KR20150065596A - 터보 기계류 장치용 ｌ 브러시 시일 - Google Patents

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KR20150065596A
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brush seal
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axially
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KR1020140172837A
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데바브라타 뮤코패디에이
샤오칭 정
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

본 발명은 터보 기계의 반경방향으로 대향하는 회전 요소와 고정 요소의 사이의 시일 장치에 관한 것으로서, 시일 장치는 제 1 회전 요소, 제 2 고정 요소, 그리고 이들 요소의 사이에 반경방향으로 배치되는 브러시 시일을 포함한다. 브러시 시일은 상기 제 2 고정 요소에 고정되는 축방향으로 연장되는 부분 그리고 상기 제 1 요소와 제 2 요소의 사이의 간극을 가로질러 연장되는 내측으로 연장되는 부분을 구비한다. 상기 제 2 고정 요소의 내부 링 부분은 상기 브러시 시일의 반경방향 내측으로 배치되며, 상기 브러시 시일의 상기 내측으로 연장되는 부분의 적어도 일부 및 상기 축방향으로 연장되는 부분과 결합된다. 상기 내측으로 연장되는 부분으로부터 먼 거리의 상기 브러시 시일의 상기 축방향으로 연장되는 부분의 일 단부는 상기 제 2 고정 요소의 내부 링 부분과 외부 링 부분의 사이에 고정된 한 쌍의 측부 레일의 사이에 개재된다.

Description

터보 기계류 장치용 Ｌ 브러시 시일{L BRUSH SEAL FOR TURBOMACHINERY APPLICATION}
본 발명은 전체적으로 터보 기계에 사용되는 시일에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 예를 들어, 스팀 터빈의 스테이지(stage) 간의 루트(root) 및 팁(tip) 밀봉 위치에 사용되는 브러시 시일에 관한 것이다.
회전 요소와 고정 요소 사이의 누출류를 방지하기나 최소화하기 위하여 다양한 터보 기계류 용례에서 흔히 브러시 시일이 사용되긴 하지만, 공간적 제약, 시일의 강도 및 로터의 안정성으로 인해 대다수의 위치에서는 이러한 브러시 시일이 사용될 수 없으며, 따라서, 이들 위치에서는 연마 가능한 시일 또는 래비린드(labyrinth) 시일을 구비한 통상의 J-시일이 채용되고 있다. 그러나, 브러시 시일이 시일 전체에 걸쳐 누출류를 덜 발생시키기 때문에 효과적이다.
따라서, 본 발명의 목적은 예를 들어, 터보 기계의 스테이터 요소와 로터 요소 사이의 제한된 공간에 설치될 수 있는 브러시 시일 구성을 제공하는 것이다.
예시적이지만 비제한적인 일 실시예에 있어서, 본 발명은 터보 기계의 반경방향으로 대향하는 회전 요소와 고정 요소 사이의 시일 장치로서, 제 1 회전 요소와, 제 2 고정 요소와; 제 1 회전 요소와 제 2 고정 요소의 사이에 반경방향으로 배치되고, 제 2 고정 요소에 고정되는 축방향으로 연장되는 부분과, 제 1 회전 요소와 제 2 고정 요소 사이의 간극을 가로질러 연장되는 내측으로 연장되는 부분을 갖는 브러시 시일과; 브러시 시일의 반경방향 내측에 배치되고, 브러시 시일의 내측으로 연장되는 부분의 적어도 일부와 축방향으로 연장되는 부분과 결합되는 제 2 고정 요소의 내부 링 부분;을 포함하는 시일 장치를 제공한다.
예시적이지만 비제한적인 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 터보 기계의 반경방향으로 대향하는 회전 요소와 고정 요소 사이의 시일 장치로서, 제 1 회전 요소와, 제 2 고정 요소와; 제 1 회전 요소와 제 2 고정 요소의 사이에 반경방향으로 배치되고, 제 2 고정 요소에 고정되는 축방향으로 연장되는 부분과, 제 1 회전 요소와 제 2 고정 요소 사이의 간극을 가로질러 연장되는 내측으로 연장되는 부분을 갖는 브러시 시일과; 브러시 시일의 반경방향 내측에 배치되고, 브러시 시일의 내측으로 연장되는 부분의 적어도 일부와 축방향으로 연장되는 부분과 결합되는 내부 링을 포함하며; 내측으로 연장되는 부분으로부터 이격되어 있는 브러시 시일의 축방향으로 연장되는 부분의 일 단부가 한 쌍의 측부 레일의 사이에 개재되고, 한 쌍의 측부 레일은 내부 링과 외부 링의 사이에 유지되어 브러시 시일의 축방향으로 연장되는 부분과 외부 링의 사이에 축방향으로 연장되는 반경방향 간극을 형성하며, 외부 링은 고정 터빈 노즐의 내부 커버에 형성된 상보형 슬롯에 수용되도록 구성되는 후크 플랜지를 갖는, 시일 장치를 제공한다.
