CN107250487B - 叶轮机用密封装置、叶轮机及密封装置用的薄板 - Google Patents

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Abstract

叶轮机的密封装置以分隔出高压空间与低压空间的方式设置在转子的周围，该叶轮机的密封装置具备多个薄板，上述多个薄板沿着上述转子的外周面排列，且分别包括：基端部，位于上述转子的径向上的外侧而支撑于上述叶轮机的静止部；及前端部，位于上述转子的径向上的内侧且具有与上述转子的外周面相对的前端面，在各个上述薄板中，在上述基端部侧上述薄板的宽度方向与上述转子的轴向平行，各个上述薄板的上述前端部在沿着上述薄板的宽度方向的剖面中，高压空间侧的一端比低压空间侧的另一端而位于上述转子的旋转方向上的下游侧处。

Description

叶轮机用密封装置、叶轮机及密封装置用的薄板
技术领域
本公开涉及使用于叶轮机的叶轮机用密封装置、叶轮机及密封装置用的薄板。
背景技术
通常，在燃气轮机或蒸汽轮机等叶轮机中，在转子的外周面与定子的前端之间设有用于降低从高压侧向低压侧流动的流体的泄漏量的密封装置。
作为这种密封装置，如专利文献1至3等记载那样，已知有将多个薄板(薄片)沿着转子的周向呈多层状地排列的薄板密封构造。通常，在叶轮机停止时，薄板是与转子接触的状态，但是在叶轮机运行时，薄板前端部从转子周面上浮，薄板成为不与转子接触的状态或者不接触状态与接触状态按照时序而混杂的状态。薄板密封构造与迷宫式密封构造相比，由于间隙较小，因此流体的泄漏量较少，且薄板不与转子接触的状态较多，因此具有难以产生薄板的磨损且密封寿命较长的优点。
专利文献1：国际公开第2000/003164号
专利文献2：日本特开2002-13647号公报
专利文献3：日本特开2005-2995号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1至3的薄板密封构造中，在叶轮机的运行中，在未适当地形成薄板与转子的非接触状态的情况下，薄板前端部可能与转子过度接触而磨损，密封寿命较长这样的优点可能会受损。
另外，作为薄板密封构造中的其他问题点，薄板成为基端部支撑于定子且前端部侧为自由端的悬臂式构造，流体在该薄板的周围流动，因此可能会产生由颤振引起的薄板的振动。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式目的在于提供一种能够适当地实现薄板(薄片)与转子的非接触状态，并有效地抑制由薄板的颤振引起的振动的叶轮机用密封装置、叶轮机及密封装置用的薄板。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一实施方式的叶轮机用密封装置以分隔出高压空间与低压空间的方式设置在转子的周围，上述叶轮机用密封装置的特征在于，
上述叶轮机用密封装置具备多个薄板，上述多个薄板沿着上述转子的外周面排列，且分别包括：基端部，位于上述转子的径向上的外侧而支撑于上述叶轮机的静止部；及前端部，位于上述转子的径向上的内侧且具有与上述转子的外周面相对的前端面，
在各个上述薄板中，在上述基端部侧上述薄板的宽度方向与上述转子的轴向平行，
各个上述薄板的上述前端部在沿着上述薄板的宽度方向的剖面中，高压空间侧的一端比低压空间侧的另一端位于上述转子的旋转方向上的下游侧处。
根据上述(1)的结构，在各个薄板中，在基端部侧薄板的宽度方向与转子的轴向平行。因此，薄板的基端部侧难以受到动压力的影响，能够抑制相对于转子的轴向而基端部侧扭转并阻碍前端部侧的从转子外周面的上浮。
另一方面，各个薄板的前端部在沿着薄板的宽度方向的剖面中，高压空间侧的一端与低压空间侧的另一端相比位于转子的旋转方向上的下游侧处。因此，在薄板的前端部中的至少高压空间侧的区域，相对于从高压空间侧朝向低压空间侧的流体的流动而具有超过0°的冲角。由此，高压空间侧的前端部区域容易受到动压力的影响而从转子外周面上浮，能够适当地实现转子与薄板的非接触状态。即，薄板的高压空间侧的前端部区域由于动压力的影响而容易从转子外周面被抬起并上浮。此外，受到动压力的影响而高压空间侧的前端部区域相对于转子的轴向发生扭转变形，因此容易产生低压空间侧的薄板彼此的接触。当这样薄板彼此接触时，薄板彼此相互支撑，因此也能够抑制由颤振引起的薄板的振动。
(2)在几个实施方式中，以上述(1)的结构为基础，其中，
在各个上述薄板中，
在将上述薄板的宽度方向上的最接近上述高压空间的第一位置处的上述薄板从上述基端部到上述前端部的向上述旋转方向的下游侧的位置偏移量设为Δx1，
将上述薄板的宽度方向上的最接近上述低压空间的第二位置处的上述薄板从上述基端部到上述前端部的向上述旋转方向的下游侧的位置偏移量设为Δx2时，
