(57)【要約】【課題】本発明は、回転機械用のブラシシール組立体に関する。【解決手段】例示的な実施形態において、該ブラシシール組立体（１２）は、細長いブラシ芯保持具（２８）と、該ブラシ芯保持具内に並んで互いに束ねられて単一の組立体を形成する少なくとも３つの細長いブラシ芯パック（３０）とを含む。各ブラシ芯パックは、ブリストル保持具（４２）と該ブリストル保持具に結合された複数のブリストル（３６）とを含む。複数のブリストル（３６）は、紡織糸フィラメント、プラスチックフィラメント、セラミックフィラメント、炭素繊維フィラメント、及び織布のうちの少なくとも１つを含む。【選択図】　　　図２
2004044803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長いブラシ芯保持具（２８）と、
該ブラシ芯保持具内に並んで互いに束ねられて単一の組立体を形成する少なくとも３つの細長いブラシ芯パック（３０）と、
を含み、該ブラシ芯パックの各々が、
ブリストル保持具（４２）と、
該ブリストル保持具に結合された複数のブリストル（３６）と、
を含む、
ことを特徴とするブラシシール組立体（１２）。
【請求項２】
前記複数のブリストル（３６）が、紡織糸フィラメント、プラスチックフィラメント、セラミックフィラメント、炭素繊維フィラメント、及び織布のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載のブラシシール組立体（１２）。
【請求項３】
幅が約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）から約１．０インチ（２５．４ｍｍ）までであることを特徴とする、請求項１に記載のブラシシール組立体（１２）。
【請求項４】
幅が約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）から約０．８インチ（２０．３２ｍｍ）までであることを特徴とする、請求項１に記載のブラシシール組立体（１２）。
【請求項５】
幅が約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）から約０．１インチ（２．５４ｍｍ）までであることを特徴とする、請求項１に記載のブラシシール組立体（１２）。
【請求項６】
前記複数のブラシ芯パック（３０）が、前記ブラシ芯保持具（４２）内に千鳥配列で並んで束ねら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組立体（１２）。
【請求項７】
細長いブラシ芯保持具（２８）と、
該ブラシ芯保持具内に千鳥配列で並んで互いに束ねられた少なくとも３つの細長いブラシ芯パック（３０）と、
を含み、該ブラシ芯パックの各々が、
ブリストル保持具（４２）と、
該ブリストル保持具に結合された複数のブリストル（３６）と、
を含む、
ことを特徴とするブラシシール組立体（１２）。
【請求項８】
前記ブラシ芯保持具（２８）の第１の側部（３２）に配置されたブラシ芯パック（５２）及び該芯保持具の第２の側部（３４）に配置されたブラシ芯パック（５２）が、該ブラシ芯保持具の前記第１及び第２の側部に配置された該ブラシ芯パック（５２）の間に配置された前記ブラシ芯パック（３０）の各々の前記複数のブリストル（３６）よりも剛性がある複数のブリストル（５４）を含むことを特徴とする、請求項７に記載のブラシシール組立体（１２）。
【請求項９】
前記ブラシ芯保持具（２８）の第１の側部（３２）に配置されたブラシ芯パック（５２）及び該芯保持具の第２の側部（３４）に配置されたブラシ芯パック（５２）が、該ブラシ芯保持具の前記第１及び第２の側部に配置された該ブラシ芯パック（５２）の間に配置された前記ブラシ芯パック（３０）の各々の前記複数のブリストル（３６）よりも大きい直径を有する複数のブリストル（５４）を含むことを特徴とする、請求項７に記載のブラシシール組立体（１２）。
【請求項１０】
前記ブラシ芯パック（６２、６４）の各々が、直近のブラシ芯パックの前記複数のブリストルの材料とは異なる材料で形成された複数のブリストル（６６、６８）を含むことを特徴とする、請求項７に記載のブラシシール組立体（１２）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にシールに関し、より具体的には、回転機械用のブラシシール組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転機械は、それに限定するものではないが、蒸気タービンにおけるタービン並びにガスタービンにおける圧縮機及びタービンと発電機とを含む。蒸気タービンは、一般的に、直列の流れ関係になった、蒸気入口、タービン及び蒸気出口を含む蒸気流路を有する。ガスタービンは、一般的に、直列の流れ関係になった、空気取入れ口（又は入口）、圧縮機、燃焼器、タービン及びガス出口（又は排出ノズル）を含むガス流路を有する。ガス又は蒸気流路から外へ、或いはガス又は蒸気流路内へのどちらかに向かって、より高い圧力の区域からより低い圧力の区域へ向かうガス又は蒸気漏洩は、一般的に望ましくない。例えば、ガスタービンのタービン又は圧縮機区域における、タービン又は圧縮機のロータとそれを周方向に囲むタービン又は圧縮機ケーシングとの間でのガス流路の漏洩は、ガスタービンの効率を低下させて燃料費の増大を招くことになる。同様に、蒸気タービンのタービン区域における、タービンのロータとそれを周方向に囲むケーシングとの間での蒸気流路の漏洩は、蒸気タービンの効率を低下させて燃料費の増大を招くことになる。
