JP4727867B2 - ブラシシール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、振動を伴う航空機、熱や振動を伴うガスタービン、蒸気タービン等の相対変位する二構成部品間をシールするブラシシール装置に関する。特に、振動などによる微少な相対変動もしくは温度変化により相対変位する二構成部品間に取り付けられて、両部品間をシールするようにしたブラシシール装置の技術分野に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関する先行技術には、図９に示すブラシシール装置１００が存在する。
図９は、断面四角状の軸１２０が貫通するケーシング１１０の四角状の穴との間に取り付けられたブラシシール装置１００の平面図である。又、図１０は、図９のＡ−Ａ矢視断面図である。このケーシング１１０と軸１２０とは、ガスタービンの一部の構成部品である。そして、ケーシング１１０の穴と軸方向に往復移動する四角形状の軸１２０との間にブラシシール装置１００が仕切るように配置されて、この間の流体をシールするものである。
【０００３】
図９において、ブラシシール装置１００は、平面が四角の環状に形成されている。そして、取付部１０４が、図１０に示すように、軸１２０の装着部１１２に取り付けられているとともに、自由端面１０５がケーシング１１０に対向して接面し、軸１２０とケーシング１１０との間をシールしている。
このブラシシール装置１００の主要な構成は、図１０に示すようにブラシシール１０９と背板１０２と支持板１０３である。
このブラシシール１０９は、剛毛列部１１１が４面に組み合わされており、その取付部１０４が各々軸１２０の装着部１１２に固着されいる。そして、剛毛列部１１１の剛毛１０１を配列した自由端面１０５側が軸１２０の周面に沿って傾斜しながら放射状に配列されて壁状をなしている。又、ブラシシール１０９の自由端面１０５はケーシング１１０の穴を形成した周面に対向接面している。
【０００４】
図１１は、ブラシシール１０９の正面図である。又、図１２は、図１１の剛毛列部１０１の自由端面１０５にケーシング１１０が圧接した状態図である。
このブラシシール１０９は、図１１に示す状態から図１２に示すように、軸１２０とケーシング１１０の相対振動等により自由端面１０５側がケーシング１１０に圧接されたとき曲げられても圧接力を小さくするために傾斜している。
このブラシシール１０９が傾斜した状態では、図１１に示すブラシシール１０９の左端が三角状に空白部分１１５Ａが生じる。このブラシシール１０９を軸１２０の周面の装着部１１２に取り付けると、図９に示すように、ブラシシール装置１００の組み立てた角部に台形状の空間部１１５が形成される。
この剛毛１０１の線形は、この分野では一般に、０．２５ｍｍ以上のものが用いられている。
【０００５】
そして、図１０に示すように、このブラシシール１０９の側面には、環状に形成された背板１０２が側面をブラシシール１０９と接触状態にして配置されている。
又、ブラシシール１０９の他方の面には、保持板１０３がリング板に形成されて背板１０２との間でブラシシール１０９の取付部１０４側を狭持するごとく一体に取付ている。
そして、背板１０２とブラシシール１０９の取付部１０４と保持板１０３とは、一端が溶接されて結合部１０６に形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく構成されたブラシシール装置は、ケーシング１１０と軸１２０が振動などにより近接すると、又は、両部品１１０、１２０が高温に伴う熱膨張の相違により変形すると、ブラシシール１０９の自由端面１０５は、図１２に示すように、ケーシング１１０と圧接された状態になる。
【０００７】
そして、剛毛１０１が列方向に傾斜していると、作用力が働いたときに図１２に示すように傾斜方向に曲げられて圧接力を弱めることができる。
この状態で、被密封流体の圧力が高圧Ｐ１の場合には、低圧Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が大きくなるから、ブラシシール１０９は低圧Ｐ２側へ曲げられようとする。しかし、ブラシシール１０９に接面する背板１０２により支持されて図１０に示すように低圧Ｐ２側へ曲げられることなく被密封流体をシールすることができる。
