(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子（１８）に対して回転子（２）を密封するブラシシールであって、ブラシ（６、６’）を固定するブラシ筐体（３）を含み、ブラシ（６、６’）の自由端（７，７’）が固定子（１８）または回転子（２）に向けられ、ブラシ筐体（３）が、回転子（２）または固定子（１８）上に保持され、支持板（４，４’）を有し、ブラシ（６，６’）の自由端（７，７’）に、固定子（１８）または回転子（２）の密封表面をスライドするスライドリング（８）が固定され、スライドリング（８）は回転子（２）の軸方向の一部に対応して設けられることを特徴とする、ブラシシール。
【請求項２】
前記スライドリング（８）が、炭素または焼結金属からな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３】
前記スライドリング（８）が、分割されることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシシール。
【請求項４】
前記スライドリング（８）が、前記ブラシ（６，６’）の前記自由端（７，７’）上に焼結されることを特徴とする前記請求項１から３のいずれか一項に記載のブラシシール。
【請求項５】
前記スライドリング（８）が、前記ブラシ（６，６’）の前記自由端（７，７’）が収容かつ固定される窪み（９）を、周囲表面に沿って有することを特徴とする前記請求項１から４のいずれか一項に記載のブラシシール。
【請求項６】
前記回転子（２）または前記固定子（１８）に対して密封される周囲表面、および／または、前記支持板（４）上に支持される、前記スライドリング（８）の側面が、機械加工されることを特徴とする前記請求項１から５のいずれか一項に記載のブラシシール。
【請求項７】
前記ブラシ（６，６’）が、その全長にわたって直線であることを特徴とする前記請求項１から６のいずれか一項に記載のブラシシール。
【請求項８】
前記ブラシ（６’）が、シャフト部（１５）を備え、かつ、それらに対する曲がりブラシ部（１２）を含み、ブラシ部（１２）の前記自由端（７’）が回転子（２）または固定子（１８）に向けられたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のブラシシール。
【請求項９】
前記支持板（４’）が、縦軸部（１３）、および、これに対する曲がり支持部（１４）を有することを特徴とする請求項８に記載のブラシシール。
【請求項１０】
前記曲がりブラシ部（１２）が、前記ブラシ（６’）の前記シャフト部（１５）に対して、本質的に直角に曲がり、前記支持部（１４）が、前記支持板（４’）の前記縦軸部（１３）に対して、本質的に直角に曲がる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】
折り曲げ縁として機能する留め具（１７）を備えた自由折り曲げ空間（１６）が、前記ブラシ（６’）の前記シャフト部（１５）と前記支持板（４’）との間に構成されることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載のブラシシール。
【請求項１２】
前記ブラシ（６，６’）が、半径に対して最大４５度の角度に取り付けられることを特徴とする前記請求項１から１１のいずれか一項に記載のブラシシール。
【請求項１３】
前記ブラシ（６，６’）が、シリコーンまたはシリカードまたはテフロン（登録商標，ポリテトラフルオロエチレン）の分散中に含浸されたものであることを特徴とする前記請求項１から１２のいずれか一項に記載のブラシシール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、固定子に対して回転子を密封するブラシシールであって、自由端が固定子または回転子に向けられるブラシを固定するブラシ筐体を含み、ブラシ筐体が回転子または固定子に保持され、支持板を有するブラシシールに関する。
【０００２】
公知のブラシシールにおいては、前面板と支持板を有するブラシ筐体内に固定されるブラシの自由端は、回転子または固定子の密封表面に対して移動し、この手段により、回転子と固定子との間の隙間を密封する。固定ガスタービンまたは航空機エンジンに使用される場合、このようなブラシシールの手段により、ラビリンスシールなどの使用可能な代替シールと比較して、通常の配置における密封効果が良好な状態で軸方向の設置スペースを節約できる。
【０００３】
直径方向の設置長さを削減するために、ブラシを曲げたブラシシールがＤＥ  １９６  １８  ４７５  Ａｌに開示されている。短い、曲がりブラシ部分の増加した剛性を改善するために、その弾性ブラシが回転子の偏心によって偏位する場合に、ブラシのシャフト部分の領域に位置し折り曲げ縁として機能する止め具が設けられる。このようにして、ブラシの剛性は、半径方向の設置スペースを許容不可能なほど大きくすることなく調整することが可能である。