Δx1>Δx2>0的关系成立。
根据上述(2)的结构，在低压空间侧也是薄板的前端部比基端部向转子的旋转方向的下游侧位置偏移，因此更容易产生低压空间侧的薄板彼此的接触。
(3)在一实施方式中，以上述(1)或(2)的结构为基础，其中，
各个上述薄板还包括弯曲形状的扭转部，上述扭转部位于上述基端部与上述前端部之间，将上述基端部与上述前端部连结。
根据上述(3)的结构，在薄板周围难以产生流动的剥离，因此不会阻碍用于使薄板前端部上浮的薄板间的静压分布的形成，能够稳定地实现薄板前端部的非接触状态。
(4)在另一实施方式中，以上述(1)或(2)的结构为基础，其中，
各个上述薄板在伴随着从上述高压空间侧接近上述低压空间侧而朝向上述径向的内侧的至少一条弯折线处进行弯折。
根据上述(4)的结构，薄板前端部的加工变得容易。
(5)在几个实施方式直径，以上述(1)至(4)中的任一结构为基础，其中，
上述叶轮机用密封装置具备：
第一侧板，以面向上述高压空间的方式设置，将上述多个薄板的高压空间侧的第一侧面中的外周侧区域覆盖；及
第二侧板，以面向上述低压空间的方式设置，将上述多个薄板的低压空间侧的第二侧面中的外周侧区域覆盖，
各个上述薄板的上述第一侧面由上述第一侧板覆盖至与由上述第二侧板覆盖上述第二侧面的区域相比靠上述转子的径向上的内侧处。
根据上述(5)的结构，在薄板间的间隙中形成从薄板的转子侧端部朝向定子侧端部的向上流动，因此能够形成用于使薄板从转子周面上浮的适当的静压分布。由此，能够稳定地维持转子与薄板的非接触状态。
(6)在一实施方式中，以上述(5)的结构为基础，其中，
各个上述薄板的上述前端面的径向位置在上述转子的轴向上具有上述高压空间侧比上述低压空间侧远离上述转子的外周面的分布，并且最接近上述高压空间的轴向位置处的上述薄板的上述前端面的径向位置与上述第二侧板的内周缘相比位于上述径向的内侧处。
根据上述(6)的结构，高压空间侧的上述向上流动的流量增加，并且低压空间侧的薄板间的间隙比较窄。因此，以向上流动为起因的薄板的扭转变形增大，更容易产生与扭转变形相伴的低压空间侧的薄板彼此的接触。从而，能够有效地抑制由颤振引起的薄板的振动。
(7)在几个实施方式中，以上述(1)至(6)中的任一结构为基础，其中，
上述叶轮机用密封装置还具备对上述多个薄板的基端部侧进行保持的保持器，
上述第一侧板及上述第二侧板分别以夹持在上述保持器与上述多个薄板的两侧面之间的状态由上述保持器支撑。
(8)本发明的至少一实施方式的叶轮机的特征在于，具备：
具有叶轮机叶片的转子；及
以将上述转子的周围的环状空间分隔出高压空间和低压空间的方式设置在转子的周围的上述(1)至(7)中的任一记载的密封装置。
根据上述(8)的结构，能够稳定地维持转子与薄板的非接触状态，能够防止薄板的磨损，并能够抑制由颤振引起的薄板的振动，因此能够提供一种高可靠性的叶轮机。
(9)本发明的至少一实施方式的密封装置用的薄板的特征在于，是上述(1)至(7)中的任一记载的密封装置用的薄板。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，薄板的基端部侧难以受到动压力的影响，前端部侧容易受到动压力的影响而从转子外周面上浮，因此能够适当地实现转子与薄板的非接触状态。
另外，受到动压力的影响而高压空间侧的前端部区域相对于转子的轴向发生扭转变形，因此容易产生低压空间侧的薄板彼此的接触。由此，也能够抑制由颤振引起的薄板的振动。
附图说明
图1是表示几个实施方式的蒸汽轮机的概略结构图。
图2(a)是示意性地表示几个实施方式的密封装置的立体图，图2(b)是示意性地表示密封装置中的薄板的配置的图。
图3(a)是表示一实施方式的薄板间的间隙处的静压分布的图，图3(b)是与图3(a)的转子的旋转轴垂直的剖面，是用于说明薄板的动作的图。
图4(a)是一实施方式的密封装置的剖视图，图4(b)是图4(a)所示的密封装置的A方向向视图，图4(c)是图4(a)所示的密封装置的B方向向视图，图4(d)是图4(a)所示的薄板的立体图。
图5(a)是另一实施方式的密封装置的剖视图，图5(b)是图5(a)所示的密封装置的C方向向视图，图5(c)是图5(a)所示的密封装置的D方向向视图，图5(d)是图5(a)所示的薄板的立体图。
图6(a)是另一实施方式的密封装置的剖视图，图6(b)是图6(a)所示的密封装置的E方向向视图，图6(c)是图6(a)所示的密封装置的F方向向视图，图6(d)是图6(a)所示的薄板的立体图。
图7(a)是另一实施方式的密封装置的剖视图，图7(b)是图7(a)所示的密封装置的G方向向视图，图7(c)是图7(a)所示的密封装置的H方向向视图，图7(d)是图7(a)所示的薄板的立体图。
