KR20020016097A - Seal assembly of shaft - Google Patents

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김민수
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이중구
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Abstract

PURPOSE: A sealing assembly of a rotating shaft is provided to minimize the leakage of a high temperature, high pressure gas from a compressor rotor or a turbine rotor in the initial driving or stoppage of a rotating shaft and to minimize the influence of vibration by maintaining a tolerance in a sealing unit. CONSTITUTION: A sealing assembly(32) is installed on a rotating shaft(31). A housing(33) is formed in the sealing assembly. The housing surrounds the rotating shaft. A labyrinth type sealing unit(34) is formed on the inner face of the housing to prevent the leakage of a gas through a gap(35) between the rotating shaft and the front portion of the sealing unit. An auxiliary sealing unit(37) is formed on the sidewall of the sealing unit. When a high temperature, high pressure air passes through the gap, the airflow is changed by the auxiliary sealing unit and a rotating disk(36) formed on the outer face of the rotating shaft. Therefore, the leakage of the gas is minimized. A tolerance between the outer face of the rotating shaft and the sealing unit is kept.

Description

회전축의 밀봉조립체{Seal assembly of shaft}Seal assembly of the rotating shaft

본 발명은 밀봉조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속으로 회전하는 회전축을 밀봉하는 밀봉조립체의 구조가 개선된 회전축의 밀봉조립체에 관한 것이다.The present invention relates to a seal assembly, and more particularly, to a seal assembly of a rotating shaft having an improved structure of a seal assembly sealing a rotating shaft rotating at a high speed.

통상적으로, 산업용이나 항공기용 엔진으로 사용되는 가스터어빈엔진은 공기를 압축하는 압축부와, 압축부로부터 압축된 공기와 연료를 혼합하여 고온고압의 가스를 발생시키는 연소기와, 연소기로부터 발생된 가스를 이용하여 회전력을 얻는 터어빈을 포함한다. 이때, 압축부나 터어빈으로부터 기체가 다른 부분으로 누설되는 것을 방지하기 위하여 회전축의 외주면상에는 밀봉조립체가 설치된다.In general, a gas turbine engine used for an industrial or aircraft engine includes a compressor that compresses air, a combustor that generates high temperature and high pressure gas by mixing compressed air and fuel from the compressor, and a gas generated by the combustor. It includes a turbine to obtain a rotational force by using. At this time, a sealing assembly is installed on the outer circumferential surface of the rotating shaft in order to prevent the gas from leaking from the compression section or the turbine to other parts.

도 1은 종래의 회전축(11)에 대한 밀봉조립체(12)를 도시한 것이다.1 shows a seal assembly 12 for a conventional rotating shaft 11.

도면을 참조하면, 상기 회전축(11)의 외주면에는 밀봉조립체(12)가 설치된다. 상기 밀봉조립체(12)는 하우징부(13)가 상기 회전축(11)을 감싸고 있으며, 그 내주면에 래버린스(labyrinth)형의 밀봉부(14)가 소정 간격 이격되게 설치되어 있다. 상기 밀봉부(14)는 하우징부(13) 내주면의 바닥으로부터 선단부가 가늘고 뾰족한 형상을 가지고 있다.Referring to the drawings, the seal assembly 12 is installed on the outer circumferential surface of the rotary shaft 11. The sealing assembly 12 has a housing portion 13 encloses the rotary shaft 11, the labyrinth (labyrinth) type sealing portion 14 is provided on the inner peripheral surface spaced apart from each other. The sealing portion 14 has a tip shape which is thin and pointed from the bottom of the inner peripheral surface of the housing portion 13.

이와 같이 구성된 종래의 밀봉조립체(12)는 상기 회전축(11)이 회전할 때 누설되는 고온고압의 기체가 회전축(11)의 외주면과 다수개의 상기 밀봉부(14) 사이의 틈새부(15)를 연속적으로 통과하면서 압력강화가 발생하게 되어 누설량을 줄일수 있다.The conventional sealing assembly 12 configured as described above has a gap 15 between the outer circumferential surface of the rotating shaft 11 and the plurality of the sealing parts 14, at which high temperature and high pressure gas leaked when the rotating shaft 11 rotates. As it passes continuously, pressure build-up occurs and leakage can be reduced.

그런데, 종래의 밀봉조립체(12)는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.However, the conventional sealing assembly 12 has the following problems.