【０００４】
稼動中に、一般に鋼からなるブラシとの接触のため、磨耗を増大させる局所的な温度上昇が、回転子または固定子の密封表面において発生する。さらに、ブラシ間で常に発生する小さな漏れが低減されることもある。
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に記載する一般的なタイプのブラシシールを提供することにあり、本発明において、ブラシの密封効果および磨耗作用は、さらに改善される。
【０００６】
本発明による問題の解決手段として、ブラシの自由端に回転子を固定子に対して密封するためのスライドリングを設けることを特徴とする。
【０００７】
この利点は、ブラシシールの高度な弾性の組み合わせにあり、この手段により、ブラシの自由端に固定されるスライドリングは、例えば、（ガスタービンが始動される時の）０．２から０．８ｍｍの間などの、一般に半径方向の回転子または固定子の偏心、および、回転子または固定子上の密封表面に対して移動するスライドリングの優れた滑り特性に容易に適合でき、かつ、この手段により、ある領域にわたって、回転子および固定子の間の隙間を密封できる。この結果、ブラシシールの隙間領域に一般に存在するブラシを通じた漏れが回避される。例えば、鋼製ブラシと比較して、スライドリングの向上した滑り特性のため、磨耗の低下と温度上昇の減少が、回転子または固定子上の密封表面で発生する。スライドリングは、ブラシシールの鋼からなるブラシより、良好な滑り特性を有する材料からなる。この結果、差圧の存在下における低圧端の支持板上のスライドリングの支持部も、ここで発生するブラシの引っかかり等の現象がなく、有利となる。
【０００８】
炭素製リングは、固定ガスタービンまたは航空機エンジンにおいて発生する高温においてさえも採用でき、炭素は、鋼製のブラシよりも良好な滑り特性を有するため、このスライドリングは、炭素で作られてもよい。この代替として、スライドリングは、例えば、滑り特性を備えた焼結金属で作ることもできる。
【０００９】
このスライドリングは、単片構造を有するか、分割されてもよい。ガスタービンの軸方向に、通常の方法で向けられる回転子内の分割されたスライドリングの場合、分割線は、スライドリングの各部分の間を半径方向に延び、スライドリングの周囲に沿って等距離に配置される。分割されたスライドリングは、特に、ブラシが、ブラシシール筐体のブラシの固定部から、回転子または固定子に向けて直線に延びるスライドリングのブラシシールの場合、弾性の改善を可能にし、用途によっては、直線のブラシを、半径に対して０度から４５度の間の角度に取り付けることを可能にする。特に、半径に対して取り付けられるブラシの場合、スライドリングが採用される場合では、回転子の回転の方向の反転が容易に可能となり、さらなる利点となる。
【００１０】
このスライドリングは、ブラシの自由端において焼結できる。これは、例えば、炭素粉、等により行える。
【００１１】
この他の例として、スライドリングは、その外側周囲表面に、ブラシの自由端が、例えば、ハンダ付けにより収納され、固定される窪みを有してもよい。
【００１２】
スライドリングは、その後、回転子または固定子上の密封表面に対して移動する、スライドリングの内側または外側の周囲表面上に、表面品質を改善するために、グラインダー等により、機械加工することができる。このスライドリングは、同様に、表面品質を改善するために、特に、差圧が働く場合に、支持板上に支持される側面上に、グラインダー等により機械加工してもよい。
【００１３】
設置スペースを節約するために、ブラシは、ブラシ筐体内に固定されるシャフト部、および、シャフト部に対して曲がった曲がりブラシ部からなり、そのブラシ部の自由端は、回転子または固定子に向けられ、支持板は、この場合、ブラシのシャフト部に平行な縦軸部を有し、これに対し支持部が曲げられ、曲がりブラシ部に平行となる。
【００１４】
ブラシの自由端を有する曲がりブラシ部を備えたブラシシールの弾性を改善するために、折り曲げ縁として機能する止め具を備えた自由折り曲げ空間を、ブラシのシャフト部と支持部との間に設けてもよい。このようにして、ブラシの自由端上に設けられたスライドリングは、例えば、固定ガスタービンまたは航空機エンジンを始動する時、約０．２から０．７ｍｍとの間の回転子または固定子のいかなる偏心にも適合する。ブラシの自由端を有する曲がりブラシ部、および、支持板の曲がり支持部は、ブラシのシャフト部および支持板の縦軸部に対して、本質的に直角に曲げてもよい。
【００１５】