图8(a)是另一实施方式的密封装置的剖视图，图8(b)是图8(a)所示的密封装置的I方向向视图，图8(c)是图8(a)所示的密封装置的J方向向视图，图8(d)是图8(a)所示的薄板的立体图。
图9是图8所示的薄板的立体图。
图10是用于说明薄板间的间隔的图。
图11是表示另一实施方式的燃气轮机的概略结构图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的几个实施方式。但是，作为实施方式而记载的或附图所示的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等不是将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。
首先，作为本实施方式的叶轮机的一例，说明图1所示的蒸汽轮机1。另外，图1是表示几个实施方式的蒸汽轮机1的概略结构图。
如图1所示，几个实施方式的蒸汽轮机1构成为通过从蒸汽入口4导入到壳体(机室)7a内的蒸汽来驱动转子2旋转。另外，在该图中，省略了排气室等蒸汽排出机构。
具体而言，蒸汽轮机1具备：多个动叶片6，设置在转子2侧；定子(静止部)7，包括壳体7a及设置在该壳体7a侧的多个静叶片7b；及密封装置10，设置在静叶片7b的前端。
多个动叶片6与多个静叶片7b沿着转子2的旋转轴O的方向(以下，称为轴向)交替地排列。沿轴向流动的蒸汽通过动叶片6及静叶片7b，从而使转子2旋转，施加于转子2的旋转能量从轴端取出而用于发电等。
以下，参照图2至图10，说明几个实施方式的密封装置10的具体结构。
图2(a)是示意性地表示几个实施方式的密封装置10的立体图，图2(b)是示意性地表示密封装置10中的薄板11的配置的图。图3(a)是表示一实施方式的薄板11间的间隙处的静压分布的图，图3(b)是与转子2的旋转轴O垂直的剖面，且用于说明薄板11的动作的图。图4至图9是表示各实施方式的密封装置10的结构的图。图10是用于说明薄板11间的间隔的图。
如图2至图8所示，本实施方式的密封装置10构成为以将高压空间8与低压空间9分隔开的方式设置在转子2的周围，降低从高压空间8向低压空间9泄漏的流体(燃烧气体)的泄漏量。该密封装置10具有将多个薄板(薄片)11沿转子2的周向呈多层状地排列的薄板密封构造。
在几个实施方式中，密封装置10具备：沿转子2的外周面排列的多个薄板11；以面向高压空间8的方式设置的第一侧板20；及以面向低压空间9的方式设置的第二侧板22。
具体而言，多个薄板11设置于转子2与定子7之间的环状空间，相互隔开微小空间而沿转子2的周向呈多层状地排列。多个薄板11相对于转子2的轴向而宽度方向位置大体一致。
各薄板11具有挠性，基端部14侧固定于定子7，前端部12作为自由端而位于转子2侧。各薄板11以相对于转子2的外周面在周向上成为锐角的方式倾斜配置。即，各薄板11以相对于转子2的径向具有超过0°的角度的方式倾斜配置。在蒸汽轮机1停止时(转子2停止时)，各薄板11的前端部12成为与转子2的外周面接触的状态。
第一侧板20是环状的薄板，以面向高压空间8的方式设置，以覆盖多个薄板11的高压空间8侧的第一侧面13a中的外周侧区域(基端部14侧的区域)的方式形成。
第二侧板22是环状的薄板，以面向低压空间9的方式设置，以覆盖多个薄板11的低压空间9侧的第二侧面13b中的外周侧区域(基端部14侧的区域)的方式形成。
另外，在本实施方式中，外周侧是指转子2的径向上的外侧。
在一实施方式中，各个薄板11的第一侧面13a由第一侧板20覆盖至与由第二侧板22覆盖第二侧面13b的区域相比靠转子2的径向上的内侧的位置。即，从转子2的外周面至第一侧板20的内周缘20a(转子2侧端部)的距离小于从转子2的外周面至第二侧板22的内周缘22a(转子2侧端部)的距离。
通过该结构，在薄板11间的间隙中形成从薄板11的转子2侧的端部朝向定子7侧的端部的向上流动，能够形成用于使薄板11从转子2的外周面上浮的适当的静压分布。由此，能够稳定地维持转子2与薄板11的非接触状态。
在此，参照图3(a)及(b)来说明密封装置10的动作。另外，图3(a)示出沿着在薄板11间的间隙通过的平面的密封装置10的剖面，图3(b)示出沿着与薄板11的宽度方向垂直的平面的密封装置10的剖面，即与转子2的轴向垂直的剖面。
如图3(a)及(b)所示，薄板11相对于转子2的外周面倾斜，因此具有与该转子2面对的下表面11b和该下表面11b的背面即与定子7(参照图1)面对的上表面11a。而且，在图3(a)所示的结构例中，在薄板11的宽度方向上，薄板11与第二侧板22之间的间隙大于薄板11与第一侧板20之间的间隙。