예시적이지만 비제한적인 또 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 유로를 갖는 터보 기계로서, 로터에 부착되고 스테이터에 부착된 고정 노즐에 의해 분리되어 있는 축방향으로 이격된 열의 버킷과; 로터와 스테이터 사이에 배치되고, 스테이터에 고정된 축방향으로 연장되는 부분과, 스테이터와 로터의 사이의 간극을 가로질러 연장되는 사실상 반경방향 내측으로 연장되는 부분을 갖는 적어도 하나의 브러시 시일과; 브러시 시일의 반경방향 내측에 배치되고, 브러시 시일의 사실상 반경방향 내측으로 연장되는 부분의 적어도 일부와 축방향으로 연장되는 부분과 결합되는 내부 링;을 포함하는 터보 기계를 제공한다.
본 발명에 따르면, 터보 기계, 예를 들어, 스팀 터빈의 스테이터 요소와 로터 요소 사이의 밀봉 위치에 사용될 수 있는 브러시 시일을 제공할 수 있다.
도 1은 공지된 스팀 터빈 유로의 일부를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 예시적이지만 비제한적인 일 실시예에 따른 시일을 채용하는 스팀 터빈 유로의 부분 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 시일 장치의 일 변형예의 세부 확대도.
도 4는 본 발명의 예시적이지만 비제한적인 다른 실시예에 따른 시일을 채용하는 스팀 터빈 유로의 부분 단면도.
도 1에는 로터(12), 스테이터(14), 그리고 로터(12)에 각각 고정되는, 축방향으로 이격 배치된 열을 이루는 버킷(bucket)(16, 18, 20)으로 나타내어진 복수 개의 터빈 스테이지를 포함하는 통상의 스팀 터빈(10)용의 스팀 유로가 도시되어 있다. 터빈 스테이지는 축방향으로 이격 배치된 고정 노즐(22, 24, 26)에 의해 분리되어 있다. 고압 스팀이 유입구(28)를 통해 유로로 들어가며, 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 스팀이 우측에서 좌측으로 유동한다.
보통, 유로를 따라 고정 요소와 회전 요소 사이의 다양한 위치에서 시일이 채용된다. 예를 들어, 버킷(16, 18, 20)의 반경방향 외측 팁 슈라우드(shroud)에 또는 팁 슈라우드와 상호 작용하는 인접한 스테이터 상에 복수 개의 팁 시일(30)이 장착된다. 그외 다른 위치에서는, 노즐(22, 24, 26)의 내부 단부에 반경방향으로 인접하여, 로터(12) 상에 복수 개의 루트 시일(32)이 장착된다. 루트 시일(32)은 작동 동안 잘 알려진 방식으로 인접한 노즐 표면상의 연마 가능한 재료로 이루어진 대향 스트립(strip) 또는 플레이트(plate)와 결합하도록 설계되는 도시된 바와 같은 이른바 "J-시일"일 수도 있다. 팁 시일(30)은 J-시일 또는 통상의 래비린드 시일일 수도 있다. 어느 경우에나, 도 1에 도면 부호로 지시된 시일 위치는 또한, 아래에 설명되는 바와 같은 브러시 시일이 채용될 수도 있는 위치이다.
도 2에는 본 발명의 예시적이지만 비제한적인 제 1 실시예에 따른 브러시 시일 장치가 도시되어 있다. 구체적으로, 브러시 시일 조립체(34)는 로터 휠(44, 46) 상의 각각의 열을 이루는 버킷(40, 42)의 사이에 위치한 고정 노즐(38)의 내부 커버(36)에 포함되어 있다.
브러시 시일 조립체(34)는, 일반적으로, 내부 링(48), 외부 링(50), 그리고 이들 링의 사이에 개재되는 루트 L 브러시 시일(52)을 포함한다. 외부 링(또는 후크)(50)은 내부 커버(36)에 형성된 상보형 슬롯(54)의 내부에 수용된다. 내부 링과 외부 링(브러시 시일 포함)이 하나 이상의 아치형 세그먼트로 구성되며, 이들 세그먼트는 180°의 상부 및 하부 반절 섹션을 형성하여, 터빈 케이스가 설치되는 경우 로터(12)를 둘러싸는 360°의 링 구조를 형성함을 알 수 있을 것이다.
내부 링(48)은 사실상 평평한(축방향으로) 내면(56)을 구비하며, 내부 링의 내면은 로터의 평평한(또한 축방향으로) 표면(58)과 마주한다. 이러한 내면(56)에는 브러시 시일(52)에 의해 제공되는 밀봉 효과를 보완하기 위하여 브러시 시일의 하류에 배치되는 선택적인 시일 치형부(60)가 제공(또는 형성)될 수도 있다. 내부 링(48)에는 또한, 내측으로 배향된 지지 팁(62)이 제공(또는 형성)될 수도 있으며, 이러한 팁의 내부 가장자리(64)가, 열 팽창, 진동 등으로 인한 로터의 반경방향 외측으로의 이동을 제한하기 위한 정지부의 역할을 한다.