特に蒸気などの湿った環境におけるブラシシールの使用に対する、密封効果をさらに改善するために、ブラシは、シリコーン、シリカード、または、テフロン（登録商標，ポリテトラフルオロエチレン）分散内に含浸してもよい。なぜなら、シリコーン、シリカード、および、テフロンは、ブラシ上に堆積し、本質的に中間の自由空間を閉鎖するが、ブラシは、ある限度内で移動可能かつ弾性的なままである。使用される手段は、発生する温度に応じて選択する必要がある。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態は、従属項に述べる。
【００１７】
本発明は、図面を参照し、実施形態の例を使用して、以下により詳細に説明する。
【００１８】
図１は、ブラシシールの一実施形態例の断面図を一筐体として図式的に示し、ブラシシールは、その全体が１により示され、周囲表面Ｕにより示される回転子２と固定子１８との間の隙間１９を密封することにより、異なる圧力Ｐ１およびＰ２の空間を密封する。このようなブラシシール１は、固定ガスタービンまたは航空機エンジンにおいて、多数の用途を有する。図１および２において、ガスタービンの軸方向に延びる中央線が、Ａにより示される。圧力Ｐ１は、圧力Ｐ２より大きい。ブラシシール１は、ブラシ６とともに、低圧側支持板４および高圧側カバー板５を備えたブラシ筐体３からなり、これらは、ブラシ筐体内に適切な方法で固定される。ブラシ６は、一般に鋼からなる。本実施形態の例において、ブラシ６は、コアの周囲に巻かれ、支持板４とカバー板５との間に配置される保持リング内に留められ、回転子２に向かって直線に延びる。この支持板４およびカバー板５は、回転子２の周囲に延在し、内部孔を有するため、回転子２の周囲の環状の隙間１９が、ブラシシール１により密封されなければならない。
【００１９】
ブラシシール１の密封効果、および、ブラシ６の磨耗作用の最適化に鑑み、断面で示すスライドリング８が、ブラシ６を構成する鋼よりも良好な滑り特性を有する材料からなるブラシの自由端７上に設けられる。このスライドリング８の内径は、最大回転速度および最高温度における回転子２の外径に稼動中に適合し、ある領域にわたって、スライドリングの優れた密封効果を備えた、閉鎖された構成要素として環状の隙間１９を密封する。このようにして、ブラシシール１の個々のブラシ６の間に常に発生する空気または蒸気の小さな漏れが回避される。スライドリング８は、回転子２に対して密封される周囲表面上、および、休止位置に特に差圧が支持板４に存在する時、支持される側面上に、一般に、グラインダー等により機械加工される。この他の例として、上述のスライドリング８の表面は、例えば、焼結などにより製造された時に、密封表面として充分に平滑な表面を予め有するようにしてもよい。
【００２０】
図２は、ブラシシールの他の実施形態の例を、図式的に、および、断面で示したもので、ブラシシールは、全体が１により示され、本質的に支持板４およびカバー板５からなるブラシ筐体３を有し、ブラシ筐体３はその中に直線になったブラシ６が保持される。。ブラシ６の自由端７は、回転子２の周辺表面Ｕに向けられ、スライドリング８を有し、該スライドリング８の内側周囲表面が回転子２の密封表面に対して移動し、回転子２に対する環状の隙間１９を、ある領域にわたって閉鎖された構成要素として密封する。スライドリング８の内径は、固定ガスタービンまたは航空機エンジンの最大回転速度および最高温度における稼動中に、回転子２の外径に適合する。
【００２１】
スライドリング８は、外側周囲表面上に窪み９を有し、断面において、Ｕ字型構造を有する。ブラシ６の自由端７は、スライドリング８の窪み９に収容され、例えば、ろう付けなどの適切な接着方法により、スライドリング８の窪み９に固定される。ブラシ６は、弾性状態を持続し、回転子２の偏心に対してたわみ、同時にスライドリング８を動かす。
【００２２】
図３は、ブラシシール全体が１により示され、縦軸部１３、および、これに対して曲がった曲がり支持部１４からなる支持板４’を備えたブラシ筐体３を有するブラシシールの、曲がりブラシ部１２を有する実施形態の例の図式的な断面図を示す。この曲がりブラシ部１２は、ブラシ６’のシャフト部１５に対する半径方向の設置スペースの通常の配置を節約するために直角に曲げられる。ブラシ６’のシャフト部１５と支持板４’との間に、折り曲げ縁１７を備えた自由折り曲げ空間１６が設けられる。これで、シャフト部１５は、例えば、ガスタービンを始動する時など、回転子２の偏心の場合、自由折り曲げ空間１６に偏ることができる。本手段によって、設置スペースが小さいという長所とブラシ６’の弾性が高いという利点とが相乗される。
【００２３】
曲がりブラシ部１２の自由端７’上に、周囲表面Ｕの手段により、回転子２上の密封表面に対して密封するスライドリング８が設けられる。このスライドリング８は、ブラシ６’が構成される鋼よりも良好な滑り特性を備えた材料からなる。このスライドリング８は炭素からなり、曲がりブラシ部１２の自由端７’上の閉鎖された構成要素として焼結により設けられる。密封効果を最適化するために、スライドリング８の内側周囲表面は、最小の可能な粗さを備えた表面を達成するために、一般に、グラインダー等により機械加工される。支持板４’の支持部１４上に支持される、スライドリング８の側面は、低圧側に可能な限り平坦な接触表面を達成するため、および、支持板４’に対するブラシ６’の不要な付着を回避するために、その後、グラインダー等により機械加工される。
