CN104040229A - 轴封装置及具备该轴封装置的旋转机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴封装置及具备该轴封装置的旋转机械。该轴封装置为设置于旋转机械中的转子与定子之间的环状空间，并在转子的轴线方向上将环状空间分为低压侧区域及高压侧区域的轴封装置，其具有：密封体，沿转子的周向层叠多个从定子朝向转子的径向内侧延伸的薄板密封片而成；及侧板，具有朝向轴线方向的面，并向环状空间的周向弯曲延伸，密封体焊接于侧板的朝向轴线方向的面，以便密封体沿着侧板的弯曲形状。

Description

轴封装置及具备该轴封装置的旋转机械

技术领域

本发明涉及一种密封转子与定子之间的环状空间并将该环状空间分为低压侧区域与高压侧区域的轴封装置及具备该轴封装置的旋转机械。

本申请主张基于2012年1月13日于日本申请的日本专利申请2012-005129号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

在燃气涡轮机、蒸气涡轮机等旋转机械中的转子周围，为了减少从高压侧流向低压侧的工作流体的泄漏量，设置有轴封装置。作为该轴封装置的一例，已知有例如以下专利文献1中记载的轴封装置。

该轴封装置具备有设置于定子的壳体及由多个薄板密封片构成的密封体。

密封体中，使多个薄板密封片各自的厚度方向朝向转子的周向，并相互隔着微小间隙来进行层叠。各薄板密封片以其径向内侧的端部(前端)位于比其径向外侧的端部(后端)更靠转子的旋转方向前侧的位置的方式倾斜配置，后端相互连结，并且前端设为自由端。

在大致如此构成的轴封装置中，转子静止时，各薄板密封片的前端与转子接触。而且，若转子旋转，则由于通过该转子的旋转而产生的动压效果，薄板密封片前端从转子的外周上浮而成为与转子不接触的状态。因此，该轴封装置中，各薄板密封片的磨损被抑制，密封寿命变长。

图11中示出以往的轴封装置110的概略结构图。轴封装置110通过在支承于定子内周面的圆环状壳体9内沿周向配置多个以圆环状延伸的密封段111而构成。

密封段111由如下构成：密封体112，由多个薄板密封片120构成；保持环113、114，截面呈U字状，保持多个薄板密封片120；及高压侧侧板116及低压侧侧板117，设置成从转子的轴线方向挟持密封体112。

保持环113、114为用于保持多个薄板密封片120的头部121的部件。并且，在高压侧侧板116及低压侧侧板117的转子的径向外侧端部形成有朝向轴线方向的突出部116a、117a。以该突出部116a、117a进入薄板密封片120的头部121与躯体部122之间的凹坑123的状态，通过保持环113、114以不会向径向脱落的方式进行保持。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3616016号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

但是，上述结构的轴封装置110成为构成密封段111的保持环113、114保持高压侧侧板116及低压侧侧板117的结构。由于该保持环113、114的存在，轴封装置110的转子径向的长度较大，例如为30～40mm，宽度较大，例如为15mm。由此，由于安装空间上的限制，适用对象受限。

本发明是考虑到这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够通过进一步小型化来扩大适用对象的轴封装置及具备该轴封装置的旋转机械。

用于解决技术课题的手段

为了实现上述目的，本发明提供如下机构。

根据本发明的第1方式，提供一种轴封装置，其设置于转子与包围该转子的外周侧的定子之间的环状空间，在所述转子的轴线方向上将该环状空间分为低压侧区域及高压侧区域，其中，所述轴封装置具备：密封体，沿所述转子的周向层叠多个从所述定子朝向所述转子的径向内侧延伸的薄板密封片而成；及侧板，具有朝向轴线方向的面，并沿所述环状空间的周向弯曲延伸，该密封体焊接于该侧板的朝向所述轴线方向的面，以便所述密封体沿着所述侧板的弯曲形状。

根据上述结构，通过将侧板焊接于密封体，能够省略用于与薄型密封片一同保持侧板的部件。由此，能够使轴封装置进一步小型化。

并且，根据本发明的第2方式，优选在所述轴封装置中，所述侧板由以沿着所述密封体的高压侧的方式配置的高压侧侧板及以沿着所述密封体的低压侧的方式配置的低压侧侧板构成，所述密封体焊接于所述高压侧侧板及所述低压侧侧板的朝向所述轴线方向的面。