【０００３】
環状のブラシシールが、ガスタービン及び蒸気タービンにおいてロータとそれを囲むケーシングとの間に使用されてきた。ガス又は蒸気タービンのブラシシールは、周方向に配列されたブラシシールセグメントで構成される。各ブラシシールセグメントは、円形リングの環状セグメントの形状を有する金属ブリストル保持具に取付けられた（例えば、溶接された）複数の可撓性の金属ワイヤブリストルを含む。ブリストル保持具は、環状のケーシングセグメントにある表面溝の半径及び周方向長さに対応する一定の半径及び一定の周方向長さを有し、ブリストル保持具は、取付けられたブリストルと共にその表面溝内に挿入される。ブリストル保持具は、ブリストルとシールの低圧側との間に配置された裏当てプレートを含むことができ、ブリストルの自由端が該裏当てプレートの半径方向内端部を越えて半径方向内向きに延びる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
金属ブラシシールは高価であり、しかもそれらにオイルシール装置を使用するのを妨げる過度の熱を発生する可能性がある。織糸で作られたミクロフィラメントを用いる非金属ブラシシールを一部の用途では用いることができる。しかしながら、ブラシシールの非常に小さいフィラメント直径及び非常に小さい幅（約０．０５インチ（１．２７ｍｍ））のために、これらのシールは、低圧用途にしか使用できない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
１つの形態において、細長いブラシ芯保持具と該ブラシ芯保持具内に並んで互いに束ねられて単一の組立体を形成する少なくとも３つの細長いブラシ芯パックとを含むブラシシール組立体が提供される。各ブラシ芯パックは、ブリストル保持具と該ブリストル保持具に結合された複数のブリストルとを含む。
【０００６】
別の形態において、長手方向軸線を有するロータと、周方向に互いに配列されて、長手方向軸線にほぼ同軸に整列され、ロータを周方向に囲みかつ該ロータから半径方向に間隔を置いて配置されたステータケーシングを形成する複数のステータケーシングセグメントとを含む回転機械が提供される。該回転機械はまた、細長いブラシ芯保持具と該ブラシ芯保持具内に並んで互いに束ねられて単一の組立体を形成する少なくとも３つの細長いブラシ芯パックとを含む少なくとも１つのブラシシール組立体を含む。各ブラシ芯パックは、ブリストル保持具と該ブリストル保持具に結合された複数のブリストルとを含む。
【０００７】
別の形態において、細長いブラシ芯保持具と該ブラシ芯保持具内に千鳥配列で並んで互いに束ねられた少なくとも３つの細長いブラシ芯パックとを含むブラシシール組立体が提供される。各ブラシ芯パックは、ブリストル保持具と該ブリストル保持具に結合された複数のブリストルとを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態によるブラシシール組立体を含む回転機械を、以下に詳細に説明する。ブラシシール組立体は、ミクロフィラメントを用いるブラシシールの特別に幅広のパック厚さが得られるように配列された多数のブラシ芯パックから形成される。ブラシシール組立体は、ミクロファイバブラシシールの少ない漏洩と比較的高い圧力負荷能力とをもたらす。大きなパック幅が、シールの低い漏洩流量をもたらし、このことが、このブラシシール組立体を致死物質のシール装置に用いることを可能にする。更に、ブラシシール組立体は、作動中にスパークを発生せず、しかも非導電性であるので、例えば工業的発生器における水素シール装置のような爆発性ガスシール装置での使用を可能にする。
【０００９】
図面を参照すると、図１は、回転機械１０と本発明の例示的な実施形態によるブラシシール組立体１２との概略断面図であり、また図２は、回転機械１０の線Ａ−Ａに沿った概略断面図である。回転機械は、それに限定するものではないが、発電機、或いは蒸気タービンの高圧、中圧又は低圧タービン、或いはガスタービンの圧縮機又はタービンセクションを含む。回転機械１０は、ロータ１４と、ステータケーシングセグメント１６及び１８と、複数のブラシシール組立体１２とを含む。別の実施形態では、回転機械１０は、１つのブラシシール組立体を含む。ロータ１４は、長手方向軸線２０を有する。図１に示すようなステータケーシングセグメント１６及び１８は、周方向に互いに配列されて、長手方向軸線２０とほぼ同軸に整列され、ロータ１４を周方向に囲みかつ該ロータ１４から半径方向に間隔を置いて配置されたステータケーシング２２を形成する。ステータケーシングセグメント１６及び１８は、各々が表面溝２４を有し、各表面溝２４は、合わさって、長手方向軸線２０とほぼ同軸に整列され、かつロータ１４に向かって開口した周方向チャンネルを形成する。１つの別の実施形態では、ステータケーシング２２は、１つのステータケーシングセグメント１６から形成されており、更に別の実施形態では、ステータケーシング２２は、２つより多いステータケーシングセグメント１６から形成される。例示的な実施形態では、スペーサ２６が、ステータケーシングセグメント１６及び１８の表面溝２４内にブラシシール組立体１２を固定する。別の実施形態では、ステータケーシング２２は、表面溝を含まず、ブラシシール組立体１２は、他の適当な方法、例えば固締具、接着剤、クリップ及びそれらの組み合わせによりステータケーシング２２に結合される。