【００２４】
図４は、ブラシ６’とともに、縦軸部１３および支持部１４を含む支持板４’を備えた、図３と同様のブラシシールを示す。これは、ブラシ筐体３内に固定されるシャフト部１５、およびシャフト部１５に対し、本質的に直角に曲がったブラシ部１２を有する。曲がりブラシ部１２の自由端７’は、回転子２の周囲表面Ｕに向けられる。曲がりブラシ部１２の自由端７’上に設けられたスライドリング８は、単一構造を有し、単一の構成要素として製造される。スライドリング８は、その外側周囲表面上に窪み９を有し、この窪みの中に、曲がりブラシ部１２の自由端が収容され、ろう付けなどの適切な方法により、固定される。
【００２５】
図５は、図４に示すブラシシール１の実施形態の例の断面図を図式的に示す。このシールは、特に支持板４’とブラシ６のシャフト部１５との間の自由折り曲げ空間１６を欠く点が、図３に示す実施形態の例と異なる。図４および５に示すブラシシールの実施形態の例の弾性作用は、回転子２に偏心がある時にブラシ６’のシャフト部１５が捻れた後その復元力の結果として再びもとの位置に戻るように、曲がりブラシ部を半径に対して最大４５度までに取り付けることにより生じる。回転子２の回転方向は、図５および６において、矢印により表される。
【００２６】
図３に示す、支持板４’とブラシ６’のシャフト部１５との間の自由折り曲げ空間１６を備えたブラシシール１の実施形態の例の場合も、曲がりブラシ部１２を、同様に、半径に対して最大約４５度の角度に取り付けてもよい。回転子２が偏心する場合に、このようなブラシシールは、ブラシ６’のシャフト部１５が、自由折り曲げ空間１６に折り曲がることにより、たわむことができる一方、他方で、その後、加えられる復元力により、もとの位置に戻ることができるため、特に弾性的であることが分かる。ブラシシール１の弾性作用を利用して、曲がりブラシ部１２の自由端７’に設けられたスライドリング８は、回転子２が偏心する場合でも、環状の隙間１９の、閉鎖された構成要素としての、最適な密封を確保することができる。
【００２７】
図６は、その他の構成として、分割された、すなわち、分割構成設計のスライドリング８を有するブラシシール１の図４の切断線に沿った図を図式的に示す。このスライドリング８は、分割線１０により、等しい大きさの複数のスライドリング部１１に分割される。区分けされたスライドリング８は、ブラシシール１のブラシ６または６’の弾性特性を利用することにより、例えば、ガスタービンを始動する時、（図示されない）固定子または回転子２のいかなる偏心にも適合する。区分けされたスライドリング８は、同様に、図１および２に示す直線のブラシ６を備えたブラシシール１にも特に適切であり、このブラシ６は、一般に半径に対し最大約４５度までの角度に取り付けられる。
【００２８】
全ての実施形態の例において、ブラシ６，６’は、特に、蒸気などの湿った環境における、ブラシシール１の使用のための密封効果に対するさらなる改善のために、シリコーン、シリカード、または、テフロン分散、等に含浸してもよい。なぜなら、シリコーン、シリカード、および、テフロンは、ブラシ６，６’にそれ自体付着し、本質的に、中間の自由空間を閉鎖するが、ブラシ６，６’は、ある限度内で移動可能および弾性的なままであり、固定子１８または回転子２の偏心に適合できる。使用される手段は、発生する温度に応じて選択される必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるブラシシールの実施形態の例の断面図を示す図である。
【図２】  本発明によるブラシシールの他の実施形態の例の断面図を示す図である。
【図３】  曲がりブラシ部を有する、本発明によるブラシシールの実施形態の例の断面図を示す図である。
【図４】    曲がりブラシ部を有する、本発明によるブラシシールの他の実施形態の例の断面図を示す図である。
【図５】  半径に対して取り付けられたブラシを有する、本発明によるブラシシールの実施形態の例の断面図を示す図である。
【図６】  半径に対して取り付けられたブラシを有する、本発明によるブラシシールの他の実施形態の例の断面図を示す図である。
【図１】
0004856834.tif 000002
【図２】
0004856834.tif 000003
【図３】
0004856834.tif 000004
【図４】
0004856834.tif 000005
【図５】
0004856834.tif 000006
【図６】
0004856834.tif 000007