내부 링의 외부면(66)도 사실상 축방향으로 평평하며, 한 쌍의 플레이트(68, 70) 중 하나의 플레이트(70)를 수용하도록 구성되어, 브러시 시일(52)의 브리스틀 팩(bristle pack)(72)의 일 단부가 상기 플레이트의 사이에 고정된다. 다른 하나의 플레이트(68)는 브리스틀 팩(72)과 외부 링(50)의 사이에 반경방향으로 배치된다. 플레이트(68, 70)의 사이에 브리스틀 팩의 일 단부를 고정하며 내부 링(48)을 외부 링(50)에 고정하는(플레이트(68, 70)와 브리스틀 팩(72)을 통해), 예를 들어, 전자 빔(EB) 용접부(74, 76)에 의해 조립체가 고정된다. 변형예로서, 외부 링(50)과 플레이트(68)가 일체형 부품일 수 있다. 유사하게, 내부 링(48)과 플레이트(70)가 일체형 요소로서 제공될 수 있다.
브리스틀 팩(72)은 내부 링의 외부면(66)을 따라 축방향으로 연장되어 내부 링의 외부면에 의해 지지된다. 플레이트(68, 70)로부터 멀리 위치한 브리스틀 팩의 단부에서 브리스틀 팩(72)은 사실상 90°의 각도에 걸쳐 휘어져 로터의 표면(58)을 향해 내측으로 연장된다. 축방향으로 연장되는 부분과 반경방향으로 연장되는 부분이 함께 원주 방향 요소를 형성할 수도 있다. 브리스틀 팩(72)과 내부 커버(36)의 사이의 축방향으로 연장되는 반경방향 공간(78)(플레이트(68)의 두께에 의해 사실상 획정됨)은 후술하는 바와 같이 브리스틀 팩이 휘어질 여지를 제공함을 알 수 있을 것이다. 브리스틀 팩(72)의 내측으로 연장되는 부분(73)이 로터 표면(58)(로터 축선과 사실상 평행함)으로 사실상 반경방향으로 (또는 로터 표면과 직교하는 방향으로) 연장되는 것으로 도시되어 있긴 하지만, 내측으로 연장되는 부분(73)이 또한 로터 축선에 대해 그리고 표면(58)에 대해 다양한 각도로 연장될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.
외부 링 또는 후크(50)는 좁은 반경방향 목부(80) 그리고 축방향으로 연장되는 후크부(82)를 포함하며, 후크부에 의해 시일 조립체가 노즐(38)의 내부 커버(36)에 마련된 대응하는 형상의 슬롯(54)의 내부에 유지된다.
내부 커버(36)의 상류 단부에서, 전방 플레이트(84)가 로터를 향해 반경방향 내측으로 연장되지만, 지지 팁(62)의 전체 반경방향 한도까지 연장되는 것은 아니므로, 소정의 작동 조건 하에서는 전방 플레이트(84)가 로터와 결합되지 않는 것이 보장된다. 전방 플레이트(84)는 노즐(38)과 일 열의 버킷(40)의 사이의 유로 부분의 고압 스팀으로부터 브리스틀 팩(72)의 상류 면을 보호하는 역할을 하지만, 또한, 브리스틀 팩의 휘어짐을 수용하기에 충분한 축방향 간극을 남기도록 구성된다.
브러시 시일 조립체의 두 개의 180°의 절반부가 설치 시에 완전한 원통체(내부 커버(36)에 의해 형성됨)의 내부에 아치형으로 결합되기 때문에, 외부 링(50)이 반경방향 외측 방향으로 편향되며, 외부 링(50)의 후크부(82)의 표면(86)이 슬롯(54)의 대향 표면(88)과 결합되지 않는다. 동시에, 판 스프링이나 그외 다른 적당한 스프링(90)이 슬롯(54)의 원주 방향으로 연장되어, 외부 링(50)의 외부면(94)과 슬롯의 외부면(92)의 사이에 결합된다. 스프링(90)이 압력 부하 인가와 함께 반경방향 내측 방향으로 시일 조립체를 편향시켜, 브러시 시일 조립체가 아치형으로 됨으로써 반경방향 밀봉을 위한 노즐 내부 커버(36) 상에 배치되지 않는다. 따라서, 시일이 반경방향으로 자체적으로 지지되며, 표면(86)과 표면(88)의 사이에 간극을 유지하면서 슬롯(54)의 내부에서 균형을 이룬다. 따라서, 판 스프링(90)이 링의 외주면을 중심으로 다양한 위치에서 외부 링과 결합하더라도, 작동 동안 슬롯(54)의 내부에 시일 조립체(34)를 효과적으로 "부유(floating)"시킴으로써 전체 마찰력이 감소한다. 판 스프링은 또한, 브러시 시일 조립체를 통해 흡수되는 로터 진동을 완충시킨다.
