WO2013153868A1 - ブラシシール - Google Patents
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Definitions
- Patent Document 3 As what solves the problem of what is shown by patent document 2, what was provided with the suppression bristles which have the elasticity of the grade which does not prevent the contact deformation of a bristol part instead of the brake plate of the high voltage
- the brush seal shown in Patent Document 3 absorbs fluctuations in the distance between the stationary part and the rotating part by bending the bristol part, and the bristol part restricts movement by the back plate on the low pressure side.
- the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and with a simple configuration, increases the rigidity in the differential pressure direction between the high pressure side and the low pressure side of the Bristol, and the differential pressure direction.
- the brush seal of the present invention is thirdly, in the first or second feature, A dam is formed in the middle of the circumferential groove in the circumferential direction. According to this feature, the hydrodynamic force generated by the swirling flow associated with the rotation of the rotating portion hits the side surface of the bristol forming the dam, thereby generating the bristol's levitation force and further reducing the amount of wear of the bristol.
- the back plate portion 3, the base end portion 6 of the bristol portion 2, and the holding portion 4 are welded at the outer periphery to form a fixed portion 20, and are fixed to a stepped portion 51 provided on the inner peripheral surface of the casing 50. ing.
- the wire diameter of Bristol 5 is generally 0.02 mm to 0.5 mm.
- steel stainless steel, nickel-base alloy, cobalt heat-resistant alloy, or the like is used.
- the cross-sectional shape of the bristol 5 may be an ellipse, a triangle, a quadrangle, or other polygons other than a circle.
- the bristles at predetermined positions are formed.
- a method of cutting the free end side, or a short-length bristol 50 is prepared in advance, and when arranging a plurality of bristles in a row, the short-length bristles 50 are arranged at predetermined positions and adjacent to each other. There is a method of fixing Bristol.
- the circumferential groove provided on the sliding surface of the bristol part according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
- the upper side of the paper is the free end side of the bristles that slide with the rotating part, and the lower side is the base end side (stationary part side).
- the direction connecting the left front side and the right back side of the page is the circumferential direction.
- the right side of the page is the high pressure side and the left side is the low pressure side.
- a plurality of grooves formed by arranging bristles 50 having low heights over a predetermined width in the differential pressure direction between the high-pressure side and the low-pressure side are independent.
- a plurality of formed planar bristles 10 having the same shape are prepared and arranged in the circumferential direction.
- the low-height bristles 50 are provided over a predetermined width in the differential pressure direction between the high-pressure side and the low-pressure side.
- planar bristles 100 are inserted over a predetermined length in the circumferential direction, so that dams 16 and 16 are formed in the middle of the circumferential grooves 15-1 and 15-2 in the circumferential direction.
- Dam 16 intended to be respectively provided at least one in circumferential direction of the circumferential groove 15-1 and 15-2, typically, a plurality of dams are provided in equal intervals.
- dams 16 and 16 are provided at the same position in the circumferential direction of the two circumferential grooves 15 and 15.
- the present invention is not limited to this, and it may be arranged shifted in the circumferential direction.
- FIG. 6 is a front view of the state of the brush seal 1 when the rotating part is eccentric in the state of FIG. 1 as seen from the high pressure side.
- the brush seal 1 increases the inclination angle while being in pressure contact with the rotor 60.
- the bristles 5 have low rigidity in the direction orthogonal to the differential pressure direction, and the rotor 60 rotates at low speed.
- the free end portion 7 can float from the outer peripheral surface of the rotor 60 by the dynamic pressure, wear can be reduced, and wear resistance can be improved. Further, since each of the bristles 5 and 15 can move independently with respect to the conical vibration of the rotor 60, wear is reduced and wear resistance can be improved.
- a circumferential groove 15 is formed on the sliding surface on the free end portion 7 side of the annular bristol portion 2 on the inner side that does not face the high-pressure side and the low-pressure side, and thus has a labyrinth seal structure. Since the fluid F that is about to leak from the high pressure side to the low pressure side repeatedly repeats the pressure drop and becomes low pressure, the amount of fluid that leaks from the high pressure side to the low pressure side is suppressed. Furthermore, the dam 16 provided in the middle of the circumferential groove 15 generates the lifting force of the bristol 5 when the fluid force due to the swirl flow FS accompanying the rotation of the rotor 60 hits the side surface of the bristol 5 forming the dam 16. The amount of wear of the bristol 5 can be further reduced.
- the present invention is not limited to this, and it may be at least one place or more. Further, by changing the fixation position for each planar bristles are arranged in the circumferential direction, may be fixed position is not concentrated in one place in the radial direction.
