刷式密封件的製作方法
2023-07-07 15:33:01 3
刷式密封件的製作方法
【專利摘要】確保剛毛向上遊側的自由度的同時防止亂動，並且提高剛毛在高壓側與低壓側的壓差方向的剛性，減少剛毛的磨損。一種刷式密封件，其具備：剛毛部，其安裝在具有間隙地相對轉動的靜止部與旋轉部之間的所述靜止部上，由多個剛毛形成；以及背板部，其安裝成與該剛毛部的低壓側相鄰，對該剛毛部的運動進行限制，所述刷式密封件對在所述靜止部與所述旋轉部之間流動的所述流體進行密封，所述刷式密封件的特徵在於，在由所述多個剛毛形成的剛毛部中，沿著流體的流動方向排列的多個剛毛在基端部與自由端部之間相互緊固而形成為面狀剛毛，該面狀剛毛沿著周向呈層疊狀連續地排列而形成剛毛部。
【專利說明】刷式密封件
【技術領域】
[0001] 本發明涉及對例如飛機、燃氣渦輪和蒸汽渦輪等的旋轉軸與相對移動的配對部件 之間進行密封的刷式密封件。
【背景技術】
[0002] 繞燃氣渦輪的旋轉軸的軸設置有例如防止氣體從高壓側洩漏到低壓側的密封機 構。
[0003] 以往，作為該密封機構，通常採用作為非接觸密封的迷宮式密封，但由於迷宮式密 封是非接觸的，因此密封性能的提高是有限的。因此，為了提高密封性能而採用了刷式密封 件。
[0004] 在刷式密封件中，多個剛毛形成為環狀（刷式密封剛毛），通過該刷式密封剛毛的 末端部與旋轉側接觸，從而進行密封。
[0005] 旋轉側、例如燃氣渦輪的轉子隨著運轉由於離心力和熱而發生變形，另一方面，靜 止側的外殼也由於熱而發生膨脹，因此刷式密封件與轉子之間的距離發生變動。
[0006] 該變動由於剛毛的撓曲而被吸收，但若向低壓側發生撓曲則存在密封性能降低的 可能，因此在刷式密封剛毛的低壓側具備背板，防止向低壓側發生撓曲。此外，為了允許剛 毛髮生撓曲，在剛毛的高壓側設置了空間（例如參照專利文獻1的第10頁和圖8至圖10)。
[0007] 但是，在用於蒸汽渦輪等的高壓部分的情況下，存在特別是在高壓側使剛毛亂動 而發生剛毛折損的情況。
[0008] 這樣，若剛毛髮生折損，則該部分成為與轉子不接觸的狀態，刷式密封件的密封性 能變差。
[0009] 若刷式密封件的密封性能變差，則例如存在渦輪的輸出降低這樣的問題。
[0010] 作為消除高壓側的剛毛亂動的刷式密封件，提出了一種刷式密封件，在刷式密封 剛毛的高壓側也具備制動板，限制刷式密封剛毛髮生撓曲，並且在制動板上設置貫通孔來 抑制紊流的產生，特別是要防止高壓側的剛毛亂動（例如參照專利文獻2)。
[0011] 但是，在專利文獻2所示的刷式密封件中，利用低壓側的背板和高壓側的制動板 到轉子的附近為止強力地限制刷式密封剛毛的活動，因此刷式密封剛毛的能夠自由撓曲的 長度變短。
[0012] 因此，刷式密封剛毛的剛性變大，與轉子的接觸壓力變大，因此存在剛毛和轉子在 穩定狀態下的磨損變大這樣的問題。
[0013] 作為解決專利文獻2所示的刷式密封件的問題的刷式密封件，提出了一種刷式密 封件，其代替剛毛部的高壓側的制動板而具備抑制剛毛，所述抑制剛毛具有不妨礙剛毛部 的接觸變形的程度的彈性（例如參照專利文獻3)。
[0014] 在該專利文獻3所示的刷式密封件中，剛毛部發生撓曲，從而吸收靜止部與旋轉 部之間的間隔的變動，利用低壓側的背板來限制剛毛部的運動，因此會向抑制剛毛的方向 發生撓曲，但抑制剛毛具有不妨礙剛毛部的接觸變形的程度的彈性，因此抑制剛毛髮生彈 性變形而吸收該剛毛部的撓曲，不會使接觸摩擦力對應於靜止部與旋轉部之間的間隔的變 動而增加，能夠防止穩態的磨損的增加。
[0015] 但是，在專利文獻3所示的刷式密封件中，需要在剛毛部的高壓側配設將刷絲（剛 毛）束起而形成的抑制剛毛，存在製造成本增加的問題。