고속으로 회전하는 회전축(11)의 초기 구동시나 정지시에 축력(axial force)에 의한 진동으로 인하여 회전축(11)과 밀봉부(14)와의 마찰이 일어나게 되고, 일정한 공차를 유지하지 못하게 된다. 이에 따라, 밀봉되는 부분에서 마모가 발생하게 되고, 이러한 밀봉부(14)의 손상은 그 기능을 상실하게 하여 상기 밀봉조립체(12) 전체를 교환해야 할 경우가 있다. 또한, 상기 밀봉되는 부위의 형상으로 인하여 상기 회전축(11)과 밀봉부(14) 사이의 틈새부(15)로부터 기체의 누설을 줄일 수 있다 하더라도 누설량을 최소화하는데에는 한계가 있다.During the initial driving or stopping of the rotating shaft 11 rotating at a high speed, vibration caused by the axial force causes friction between the rotating shaft 11 and the sealing portion 14, and it is impossible to maintain a constant tolerance. As a result, abrasion occurs in the part to be sealed, and the damage of the seal 14 may cause its function to be lost, and the entire seal assembly 12 may need to be replaced. In addition, even if the leakage of gas from the gap 15 between the rotary shaft 11 and the sealing portion 14 can be reduced due to the shape of the sealed portion, there is a limit in minimizing the leakage amount.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 회전축과 그 외주면에 설치되는 밀봉조립체의 구조를 개선하여 밀봉 효율을 향상시킨 회전축의 밀봉조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a sealing assembly of a rotating shaft to improve the sealing efficiency by improving the structure of the sealing assembly installed on the rotating shaft and its outer peripheral surface.

도 1은 종래의 회전축의 밀봉조립체를 개략적으로 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view schematically showing a sealing assembly of a conventional rotating shaft,

도 2는 통상적인 가스터어빈엔진을 개략적으로 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view schematically showing a conventional gas turbine engine,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전축의 밀봉조립체를 개략적으로 도시한 단면도,3 is a cross-sectional view schematically showing a seal assembly of a rotating shaft according to a first embodiment of the present invention;

도 4는 도 3의 일부를 절제하여 도시한 분리사시도,Figure 4 is an exploded perspective view showing a part of Figure 3 removed;

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전축의 밀봉조립체를 개략적으로 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view schematically showing a seal assembly of a rotating shaft according to a second embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

11...회전축 12...밀봉조립체11. Rotating shaft 12 ... Seal assembly

13...하우징부 14...밀봉부13 ... housing 14 ... sealing

15...틈새부 20...가스터어빈엔진15 ... slit 20 ... gas turbine engine

22...압축기 로터 27...터어빈 로터22.Compressor rotor 27 ... Turbine rotor

31,51...회전축 32,52...밀봉조립체31,51 ... Rotating shaft 32,52 ... Seal assembly

33,53...하우징부 34,54...밀봉부33,53 ... housing 34,54 ... sealing

35,55...틈새부 36,56...회전판35,55.Slit 36,56.Tumbler

37...보조밀봉부 56a...돌기부37.Secondary seal 56a ... Protrusion

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 회전축의 밀봉조립체는,Seal assembly of the rotating shaft according to an aspect of the present invention to achieve the above object,

회전축;Rotation axis;

상기 회전축에 회전가능하게 지지되며, 하우징부와, 상기 하우징부내에 소정 간격 이격되는 래버린스형의 밀봉부를 가지는 밀봉조립체; 및A sealing assembly rotatably supported by the rotating shaft and having a housing portion and a labyrinth type sealing portion spaced apart from the housing portion by a predetermined distance; And

상기 회전축이나 밀봉조립체에 설치되어 상기 회전축에 대하여 밀봉조립체를밀봉가능하게 하는 밀봉수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.And sealing means installed on the rotating shaft or the sealing assembly to seal the sealing assembly with respect to the rotating shaft.

또한, 상기 밀봉수단은 상기 밀봉부로부터 반경방향으로 소정폭을 가지고 돌출한 보조 밀봉부와, 상기 회전축의 외주면으로부터 환형으로 형성되어 상기 보조밀봉부에 그 외벽이 접촉되는 회전판인 것을 특징으로 한다.In addition, the sealing means is characterized in that the auxiliary sealing portion protruding in a radial direction from the sealing portion and a rotating plate formed in an annular shape from the outer circumferential surface of the rotating shaft and the outer wall is in contact with the auxiliary sealing portion.