如图3(a)所示，在蒸汽轮机1运行时(转子2旋转时)，在从高压空间8朝向低压空间9的流体压施加于各薄板11的情况下，对于各薄板11的上表面11a及下表面11b，形成在高压空间8侧的前端部12的端部r1处流体压最高且朝向对角的角部r2而流体压逐渐变弱的静压分布30a。
即，从高压空间8侧朝向低压空间9侧流动的流体g在通过薄板11间的间隙时，形成图3(a)的虚线所示的流动。具体而言，从高压空间8通过转子2的外周面与第一侧板20的内周缘20a之间而流入到薄板11间的间隙的流体g形成从高压空间8侧的前端部12的端部r1朝向低压空间9侧的基端部14侧的角部r2的方向的向上流动。向上流动在薄板11间的间隙处从高压空间8侧的前端部12的端部r1侧呈放射状地形成。并且，流体g在薄板11与第二侧板22之间的间隙处形成向下游动，并通过转子2的外周面与第二侧板22的内周缘22a之间而向低压空间9流出。
由此，如图3(b)所示，向各薄板11的上表面11a及下表面11b垂直地施加的流体压分布30b、30c成为越接近前端部12侧则越大且越朝向基端部14侧则越小的三角分布形状。
该上表面11a及下表面11b的各自的流体压分布30b、30c的形状彼此大致相同，但是各薄板11以相对于转子2的外周面成为锐角的方式倾斜配置，因此上述上表面11a及下表面11b上的各流体压分布30b、30c的相对位置偏移尺寸s1，在对薄板11的从基端部14侧朝向前端部12侧的任意点P处的上表面11a及下表面11b的流体压进行比较的情况下，两者产生差异。
即，在薄板11的长度方向上的任意点P处，向下表面11b施加的流体压(将其设为Fb)高于向上表面11a施加的气体压(将其设为Fa)，因此朝向使薄板11从转子2浮起地变形的方向进行作用。此时，在各薄板11的前端部12的附近反之，仅向上表面11a施加流体压，但是该力由于在转子2的外周面与薄板11的前端之间流动的流体g的流体压朝向使薄板11的前端部12从转子2的外周面浮起的方向进行作用(将其设为Fc)而抵消，因此不会产生要将薄板11的前端对于转子2压入的力。因此，向各薄板11施加的流体压产生的压力载荷成为(Fb+Fc)>Fa，因此能够使各薄板11以从转子2的外周面上浮的方式变形。
因此，能够使各薄板11的上表面11a及下表面11b间产生压力差，使上述薄板11以从转子2的外周面上浮的方式变形而形成非接触状态。另外，在蒸汽轮机1运行时，薄板11与转子2主要成为非接触的状态，但是有时也成为非接触状态与接触状态按照时序混杂的状态。
在以上说明中，说明了利用从高压空间8侧加压时的差压而使各薄板11相对于转子2成为非接触状态的机理，但是除此以外，也同时受到由转子2的旋转产生的动压力效果的作用而各薄板11上浮。
即，各薄板11被设计成在转子2的轴向上具有由板厚决定的规定的刚性。而且，各薄板11如上所述以相对于转子2的旋转方向而与转子2的外周面所成的角成为锐角的方式安装于定子7，在转子2停止时，各薄板11的前端以规定的预压与转子2接触，但是在转子2旋转时，由于通过转子2旋转产生的动压力效果而各薄板11的前端上浮，因此薄板11与转子2成为非接触状态。
具有上述结构的密封装置10以适当地实现薄板11的向转子2的非接触状态并有效地抑制由薄板11的颤振引起的振动的目的，还具备以下的结构。
如图4至图8所示，在几个实施方式的密封装置10中，各个薄板11构成为在基端部14侧，薄板11的宽度方向与转子2的轴向平行。即，在图4至图8这各实施方式中，如(c)所示的基端部14侧的剖面那样，薄板11的第一侧面13a与第二侧面13b之间的宽度方向与转子2的轴向平行。
由此，薄板11的基端部14侧难以受到动压力的影响，能够抑制基端部14侧相对于转子2的轴向扭转而阻碍前端部12侧的上浮。
另一方面，各个薄板11的前端部12在沿薄板11的宽度方向的剖面中，高压空间8侧的一端与低压空间9侧的另一端相比位于转子2的旋转方向上的下游侧处。即，在图4至图8这各实施方式中，如(b)所示的前端部12侧的剖面那样，高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c相比位于转子2的旋转方向上的下游侧处。
因此，在薄板11的前端部12中的至少高压空间8侧的区域，具有相对于从高压空间8侧朝向低压空间9侧的流体的流动而超过0°的冲角。由此，高压空间8侧的前端部12区域容易受到动压力的影响而从转子2的外周面上浮，能够适当地实现转子2与薄板11的非接触状态。即，薄板11的高压空间8侧的前端部12区域由于动压力的影响而容易从转子2的外周面被抬起并上浮。此外，受到动压力的影响而高压空间8的侧的前端部12区域相对于转子2的轴向进行扭转变形，因此容易产生低压空间9侧的薄板11彼此的接触。这样当薄板11彼此接触时，薄板11彼此相互支撑，因此也能够抑制由颤振引起的薄板11的振动。
