(57)【要約】本発明は、それぞれ多数の剛毛（３）から成る複数のブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）を有する蒸気タービンにおける多段ブラシ形軸封装置（１）に関する。従来、多段ブラシ形軸封装置は、個々の段にわたる差圧の精確な予測ができないために、保守的に設計されていた。本発明の課題は、個々の段ないしブラシについての差圧の精確な予測が可能であり、従って、狭い場所を最大活用してブラシ形軸封装置の精確な寸法づけも可能となる、ブラシ形軸封装置を提供することにある。本発明は、直列配置された複数のブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）を種々のパラメータに関して異なって形成することを提案する。
2009524762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ多数の剛毛（３）から成る複数のブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）を有する蒸気タービンにおける多段ブラシ形軸封装置（１）であって、
直列配置された複数のブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）が互いに、
−  剛毛（３）の長さ（４）、および／又は、
−  剛毛太さ（５）、および／又は、
−  剛毛剛性（６）、および／又は、
−  剛毛束厚（９ａ、９ｂ、９ｃ）、および／又は、
−  剛毛（３）の布設角（７）、および／又は、
−  ブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）間における圧力緩和域の形成、および／又は、
−  流れ方向においてブラシ形軸封装置（１）の上流でこれに隣接する第１の保護リング  （１０）の高さ、および／又は、
−  流れ方向においてブラシ形軸封装置（１）の下流でこれに隣接する第２の保護リング  （１１）の高さ、および／又は、
−  剛毛（３）とこれに対向するロータ外周面（１３）との間の隙間（１２）、
に関して異なって形成されていることを特徴とする多段ブラシ形軸封装置（１）。
【請求項２】
流れ方向（８）において上流に配置されたブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）が、その下流に配置されたブラシ（２ｂ、２ｃ）よりも長い剛毛長（４）を有していることを特徴とする請求項１に記載のブラシ形軸封装置（１）。
【請求項３】
流れ方向（８）において上流に配置されたブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）が、その下流に配置されたブラシ（２ｂ、２ｃ）よりも細い剛毛（３）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシ形軸封装置（１）。
【請求項４】
流れ方向（８）において上流に配置されたブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）が、その下流に配置されたブラシ（２ｂ、２ｃ）よりも小さな剛毛剛性を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のブラシ形軸封装置（１）。
【請求項５】
流れ方向（８）において上流に配置されたブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）が、その下流に配置されたブラシ（２ｂ、２ｃ）より緩やかな剛毛布設角（７）を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のブラシ形軸封装置（１）。
【請求項６】
流れ方向（８）において上流に配置されたブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）における流れ方向（８）においてそのブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）の剛毛（３）の上流に設けられた保護リング（１０）の高さが、そのブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）の下流に配置されたブラシ（２ｂ、２ｃ）における保護リング（１０）の高さよりも低くされていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のブラシ形軸封装置（１）。
【請求項７】
流れ方向（８）において上流に配置されたブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）における流れ方向（８）においてそのブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）の剛毛（３）の下流に設けられた保護リング（１１）の高さが、そのブラシ（２ａ）の下流に配置されたブラシ（２ｂ、２ｃ）における保護リング（１１）の高さよりも低くされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のブラシ形軸封装置（１）。