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Abstract
ブリストルの高圧側と低圧側との差圧方向の剛性を高めるとともに、差圧方向と直交する方向の剛性を低くしてブリストルの摩耗を低減し、かつ被密封流体の漏洩を低減する。 間隙を有して相対回動する静止部と回転部との間の前記静止部に取り付けられた複数のブリストルで形成されたブリストル部と、前記ブリストル部の低圧側に隣接して取り付けられ、該ブリストル部の運動を制限する背板部と、が備えられ、前記静止部および前記回転部の間を流れる流体をシールするブラシシールであって、前記複数のブリストルで形成されたブリストル部において、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルが基端部と自由端部との間において相互に固着されて面状ブリストルに形成され、該面状ブリストルが周方向に積層状に連続して配列されて環状のブリストル部が形成され、前記ブリストル部の自由端部側の摺動面には、円周溝が形成されていることを特徴としている。
Description
本発明は、例えば、航空機、ガスタービン及び蒸気タービン等の回転軸と相対移動する相手部品との間をシールするブラシシールに関する。
ガスタービンの回転軸の軸周りには、例えば、高圧側から低圧側にガスが漏れるのを防止するシール機構が設けられている。
従来、このシール機構としては、非接触シールとしてのラビリンスシールが一般的に用いられているが、ラビリンスシールは、非接触であるため、シール性能の向上には限界がある。このため、シール性能を向上するためにブラシシールが用いられるようになってきている。
従来、このシール機構としては、非接触シールとしてのラビリンスシールが一般的に用いられているが、ラビリンスシールは、非接触であるため、シール性能の向上には限界がある。このため、シール性能を向上するためにブラシシールが用いられるようになってきている。
ブラシシールは、複数のブリストルがリング状（ブラシシールブリストル）に形成され、このブラシシールブリストルの先端部が回転側に接触することによってシールするものである。
回転側、例えば、ガスタービンのロータは、運転に伴い遠心力と熱によって変形し、一方、静止側のハウジングも熱によって膨張するので、ブラシシールとロータとの距離が変動する。
この変動はブリストルの撓みによって吸収されているが、低圧側に撓むとシール性能が低下する恐れがあるので、ブラシシールブリストルの低圧側に背板を備え低圧側への撓みを防止している。また、ブリストルの撓みを許容するため、ブリストルの高圧側に空間を設けることが行われている（例えば、特許文献１第１０頁図８～１０参照）。
回転側、例えば、ガスタービンのロータは、運転に伴い遠心力と熱によって変形し、一方、静止側のハウジングも熱によって膨張するので、ブラシシールとロータとの距離が変動する。
この変動はブリストルの撓みによって吸収されているが、低圧側に撓むとシール性能が低下する恐れがあるので、ブラシシールブリストルの低圧側に背板を備え低圧側への撓みを防止している。また、ブリストルの撓みを許容するため、ブリストルの高圧側に空間を設けることが行われている（例えば、特許文献１第１０頁図８～１０参照）。
しかし、蒸気タービンなどの高圧部分に用いた場合、特に高圧側でブリストルをばたつかせ、ブリストルが折損する事態が発生する。
このように、ブリストルが折損すると、その部分がロータに接触しない状態となりブラシシールのシール性能が劣化する。
ブラシシールのシール性能が劣化すると、例えば、タービンの出力が低下するという問題がある。
このように、ブリストルが折損すると、その部分がロータに接触しない状態となりブラシシールのシール性能が劣化する。
ブラシシールのシール性能が劣化すると、例えば、タービンの出力が低下するという問題がある。
高圧側でのブリストルのばたつきを解消するものとして、ブラシシールブリストルの高圧側にも制動板を備え、ブラシシールブリストルの撓みを制限するとともに制動板に貫通孔を設けて乱流の発生を抑制し、特に高圧側のブリストルのばたつきを防止しようとするものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献２に示されるものは、ブラシシールブリストルが低圧側の背板および高圧側の制動板によってロータの近傍まで動きを強く規制されているので、ブラシシールブリストルの自由に撓める長さが短くなっている。
このため、ブラシシールブリストルの剛性が大きくなり、ロータへの接触圧力が大きくなるので、ブリストルおよびロータの定常状態での摩耗が大きくなるという問題があった。
しかしながら、特許文献２に示されるものは、ブラシシールブリストルが低圧側の背板および高圧側の制動板によってロータの近傍まで動きを強く規制されているので、ブラシシールブリストルの自由に撓める長さが短くなっている。
このため、ブラシシールブリストルの剛性が大きくなり、ロータへの接触圧力が大きくなるので、ブリストルおよびロータの定常状態での摩耗が大きくなるという問題があった。
特許文献２に示されるものの問題を解決するものとして、ブリストル部の高圧側の制動板の代わりにブリストル部の接触変形を妨げない程度の弾性を有する抑制ブリストルを備えたものが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
この特許文献３に示されたブラシシールは、静止部と回転部との間隔の変動をブリストル部が撓むことで吸収するものであって、ブリストル部は、低圧側の背板によって運動を制限されているので、抑制ブリストルの方向に撓むことになるが、抑制ブリストルはブリストル部の接触変形を妨げない程度の弾性を有しているので、抑制ブリストルが弾性変形してこのブリストル部の撓みを吸収し、静止部と回転部との間隔の変動に対応して接触摩擦力を増加させることがなく、定常的な摩耗の増加を防止することができるというものである。
