WO2014129371A1 - 軸シール装置及び回転機械 - Google Patents

軸シール装置及び回転機械 Download PDF

Info

Publication number
WO2014129371A1
WO2014129371A1 PCT/JP2014/053282 JP2014053282W WO2014129371A1 WO 2014129371 A1 WO2014129371 A1 WO 2014129371A1 JP 2014053282 W JP2014053282 W JP 2014053282W WO 2014129371 A1 WO2014129371 A1 WO 2014129371A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure side
seal
low
rotor
thin plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/053282
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
上原　秀和
西本　慎
篠原　種宏
大山　宏治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to KR1020157016974A priority Critical patent/KR101721348B1/ko
Priority to CN201480003696.1A priority patent/CN104870871B/zh
Priority to US14/769,241 priority patent/US9677669B2/en
Priority to EP14754259.1A priority patent/EP2960558B1/en
Publication of WO2014129371A1 publication Critical patent/WO2014129371A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3292—Lamellar structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/003—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by packing rings; Mechanical seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/28—Arrangement of seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3248—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports
    • F16J15/3252—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings provided with casings or supports with rigid casings or supports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/445—Free-space packings with means for adjusting the clearance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals
    • F05D2240/59—Lamellar seals

Definitions

  • the present invention relates to a shaft seal device and a rotary machine that seal an annular space between a rotor and a stator and divide the annular space into a low pressure side region and a high pressure side region.
  • a shaft seal device is provided around a rotor in a rotary machine such as a gas turbine or a steam turbine in order to reduce the leakage amount of the working fluid flowing from the high pressure side to the low pressure side.
  • a shaft sealing device described in Patent Document 1 below is known.
  • FIG. 9 shows a schematic configuration diagram of a conventional shaft seal device 110.
  • the shaft seal device 110 includes a housing 109 supported on the inner peripheral surface of the stator, and a seal body 112 disposed in the housing 109 in the circumferential direction.
  • the seal body 112 is configured by laminating a large number of thin seal pieces 120 with their respective thickness directions (paper surface direction in FIG. 9) directed in the circumferential direction of the rotor (rotating shaft 6) with a minute gap therebetween.
  • Each of the thin plate seal pieces 120 is disposed so as to be inclined such that the radially inner end (front end) of the rotor is positioned on the front side in the rotational direction of the rotor with respect to the radially outer end (rear end).
  • the ends are connected to each other via the brazing portion 24, and the tip is a free end.
  • the thin seal piece 120 constituting the seal body 112 is a flat plate member having a predetermined width dimension in the axial direction of the rotor.
  • the seal body 112 has a T shape having a head portion 120d, and the housing 109 has a T-shaped internal space 109a corresponding thereto.
  • the tip of the thin seal piece 120 is in contact with the rotor when the rotor is stationary.
  • the tip of the thin plate seal piece 120 floats from the outer periphery of the rotor due to the dynamic pressure effect generated by the rotation of the rotor and is in a non-contact state with the rotor. For this reason, in this shaft seal device 110, wear of the thin seal piece 120 is suppressed, and the seal life is extended.
  • the conventional shaft seal device 110 when the conventional shaft seal device 110 is applied to a portion where the relative eccentricity between the rotor and the stator is large, in other words, when the rotation center of the rotor deviates from the designed rotation center, the thin plate in the circumferential direction is used.
  • a difference occurs in the pressing force of the seal piece 120. That is, the rotor is eccentric with respect to the stator, and in some cases, the distance between the rotor and the stator becomes small and an excessive pressing force is generated, while the distance between the rotor and the stator becomes large and the pressing force becomes too small.
  • the rigidity of the thin plate seal piece 120 increases as shown in FIG.
  • the gaps G1 and G2 increase as shown in FIG. 11, and leakage increases.
  • Patent Document 2 describes a shaft seal device that suppresses a change in flying characteristics even when the rotor is decentered by chamfering the edge of the seal body.
  • the shaft seal device described in Patent Document 2 has a problem that it is difficult to adjust the flying characteristics because the gap between the seal body 112 and the housing 109 is not defined.
  • An object of the present invention is to provide a shaft seal device.
  • the shaft seal device is a shaft seal device that divides a space between the rotor and the stator into a high pressure side and a low pressure side, and extends from the stator toward the rotor side.
  • a plurality of thin plate seal pieces are laminated in the circumferential direction of the rotor, and fixed to the stator, and held so as to surround the seal body from the outside in the radial direction, and at the high-pressure side end of the seal body
  • a housing having a first opposing surface and a second opposing surface facing the low-pressure side edge of the seal body, wherein the high-pressure side gap between the seal body and the first opposing surface is It is made smaller than the low-pressure side gap between the seal body and the second opposing surface, and gradually goes to the high-pressure side toward the low-pressure side edge of each thin plate seal piece of the seal body toward the tip that becomes the rotor side.
  • An inclined part is formed There.
  • the floating force of a thin plate sealing piece becomes so large that the pressing amount is large, and it can prevent that a thin plate sealing piece wears out. Further, if the pressing amount is small, the levitating force of the thin plate seal piece is small, so that leakage can be reduced. Further, since the high-pressure side gap is set to be smaller than the low-pressure side gap, the pressure control between the thin plate seal pieces by the low-pressure side gap that changes according to the inclined portion of the low-pressure side end becomes easy.
  • the inclined portion may be formed from the tip to a position corresponding to the end of the second facing surface on the rotor side.
  • the end portion on the rotor side of the second facing surface may be inclined so as to follow the inclination of the inclined portion.
  • the shaft seal device may be configured such that a high-pressure side plate for defining the high-pressure side gap is attached to the high-pressure side end side.
  • the high-pressure side gap is defined by the high-pressure side plate, it is easier to control the pressure between the thin plate seal pieces.
  • the present invention provides a rotating machine provided with any of the above shaft seal devices.
  • the levitation force of the thin plate sealing piece increases as the pressing amount increases, and the thin plate sealing piece can be prevented from being worn. Further, if the pressing amount is small, the levitating force of the thin plate seal piece is small, so that leakage can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line S1-S1 in FIG. 1 and is a schematic configuration diagram of the shaft seal device as seen from the axial direction of the rotating shaft.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line S2-S2 in FIG. 2 and is a cross-sectional view of the shaft seal device at a portion where the pressing amount is small.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line S1-S1 in FIG. 1 and is a cross-sectional view illustrating a case where the amount of relative eccentricity between the rotor and the stator is large.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line S2-S2 in FIG. 2 and is a cross-sectional view of the shaft seal device at a location where the pressing amount is large. It is a figure for demonstrating operation
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a gas turbine (rotary machine) 1 according to the present embodiment.
  • the gas turbine 1 mixes and burns fuel into a compressor (rotary machine) 2 that takes in a large amount of air and compresses the compressed air compressed by the compressor 2.
  • a combustor 3 and a turbine (rotary machine) 4 that converts thermal energy of combustion gas introduced from the combustor 3 into rotational energy are provided.