【請求項８】
流れ方向（８）において上流に配置されたブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）が、その下流に配置されたブラシ（２ｂ、２ｃ）より、剛毛先端（１４）とそれに対向するロータ外周面（１３）との間隔が小さくされていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のブラシ形軸封装置（１）。
【請求項９】
ブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）間の軸方向間隔が、流れ方向（８）において徐々に増大していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のブラシ形軸封装置（１）。
【請求項１０】
ブラシ（２ａ、２ｂ、２ｃ）間に、円周方向（１５）に延びるシール舌片（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のブラシ形軸封装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ多数の剛毛から成る複数のブラシを有する蒸気タービンにおける多段ブラシ形軸封装置に関する。
【０００２】
ロータと静止部品との間の隙間を通して流体が漏出することを防止するために、ラビリンスパッキンのほかに、ブラシ形軸封装置もしばしば利用される。そのブラシ形軸封装置は、回転部品と静止部品との間における半径方向隙間の過小（下回り）に対して特に裕度を有する。ブラシの剛毛は、半径方向隙間の過小時および回転軸へのシールの擦りつけ時にしなり（曲がり）、静止剛毛と回転部品との接触が長時間継続するとき、剛毛のたわみが生じ、剛毛が損傷せずに摩耗する。そのほか、ブラシは差圧を吸収し、このようにして、シールの機能低下を効果的に減少するために良好に適用される。より大きさ差圧を克服するために、ブラシ形軸封装置は（ラビリンスパッキンと同様に）多段式に形成され、これにより、複数のブラシがそのブラシ間に自由空間を有する状態で、或る差圧を大気圧に開放させるまで吸収する。本発明における流れ方向は、高圧レベルから低圧レベルの方向であり、従って、ブラシ形軸封装置の部分では唯一の流体移動可能性しか存在しない。
【０００３】
ブラシ形軸封装置は欧州特許出願公告第１２７１０２１号明細書で既に知られている。かかる通常の配置構造は、個々のブラシについての予測困難な差圧のために、最も保守的な設計が行われ、結果的に、理論的要件を満足するために例えば必要以上の段ないしブラシ数が必要であると見なされる、という大きな欠点を有している。
【０００４】
本発明の課題は、個々の段ないしブラシの前後の差圧の精確な予測が可能であり、従って、狭い場所を最大活用してブラシ形軸封装置の精確な寸法づけも可能となる、ブラシ形軸封装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の課題を解決するために、流れ方向に直列配置された複数のブラシが互いに、剛毛長、剛毛太さ、剛毛剛性、剛毛布設角、流れ方向においてブラシ形軸封装置の上流ないし下流でこれに隣接する第１の保護リングの高さ、あるいは、剛毛とこれに対向するロータ外周面との間の隙間に関して、異なって形成されていることを提案する。例えば剛毛長に関する個々のブラシの所定の相違は、直列配置された個々のブラシを介しての圧力低減状況の予測を可能とする。また、運転期間にわたる使用状況ないし摩耗およびそれにより生ずる漏れの予測が非常に精確に可能となる。このようにしてブラシの寿命も最適化できる。
【０００６】
本発明の有利な他の実施態様において、流れ方向において上流に配置されたブラシが、その下流に配置されたブラシより大きな構造高さ、即ち、大きな剛毛長を有し、従って、その下流に配置されたブラシより大きな剛毛剛性を有している。このようにして、流れ方向において最初の段ないしブラシにより最大の圧力低減が生じる。この場合重要なことは、個々のブラシを介して所定の圧力低減が生じ、このようにして、運転挙動がより精確に予測できることにある。その場合の特に理想的な圧力低減経過は、多段ブラシ形軸封装置の個々のブラシに同じ差圧が生ずることによって生ずる。
【０００７】
流れ方向において上流に位置するブラシがより強く負荷される場合には、ブラシ形軸封装置の前段が後段より大きな剛毛束厚を有するようにすることができる。即ち、剛毛束厚が流れ方向に徐々に変化する。
【０００８】
特に種々のブラシの漏れ流の流れ方向における剛毛長の段階づけに関して、流れ方向において上流に配置されたブラシが、その下流に配置されたブラシよりも細い剛毛を有していることが目的に適っている。そのようにして例えば、より長い剛毛であっても、ブラシにおける類似した剛性が得られ、このようにして、所望の差圧が生ずる。同じ意味において、流れ方向において上流に配置されたブラシが、その下流に配置されたブラシより小さな剛毛剛性を有していることが有利なことがある。上流位置のブラシのより高い柔軟性は、例えば運転中に良好な「ブローダウン効果」作用を生じさせる。