具体而言，在转子2旋转时，薄板11的前端部12如上所述由于静压分布而从转子2的外周面上浮，相对于该转子2的外周面而成为非接触的状态。此时，挠性的薄板11在从基端部14至前端部12的长度方向上成为稍弯曲的形状。在此，如上所述，在各个薄板11的前端部12，在高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c相比位于转子2的旋转方向上的下游侧处的情况下，由于动压力的影响而高压空间8侧的端部12b的上浮量大于低压空间9侧的端部12c的上浮量。即，如图4至图8的(b)所示的前端部12的剖面那样，原本高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c相比位于转子2的旋转方向下游侧处，但由于受到动压力的影响而高压空间8侧的端部12b进一步上浮，从而高压空间8侧的端部12b的位置进一步向转子2的旋转方向下游侧偏移。因此，薄板11相对于其宽度方向而进一步扭转变形。
另一方面，如图10所示，多个薄板11沿转子2的周向配置，因此薄板11的通过基端部14的圆周长度R2大于通过前端部12的圆周长度R1。由于该圆周长度R2与圆周长度R1的周长差而相邻的薄板11的基端部14间的距离ΔT2大于前端部12间的距离ΔT1。即，相邻的薄板11中的前端部12彼此的间隔比基端部14彼此的间隔窄。尤其是前端部12彼此的间隔在更接近转子2的外周面的低压空间9侧变窄。因此，在薄板11的前端部12产生了上述扭转变形的情况下，容易产生低压空间9侧的薄板11彼此的接触。当这样薄板11彼此接触时，薄板11彼此相互支撑，因此能够抑制由颤振引起的薄板11的振动。
在一实施方式中，密封装置10的最接近高压空间8的轴向位置处的薄板前端面12a的径向位置位于比第一侧板20的内周缘20a靠径向的内侧的位置。
例如，在薄板前端面12a的径向位置比第一侧板20的内周缘20a靠径向的外侧的情况下，转子2的外周面与薄板前端面12a之间的空间过度变大，在薄板11上浮时，转子2的外周面与薄板前端面12a之间的间隙变宽，轴密封效果可能会下降。
因此，根据上述结构，薄板前端面12a的径向位置相比第一侧板20的内周缘20a而成为径向的内侧，因此能够适当地形成转子2的外周面与薄板前端面12a之间的空间，能够维持轴密封效果并抑制由颤振引起的振动。
另外，在一实施方式中，各个薄板11的前端面12a的径向位置在转子2的轴向上具有高压空间8侧比低压空间9侧远离转子2的外周面的分布。即，各薄板11构成为，薄板前端面12a中的高压空间8侧的端部12b与转子2的外周面之间的距离大于低压空间9侧的端部12c与转子2的外周面之间的距离。并且，在高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c之间，以使薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离从高压空间8侧朝向低压空间9侧连续地或断续地或逐级地减小的方式形成薄板11的前端部12。而且，薄板11的前端部12构成为，最接近高压空间8的轴向位置处的薄板前端面12a的径向位置位于第二侧板22的内周缘22a的径向的内侧的位置。即，薄板前端面12a中的高压空间8侧的端部12b与转子2之间的外周面的距离小于第二侧板22的内周缘22a与转子2之间的外周面的距离。
根据该结构，高压空间8侧的上述向上流动的流量增加，并且低压空间9侧的薄板11间的间隙比较窄。因此，以向上流动为起因的薄板11的扭转变形增大，更容易产生与扭转变形相伴的低压空间9侧的薄板11彼此的接触。由此，能够有效地抑制由颤振引起的薄板11的振动。
在该情况下，密封装置10也可以是最接近高压空间8的轴向位置处的薄板前端面12a的径向位置位于第一侧板20的内周缘20a的径向的内侧。
例如，在薄板前端面12a的径向位置位于第一侧板20的内周缘20a的径向的外侧的情况下，转子2的外周面与薄板前端面12a之间的空间过度变大，薄板11上浮时转子2的外周面与薄板前端面12a之间的间隙变宽，轴密封效果可能会下降。
因此，根据上述结构，薄板前端面12a的径向位置位于第一侧板20的内周缘20a的径向的内侧，因此能够适当地形成转子2的外周面与薄板前端面12a之间的空间，能够维持轴密封效果并抑制由颤振引起的振动。
另外，也可以在高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c之间，以使薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离从高压空间8侧朝向低压空间9侧连续地或断续地或逐级地减小的方式形成薄板11的前端部12。