この特許文献３に示されたブラシシールは、静止部と回転部との間隔の変動をブリストル部が撓むことで吸収するものであって、ブリストル部は、低圧側の背板によって運動を制限されているので、抑制ブリストルの方向に撓むことになるが、抑制ブリストルはブリストル部の接触変形を妨げない程度の弾性を有しているので、抑制ブリストルが弾性変形してこのブリストル部の撓みを吸収し、静止部と回転部との間隔の変動に対応して接触摩擦力を増加させることがなく、定常的な摩耗の増加を防止することができるというものである。
しかしながら、特許文献３に示されたブラシシールでは、ブリストル部の高圧側に、ワイヤ（ブリストル）を束ねて形成された抑制ブリストルを配設する必要があり、製造コストが嵩むという問題があった。
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたものであって、簡単な構成でもって、ブリストルの高圧側と低圧側との差圧方向の剛性を高めるとともに、差圧方向と直交する方向の剛性を低くしてブリストルの摩耗を低減し、かつ被密封流体の漏洩を低減するようにしたブラシシールを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために本発明のブラシシールは、第１に、
間隙を有して相対回動する静止部と回転部との間の前記静止部に取り付けられた複数のブリストルで形成されたブリストル部と、
前記ブリストル部の低圧側に隣接して取り付けられ、該ブリストル部の運動を制限する背板部と、が備えられ、前記静止部および前記回転部の間を流れる流体をシールするブラシシールであって、
前記複数のブリストルで形成されたブリストル部において、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルが基端部と自由端部との間において相互に固着されて面状ブリストルに形成され、該面状ブリストルが周方向に積層状に連続して配列されて環状のブリストル部が形成され、
前記ブリストル部の自由端部側の摺動面には、円周溝が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、従来公知のブラシシールブリストルと比べて、高圧側と低圧側との差圧方向（ロータの軸方向）の剛性が高く、蒸気タービンなどの高圧機器に対しても適用可能となる。
また、ブリストルの先端の差圧方向と直交する方向（周方向）の自由度が確保されているので、差圧方向と直交する方向の剛性が低く、回転部の低速時における回転においてもその動圧で自由端部が回転部の外周面から浮上でき、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、回転部のコニカル振動（軸が傾いて動く振動）に対しても、ブリストルの先端が独立して動くことができるので、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、摺動面は円周溝が形成され、ラビリンスシールの構造をしているので、高圧側から低圧側に漏洩しようとする流体は、順次圧力降下を繰り返し、低圧となるため、高圧側から低圧側に漏洩する流体の量が抑制される。
間隙を有して相対回動する静止部と回転部との間の前記静止部に取り付けられた複数のブリストルで形成されたブリストル部と、
前記ブリストル部の低圧側に隣接して取り付けられ、該ブリストル部の運動を制限する背板部と、が備えられ、前記静止部および前記回転部の間を流れる流体をシールするブラシシールであって、
前記複数のブリストルで形成されたブリストル部において、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルが基端部と自由端部との間において相互に固着されて面状ブリストルに形成され、該面状ブリストルが周方向に積層状に連続して配列されて環状のブリストル部が形成され、
前記ブリストル部の自由端部側の摺動面には、円周溝が形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、従来公知のブラシシールブリストルと比べて、高圧側と低圧側との差圧方向（ロータの軸方向）の剛性が高く、蒸気タービンなどの高圧機器に対しても適用可能となる。
また、ブリストルの先端の差圧方向と直交する方向（周方向）の自由度が確保されているので、差圧方向と直交する方向の剛性が低く、回転部の低速時における回転においてもその動圧で自由端部が回転部の外周面から浮上でき、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、回転部のコニカル振動（軸が傾いて動く振動）に対しても、ブリストルの先端が独立して動くことができるので、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、摺動面は円周溝が形成され、ラビリンスシールの構造をしているので、高圧側から低圧側に漏洩しようとする流体は、順次圧力降下を繰り返し、低圧となるため、高圧側から低圧側に漏洩する流体の量が抑制される。
また、本発明のブラシシールは、第２に、第１の特徴において、
前記円周溝は、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルのうち自由端部側の高さの低いブリストルを高圧側及び低圧側に面しない内部側に配列した面状ブリストルが周方向に積層状に連続して配列されて形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、円周溝を高さの違うブリストルの配列によって形成することができるので、円周溝の形成が容易となる。