【０００８】
ところが、ブラシシール１０９は列方向に傾斜しているから、この傾斜した方向と反対の端部側が三角形状に空間部が形成される。この剛毛列部１１１は、図９に示すように、四角形状の環状空間部に組み立てると、断面四角形状の軸１２０の角部に平面状態で台形状の空間部１１５が形成される。この空間部１１５から高圧Ｐ１の被密封流体が低圧Ｐ２へ漏洩することになる。
【０００９】
この空間部１１５は、軸１２０が四角形状とは限らずに、三角形状や多角形状のように角があるものをブラシシール装置１００によりシールしようとすると、この角部に形成される。特に、軸１２０が軸方向に往復移動するものでは、断面が円形よりも多角形状に形成する方が周方向の動きを規制する点から好都合な場合があるが、剛毛列部１１１に空間部１１５が形成されるためにシール能力が不完全となって被密封流体が漏洩することになる。その結果、断面が非円形の軸を採用することができずに問題となっている。
【００１０】
本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その技術的課題は、ブラシシール装置に空間部を形成させることなく確実にシールできるようにすることにある。
又、軸が多角形状に係わらず、ブラシシール装置により軸とケーシングとの間隔を確実にシールすることにある。
又、被密封流体の耐圧力を向上させたブラシシール装置を得ることにある。更には、シール能力を向上させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その課題を解決するための手段は、以下のように構成されている。
【００１２】
請求項１に係わる本発明のブラシシール装置は、周面に角部分を有する部品（５０）と前記部品（５０）と間隙を有して相対変位する相対部品（６０）間の前記一方部品（５０又は６０）に取付けられて前記他方部品（６０又は５０）との間をシールするブラシシール装置（１）であって、
剛毛（８）が取付部（３）から列方向一方に傾斜して壁状に配列されている一方の剛毛列部（４Ａ）を有すると共に前記一方の剛毛列部（４Ａ）の少なくとも列端部の剛毛空間部に前記一方の剛毛列部（４Ａ）の剛毛の傾斜角度に対して反対角度の剛毛に形成された他方の剛毛列部（４Ｂ）を有し且つ自由端面（５）が前記他方部品（６０）の相対面と対向するブラシシール（２）と、
前記ブラシシール（２）の取付部（３）と結合する背板部（６）と、
前記ブラシシール（２）の前記取付部（３）を前記背板部（６）との間で保持する保持板部（１０）とを具備するものである。
【００１３】
請求項１に係わる本発明のブラシシール装置では、一方に傾斜した剛毛を有する一方の剛毛列部の少なくとも列方向端部側に反対方向に傾斜した剛毛を有する他方の剛毛列部が層状に配列されているから、この交差する剛毛列部を組み立てたブラシシールには空間部が形成されず、被密封流体を確実にシールすることが可能になる。
【００１４】
又、このブラシシールは交差した各剛毛列部が層状に配列されているので、被密封流体の高圧Ｐ１を受けても剛毛の結合力が協力し合い耐圧能力を発揮し、且つ、交差した剛毛列部は、網状の結合力を有するから、被密封流体の圧力により剛毛が分けられることに対する耐力が生じ、密封能力を発揮する。
【００１５】
請求項２に係わる本発明のブラシシール装置は、前記背板部が前記ブラシシールの取付部と結合して前記ブラシシールの側面を支持する支持面を有すると共に前記支持面が台形状に形成されているものである。
【００１６】
請求項２に係わる本発明のブラシシール装置では、背板部の支持面が台形状に形成されて剛毛列部を全面的に支持するので、軸の角部の剛毛列部を密封に支持すると共に、被密封流体に対する耐圧能力を発揮する。
【００１７】
請求項３に係わる本発明のブラシシール装置は、前記一方部品が四角形の穴を有すると共に、前記他方部品が前記穴に挿設されて断面四角状に形成された外周面を有し、前記一方部品と前記他方部品の間に前記ブラシシールが配置されている
【００１８】