并且，根据本发明的第3方式，优选在所述轴封装置中具备具有朝向所述转子的径向的面且沿所述环状空间的周向弯曲延伸的保护板，所述保护板焊接于所述密封体的径向外侧端部。

根据上述结构，能够进一步提高轴封装置的保护功能。并且，由于密封体的露出减少，因此轴封装置的处理变得更轻松。而且，通过焊接保护板，能够使构成密封体的多个薄型密封片彼此的结合更牢固。

并且，根据本发明的第4方式，优选在所述轴封装置中，所述高压侧侧板上形成有从所述高压侧区域朝向所述低压侧区域挤压该高压侧侧板的一部分的弹性部件。

根据上述结构，通过由弹性部件从高压侧向低压侧挤压高压侧侧板，能够使高压侧侧板可靠地追随薄板密封片，并且能够抑制高压侧侧板的振动。换言之，通过弹性部件始终对高压侧侧板进行加压，能够使轴封装置的工作稳定。

并且，根据本发明的第5方式，旋转机械具备上述轴封装置。

发明效果

根据上述轴封装置，通过将侧板焊接于密封体，能够省略用于与薄型密封片一同保持侧板的部件。由此，能够使轴封装置进一步小型化。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式所涉及的燃气涡轮机(旋转机械)整体的概略结构图。

图2是图1中的S1-S1线剖视图。

图3是本发明的第1实施方式所涉及的轴封装置的、图2中的S2-S2线剖视图。

图4是从轴向一侧向另一侧观察本发明的第1实施方式所涉及的轴封装置的示意图。

图5是本发明的第2实施方式所涉及的轴封装置的、图2中的S2-S2线剖视图。

图6是本发明的第2实施方式的另一形态所涉及的轴封装置的、图2中的S2-S2线剖视图。

图7是本发明的第3实施方式所涉及的轴封装置的、图2中的S2-S2线剖视图。

图8是本发明的第3实施方式的变形例所涉及的轴封装置的、图2中的S2-S2线剖视图。

图9是本发明的第4实施方式所涉及的轴封装置的。图2中的S2-S2线剖视图。

图10是本发明的第4实施方式的变形例所涉及的轴封装置的、图2中的S2-S2线剖视图。

图11是以往的轴封装置的剖视图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参考附图，对本发明的第1实施方式所涉及的旋转机械进行说明。

图1是本发明的实施方式所涉及的燃气涡轮机(旋转机械)1整体的概略结构图。

如图1所示，燃气涡轮机1具备有：压缩机(旋转机械)2，将大量空气引入内部并进行压缩；燃烧器3，向通过该压缩机2压缩的压缩空气中混合燃料并进行燃烧；及燃气涡轮机(旋转机械)4，将从燃烧器3导入的燃烧气体的热能转换为转动能。

压缩机2及涡轮机4分别具备有以一体旋转的方式连结的转子2A、4A及包围转子2A、4A的外周侧的定子2B、4B。另外，以下说明中，只要未特别提及，则将转子2A、4A的轴线O方向简称为“轴线O方向”，将转子2A、4A的周向简称为“周向”，将转子2A、4A的径向简称为“径向”。并且，在转子2A、4A的轴线O方向上，将高压侧称为“一侧”，将低压侧称为“另一侧”。

转子2A、4A具有旋转轴6c、6及在轴线O方向上隔开间隔而固定的多个环状转子叶片组7c、7。各环状转子叶片组7c、7构成为在旋转轴6c、6的外周具有沿周向相互隔开间隔而固定的多个转子叶片。

定子2B、4B分别具备有壳体2b、4b及在壳体2b、4b内沿轴线O方向隔开间隔而固定的多个环状定子叶片组5c、5。

环状定子叶片组5c、5在各壳体2b、4b的内表面具有在周向上相互隔开间隔而固定的多个定子叶片。各定子叶片的前端形成有轮毂罩。该轮毂罩(定子)沿周向连结而整体呈圆环状而包围旋转轴6c、6的外周。

该环状定子叶片组5c、5分别与多个环状转子叶片组7c、7沿轴线O方向交叉配置。

压缩机2及涡轮机4中，如图1所示，为了防止工作流体(压缩空气或燃烧气体)g从高压侧向低压侧沿轴线O方向漏出，在各环状定子叶片组5c、5的轮毂罩上设置有轴封装置10c、10。并且，在壳体2b、4b支承旋转轴6c、6的轴承部(定子)2c、4c中，为了防止工作流体g从高压侧向低压侧漏出，也设置有轴封装置10c、10。