외부 링(50)의 하류 측부 상에서, 터빈의 작동 동안, 축방향으로 돌출되는 표면(96)이 슬롯(54)의 마주하는 표면(98)과 결합한다. 다시 말해, 외부 링(50)과 슬롯(54)의 사이의 간극에 의해 시일 조립체가 도 2에 도시된 바와 같이 우측에서 좌측으로 유동하는 스팀에 의해 야기되는 압력 하에 슬롯의 내부에서 축방향으로 이동하도록 허용함으로써, 표면(96, 98)의 계면에 제 2 시일을 형성한다.
이러한 시일은 브리스틀 팩과 로터(44)의 사이에 차가운 간극을 구비하도록 조립될 수 있다. 작동 동안, 터빈이 정상 작동 조건에 도달함에 따라 차가운 간극이 감소함으로써, 로터 성장으로 인해 브리스틀 팩(72)이 로터와 결합하며 브리스틀이 압력에 의해 하방으로 힘을 받는다. 전술한 장치를 고려하여, 일단 압력 부하 인가가 이루어지면 브리스틀 팩은 립(lip)(62)과 내부 링(48)의 표면(66)의 반대 방향으로 자유롭게 휘어진다.
도 3에 도시된 변형예의 장치에 있어서, 외부 링(50)의 전방 플레이트(184)는 도 2에 도시된 바와 같이 반경방향이 아닌 축방향으로만 연장되지만, 여전히 브리스틀 팩(72)의 말단부를 고압 스트림 침범으로부터 보호한다. 다시 말해, 시일 조립체의 구성은 사실상 도 2의 장치와 동일하다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 추가의 예시적인 브러시 시일 조립체가 도시되어 있다. 브러시 시일 조립체(100, 102)는 사실상 전술한 바와 같지만, 로터(12)와 노즐(108)의 내부 커버(106)의 사이에 그리고 고정 외부 밴드(110)와 버킷 팁 슈라우드(112)의 사이에 배치된다.
도 2에 도시된 브러시 시일 조립체와 달리, 브러시 시일 조립체(100)는 내부 커버(106)의 내부에 직접 포함된다. 구체적으로, 내부 링 부분(114)과 외부 링 부분(116)은 커버(106)와 일체형으로 형성되지만, 브러시 시일이 전술한 바와 상당히 동일한 방식으로 측부 레일(118, 120)을 통해 내부 링 부분과 외부 링 부분의 사이에 고정된다. 따라서, 브리스틀 팩(122)의 일 단부가 용접부 또는 그외 다른 적당한 수단을 통해 측부 레일의 사이에 개재되며, 측부 레일은 조임 끼워 맞춤이나 그외 다른 적당한 수단에 의해 내부 링 부분(114)과 외부 링 부분(116)의 사이에 고정되어, 도 2의 공간(78)과 유사한 축방향으로 연장되는 반경방향 공간(124)을 생성한다. 내부 링 부분(114) 상에 제공되는 지지 팁(126)은 지지 팁(62)와 구조 및 기능이 유사하다. 전술한 실시예에서와 같이, 공간(124)은 로터와 결합되는 경우 브리스틀 팩(122)이 휘어지도록 하기에 충분한 간극을 제공한다. 이러한 장치에서, 전방 플레이트(128)는 도 3의 전방 플레이트(184)와 유사함에 주목하여야 한다. 도 4에는 또한, 로터(104)로부터 반경방향 외측으로 연장되는 브러시 시일 브리스틀 팩(122)의 하류에 마련되는 선택적인 J-시일(128)이 도시되어 있다.
브러시 시일 조립체(102)는 고정 스테이터(136)의 내부 링 부분(132)과 외부 링 부분(134)의 사이에 브리스틀 팩(130)이 지지되도록 구성된다. 전술한 바와 달리, 브리스틀 팩(130)은 홈(138)의 내부에 지지되어 측부 레일(140, 142)의 사이에 개재되며, 측부 레일은 다시 홈 또는 슬롯(138)을 형성하는 대향하는 표면에 용접된다. 이 경우, 브리스틀 팩(130)이 또한, 버킷 팁 슈라우드(112)의 상류 시일 부분(144) 및 스테이터(136)의 대향하는 시일 표면(146)에 의해 보호됨에 주목하여야 한다.
도 4에 도시된 양 시일 장치에서는, 도 2의 "부유" 장치와 달리, 브러시 시일은 노즐 내부 커버(106)와 스테이터(136)에 사실상 견고하게 고정된다. 그럼에도 불구하고, 모든 경우에, 브리스틀 팩의 휨 작용 및 브리스틀 팩용 보호 특징부는 유사하다.
본 명세서에 설명된 예시적인 실시예에서, 브러시 시일 조립체가 터보 기계의 고정(또는 스테이터) 요소에 고정되긴 하지만, 이들 조립체가 또한 회전 (또는 로터) 요소에 설치될 수도 있음이 이해될 것이다.