請求項３に係わる本発明のブラシシール装置では、軸が断面四角形状であっても軸の角部を確実にシールすることが可能になる。又、軸の四辺を四個の剛毛列部により組み立てればよいから、軸とケーシングを組み立てた後でもブラシシールを組み立てることが可能になる。そして、ブラシシール装置を交換するときでも、軸を分解することなく、ブラシシール装置を組み立てることが可能になる。
【００１９】
請求項４に係わる本発明のブラシシール装置は、前記一方の剛毛列部は薄板を短冊状に形成していると共に、前記他方の剛毛列部が前記一方の剛毛列部に交互に積層されて前記剛毛を支持する薄板の背板を有するものである。
【００２０】
請求項４に係わる本発明のブラシシール装置では、剛毛が傾斜して短冊状に形成された薄板の一方の剛毛列部を他方の剛毛列部に有する薄板から成る背板により交互に層状に配列されて支持されているから、背板部で支持することなく一方の剛毛列部の剛毛を被密封流体の圧力に対して支持すると共に密封能力を向上させることが可能になる。又、剛毛列部は薄板から成るためにブラシシール装置の製作、組立及び取付が極めて容易になる。
【００２１】
請求項５に係わる本発明のブラシシール装置は、前記他方の剛毛列部が前記一方の剛毛列部と交互に積層されて傾斜が異なる剛毛を互いに全長に渡り交差されているものである。
【００２２】
請求項５に係わる本発明のブラシシール装置では、この剛毛が傾斜して交差した状態で剛毛列部が層状に配列されているので、被密封流体の高圧Ｐ１を受けても剛毛の結合力が協力し合い被密封流体の圧力を受けても耐圧能力を発揮し、且つ交差した剛毛列部は、網状の結合力を有するから、被密封流体の圧力により剛毛が協力し合って耐力が生じ、密封能力を発揮する。
更に、剛毛列部の列端部に剛毛空間部を形成しないように成るので、剛毛空間部の密封能力が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる実施の形態についてのブラシシール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下の図面は特許としての概念図ではなく、実際に製作するための設計図を基にして作成した図面である。
【００２４】
図１は、ガスタービンにおけるスライドする軸５０と軸が挿通するケーシング６０との間隔を高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とに仕切るブラシシール装置１の平面図である。又、図２（ａ）は、図１のブラシシール装置１に於ける４辺の内の１辺の平面図である。更に、図２（ｂ）は、図２（ａ）のブラシシール２の剛毛８側から見た側面図である。又、図３は図１のＡ−Ａ矢視の断面図である。
更に、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第２実施の形態に於ける剛毛列部４Ａの平面図である。又、図４（ａ）は図２（ａ）に於ける一方の剛毛列部４Ａの平面図である。更に、図４（ｂ）は図２（ａ）に於ける他方の剛毛列部４Ｂの平面図である。
【００２５】
ブラシシール装置１の主要な構成は、ブラシシール２、背板部６及び保持板部１０である。
図１において、１はブラシシール装置である。このブラシシール装置１の内周側の固定部２０は、構成部品の一方の部品である軸５０の周面に設けられた溝部５１に取り付けられている。又、ブラシシール装置１の外周側の自由端面５は他方の部品であるケーシング６０の穴６１に於ける対向面と接面又は近接した状態に配置されている。そして、ブラシシール装置は、軸５０の外周面とケーシング６０の穴６１との間隙に於ける高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とを遮断してシールする。
【００２６】
ブラシシール２は、鋼線の剛毛４が一本又は複数本を束にし、これを傾斜させて列方向に配列されている。この様にして形成された一方の剛毛列部４Ａは、全体の形状が図４（ａ）に示すような形になる。尚、図４（ａ）は後述するように鋼線から製作したのではなく、薄板から製作したものである。従って、形状のみがほぼ類似するものである。又、他方の剛毛列部４Ｂは、一方の剛毛列部４Ａの傾斜方向とは反対に傾斜しており、全体の形状は図４（ｂ）の様に形成されている。