以下，对涡轮机4的轴封装置10的实施方式进行说明。另外，以下对涡轮机4的轴封装置10进行说明，但是压缩机2的轴封装置10c也是基本相同的结构，因此省略该说明。

图2是图1中的S1-S1线剖视图，图3是图2中的S2-S2线剖视图。

如图2所示，涡轮机4的轴封装置10通过在分别由环状定子叶片组5的轮毂罩及轴承部4c的内周面支承的环状空间即壳体9内沿周向配置多个(本实施方式中为8个)以圆弧状延伸的密封段11来构成。密封段11被分割为，随着从径向外侧朝向径向内侧而朝向旋转方向的前侧。

壳体9沿着旋转轴6的外周向周向整周延伸，并形成有圆环状容纳空间9a。如图3所示，壳体9的容纳空间9a中，其开口侧即径向内侧的部分成为较小地形成宽度尺寸(轴线O方向的尺寸)的内侧空间9b。并且，从容纳空间9a的开口向径向外侧远离的空间，即比内侧空间9b更靠径向外侧的空间成为较大地形成宽度尺寸的外侧空间9c。这些内侧空间9b与外侧空间9c设为相互连通的状态。而且，该内侧空间9b的开放部9d朝向径向内侧的旋转轴6。

如图3所示，密封段11由如下构成：密封体12(参考图4)，由多个薄板密封片20构成；弹性体15，向径向内侧对密封体12进行加力；及高压侧侧板16及低压侧侧板17，设置为从轴线O方向挟持密封体12。

图4是从轴线O方向的一侧向另一侧观察密封段11时的示意图。

如图4所示，密封体12通过层叠多个薄板状薄板密封片20而成(参考图2)，这些多个薄板密封片20的径向外侧的端部即薄板密封片20的后端20a侧相互连结。如图2所示，多个薄板密封片20配设成随着从径向外侧朝向径向内侧而朝向旋转方向的前方。

并且，薄板密封片20为主要由较薄的钢板形成的部件，如图3所示，从旋转轴6的周向观察时形成为T字状，配置成其宽度方向朝向旋转轴6的轴线O方向。换言之，薄板密封片20配置成其厚度方向朝向旋转轴6的周向。

薄板密封片20具有头部21及与该头部21相比更小地形成宽度尺寸及厚度尺寸的躯体部22。该薄板密封片20形成为从旋转轴6的径向外侧朝向径向内侧，以头部21、躯体部22的顺序连续。

多个薄板密封片20中，各个头部21相互焊接而彼此连结。并且，多个薄板密封片20的躯体部22设为可弹性变形，各个躯体部22的径向内侧的端部即该薄板密封片20的前端20b设为自由端。而且构成为，旋转轴6停止旋转时，各薄板密封片20的前端20b侧以规定加压与旋转轴6接触。

如图4所示，多个薄板密封片20在周向上相互隔开微小间隙s而排列。多个薄板密封片20中，通过使头部21的厚度尺寸比躯体部22的厚度尺寸大，在各自的厚度方向上彼此相邻的2个薄板密封片20的躯体部22之间形成微小间隙s。

高压侧侧板16及低压侧侧板17均将厚度方向朝向轴线O方向，从旋转轴6的轴线O方向观察时的形状呈圆弧带状。即，高压侧侧板16及低压侧侧板17形成为具有朝向轴线O方向的面且沿容纳空间9a的周向弯曲延伸。而且，低压侧侧板17的径向尺寸设定为比高压侧侧板16的径向尺寸短。

高压侧侧板16及低压侧侧板17均在径向外侧端的焊接部W上焊接于密封体12。高压侧侧板16及低压侧侧板17与密封体12沿着周向被焊接，焊接部W也沿周向弯曲延伸。由此，高压侧侧板16的朝向低压侧的板面以覆盖密封体12的高压侧的方式固定，并且低压侧侧板17的朝向高压侧的板面以覆盖密封体12的低压侧的方式固定。

作为在该焊接中使用的焊接方法，例如能够适用激光焊接、TIG焊接等，但并不限定于此。

并且，焊接时为了使焊接质量良好，优选研磨密封体12的侧面，使密封体12侧面的凹凸消失。

另外，优选沿周向连续进行焊接，但担心由焊接引起的薄型密封片20的翘曲等时，也可隔开规定间隔而进行点焊接。

另外，本实施方式中，高压侧侧板16的径向内侧的端部即高压侧侧板16的前端延伸至容纳空间9a的径向内侧的开口。由此，从容纳空间9a向径向内侧延伸的薄板密封片20的前端20b比高压侧侧板16的前端更向径向内侧延伸。