또한, 브러시 시일의 브리스틀 팩이 사실상 반경방향으로 배향되거나 원주 방향(즉, 로터의 회전 방향)으로 각을 이룰 수도 있음이 이해될 것이다. 모든 경우에, 브러시 시일은 열, 진동 또는 그외 다른 조건으로 인한 로터의 반경방향 팽창을 수용하며, 로터와의 접촉에 의해 발생되는 열을 확산시키는 경향이 있다.
본 발명이 현재 가장 실용적이며 바람직한 것으로 간주되는 실시예와 관련하여 설명되어 있긴 하지만, 본 발명이 개시된 실시예로만 제한되는 것은 아니며 반대로 첨부된 특허청구범위의 정신 및 범위 내에 포함되는 다양한 수정 및 등가의 장치를 포함하는 것임을 이해하여야 한다.
10 : 스팀 터빈 12, 104 : 로터
14, 136 : 스테이터 16, 18, 20, 40, 42 : 버킷
22, 24, 26, 38 : 고정 노즐 28 : 유입구
30 : 팁 시일 32 : 루트 시일 (또는 J-시일)
34 : 브러시 시일 조립체 36 : 내부 커버
44, 46 : 로터 휠 48 : 내부 링
50 : 외부 링 52 : 루트 L 브러시 시일
54 : 슬롯 56 : 내면
58 : 평평한 표면 60 : 시일 치형부
62 : 지지 팁 64 : 내부 가장자리
66 : 외부면 68, 70 : 플레이트
72, 122, 130 : 브리스틀 팩 73 : 내측으로 연장되는 부분
74, 76 : 용접부 78 : 반경방향 공간
80 : 목부 82 : 후크부
84, 184 : 전방 플레이트 86 : 표면
88 : 대향 표면 90 : 스프링
92, 94 : 외부면 96 : 축방향 돌출 표면
98 : 마주하는 표면 100, 102 : 브러시 시일 조립체
106 : 내부 커버 108 : 노즐
110 : 외부 밴드 112 : 버킷 팁 슈라우드
114, 116 : 내부 및 외부 링 부분 118, 120, 140, 142 : 측부 레일
124 : 반경방향 공간 128 : J-시일
144 : 상류 시일 146 : 대향 시일 표면

Claims (20)

  1. 터보 기계의 반경방향으로 대향하는 회전 요소와 고정 요소 사이의 시일 장치로서,
    제 1 회전 요소와,
    제 2 고정 요소와,
    상기 제 1 회전 요소와 상기 제 2 고정 요소의 사이에 반경방향으로 배치되고, 상기 제 2 고정 요소에 고정되는 축방향으로 연장되는 부분과, 상기 제 1 회전 요소와 제 2 고정 요소 사이의 간극을 가로질러 연장되는 내측으로 연장되는 부분을 갖는 브러시 시일과,
    상기 브러시 시일의 반경방향 내측에 배치되고, 상기 브러시 시일의 상기 내측으로 연장되는 부분의 적어도 일부와 상기 축방향으로 연장되는 부분과 결합되는, 상기 제 2 고정 요소의 내부 링 부분을 포함하는
    시일 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 내측으로 연장되는 부분으로부터 이격되어 있는 상기 브러시 시일의 상기 축방향으로 연장되는 부분의 일 단부가 한 쌍의 측부 레일의 사이에 개재되는 것인 시일 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 한 쌍의 측부 레일은 상기 제 2 고정 요소의 상기 내부 링 부분과 외부 링 부분의 사이에 유지되어, 상기 브러시 시일의 상기 축방향으로 연장되는 부분과 상기 제 2 고정 요소의 상기 외부 링 부분의 사이에 축방향으로 연장되는 반경방향 간극을 형성하는 것인 시일 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 외부 링 부분은 상기 브러시 시일의 상기 내측으로 연장되는 부분으로부터 축방향으로 이격되어 있는 반경방향 내측을 향하는 전방 플레이트를 갖는 것인 시일 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 링 부분은 상기 브러시 시일의 하류측에 있는 시일 치형부를 갖는 것인 시일 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 외부 링 부분은 고정 터빈 노즐의 내부 커버에 형성된 상보형 슬롯에 수용되도록 구성되는 후크 플랜지를 갖는 것인 시일 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 외부 링 부분의 반경방향 외부면과 상기 상보형 슬롯의 내측을 향하는 벽 사이에 스프링이 반경방향으로 배치되는 것인 시일 장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 내부 링 부분은 상기 측부 레일과 상기 브러시 시일을 통해 상기 외부 링 부분에 부착되는 것인 시일 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 내부 링 부분은 상기 내부 링 부분과 상기 브러시 시일을 통해 상기 외부 링 부분으로 연장되는 용접부에 의해 상기 외부 링 부분에 부착되는 것인 시일 장치.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 외부 링 부분은 상기 브러시 시일의 상기 내측으로 연장되는 부분을 넘어 축방향으로 연장되는 플레이트 부분을 갖는 것인 시일 장치.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 고정 요소는 터빈 노즐의 내부 커버를 포함하고, 상기 내부 링 부분과 상기 외부 링 부분은 상기 내부 커버의 일체형 부품이며, 상기 제 1 회전 요소는 터빈 로터를 포함하는 것인 시일 장치.