더욱이, 상기 밀봉수단은 상기 회전축의 외주면으로부터 환형으로 형성되어 상기 밀봉부 사이에 위치하고, 선단부에 상기 밀봉부에 접촉하는 돌기부가 형성된 회전판인 것을 특징으로 한다.Further, the sealing means is a rotating plate which is formed in an annular shape from the outer circumferential surface of the rotating shaft, located between the sealing portions, and having a protrusion formed in contact with the sealing portion at the distal end portion.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 회전축의 밀봉조립체를 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, a seal assembly of a rotating shaft according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2를 참조하면, 가스터어빈엔진(20)은 회전축(21)을 동축으로 하여 외부로부터 공기를 흡입하여 다단압축하는 압축기 로터(22)(23)와, 상기 압축기 로터(23)의 공기배출기측에 설치되며 유입된 공기에 연료를 분사하는 노즐부(24)를 구비하는 연소실(25)과, 고온고압의 가스가 발생되는 라이너(26)와, 상기 연소실(25)에서 발생된 고온고압의 가스를 이용하여 회전력을 발생시키는 터어빈 로터(27)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the gas turbine engine 20 includes compressor rotors 22 and 23 for multi-stage compression by suctioning air from the outside with the rotation shaft 21 coaxial, and the air discharge side of the compressor rotor 23. And a combustion chamber 25 having a nozzle unit 24 for injecting fuel into the introduced air, a liner 26 for generating a high temperature and high pressure gas, and a high temperature and high pressure gas generated in the combustion chamber 25. It includes a turbine rotor 27 for generating a rotational force using.

이러한 구조의 가스터어빈엔진(20)은 상기 압축기 로터(22)(23)나 터어빈 로터(27)로부터 발생되는 고온고압의 기체가 다른 부위로 누설되는 것을 방지하기 위하여 회전축(21)에 인접하게 밀봉조립체가 설치된다.The gas turbine engine 20 of this structure is sealed adjacent to the rotating shaft 21 to prevent the high temperature and high pressure gas generated from the compressor rotors 22 and 23 and the turbine rotor 27 from leaking to other parts. The assembly is installed.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전축(31)에 대한 밀봉조립체(32)의 단면도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 분리사시도이다.3 is a cross-sectional view of the seal assembly 32 with respect to the rotary shaft 31 according to the first embodiment of the present invention, Figure 4 is an exploded perspective view of FIG.

도 3 및 도 4을 참조하면, 상기 회전축(31)의 외주면에는 밀봉조립체(32)가 설치된다. 상기 회전축(31)에는 소정 간격 이격되게 회전판(36)이 다수개 형성되어 있다. 상기 회전판(36)은 회전축(31)의 외주면에 적정한 두께를 가지고 원둘레를 감싸도록 설치된다.3 and 4, a seal assembly 32 is installed on an outer circumferential surface of the rotation shaft 31. The rotating shaft 31 is formed with a plurality of rotating plate 36 to be spaced apart by a predetermined interval. The rotating plate 36 is installed to surround the circumference with an appropriate thickness on the outer peripheral surface of the rotating shaft (31).

상기 밀봉조립체(32)는 상기 회전축(31) 상에 설치된다. 상기 밀봉조립체(32)에는 하우징부(33)가 마련된다. 상기 하우징부(33)는 그 내부에 중공이 형성되어 상기 회전축(31)을 감싸고 있다.The sealing assembly 32 is installed on the rotating shaft 31. The seal assembly 32 is provided with a housing portion 33. The housing 33 has a hollow formed therein to surround the rotation shaft 31.

상기 하우징부(33)의 내주면에는 소정 간격 이격되게 밀봉부(34)가 형성된다. 상기 밀봉부(34)는 래버린스형이다. 상기 밀봉부(34)는 상기 하우징부(33) 내주면의 바닥으로부터 환형으로 형성되고, 그 선단부가 가늘고 뾰족한 형상을 가지고 있다. 주지하는 바대로 래번린스형은 상기 회전축(31)과 밀봉부(34) 선단부의 틈새부(35)로부터 기체가 누설되는 것을 방지하기 위하여 설치되는 것이다. 이것은 모든 틈새부(35) 사이에서의 압력 강하의 합은 내외의 압력차와 일치하도록 누설량이 정해진다. 래버린스 형은 상기 회전축(31)에 커다란 손상이 미치지 않도록 되어 있다. 이러한 밀봉은 상기 틈새부(35)의 면적을 A라 하고, 틈새부(35) 사이의 단수를 Z라 하면, 누설량은 A/Z에 비례한다.The inner circumferential surface of the housing part 33 is formed with a sealing portion 34 to be spaced apart by a predetermined interval. The seal 34 is labyrinth type. The sealing portion 34 is formed in an annular shape from the bottom of the inner circumferential surface of the housing portion 33, and the tip portion thereof has a thin and pointed shape. As is well known, the lavand-lining type is provided to prevent gas from leaking from the gap 35 between the rotary shaft 31 and the tip of the sealing portion 34. This means that the sum of the pressure drops between all the gaps 35 is set so that the leakage amount is consistent with the pressure difference between the inside and the outside. The labyrinth type is such that no significant damage is caused to the rotary shaft 31. In this sealing, if the area of the gap 35 is A and the number of stages between the gaps 35 is Z, the leakage amount is proportional to A / Z.