接下来，说明各实施方式的密封装置10的具体的结构例。另外，在图4至图9中，对于结构相同的部位标注相同的附图标记，仅对结构不同的部位标注不同的附图标记。
图4(a)是一实施方式的密封装置的剖视图，图4(b)是图4(a)所示的密封装置的A方向向视图，图4(c)是图4(a)所示的密封装置的B方向向视图，图4(d)是图4(a)所示的薄板的立体图。
在一实施方式的密封装置10中，各个薄板11还包括位于基端部14与前端部12之间并将基端部14与前端部12连结的弯曲形状的扭转部12d。在图示的例子中，扭转部12d形成在从高压空间8侧的端部12b到比低压空间9侧的端部12c靠高压空间8侧的位置12e之间。
根据该结构，在薄板11的周围难以产生流动的剥离，因此不会阻碍用于使薄板11的前端部12上浮的薄板11间的静压分布的形成，能够稳定地实现薄板11的前端部12的非接触状态。
图5(a)是另一实施方式的密封装置的剖视图，图5(b)是图5(a)所示的密封装置的C方向向视图，图5(c)是图5(a)所示的密封装置的D方向向视图，图5(d)是图5(a)所示的薄板的立体图。
在另一实施方式的密封装置10中，各个薄板11还包括位于基端部14与前端部12之间并将基端部14与前端部12连结的弯曲形状的扭转部12d。在图示的例子中，扭转部12d形成在从高压空间8侧的端部12b至低压空间9侧的端部12c的整个区域。另外，在该结构中，旋转方向上的低压空间9侧的端部12c的位置与基端部14侧的第二侧面13b的位置大体一致。即，第二侧面13b从基端部14至前端部12呈直线状地形成。
根据该结构，在薄板11的周围难以产生流动的剥离，因此能够在不阻碍用于使薄板11的前端部12上浮的薄板11间的静压分布的形成的情况下，稳定地实现薄板11的前端部12的非接触状态。
图6(a)是另一实施方式的密封装置的剖视图，图6(b)是图6(a)所示的密封装置的E方向向视图，图6(c)是图6(a)所示的密封装置的F方向向视图，图6(d)是图6(a)所示的薄板的立体图。
在另一实施方式的密封装置10中，各个薄板11还包括在伴随着从高压空间8侧接近低压空间9侧而朝向径向的内侧的一条弯折线12g处进行弯折的弯折部12f。弯折线12g从高压空间8侧的第一侧面13a至低压空间9侧的第二侧面13b呈直线状地延伸。但是，弯折线12g的结构没有限定于此，例如，也可以从高压空间8侧的第一侧面13a至端部12b与端部12c之间的前端面12a呈直线状地延伸。而且，弯折线12g也可以设置两条以上。
根据该结构，不需要形成弯曲面，因此薄板11的前端部12的加工变得容易。
图7(a)是另一实施方式的密封装置的剖视图，图7(b)是图7(a)所示的密封装置的G方向向视图，图7(c)是图7(a)所示的密封装置的H方向向视图，图7(d)是图7(a)所示的薄板的立体图。
在另一实施方式的密封装置10中，各个薄板11还包括以与高压空间8侧的第一侧面13a平行的弯曲开始线12i为界而第一侧面13a侧朝向旋转方向下游侧弯曲的弯曲部12h。弯曲开始线12i从前端面12a延伸至比基端部14靠前端部12侧。即，在基端部14侧存在薄板11的宽度方向与轴向平行的区域，在比该区域靠前端部12侧形成弯曲部12h。
根据该结构，只要仅相对于薄板11的宽度方向来形成弯曲即可，因此薄板11的前端部12的加工变得比较容易。
图8(a)是另一实施方式的密封装置的剖视图，图8(b)是图8(a)所示的密封装置的I方向向视图，图8(c)是图8(a)所示的密封装置的J方向向视图，图8(d)是图8(a)所示的薄板的立体图。图9是图8所示的薄板的立体图。
在另一实施方式的密封装置10中，各个薄板11还包括位于基端部14与前端部12之间并将基端部14与前端部12连结的弯曲形状的扭转部12j。在图示的例子中，扭转部12j形成在从高压空间8侧的端部12b至低压空间9侧的端部12c的整个区域。另外，在该结构中，旋转方向上的低压空间9侧的端部12c相比基端部14侧的第二侧面13b的位置而位于旋转方向下游侧。即，第二侧面13b以在前端部12侧而端部朝向下游侧的方式弯曲。
具体而言，如图9所示，在将薄板11的宽度方向上的最接近高压空间8的端部12b(第一位置)处的薄板11从基端部14到前端部12的向旋转方向的下游侧的位置偏移量设为Δx1，将薄板11的宽度方向上的最接近低压空间9的端部12c(第二位置)处的薄板11从基端部14到前端部12的向旋转方向的下游侧的位置偏移量设为Δx2时，各个薄板11构成为使Δx1>Δx2>0的关系成立。另外，在该图中，就位置偏移量而言，将薄板11的沿着基端部14侧(平面区域)的从平面M至端部12b的距离设为位置偏移量Δx1，将从平面M至端部12c的距离设为位置偏移量Δxw。
