刷式密封件
阅读：893发布：2020-05-11
专利汇可以提供刷式密封件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提高刚毛在高压侧与低压侧的压差方向的刚性，并且降低与压差方向垂直的方向的刚性来减少刚毛的磨损，并且减少被密封 流体 的 泄漏 。其特征在于，在由多个刚毛形成的刚毛部中，沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的多个刚毛在基端部与自由端部之间被相互紧固而形成为面状刚毛，该面状刚毛沿着周向呈层叠状连续地排列而形成环状的刚毛部，在刚毛部的自由端部侧的滑动面上，以与高压侧连通的方式在周向上独立地形成有多个动压产生槽，所述动压产生槽利用与旋转部的相对旋转滑动而产生动压。，下面是刷式密封件专利的具体信息内容。
1.一种刷式密封件，其具备：
刚毛部，其安装在具有间隙地相对转动的静止部与旋转部之间的所述静止部上，由多个刚毛形成；以及
背板部，其安装成与所述刚毛部的低压侧相邻，对该刚毛部的运动进行限制，所述刷式密封件对在所述静止部与所述旋转部之间流动的流体进行密封，所述刷式密封件的特征在于，
在由所述多个刚毛形成的刚毛部中，沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的多个刚毛在基端部与自由端部之间被相互紧固而形成为面状刚毛，该面状刚毛沿着周向呈层叠状连续地排列，从而形成环状的刚毛部，
在所述刚毛部的自由端部侧的滑动面上，以与高压侧连通的方式在周向上独立地形成有多个动压产生槽，所述动压产生槽利用与所述旋转部的相对旋转滑动而产生动压。
2.根据权利要求1所述的刷式密封件，其特征在于，
将沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的多根刚毛中的自由端部侧的高度低的刚毛排列在高压侧而形成的面状刚毛被沿着周向呈层叠状连续地排列，从而形成所述动压产生槽，所述面状刚毛朝向所述旋转部的旋转方向按照从排列在高压侧的高度低的刚毛多的面状刚毛到所述高度低的刚毛少的面状刚毛的顺序逐渐排列。
3.根据权利要求2所述的刷式密封件，其特征在于，
所述动压产生槽的平面形状呈大致三角形，所述大致三角形具有这样的边：一边与高压侧连通，并且另一边以对随着旋转部的旋转而生成的流动赋予朝向高压侧的分力的方式倾斜，所述动压产生槽的侧面形状为具有阶梯差的凹部形状。
刷式密封件
技术领域
背景技术
[0004] 在刷式密封件中，多个刚毛形成为环状(刷式密封刚毛)，通过该刷式密封刚毛的末端部与旋转侧接触，从而进行密封。
[0006] 该变动由于刚毛的挠曲而被吸收，但若向低压侧发生挠曲则存在密封性能降低的可能，因此在刷式密封刚毛的低压侧具备背板，防止向低压侧发生挠曲。此外，为了允许刚毛发生挠曲，在刚毛的高压侧设置了空间(例如参照专利文献1的第10页和图8至图10)。
[0007] 但是，在用于蒸汽涡轮等的高压部分的情况下，存在特别是在高压侧使刚毛乱动而发生刚毛折损的情况。
[0008] 这样，若刚毛发生折损，则该部分成为与转子不接触的状态，刷式密封件的密封性能变差。
[0009] 若刷式密封件的密封性能变差，则例如存在涡轮的输出降低这样的问题。
[0010] 作为消除高压侧的刚毛乱动的刷式密封件，提出了一种刷式密封件，在刷式密封刚毛的高压侧也具备制动板，限制刷式密封刚毛发生挠曲，并且在制动板上设置贯通孔来抑制紊流的产生，特别是要防止高压侧的刚毛乱动(例如参照专利文献2)。
[0011] 但是，在专利文献2所示的刷式密封件中，利用低压侧的背板和高压侧的制动板到转子的附近为止强力地限制刷式密封刚毛的活动，因此刷式密封刚毛的能够自由挠曲的长度变短。
