CN107110365B - 轴密封机构 - Google Patents

Abstract

提供一种轴密封机构，通过实现在各薄板密封片间流动的流体的压力的均一化，来消除作用于薄板密封片的上表面及下表面的流体的压力差，能够抑制薄板密封片的振动。因此，在将形成于固定部(12)与旋转轴(13)之间的环状空间(14)分隔成高压侧区域和低压侧区域来阻止流体(G)的流动的轴密封机构(11)中，具备：固定于在固定部(12)设置的环状的密封壳体(21)并与旋转轴(13)进行滑动接触，且呈环状地层叠的多个薄板密封片(22)；以在薄板密封片(22)的低压侧侧缘部(22d)与密封壳体(21)之间形成低压侧间隙(δL)的方式被夹持的环状的低压侧板(26)，薄板密封片(22)具有导压孔(31)，该导压孔形成在比低压侧板(26)的内周侧前端部(26a)更靠旋转轴径向内侧处。

Description

轴密封机构

技术领域

本发明涉及在蒸汽涡轮、燃气轮机的旋转轴周围设置，用于降低从高压侧向低压侧泄漏的流体的泄漏量的轴密封机构。

背景技术

以往，在蒸汽涡轮、燃气轮机的旋转轴周围，以抑制驱动力的损失为目的而设置用于降低从高压侧向低压侧泄漏的流体的泄漏量的轴密封机构。这样的轴密封机构成为将在旋转轴方向上具有宽度尺寸的平板状的薄板密封片沿着旋转轴周向配置多层而成的环状密封构造。并且，薄板密封片的外周侧基端部固定于环状的密封壳体，另一方面，薄板密封片的内周侧前端部以规定的预压与旋转轴的外周面进行滑动接触。由此，在轴密封机构中，以在旋转轴的径向外侧呈环状地配置的多个薄板密封片为界，能够将旋转轴的周围空间分隔成高压侧区域与低压侧区域。

由此，在旋转轴的旋转停止时，薄板密封片的内周侧前端部以规定的预压与旋转轴的外周面接触。另一方面，在旋转轴旋转时，由于薄板密封片的上下表面间的压力分布的因相对性的位置偏离产生的压力差、由旋转轴的旋转产生的流体的动压效果，而薄板密封片挠曲，由此它们的内周侧前端部从旋转轴的外周面上浮，成为非接触。由此，防止薄板密封片、旋转轴的磨损及发热。需要说明的是，在薄板密封片中，将面向旋转轴的面设为下表面，将该下表面的相反侧的面设为上表面。

并且，作为这样的以往的轴密封机构，例如在专利文献1中公开。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2012/0007318号说明书

发明内容

发明要解决的课题

在此，当旋转轴旋转时，流体在各薄板密封片间通过，因此该流体的压力作用于各薄板密封片。然而，根据各薄板密封片的板厚尺寸的不均程度，在各薄板密封片间通过的流体的压力变得不均一，作用于薄板密封片的上表面及下表面的压力产生差异。

这样，当作用在薄板密封片的上表面及下表面的流体的压力产生差异时，如上所述，薄板密封片的内周侧前端部成为自由端，因此在该薄板密封片的前端侧容易产生振动。尤其是即使在薄板密封片的前端侧部分中，在成为流体从薄板密封片向低压侧区域穿过的部分的低压侧部分处，流体的流动成为涡流，因此容易产生大的振动，根据情况有时可能会使薄板密封片破损。

因此，本发明为了解决上述课题而做出，其目的在于提供一种通过实现在各薄板密封片间流动的流体的压力的均一化，来消除作用在薄板密封片的上表面及下表面的流体的压力差，能够抑制薄板密封片的振动的轴密封机构。

用于解决课题的方案

解决上述课题的第一发明的轴密封机构通过设置于在固定部与旋转轴之间形成的环状空间内，从而将所述环状空间分隔成高压侧区域和低压侧区域，阻止在所述环状空间内从所述高压侧区域朝向所述低压侧区域而在旋转轴方向上流动的流体，所述轴密封机构的特征在于，具备：

环状的密封壳体，设置在所述固定部的内周部；

多个薄板密封片，外周侧基端部固定于所述密封壳体，另一方面，内周侧前端部以与所述旋转轴的外周面形成锐角的方式成为自由端，并且在旋转轴方向上具有宽度尺寸，在旋转轴周向上呈环状地层叠；及

环状的低压侧板，以在所述密封壳体和与所述低压侧区域相对的所述薄板密封片的低压侧侧缘部之间在旋转轴方向上形成间隙的方式，被夹持于所述低压侧侧缘部与所述密封壳体之间，

