(57)【要約】ブラシシール（１０）は、耐熱性の磁性シリコンゴム材料でチャンネル形状に形成されたブラシシール本体（１２）を含む。ブリストル（１４）が、傾斜角をなしてブラシシール本体のチャンネル内に配置され、本体の端縁から突出してブリストル先端（１７）で終わる。ブラシシールは直線状に形成され、使用の際には、曲げられて隣り合うシールする環状の構成部品の間に環状のシールを形成し、シールが１つの構成部品に支持されブリストル先端が対向する構成部品に係合する状態になる。シール本体の磁性材料により、シールを構成部品の１つに一時的に固定することが可能になり、その間にシールは調整されて所定の位置に最終的に固定される。
2004508520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに相対的に可動であり、かつ非直線状の対向するシール面を有する第１と第２の構成部品（３０、３２）の間をシールするためのブラシシール（１０）であって、
前記第１の構成部品（３０）により支持され、かつそれに固定された複数のブリストル（１４）を有し、それから突出して前記第２の構成部品に係合するためのブリストル先端（１７）で終わるブラシシール本体（１２）を含み、
該ブラシシール本体は、前記非直線状の対向するシール面に適合するように可撓性の材料で形成されている、
ことを特徴とするブラシシール。
【請求項２】
前記材料はシリコンゴム材料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。
【請求項３】
前記本体は長さを有し、かつ断面がほぼチャンネル形状であり、前記ブリストルは前記本体の前記チャンネル形状断面のチャンネル内に少なくとも部分的に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のブラシシール。
【請求項４】
前記シール本体は可撓性の磁性材料で形成されることを特徴とする、請求項１に記載のブラシシール。
【請求項５】
前記第１と第２の構成部品の組合せにおいて、前記第１の構成部品は前記ブラシシール本体を受け入れるための溝（３６）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。
【請求項６】
前記溝（３６）は前記第１の構成部品（３０）の端面に開口しており、ブラシシール保持具（３８）が、前記端面と前記ブラシシール本体の上に重なり前記ブラシシール本体を前記溝に保持し、また固締具（４０）が、前記保持具と前記第１の構成部品とを互いに結合することを特徴とする、請求項５に記載のブラシシールの組立体。
【請求項７】
前記第１の構成部品は、それから前記第２の構成部品の方向に延びる複数のラビリンスシール歯（３４）を含むことを特徴とする、請求項６に記載のブラシシールの組立体。
【請求項８】
前記第１の構成部品（３０）は環状の静止構成部品を含み、また前記第２の構成部品（３２）は前記第１の構成部品により取り囲まれかつ前記ブリストル先端（１７）に係合する回転可能なシャフト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の組立体。
【請求項９】
互いに相対的に可動であり、かつ非直線状の対向するシール面を有する第１と第２の構成部品（３０、３２）の間をシールするためのブラシシールであって、
前記第１の構成部品により支持され、かつそれに固定された複数のブリストル（１４）を有し、それから突出して前記第２の構成部品に係合するためのブリストル先端（１７）で終わるブラシシール本体（１２）を含み、
該ブラシシール本体は、前記１つの構成部品の前記非直線状の対向するシール面に磁力で付着するように磁性材料で形成されている、
ことを特徴とするブラシシール。
【請求項１０】
前記材料は、前記本体が前記１つの構成部品のシール面に適合することを可能にする可撓性のシリコンゴム材料を含むことを特徴とする、請求項９に記載のブラシシール。
【請求項１１】
前記本体は長さを有し、かつ断面がほぼチャンネル形状であり、前記ブリストルは前記本体の前記チャンネル形状断面のチャンネル内に少なくとも部分的に配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載のブラシシール。
【請求項１２】
前記第１と第２の構成部品の組合せにおいて、前記第１の構成部品は前記ブラシシール本体を受け入れるための溝（３６）を含むことを特徴とする、請求項９に記載のブラシシール。
【請求項１３】
前記溝（３６）は前記第１の構成部品（３０）の端面に開口しており、ブラシシール保持具（３８）が、前記端面と前記ブラシシール本体の上に重なり前記ブラシシール本体を前記溝に保持し、また固締具（４０）が、前記保持具と前記第１の構成部品とを互いに結合することを特徴とする、請求項１２に記載のブラシシール。