前記円周溝は、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルのうち自由端部側の高さの低いブリストルを高圧側及び低圧側に面しない内部側に配列した面状ブリストルが周方向に積層状に連続して配列されて形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、円周溝を高さの違うブリストルの配列によって形成することができるので、円周溝の形成が容易となる。
また、本発明のブラシシールは、第３に、第１又は第２の特徴において、
前記円周溝の周方向の途中にはダムが形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、回転部の回転に伴う旋回流による流体力が、ダムを形成するブリストルの側面に当たることによりブリストルの浮上力を発生し、ブリストルの摩耗量を一層低減することができる。
前記円周溝の周方向の途中にはダムが形成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、回転部の回転に伴う旋回流による流体力が、ダムを形成するブリストルの側面に当たることによりブリストルの浮上力を発生し、ブリストルの摩耗量を一層低減することができる。
本願発明は、従来公知のブラシシールブリストルと比べて、高圧側と低圧側との差圧方向（ロータの軸方向）の剛性が高く、蒸気タービンなどの高圧機器に対しても適用可能となる。
また、ブリストルの先端の差圧方向と直交する方向（周方向）の自由度が確保されているので、差圧方向と直交する方向の剛性が低く、回転部の低速時における回転においてもその動圧で自由端部が回転部の外周面から浮上でき、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、回転部のコニカル振動に対しても、ブリストルの先端が独立して動くことができるので、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、摺動面は円周溝が形成され、ラビリンスシールの構造をしているので、高圧側から低圧側に漏洩しようとする流体は、順次圧力降下を繰り返し、低圧となるため、高圧側から低圧側に漏洩する流体の量が抑制される。
さらに、回転部の回転に伴う旋回流による流体力が、ダムを形成するブリストルの側面に当たることによりブリストルの浮上力を発生し、ブリストルの摩耗量を一層低減することができる。
また、ブリストルの先端の差圧方向と直交する方向（周方向）の自由度が確保されているので、差圧方向と直交する方向の剛性が低く、回転部の低速時における回転においてもその動圧で自由端部が回転部の外周面から浮上でき、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、回転部のコニカル振動に対しても、ブリストルの先端が独立して動くことができるので、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、摺動面は円周溝が形成され、ラビリンスシールの構造をしているので、高圧側から低圧側に漏洩しようとする流体は、順次圧力降下を繰り返し、低圧となるため、高圧側から低圧側に漏洩する流体の量が抑制される。
さらに、回転部の回転に伴う旋回流による流体力が、ダムを形成するブリストルの側面に当たることによりブリストルの浮上力を発生し、ブリストルの摩耗量を一層低減することができる。
本発明に係るブラシシールを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
図１は、本発明の実施形態に係るブラシシールの上半分を示す縦断面図である。
図１において、ブラシシール装置１はリング状に形成されて、外周側の固定部２０は、構成部品の一方の部品であるケーシング５０の内周面に設けられた段部５１にスナップリング１２を介して取り付けられている。
また、ブラシシール装置１の内周側は他方の部品であるロータ６０の外周面と対向して接面又は近接した状態に配置されている。そして、ブラシシール装置１により高圧側の被密封流体の低圧側への漏洩が封止される。
尚、上記ケーシング５０は本発明の静止部を、また、上記ロータ６０は本発明の回転部を構成する。
また、ブラシシール装置１の内周側は他方の部品であるロータ６０の外周面と対向して接面又は近接した状態に配置されている。そして、ブラシシール装置１により高圧側の被密封流体の低圧側への漏洩が封止される。
尚、上記ケーシング５０は本発明の静止部を、また、上記ロータ６０は本発明の回転部を構成する。
このブラシシール１装置の主要な構成部材であるブリストル部２の低圧側には、環状をした背板部３がブリストル部２と接触状態にして配置され、被密封流体の圧力の作用に対してブリストル部２を支持している。
また、ブリストル部２の高圧側の面には、保持部４がリング板に形成されて背板部３との間でブリストル部２の外周側の基端部６を狭持するごとく一体に配置されている。この保持部４は、被密封流体がブリストル部２の側面に作用できるように径方向の幅が狭くされてブリストル部２を露出させている。
そして、背板部３とブリストル部２の基端部６と保持部４とは、外周において溶接されて固定部２０を構成し、ケーシング５０の内周面に設けられた段部５１に固定されている。
また、ブリストル部２の高圧側の面には、保持部４がリング板に形成されて背板部３との間でブリストル部２の外周側の基端部６を狭持するごとく一体に配置されている。この保持部４は、被密封流体がブリストル部２の側面に作用できるように径方向の幅が狭くされてブリストル部２を露出させている。
そして、背板部３とブリストル部２の基端部６と保持部４とは、外周において溶接されて固定部２０を構成し、ケーシング５０の内周面に設けられた段部５１に固定されている。