所述薄板密封片具有导压孔，所述导压孔形成在比所述低压侧板的内周侧前端部更靠旋转轴径向内侧处，能够使在所述薄板密封片的上表面侧流动的流体及在所述薄板密封片的下表面侧流动的流体流通。

解决上述课题的第二发明的轴密封机构的特征在于，

所述导压孔沿着所述薄板密封片的内周侧前端部形成。

解决上述课题的第三发明的轴密封机构的特征在于，

所述导压孔沿着所述低压侧侧缘部形成。

解决上述课题的第四发明的轴密封机构的特征在于，

使在沿着旋转轴周向相邻的所述薄板密封片上形成的所述导压孔彼此的孔位置错开。

解决上述课题的第五发明的轴密封机构的特征在于，

将不具有所述导压孔的薄板密封片在旋转轴周向上断续地配置。

发明效果

因此，根据本发明的轴密封机构，仅在薄板密封片的成为振动发生区域的前端侧形成导压孔，实现在各薄板密封片间流动的流体的压力的均一化，由此能够消除作用于薄板密封片的上表面及下表面的流体的压力差，因此能够抑制薄板密封片的振动。

附图说明

图1是本发明的轴密封机构的概略结构图。

图2是本发明的轴密封机构的轴向剖视图。

图3是将薄板密封片的支承构造进行了分解的状态的图。

图4是实施例1的轴密封机构的薄板密封片的主视图。

图5是实施例2的轴密封机构的薄板密封片的主视图。

图6是表示薄板密封片的排列形态的一例的图。

图7是表示薄板密封片的排列状态的另一例的图。

具体实施方式

关于本发明的轴密封机构，使用附图进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明的轴密封机构11例如是适用于蒸汽涡轮、燃气轮机的结构，设置在环状空间14内，该环状空间14形成在机室外壳或静叶片等的固定部(静止部)12与旋转轴13之间。

具体而言，如图1及图2所示，成为轴密封机构11的外壳的密封壳体21以沿着旋转轴13的周向的方式呈环状地设置在固定部12的内周部。此外，在密封壳体21的内周部形成有环状槽21a，在该环状槽21a内，以沿着旋转轴13的周向的方式配置多个薄板密封片22。

并且，薄板密封片22的外周侧基端部22a固定在环状槽21a内，另一方面，薄板密封片22的内周侧前端部22b以规定的预压与旋转轴13的外周面进行滑动接触。此时，薄板密封片22配置成使作为自由端的内周侧前端部22b相对于旋转轴13的外周面而具有旋转方向上的倾斜且与该外周面所成的角成为锐角。需要说明的是，在被倾斜支承的薄板密封片22中，将面向旋转轴13的面设为下表面，将该下表面的相反侧的面设为上表面。

即，在形成于固定部12与旋转轴13之间的环状空间14内，蒸汽、燃烧气体等流体G从高压侧朝向低压侧，沿着旋转轴13的轴向流动。相对于此，轴密封机构11成为将薄板密封片22沿着旋转轴13的周向配置成多层的环状密封构造，以该配置成环状的多个薄板密封片22为界，将环状空间14分隔成作为流体流动方向上游侧的高压侧区域和作为流体流动方向下游侧的低压侧区域，由此减少从该高压侧区域向低压侧区域泄漏的流体G的泄漏量。

在此，如图2及图3所示，薄板密封片22为具有挠性的挠性材料且形成为沿着旋转轴13的轴向具有宽度尺寸的平板状。详细而言，薄板密封片22呈基端侧(外周侧基端部22a)的板宽比前端侧(内周侧前端部22b)的板宽宽幅的T字形，并且薄壁化成能够发挥挠性的程度，沿着旋转轴13的周向具有一定量的微小间隙而配置成环状。

并且，薄板密封片22的基端侧由用于保持薄板密封片22的环状配置的左右一对保持器23、24以从板宽方向两侧包围的方式夹持。此外，保持器23、24嵌入到密封壳体21的环状槽21a内。

另外，在薄板密封片22的高压侧及低压侧设有成为流体G的引导板的高压侧板25及低压侧板26。

具体而言，在薄板密封片22的与高压侧区域相对的左侧部(位于图2、3的纸面左侧的侧部)配置环状的高压侧板25。该高压侧板25与薄板密封片22的和高压侧区域相对的高压侧侧缘部22c相邻地设置，且被夹持在该高压侧侧缘部22c与保持器23之间。

此时，高压侧板25的内周侧前端部25a虽然延伸至环状槽21a的开口缘部，但是未到达薄板密封片22的内周侧前端部22b。此外，在环状槽21a的与高压侧区域相对的高压侧侧面21b和高压侧板25之间，在旋转轴13的轴向(流体流动方向、密封片板宽方向)上形成有一定量的高压侧间隙δH。