[0016] 現有技術文獻 [0017] 專利文獻
[0018] 專利文獻1 :日本特開2003-14128號公報（第10頁、圖8)
[0019] 專利文獻2 :日本特開2001-73708號公報
[0020] 專利文獻3 :日本特開2008-121512號公報
【發明內容】
[0021] 發明要解決的課題
[0022] 本發明是為了解決上述現有技術的問題而完成的，其目的在於提供一種刷式密封 件，其以簡單的結構確保剛毛向上遊側的自由度的同時防止亂動，並且提高剛毛在高壓側 與低壓側的壓差方向的剛性，減少剛毛的磨損。
[0023] 用於解決課題的手段
[0024] 為了達成上述目的，本發明的刷式密封件的第一特徵在於，具備：
[0025] 剛毛部，其安裝在具有間隙地相對轉動的靜止部與旋轉部之間的所述靜止部上， 由多個剛毛形成；以及
[0026] 背板部，其安裝成與所述剛毛部的低壓側相鄰，對該剛毛部的運動進行限制，所述 刷式密封件對在所述靜止部與所述旋轉部之間流動的所述流體進行密封，
[0027] 在由所述多個剛毛形成的剛毛部中，沿著高壓側與低壓側的壓差方向排列的多個 剛毛在基端部與自由端部之間被相互緊固而形成為面狀剛毛，該面狀剛毛沿著周向呈層疊 狀連續地排列而形成剛毛部。
[0028] 根據該特徵，與以往公知的刷式密封剛毛相比，高壓側與低壓側的壓差方向（轉 子的軸向）的剛性高，對於蒸汽渦輪等高壓設備也能夠應用。
[0029] 此外，能夠確保剛毛的末端在與壓差方向垂直的方向（周向）的自由度，因此，與 壓差方向垂直的方向的剛性低，即使在旋轉部的低速時的旋轉中，自由端部也能夠利用其 動壓而從旋轉部的外周面上浮起，磨損變小，能夠提高耐磨損性。
[0030] 並且，即使對於旋轉部的圓錐形振動（軸傾斜地運動的振動），剛毛的末端也能夠 獨立地運動，因此磨損變小,能夠提高耐磨損性。
[0031] 此外，本發明的刷式密封件的第二特徵在於，在第一特徵的基礎上，
[0032] 通過焊接進行所述緊固。
[0033] 根據該特徵，能夠可靠地緊固多個剛毛，並且能夠使剛毛部的剛性適當。
[0034] 此外，本發明的刷式密封件的第三特徵在於，在第一或第二特徵的基礎上，
[0035] 在剛毛的基端部與自由端部之間的至少一處進行所述緊固。
[0036] 根據該特徵，能夠根據剛毛部所要求的剛性來設定其部位和數量，因此能夠使剛 毛部的剛性最適當。
[0037] 此外，本發明的刷式密封件的第四特徵在於，在第一至第三特徵中的任一特徵的 基礎上，所述剛毛的截面形狀是圓形。
[0038] 此外，本發明的刷式密封件的第五特徵在於，在第一至第三特徵中的任一特徵的 基礎上，所述剛毛的截面形狀是方形。
[0039] 根據這些特徵，能夠比較低價地製造刷式密封件。
[0040] 此外，本發明的刷式密封件的第六特徵在於，在第一至第五特徵中的任一特徵的 基礎上，
[0041] 所述面狀剛毛在長度方向的中間位置折返，所述面狀剛毛形成為折返部成為基端 部、末端部成為自由端部。
[0042] 根據該特徵，能夠高效率地製造面狀剛毛，並且還能夠容易地進行面狀剛毛的基 端部處的固定。
[0043] 發明效果
[0044] 與以往公知的刷式密封剛毛相比，本申請發明在高壓側與低壓側的壓差方向（轉 子的軸向）的剛性高，對於蒸汽渦輪等高壓設備也能夠應用。
[0045] 此外，能夠確保剛毛的末端在與壓差方向垂直的方向（周向）的自由度，因此，與 壓差方向垂直的方向的剛性低，即使在旋轉部的低速時的旋轉中，自由端部也能夠利用其 動壓而從旋轉部的外周面上浮起，磨損變小，能夠提高耐磨損性。