[0012] 因此，刷式密封刚毛的刚性变大，与转子的接触压力变大，因此存在刚毛和转子在稳定状态下的磨损变大这样的问题。
[0013] 作为解决专利文献2所示的刷式密封件的问题的刷式密封件，提出了一种刷式密封件，其代替刚毛部的高压侧的制动板而具备抑制刚毛，所述抑制刚毛具有不妨碍刚毛部的接触变形的程度的弹性(例如参照专利文献3)。
[0014] 在该专利文献3所示的刷式密封件中，刚毛部发生挠曲，从而吸收静止部与旋转部之间的间隔的变动，利用低压侧的背板来限制刚毛部的运动，因此会向抑制刚毛的方向发生挠曲，但抑制刚毛具有不妨碍刚毛部的接触变形的程度的弹性，因此抑制刚毛发生弹性变形而吸收该刚毛部的挠曲，不会使接触摩擦力对应于静止部与旋转部之间的间隔的变动而增加，能够防止稳态的磨损的增加。
[0015] 但是，在专利文献3所示的刷式密封件中，需要在刚毛部的高压侧配设将刷丝(刚毛)束起而形成的抑制刚毛，存在制造成本增加的问题。
[0016] 现有技术文献
[0017] 专利文献
[0018] 专利文献1：日本特开2003-14128号公报(第10页、图8)
[0019] 专利文献2：日本特开2001-73708号公报
[0020] 专利文献3：日本特开2008-121512号公报
发明内容
[0021] 发明要解决的课题
[0022] 本发明是为了解决上述现有技术的问题而完成的，其目的在于提供一种刷式密封件，其以简单的结构提高刚毛在高压侧与低压侧的压差方向的刚性，并且降低与压差方向垂直的方向的刚性来减少刚毛的磨损，并且减少被密封流体的泄漏。
[0023] 用于解决课题的手段
[0024] 为了达成上述目的，本发明的刷式密封件的第一特征在于，具备：
[0025] 刚毛部，其安装在具有间隙地相对转动的静止部与旋转部之间的所述静止部上，由多个刚毛形成；以及
[0026] 背板部，其安装成与所述刚毛部的低压侧相邻，对该刚毛部的运动进行限制，所述刷式密封件对在所述静止部与所述旋转部之间流动的流体进行密封，
[0027] 在由所述多个刚毛形成的刚毛部中，沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的多个刚毛在基端部与自由端部之间被相互紧固而形成为面状刚毛，该面状刚毛沿着周向呈层叠状连续地排列，从而形成环状的刚毛部，
[0028] 在所述刚毛部的自由端部侧的滑动面上，以与高压侧连通的方式在周向上独立地形成有多个动压产生槽，所述动压产生槽利用与所述旋转部的相对旋转滑动而产生动压。
[0029] 根据该特征，与以往公知的刷式密封刚毛相比，高压侧与低压侧的压差方向(转子的轴向)的刚性高，对于蒸汽涡轮等高压设备也能够应用。
[0030] 此外，能够确保刚毛的末端在与压差方向垂直的方向(周向)的自由度，因此，与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在旋转部的低速时的旋转中，自由端部也能够利用其动压而从旋转部的外周面上浮起，磨损变小，能够提高耐磨损性。
[0031] 并且，即使对于旋转部的圆锥形振动(轴倾斜地运动的振动)，刚毛的末端也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。
[0032] 并且，借助于由于伴随着旋转部的旋转的流体剪切力而产生的流体力，产生将流体压回到高压侧的抽吸力，能够减少被密封流体的泄漏。
[0033] 并且，产生的流体力产生刚毛的上浮力，能够进一步减少刚毛的磨损。