【請求項１４】
前記第１の構成部品は、それから前記第２の構成部品の方向に延びる複数のラビリンスシール歯（３４）を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のブラシシール。
【請求項１５】
前記第１の構成部品は環状の静止構成部品を含み、また前記第２の構成部品は前記第１の構成部品により取り囲まれかつ前記ブリストル先端に係合する回転可能なシャフトを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のブラシシール。
【請求項１６】
互いに相対的に可動である第１と第２の構成部品（３０、３２）の間にブラシシールを形成する方法であって、
磁性材料で形成され、かつそれから突出して前記第２の構成部品と係合するための先端（１７）で終わる複数のブリストル（１４）を有するブラシシール本体（１２）を準備する段階と、
該ブラシシール本体を前記第１の構成部品に磁気的に付着させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記ブラシシール本体を前記第１の構成部品に一時的に磁気的に付着させる段階と、その後に前記ブラシシール本体を前記第１の構成部品に最終的に固定して、前記第２の構成部品に対するシールを形成する段階とを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
可撓性の材料で作られたブラシシールを準備する段階と、前記シール本体を前記第１の構成部品に取り付けるために前記第１の構成部品の取り付け面に適合するように前記本体を曲げる段階とを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の構成部品は環状の静止構成部品を含み、また前記第２の構成部品は前記第１の構成部品に取り囲まれた回転可能なシャフトを含んでおり、前記静止した固定構成部品内に前記本体を受け入れるための溝を形成する段階と、前記ブラシシール本体を前記溝内に一時的に磁気的に付着させる段階と、その後に前記ブラシシール本体を前記第１の構成部品に最終的に固定して、前記第２の構成部品に対するシールを形成する段階とを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
互いに相対的に可動である第１と第２の構成部品の間にブラシシールを形成する方法であって、
可撓性の材料で形成され、かつそれから突出して前記第２の構成部品と係合するための先端で終わる複数のブリストルを有するブラシシール本体を準備する段階と、
前記第１の構成部品に適合するように前記ブラシシール本体を曲げる段階と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記第１の構成部品は環状の静止構成部品を含み、また前記第２の構成部品は前記第１の構成部品に取り囲まれた回転可能なシャフトを含んでおり、前記静止した固定構成部品内に前記本体を受け入れるための溝を形成する段階と、該溝内に配置するために前記ブラシシール本体を曲げる段階と、その後に前記ブラシシール本体を前記第１の構成部品に最終的に固定して、前記第２の構成部品に対するシールを形成する段階とを含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス及び蒸気タービンのようなターボ機械において漏洩流量を最少限にするために使用されるブラシシールに関し、具体的には、広範囲にわたるシール寸法に有用な可撓性の耐熱性磁気シリコンゴムブラシシールに関する。更に、本発明は、最初からの装置又は改造用のいずれかとして取り付けるのを容易にするために、少なくとも一時的にブラシシールをシールする構成部品の１つに付着させる磁性材料で形成された可撓性のブラシシールに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガス及び蒸気タービン、圧縮機、並びにターボポンプのようなターボ機械において、漏洩流量を最少限にするために多くのシールが異なる場所で用いられる。例えば、シールは、両方ともが互いに相対的に可動であるシール面の間に、又は１つの構成部品が別の構成部品に対して動く構成部品の間、例えば固定ハウジングと回転シャフト間に設けることができる。
【０００３】