并且，本实施方式中，低压侧侧板17的径向内侧的端部即低压侧侧板17的前端位于比容纳空间9a的径向内侧的开口更靠径向外侧的位置。

如图3所示，该密封段11可轻松地容纳于壳体9的容纳空间9a。

更具体而言，薄板密封片20的头部21容纳于容纳空间9a的外侧空间9c，高压侧侧板16及低压侧侧板17与薄板密封片20的躯体部22容纳于容纳空间9a的内侧空间9b。而且，从容纳空间9a的开口朝向旋转轴6突出有躯体部22的前端即薄板密封片20的前端20b。

关于该密封段11，薄板密封片20的头部21干涉壳体9的外侧空间9c的内壁面而限制径向的位移，并且高压侧侧板16及低压侧侧板17干涉壳体9的内侧空间9b的内壁面而将轴线O方向的位移限制在规定范围内。另外，该密封段11通过配设于外侧空间9c的弹性体15向径向内侧施力。

根据上述实施方式，通过将高压侧侧板16及低压侧侧板17焊接于密封体12，能够省略用于与薄型密封片20的头部21一同保持高压侧侧板16及低压侧侧板17的部件。由此，能够使轴封装置10进一步小型化。

并且，由于将高压侧侧板16及低压侧侧板17固定于密封体12，因此无需在构成密封体12的薄型密封片20形成槽，因此能够缩短薄型密封片20，并能够使密封装置进一步小型化。

另外，已缩短薄型密封片20时，优选将薄型密封片20的板厚设为较薄，以免薄型密封片20的刚性过大。本实施方式中，优选例如采用0.04mm～0.06mm的板厚。

(第2实施方式)

以下，利用图5对本发明的第2实施方式所涉及的轴封装置10B进行说明。该实施方式中，对与前述的实施方式中使用的部件共同的部件标注相同符号，并省略其说明。

构成本实施方式的轴封装置10B的薄型密封片20B的头部21的形状与第1实施方式的薄型密封片20不同。本实施方式的薄型密封片20B的头部21B仅向轴线O方向另一侧突出。即，薄型密封片20B的轴向一侧的侧端部20C设为直线状。并且，在薄型密封片20B的径向外侧的端部附近形成有圆孔24。

根据上述实施方式，头部21B成为仅向轴线O方向单侧突出的形状，由此薄型密封片20B的轴线O方向的宽度变小，因此能够将轴封装置进一步小型化。

并且，通过薄型密封片20B上形成有圆孔24，在将薄型密封片20B作为密封体12B来进行组合时，能够提高搬运时等的操作性。

另外，本实施方式中，如图6所示的轴封装置10C，能够将高压侧侧板16C设为具有至薄型密封片20B的头部前端为止的长度的部件，与高压侧侧板16C的长度对应地将焊接部W设为2处。通过设为这种方式，密封体12B遍及更宽的范围而被高压侧侧板16C覆盖，因此能够进一步提高轴封装置的保护功能。并且，密封体12B的露出减少，因此密封段11C的处理变得更轻松。

(第3实施方式)

以下，利用图7对本发明的第3实施方式所涉及的轴封装置10D进行说明。该实施方式中，对与前述的实施方式中使用的部件共同的部件标注相同符号，并省略其说明。

本实施方式的轴封装置10D中，在构成密封段11D的密封体12B的径向外侧焊接有保护板25。对保护板25进行有冲压加工，以使其与密封体12B的径向外侧的面对应地弯曲。保护板25的板厚例如能够设为0.5mm～1.0mm。

根据上述实施方式，能够进一步提高轴封装置10D的保护功能。并且，由于密封体12B的露出减少，因此密封段11D的处理变得更轻松。而且，通过焊接保护板25，能够使构成密封体12B的多个薄型密封片20B彼此的结合更牢固。

另外，作为本实施方式的变形例，如图8所示，能够将保护板25E设为还覆盖密封体12B的上部的轴线O方向另一侧的形状。通过设为这种方式，能够进一步提高轴封装置10E的保护功能。

(第4实施方式)