ブリストル部２は、何万ないし何十万本のブリストル（剛毛）５が外周側から内周側に向けて配列されて形成されるものであって、高圧側と低圧側との差圧方向に所定の幅を形成するように複数本配列され、また、所定の幅を形成する複数本のブリストル５が周方向にも連続して配列されて環状に形成されるものである。
そして、ブリストル５の内周側の自由端部７は他方の部品であるロータ６０の外周面と対向して接面又は近接した状態に配置されている。
そして、ブリストル５の内周側の自由端部７は他方の部品であるロータ６０の外周面と対向して接面又は近接した状態に配置されている。
ブリストル５の線径は、一般に、０．０２ｍｍから０．５ｍｍのものが用いられている。ブリストル５の材質は、鋼、ステンレス、ニッケル基の合金、コバルト耐熱合金等が用いられる。また、ブリストル５の断面形状は、円形以外に、楕円、三角形、四角形、その他、多角形でもよい。
図２は、図１のブラシシールを高圧側からみた正面図である。
図２のブラシシール１は、ブラシシール１とロータ６０とが揺動しない正常な状態を示しており、ブリストル５は、直線状をなしてロータ６０の回転する方向へ傾斜して配列されている。このブラシシール１の正常な状態では、ブリストル５の自由端部７はロータ６０の外周面に接面又は近接している。
図２のブラシシール１は、ブラシシール１とロータ６０とが揺動しない正常な状態を示しており、ブリストル５は、直線状をなしてロータ６０の回転する方向へ傾斜して配列されている。このブラシシール１の正常な状態では、ブリストル５の自由端部７はロータ６０の外周面に接面又は近接している。
図３は、本発明の実施形態に係るブリストル部の形成過程を説明する斜視図であって、（ａ）（ｂ）はブリストル部の摺動面に円周溝が設けられない場合を、（ｃ）はブリストル部の摺動面に円周溝が設けられる場合を示している。
なお、図３の上方が回転部と摺動するブリストル部の自由端部側であり、下方が基端部側（静止部側)である。
なお、図３の上方が回転部と摺動するブリストル部の自由端部側であり、下方が基端部側（静止部側)である。
図３においては、説明の都合上、高圧側と低圧側との差圧方向に配列されるブリストルについて実際の本数より少ない本数が示されているが、実際には、所定の幅を形成するように何百本ものブリストルが配列されるものである。
図３（ａ）に示すように、断面形状が円形で所定の長さを有する複数のブリストル５を準備する。次に、図３（ｂ）に示すように、複数のブリストル５を、高圧側と低圧側との差圧方向に所定の幅を形成するように、かつ隣接するブリストル５が接触するようにして一列に配列する。そして、基端部６と自由端部７の間において隣接するブリストル５を溶接あるいは溶着などの手段により固着する。
図３（ｂ）では、固着部８は、基端部６と自由端部７の間において径方向の３箇所に設定されている。しかし、固着部８の径方向の数は、３箇所に限らず、少なくとも１箇所あるいはそれ以上であればよく、ブリストル部２に要求される剛性に応じて、その部位及び数が設定される。固着部８のうち、自由端部７に近接する固着部８の位置は、ブリストル５の自由端の剛性を決める上で重要である。
上記のように、径方向の中間位置にて相互に固着された複数のブリストル５は、図３（ｂ）に示すように、面状に形成され、面状ブリストル１０を形成する。
上記のように、径方向の中間位置にて相互に固着された複数のブリストル５は、図３（ｂ）に示すように、面状に形成され、面状ブリストル１０を形成する。
図３（ｃ）に示す面状ブリストル１０では、所定の幅を形成する複数のブリストル５のうち、高圧側及び低圧側に面しない内部側に自由端部側の高さの低いブリストル５０が配列されている。図３（ｃ）では、高さの低いブリストル５０が所定の幅にわたって配列された部分が高圧側と低圧側との差圧方向に独立して２箇所示されている。高さの低いブリストル５０の配列される箇所は２箇所に限らず、１箇所あるいは３箇所以上でもよい。
一部のブリストルの自由端部側の高さを低くする手法としては、図３（ｂ）に示すような同じ高さのブリストルを配列した面状ブリストル１０を形成後、所定の位置のブリストルの自由端部側を切断する方法、または、予め長さの短いブリストル５０を準備しておき、複数のブリストルを一列に配列する際に長さの短いブリストル５０を所定の位置に配列させ、隣接するブリストルを固着する方法などがある。
上記の面状ブリストル１０は、ブリストル５の自由端部７がロータ６０の外周面に接面又は近接するようにして周方向に積層状に連続して配列され、図２に示すような環状のブリストル部２が形成されるものである。
上記のように形成された面状ブリストル１０は、従来公知のブラシシールブリストルと比べて、高圧側と低圧側との差圧方向（ロータの軸方向）の剛性が高く、蒸気タービンなどの高圧機器に対しても適用可能となる。
また、面状ブリストル１０は、各ブリストル５の先端、すなわち、自由端部７に近接する固着部８から自由端部７に至る間の各ブリストル５の先端の差圧方向と直交する方向（周方向）の自由度が確保されているので、差圧方向と直交する方向の剛性が低く、ロータ６０の低速時における回転においてもその動圧で自由端部７がロータ６０の外周面から浮上でき、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができるという利点がある。
さらに、ロータ６０のコニカル振動に対しても、各ブリストル５の先端が独立して動くことができるので、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
〔実施形態１〕
次に、図４を参照しながら、本発明の実施形態１に係るブリストル部の摺動面に設けられる円周溝を説明する。図４においては、紙面の上方が回転部と摺動するブリストルの自由端部側であり、同下方が基端部側（静止部側)である。また、紙面の左手前と右奥とを結ぶ方向が周方向である。更に、紙面の右側が高圧側、左側が低圧側である。