【００１０】
図３を参照すると、ブラシシール組立体１２は、細長いブラシ芯保持具２８と複数のブラシ芯パック３０とを含む。ブラシ芯保持具２８は、ブラシ芯パック３０を互いに束ねて単一の組立体１２を形成する。ブラシ芯保持具２８は、第１の側部３２及び第２の側部３４を有する。ブラシ芯パック３０は、ブラシ芯保持具２８の第１の側部３２から第２の側部３４まで延びる並列状態の配列で保持具２８内に互いに束ねられる。各ブラシ芯パック３０は、基部３８から延びる複数のブリストル３６を含む。この例示的な実施形態では、ブラシ芯パックは、千鳥配列又はオフセット配列で配置され、この配列では、保持具２８の第１の側部３２の直近に配置されたブラシ芯パック３０の基部３８は、図３に示すように、直近のブラシ芯パック３０の基部３８からオフセットし、次に、このブラシ芯パック３０は隣の直近のブラシ芯パック３０からオフセットしており、保持具２８の幅全体にわたって順次このようにオフセットしている。別の実施形態では、ブラシ芯パック３０は、基部３８が互いにオフセットしないように配列される。更に別の実施形態では、ブラシ芯パック３０は、グループで配列されており、そのグループ内のパック３０の基部３８はオフセットなしで配列され、あるグループのブラシ芯パック３０の基部３８は、隣接するグループの芯パック３０の基部３８からオフセットしている。
【００１１】
ブラシ芯パック３０は、あらゆる適当なブラシ製造方法により製作される。例えば、図４及び図５に示すような例示的な実施形態において、ブラシ芯パック３０は、ブリストル３６をコアワイヤ４０の周りにラップし、ブリストル保持具又はクランプ４２でブリストル３６を所定の位置に固定することにより製作される。このブラシ芯の製作方法は、公知であり、またブラシ製造業者の間での常法である。別の実施形態では、ブリストル３６の一端が、ブリストル保持具４２に固定取付けされる。ブリストル３６は、あらゆる適当な材料、例えば紡織糸フィラメント、プラスチックフィラメント、セラミックフィラメント、及び炭素繊維フィラメントから形成することができる。更に別の実施形態では、ブリストル３６は、織布で置き換えられる。この例示的な実施形態では、ブリストル３６は、ミクロフィラメントから形成されるが、他の実施形態ではより大きいフィラメントを用いることができる。
【００１２】
１つの実施形態では、多芯ブラシシール組立体１２の幅は、約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）から約１．０インチ（２５．４ｍｍ）である。別の実施形態では、ブラシシール組立体の幅は、約０．０５から約０．８インチ（２０．３２ｍｍ）であり、更に別の実施形態では、約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）から約０．１インチ（２．５４ｍｍ）である。
【００１３】
図６は、本発明の別の実施形態によるブラシシール組立体５０の拡大断面図である。ブラシシール組立体５０は、ブラシ芯保持具２８の第１及び第２の側部３２及び３４に隣接して配置されたブラシ芯パック５２を含み、このブラシ芯パック５２は、該組立体５０の残りのブラシ芯パック３０のブリストル３６とは異なる材料で形成されたブリストル５４を含む。ブラシシール組立体５０は、芯パック５２のブリストル５４が乱流に曝されるような乱流が激しく過酷な用途において有用である。例えば、１つの実施形態では、ブリストル５４は、ブラシ芯パック３０のブリストル３６より剛性があるか又はより大きい直径のフィラメントを有する。別の実施形態では、ブラシ芯パック５２は、芯パック３０のブリストル３６とは異なる材料で作られたブリストル５４を含む。
【００１４】
図７は、本発明の別の実施形態によるブラシシール組立体６０の拡大断面図である。ブラシシール組立体６０は、交互に配置された複数のブラシ芯パック６２及び６４を含む。１つの実施形態では、ブラシ芯パック６２は、芯パック６４のブリストル６８とは異なる材料で作られたブリストル６６を含む。別の実施形態では、ブラシ芯パック６２は、芯パック６４のブリストル６８より剛性があるか又はより大きな直径のフィラメントを有するブリストル６６を含む。
【００１５】
本発明を、様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施できることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転機械及び本発明の実施形態によるブラシシール組立体の概略断面図。
【図２】図１に示す回転機械及びブラシシール組立体の線Ａ−Ａに沿った概略断面図。
【図３】図１に示すブラシシール組立体の拡大断面図。
【図４】図３に示すブラシ芯パックの側面斜視図。
【図５】図３に示すブラシ芯パックの端面斜視図。
【図６】本発明の実施形態によるブラシシール組立体の拡大断面図。
【図７】本発明の実施形態によるブラシシール組立体の拡大断面図。
【符号の説明】
１０　回転機械
１２　ブラシシール組立体
１４　ロータ
１６、１８　ステータケーシングセグメント
２０　長手方向軸線
２４　表面溝
２６　スペーサ
３６　ブリストル
３８　ブラシ芯パックの基部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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