[0034] 此外，本发明的刷式密封件的第二特征在于，在第一特征的基础上，[0035] 将沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的多根刚毛中的自由端部侧的高度低的刚毛排列在高压侧所形成的面状刚毛被沿着周向呈层叠状连续地排列，从而形成所述动压产生槽，所述面状刚毛朝向所述旋转部的旋转方向按照从排列在高压侧的高度低的刚毛多的面状刚毛到所述高度低的刚毛少的面状刚毛的顺序逐渐排列。
[0036] 根据该特征，由于能够通过高度不同的刚毛的排列而形成动压产生槽，因此能够容易地形成动压产生槽。
[0037] 此外，本发明的刷式密封件的第三特征在于，在第二特征的基础上，[0038] 所述动压产生槽的平面形状呈大致三角形，所述大致三角形具有这样的边：一边与高压侧连通，并且另一边以对随着旋转部的旋转而生成的流动赋予朝向高压侧的分力的方式倾斜，所述动压产生槽的侧面形状为具有阶梯差的凹部形状。
[0039] 根据该特征，能够利用通过动压产生槽而产生的抽吸力将流体高效率地压回到高压侧。
[0040] 发明效果
[0041] 与以往公知的刷式密封刚毛相比，本申请发明在高压侧与低压侧的压差方向(转子的轴向)的刚性高，对于蒸汽涡轮等高压设备也能够应用。
[0042] 此外，能够确保刚毛的末端在与压差方向垂直的方向(周向)的自由度，因此，与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在旋转部的低速时的旋转中，自由端部也能够利用其动压而从旋转部的外周面上浮起，磨损变小，能够提高耐磨损性。
[0043] 并且，即使对于旋转部的圆锥形振动，刚毛的末端也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。
[0044] 并且，借助于由于伴随着旋转部的旋转的流体剪切力而产生的流体力，产生将流体压回到高压侧的抽吸力，能够减少被密封流体的泄漏。
[0046] 图1是示出本发明的实施方式涉及的刷式密封件的上半部分的纵剖视图。
[0047] 图2是从高压侧观察图1中的刷式密封件的主视图。
[0048] 图3是说明本发明的实施方式涉及的刚毛部的形成过程的立体图。
[0049] 图4是说明设置在本发明的实施方式涉及的刚毛部的滑动面上的动压产生槽的形成过程的立体图。
[0050] 图5是说明形成在本发明的实施方式涉及的刚毛部的滑动面上的动压产生槽的图。
[0051] 图6是从高压侧观察在图1的状态下旋转部偏心时的刷式密封件的状态的主视图。
具体实施方式
[0052] 参照附图，对用于实施本发明涉及的刷式密封件的方式进行详细说明，但本发明并不受其限定解释，只要不脱离本发明的范围，根据本领域技术人员的知识，可加以各种变更、修正和改进。
[0053] 图1是示出本发明的实施方式的刷式密封件的上半部分的纵剖视图。
[0054] 在图1中，刷式密封装置1形成为环状，外周侧的固定部20经扣环12而安装于阶梯部51，所述阶梯部51设置在作为结构部件的一个部件的壳体50的内周面。
[0055] 此外，刷式密封装置1的内周侧配置成与作为另一部件的转子60的外周面对置地面接触或接近的状态。并且，利用刷式密封装置1将高压侧的被密封流体向低压侧的泄漏封住。
[0056] 另外，上述壳体50构成本发明的静止部，并且，上述转子60构成本发明的旋转部。
[0057] 在该刷式密封1装置的主要的结构部件即刚毛部2的低压侧，与刚毛部2形成接触状态地配置有呈环状的背板部3，背板部3针对被密封流体的压力的作用而支承刚毛部2。
[0058] 此外，在刚毛部2的高压侧的面一体地配置有保持部4，该保持部4形成为环板并在与背板部3之间对刚毛部2的外周侧的基端部6进行夹持。该保持部4的径向的宽度窄而使刚毛部2露出，以便使被密封流体能够作用于刚毛部2的侧面。