한편, 상기 밀봉부(34)의 일측벽으로는 보조 밀봉부(37)가 환형으로 형성된다. 상기 보조 밀봉부(37)는 밀봉부(34)로부터 반경 방향으로 소정 길이 일체로 돌출하여 있고, 그 선단부는 상기 회전축(31)의 외주면에 형성되어 있는 회전판(36)과 접촉해 있다.On the other hand, one side wall of the sealing portion 34 has an auxiliary sealing portion 37 is formed in an annular shape. The auxiliary sealing portion 37 protrudes integrally in a radial direction from the sealing portion 34 in a predetermined length, and the tip portion thereof is in contact with the rotating plate 36 formed on the outer circumferential surface of the rotating shaft 31.

이때, 상기 보조 밀봉부(37)의 선단부와 회전판(36)의 일측벽과의 간극은 0에 가깝다. 이를 위하여 상기 보조 밀봉부(37)를 포함한 밀봉부(34)는 상기 회전축(31)이나 회전판(36)과의 접촉시 마모를 최소화가능한 연한 소재로 제조하는 것이 바람직하다.At this time, the gap between the tip of the auxiliary sealing portion 37 and one side wall of the rotating plate 36 is close to zero. To this end, the sealing part 34 including the auxiliary sealing part 37 is preferably made of a soft material that can minimize wear when contacting the rotating shaft 31 or the rotating plate 36.

이와 같이 구성된 밀봉조립체(32)는 상기 틈새부(35)를 통하여 고온고압의 기체가 통과하면서, 이 기체의 흐름이 별도로 마련된 밀봉수단인 상기 회전축(31)의 외주면에 형성된 회전판(36)과, 밀봉부(34)의 일측에 형성된 보조밀봉부(37)에 의하여 다단으로 변화하게 되면서 누설량을 최소화시킬 수 있다.The sealing assembly 32 configured as described above includes a rotating plate 36 formed on the outer circumferential surface of the rotating shaft 31, which is a sealing means in which the flow of the gas is separately provided while the gas having a high temperature and high pressure passes through the gap 35. The secondary sealing part 37 formed at one side of the sealing part 34 may be changed in multiple stages, thereby minimizing leakage.

이때, 상기 회전축(31)이 초기 구동시나 정지시에 축력에 의한 진동은 상기 보조밀봉부(37)의 선단부가 회전판(36)의 외측벽에 접촉한 상태에서 상기 회전축(31)에 대하여 밀봉조립체(32)가 조립되므로 상기 회전축(31)의 외주면과 밀봉부(34)와의 공차를 일정하게 유지할 수 있게 된다.At this time, the vibration due to the axial force during the initial drive or stop of the rotary shaft 31 is sealed assembly with respect to the rotary shaft 31 in the state that the front end portion of the auxiliary sealing portion 37 in contact with the outer wall of the rotary plate 36 ( Since 32 is assembled, the tolerance between the outer circumferential surface of the rotating shaft 31 and the sealing portion 34 can be kept constant.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전축(51)에 대한 밀봉조립체(52)를 도시한 것이다.5 shows a seal assembly 52 for a rotating shaft 51 according to a second embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 상기 회전축(51)의 외주면에는 밀봉조립체(52)가 조립된다. 상기 밀봉조립체(52)에는 하우징부(53)가 마련되고, 상기 하우징부(53)의 내주면에는 소정간격 이격된 상태에서 환형으로 된 밀봉부(54)가 상기 하우징부(53)의 내주면 바닥으로부터 적정한 높이로 돌출하여 있다. 이에 따라, 상기 회전축(51)과 밀봉부(54) 사이에는 틈새부(55)가 형성된다.Referring to the drawings, a seal assembly 52 is assembled to the outer circumferential surface of the rotating shaft 51. The sealing assembly 52 is provided with a housing portion 53, and the inner circumferential surface of the housing portion 53 has an annular sealing portion 54 formed at a predetermined interval from a bottom of the inner circumferential surface of the housing portion 53. It protrudes to an appropriate height. Accordingly, a gap 55 is formed between the rotation shaft 51 and the seal 54.