【００２７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、この一方の剛毛列部４Ａと他方の剛毛列部４Ｂを交互に４層の積層状態に配置されて壁状に形成したものである。そして、内周側が溶接により一体化されて取付部３を形成している。この剛毛列部４Ａ、４Ｂの積層厚さは、被密封流体の圧力、剛毛８の長さ等により設定されるものであり、６層、８層等多種層のものがある。
この剛毛８は、例えば、線径は０．００５〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．１５ｍｍである。又、長さは５〜５０ｍｍの範囲である。更に、剛毛の壁の厚さは０．５〜５ｍｍの範囲を利用した。但し、この数字は１実施例であって、ブラシシール装置１の大きさにより、又は、軸５０とケーシング６０との間隔などにより設定される。
更に、剛毛８の材質は、鋼線、ニッケル基の合金線、セラミック線材等が用いられる。
【００２８】
この様に一方の剛毛列部４Ａと他方の剛毛列部４Ｂとを交互に配列することにより、一方の剛毛列部４Ａの一端に形成される三角状の空間部９をなくして図１に示すブラシシール装置１の一方部品５０の角部５２を確実にシールすることが可能になる。
【００２９】
背板部６は、ブラシシール２の取付部３を保持する固着部６Ａとブラシシール２に被密封流体の圧力が作用して極端に曲げられないように支持する支持面６Ｂとを設けている。この背板部６は、図２（ａ）の背板部１０に示すように、長方形板、又はブラシシール２の平面形状に合わせて台形状板に形成される。この背板部６は、４辺を組み合わせて１組になる。そして、背板部６は、ブラシシール２のシールする役目を助けると共に、被密封流体の圧力に対してブラシシール２を支持する役目をする。
【００３０】
保持板部１０は、図２（ａ）に示すように、長方形板又は台形状板に形成される。そして、背板部６と合わせてブラシシール２の取付部３を狭持する。
そのブラシシール２は、背板部６と保持板部１０とにより取付部３が電子ビームの溶接により一体に結合され、この三部品の溶接部は固定部２０を形成する。そして、保持板部１０は、四角状の環状を成して、背板部６より径方向幅が小さい寸法に形成されている。尚、図３では、保持板部１０が固定部２０を保持する長さであるが、図３に示す背板部６に近い径方向の長さに形成することも可能である。そして、この様に長くした保持板部１０の場合には、ブラシシール２と保持板部１０の側面との間に間隙を設けて剛毛８が規制されずに変形しやすくすると良い。
【００３１】
背板部６と保持板部１０は、ケーシング５０の線膨張係数に合わせて材質を選定することが好ましい。例えば、ニッケル基の合金、鉄、鋼、その他非鉄金属で製作される。更には、被密封流体の種類、温度、又は、その他の適用分野の条件によって種々の材質が選定されている。
【００３２】
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明に係わる第２実施の形態を示すブラシシール２の４辺の内の１辺の剛毛列部４Ａ、４Ｂの平面図を示すものである。
【００３３】
この剛毛列部４Ａ、４Ｂは薄板をエッチング加工、プレス加工、放電加工等により図４（ａ）、（ｂ）に示すような形状に形成する。そして、一方の剛毛列部４Ａと他方の剛毛列部４Ｂを、図２に示すように、交互に層状に積層してブラシシール２の１辺に形成し、これを４辺組み合わせて図１のようなブラシシール２に構成する。
図４の（ａ）、（ｂ）各図に示す剛毛列部４Ａ、４Ｂの組み立てたブラシシール装置１は、図示省略するが、図１に示すブラシシール装置１と剛毛列部４の構成を除いては、ほぼ同一構成のものである。
この図４に示す第２実施の形態は、薄板から形成するので剛毛列部４の製作が容易であると共に、剛毛８が板状に形成されるのでシール能力に優れる。同時に、薄板を積層すればよいからブラシシール２の組立が極めて容易である。
【００３４】