次に、図４を参照しながら、本発明の実施形態１に係るブリストル部の摺動面に設けられる円周溝を説明する。図４においては、紙面の上方が回転部と摺動するブリストルの自由端部側であり、同下方が基端部側（静止部側)である。また、紙面の左手前と右奥とを結ぶ方向が周方向である。更に、紙面の右側が高圧側、左側が低圧側である。
図４において、高圧側及び低圧側に面しない内部側において、高圧側と低圧側との差圧方向の所定の幅にわたって高さの低いブリストル５０が配列されて形成された溝部が複数独立して形成された同一形状の面状ブリストル１０が複数用意され、周方向に配列されている。
この時、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストル５のうち、高さの低いブリストル５０を高圧側と低圧側との差圧方向に所定の幅にわたって備えた面状ブリストル１０が周方向に積層状に連続して配列されることにより円周溝１５が形成されるものであって、図４では、円周溝１５が高圧側と低圧側との差圧方向に１５－１～１５－４で示すように４箇所独立して形成されている。これらの円周溝１５－１～１５－４は、高圧側及び低圧側に面しない内部側にロータ６０の回転方向に沿って形成されるものである。ここで、上記の「所定の幅」とは、高圧側から低圧側に漏洩しようとする流体が断熱膨張する際に必要とされる幅を意味している。
この時、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストル５のうち、高さの低いブリストル５０を高圧側と低圧側との差圧方向に所定の幅にわたって備えた面状ブリストル１０が周方向に積層状に連続して配列されることにより円周溝１５が形成されるものであって、図４では、円周溝１５が高圧側と低圧側との差圧方向に１５－１～１５－４で示すように４箇所独立して形成されている。これらの円周溝１５－１～１５－４は、高圧側及び低圧側に面しない内部側にロータ６０の回転方向に沿って形成されるものである。ここで、上記の「所定の幅」とは、高圧側から低圧側に漏洩しようとする流体が断熱膨張する際に必要とされる幅を意味している。
円周溝１５－１～１５－４の形成された摺動面は多重の絞りを備えたラビリンスシールの構造をしており、高圧側から低圧側に漏洩しようとする矢印で示す流体Ｆは、高圧側の１番目の絞りＳ１で絞られ抵抗を受け、次に円周溝１５－１の部分で断熱膨張して圧力降下した後、２番目の絞りＳ２で絞られ抵抗を受け、次に円周溝１５－２の部分で断熱膨張するという具合に、絞りＳ５の部分まで順次圧力降下を繰り返し、低圧となる。このため、高圧側から低圧側に漏洩する流体の量は抑制される。
高圧側と低圧側との差圧方向に設けられる円周溝１５の数は、圧力条件、被密封流体の種類などに応じて適宜設定される。
高圧側と低圧側との差圧方向に設けられる円周溝１５の数は、圧力条件、被密封流体の種類などに応じて適宜設定される。
〔実施の形態２〕
次に、図５を参照しながら、本発明の実施形態２に係るブリストル部の摺動面に設けられる円周溝を説明する。図５においては、紙面の上方が回転部と摺動するブリストルの自由端部側であり、同下方が基端部側（静止部側)である。また、紙面の左手前と右奥とを結ぶ方向が周方向である。更に、紙面の右側が高圧側、左側が低圧側である。
次に、図５を参照しながら、本発明の実施形態２に係るブリストル部の摺動面に設けられる円周溝を説明する。図５においては、紙面の上方が回転部と摺動するブリストルの自由端部側であり、同下方が基端部側（静止部側)である。また、紙面の左手前と右奥とを結ぶ方向が周方向である。更に、紙面の右側が高圧側、左側が低圧側である。
図５の実施の形態２においては、円周溝の数が２箇所である点、及び周方向の途中にダムが形成されている点で図４の実施の形態１と相違するものであるが、その他の構成は図４の実施の形態１と同じであり、図４と同じ部材は同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
図５において、高圧側及び低圧側に面しない内部側において、高圧側と低圧側との差圧方向の所定の幅にわたって高さの低いブリストル５０が配列されて形成された溝が複数独立して形成された同一形状の面状ブリストル１０が周方向に複数配列されるものであって、周方向の途中に、高圧側と低圧側との差圧方向の全幅にわたって高さの高いブリストル５が配列された同一形状の面状ブリストル１００が周方向に所定の長さにわたって挿入されている。ここで、周方向に所定の長さとは、ロータ６０の回転に伴って生成される流体の周方向の流れを堰き止めるに必要な長さである。
円周溝１５は、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストル５のうち、高さの低いブリストル５０を高圧側と低圧側との差圧方向に所定の幅にわたって備えた面状ブリストル１０が周方向に積層状に連続して配列されることにより形成されるものであって、図５では、円周溝１５が高圧側と低圧側との差圧方向に１５－１、１５－２で示すように２箇所独立して形成されている。これらの円周溝１５－１、１５－２は、高圧側及び低圧側に面しない内部側にロータ６０の回転方向に沿って形成されるものである。また、面状ブリストル１００が周方向に所定の長さにわたって挿入されることにより、各円周溝１５－１、１５－２の周方向の途中にダム１６、１６が形成されている。ダム１６は各円周溝１５－１、１５－２の周方向にそれぞれ少なくとも１つ設けられるもので、通常、複数のダムが等配に設けられる。また、図５では、２つの円周溝１５、１５の周方向の同じ位置にダム１６、１６が設けられている。しかし、これに限らず、周方向にずらして配設してもよい。