이때, 상기 회전축(51)의 외주면에는 상기 밀봉부(54) 사이에 해당되는 부위에 위치가 가능하도록 회전판(56)이 설치된다. 상기 회전판(56)은 상기 회전축(51)의 외주면에 환형으로 감싸고 있으며, 그 선단부에는 상기 밀봉부(54)에 접촉가능한 돌기부(56a)가 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 밀봉부(54)와, 회전판(56)과의 사이에는 간극을 0에 가깝게 할 수 있다. 이에 따른 작용은 도 3 및 도 4에 도시된 회전축(31)에 대한 밀봉조립체(52)의 경우에서 기술되었으므로 여기서는 생략하기로 한다.At this time, the rotary plate 56 is installed on the outer circumferential surface of the rotary shaft 51 so as to be located at a portion corresponding to the sealing portion 54. The rotating plate 56 is enclosed in an annular shape on the outer circumferential surface of the rotating shaft 51, and a protruding portion 56a which is in contact with the sealing portion 54 is formed at the tip end thereof. Thereby, the clearance can be made close to 0 between the said sealing part 54 and the rotating plate 56. FIG. The action accordingly has been described in the case of the sealing assembly 52 for the rotating shaft 31 shown in Figs. 3 and 4 and will be omitted here.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 회전축의 밀봉조립체는 회전축의 외주면과 밀봉조립체에 내주면에 상호 밀봉가능하도록 별도의 밀봉수단인 보조밀봉부와, 회전판이 설치됨으로써, 고속으로 회전하는 회전축의 초기 구동시나 정지시에 압축기 로터나 터어빈 로터로부터 고온고압의 기체가 누설되는 것을 최소화시키는 것이 가능하다. 또한, 조립시에 회전축에 대하여 밀봉조립체의 밀봉부가 일정한 공차를 유지하여 조립이 가능하므로 축력에 의한 진동에도 그 영향을 최소화시킬 수 있다.As described above, the sealing assembly of the rotating shaft of the present invention is provided with an auxiliary sealing part, which is a separate sealing means and a rotating plate, so that the outer peripheral surface of the rotating shaft and the sealing assembly can be mutually sealed on the inner peripheral surface. It is possible to minimize the leakage of high temperature and high pressure gas from the compressor rotor or the turbine rotor at rest. In addition, since the sealing part of the seal assembly maintains a constant tolerance with respect to the rotating shaft during assembly, the assembly can be performed, thereby minimizing the influence on vibration caused by the axial force.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (3)

회전축;Rotation axis; 상기 회전축에 회전가능하게 지지되며, 하우징부와, 상기 하우징부내에 소정 간격 이격되는 래버린스형의 밀봉부를 가지는 밀봉조립체; 및A sealing assembly rotatably supported by the rotating shaft and having a housing portion and a labyrinth type sealing portion spaced apart from the housing portion by a predetermined distance; And 상기 회전축이나 밀봉조립체에 설치되어 상기 회전축에 대하여 밀봉조립체를 밀봉가능하게 하는 밀봉수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전축의 밀봉조립체.And sealing means installed on the rotating shaft or the sealing assembly to seal the sealing assembly with respect to the rotating shaft. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 밀봉수단은 상기 밀봉부로부터 반경방향으로 소정폭을 가지고 돌출한 보조 밀봉부와, 상기 회전축의 외주면으로부터 환형으로 형성되어 상기 보조밀봉부에 그 외벽이 접촉되는 회전판인 것을 특징으로 하는 회전축의 밀봉조립체.The sealing means is a sealing of the rotating shaft, characterized in that the auxiliary sealing portion protruding in a radial direction from the sealing portion and a rotating plate formed in an annular shape from the outer circumferential surface of the rotating shaft, the outer wall is in contact with the auxiliary sealing portion Assembly. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 밀봉수단은 상기 회전축의 외주면으로부터 환형으로 형성되어 상기 밀봉부 사이에 위치하고, 선단부에 상기 밀봉부에 접촉하는 돌기부가 형성된 회전판인 것을 특징으로 하는 회전축의 밀봉조립체.And the sealing means is a rotating plate formed in an annular shape from an outer circumferential surface of the rotating shaft and positioned between the sealing portions, and having a protrusion formed at a distal end thereof in contact with the sealing portion.
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KR1020000049246A KR20020016097A (en) 2000-08-24 2000-08-24 Seal assembly of shaft

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60178665U (en) * 1984-05-08 1985-11-27 三菱重工業株式会社 Oil removal device for rotating machinery
JPS6357864U (en) * 1986-10-03 1988-04-18
JPH1151200A (en) * 1997-08-06 1999-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Labyrinth seal
KR19990037110A (en) * 1997-10-23 1999-05-25 채스킨 제이 엘 Brush / labyrinth hybrid seal for rotary machines

Patent Citations (4)

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