  12. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 회전 요소는 터빈 버킷 팁 슈라우드를 포함하며, 상기 제 2 고정 요소는 상기 팁 슈라우드에 대향하는 스테이터 표면을 포함하는 것인 시일 장치.
  13. 터보 기계의 반경방향으로 대향하는 회전 요소와 고정 요소 사이의 시일 장치로서,
    제 1 회전 요소와,
    제 2 고정 요소와,
    상기 제 1 회전 요소와 상기 제 2 고정 요소의 사이에 반경방향으로 배치되고, 상기 제 2 고정 요소에 고정되는 축방향으로 연장되는 부분과, 상기 제 1 회전 요소와 제 2 고정 요소 사이의 간극을 가로질러 연장되는 내측으로 연장되는 부분을 갖는 브러시 시일과,
    상기 브러시 시일의 반경방향 내측에 배치되고, 상기 브러시 시일의 상기 내측으로 연장되는 부분의 적어도 일부와 상기 축방향으로 연장되는 부분과 결합되는 내부 링을 포함하며,
    상기 내측으로 연장되는 부분으로부터 이격되어 있는 상기 브러시 시일의 상기 축방향으로 연장되는 부분의 일 단부가 한 쌍의 측부 레일의 사이에 개재되고,
    상기 한 쌍의 측부 레일은 상기 내부 링과 외부 링의 사이에 유지되어, 상기 브러시 시일의 상기 축방향으로 연장되는 부분과 상기 외부 링의 사이에 축방향으로 연장되는 반경방향 간극을 형성하며,
    상기 외부 링은 고정 터빈 노즐의 내부 커버에 형성된 상보형 슬롯에 수용되도록 구성되는 후크 플랜지를 갖는 것인
    시일 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 외부 링은 상기 브러시 시일의 상기 내측으로 연장되는 부분으로부터 축방향으로 이격되어 있는 반경방향 내측을 향하는 전방 플레이트를 갖는 것인 시일 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 내부 링은 상기 측부 레일과 상기 브러시 시일을 통해 상기 외부 링에 부착되는 것인 시일 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 내부 링은 상기 내부 링과 상기 브러시 시일을 통해 상기 외부 링으로 연장되는 용접부에 의해 상기 외부 링에 부착되는 것인 시일 장치.
  17. 유로를 갖는 터보 기계로서,
    로터에 부착되고, 스테이터에 부착된 고정 노즐에 의해 분리되어 있는 축방향으로 이격된 열의 버킷과,
    상기 로터와 상기 스테이터 사이에 배치되고, 상기 스테이터에 고정된 축방향으로 연장되는 부분과, 상기 스테이터와 상기 로터의 사이의 간극을 가로질러 연장되는 사실상 반경방향 내측으로 연장되는 부분을 갖는 적어도 하나의 브러시 시일과,
    상기 브러시 시일의 반경방향 내측에 배치되고, 상기 브러시 시일의 상기 사실상 반경방향 내측으로 연장되는 부분의 적어도 일부와 상기 축방향으로 연장되는 부분과 결합되는 내부 링을 포함하는
    터보 기계.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 사실상 반경방향 내측으로 연장되는 부분으로부터 이격되어 있는 상기 브러시 시일의 상기 축방향으로 연장되는 부분의 일 단부가 한 쌍의 측부 레일 사이에 개재되는 것인 터보 기계.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 한 쌍의 측부 레일은 상기 제 1 링 부분과 제 2 링 부분의 사이에 유지되어, 상기 브러시 시일의 상기 축방향으로 연장되는 부분과 상기 외부 링 부분 사이에 축방향으로 연장되는 반경방향 간극을 형성하는 것인 터보 기계.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 외부 링 부분은 상기 스테이터에 고정된 고정 터빈 노즐의 내부 커버에 형성된 상보형 슬롯에 수용되도록 구성되는 후크 플랜지를 가지며, 상기 외부 링 부분의 반경방향 외부면과 상기 상보형 슬롯의 내측을 향하는 벽 사이에 스프링이 반경방향으로 배치되는 것인 터보 기계.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106761954A (zh) * 2017-02-09 2017-05-31 江苏鑫信润科技有限公司 新型汽轮机调节级喷嘴
US11035470B2 (en) 2018-04-05 2021-06-15 Raytheon Technologies Corporation Multi-plane brush seal
US10662797B2 (en) 2018-04-05 2020-05-26 Raytheon Technologies Corporation Multi-plane brush seal
JP7181994B2 (ja) * 2018-09-05 2022-12-01 シーメンス エナジー グローバル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト 回転防止特徴を有する非接触シール
US10982770B2 (en) 2019-01-03 2021-04-20 Raytheon Technologies Corporation Hydrostatic seal with extended housing
US10995861B2 (en) 2019-01-03 2021-05-04 Raytheon Technologies Corporation Cantilevered hydrostatic advanced low leakage seal
US11378187B2 (en) * 2019-01-03 2022-07-05 Raytheon Technologies Corporation Articulating cantilevered hydrostatic seal
US10975713B2 (en) 2019-01-04 2021-04-13 Raytheon Technologies Corporation Hydrostatic seal with aft tooth
US10961858B2 (en) * 2019-01-04 2021-03-30 Raytheon Technologies Corporation Hydrostatic seal with enhanced maneuver response
US11261971B2 (en) * 2019-11-11 2022-03-01 Raytheon Technologies Corporation Double angled brush seal
CN110985373B (zh) * 2019-11-22 2022-04-19 中国航发西安动力控制科技有限公司 随动式迷宫密封结构
US11821320B2 (en) * 2021-06-04 2023-11-21 General Electric Company Turbine engine with a rotor seal assembly

Family Cites Families (66)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9103459D0 (en) 1991-02-19 1991-04-03 Cross Mfg Co Brush seal assembly
US5201530A (en) 1991-10-18 1993-04-13 United Technologies Corporation Multi-layered brush seal