図５は、本発明に係わる第３実施の形態を示すブラシシール装置１の平面図である。又、図６は図５のブラシシール２の１辺のブラシシール２部分の平面図である。更に、図７は、図６の側面図である。
【００３５】
図５に於いて、図１と相違する点は、図４（ａ）の列端部の剛毛空間部９を覆うように反対側に傾斜した他方の剛毛列部４Ｂを一方の剛毛列部４Ａと共に、交互に積層したものである。この剛毛列部４を軸５０とケーシング６０との間の間隔に４辺に配置してブラシシール装置１に形成したものである。
【００３６】
図８は、本発明に係わる第４の実施の形態を示すブラシシール装置１の構成部品である剛毛列部４の平面図である。そして、図８（ａ）は一方の剛毛列部４Ａの平面図である。又、図８（ｂ）は他方の剛毛列部４Ｂの平面図である。
【００３７】
この図８（ａ）は、図４（ａ）と同一形状の一方の剛毛列部４Ａである。図８（ｂ）は、薄板から構成された他方の剛毛列部４Ｂである。そして、この他方の剛毛列部４Ｂは、列端部側が一方の剛毛列部４Ａとは反対側に傾斜した薄板から成る剛毛８と、背板部６に相当する板状に形成され背板７とから構成されている。この背板７は、ブラシシール２として積層されたときに剛毛８の長さより短形に形成されて積層された隣り合わせの一方の剛毛列部４Ａを支持するように構成されている。
又、背板７は、仮想線で示すように図８（ａ）の図示左側の形状に合わせて全体の平面形状を台形背板７Ａに形成しても良い。
【００３８】
以上のように、ブラシシール２は、自由端面５が対向面と当接したときに圧接力を緩和できるように剛毛８を傾斜させている。このために、角部を有する軸などをシールするときには、角部付近が空間部になりシールすることが困難になる。しかし、本発明のように他方の剛毛列部４Ｂを隣り合わせに積層することにより、この空間部９を効果的にシールすることが可能になる。
【００３９】
上述した実施の形態では、ブラシシール装置１を軸に取り付ける場合について説明したが、ブラシシール装置１をケーシング６０に取り付けて、自由端面５を軸５０に接面するようにすることも可能である。これらは、軸５０とケーシング６０との間隔を考慮して設計される。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に係わる本発明のブラシシール装置によれば、一方に傾斜した剛毛を有する一方の剛毛列部の列方向端部側に少なくとも反対方向に傾斜した剛毛を有する他方の剛毛列部が配列されているから、この交差する剛毛列部を積層に組み合わせたブラシシールには空間部が形成されないから、軸とケーシングとの間隔が非円形であっても被密封流体を確実にシールすることが可能になる。
【００４１】
又、このブラシシールは交差した剛毛列部が層状に配列されているので、被密封流体の高圧力を受けても剛毛の結合力が協力し合い耐圧能力を発揮し、且つ、交差した剛毛列部は、網状の結合力を有するから、被密封流体の圧力により剛毛が分けられることに対する耐力が生じ、密封能力を発揮する。
【００４２】
請求項２に係わる本発明のブラシシール装置によれば、背板部の支持面が台形状に形成されて剛毛列部を支持するので、軸の角部の剛毛列部を確実に支持すると共に、被密封流体に対する耐圧能力を発揮する効果を奏する。
【００４３】
請求項３に係わる本発明のブラシシール装置によれば、他方の剛毛列部により一方の剛毛列部の空間部をカバーする構成のために、軸が断面四角形状であっても軸の角部を確実にシールする効果を奏する。
又、軸の四辺を剛毛列部により組み立てればよいから、軸とケーシングを組み立てた後でもブラシシールを組み立てることが容易になる。そして、ブラシシール装置を交換するときでも、軸を分解することなく、ブラシシール装置を組み立てることが可能になるから、ブラシシール装置のこう間が極めて容易になる効果を奏する。
【００４４】
請求項４に係わる本発明のブラシシール装置によれば、ラシシールが傾斜して短冊状に形成された薄板の剛毛列部を傾斜角度を交互に層状に配列できるので、ブラシシール装置の製作、組立及び取付が極めて容易になる効果を奏する。
【００４５】