  • the compressor 2 and the turbine 4 include rotors 2A and 4A that are connected so as to rotate integrally, and stators 2B and 4B that surround the outer peripheral sides of the rotors 2A and 4A.
  • the axis O direction of the rotors 2A and 4A is simply “axis O direction”
  • the circumferential direction of the rotors 2A and 4A is simply “circumferential direction”
  • the radial direction is simply referred to as “radial direction”.
  • the rotors 2A, 4A have rotating shafts 6c, 6 and a plurality of annular blade groups 7c, 7 fixed at intervals in the direction of the axis O.
  • Each of the annular blade groups 7c, 7 is configured to have a plurality of blades fixed on the outer periphery of the rotary shafts 6c, 6 at intervals in the circumferential direction.
  • the stators 2B and 4B include casings 2b and 4b, and a plurality of annular stator blade groups 5c and 5 fixed at intervals in the direction of the axis O in the casings 2b and 4b, respectively.
  • the annular stator blade groups 5c, 5 have a plurality of stator blades fixed to the inner surfaces of the casings 2b, 4b at intervals in the circumferential direction.
  • a hub shroud is formed at the tip of each stationary blade, and the hub shroud (stator) is connected in the circumferential direction so as to form an annular shape as a whole and surround the outer periphery of the rotary shafts 6c and 6.
  • the annular stator blade groups 5c and 5 are alternately arranged with the plurality of annular rotor blade groups 7c and 7 in the direction of the axis O, respectively.
  • Shaft seal devices 10c, 10 are provided on the hub shrouds 5c, 5. Moreover, in order to prevent the working fluid g from leaking from the high pressure side to the low pressure side in the bearing portions (stators) 2c and 4c in which the casings 2b and 4b support the rotary shafts 6c and 6 as well, shaft seal devices 10c and 10c are provided. Is provided.
  • the shaft seal device 10 of the turbine 4 will be described.
  • the shaft seal device 10 of the turbine 4 will be described.
  • the shaft seal device 10c of the compressor 2 is basically the same in configuration, and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line S1-S1 in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line S2-S2 in FIG.
  • the rotary shaft 6 shown in FIG. 3 is schematically shown in order to clarify the relative positional relationship with the shaft seal device 10.
  • the shaft seal device 10 of the turbine 4 extends in the circumferential direction in housings 9 respectively supported by the hub shroud of the annular stationary blade group 5 and the inner peripheral surface of the bearing portion 4 c.
  • the seal body 12 is accommodated.
  • the seal body 12 includes a large number of thin plate seal pieces 20 and a high pressure side plate 13 (high pressure side plate, first opposing surface) that defines a gap between the thin plate seal pieces 20 and the housing 9.
  • the thin plate seal pieces 20 are laminated with their respective thickness directions in the circumferential direction of the rotary shaft 6 with a minute gap therebetween.
  • Each of the thin plate seal pieces 20 is disposed so as to be inclined such that the radially inner end thereof is positioned on the front side in the rotational direction of the rotary shaft 6 with respect to the radially outer end thereof, and the rear end thereof connects the connecting portion 24.
  • the tip is a free end.
  • the thin plate seal piece 20 constituting the seal body 12 is a flat plate-like member having a predetermined width dimension in the axial direction of the rotary shaft 6.
  • the thin plate seal piece 20 is in sliding contact with an acute angle with a predetermined preload with a circumferential inclination with respect to the outer peripheral surface of the rotary shaft 6 on the radially inner side.
  • the thin plate seal piece 20 has a T shape having a head portion 20d, and the housing 9 has a T-shaped accommodation space 9a corresponding thereto.
  • the housing 9 is provided so as to surround the outer peripheral side of the rotating shaft 6, and the accommodation space 9 a is also formed to extend in the circumferential direction.
  • the housing space 9a of the housing 9 has an opening side, that is, a radially inner portion, which is an inner space 9b formed with a small width dimension (dimension in the axis O direction).
  • a space spaced radially outward from the opening of the accommodation space 9a, that is, a space radially outside the inner space 9b is an outer space 9c having a larger width dimension.
  • the inner side space 9b and the outer side space 9c are in communication with each other. And the open part of this inner side space 9b has faced the rotating shaft 6 of the radial inside.
  • the inner space 9b is formed such that its dimension in the axis O direction is slightly larger than the dimension (width dimension) of the thin plate seal piece 20 in the axis O direction.
  • the high pressure side in the axis O direction of the inner space 9b of the housing 9 is a high pressure side wall 21 and the low pressure side in the axis O direction is a low pressure side wall 22 (second facing surface). That is, the high-pressure side wall 21 is a surface facing the high-pressure side end 20 e of the thin plate seal piece 20, and the low-pressure side wall 22 is a surface facing the low-pressure side end 20 a of the thin plate seal piece 20.
  • the inner space 9 b is formed by the high-pressure side wall 21 and the low-pressure side wall 22. A predetermined gap is provided between the radially inner ends of the high-pressure side wall 21 and the low-pressure side wall 22 and the rotary shaft 6.
  • the high-pressure side plate 13 is sandwiched between one side edge that opposes the high-pressure side region of the large number of thin plate seal pieces 20 and the high-pressure side wall 21.
  • the high-pressure side plate 13 has an arcuate band shape when viewed from the direction of the axis O of the rotating shaft 6 with the thickness direction oriented in the direction of the axis O.
  • the high-pressure side plate 13 has a surface facing the direction of the axis O, and is formed to bend and extend in the circumferential direction.
  • the high-pressure side plate 13 is joined to a large number of thin plate seal pieces 10 by welding or fitting at the joint portion 14 at the radially outer end. As a result, the plate surface facing the low pressure side of the high pressure side plate 13 is fixed so as to cover the high pressure side of the large number of thin plate seal pieces 20.
  • the high-pressure side plate 13 defines a high-pressure side gap t0 between the seal body 12 and the high-pressure side wall 21 of the housing 9.
  • the high-pressure side gap t0 corresponds to a gap between the seal body 12 and the high-pressure side wall 21 of the housing 9 when the high-pressure side plate 13 is not provided.
  • the radially inner end of the low-pressure side wall 22 is a stepped portion 23 that is separated from the thin plate seal piece 20 in the axis O direction. That is, compared with the base end side (radially outer side) of the low-pressure side wall 22, a gap between the distal end side (radial inner side) of the low-pressure side wall 22 and the thin plate seal piece 20 (seal body 12) becomes large. It is formed as follows. In other words, the gap (low-pressure side gap) between the low-pressure side edge 20a of the thin plate seal piece 20 and the low-pressure side wall 22 is made as small as possible by the low-pressure side wall 22 on the base end side of the thin plate seal piece 20. On the tip end side of the piece 20, it is enlarged by the step-shaped portion 23. A low-pressure side gap on the tip side of the thin plate sealing piece 20 is indicated by reference numeral t1.
  • the high-pressure side gap t0 is set to be smaller than the low-pressure side gap t1. That is, the distance between the surface of the high-pressure side plate 13 facing the low-pressure side and the high-pressure side end 20e of the seal body 12 is set to be smaller than the low-pressure side gap t1.
  • the high-pressure side plate 13 is not necessarily provided. That is, if the gap between the seal body 12 and the high-pressure side wall 21 of the housing 9 is smaller than the low-pressure side gap t1, the high-pressure side plate 13 can be omitted.
  • the inclined part 20b which inclines to the high voltage
  • the shape is chamfered.
  • the radially outer end of the inclined portion 20b is set so that its radial position is substantially the same as the radially inner end of the low-pressure side wall 22.
  • the region in which the width of the thin seal piece 20 is narrowed by the inclined portion 20b is a region radially inward from the radially inner end of the housing 9 in the radial direction.