特にターボ機械のブラシシールは、一般的に、可動の、例えば回転する表面と接触する複数の細長いワイヤブリストルを含む。ブリストルは、長期間にわたってほんの僅かしか劣化しない緊密摩擦に対する耐性のあるシールをもたらす。シールのブリストルは使用中にコンプライアンス（迎合性）があるので、シールする構成部品間の一過性の衝撃による損傷を最小限にする。典型的なブラシシールは、折り重ねたブリストルを維持する外側クランプでロッド上にブリストルを折り重ね、クランプを形成する折り重ねた金属プレートとの間にブリストルを挟み込むか、又は、一対の支持金属プレートの間にブリストルを挟み、プレートとブリストルをそれらの端部近くで互いに溶接することによって形成される。ブリストルの末端部は、一般的に裏当て板又はクランプの縁から所定の距離だけ突出して、対向するシールする構成部品に係合する。これらの種類のブラシシールに共通するのは、ブリストル保持具又は支持体が厳しい公差で通常機械加工された金属で形成されており、従ってブラシシールは特定のシール寸法にしか適用できないことである。他のシール寸法例えば直径に対しては、シールをその支持体に寸法的に適合させるために、別々に製造された個別のブラシシールを用いなければならない。その結果、ブラシシールは、工具の段取り、製造、及び取り付けに関して費用がかかり、またブラシシールの製造及び改造の際に長いサイクル時間が必要とされる。従って、１つのサイズが多くの異なるサイズのブラシシールに適合できる改良されブラシシールに対する必要性がある。更に、ブラシシールをその支持体に保持又は一時的に固定するのに一般的に必要な補助冶具又は固定具を使用することなく、ブラシシールの取り付けを容易に行えることに対する必要性がある。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の好ましい実施形態においては、耐熱性の磁性シリコンゴム材料のような可撓性の磁性材料で形成されたシール本体を有するブラシシールが提供される。ブリストルは、埋め込まれあるいは接着又は他の方法でブラシシール本体に固定され、ブリストルが本体から突出して、対向するシールする構成部品とシール係合するように先端で終わるのが好ましい。ブラシシールの磁性シリコンゴムを曲げることにより、ブラシシールは、広範囲のシール寸法及び複雑なシール形態に適合することができることが分かるであろう。例えば、ブラシシールが、固定された環状体とその環状体の内部で回転するシャフトとの間に取り付けられる場合には、ブラシシール本体は、曲げられて２つの構成部品の寸法に適合させることが可能である。更に、ブラシの曲げパターンを変えることにより、ブラシ本体は、ブリストルが半径方向外向きに向く外側シーリング、又はブリストルが半径方向内向きに向く内側シーリングのいずれに対しても、或いはブリストルがロータ軸に平行に向く軸方向シーリングに対しても用いることが可能である。この種類のブラシシールは、４０インチ又はそれ以上のような大きなシール寸法に特に適している。ブラシシール本体は、事実上任意の不規則な形状、例えば、円形以外の非直線形状に曲げるか又は湾曲させることが可能であり、従って、不規則な形状の構成部品間のシールに用いることができることも分かるであろう。後者の実例は、ガスタービンの遷移部品と第１段ノズルの間に配置されるブラシシールである。
【０００５】
更に、ブラシシール本体を磁性シリコンゴムから形成することによって、シールはシールする構成部品の１つに容易に付着させることができる。付着は、シール本体が最終的に調整されてその所要の位置に固定されることができるまでの一時的なものであることが好ましい。最終的に固定するのに先立って調整がなされている間、ブラシシール本体を所定の位置に維持するのに役立つ補助冶具又は取付具は、完全に排除される。磁性シリコンゴムが好ましく、磁性シリコンゴムは、フェライト磁粉とシリコンポリマーとの複合材料を含む。それらの特性によって、ブラシシール本体は曲げたり、捻ったり、又は螺旋状にすることができるので、容易に取り付けるための形状にすることができる。
【０００６】
本発明による好ましい実施形態においては、互いに相対的に可動であり、かつ非直線状の対向するシール面を有する第１と第２の構成部品の間をシールするためのブラシシールが提供され、該ブラシシールは、第１の構成部品により支持され、かつそれに固定された複数のブリストルを有し、それから突出して第２の構成部品に係合するためのブリストル先端で終わるブラシシール本体を含み、該ブラシシール本体は、非直線状の対向するシール面に適合するように可撓性の材料で形成されている。
【０００７】
本発明による別の好ましい実施形態においては、互いに相対的に可動であり、かつ非直線状の対向するシール面を有する第１と第２の構成部品の間をシールするためのブラシシールが提供され、該ブラシシールは、第１の構成部品により支持され、かつそれに固定された複数のブリストルを有し、それから突出して第２の構成部品に係合するためのブリストル先端で終わるブラシシール本体を含み、該ブラシシール本体は、１つの構成部品の非直線状の対向するシール面に磁力で付着するように磁性材料で形成されている。
【０００８】