以下，利用图9，对本发明的第4实施方式所涉及的轴封装置10F进行说明。在该实施方式中，对与前述实施方式中使用的部件共同的部件标注相同符号，并省略其说明。

本实施方式的轴封装置10F中，在构成密封段11F的高压侧侧板16F上设置有多个凹部26(图9中仅示出1个)。凹部26设置成在高压侧侧板16F的径向内侧的端部附近沿着径向突出。具体而言，凹部26通过对高压侧侧板16F进行冲压加工来设置，从周向观察时的截面呈向轴线O方向一侧凸出的凸形状。凹部26隔开规定的间隔而沿周向设置多个。

凹部26的高度形成为凹部26的顶部与容纳空间9a的内侧空间9b的内表面抵接或凹部26的顶部与内侧空间9b的内表面之间产生微小间隙的高度。通过设为这种形状，凹部26发挥作为弹性部件的功能。即，高压侧侧板16F的形成有凹部26的部位从一侧(高压侧)向另一侧(低压侧)被挤压。

根据上述实施方式，通过凹部26从高压侧向低压侧挤压高压侧侧板16F，能够使高压侧侧板16F可靠地追随薄板密封片20B，并且能够抑制高压侧侧板16F的振动。换言之，通过凹部26始终向高压侧侧板16F进行加压，能够使轴封装置10F的工作稳定。

另外，作为本实施方式的变形例，如图10所示，能够采用在高压侧侧板16F的轴线O方向的一侧(高压侧)设置从轴线O方向观察时的形状为与高压侧侧板16F大致相同的形状的波状板27的结构。波状板27例如由弹簧钢形成，是向轴线O方向的一侧、轴线O方向的另一侧交替弯曲的板状部件，粘贴在高压侧侧板16F的轴线O方向的一侧。

波状板27的轴线O方向的尺寸设定为如填充高压侧侧板16F与内侧空间9b的内表面之间的间隙的尺寸。

并且，波状板27通过粘结固定于高压侧侧板16F。

根据上述实施方式，将波状板27介入高压侧侧板16F与容纳空间9a的内侧空间9b的内表面之间，由此除第4实施方式的效果之外，还能够遍及高压侧侧板16C的整个面而挤压高压侧侧板16C。由此，能够使高压侧侧板16C遍及薄型密封片20B的整个区域而追随。

产业上的可利用性

根据上述轴封装置，通过将侧板焊接于密封体，能够省略用于与薄型密封片一同保持侧板的部件。由此，能够使轴封装置进一步小型化。

符号说明

O-轴线，1-燃气涡轮机(旋转机械)，2-压缩机(旋转机械)，4-燃气涡轮机(旋转机械)，2A、4A-转子，2B、4B-定子，9a-容纳空间(环状空间)，10-轴封装置，11-密封段，12-密封体，16-高压侧侧板(侧板)，17-低压侧侧板(侧板)，20-薄型密封片，25-保护板，26-凹部(弹性部件)，27-波状板(弹性部件)。

Claims (5)

1.一种轴封装置，其设置于转子与包围该转子的外周侧的定子之间的环状空间，在所述转子的轴线方向上将该环状空间分为低压侧区域及高压侧区域，所述轴封装置的特征在于，具备：

密封体，向所述转子的周向层叠多个从所述定子朝向所述转子的径向内侧延伸的薄板密封片而成；及

侧板，具有朝向轴线方向的面，沿所述环状空间的周向弯曲延伸，

该密封体焊接于该侧板的朝向所述轴线方向的面，以便所述密封体沿着所述侧板的弯曲形状。

2.根据权利要求1所述的轴封装置，其特征在于，

所述侧板包括以沿着所述密封体的高压侧的方式配置的高压侧侧板，及以沿着所述密封体的低压侧的方式配置的低压侧侧板，

所述密封体焊接于所述高压侧侧板及所述低压侧侧板的朝向所述轴线方向的面。

3.根据权利要求1或2所述的轴封装置，其特征在于，具备：

保护板，具有朝向所述转子的径向的面，并向所述环状空间的周向弯曲延伸，

所述保护板焊接于所述密封体的径向外侧端部。

4.根据权利要求2或3所述的轴封装置，其特征在于，

所述高压侧侧板上形成有弹性部件，所述弹性部件从所述高压侧区域朝向所述低压侧区域挤压该高压侧侧板的一部分。

5.一种旋转机械，其特征在于，

所述旋转机械具备权利要求1至4中任一项所述的轴封装置。