  • the thin plate seal piece 20 when the pressing force of the thin plate seal piece 20 is eliminated or becomes small, the thin plate seal piece 20 is in a flat state or a state close to a flat state, and therefore, the low-pressure side gap t1 is separated from the inner wall of the stepped portion 23. This is the distance from the low-pressure side edge 20a of the thin plate seal piece 20.
  • the low-pressure side clearance between the low-pressure side wall 22 and the thin plate seal piece 20 at the location where the rotor and the housing approach each other is t2 which is larger than t1. That is, since the pressing force of the thin plate sealing piece 20 is increased, the thin plate sealing piece 20 is in a curved state. Therefore, the low pressure side gap t2 is formed between the inner wall of the stepped portion 23 and the inclined portion 20b of the thin plate sealing piece 20. It becomes the distance.
  • the low pressure side gaps t1 and t2 are small at the position where the rotor and the stator are separated from each other, but are large at the position where the rotor and the stator are close to each other. That is, as the rotor and the housing approach and the pressing force of the thin plate seal piece 20 increases, the low pressure side gaps t1 and t2 increase.
  • the relationship between the size of the low-pressure side gap and the levitation force of the seal body 12 will be described.
  • FIG. 6A when the gas pressure of the working fluid from the high pressure side region toward the low pressure side region is applied to each thin plate seal piece 20, the inner periphery side tip and the high pressure are applied to each thin plate seal piece 20.
  • a gas pressure distribution 40a is formed in which the gas pressure is highest at the corner r1 positioned on the side, and the gas pressure gradually decreases toward the diagonal corner r2.
  • the thin plate sealing piece 20 has a T-shape.
  • FIG. 6 only the rectangular part where the bending occurs is shown and the other parts are not shown in order to simplify the explanation. Yes.
  • the surface of the thin plate seal piece 20 facing the rotating shaft 6 is a lower surface 20q, and the back side thereof is an upper surface 20p.
  • a gas pressure from the high pressure side region to the low pressure side region is applied to each thin plate sealing piece 20 to form a gas pressure distribution 40a as shown in FIG. 6A, a cross section of each thin plate sealing piece 20 is formed.
  • the gas pressure is adjusted so that the gas pressure applied to the lower surface 20q is higher than the gas pressure applied to the upper surface 20p at an arbitrary position along.
  • the working fluid g flowing from the high pressure side region toward the low pressure side region flows from between the high pressure side wall 21 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 6. 6A, the working fluid g flows between the outer peripheral surface of the rotating shaft 6 and the inner peripheral end of the thin plate seal piece 20, and along the upper surface 20p and the lower surface 20q of the thin plate seal piece 20. , Flows radially from the corner r1 to the corner r2. As the working fluid g flows in this manner, a low pressure region expands toward the outer peripheral side base end of the thin plate sealing piece 20. Therefore, as shown in FIG.
  • the gas pressure distributions 40b, 40c applied perpendicularly to the upper surface 20p and the lower surface 20q of each thin plate seal piece 20 become larger as the inner end of the thin plate seal piece 20 is closer to the thin plate seal piece. It becomes a triangular distribution shape which becomes small as it goes to the outer peripheral side base end of the piece 20.
  • the gas pressure distributions 40b and 40c on each of the upper surface 20p and the lower surface 20q have substantially the same shape, but the thin plate seal pieces 20 are arranged so that the angle with respect to the peripheral surface of the rotating shaft 6 is an acute angle.
  • the relative positions of the gas pressure distributions 40b and 40c on the upper surface 20p and the lower surface 20q are shifted. Therefore, a difference occurs in the gas pressures of the upper surface 20p and the lower surface 20q at an arbitrary point P from the outer peripheral base end to the inner peripheral front end of the thin plate seal piece 20. That is, in the thin plate seal piece 20, the gas pressure applied to the lower surface 20q is higher than the gas pressure applied to the upper surface 20p. As a result, a levitation force FL is generated in the direction of floating from the rotary shaft 6 with respect to the inner circumferential side tip of the thin plate seal piece 20.
  • the levitation force FL acts on each thin plate seal piece 20, and the inner peripheral side of the thin plate seal piece 20
  • the tip is deformed so as to float from the outer peripheral surface of the rotating shaft 6. That is, when the rotary shaft 6 is stopped, the inner peripheral tip of the thin seal piece 20 is in contact with the peripheral surface of the rotary shaft 6 with a predetermined preload, but when the rotary shaft 6 rotates, the inner peripheral tip of the thin seal piece 20 is in contact. Since the levitation force FL acts on the thin plate seal piece 20, the thin plate seal piece 20 floats from the rotating shaft 6 to be in a non-contact state, and a predetermined seal clearance is formed.
  • the gas g flowing from the high-pressure side region to the low-pressure side region through the thin plate seal piece 20 It becomes easy to flow widely diagonally along the upper surface 20p and the lower surface 20q of the thin plate seal piece 20. That is, the greater the low pressure side gap, the greater the levitation force.
  • the inclined portion 20b is formed on the low pressure side edge 20a of the thin plate seal piece 20, and the low pressure side gap is increased as the pressing amount is increased.
  • the floating force of the thin plate sealing piece 20 increases as the pressing amount increases, and the thin plate sealing piece 20 can be prevented from being worn. That is, even when the rotary shaft 6 is eccentric, the difference in the amount of pressing against the thin plate seal piece 20 can be reduced.
  • the levitating force of the thin plate sealing piece 20 becomes small, so that the leakage can be reduced.
  • the high-pressure side gap t0 smaller than the low-pressure side gap t1, it is easy to control the pressure between the thin plate seal pieces 20 by the low-pressure side gap that is changed by the inclined portion 20b of the low-pressure side end 20a.
  • step-shaped portion 23 is formed on the distal end side of the low-pressure side wall 22 of the housing 9, the low-pressure side gap is increased on the distal end side of the low-pressure side wall 22, and The deformation of the thin seal piece 20 can be restrained.
  • the rigidity of the thin plate seal piece 20 is reduced by providing the inclined portion 20b on the low-pressure side edge 20a.
  • the housing 9B of this embodiment is inclined to the high pressure side in the axial direction as the tip end side of the stepped portion 23B of the low pressure side wall 22B is directed radially inward.
  • the front end side of the stepped portion 23B is inclined along the inclined portion 20b of the thin plate sealing piece 20, and the gap between the stepped portion 23 and the inclined portion 20b of the thin plate sealing piece 20 is constant. It is formed to become.
  • the low pressure side gap between the low pressure side wall 22B and the thin plate seal piece 20 at a location where the rotor and the housing are separated and the pressing amount is small is t1B.
  • the low pressure side gap between the low pressure side wall 22B and the thin plate seal piece 20 at a location where the rotor and the housing are close to each other and the pressing amount is large is t2B which is larger than t1B.
  • the step-shaped portion 23B of this embodiment is inclined in the same inclination direction as that of the inclined portion 20b, the difference between t1B and t2B is smaller than that of the first embodiment. That is, the change in the low-pressure side gap is small between the place where the rotor and the housing are separated and the place where the rotor is close.
  • the amount of change in the low-pressure side gap accompanying the change in the pressing amount can be adjusted by making the shape of the stepped portion 23B along the inclined portion 20b.
  • the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the gap between the thin plate sealing piece and the low-pressure side wall may be made uniform without providing the step-shaped portion.
  • pressure side clearance gap by a step shape part was shown, it is good also as arrange
  • the floating force of the thin plate seal piece increases as the pressing amount increases, and the thin plate seal piece can be prevented from being worn. Further, if the pressing amount is small, the levitating force of the thin plate seal piece is small, so that leakage can be reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