根据该结构，在低压空间9侧也是薄板11的前端部12与基端部14而相比向转子2的旋转方向的下游侧进行位置偏移，因此更容易产生低压空间9侧的薄板11彼此的接触。
另外，在该结构中，旋转方向上的低压空间9侧的端部12c的位置位于基端部14侧的第二侧面13b的位置的旋转方向下游侧。
在一实施方式中，上述密封装置10可以还具备以下所示的结构。
如图4至图8所示，密封装置10还具备对多个薄板11的基端部14侧进行保持的一对保持器26、28。并且，第一侧板20及第二侧板22分别以夹持于保持器26、28与多个薄板11的两侧面13a、13b之间的状态由保持器26、28支撑。
作为具体的结构，在定子7上形成有用于对保持器26、28、第一侧板20及第二侧板22、多个薄板11进行保持的环状的保持空间40。保持空间40在沿着转子2的旋转轴O的剖面中形成为T字形状。保持空间40包括：形成在转子2的径向内周侧并与高压空间8及低压空间9连通的第一空间41；及形成在转子2的径向外周侧并与第一空间41连通的第二空间42。
薄板11具有基端部14侧的板宽比前端部12侧的板宽更宽的大致T字形，在基端部14与前端部12之间的两侧面13a、13b设有板宽比前端部12侧窄的切口部16a、16b。
一对保持器26、28分别具有凹部26a、28a，在以包括转子2的旋转轴O的剖面观察时大致呈形状。一对保持器26、28以薄板11的基端部14嵌入于凹部26a、28a的状态收容于第二空间42。即，一对保持器26、28构成为，从两侧面13a、13b夹入并支撑沿转子2的周向呈多层状地排列的多个薄板11的基端部14。此时，保持器26、28的转子2侧的侧面与第二空间42的转子2侧的壁面42a、42b抵接，从而夹持于该保持器26、28的薄板11支撑于定子7侧。
第一侧板20及第二侧板22分别在转子2的径向外周侧具有突出部20b、22b。突出部20b、22b与薄板11的切口部16a、16b卡合。并且，第一侧板20及第二侧板22分别以夹持在保持器26、28与多个薄板11的两侧面13a、13b之间的状态由保持器26、28支撑。
另外，虽然省略图示，但是在第二空间42中也可以设置夹持在各保持器26、28之间而用于降低各薄板11相对于各保持器的晃动的间隔件。而且，在第二空间42中也可以设置用于将呈环状地排列的多个薄板11以与转子2的旋转轴成为同轴的方式支撑为上浮状态的多个施力部件(例如板簧)。
如上所述，根据本发明的实施方式，薄板11的基端部14侧难以受到动压力的影响，前端部12侧容易受到动压力的影响而从转子2的外周面上浮，因此能够适当地实现转子2与薄板11的非接触状态。
另外，受到动压力的影响而高压空间8侧的前端部12区域相对于转子2的轴向发生扭转变形，因此容易产生低压空间9侧的薄板11彼此的接触。由此，也能够抑制由颤振引起的薄板11的振动。
本发明不限定于上述实施方式，也包括在上述实施方式中施加了变形的方式或者将这些方式适当组合的方式。
例如，在上述实施方式中，作为本实施方式的叶轮机的一例而说明了蒸汽轮机1，但是本实施方式的叶轮机不限定于此，也可以是图11所示的燃气轮机51等其他叶轮机。
图11所示的燃气轮机51具备：用于生成压缩空气的压缩机53；使用压缩空气及燃料而用于产生燃烧气体的燃烧器54；及以由燃烧气体驱动而旋转的方式构成的叶轮机55。例如在发电用的燃气轮机51的情况下，在叶轮机55上连结未图示的发电机，通过叶轮机55的旋转能量来进行发电。在这种燃气轮机51中，叶轮机55的旋转能量经由转子52(对应于图1的转子2)而作为压缩机53的动力源使用。
具体而言，叶轮机55具备：设置在转子52侧的多个动叶片56(对应于图1的动叶片6)；包括壳体57a及设置在该壳体57a侧的多个静叶片57b(对应于图1的静叶片7b)的定子(静止部)57；及在静叶片57b的前端设置的密封装置50。作为该密封装置50，可以使用上述密封装置10。
多个动叶片56与多个静叶片57b沿转子52的旋转轴O的方向(以下，称为轴向)交替排列。沿轴向流动的燃烧气体在动叶片56及静叶片57b中通过，从而转子52旋转，施加于转子52的旋转能量从轴端取出而利用于发电等。
例如，“在某方向上”、“沿某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等的表示相对性的或绝对性的配置的表现不仅严格地表示这样的配置，而且也表示具有公差或者具有得到相同功能的程度的角度或距离而相对地位移的状态。
例如，“相同”、“相等”及“均质”等的表示事物相等的状态的表现不仅严格地表示相等的状态，而且也表示存在公差或者得到相同功能的程度的差异的状态。
例如，四边形形状或圆筒形状等的表示形状的表现不仅表示几何学上严格的意思下的四边形形状或圆筒形状等形状，而且也表示在得到相同效果的范围内包括凹凸部或倒角部等的形状。