US5265412A (en) 1992-07-28 1993-11-30 General Electric Company Self-accommodating brush seal for gas turbine combustor
US5335920A (en) 1992-08-20 1994-08-09 General Electric Company Brush seal
US6131910A (en) 1992-11-19 2000-10-17 General Electric Co. Brush seals and combined labyrinth and brush seals for rotary machines
IT1284468B1 (it) 1995-07-28 1998-05-21 Mtu Muenchen Gmbh Guarnizione a spazzola per turbomacchine
US6173962B1 (en) 1995-12-09 2001-01-16 Rolls Royce Plc Brush seal
US5630590A (en) * 1996-03-26 1997-05-20 United Technologies Corporation Method and apparatus for improving the airsealing effectiveness in a turbine engine
DE19618475B4 (de) * 1996-05-08 2005-10-20 Mtu Aero Engines Gmbh Bürstendichtung
US7059827B1 (en) 1996-05-31 2006-06-13 Watson Cogeneration Company Turbine power plant having minimal-contact brush seal augmented labyrinth seal
US5961279A (en) 1996-05-31 1999-10-05 Atlantic Richfield Company Turbine power plant having minimal-contact brush seal augmented labyrinth seal
CA2205877A1 (en) 1996-06-28 1997-12-28 General Electric Company Brush seals and combined labyrinth and brush seals for rotary machines
DE19641375C1 (de) 1996-10-08 1997-12-04 Mtu Muenchen Gmbh Herstellungsverfahren für und Vorrichtung zum Herstellen von Bürstendichtungen
GB2322168B (en) 1997-02-18 2001-02-14 Europ Gas Turbines Ltd Brush seal and method for the manufacture of a brush seal
US6318728B1 (en) * 1997-07-11 2001-11-20 Demag Delaval Turbomachinery Corporation Brush-seal designs for elastic fluid turbines
WO1999006673A1 (en) * 1997-07-30 1999-02-11 Eg & G Sealol, Inc. Improved brush seal and method of making same
US5961125A (en) 1997-10-02 1999-10-05 General Electric Company Brush seal for use on rough rotating surfaces
US6053699A (en) 1998-07-27 2000-04-25 General Electric Company Steam turbine having a brush seal assembly
US6105966A (en) 1998-08-10 2000-08-22 General Electric Company Brush seal segment
GB9821927D0 (en) 1998-10-08 1998-12-02 Rolls Royce Plc Improved brush seal
DE19855742C1 (de) 1998-12-03 2000-09-14 Mtu Muenchen Gmbh Bürstendichtung mit abgewinkelten Borsten
US7032903B1 (en) 1999-04-06 2006-04-25 Turbocare, Inc. Brush-seal designs for turbines and similar rotary apparatus
US6206629B1 (en) 1999-08-18 2001-03-27 General Electric Company Turbine brush seal protection device and method
DE19962316C2 (de) * 1999-12-23 2002-07-18 Mtu Aero Engines Gmbh Bürstendichtung
GB9930620D0 (en) 1999-12-24 2000-02-16 Cross Mfg Co Brush seals
US6428009B2 (en) 2000-04-03 2002-08-06 John F. Justak Robust hydrodynamic brush seal
DE10017643B4 (de) 2000-04-08 2005-10-20 Mtu Aero Engines Gmbh Dichtung in nicht-hermetischer Ausführung
DE10018273B4 (de) 2000-04-13 2005-10-20 Mtu Aero Engines Gmbh Bürstendichtung
US6457719B1 (en) 2000-08-14 2002-10-01 United Technologies Corporation Brush seal
US6460857B1 (en) * 2000-09-11 2002-10-08 General Electric Company Brush seal segment end bristle protection and flexibility maintenance device and methods of forming the segment
US6464230B1 (en) 2000-10-19 2002-10-15 General Electric Company Flexible magnetic rubber brush seal for generators
US6644667B2 (en) * 2001-02-23 2003-11-11 Cmg Tech, Llc Seal assembly and rotary machine containing such seal
JP4644378B2 (ja) * 2001-03-27 2011-03-02 イーグル・エンジニアリング・エアロスペース株式会社 ブラシシール装置
JP4944312B2 (ja) 2001-06-29 2012-05-30 イーグル工業株式会社 ブラシシール装置
US6402157B1 (en) 2001-08-20 2002-06-11 General Electric Company Brush seal and method of using brush seal
JP4824225B2 (ja) 2001-08-29 2011-11-30 イーグル工業株式会社 板ブラシシール装置