請求項５に係わる本発明のブラシシール装置によれば、このブラシシールは傾斜して交差した剛毛列部が層状に配列されているので、被密封流体の高圧力を受けても剛毛の結合力が協力し合い耐圧能力を発揮し、且つ、交差した剛毛列部は、網状の結合力を有するから、被密封流体の圧力により剛毛が分けられることに対する耐力が生じ、密封能力を発揮する効果を奏する。
又、剛毛列部の端部にシールするための剛毛空間部を形成しないようにして剛毛列部を層状に配列することが可能になる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１実施の形態を示すブラシシール装置が構成部品間に装着された状態の平面図である。
【図２】（ａ）は図１のブラシシールの一辺の平面図、（ｂ）は図１に示すブラシシールの側面図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】（ａ）は本発明に係わる第２実施の形態を示すブラシシール装置に於ける一方の剛毛列部の平面図、（ｂ）は本発明に係わる第２実施の形態を示すブラシシール装置に於ける他方の剛毛列部の平面図である。
【図５】本発明に係わる第３実施の形態を示すブラシシール装置の平面図である。
【図６】図５のブラシシールの一辺の平面図である。
【図７】図６に示すブラシシールの側面図である。
【図８】（ａ）は本発明に係わる第４実施の形態を示すブラシシール装置の一方の剛毛列部の平面図、（ｂ）は本発明に係わる第４実施の形態を示すブラシシール装置の他方の剛毛列部の平面図である。
【図９】従来のブラシシール装置の平面図である。
【図１０】図９に示すブラシシール装置のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１１】図９に示すブラシシールの一辺の正面図である。
【図１２】図１１に示すブラシシール装置にケーシングが当接した状態の平面図である。
【符号の説明】
１ ブラシシール装置
２ ブラシシール
３ 取付部
４ 剛毛列部
４Ａ 一方の剛毛列部
４Ｂ 他方の剛毛列部
５ 自由端面
６ 背板部
６Ａ 固着部
６Ｂ 支持面
７ 背板
８ 剛毛
９ 剛毛空間部
１０ 保持板部
２０ 固定部
５０ 一方の部品（軸）
５１ 溝部
５２ 角部
６０ 他方の部品（ケーシング）
６１ 穴

Claims (5)

1. 周面に角部分を有する部品と前記部品と間隙を有して相対変位する相対部品間の一方部品に取付けられて他方部品との間をシールするブラシシール装置であって、
   剛毛が取付部から列方向一方に傾斜して壁状に配列された一方の剛毛列部を有すると共に前記一方の剛毛列部の列端部の少なくとも剛毛空間部に前記一方の剛毛列部の剛毛の傾斜角度と反対方向へ傾斜する剛毛が設けられた他方の剛毛列部を層状に有し且つ自由端面が前記他方部品の相対面と対向するブラシシールと、
   前記ブラシシールの取付部と結合する背板部と、
   前記ブラシシールの前記取付部を前記背板部との間で保持する保持板部とを具備することを特徴とするブラシシール装置。
2. 前記背板部が前記ブラシシールの取付部と結合して前記ブラシシールの側面を支持する支持面を有すると共に前記支持面が台形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシシール装置。
3. 前記一方部品が四角形周面の穴を有すると共に、前記他方部品が前記穴に挿設されて断面四角状に形成された外周面を有し、前記一方部品の穴と前記他方部品の外周面との間をシールする前記ブラシシールが配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のブラシシール装置。
4. 前記一方の剛毛列部は薄板を短冊状に形成していると共に、前記他方の剛毛列部が前記一方の剛毛列部に交互に積層されて前記剛毛を支持する薄板の背板を有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載のブラシシール装置。
5. 前記他方の剛毛列部が前記一方の剛毛列部と交互に積層されて傾斜が異なる剛毛を互いに全長に渡り交差されていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載のブラシシール装置。

Images