[0059] 并且，背板部3、刚毛部2的基端部6及保持部4在外周被焊接在一起而构成固定部20，并固定于阶梯部51，所述阶梯部51设置在壳体50的内周面。
[0060] 刚毛部2由几万至几十万根刚毛5从外周侧朝向内周侧排列而形成，以在高压侧与低压侧的压差方向形成规定的宽度的方式排列多根，并且形成规定的宽度的多根刚毛5在周向也连续地排列而形成环状。
[0061] 并且，刚毛5的内周侧的自由端部7配置成与作为另一部件的转子60的外周面对置地面接触或接近的状态。
[0063] 图2是从高压侧观察图1中的刷式密封件的主视图。
[0064] 图2的刷式密封件1示出了刷式密封件1和转子60不摆动的正常的状态，刚毛5成直线状并向转子60旋转的方向倾斜地排列。在该刷式密封件1的正常状态下，刚毛5的自由端部7与转子60的外周面面接触或接近。
[0065] 图3是说明本发明的实施方式的刚毛部的形成过程的立体图，(a)、(b)示出了在刚毛部的滑动面上未设置有动压产生槽的情况，(c)示出了在刚毛部的滑动面上设置有动压产生槽的情况。
[0066] 另外，图3的上方是与旋转部滑动的刚毛部的自由端部侧，下方是基端部侧(静止部侧)。
[0067] 在图3中，为了方便说明，关于沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的刚毛，示出了比实际的根数少的根数，但实际上以形成规定的宽度的方式排列有几百根刚毛。
[0068] 如图3(a)所示，准备截面形状为圆形且具有规定的长度的多根刚毛5。接着，如图3(b)所示，以在高压侧与低压侧的压差方向形成规定的宽度并且相邻的刚毛5相接触的方式，将多根刚毛5排列成一列。并且，通过焊接或熔敷等方法在基端部6与自由端部7之间将相邻的刚毛5紧固在一起。
[0069] 在图3(b)中，在基端部6与自由端部7之间在径向的三处设定有紧固部8。但是，不限于此，紧固部8是至少一处或一处以上即可，根据刚毛部2所要求的刚性来设定其部位和数量。在紧固部8中，与自由端部7接近的紧固部8的位置在确定刚毛5的自由端的刚性方面很重要。
[0070] 如上所述，如图3(b)所示，在径向的中间位置处相互紧固的多根刚毛5形成为面状，形成面状刚毛10。
[0071] 在图3(c)所示的面状刚毛10中，在形成规定的宽度的多根刚毛5中，右端的刚毛50的自由端部侧的高度变低。在图3(c)中，示出了高度低的刚毛50排列在右端，但不限于仅在右端，能够准备从右端朝向左侧高度低的刚毛50的根数不同的各种面状刚毛10。
[0072] 作为将一部分的刚毛的自由端部侧的高度降低的方法，有如下等方法：在形成如图3(b)所示的排列相同高度的刚毛而成的面状刚毛10后，将规定的位置的刚毛的自由端部侧切断的方法；者预先准备长度短的刚毛50，在将多根刚毛排列成一列时使长度短的刚毛50排列在规定的位置，并将相邻的刚毛紧固起来的方法。
[0073] 以刚毛5的自由端部7与转子60的外周面面接触或接近的方式沿着周向呈层叠状地连续地排列上述面状刚毛10，从而形成如图2所示的环状的刚毛部2。
[0074] 与以往公知的刷式密封刚毛相比，如上述那样形成的面状刚毛10在高压侧与低压侧的压差方向(转子的轴向)的刚性高，对于蒸汽涡轮等高压设备也能够应用。
[0075] 此外，由于面状刚毛10能够确保各刚毛5的末端、即从与自由端部7接近的紧固部8至自由端部7之间的各刚毛5的末端在与压差方向垂直的方向(周向)的自由度，因此，在与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在转子60的低速时的旋转中，自由端部7也能够利用其动压而从转子60的外周面上浮起，具有磨损变小、能够提高耐磨损性的优点。