円周溝１５－１、１５－２の形成された摺動面は多重の絞りを備えたラビリンスシールの構造をしており、高圧側から低圧側に漏洩しようとする矢印Ｆで示す流体は、高圧側の１番目の絞りＳ１で絞られ抵抗を受け、次に円周溝１５－１の部分で断熱膨張して圧力降下した後、２番目の絞りＳ２で絞られ抵抗を受け、次に円周溝１５－２の部分で断熱膨張するという具合に、絞りＳ３まで順次圧力降下を繰り返し、低圧となる。このため、高圧側から低圧側に漏洩する流体の量は抑制される。
また、円周溝１５－１、１５－２の途中に設けられたダム１６、１６は、ロータ６０の回転に伴う矢印ＦＳで示す旋回流による流体力が、ダム１６、１６を形成するブリストル５の側面１７、１７に当たることによりブリストル５の浮上力を発生し、ブリストル５の摩耗量を低減する。
また、円周溝１５－１、１５－２の途中に設けられたダム１６、１６は、ロータ６０の回転に伴う矢印ＦＳで示す旋回流による流体力が、ダム１６、１６を形成するブリストル５の側面１７、１７に当たることによりブリストル５の浮上力を発生し、ブリストル５の摩耗量を低減する。
図６は、図１の状態において回転部が偏心した場合のブラシシール１の状態を高圧側からみた正面図である。
ブラシシール１は、ロータ６０が回転し、振動や揺動などによりロータ６０がブリストル５の自由端部７に接触すると、ブリストル５はロータ６０に圧接された状態になりながら傾斜角度を増加させる。その際、ブリストル５は、各ブリストル５の先端の差圧方向と直交する方向の自由度が確保されているので、差圧方向と直交する方向の剛性が低く、ロータ６０の低速時における回転においてもその動圧で自由端部７がロータ６０の外周面から浮上でき、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができるという利点がある。さらに、ロータ６０のコニカル振動に対しても、各ブリストル５、１５が独立して動くことができるので、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
ブラシシール１は、ロータ６０が回転し、振動や揺動などによりロータ６０がブリストル５の自由端部７に接触すると、ブリストル５はロータ６０に圧接された状態になりながら傾斜角度を増加させる。その際、ブリストル５は、各ブリストル５の先端の差圧方向と直交する方向の自由度が確保されているので、差圧方向と直交する方向の剛性が低く、ロータ６０の低速時における回転においてもその動圧で自由端部７がロータ６０の外周面から浮上でき、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができるという利点がある。さらに、ロータ６０のコニカル振動に対しても、各ブリストル５、１５が独立して動くことができるので、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、環状のブリストル部２の自由端部７の側の摺動面には、高圧側及び低圧側に面しない内部側において、円周溝１５が形成され、ラビリンスシールの構造をしているので、高圧側から低圧側に漏洩しようとする流体Ｆは、順次圧力降下を繰り返し、低圧となるため、高圧側から低圧側に漏洩する流体の量が抑制される。
さらに、円周溝１５の途中に設けられたダム１６は、ロータ６０の回転に伴う旋回流ＦＳによる流体力が、ダム１６を形成するブリストル５の側面に当たることによりブリストル５の浮上力を発生し、ブリストル５の摩耗量を一層低減することができる。
さらに、円周溝１５の途中に設けられたダム１６は、ロータ６０の回転に伴う旋回流ＦＳによる流体力が、ダム１６を形成するブリストル５の側面に当たることによりブリストル５の浮上力を発生し、ブリストル５の摩耗量を一層低減することができる。
本発明の実施形態に係るブラシシールの作用・効果を整理すると以下のとおりである。
高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルが基端部と自由端部との間において相互に固着されて面状ブリストルに形成されているため、従来公知のブラシシールブリストルと比べて、高圧側と低圧側との差圧方向（ロータの軸方向）の剛性が高く、蒸気タービンなどの高圧機器に対しても適用可能となる。
また、面状ブリストル１０は、各ブリストル５の先端、すなわち、自由端部７に近接する固着部８から自由端部７に至る間の各ブリストル５の先端の差圧方向と直交する方向（周方向）の自由度が確保されているので、差圧方向と直交する方向の剛性が低く、ロータ６０の低速時における回転においてもその動圧で自由端部７がロータ６０の外周面から浮上でき、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができるという利点がある。
さらに、ロータ６０のコニカル振動に対しても、各ブリストル５の先端が独立して動くことができるので、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、環状のブリストル部２の自由端部７の側の摺動面に円周溝１５が形成され、ラビリンスシールの構造をしているので、高圧側から低圧側に漏洩しようとする流体Ｆは、順次圧力降下を繰り返し、低圧となるため、高圧側から低圧側に漏洩する流体の量が抑制される。
さらに、円周溝１５は、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストル５のうち自由端部側の高さの低いブリストル５０を高圧側及び低圧側に面しない内部側に配列した面状ブリストル１０が周方向に積層状に連続して配列されて形成されるため、円周溝を高さの違うブリストルの配列によって形成することができるので、円周溝の形成が容易となる。
さらに、円周溝１５の途中に設けられたダム１６は、ロータ６０の回転に伴う旋回流ＦＳによる流体力が、ダム１６を形成するブリストル５の側面１７に当たることによりブリストル５の浮上力を発生し、ブリストル５の摩耗量を一層低減することができる。
