ブラシシールとラビリンスシールの違いは何ですか？

シーリング技術の分野では、ブラシシールとラビリンスシールは、回転機械の流体漏れを制御し、圧力差を維持するために使用される 2 つの異なるソリューションです。どちらもシーリングの目的を果たしますが、設計、材料、および性能特性は大きく異なります。

この記事では、ブラシシールとラビリンスシールの複雑さを詳しく説明し、さまざまな産業環境での構造、用途、有効性を比較します。

ブラシシールとは

ブラシシールは、 メカニカルシール ブラシシールは、通常ステンレス鋼で作られた密集したブラシを使用して、ターボ機械の固定部品と回転部品の間に柔軟なシール機構を作ります。ブラシは回転方向に角度が付けられており、クリアランスを最小限に抑えながら、半径方向の動きとシャフトの変位に対応できる柔軟なシールインターフェースを実現します。この独自の設計により、ブラシシールは高い圧力差と回転速度でも効果的なシールを実現できます。

ブラシシールは、従来のラビリンスシールに比べていくつかの利点があります。ブラシパックはローター表面にフィットし、漏れギャップを最小限に抑え、漏れ流量を減らします。ブラシのコンプライアンスにより、ローターのダイナミクス、熱膨張、その他の動作要因への適応性が向上します。さらに、ブラシシールはラビリンスシールやその他のシール技術と組み合わせて使用することで、シール性能をさらに向上させることができます。

ブラシシールの用途は、蒸気タービン、ガスタービン、航空宇宙エンジンなど、さまざまな産業に広がっています。蒸気タービンの用途では、ブラシシールによって蒸気の漏れが大幅に減少し、機械全体の効率が向上し、コストのかかる蒸気損失が軽減されます。ブラシシールは、産業用ガスタービンやジェットエンジンでも使用され、漏れる空気の流れを最小限に抑え、運用効率を向上させます。

ラビリンスシールとは

あ 迷路の印章 は、一連の複雑な迷路のような通路を利用して流体が流れる曲がりくねった経路を作成する非接触シールの一種です。シールは、特定のパターンで配置された一連のラビリンスの歯またはフィンで構成されており、各歯は小さな圧力降下を生み出します。流体がラビリンスを通過すると、一連の膨張と収縮が発生し、シール全体の圧力が大幅に低下します。

ラビリンス シールは、複数の圧力降下を発生させて漏れ流を最小限に抑えるという原理に基づいています。ラビリンス シールの有効性は、ラビリンスの歯の数、形状、回転部品と固定部品間のクリアランスなどの要素によって決まります。クリアランスは、安全な操作を可能にし、熱膨張やローターのダイナミクスなどの要素を考慮しながら、可能な限り小さくなるよう設計されています。

ラビリンス シールの主な利点の 1 つは、非接触型であるため、ローター表面の摩耗が最小限に抑えられ、シールの寿命が延びることです。また、ラビリンス シールは設計が比較的単純で、製造と保守が簡単です。ただし、クリアランスの変化に敏感で、摩耗や動作条件によりクリアランスが大きくなりすぎると、漏れが増加する可能性があります。

ラビリンス シールは、蒸気タービン、ガスタービン、コンプレッサーなどのさまざまな回転機械に使用されています。ブラシ シールやアブレイダブル シールなどの他のシール技術と組み合わせて使用されることが多く、総合的なシール ソリューションを提供します。

ブラシシールとラビリンスシールの主な違い

シール機構

ブラシシールは、通常ステンレス鋼で作られた密集したブラシで構成されており、柔軟なシールインターフェースを形成します。ブラシはローターの動きに合わせて曲がり、適応し、狭いクリアランスを維持します。

対照的に、ラビリンス シールは、流体が流れるための曲がりくねった経路を作成する一連の硬い歯またはナイフ エッジに依存します。ラビリンス シールには、ブラシ シールのような柔軟なシール要素はありません。

接触

ブラシシールは接触型シールで、ブラシの毛がローター表面に軽く接触します。この接触により、ブラシシールは効果的なシールを維持しながらローターの変位や振動に対応できます。

一方、ラビリンス シールは非接触シールです。シール歯とローターの間に小さな隙間を維持し、ラビリンス パス全体の圧力降下を利用して漏れを減らします。

漏れの削減

ブラシ シールは、ラビリンス シールに比べて漏れを大幅に低減します。柔軟なブラシ パックがローターにフィットし、漏れギャップを最小限に抑えます。ブラシ シール 1 つで、従来のラビリンス シールに比べて漏れを最大 90% 削減できます。

ラビリンス シールは効果的ですが、シールの歯とローターの間のクリアランスにより、漏れが生じます。ラビリンス シールの漏れは、摩耗や熱膨張によりクリアランスが増加するにつれて、時間の経過とともに増加します。

耐久性

ラビリンス シールは、一般的にブラシ シールに比べて耐久性に優れています。ラビリンス シールの堅固な形状により、摩耗や劣化に強いシールとなっています。

ブラシシールは接触する性質上、ブラシの毛がローター表面に擦れることで時間の経過とともに摩耗します。

温度範囲

ブラシシールとラビリンスシールはどちらも、広い温度範囲で動作できます。ただし、高温用途ではブラシシールの方が若干有利です。ブラシシールの毛は通常、コバルトまたはニッケルベースの超合金で作られており、最高 800°C (1,472°F) の温度に耐えることができます。ラビリンスシールは、使用する材料に応じて、最高約 650°C (1,200°F) の温度で動作できます。ブラシシールの柔軟性により、剛性のあるラビリンスシールよりも効果的に熱膨張に対応できます。

アプリケーション

ブラシシールとラビリンスシールは、蒸気タービン、ガスタービン、コンプレッサー、ポンプなど、さまざまなターボ機械に使用されています。ブラシシールは、蒸気タービンのグランドシールやガスタービンのベアリングサンプシールなど、圧力差が大きい用途で特に効果的です。また、ラビリンスシールと組み合わせて使用することで、全体的なシール性能を高めることもできます。

ラビリンス シールは、圧力差が低く、非接触シールが望ましい用途で広く使用されています。ターボチャージャー シール、コンプレッサー アイ シール、タービンとコンプレッサーの段間シールとしてよく使用されます。