　ロータ（６）とステータとの間の空間を高圧側と低圧側とに区画する軸シール装置（１０）であって、ステータからロータ側に向かって延びる薄板シール片（２０）を、ロータの周方向に複数積層してなるシール体（１２）と、ステータに固定され、シール体（１２）を径方向外側から囲うように保持するとともに、シール体（１２）の高圧側端辺に対向する第一対向面（２１）と、シール体の低圧側端辺（２０ａ）に対向する第二対向面（２２）とを有するハウジング（９）と、を備え、シール体（１２）と第一対向面（１３）との間の高圧側隙間（ｔ０）は、シール体（１２）と第二対向面（２２）との間の低圧側隙間（ｔ１）よりも小さくされており、シール体（１２）の各薄板シール片（２０）の低圧側端辺（２０ａ）に、ロータ側となる先端に向かうに従って漸次高圧側に傾斜する傾斜部（２０ｂ）が形成されている軸シール装置（１０）。

Description

軸シール装置及び回転機械
　本発明は、ロータとステータとの間の環状空間を封止して、この環状空間を低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置及び回転機械に関する。
　本願は、２０１３年２月２２日に出願された特願２０１３－０３３２０２号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ガスタービン、蒸気タービン等の回転機械におけるロータの周囲には、高圧側から低圧側に流れる作動流体の漏れ量を少なくするために、軸シール装置が設けられている。この軸シール装置の一例として、例えば、以下の特許文献１に記載された軸シール装置が知られている。
　図９に従来の軸シール装置１１０の概略構成図を示す。この軸シール装置１１０は、ステータの内周面に支持されたハウジング１０９と、このハウジング１０９内に周方向に配置されたシール体１１２とを備えている。
　シール体１１２は、多数の薄板シール片１２０がそれぞれの厚さ方向（図９の紙面方向）をロータ（回転軸６）の周方向に向け、互いに微小間隙をあけて積層されて構成されている。各々の薄板シール片１２０は、ロータの径方向内側の端部（先端）がその径方向外側の端部（後端）よりもロータの回転方向前方側に位置するよう傾斜して配置され、後端がろう付け部２４を介して相互に連結されるとともに、先端が自由端とされている。
　シール体１１２を構成する薄板シール片１２０はロータの軸線方向に所定の幅寸法を有する平板状の部材である。シール体１１２は頭部１２０ｄを有するＴ字形状をなし、ハウジング１０９はこれに対応するＴ字形状の内部空間１０９ａを有している。
　このように概略構成される軸シール装置１１０においては、ロータが静止している際には薄板シール片１２０の先端がロータと接触している。そして、ロータが回転するとロータの回転によって生じる動圧効果により、薄板シール片１２０の先端がロータの外周から浮上してロータと非接触状態となる。このため、この軸シール装置１１０では、薄板シール片１２０の摩耗が抑制され、シール寿命が長くなる。
特許第３６１６０１６号公報 特表２００８－５０９３６９号公報
　ところで、上記従来の軸シール装置１１０は、ロータとステータとの相対偏心量が大きい箇所に適用した際、換言すれば、ロータの回転中心が設計上の回転中心からずれた際、周方向における薄板シール片１２０の押付力に差が生じる。
　即ち、ロータがステータに対して偏心し、一部でロータとステータとの間隔が小さくなり過大な押し付け力が発生する一方、ロータとステータとの間隔が大きくなり押し付け力が過小となる。これにより、過大な押し付け力が発生する箇所では、図１０に示すように、薄板シール片１２０の剛性が増加して浮上特性が低下し、摩耗が発生する可能性がある。また、押し付け力が過小な場所では図１１に示すように隙間Ｇ１，Ｇ２が増加し、漏れが増加する。
　特許文献２には、シール体の端縁に面取り加工を施すことによって、ロータが偏心した場合においても、浮上特性の変化を抑制する軸シール装置が記載されている。
　しかしながら、特許文献２に記載の軸シール装置は、シール体１１２とハウジング１０９との間の隙間が規定されていないため、浮上特性の調整が困難であるという問題がある。
　この発明は、ロータとステータとの相対偏心量が大きくなった場合においても、軸シール装置を構成する薄板シール片の摩耗を抑制するとともに、高圧側から低圧側への漏れを低減することを可能にする軸シール装置を提供することを目的とする。
　本発明の第一の態様によれば、軸シール装置は、ロータとステータとの間の空間を高圧側と低圧側とに区画する軸シール装置であって、前記ステータからロータ側に向かって延びる薄板シール片を、前記ロータの周方向に複数積層してなるシール体と、前記ステータに固定され、前記シール体を径方向外側から囲うように保持するとともに、前記シール体の高圧側端辺に対向する第一対向面と、前記シール体の低圧側端辺に対向する第二対向面とを有するハウジングと、を備え、前記シール体と第一対向面との間の高圧側隙間は、前記シール体と前記第二対向面との間の低圧側隙間よりも小さくされており、前記シール体の各薄板シール片の低圧側端辺に、前記ロータ側となる先端に向かうに従って漸次高圧側に傾斜する傾斜部が形成されている。
　上記構成によれば、押し付け量が大きいほど薄板シール片の浮上力が大きくなり、薄板シール片が摩耗することを防止することができる。また、押し付け量が小さいと薄板シール片の浮上力が小さくなるため、漏れを小さくすることができる。
　また、高圧側隙間が低圧側隙間より小さくなるように設定されていることによって、低圧側端辺の傾斜部によって変化する低圧側隙間による薄板シール片間の圧力制御が容易となる。
　上記軸シール装置において、前記傾斜部は、前記先端から前記第二対向面の前記ロータ側の端に対応する位置まで形成されている構成としてもよい。
　上記軸シール装置において、前記第二対向面の前記ロータ側となる端部は、前記傾斜部の傾斜に沿うように傾斜している構成としてもよい。
　上記構成によれば、押し付け量の変化に伴う低圧側隙間の変化量を調整することができる。
　上記軸シール装置において、前記高圧側端辺には、前記高圧側隙間を規定するための高圧側側板が取り付けられている構成としてもよい。
　上記構成によれば、高圧側側板によって高圧側隙間が規定されるため、薄板シール片間の圧力の制御がより容易となる。
　また、本発明は、上記いずれかの軸シール装置を備えた回転機械を提供する。
　本発明によれば、押し付け量が大きいほど薄板シール片の浮上力が大きくなり、薄板シール片が摩耗することを防止することができる。また、押し付け量が小さいと薄板シール片の浮上力が小さくなるため、漏れを小さくすることができる。
本発明の第一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 図１におけるＳ１－Ｓ１線断面図であり、回転軸の軸線方向からみた軸シール装置の概略構成図である。 図２におけるＳ２－Ｓ２線断面図であり、押し付け量が小さい箇所の軸シール装置の断面図である。 図１におけるＳ１－Ｓ１線断面図であり、ロータとステータとの相対偏心量が大きい場合を説明する断面図である。 図２におけるＳ２－Ｓ２線断面図であり、押し付け量が大きい箇所の軸シール装置の断面図である。 薄板シール片の動作を説明するための図である。 薄板シール片の動作を説明するための図である。 本発明の第二実施形態の押し付け量が小さい箇所の軸シール装置の断面図である。 本発明の第二実施形態の押し付け量が大きい箇所の軸シール装置の断面図である。 従来の軸シール装置の回転軸の軸線を含む断面における断面図である。 従来の軸シール装置の動作を説明する詳細図であって、回転軸の軸線方向からみた薄板シール片を示す図である。 従来の軸シール装置の動作を説明する詳細図であって、回転軸の軸線方向からみた薄板シール片を示す図である。
（第一実施形態）
　以下、図面を参照し、本発明の第一実施形態に係る回転機械について説明する。
　図１は本実施形態に係るガスタービン（回転機械）１の概略全体構成図である。