另一方面，“具备”、“包括”或“具有”一构成要素这样的表现并不是将其他构成要素的存在排除的排他性的表现。
附图标记说明
1 蒸汽轮机
2 转子
4 蒸汽入口
6 动叶片
7 定子
7a 壳体
7b 静叶片
8 高压空间
8b 静叶片
9 低压空间
10 密封装置
11 薄板
11a 上表面
11b 下表面
12 前端部
12a 薄板前端面
12b 高压空间侧的端部
12c 低压空间侧的端部
12d、12j 扭转部
12f 弯折部
12g 弯折线
12h 弯曲部
12i 弯曲开始线
12e 拐点
13a 第一侧面
13b 第二侧面
14 基端部
16a、16b 切口部
20 第一侧板
22 第二侧板
26、28 保持器
40 保持空间
51 燃气轮机
52 转子
53 压缩机
54 燃烧器
55 叶轮机
56 动叶片
57 定子
57a 壳体
57b 静叶片
58 高压空间
58b 静叶片
59 低压空间
50 密封装置

Claims (12)

1.一种叶轮机用密封装置，以分隔出高压空间与低压空间的方式设置在转子的周围，所述叶轮机用密封装置的特征在于，
所述叶轮机用密封装置具备多个薄板，所述多个薄板沿着所述转子的外周面排列，且分别包括：基端部，位于所述转子的径向上的外侧而支撑于所述叶轮机的静止部；及前端部，位于所述转子的径向上的内侧且具有与所述转子的外周面相对的前端面，
在各个所述薄板中，在所述基端部侧所述薄板的宽度方向与所述转子的轴向平行，
各个所述薄板的所述前端部在沿着所述薄板的宽度方向的剖面中，高压空间侧的一端与低压空间侧的另一端相比位于所述转子的旋转方向上的下游侧处。
2.根据权利要求1所述的叶轮机用密封装置，其特征在于，
在各个所述薄板中，
在将所述薄板的宽度方向上的最接近所述高压空间的第一位置处的所述薄板从所述基端部到所述前端部的向所述旋转方向的下游侧的位置偏移量设为Δx1，
将所述薄板的宽度方向上的最接近所述低压空间的第二位置处的所述薄板从所述基端部到所述前端部的向所述旋转方向的下游侧的位置偏移量设为Δx2时，
Δx1>Δx2>0的关系成立。
3.根据权利要求1所述的叶轮机用密封装置，其特征在于，
各个所述薄板还包括弯曲形状的扭转部，所述扭转部位于所述基端部与所述前端部之间，将所述基端部与所述前端部连结。
4.根据权利要求2所述的叶轮机用密封装置，其特征在于，
各个所述薄板还包括弯曲形状的扭转部，所述扭转部位于所述基端部与所述前端部之间，将所述基端部与所述前端部连结。
5.根据权利要求1所述的叶轮机用密封装置，其特征在于，
各个所述薄板在伴随着从所述高压空间侧接近所述低压空间侧而朝向所述径向的内侧的至少一条弯折线处进行弯折。
6.根据权利要求2所述的叶轮机用密封装置，其特征在于，
各个所述薄板在伴随着从所述高压空间侧接近所述低压空间侧而朝向所述径向的内侧的至少一条弯折线处进行弯折。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的叶轮机用密封装置，其特征在于，
所述叶轮机用密封装置具备：
第一侧板，以面向所述高压空间的方式设置，将所述多个薄板的高压空间侧的第一侧面中的外周侧区域覆盖；及
第二侧板，以面向所述低压空间的方式设置，将所述多个薄板的低压空间侧的第二侧面中的外周侧区域覆盖，
各个所述薄板的所述第一侧面由所述第一侧板覆盖至与由所述第二侧板覆盖所述第二侧面的区域相比靠所述转子的径向上的内侧处。
8.根据权利要求7所述的叶轮机用密封装置，其特征在于，
各个所述薄板的所述前端面的径向位置在所述转子的轴向上具有所述高压空间侧比所述低压空间侧远离所述转子的外周面的分布，并且最接近所述高压空间的轴向位置处的所述薄板的所述前端面的径向位置与所述第二侧板的内周缘相比位于所述径向的内侧处。
9.根据权利要求7所述的叶轮机用密封装置，其特征在于，
所述叶轮机用密封装置还具备对所述多个薄板的基端部侧进行保持的保持器，
所述第一侧板及所述第二侧板分别以夹持在所述保持器与所述多个薄板的两侧面之间的状态由所述保持器支撑。
10.根据权利要求8所述的叶轮机用密封装置，其特征在于，
所述叶轮机用密封装置还具备对所述多个薄板的基端部侧进行保持的保持器，
所述第一侧板及所述第二侧板分别以夹持在所述保持器与所述多个薄板的两侧面之间的状态由所述保持器支撑。
11.一种叶轮机，其特征在于，具备：
具有涡轮叶片的转子；及
以将所述转子的周围的环状空间分隔出高压空间和低压空间的方式设置在转子的周围的权利要求1～10中任一项所述的叶轮机用密封装置。
12.一种薄板，是权利要求1～10中任一项所述的叶轮机用密封装置用的薄板。
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