这样，通过设置高压侧板25，薄板密封片22的内周侧前端部22b配置在比该高压侧板25的内周侧前端部25a更靠旋转轴13的径向内侧处，因此从高压侧区域流入的流体G从薄板密封片22的前端侧流入。

另一方面，在薄板密封片22的与低压侧区域相对的右侧部(位于图2、3的纸面右侧的侧部)配置环状的低压侧板26。该低压侧板26与薄板密封片22的和低压侧区域相对的低压侧侧缘部22d相邻地设置，且被夹持在该低压侧侧缘部22d和保持器24及环状槽21a的与低压侧区域相对的低压侧侧面21c之间。

此时，低压侧板26的内周侧前端部26a未到达环状槽21a的开口缘部及薄板密封片22的内周侧前端部22b，而配置在比高压侧板25的内周侧前端部25a更靠旋转轴13的径向外侧处。即，低压侧板26的长度比高压侧板25的长度短。此外，在环状槽21a的低压侧侧面21c与低压侧侧缘部22d之间，在旋转轴13的轴向上形成有一定量的低压侧间隙δL。

这样，通过设置低压侧板26而能够在低压侧侧面21c与低压侧侧缘部22d之间形成低压侧间隙δL。并且，低压侧间隙δL由低压侧板26的板厚形成，因此通过调整该低压侧板26的板厚，能够设定低压侧间隙δL的间隙量。

另外，根据高压侧间隙δH及低压侧间隙δL的间隙量，能够设定形成在薄板密封片22的上表面及下表面的流体G的压力分布。此外，根据高压侧间隙δH的间隙量与低压侧间隙δL的间隙量的大小关系，能够设定薄板密封片22的上下表面间的压力分布的由相对性的位置偏离产生的压力差的大小(上浮力)。

需要说明的是，在本发明的轴密封机构11中，使低压侧板26的内周侧前端部26a与旋转轴13的外周面之间的径向间隙量大于高压侧板25的内周侧前端部25a与旋转轴13的外周面之间的径向间隙量，由此得到稳定的上浮力。

通过以上所述，在旋转轴13的旋转停止时，薄板密封片22的内周侧前端部22b以规定的预压与旋转轴13的外周面接触。另一方面，在旋转轴13旋转时，由于薄板密封片22的上下表面间的压力分布的因相对性的位置偏离产生的压力差、由旋转轴13的旋转产生的流体G的动压效果，而上浮力作用于薄板密封片22。由此，薄板密封片22挠曲，它们的内周侧前端部22b从旋转轴13的外周面上浮而成为非接触，能防止旋转轴13、薄板密封片22的磨损及发热。与此同时，通过相对于旋转轴13成为非接触状态的薄板密封片22，能降低从高压侧区域朝向低压侧区域流动的流体G的泄漏量。

在此，如图4所示，在薄板密封片22形成有多个导压孔31。这些导压孔31在薄板密封片22中成为将上表面与下表面之间贯通的贯通孔，在比低压侧板26的内周侧前端部26a更靠旋转轴13的径向内侧处，且在旋转轴13的轴向上沿着内周侧前端部22b排列。这样，通过在薄板密封片22开设导压孔31，能够使在上表面侧流动的流体G与在下表面侧流动的流体G经由该导压孔31进行往来。即，将沿着上表面流动的流体G的压力与沿着下表面流动的流体G的压力进行比较，压力高的流体G通过导压孔31，向压力低的流体G侧流入，最终，双方的压力相等。由此，在各薄板密封片22间(各微小间隙)流动的流体G的压力变得均一。

因此，通过在薄板密封片22上形成沿着其板厚方向贯通的导压孔31，能够使在各薄板密封片22间流动的流体G的压力均一。由此，能够消除作用在薄板密封片22的上表面及下表面的流体的压力差，因此能够抑制薄板密封片22的振动。此时，仅在薄板密封片22的成为振动发生区域的前端侧形成导压孔31，因此在上表面及下表面的比导压孔31更靠旋转轴13的径向外侧的部分，能够得到适当的压力分布，作为薄板密封片22的整体，能够稳定地进行上浮。

另外，也可以如图5所示地在薄板密封片22形成导压孔31。这些导压孔31在比低压侧板26的内周侧前端部26a更靠旋转轴13的径向内侧处，且在旋转轴13的径向上沿着低压侧侧缘部22d排列。这样，仅在薄板密封片22的振动变得最大的低压侧集中地形成导压孔31，由此能够有效地抑制薄板密封片22的振动。