本発明による更に別の好ましい実施形態においては、互いに相対的に可動である第１と第２の構成部品の間にブラシシールを形成する方法が提供され、該方法は、磁性材料で形成され、かつそれから突出して第２の構成部品と係合するための先端で終わる複数のブリストルを有するブラシシール本体を準備する段階と、ブラシシール本体を第１の構成部品に磁気的に付着させる段階とを含む。
【０００９】
本発明による更に別の好ましい実施形態においては、互いに相対的に可動である第１と第２の構成部品の間にブラシシールを形成する方法が提供され、該方法は、可撓性の材料で形成され、かつそれから突出して第２の構成部品と係合するための先端で終わる複数のブリストルを有するブラシシール本体を準備する段階と、第１の構成部品に適合するようにブラシシール本体を曲げる段階とを含む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ここで図面を参照すると、全体を符号１０で示した、本発明の好ましい実施形態に従って構成したブラシシールが示される。ブラシシール１０は、ブラシシール本体１２とブラシシール本体１２により支持されるブリストルパック１６を形成する複数のブリストル１４とを含む。好ましい実施形態において、ブラシシール本体１２は、基部１８及び対向する側部分２０と２２を有する全体として細長いチャンネルの形状の耐熱性で磁性をもつ可撓性のシリコンゴム材料から成っている。ブリストルパック１６は、本体１２の溝すなわちチャンネル２４内に配置され、ブリストル先端１７で終わる複数のブリストル１４を含む。一般的に、ブリストルは細長く、金属で形成され、かつ温度、圧力及びブリストルが用いられるシールパターンに応じて、０．００２インチから０．０１インチの範囲にわたる直径を有する。例えば４２５℃までの高温状態で作動するようなブリストルの能力を特に考慮して、例えばＫＥＶＬＡＲ（登録商標）等のアラミッド繊維のような、非金属材料を利用することができることが分かるであろう。
【００１１】
ターボ機械は、一般的に高温で作動するので、ブラシシール本体１２のために選ばれるゴム材料は、高温に対して高い耐性を有する。例えば、シリコンゴムは、３２５℃までの高温耐性を有し、しかも極めて低温でも依然として可撓性のままである。フェライト磁粉とシリコンポリマーとから成る磁性シリコンゴムが用いられるのが好ましい。それらの特性によって、ブラシシール本体１２及びブリストル１４は、曲げたり、捻ったり、螺旋状にしたりして容易に組み付けることができる。また、本体１２は単一部品に形成される必要はないということも分かるであろう。例えば、可撓性材料は、基部１８で互いにかつブリストルに結合された一対の裏当て部品を含むことができる。若しくは、ブリストルの端部近くが、基部部品中に又はそれに固定され、次に一対の側方の部品に結合されてもよい。
【００１２】
シール１０には多くの用途がある。例えば、図１においては、シール１０はタービンの高圧パッキンに使用されている。第１の静止構成部品を含む内部バレル３０は、第２の回転構成部品を含む後部スタブシャフト３２の周りにほぼ同心に配置される。ブラシシール１０は、スタブシャフト３２の周りに環状のシール状態でバレルの端部に隣接して取り付けられ、ブリストル先端１７がシャフト３２の表面と係合した状態にある。ラビリンス形シール３４が、スタブシャフト３２の溝３５の周りに環状に配置され、ブラシシール１０と組み合わされてラビリンスシールを形成することに注目されたい。ブラシシール１０は、バレルの端部に形成された溝３６内に取り付けられるのが好ましい。ブラシシール１０は、例えば、ボルト４０によりバレル３０に固定された、重なる環状または弓形セグメント状の端板３８により、溝３６内でバレル３０に固定される。端板３８は、ブラシシール１０を溝３６内に保持するために先細になった環状の下部端縁４２を有する。
【００１３】
ブラシシール１０は、直線状に延びる帯片に形成されることが分かるであろう。例えば、シリコンゴム材料をチャンネルの形状に押し出し、ブリストルをチャンネル形状の押し出し部の基部に植え込み、ブリストルが直線状のブラシシール帯片の長手方向寸法に対して傾斜角をなして延びるようにすることができる。一対の別々の側部分を互いに固定してブラシシール帯片を形成する場合には、ブリストルはこの２つの側部分の間で帯片に接着されることができる。ブリストルは、一般的に帯片を垂直方向に通る平面に対して約４０°〜５０°の傾斜角で帯片の長手方向の長さに対して傾けられる。また、帯片は、個々の弓形のセグメント内に取り付けられ又はシールされる２つの構成部品の間全体に延びる単体の帯片として取り付けられることができる。
【００１４】