[0076] 并且，即使对于转子60的圆锥形振动，各刚毛5的末端也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。
[0077] 下面，参照图4对面状刚毛沿着周向层叠起来时设置在刚毛部的滑动面上的动压产生槽的形成过程进行说明。在图4中，纸面的上方是与旋转部滑动的刚毛的自由端部侧，纸面的下方是基端部侧(静止部侧)。此外，连结纸面的左近前和右里侧的方向是周向。并且，纸面的右侧是高压侧，左侧是低压侧。
[0078] 在图4中，准备有多个在高压侧排列的高度低的刚毛50的根数不同的各种面状刚毛10，所述面状刚毛10沿着周向排列。
[0079] 此时，在高压侧具备有沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的多根刚毛5中的高度低的刚毛50的面状刚毛10被沿着周向呈层叠状连续地排列，这些面状刚毛10朝向转子60的旋转方向按照排列在高压侧的高度低的刚毛50的根数多的面状刚毛到向该高度低的刚毛50的根数少的面状刚毛的顺序逐渐排列。因此，在沿着周向层叠起来的面状刚毛10的自由端部侧的面形成有动压产生槽15，所述动压产生槽15的平面形状呈朝向转子60的旋转方向变窄并且与高压侧连通的大致三角形，所述动压产生槽15的侧面形状为具有阶梯差的凹部形状。
[0080] 图5是说明形成在本发明的实施方式涉及的刚毛部的滑动面上的动压产生槽的图，并示出了环状的刚毛部2的一部分，纸面的上方是与转子60滑动的刚毛5的自由端部侧，纸面的下方是基端部侧(静止部侧)。此外，纸面的从左近前朝向里侧的方向是转子60的旋转方向。并且，纸面的右侧是高压侧、左侧是低压侧。
[0081] 在图5中，具备有沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的多根刚毛5的刚毛10被沿着周向呈层叠状连续地排列而形成环状的刚毛部2，在该环状的刚毛部2的自由端部7的一侧的滑动面上，以与高压侧连通的方式在周向上独立地形成有多个动压产生槽15，该动压产生槽15通过与转子60的相对旋转滑动而产生动压。以高度低的刚毛50的排列根数朝向转子60的旋转方向依次减少的方式选择面状刚毛10并沿着周向排列多个面状刚毛10，由此该动压产生槽15的平面形状呈大致三角形，侧面形状形成为具有阶梯差的凹部的形状。该大致三角形的具有阶梯差的凹部分别在周向上独立地形成，在三边中的一边处与高压侧连通，其它两边、即压差方向的底边和斜边形成为从高压侧的一边的两端起在面状刚毛10的宽度方向的中途的交点处连结，与低压侧不连通。
[0082] 此外，在形成动压产生槽15的三边中，相当于斜边的阶梯差部16相对于底边而向转子60的旋转方向倾斜角度α，对于随着转子60的旋转而生成的流动施加朝向高压侧的分力。因此，借助于由于随着转子60的旋转的流体剪切力而产生的流体力，产生将流体压回到高压侧的抽吸力，能够减少被密封流体的泄漏。并且，产生的流体力与动压产生槽15的倾斜的阶梯差部16碰撞而产生刚毛5的上浮力，能够减少刚毛5的磨损。
[0083] 图6是从高压侧观察在图1的状态下旋转部偏心的情况下的刷式密封件1的状态的主视图。