[0046] 並且，即使對於旋轉部的圓錐形振動，剛毛的末端也能夠獨立地運動，因此磨損變 小，能夠提高耐磨損性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047] 圖1是示出本發明的實施方式1涉及的刷式密封件的上半部分的縱剖視圖。
[0048] 圖2是從高壓側觀察圖1中的刷式密封件的主視圖。
[0049] 圖3是說明本發明的實施方式1涉及的剛毛部的形成過程的立體圖。
[0050] 圖4是說明本發明的實施方式2涉及的剛毛部的形成過程的立體圖。
[0051] 圖5是說明本發明的實施方式1或實施方式2涉及的剛毛部的製造方法的另一示 例的圖。
[0052] 圖6是從高壓側觀察在圖1的狀態下旋轉部偏心的情況下的刷式密封件的狀態的 主視圖。
【具體實施方式】
[0053] 參照附圖，對用於實施本發明涉及的刷式密封件的方式進行詳細說明，但本發明 並不受其限定解釋，只要不脫離本發明的範圍，根據本領域技術人員的知識，可加以各種變 更、修正和改進。
[0054] [實施方式1]
[0055] 圖1是示出本發明的實施方式1涉及的刷式密封件的上半部分的縱剖視圖。
[0056] 在圖1中，刷式密封裝置1形成為環狀，外周側的固定部20經扣環12而安裝於階 梯部51，所述階梯部51設置在作為結構部件的一個部件的殼體50的內周面。
[0057] 此外，刷式密封裝置1的內周側配置成與作為另一部件的轉子60的外周面對置地 面接觸或接近的狀態。並且，利用刷式密封裝置1將高壓側的被密封流體向低壓側的洩漏 封住。
[0058] 另外，上述殼體50構成本發明的靜止部，並且，上述轉子60構成本發明的旋轉部。
[0059] 在該刷式密封1裝置的主要的結構部件即剛毛部2的低壓側，與剛毛部2形成接 觸狀態地配置有呈環狀的背板部3,背板部3針對被密封流體的壓力的作用而支承剛毛部 2 〇
[0060] 此外，在剛毛部2的高壓側的面一體地配置有保持部4,該保持部4形成為環板並 在與背板部3之間對剛毛部2的外周側的基端部6進行夾持。該保持部4的徑向的寬度窄 而使剛毛部2露出，以便使被密封流體能夠作用於剛毛部2的側面。
[0061] 並且，背板部3、剛毛部2的基端部6及保持部4在外周被焊接在一起而構成固定 部20,並固定於階梯部51，所述階梯部51設置在殼體50的內周面。
[0062] 剛毛部2由幾萬至幾十萬根剛毛5從外周側朝向內周側排列而形成，以在高壓側 與低壓側的壓差方向形成規定的寬度的方式排列多根，並且形成規定的寬度的多根剛毛5 在周向也連續地排列而形成環狀。
[0063] 並且，剛毛5的內周側的自由端部7配置成與作為另一部件的轉子60的外周面對 置地面接觸或接近的狀態。
[0064] 剛毛5的絲徑通常米用0. 02mm至0. 5mm的絲徑。剛毛5的材質米用銅、不鏽鋼、 鎳基合金、鈷耐熱合金等。
[0065] 圖2是從高壓側觀察圖1中的刷式密封件的主視圖。
[0066] 圖2的刷式密封件1示出了刷式密封件1和轉子60不擺動的正常的狀態，剛毛5 成直線狀並向轉子60旋轉的方向傾斜地排列。在該刷式密封件1的正常狀態下，剛毛5的 自由端部7與轉子60的外周面面接觸或接近。
[0067] 圖3是說明本發明的實施方式1涉及的剛毛部的形成過程的立體圖。在圖3中， 為了方便說明，關於沿著高壓側與低壓側的壓差方向排列的剛毛，僅示出了四根，但實際上 以形成規定的寬度的方式排列有幾百根剛毛。
[0068] 在圖3中，如圖3(a)、（b)所示，準備截面形狀為圓形且具有規定的長度的多根剛 毛5,多根剛毛5以在高壓側與低壓側的壓差方向形成規定的寬度、並且相鄰的剛毛5相接 觸的方式排列成一列。