高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルが基端部と自由端部との間において相互に固着されて面状ブリストルに形成されているため、従来公知のブラシシールブリストルと比べて、高圧側と低圧側との差圧方向（ロータの軸方向）の剛性が高く、蒸気タービンなどの高圧機器に対しても適用可能となる。
また、面状ブリストル１０は、各ブリストル５の先端、すなわち、自由端部７に近接する固着部８から自由端部７に至る間の各ブリストル５の先端の差圧方向と直交する方向（周方向）の自由度が確保されているので、差圧方向と直交する方向の剛性が低く、ロータ６０の低速時における回転においてもその動圧で自由端部７がロータ６０の外周面から浮上でき、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができるという利点がある。
さらに、ロータ６０のコニカル振動に対しても、各ブリストル５の先端が独立して動くことができるので、摩耗が小さくなり、耐摩耗性を向上することができる。
さらに、環状のブリストル部２の自由端部７の側の摺動面に円周溝１５が形成され、ラビリンスシールの構造をしているので、高圧側から低圧側に漏洩しようとする流体Ｆは、順次圧力降下を繰り返し、低圧となるため、高圧側から低圧側に漏洩する流体の量が抑制される。
さらに、円周溝１５は、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストル５のうち自由端部側の高さの低いブリストル５０を高圧側及び低圧側に面しない内部側に配列した面状ブリストル１０が周方向に積層状に連続して配列されて形成されるため、円周溝を高さの違うブリストルの配列によって形成することができるので、円周溝の形成が容易となる。
さらに、円周溝１５の途中に設けられたダム１６は、ロータ６０の回転に伴う旋回流ＦＳによる流体力が、ダム１６を形成するブリストル５の側面１７に当たることによりブリストル５の浮上力を発生し、ブリストル５の摩耗量を一層低減することができる。
以上、本発明の実施の形態を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施の形態では、ブリストルについて、円形の断面形状のものを説明したが、これに限らず、三角形、多角形あるいは楕円形などの断面形状のブリストルでもよい。
また、例えば、前記実施の形態では、一列に配列された複数のブリストル基端部と自由端部の間において隣接するブリストルを固着する径方向の位置について、３箇所の場合について説明しているが、これに限らず、少なくとも１箇所あるいはそれ以上であればよい。また、周方向に配列される面状ブリストルごとに固着位置を変更して、固着位置が径方向の一箇所に集中しないようにしてもよい。
また、例えば、前記実施の形態では、円周溝の形成について、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルのうち、高さの低いブリストルを高圧側と低圧側との差圧方向に所定の幅にわたって備えた面状ブリストルが周方向に積層状に連続して配列されることにより形成される手法について説明したが、これに限らず、環状のブリストル部を形成後、摺動面にレーザを照射するなどして円周溝を形成するようにしてもよい。
また、例えば、前記実施の形態２では、ダムの形成について、周方向の途中に、高圧側と低圧側との差圧方向の全幅にわたって高さの高いブリストルが配列された同一形状の面状ブリストルが周方向に所定の長さにわたって挿入される手法について説明したが、これに限らず、環状のブリストル部を形成後、摺動面にレーザを照射するなどして円周溝を形成する際、同時にダムを形成するようにしてもよい。
１ ブラシシール装置
２ ブリストル部
３ 背板部
４ 保持部
５ ブリストル
６ 基端部
７ 自由端部
８ 固着部
１０ 面状ブリストル
１２ スナップリング
１５ 円周溝
１６ ダム
１７ ブリストルの側面
２０ 固定部
５０ ケーシング（静止部）
５１ 段部
６０ ロータ（回転部）
Ｆ 漏洩流体
ＦＳ 旋回流
Ｓ１～Ｓ５ 絞りの部分
２ ブリストル部
３ 背板部
４ 保持部
５ ブリストル
６ 基端部
７ 自由端部
８ 固着部
１０ 面状ブリストル
１２ スナップリング
１５ 円周溝
１６ ダム
１７ ブリストルの側面
２０ 固定部
５０ ケーシング（静止部）
５１ 段部
６０ ロータ（回転部）
Ｆ 漏洩流体
ＦＳ 旋回流
Ｓ１～Ｓ５ 絞りの部分
Claims (3)
- 間隙を有して相対回動する静止部と回転部との間の前記静止部に取り付けられた複数のブリストルで形成されたブリストル部と、
前記ブリストル部の低圧側に隣接して取り付けられ、該ブリストル部の運動を制限する背板部と、が備えられ、前記静止部および前記回転部の間を流れる流体をシールするブラシシールであって、
前記複数のブリストルで形成されたブリストル部において、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルが基端部と自由端部との間において相互に固着されて面状ブリストルに形成され、該面状ブリストルが周方向に積層状に連続して配列されて環状のブリストル部が形成され、
前記ブリストル部の自由端部側の摺動面には、円周溝が形成されていることを特徴とするブラシシール。 - 前記円周溝は、高圧側と低圧側との差圧方向に沿って配列される複数のブリストルのうち自由端部側の高さの低いブリストルを高圧側及び低圧側に面しない内部側に配列した面状ブリストルが周方向に積層状に連続して配列されて形成されることを特徴とする請求項１記載のブラシシール。
- 前記円周溝の周方向の途中にはダムが形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のブラシシール。
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