　ガスタービン１は、図１に示すように、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する圧縮機（回転機械）２と、この圧縮機２にて圧縮された圧縮空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３から導入された燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン（回転機械）４とを備えている。
　圧縮機２及びタービン４は、それぞれ一体回転するように連結されたロータ２Ａ，４Ａと、ロータ２Ａ，４Ａの外周側を囲うステータ２Ｂ，４Ｂとを備えている。なお、以下の説明においては、特に言及しない限り、ロータ２Ａ，４Ａの軸線Ｏ方向を単に「軸線Ｏ方向」と、ロータ２Ａ，４Ａの周方向を単に「周方向」と、ロータ２Ａ，４Ａの径方向を単に「径方向」という。
　ロータ２Ａ，４Ａは、回転軸６ｃ，６と、軸線Ｏ方向に間隔を空けて固定されている複数の環状動翼群７ｃ，７と、を有している。各環状動翼群７ｃ，７は、回転軸６ｃ，６の外周に、周方向に互いの間隔を空けて固定されている複数の動翼を有して構成されている。
　ステータ２Ｂ，４Ｂは、それぞれケーシング２ｂ，４ｂと、ケーシング２ｂ，４ｂ内において軸線Ｏ方向に間隔をあけて固定された複数の環状静翼群５ｃ，５とを備えている。環状静翼群５ｃ，５は、各ケーシング２ｂ，４ｂ内面に、周方向に互いの間隔をあけて固定されている複数の静翼を有している。各静翼の先端には、ハブシュラウドが形成されており、このハブシュラウド（ステータ）が周方向に連結されて全体として円環状になって回転軸６ｃ，６の外周を囲んでいる。
　この環状静翼群５ｃ，５は、それぞれ、複数の環状動翼群７ｃ，７と、軸線Ｏ方向に交互に配置されている。
　圧縮機２及びタービン４には、高圧側から低圧側に作動流体（圧縮空気又は燃焼ガス）ｇが軸線Ｏ方向に漏出するのを防止するため、図１に示すように、各環状静翼群５ｃ，５のハブシュラウドに軸シール装置１０ｃ，１０が設けられている。また、ケーシング２ｂ，４ｂが回転軸６ｃ，６を支持する軸受け部（ステータ）２ｃ，４ｃにおいても、作動流体ｇが高圧側から低圧側に漏出するのを防止するため、軸シール装置１０ｃ，１０が設けられている。
　以下、タービン４の軸シール装置１０の実施形態について説明する。なお、以下では、タービン４の軸シール装置１０について説明するが、圧縮機２の軸シール装置１０ｃも、基本的に同様の構成なので、この説明を省略する。
　図２は図１におけるＳ１－Ｓ１線断面図であり、図３は図２におけるＳ２－Ｓ２線断面図である。なお、図３に示す回転軸６は軸シール装置１０との相対的位置関係を明確にするために模式的に示したものである。
　図２及び図３に示すように、タービン４の軸シール装置１０は、環状静翼群５のハブシュラウドと軸受け部４ｃの内周面とにそれぞれ支持されたハウジング９内に、周方向に延びるシール体１２が収容されることで構成されている。
　シール体１２は多数の薄板シール片２０と、薄板シール片２０とハウジング９との間の隙間を規定する高圧側側板１３（高圧側サイドプレート、第一対向面）によって構成されている。薄板シール片２０は、それぞれの厚さ方向を回転軸６の周方向に向け、互いに微小間隙をあけて積層されている。各々の薄板シール片２０は、その径方向内側の端部がその径方向外側の端部よりも回転軸６の回転方向前方側に位置するよう傾斜して配置され、後端が連結部２４を介して相互にろう付けあるいは溶接されるとともに、先端が自由端とされている。
　シール体１２を構成する薄板シール片２０は回転軸６の軸線方向に所定の幅寸法を有する平板状の部材である。薄板シール片２０は、径方向内側が回転軸６の外周面に対し周方向の傾きをもって所定の予圧で鋭角に摺接している。薄板シール片２０は頭部２０ｄを有するＴ字形状をなし、ハウジング９はこれに対応するＴ字形状の収容空間９ａを有している。
　ハウジング９は、回転軸６の外周側を取り囲むように設けられており、収容空間９ａも周方向に延在して形成されている。図３に示すように、ハウジング９の収容空間９ａは、その開口側、すなわち径方向内側の部分が、幅寸法（軸線Ｏ方向の寸法）が小さく形成された内方側空間９ｂとされている。また、収容空間９ａの開口から径方向外側に離間した空間、すなわち内方側空間９ｂよりも径方向外側の空間が、幅寸法が大きく形成された外方側空間９ｃとされている。これら内方側空間９ｂと外方側空間９ｃとは互いに連通状態とされている。そして、この内方側空間９ｂの開放部が径方向内側の回転軸６に向いている。
　内方側空間９ｂは、その軸線Ｏ方向の寸法が薄板シール片２０の軸線Ｏ方向の寸法（幅寸法）よりも僅かに大きくなるように形成されている。
　また、ハウジング９の内方側空間９ｂの軸線Ｏ方向の高圧側は高圧側側壁２１とされ、軸線Ｏ方向の低圧側は低圧側側壁２２（第二対向面）とされている。即ち、高圧側側壁２１は薄板シール片２０の高圧側端辺２０ｅの対向面であり、低圧側側壁２２は薄板シール片２０の低圧側端辺２０ａの対向面である。内方側空間９ｂは、高圧側側壁２１と低圧側側壁２２によって形成されている。高圧側側壁２１と低圧側側壁２２の径方向内側の端と回転軸６との間には所定の間隔が設けられている。
　高圧側側板１３は、多数の薄板シール片２０における高圧側領域に対抗する一方の側縁と高圧側側壁２１との間に挟み込まれている。高圧側側板１３は、厚さ方向を軸線Ｏ方向に向け、回転軸６の軸線Ｏ方向から見た形状が円弧帯状をなしている。即ち、高圧側側板１３は、軸線Ｏ方向を向く面を有し、周方向に湾曲して延びるように形成されている。
　高圧側側板１３は、径方向外側端の接合部１４において、多数の薄板シール片１０に溶接あるいは嵌合によって接合されている。これによって、高圧側側板１３の低圧側を向く板面が、多数の薄板シール片２０の高圧側を覆うように固定される。高圧側側板１３によって、シール体１２とハウジング９の高圧側側壁２１との間の高圧側隙間ｔ０が規定される。この高圧側隙間ｔ０は、高圧側側板１３を設けない場合のシール体１２とハウジング９の高圧側側壁２１との間の隙間に相当する。
　また、低圧側側壁２２の径方向内側の端部は薄板シール片２０に対して軸線Ｏ方向に離間する段形状部２３とされている。即ち、低圧側側壁２２の基端側（径方向外側）と比較して、低圧側側壁２２の先端側（径方向内側）は、薄板シール片２０（シール体１２）との隙間が大となるように形成されている。換言すれば、薄板シール片２０の低圧側端辺２０ａと低圧側側壁２２との隙間（低圧側隙間）は、薄板シール片２０の基端側においては低圧側側壁２２によって極力小さくされ、薄板シール片２０の先端側においては、段形状部２３によって大きくされている。薄板シール片２０の先端側の低圧側隙間を符号ｔ１で示す。
　ここで、高圧側隙間ｔ０は、低圧側隙間ｔ１よりも小さくなるように設定されている。即ち、高圧側側板１３の低圧側を向く面とシール体１２の高圧側端辺２０ｅとの間隔が、低圧側隙間ｔ１よりも小さくなるように設定されている。
　なお、高圧側側板１３は必ずしも設ける必要はない。即ち、シール体１２とハウジング９の高圧側側壁２１との間の隙間が低圧側隙間ｔ１よりも小さくなっていれば、高圧側側板１３を設けない構成とすることもできる。
　そして、本実施形態の薄板シール片２０の低圧側端辺２０ａには、ロータ側となる先端に向かうに従って漸次高圧側（軸線Ｏ方向の高圧側）に傾斜する傾斜部２０ｂが形成されている。即ち、各々の薄板シール片２０の低圧側領域を向く一辺である低圧側端辺２０ａの先端側は、軸線Ｏ方向の寸法（幅寸法）がロータ（回転軸６）に近付くに従って漸次小さくなるように、面取り形状とされている。
　具体的には、傾斜部２０ｂの径方向外側の端は、低圧側側壁２２の径方向内側の端と、径方向における位置が略同じとなるように設定されている。換言すれば、傾斜部２０ｂによって薄板シール片２０の幅が狭くなる領域は、径方向においてハウジング９の径方向内側端より径方向内側の領域である。
　次に、本実施形態の軸シール装置の作用について説明する。
　図４に示すように、ロータとステータとの相対偏心量が大きい場合、ロータとハウジングとが離間する箇所（符号Ｗで示す）と、ロータとハウジングとが接近する箇所（符号Ｎで示す）が生じる。図３に示すように、ロータとハウジングとが離間する箇所における低圧側側壁２２と薄板シール片２０との間の低圧側隙間はｔ１となる。即ち、薄板シール片２０の押し付け力が無くなるか僅かになることによって、薄板シール片２０が平面状態、又は平面状態に近い状態となるため、低圧側隙間ｔ１は、段形状部２３の内側壁と薄板シール片２０の低圧側端辺２０ａとの距離となる。