【０００９】
特に「ブローダウン効果」を制御して変化させるために、種々のブラシについて布設角の緩やか度を流れ方向において徐々に低減させる。個々のブラシ間におけるそのパラメータの制御された変化により、差圧が増大した際にブラシの挙動の予測が可能となる。
【００１０】
流れ方向においてブラシの上流に設けられ剛毛の流入側を保護する保護リングないしブラシの下流に設けられ流出側を支持する支持リングの高さを的確に変化させ、それによって、ブラシ形軸封装置の幾つかのブラシが流れ条件の変化に対してより柔軟に反応し、他のブラシが剛毛間の強化された摩擦によってより硬く保たれる場合には、ブラシの個々の剛毛間の摩擦の影響をより良好に制御することができる。「ブローダウン効果」を良好に制御するために、個々のブラシにおいて、ロータに対して保護リングが支持リングより小さな隙間を形成する。
【００１１】
圧力緩和域として知られているブラシの支持リングにおける室の形成は、ブラシの差圧および相応した漏れに対して一層の影響を与える。これは、特に差圧が大きい場合、「ブローダウン効果」の良好な働きを可能とする。従って、この実施例において、多段ブラシ形軸封装置の流出側段における圧力緩和域の形成が決定的役割を有し、他方で、流入側ブラシは、僅かな圧力緩和作用で、あるいは圧力緩和作用なしに形成することができる。
【００１２】
また、流れ方向において上流に配置されたブラシが、その下流に配置されたブラシよりも、剛毛先端とこれに対向するロータ外周面との間隔が小さいこと、ないしは、幾つかのブラシが他のブラシないし剛毛の場合よりも対向するロータ外周面に剛毛を強く接触させる剛毛長を有することが有利になりうる。
【００１３】
個々の段ないしブラシにわたる差圧をより精確に予測する他の方式は、ブラシ間の軸方向間隔が、流れ方向において最初ブラシから最終ブラシに徐々に増大していることにある。このようにして、ブラシ間にも円周方向に延びるシール舌片が設けられ、これによって、ラビリンスパッキンとブラシ形軸封装置との組合せが生じ、ラジアル隙間の過小に対する裕度があるというブラシ形軸封装置の利点が保たれる。
【００１４】
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なおこの実施例のほかに、当該技術者において他の多くの変形例も考えられる。
【００１５】
図１は、ロータ１８とステータ１７との間の隙間１２を密封する多段ブラシ形軸封装置を示している。３個のブラシ２ａ、２ｂ、２ｃが流れ方向８に直列配置されている。３個のブラシ２ａ、２ｂ、２ｃにそれぞれ異なった差圧Δｐａ、Δｐｂ、Δｐｃが生じ、それらのブラシ２ａ、２ｂ、２ｃにおける差圧Δｐは流れ方向８に徐々に増大している。この効果は、ブラシ２ａ、２ｂ、２ｃが、その剛毛長４、剛毛太さ５、剛毛剛性６および布設角７に関して、剛毛先端１４とロータ外周面１３との間の隙間１２に関して、および円周方向１５に生ずる布設角７に関して、異なっていることによって得られる。第１ブラシ２ａは最小の剛毛剛性６と最小の剛毛太さ５とを組み合わせた最長の剛毛長３を有している。
【００１６】
ブラシ２ａ、２ｂ、２ｃは互いに異なった剛毛束厚９ａ、９ｂ、９ｃを有している。これらの剛毛束厚９ａ、９ｂ、９ｃは流れ方向８において最初ブラシ２ａから最終ブラシ２ｃに徐々に減少している。
【００１７】
そのほかに、ブラシはその取付け部位にそれぞれ圧力緩和域（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）を有している。これらの圧力緩和域（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）はその大きさが、最初ブラシ２ａから最終ブラシ２ｃまで、流れ方向８における最初ブラシ２ａが最大圧力緩和域を有し、最後ブラシ２ｃが最小圧力緩和域を有する、ように変化されている。
【００１８】
ここでは、第１保護リング１０並びに第２保護リング１１はその高さが、次のブラシ２ｂあるいは最終ブラシ２ｃにおけるより低く形成されている。剛毛先端１４とこれに対向するロータ外周面１３との間の隙間１２は、続くブラシ２ｂ、２ｃの場合に比べて、最大の半径方向寸法を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ロータとステータと本発明に基づくブラシ形軸封装置の断面図。
【図２】ブラシ形軸封装置の（流れ方向から見た）軸方向正面図。
【符号の説明】
【００２０】
１    ブラシ形軸封装置
２    ブラシ
３    剛毛
４    剛毛長
５    剛毛太さ
６    剛毛剛性
７    布設角
８    流れ方向
９    剛毛束厚
１０    第1の保護リング
１１    第2の保護リング
１２    隙間
１３    ロータ外周面
【図１】
2009524762.tif 000003
【図２】
2009524762.tif 000004
【国際調査報告】
2009524762.tif 000005
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