[0069] 對於排列成一列的多根剛毛5,如圖3 (b)所示，通過焊接或熔敷等方法在基端部6 與自由端部7之間將相鄰的剛毛5緊固在一起。在圖3(b)中，在基端部6與自由端部7之 間在徑向的三處設定有緊固部8,但不限於此，至少一處或一處以上即可，根據剛毛部2所 要求的剛性來設定緊固部8的部位和數量。在緊固部8中，與自由端部7接近的緊固部8 的位置在確定剛毛5的自由端的剛性方面很重要。
[0070] 如上所述，如圖3(b)所示，在徑向的中間位置處相互緊固的多根剛毛5形成為面 狀，形成面狀剛毛10。
[0071] 如圖3(c)所示，該面狀剛毛10沿著周向呈層疊狀連續地排列，形成環狀的剛毛部 2 〇
[0072] 另外，也可以在壓差方向錯開剛毛5的半徑的量地交替沿著周向呈層疊狀地連續 地排列在周向相鄰的面狀剛毛10,在該情況下，由於面狀剛毛10之間的間隙變小，因此能 夠增大針對被密封流體的洩漏的流體阻力。
[0073] 與以往公知的刷式密封剛毛相比，如上述那樣形成的面狀剛毛10在高壓側與低 壓側的壓差方向（轉子的軸向）的剛性高，對於蒸汽渦輪等高壓設備也能夠應用。
[0074] 此外，由於面狀剛毛10能夠確保各剛毛5的末端、即從與自由端部7接近的緊固 部8至自由端部7之間的各剛毛5的末端在與壓差方向垂直的方向（周向）的自由度，因 此，在與壓差方向垂直的方向的剛性低，即使在轉子60的低速時的旋轉中，自由端部7也能 夠利用其動壓而從轉子60的外周面上浮起，具有磨損變小、能夠提高耐磨損性的優點。
[0075] 並且，即使對於轉子60的圓錐形振動，各剛毛5的末端也能夠獨立地運動，因此磨 損變小，能夠提高耐磨損性。
[0076] [實施方式2]
[0077] 圖4是說明本發明的實施方式2涉及的剛毛部的形成過程的立體圖。
[0078] 圖4所示的實施方式2與圖3所示的實施方式1在各剛毛的截面形狀為方形這點 上不同，但其它結構與實施方式1相同，因此省略重複的說明。
[0079] 在圖4中，由於各剛毛15的截面形狀為方形，因此由方形的剛毛15構成的面狀剛 毛16的厚度是恆定的，與以往公知的刷式密封剛毛相比，高壓側與低壓側的壓差方向（轉 子的軸向）的剛性高，當然也能夠應用於蒸汽渦輪等高壓設備。
[0080] 此外，由於面狀剛毛10能夠確保各剛毛5的末端、即從與自由端部7接近的緊固 部8至自由端部7之間的各剛毛5的末端在與壓差方向垂直的方向（周向）的自由度，因 此，與壓差方向垂直的方向的剛性低，即使在轉子60的低速時的旋轉中，自由端部7也能夠 利用其動壓而從轉子60的外周面上浮起，具有磨損變小、能夠提高耐磨損性的優點。
[0081] 並且，即使對於轉子60的圓錐形振動，各剛毛15也能夠獨立地運動，因此磨損變 小，能夠提1?耐磨損性。
[0082] 圖5是說明本發明的實施方式1或實施方式2涉及的剛毛部的製造方法的另一示 例的圖。
[0083] 除了圖3和圖4所示的將面狀剛毛10、16各製造一片、並且沿著周向呈層疊狀地 排列該面狀剛毛10、16而形成剛毛部2以外，還有圖5所示的方法。
[0084] 在圖5(a)中，以形成規定的寬度的方式使具有圖3和圖4所示的剛毛的大致兩倍 的長度的剛毛17排列成一列。在排列剛毛17時，也可以利用粘接劑等將各剛毛17與相鄰 的剛毛進行臨時固定。然後，通過焊接或熔敷等方法在長度方向的中間部18與兩側的自由 端部7、7之間將相鄰的剛毛17緊固而形成面狀剛毛19。
[0085] 接下來，如圖5(b)所示，以中間部18為支點而將面狀剛毛19彎折成兩折。當這 樣將面狀剛毛19彎折時，形成兩片面狀剛毛。
[0086] 如圖5 (c)所示，被彎折後的面狀剛毛19被沿著周向呈層疊狀連續地排列，形成環 狀的剛毛部2。