　図５に示すように、ロータとハウジングとが接近する箇所における低圧側側壁２２と薄板シール片２０との間の低圧側隙間はｔ１より大きいｔ２となる。即ち、薄板シール片２０の押し付け力が大きくなることによって、薄板シール片２０が湾曲した状態となるため、低圧側隙間ｔ２は、段形状部２３の内側壁と薄板シール片２０の傾斜部２０ｂとの距離となる。
　以上まとめると、低圧側隙間ｔ１，ｔ２は、ロータとステータとが離間する位置においては小さくなる一方、ロータとステータとが接近する位置においては大きくなる。即ち、ロータとハウジングが接近して薄板シール片２０の押し付け力が大きくなるに従って、低圧側隙間ｔ１，ｔ２が大きくなる。
　ここで、低圧側隙間の大きさとシール体１２の浮上力との関係について説明する。
　図６Ａに示すように、高圧側領域から低圧側領域に向かう作動流体のガス圧が各々の薄板シール片２０に加わった場合に、各々の薄板シール片２０に対して、内周側先端かつ高圧側に位置する角部ｒ１で最もガス圧が高く、対角の角部ｒ２に向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧力分布４０ａが形成される。なお、図３においては薄板シール片２０はＴ字型形状としているが、図６においては説明を簡単にするために、撓みが生じる長方形部分のみを図示してその他の部分は図示を省略している。
　また、図６Ｂに示す回転軸６の周方向に沿った断面図のように、薄板シール片２０の回転軸６に面した面を下面２０ｑとするとともに、その裏側を上面２０ｐとする。そして、各々の薄板シール片２０に対して高圧側領域から低圧側領域に向かうガス圧が加わって、図６Ａのようにガス圧力分布４０ａが形成されるとき、各々の薄板シール片２０の断面に沿った任意位置における上面２０ｐに加わるガス圧よりも下面２０ｑに加わるガス圧の方が高くなるように、ガス圧が調整される。
　この際、高圧側領域から低圧側領域に向かって流れる作動流体ｇは、高圧側側壁２１と回転軸６の外周面との間から流入する。そして、作動流体ｇは、図６Ａのように、回転軸６の外周面と薄板シール片２０の内周側先端との間を流れるとともに、薄板シール片２０の上面２０ｐ及び下面２０ｑとに沿って、角部ｒ１から角部ｒ２の方向へ放射状に流れる。このように作動流体ｇが流れることで、薄板シール片２０の外周側基端に向かって低圧の領域が広がる。そのため、図６Ｂに示すように、各々の薄板シール片２０の上面２０ｐ及び下面２０ｑに垂直に加わるガス圧力分布４０ｂ，４０ｃは、薄板シール片２０の内周側先端に近いほど大きくなるとともに薄板シール片２０の外周側基端に向かうほど小さくなる三角分布形状となる。
　この上面２０ｐ及び下面２０ｑのそれぞれにおけるガス圧力分布４０ｂ，４０ｃは略等しい形状となるが、回転軸６の周面に対する角度が鋭角となるように各々の薄板シール片２０が配置されているので、これら上面２０ｐ及び下面２０ｑにおける各ガス圧力分布４０ｂ，４０ｃの相対位置がずれる。よって、薄板シール片２０の外周側基端から内周側先端に向かう任意の点Ｐにおける上面２０ｐ及び下面２０ｑのガス圧に差が生じる。即ち、薄板シール片２０において、下面２０ｑに加わるガス圧が上面２０ｐに加わるガス圧よりも高くなる。これによって、薄板シール片２０内周側先端に対して回転軸６より浮かせる方向に浮上力ＦＬが発生する。
　以上のようにして、各々の薄板シール片２０の上面２０ｐ及び下面２０ｑ間に圧力差を生じさせることで、各々の薄板シール片２０に浮上力ＦＬが作用し、薄板シール片２０の内周側先端が回転軸６の外周面から浮上するように変形させられる。即ち、回転軸６の停止時には薄板シール片２０の内周側先端は所定の予圧で回転軸６の周面に接触しているが、回転軸６の回転時には薄板シール片２０の内周側先端に浮上力ＦＬが作用するため、薄板シール片２０が回転軸６から浮上して非接触状態となり、所定のシールクリアランスが形成されるのである。
　ここで、高圧側隙間よりも低圧側隙間を大きくすることによって、高圧側から加圧された際に、薄板シール片２０を通過して高圧側領域から低圧側領域へ流れるガスｇは、各々の薄板シール片２０の上面２０ｐ及び下面２０ｑに沿って対角に向かって広く流れやすくなる。即ち、低圧側隙間が大きいほど、浮上力が大きくなる。
　上記実施形態によれば、薄板シール片２０の低圧側端辺２０ａに傾斜部２０ｂを形成して、押し付け量が大きいほど低圧側隙間が大きくなるようにした。これにより、押し付け量が大きいほど薄板シール片２０の浮上力が大きくなり、薄板シール片２０が摩耗することを防止することができる。即ち、回転軸６が偏心した場合においても薄板シール片２０への押し付け量の差を少なくすることができる。
　また、押し付け量が小さいと薄板シール片２０の浮上力が小さくなるため、漏れを小さくすることができる。
　また、高圧側隙間ｔ０を低圧側隙間ｔ１よりも小さくしたことによって、低圧側端辺２０ａの傾斜部２０ｂによって変化する低圧側隙間による薄板シール片２０間の圧力制御が容易となる。
　また、ハウジング９の低圧側側壁２２の先端側に段形状部２３が形成されていることによって、低圧側側壁２２の先端側において低圧側隙間を大きくしながら、低圧側側壁２２の基端側において薄板シール片２０の変形を拘束することができる。
　また、低圧側端辺２０ａに傾斜部２０ｂを設けたことによって、薄板シール片２０の剛性が低下する。これにより、薄板シール片２０に発生する力に対する抵抗力が減少するため、回転軸６の偏心時の軸シール装置１０の追従性を向上させることができる。
　さらに、低圧側端辺２０ａに傾斜部２０ｂを設けたことによって、薄板シール片２０のねじれを低減することができる。
（第二実施形態）
　以下、本発明の第二実施形態の軸シール装置を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
　本実施形態のハウジング９Ｂは、低圧側側壁２２Ｂの段形状部２３Ｂの先端側が径方向内側に向かうに従って、軸線方向の高圧側に傾斜している。具体的には、段形状部２３Ｂの先端側は薄板シール片２０の傾斜部２０ｂに沿うように傾斜しており、段形状部２３と薄板シール片２０の傾斜部２０ｂとの間の隙間が一定となるように形成されている。
　次に、本実施形態の軸シール装置１０Ｂの作用について説明する。
　図７に示すように、ロータとハウジングとが離間し、押し付け量が小さい箇所における低圧側側壁２２Ｂと薄板シール片２０との間の低圧側隙間はｔ１Ｂとなる。
　図８に示すように、ロータとハウジングとが接近し、押し付け量が大きい箇所における低圧側側壁２２Ｂと薄板シール片２０との間の低圧側隙間はｔ１Ｂより大きいｔ２Ｂとなる。
　ここで、本実施形態の段形状部２３Ｂは傾斜部２０ｂと同一傾斜方向に傾斜しているため、ｔ１Ｂとｔ２Ｂとの差は第一実施形態と比較すると小さなものとなる。即ち、ロータとハウジングとが離間する場所と接近する場所とで、低圧側隙間の変化が小さいものとなる。
　上記実施形態によれば、段形状部２３Ｂの形状を傾斜部２０ｂに沿う形状とすることによって、押し付け量の変化に伴う低圧側隙間の変化量を調整することができる。
　なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
　上記各実施形態の低圧側側壁には段形状部が設けられているが、段形状部を設けることなく、薄板シール片と低圧側側壁との隙間を一様にしてもよい。
　また、上記各実施形態においては、段形状部によって低圧側隙間を規定する例を示したが、段形状部と同等の形状を有する側板（サイドプレート）を配置することとしてもよい。
　この軸シール装置によれば、押し付け量が大きいほど薄板シール片の浮上力が大きくなり、薄板シール片が摩耗することを防止することができる。また、押し付け量が小さいと薄板シール片の浮上力が小さくなるため、漏れを小さくすることができる。
　１　ガスタービン（回転機械）
　２Ａ，４Ａ　ロータ
　２Ｂ，４Ｂ　ステータ
　６　回転軸
　９　ハウジング
　１０　軸シール装置
　１２　シール体
　１３　高圧側側板（第一対向面）
　２０　薄板シール片
　２０ａ　低圧側端辺
　２０ｂ　傾斜部
　２１　高圧側側壁
　２２　低圧側側壁（第二対向面）
　２４　連結部
　ｔ０　高圧側隙間
　ｔ１，ｔ２　低圧側隙間