[0084] 当转子60旋转、并且由于振动及摆动等而使转子60与刚毛5的自由端部7接触时，刷式密封件1的刚毛5在成为与转子60压力接触的状态的同时使倾斜角度增加。此时，由于刚毛5能够确保各刚毛5的末端在与压差方向垂直的方向的自由度，因此，与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在转子60的低速时的旋转中，自由端部7也能够利用其动压而从转子60的外周面上浮起，具有磨损变小、能够提高耐磨损性的优点。并且，即使对于转子60的圆锥形振动，各刚毛5、15也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。
[0085] 并且，由于在环状的刚毛部2的自由端部7的一侧的滑动面上，以与高压侧连通的方式在周向上独立地形成有多个通过与转子60的相对旋转滑动而产生动压的动压产生槽15，因此借助于由于伴随着转子60的旋转的流体剪切力而产生的流体力，产生刚毛5的上浮力，能够进一步减少刚毛5的磨损。
[0086] 将本发明的实施方式的刷式密封件的作用、效果整理如下：
[0087] 由于沿着高压侧与低压侧的压差方向排列的多个刚毛在基端部与自由端部之间相互紧固而形成为面状刚毛，因此，与以往公知的刷式密封刚毛相比，在高压侧与低压侧的压差方向(转子的轴向)的刚性高，对于蒸汽涡轮等高压设备也能够应用。
[0088] 此外，由于面状刚毛10能够确保各刚毛5的末端、即从与自由端部7接近的紧固部8至自由端部7之间的各刚毛5的末端在与压差方向垂直的方向(周向)的自由度，因此，在与压差方向垂直的方向的刚性低，即使在转子60的低速时的旋转中，自由端部7也能够利用其动压而从转子60的外周面上浮起，具有磨损变小、能够提高耐磨损性的优点。
[0089] 并且，即使对于转子60的圆锥形振动，各刚毛5的末端也能够独立地运动，因此磨损变小，能够提高耐磨损性。
[0090] 并且，由于在环状的刚毛部2的自由端部7的一侧的滑动面上形成有动压产生槽15，因此，借助于由于随着转子60的旋转的流体剪切力而产生的流体力，产生将流体压回到高压侧的抽吸力，能够减少被密封流体的泄漏。并且，产生的流体力与动压产生槽15的倾斜的阶梯差部16碰撞而产生刚毛5的上浮力，能够减少刚毛5的磨损。
[0091] 以上通过附图对本发明的实施方式进行了说明，但具体的结构不限于这些实施方式，即使存在不脱离本发明主旨的范围的变更及补充也包括在本发明中。
[0092] 例如，在所述实施方式中，作为将一部分的刚毛的自由端部侧的高度降低的方法，对将规定的位置的刚毛的自由端部侧切断的方法、或者预先使长度短的刚毛排列在规定的位置的方法进行了说明，但不限于这些，也可以例如通过激光将规定的位置的刚毛的自由端部侧除去。
[0093] 此外，在所述实施方式中，关于动压产生槽的形成，对按照从在高压侧排列的高度低的刚毛多的面状刚毛到高度低的刚毛少的面状刚毛的顺序逐渐排列的方法进行了说明，但不限于此，也可以在将环状的刚毛部形成后对滑动面照射激光来形成与高压侧连通的具有阶梯差的凹部。
[0094] 此外，在所述实施方式中，关于刚毛，对圆形的截面形状的刚毛进行了说明，但不限于此，也可以是三角形、多边形或椭圆形等截面形状的刚毛。
[0095] 此外，例如在所述实施方式中，关于在排列成一列的多个刚毛基端部与自由端部之间对相邻的刚毛进行紧固的径向的位置，对三处的情况进行了说明，但不限于此，至少为一处或一处以上即可。此外，也可以按沿着周向排列的面状刚毛来改变紧固位置，使紧固位置不集中在径向的一处。
[0096] 标号说明
[0097] 1刷式密封装置；2刚毛部；3背板部；4保持部；5刚毛；6基端部；7自由端部；8紧固部；10面状刚毛；12扣环；15动压产生槽；16阶梯差部；50壳体(静止部)；51阶梯部；60：转子(旋转部)。
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