[0087] 根據該製造方法，能夠比較高效率地形成剛毛部2。
[0088] 圖6是從高壓側觀察在圖1的狀態下旋轉部偏心的情況下的刷式密封件1的狀態 的主視圖。
[0089] 當轉子60旋轉、並且由于振動及擺動等而使轉子60與剛毛5、15的自由端部7接 觸時，刷式密封件1的剛毛5、15在成為與轉子60壓力接觸的狀態的同時使傾斜角度增加。 此時，由於剛毛5、15能夠確保各剛毛5的末端、即各剛毛5、15的末端在與壓差方向垂直的 方向的自由度，因此，與壓差方向垂直的方向的剛性低，即使在轉子60的低速時的旋轉中， 自由端部7也能夠利用其動壓而從轉子60的外周面上浮起，具有磨損變小、能夠提高耐磨 損性的優點。並且，即使對於轉子60的圓錐形振動，各剛毛5、15也能夠獨立地運動，因此 磨損變小，能夠提高耐磨損性。
[0090] 以上通過附圖對本發明的實施方式進行了說明，但具體的結構不限於這些實施方 式，即使存在不脫離本發明主旨的範圍的變更及補充也包括在本發明中。
[0091] 例如，在所述實施方式中，關於剛毛，對圓形或方形的截面形狀的剛毛進行了說 明，但不限於此，也可以是多邊形或橢圓形等截面形狀的剛毛。
[0092] 此外，例如在所述實施方式中，關於面狀剛毛的製造方法，對以中間部為支點而將 具有兩倍的長度的一片面狀剛毛彎折成二折而製造兩片面狀剛毛的示例進行了說明，但不 限於此，當然也可以將具有兩倍以上的長度的一片面狀剛毛切斷成規定的長度來進行制 造。
[0093] 此外，例如在所述實施方式中，關於在排列成一列的多個剛毛基端部與自由端部 之間將相鄰的剛毛進行緊固的徑向的位置，對三處的情況進行了說明，但不限於此，至少為 一處或一處以上即可。此外，也可以按沿著周向排列的面狀剛毛來改變緊固位置，使緊固位 置不集中在徑向的一處。
[0094] 標號說明
[〇〇95] 1刷式密封裝置；2剛毛部；3背板部；4保持部；5剛毛；6基端部；7自由端部；8緊 固部；10面狀剛毛；12扣環；15剛毛；16面狀剛毛；17剛毛；18中間部；19面狀剛毛；20固 定部；50殼體（靜止部）；51階梯部；60 :轉子（旋轉部）。
【權利要求】
1. 一種刷式密封件，其具備： 剛毛部，其安裝在具有間隙地相對轉動的靜止部與旋轉部之間的所述靜止部上，由多 個剛毛形成；以及 背板部，其安裝成與所述剛毛部的低壓側相鄰，對該剛毛部的運動進行限制， 所述刷式密封件對在所述靜止部與所述旋轉部之間流動的所述流體進行密封， 所述刷式密封件的特徵在於， 在由所述多個剛毛形成的剛毛部中，沿著高壓側與低壓側的壓差方向排列的多個剛毛 在基端部與自由端部之間被相互緊固而形成為面狀剛毛，該面狀剛毛沿著周向呈層疊狀連 續地排列而形成剛毛部。
2. 根據權利要求1所述的刷式密封件，其特徵在於， 通過焊接進行所述緊固。
3. 根據權利要求1或2所述的刷式密封件，其特徵在於， 在剛毛的基端部與自由端部之間的至少一處進行所述緊固。
4. 根據權利要求1?3中的任一項所述的刷式密封件，其特徵在於， 所述剛毛的截面形狀是圓形。
5. 根據權利要求1?3中的任一項所述的刷式密封件，其特徵在於， 所述剛毛的截面形狀是方形。
6. 根據權利要求1?5中的任一項所述的刷式密封件，其特徵在於， 所述面狀剛毛在長度方向的中間位置折返，所述面狀剛毛形成為折返部成為基端部、 末端部成為自由端部。
【文檔編號】F16J15/22GK104114918SQ201380009184
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年2月28日 優先權日:2012年4月8日
【發明者】井上秀行 申請人:伊格爾工業股份有限公司