Claims (5)

  1. 　ロータとステータとの間の空間を高圧側と低圧側とに区画する軸シール装置であって、
    　前記ステータからロータ側に向かって延びる薄板シール片を、前記ロータの周方向に複数積層してなるシール体と、
    　前記ステータに固定され、前記シール体を径方向外側から囲うように保持するとともに、前記シール体の高圧側端辺に対向する第一対向面と、前記シール体の低圧側端辺に対向する第二対向面とを有するハウジングと、を備え、
    　前記シール体と第一対向面との間の高圧側隙間は、前記シール体と前記第二対向面との間の低圧側隙間よりも小さくされており、
    　前記シール体の各薄板シール片の低圧側端辺に、前記ロータ側となる先端に向かうに従って漸次高圧側に傾斜する傾斜部が形成されている軸シール装置。
  2. 　前記傾斜部は、前記先端から前記第二対向面の前記ロータ側の端に対応する位置まで形成されている請求項１に記載の軸シール装置。
  3. 　前記第二対向面の前記ロータ側となる端部は、前記傾斜部の傾斜に沿うように傾斜している請求項１又は請求項２に記載の軸シール装置。
  4. 　前記高圧側端辺には、前記高圧側隙間を規定するための高圧側側板が取り付けられている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の軸シール装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の軸シール装置を備える回転機械。
PCT/JP2014/053282 2013-02-22 2014-02-13 軸シール装置及び回転機械 Ceased WO2014129371A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020157016974A KR101721348B1 (ko) 2013-02-22 2014-02-13 축 시일장치 및 회전기계
CN201480003696.1A CN104870871B (zh) 2013-02-22 2014-02-13 轴封装置及旋转机械
US14/769,241 US9677669B2 (en) 2013-02-22 2014-02-13 Shaft seal device and rotary machine
EP14754259.1A EP2960558B1 (en) 2013-02-22 2014-02-13 Shaft seal device and rotary machine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013033202A JP6012505B2 (ja) 2013-02-22 2013-02-22 軸シール装置及び回転機械
JP2013-033202 2013-02-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014129371A1 true WO2014129371A1 (ja) 2014-08-28

Family

ID=51391166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/053282 Ceased WO2014129371A1 (ja) 2013-02-22 2014-02-13 軸シール装置及び回転機械

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9677669B2 (ja)
EP (1) EP2960558B1 (ja)
JP (1) JP6012505B2 (ja)
KR (1) KR101721348B1 (ja)
CN (1) CN104870871B (ja)
WO (1) WO2014129371A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016153676A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン用シール装置及びタービン、並びにシール装置用の薄板
CN107250487A (zh) * 2015-02-20 2017-10-13 三菱日立电力系统株式会社 叶轮机用密封装置、叶轮机及密封装置用的薄板
CN107355540A (zh) * 2017-08-18 2017-11-17 国网湖南省电力公司 间隙自适应调整密封结构
US20240125391A1 (en) * 2021-07-30 2024-04-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal device and rotary machine