需要说明的是，在将导压孔31形成于薄板密封片22的情况下，在相邻的薄板密封片22间，使分别形成的导压孔31的孔位置错开。在相邻的薄板密封片22间，当导压孔31的孔位置成为相同位置时，由于该孔位置成为相同位置的导压孔21，而环状导压通路沿着旋转轴13的周向形成，有时流体G在该环状导压通路内猛力地流动。其结果是，有可能无法使在各薄板密封片22间流动的流体G的压力均一。

具体而言，如图6所示，在轴密封机构11中，排列形成有导压孔31a的薄板密封片22A与形成有导压孔31b的薄板密封片22B，上述的薄板密封片22A、22B交替地配置。此时，导压孔31a配置在内周侧前端部22b的中央部附近。另一方面，导压孔31b配置在内周侧前端部22b的低压侧附近且比导压孔31a更靠旋转轴13的径向外侧处。即，导压孔31a的孔位置与导压孔31b的孔位置以避免孔开口部重叠的方式沿着旋转轴13的轴向及周向错开。而且，在使孔位置错开的情况下，虽然也受导压孔31a、31b的形状、大小的影响，但是优选以导压孔31a、31b的大小的一半以上的间隔使孔位置错开。

假设导压孔31的孔位置全部为相同位置的情况下，例如在配置成环状的多个薄板密封片22中，只要将未形成导压孔31的薄板密封片22每隔一片地设置或者每隔多片地设置而断续地配置即可。

具体而言，如图7所示，在轴密封机构11中，排列形成有导压孔31a的薄板密封片22A与未形成导压孔的薄板密封片22C，薄板密封片22C每隔3片薄板密封片22A地配置。由此，在沿着旋转轴13的周向连续配置的3片薄板密封片22A中，导压孔31a的孔位置成为相同位置，虽然形成有环状导压通路，但是作为环状导压通路较短。因此，即使流体G在该环状导压通路内流动，该流动对于在各薄板密封片22A间流动的流体G的压力的均一化也几乎没有影响。

此外，在将导压孔31形成于薄板密封片22的情况下，如果适当调整数量、内径、孔位置、孔形状等，则能够对于薄板密封片22赋予稳定的上浮力，并有效地抑制该薄板密封片22的振动。

工业实用性

在本发明的轴密封机构中，能够控制薄板密封片间的流体的流动方向而实现密封寿命的延长化，因此在涡轮的连续运转中，能够极其有益地利用。

标号说明

11轴密封机构，12固定部，13旋转轴，14环状空间，21密封壳体，21a环状槽，21b高压侧侧面，21c低压侧侧面，22、22A～22C薄板密封片，22a外周侧基端部，22b内周侧基端部，22c高压侧侧缘部，22d低压侧侧缘部，23、24保持器，25高压侧板，25a内周侧前端部，26低压侧板，26a内周侧前端部，31、31a、31b导压孔，G流体，δH高压侧间隙，δL低压侧间隙

Claims (4)

1.一种轴密封机构，所述轴密封机构通过设置于在固定部与旋转轴之间形成的环状空间内，从而将所述环状空间分隔成高压侧区域和低压侧区域，阻止在所述环状空间内从所述高压侧区域朝向所述低压侧区域而在旋转轴方向上流动的流体，所述轴密封机构的特征在于，具备：

环状的密封壳体，设置在所述固定部的内周部；

多个薄板密封片，外周侧基端部固定于所述密封壳体，另一方面，内周侧前端部以与所述旋转轴的外周面形成锐角的方式成为自由端，并且在旋转轴方向上具有宽度尺寸，在旋转轴周向上呈环状地层叠；

环状的低压侧板，以在所述密封壳体和与所述低压侧区域相对的所述薄板密封片的低压侧侧缘部之间在旋转轴方向上形成间隙的方式，被夹持于所述低压侧侧缘部与所述密封壳体之间；及

环状的高压侧板，以在所述密封壳体和与所述高压侧区域相对的所述薄板密封片的高压侧侧缘部之间在旋转轴方向上形成间隙的方式，被夹持于所述高压侧侧缘部与所述密封壳体之间，

所述低压侧板的长度比所述高压侧板的长度短，

所述薄板密封片具有导压孔，所述导压孔形成在比所述低压侧板的内周侧前端部更靠旋转轴径向内侧处，且仅沿着所述低压侧侧缘部形成，能够使在所述薄板密封片的上表面侧流动的流体及在所述薄板密封片的下表面侧流动的流体流通。

2.根据权利要求1所述的轴密封机构，其特征在于，

所述导压孔沿着所述薄板密封片的内周侧前端部形成。

3.根据权利要求1所述的轴密封机构，其特征在于，

使在沿着旋转轴周向相邻的所述薄板密封片上形成的所述导压孔彼此的孔位置错开。

4.根据权利要求1所述的轴密封机构，其特征在于，

将不具有所述导压孔的薄板密封片在旋转轴周向上断续地配置。