US8181965B2 (en) 2002-06-27 2012-05-22 United Technologies Corporation Replaceable brush seal elements
GB2393766A (en) 2002-10-03 2004-04-07 Alstom A sealing arrangement for a turbine
US20040094900A1 (en) 2002-11-15 2004-05-20 Turnquist Norman Arnold Brush seal for static turbine components
DE10259381A1 (de) 2002-12-18 2004-07-15 Mtu Aero Engines Gmbh Dichtungsanordnung
US20040217549A1 (en) 2003-05-01 2004-11-04 Justak John F. Hydrodynamic brush seal
DE10320450B4 (de) 2003-05-08 2013-07-18 Mtu Aero Engines Gmbh Dichtungsanordnung
FR2865012B1 (fr) 2004-01-12 2006-03-17 Snecma Moteurs Dispositif d'etancheite pour turbine haute-pression de turbomachine
US20070114727A1 (en) 2005-11-21 2007-05-24 General Electric Company Seal member, assembly and method
US20070257445A1 (en) 2006-05-08 2007-11-08 General Electric Company Tension Spring Actuators for Variable Clearance Positive Pressure Packings for Steam Turbines
EP1892442A1 (de) 2006-08-18 2008-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Bürstendichtung für eine Strömungsmaschine
DE102006049634A1 (de) 2006-10-20 2008-04-24 Mtu Aero Engines Gmbh Dichtungsanordnung
US7854584B2 (en) 2007-05-24 2010-12-21 General Electric Company Barrier sealing system for centrifugal compressors
US20080296846A1 (en) 2007-05-29 2008-12-04 Eaton Corporation Static outside diameter brush seal assembly
GB2452967A (en) 2007-09-21 2009-03-25 Rolls Royce Plc A seal and rotor arrangement including a rotor section and a circumferential movable seal around the rotor section
US20100078893A1 (en) 2008-09-30 2010-04-01 General Electric Company Active retractable seal for turbomachinery and related method
US8051563B2 (en) 2009-02-06 2011-11-08 General Electric Company Systems and methods and apparatus involving fabricating brush seals
US20100270747A1 (en) 2009-04-24 2010-10-28 General Electric Company Non-metallic brush seal
US8596973B2 (en) * 2009-12-07 2013-12-03 Cmg Tech, Llc Leaf seal assembly including polymer member and rotary machine containing such seal assembly
US20110156359A1 (en) 2009-12-31 2011-06-30 General Electric Company Turbine engine seals
US8490981B2 (en) 2010-02-23 2013-07-23 General Electric Company Brush seal
US8936247B2 (en) 2010-05-18 2015-01-20 General Electric Company Seal assembly including plateau and concave portion in mating surface for seal tooth in turbine
US8328198B2 (en) 2010-10-06 2012-12-11 General Electric Company Brush seal
US20120177484A1 (en) 2011-01-07 2012-07-12 General Electric Company Elliptical Sealing System
CN201991571U (zh) * 2011-01-27 2011-09-28 秦皇岛五洲电力设备有限公司 柔性刷丝与蜂窝带组合式汽封
US8777563B2 (en) 2011-01-31 2014-07-15 General Electric Company Axial brush seal
US20120326393A1 (en) 2011-06-27 2012-12-27 General Electric Company Brush seal
US9528384B2 (en) 2011-06-27 2016-12-27 General Electric Company Brush seal
US20130033008A1 (en) * 2011-08-03 2013-02-07 General Electric Company Outward bristle brush seal design for gas turbine application
US20130181408A1 (en) * 2012-01-13 2013-07-18 General Electric Company Brush seal arrangement combined with honeycomb seal
US20130256992A1 (en) 2012-03-27 2013-10-03 General Electric Company Brush seal system with elliptical clearance

Also Published As

Publication number Publication date
US9587505B2 (en) 2017-03-07
CN104696022B (zh) 2017-12-15
US20150159498A1 (en) 2015-06-11
CN104696022A (zh) 2015-06-10
JP2015110947A (ja) 2015-06-18
CH708971A2 (de) 2015-06-15
DE102014117262A1 (de) 2015-06-11

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