複数の案内板が配置されていて、前記案内板の各々は円
周方向に沿って互いに離隔した複数の流路を有すると共
に、前記流路は前記回転部品の半径に対して前記回転部
品の回転方向と反対の方向に一定の角度だけ傾斜しなが
ら延びていて、前記剛毛に対して加圧状態の流体を流す
ことにより前記剛毛を前記回転部品に向けて撓ませるた
めに役立つ請求項4記載のブラシシール。 - 【請求項7】 前記剛毛は前記軸線の回りにおいて軸方
向及び円周方向の両方に沿って並列状態で広がっている
と共に、前記軸線の回りの円周方向に沿って互いに離隔
した位置においては前記剛毛の列の中に複数の部材が配
置されていて、前記部材は軸方向寸法を有しており、ま
た前記部材は前記半径に対して前記剛毛と実質的に同じ
傾斜角を成しながら前記回転部品に向かって延びてお
り、且つ前記部材は前記剛毛を前記回転部品に向けて撓
ませるための流体の流れに応答して円周方向に運動し得
る請求項6記載のブラシシール。 - 【請求項8】 前記案内板が円周方向に沿って互いに離
隔した複数の流路を有しており、前記流路は前記回転部
品の半径に対して前記回転部品の回転方向と反対の方向
に一定の角度だけ傾斜しながら延びていて、前記剛毛に
対して加圧状態の流体を流すことにより前記剛毛を前記
回転部品に向けて撓ませるために役立つ請求項4記載の
ブラシシール。 - 【請求項9】 軸線の回りに回転し得る回転部品と前記
軸線の回りに配置された固定部品との間にシールを形成
するための方法において、 前記固定部品に、前記回転部品の半径に対して前記回転
部品の回転方向に一定の角度だけ傾斜しながら前記回転
部品に向かって延びる多数の細長い剛毛の列を設け、 加圧状態の流体を前記剛毛に対して積極的に吹付けて前
記剛毛を前記回転部品に向けて撓ませることによって、
前記回転部品と前記固定部品との間にシールを形成する
こと、を特徴とする方法。 - 【請求項10】 加圧状態の前記流体が前記回転部品の
回転方向と反対の方向に沿って流される請求項9記載の
方法。 - 【請求項11】 前記流体が概して前記軸線と直交する
平面内の方向に沿って流される請求項9記載の方法。 - 【請求項12】 前記シールが軸方向に沿ってそれの両
側にある高圧領域と低圧領域との間に位置していて、前
記高圧領域から前記低圧領域に向かって前記剛毛中を流
れる流体が前記剛毛を前記回転部品に向けて下方に撓ま
せる傾向を示す場合において、前記剛毛に対して加圧状
態の流体を積極的に流して前記剛毛を前記回転部品に向
けて撓ませることによって前記剛毛の接触を増強させる
請求項9記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/047,617 US6139018A (en) | 1998-03-25 | 1998-03-25 | Positive pressure-actuated brush seal |
US09/047617 | 1998-03-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11311335A true JPH11311335A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=21949978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11078790A Ceased JPH11311335A (ja) | 1998-03-25 | 1999-03-24 | ブラシシ―ル |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6139018A (ja) |
EP (1) | EP0945654B1 (ja) |
JP (1) | JPH11311335A (ja) |
KR (1) | KR100606296B1 (ja) |
DE (1) | DE69928308T2 (ja) |
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