帯片を図１の内側バレル３０上に取り付けるために、ブラシシール１０は、溝３６の弓形寸法に適合するように環状の形状にあるいは弓形セグメントに曲げることができる。ブラシシール帯片の長さ寸法が決まると、帯片は適当な長さに切断され、溝３６に受け入れられるように曲げられることができる。ブラシシール１０の磁性材料は、バレル３０の金属との磁気吸引力を生じる。従って、ブラシシールは、溝３６内に配置されて、磁気吸引力により溝内に一時的に保持されることができ、端板３８を充ててブラシシールを溝内に最終的に固定する。ブラシシールは、広範囲の異なる直径に又は弓形セグメントが用いられている場合には広範囲の異なる半径に曲げることができ、更に他のシール用途における不規則な形状にも曲げることができることが分かるであろう。
【００１５】
本発明のブラシシール１０の別の用途を、図２に示す。図２では、軸受の１部を形成するシール支持体５０が、ブラシシール１０が支持体５０の溝５２内に取り付けられた状態で示されている。前の実施形態におけると同様に、ブラシシール１０は、溝５２の弓形寸法に適合するような長さに切断される。次に、磁性材料がブラシシールを溝内に一時的に維持した状態で、ブラシシールを溝５２内の部位に合わせて曲げることができる。環状又はセグメント状の端板５４が、次にシール支持体５０に固定されてブラシシールを溝内に最終的に固定する。図示するように、ブラシシールは、シール支持体５０に形成されるラビリンス歯５５と共に用いられる。
【００１６】
先に指摘したように、ブラシの曲げパターンを変えることによって、ゴムブラシシールは、ブリストルが半径方向外向きに向く外側シーリングに対して、図１と図２に示すシールにおけるように、ブリストルが半径方向内向きに向く内側シーリングに対して、又はブリストルがロータ軸に平行に向く軸方向シーリングに対して用いることができる。従って、シール帯片は、図１及び図２に示すような環状のシールを形成するために両方の場合ともブリストルの平面内で曲げるか湾曲させることができ、あるいは軸方向に突出するブラシシールを構成するために該平面対して直角な軸の周りに曲げるか湾曲させることができることが分かるであろう。図１及び図２の図示された実施形態の各々においては、漏洩制御は、ブラシシールとラビリンスシール歯の両方によって行われる。
【００１７】
本発明のブラシシールの上記の説明から、ブラシシールの可撓性の特性により、ターボ機械のほとんどのシール用途においてシール面の寸法に特に関係なくブラシシールを用いることが可能になることが分かるであろう。つまり、ブラシシールは、様々な弓形寸法又は不規則な寸法に適合するように曲げ、所定の長さに切断することができるので、従って、例えば、図３に示すように、１つのサイズでターボ機械の多数の異なるシール用途及び寸法に適合するシールを提供する。
【００１８】
本発明を現在最も実用的でかつ好ましい実施形態と考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるべきではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の技術思想と技術的範囲内に含まれる様々な変形形態と均等構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧パッキンに取り付けられた、本発明の好ましい実施形態に従って構成されたブラシシールの部分断面図。
【図２】軸受内に取り付けられた、図１に示すのと同様の本発明の好ましい実施形態のブラシシールを示す図１と同様の図。
【図３】シールに用いるために湾曲させ又は曲げる前の、直線形状のブラシシールの斜視図。
【符号の説明】
１０　ブラシシール
１２　ブラシシール本体
１４　ブリストル
１６　ブリストルパック
１７　ブリストル先端
１８　チャンネルの基部
２０、２２　チャンネルの側部分
２４　チャンネル
３０　第１の構成部品
３２　第２の構成部品
３４　ラビリンス歯
３６　溝
３８　保持具
４０　固締具
【国際公開パンフレット】
2004508520.tif 000003
2004508520.tif 000004
2004508520.tif 000005
2004508520.tif 000006
2004508520.tif 000007
2004508520.tif 000008
2004508520.tif 000009
2004508520.tif 000010
2004508520.tif 000011
2004508520.tif 000012
2004508520.tif 000013
2004508520.tif 000014
2004508520.tif 000015
2004508520.tif 000016
2004508520.tif 000017
2004508520.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004508520.tif 000019
【国際調査報告】
2004508520.tif 000020
2004508520.tif 000021