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6270053B2 (ja) * 2014-12-16 2018-01-31 三菱日立パワーシステムズ株式会社 軸シール機構
JP6168706B2 (ja) * 2014-12-16 2017-07-26 三菱日立パワーシステムズ株式会社 軸シール機構
JP6245762B2 (ja) * 2014-12-16 2017-12-13 三菱日立パワーシステムズ株式会社 軸シール機構
WO2017146155A1 (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 日立オートモティブシステムズ株式会社 シリンダ装置およびその製造方法
US11415227B2 (en) 2019-08-21 2022-08-16 Raytheon Technologies Corporation Non-contact seal assembly with chamfered seal shoe

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11513781A (ja) * 1995-10-05 1999-11-24 イージーアンドジー・シーロル・インコーポレーテッド 可撓性の前面板を有するブラシシール
JP2002013647A (ja) * 2000-04-28 2002-01-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸シール機構及びガスタービン
JP2006052765A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸シール機構及び軸シール機構をステータに取り付ける構造並びにこれらを備えたタービン。
JP2008509369A (ja) 2004-08-07 2008-03-27 ロールス・ロイス・ピーエルシー リーフシール装置
JP2012177420A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸シール機構

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5201530A (en) * 1991-10-18 1993-04-13 United Technologies Corporation Multi-layered brush seal
DE4403605C2 (de) 1994-02-05 1995-11-09 Mtu Muenchen Gmbh Spaltdichtung zwischen zwei gegeneinander beweglichen Bauteilen
GB9801864D0 (en) 1998-01-30 1998-03-25 Rolls Royce Plc A seal arrangement
CA2359933C (en) * 2001-02-08 2006-03-14 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal and gas turbine
JP2002257242A (ja) * 2001-02-27 2002-09-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械の軸シール
US6550777B2 (en) 2001-06-19 2003-04-22 General Electric Company Split packing ring segment for a brush seal insert in a rotary machine
JP3702212B2 (ja) * 2001-09-28 2005-10-05 三菱重工業株式会社 軸シール機構及びタービン
JP3593082B2 (ja) 2001-10-09 2004-11-24 三菱重工業株式会社 軸シール機構及びタービン
CN100396885C (zh) * 2003-05-21 2008-06-25 三菱重工业株式会社 轴密封机构、轴密封机构的组装结构和大型流体机械
JP2007263376A (ja) * 2003-05-21 2007-10-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸シール機構
CN1324221C (zh) * 2003-05-21 2007-07-04 三菱重工业株式会社 轴密封机构
JP4081719B2 (ja) * 2003-05-30 2008-04-30 イーグル・エンジニアリング・エアロスペース株式会社 板ブラシシール装置
US8540479B2 (en) 2007-01-11 2013-09-24 General Electric Company Active retractable seal for turbo machinery and related method
GB0707224D0 (en) * 2007-04-14 2007-05-23 Rolls Royce Plc A seal arrangement
JP5118552B2 (ja) * 2008-05-20 2013-01-16 三菱重工業株式会社 回転機械の軸シール装置
EP2444701B1 (en) * 2009-06-16 2020-07-01 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Shaft seal device
US8413992B2 (en) 2009-06-16 2013-04-09 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal and rotary machine with same
US8152462B1 (en) * 2009-08-19 2012-04-10 Florida Turbine Technologies, Inc. Card seal with conical flexible seal
JP5473685B2 (ja) * 2010-03-10 2014-04-16 三菱重工業株式会社 軸シール装置及び軸シール装置を備える回転機械
GB201105625D0 (en) * 2011-04-04 2011-05-18 Rolls Royce Plc Seal
GB201209705D0 (en) * 2012-05-31 2012-07-18 Rolls Royce Plc Leaf seal
GB201311607D0 (en) * 2013-06-28 2013-08-14 Rolls Royce Plc A leaf seal

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11513781A (ja) * 1995-10-05 1999-11-24 イージーアンドジー・シーロル・インコーポレーテッド 可撓性の前面板を有するブラシシール
JP2002013647A (ja) * 2000-04-28 2002-01-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸シール機構及びガスタービン
JP3616016B2 (ja) 2000-04-28 2005-02-02 三菱重工業株式会社 軸シール機構及びガスタービン
JP2008509369A (ja) 2004-08-07 2008-03-27 ロールス・ロイス・ピーエルシー リーフシール装置
JP2006052765A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸シール機構及び軸シール機構をステータに取り付ける構造並びにこれらを備えたタービン。
JP2012177420A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸シール機構

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016153676A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン用シール装置及びタービン、並びにシール装置用の薄板
WO2016132646A1 (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン用シール装置及びタービン、並びにシール装置用の薄板
CN107250487A (zh) * 2015-02-20 2017-10-13 三菱日立电力系统株式会社 叶轮机用密封装置、叶轮机及密封装置用的薄板
EP3249172A4 (en) * 2015-02-20 2018-03-21 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Seal device for turbine, turbine, and thin plate for seal device
CN107250487B (zh) * 2015-02-20 2019-07-05 三菱日立电力系统株式会社 叶轮机用密封装置、叶轮机及密封装置用的薄板
US10662796B2 (en) 2015-02-20 2020-05-26 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Seal device for turbine, turbine, and thin plate for seal device
US10731499B2 (en) 2015-02-20 2020-08-04 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Seal device for turbine, turbine, and thin plate for seal device
CN107355540A (zh) * 2017-08-18 2017-11-17 国网湖南省电力公司 间隙自适应调整密封结构
CN107355540B (zh) * 2017-08-18 2023-07-14 国网湖南省电力公司 间隙自适应调整密封结构
US20240125391A1 (en) * 2021-07-30 2024-04-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal device and rotary machine
US12345335B2 (en) * 2021-07-30 2025-07-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft seal device and rotary machine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014163420A (ja) 2014-09-08
EP2960558B1 (en) 2018-05-23
EP2960558A4 (en) 2016-11-02
KR101721348B1 (ko) 2017-03-29
KR20150090182A (ko) 2015-08-05
CN104870871B (zh) 2016-11-09
US20160010751A1 (en) 2016-01-14
EP2960558A1 (en) 2015-12-30
JP6012505B2 (ja) 2016-10-25
CN104870871A (zh) 2015-08-26
US9677669B2 (en) 2017-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6012505B2 (ja) 軸シール装置及び回転機械
CN103842695B (zh) 轴密封装置及具备该轴密封装置的旋转机械
JP5174241B2 (ja) 軸シール及びこれを備えた回転機械
CN102918308B (zh) 轴封机构、及具备该机构的旋转机械
JP3616016B2 (ja) 軸シール機構及びガスタービン
JP5595259B2 (ja) 軸シール装置及びこれを備える回転機械
CN105874247B (zh) 轴密封装置及旋转机械
CN104040229B (zh) 轴封装置及具备该轴封装置的旋转机械
KR102240987B1 (ko) 베어링 장치 및 회전기계
JP6631837B2 (ja) シールセグメント及び回転機械
JP2016153625A (ja) タービン用シール装置及びタービン、並びにシール装置用の薄板
JP5693292B2 (ja) 軸シール機構
JP2017203469A (ja) シールセグメント及び回転機械
JP6270053B2 (ja) 軸シール機構
US10927765B2 (en) Seal segment and rotary machine
WO2019160013A1 (ja) シールセグメント及び回転機械

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14754259

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157016974

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014754259

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14769241

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE