CN107250630A - 涡轮用密封装置、涡轮及用于密封装置的薄板 - Google Patents

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Abstract

以隔开高压空间与低压空间的方式设于转子的周围的涡轮的密封装置具备：多个薄板，沿所述转子的外周面排列，并分别具有与所述转子的外周面相向的薄板前端面；第一侧板，以面向所述高压空间的方式设置，并覆盖所述多个薄板的高压空间侧的第一侧面中的外周侧区域；及第二侧板，以面向所述低压空间的方式设置，并覆盖所述多个薄板的低压空间侧的第二侧面中的外周侧区域。各个所述薄板的所述第一侧面被所述第一侧板覆盖至比所述第二侧面被所述第二侧板所覆盖的区域靠所述转子的半径方向上的内侧。各个所述薄板的所述薄板前端面的半径方向位置在所述转子的轴向上的所述薄板前端面的至少一部分的范围内，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，且离所述高压空间最近的轴向位置中的所述薄板前端面的半径方向位置位于比所述第一侧板的内周缘靠所述半径方向的内侧。

Description

涡轮用密封装置、涡轮及用于密封装置的薄板
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮的涡轮用密封装置、涡轮及用于密封装置的薄板。
背景技术
通常，在燃气涡轮、蒸汽涡轮等涡轮中，在转子的外周面与定子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1～3等所述的那样，多个薄板(薄片)在转子的周向上呈多层状排列的薄板密封结构已为人们所知。通常，在涡轮停止时薄板为与转子接触的状态，而在涡轮运转时，薄板前端部从转子周面上浮，薄板与转子主要成为非接触的状态。薄板密封结构与迷宫式密封结构相比，由于空隙较小，因此，流体的泄漏量变少，且由于薄板与转子在时间序列上多为非接触的状态，因此，具有不易产生薄板的磨损、密封寿命较长的优点。
另外，在薄板密封结构中，在专利文献1～3中记载有在转子的旋转轴方向上在薄板的两侧分别设有低压侧侧板及高压侧侧板的结构。
在专利文献1中，低压侧侧板及高压侧侧板作为流体的压力作用方向的导向板使用。另一方面，在专利文献2及3中，主要以在薄板周围形成恰当的静压分布为目的，使用低压侧侧板及高压侧侧板。即，在涡轮运转时，通过上游侧与下游侧的压力差，高压侧侧板与薄板的侧面紧贴，薄板间的间隙在薄板基端部侧(定子侧)的大部分中被阻塞。因此，流体从高压侧侧板的转子侧端部与转子周面之间即薄板前端部侧(转子侧)流入到薄板间的间隙。而且，从薄板前端部侧流入到薄板间的间隙的流体在形成了从薄板前端部侧朝向基端部侧的向上流动后，从低压侧侧板的转子侧端部与转子周面之间流出。由于薄板相对于转子的周面倾斜配置，因此，通过由薄板间的间隙中的流体的向上流动形成的静压分布使薄板前端部上浮，薄板与转子成为非接触。另外，除静压分布的作用以外，还同时受到因转子的旋转引起的动态压力效果的作用，各薄板上浮。
在先技术文献
专利文献
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
但是，在薄板密封结构中，存在以下的问题点。
作为一个问题点，薄板成为基端部被定子支撑而前端部侧作为自由端的悬臂式结构，由于流体在该薄板的周围流动，因此，会产生因颤动引起的薄板的振动。
关于该问题点，在专利文献1～3中，关于用于抑制因颤动引起的振动的具体对策没有任何记载。
作为另一问题点，可以举出：在涡轮的运转中，在没有恰当地形成薄板与转子的非接触状态的情况下，薄板前端部与转子过度接触，会产生磨损或破损。
即，如专利文献2及3所述，为了实现使薄板前端部从转子周面上浮的状态，需要在上推相对于转子周面倾斜的薄板的面中的转子侧的面的方向上作用流体的流动。但是，若在薄板间的间隙没有形成恰当的静压分布，则薄板前端部对转子周面有按压趋势，由于与转子的接触，可能会造成薄板前端部的磨损或破损。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于提供一种能恰当地实现薄板(薄片)对转子的非接触状态并且能够有效抑制因薄板的颤动引起的振动的涡轮用密封装置、涡轮及用于密封装置的薄板。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一实施方式的涡轮用密封装置以隔开高压空间与低压空间的方式设于转子的周围，所述涡轮用密封装置的特征在于，具备：多个薄板，沿所述转子的外周面排列，并分别具有与所述转子的外周面相向的薄板前端面；第一侧板，以面向所述高压空间的方式设置，并覆盖所述多个薄板的高压空间侧的第一侧面中的外周侧区域；及第二侧板，以面向所述低压空间的方式设置，并覆盖所述多个薄板的低压空间侧的第二侧面中的外周侧区域，各个所述薄板的所述第一侧面被所述第一侧板覆盖至比所述第二侧面被所述第二侧板所覆盖的区域靠所述转子的半径方向上的内侧，各个所述薄板的所述薄板前端面的半径方向位置在所述转子的轴向上的所述薄板前端面的至少一部分的范围内，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，且离所述高压空间最近的轴向位置中的所述薄板前端面的半径方向位置位于比所述第一侧板的内周缘靠所述半径方向的内侧。
在上述(1)的结构中，各个薄板的高压空间侧的第一侧面被第一侧板覆盖，低压空间侧的第二侧面被第二侧板覆盖。另外，第一侧面被第一侧板覆盖至比第二侧面被第二侧板所覆盖的区域靠转子的半径方向上的内侧。通过该结构，在薄板间的间隙内形成从薄板的转子侧端部朝向定子侧端部的向上流动，能够形成用于使薄板从转子周面上浮的恰当的静压分布。因此，能够稳定地维持转子与薄板的非接触状态。
而且，各个薄板的薄板前端面的半径方向位置具有在转子的轴向上高压空间侧比低压空间侧远离转子的外周面的分布。另外，离高压空间最近的轴向位置中的薄板前端面的半径方向位置位于比第一侧板的内周缘靠半径方向的内侧。根据该结构，高压空间侧上的上述向上流动的流量增加，且低压空间侧上的薄板间的间隙变得比较窄。因此，因向上流动引起的薄板的扭曲变形会变大，容易引起伴随扭曲变形的低压空间侧上的薄板彼此的接触。这样，若薄板彼此接触，则薄板彼此会相互支撑，因此，能够抑制因颤动引起的薄板的振动。另外，能够恰当地形成转子外周面与薄板前端面之间的空间，能够维持轴密封效果并且抑制因颤动引起的振动。
(2)在一些实施方式中，在上述(1)的结构中，所述薄板前端面与所述转子的外周面之间的距离随着在所述转子的轴向上从所述高压空间侧朝向所述低压空间侧而减小。
根据上述(2)的结构，通过薄板前端面的形状设计来调节薄板前端面与转子外周面之间的距离的分布，由此能够对薄板的扭曲变形量进行微调。因此，能够使薄板彼此恰当地接触。
(3)在一些实施方式中，在上述(1)或(2)的结构中，所述薄板前端面为在所述转子的轴向上所述高压空间侧比所述低压空间侧而远离所述转子的外周面的倾斜面。
根据上述(3)的结构，薄板前端面的加工容易。
(4)在一些实施方式中，在上述(1)的结构中，所述薄板前端面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而远离所述转子的外周面的阶梯。
根据上述(4)的结构，由于薄板前端面由阶梯形成，因此，容易进行薄板的加工。另外，由于在流动方向上转子周面与薄板前端面之间的空隙从阶梯急剧地变小，因此，能够有效地形成向上流动。此外，在上述(4)的结构中，通过调节薄板前端面的阶梯的高度，能够对薄板的扭曲变形量进行微调。
(5)在一实施方式中，在上述(4)的结构中，所述薄板前端面的所述阶梯位于比所述薄板的宽度方向上的中点靠所述低压空间侧。
根据上述(5)的结构，由于在高压空间侧能够在转子周面与薄板前端面之间确保充分的空间，因此，能够在薄板间的间隙内更有效地形成向上流动。
(6)在一些实施方式中，在上述(1)～(5)的结构中，还具备保持所述多个薄板的基端部侧的保持器，所述第一侧板及所述第二侧板分别以夹于所述保持器与所述多个薄板的两侧面之间的状态被所述保持器支撑。
(7)在一些实施方式中，在上述(1)～(6)的结构中，在各个所述薄板的所述薄板前端面中，在所述薄板前端面中的所述转子的轴向上的所述高压空间侧的第一区域，所述薄板前端面的半径方向位置具有从所述低压空间侧朝向所述高压空间侧而远离所述外周面的所述分布，并且，在所述薄板前端面中的所述转子的轴向上的所述低压空间侧的第二区域，所述薄板前端面的半径方向位置具有从所述高压空间侧朝向所述低压空间侧而远离所述外周面的分布。
根据上述(7)的结构，由于在薄板前端面中的高压空间侧的第一区域，薄板前端面的半径方向位置具有从低压空间侧朝向高压空间侧而远离转子外周面的分布，因此，能够得到促进薄板的上浮效果的作用。
另一方面，由于在薄板前端面中的低压空间侧的第二区域，薄板前端面的半径方向位置具有从高压空间侧朝向低压空间侧而远离转子外周面的分布，因此，促进了低压空间侧上的薄板间的低压形成，产生薄板前端面对转子外周面的按压作用。
这样，通过高压空间侧的第一区域中的薄板的上浮效果和低压空间侧的第二区域中的薄板的按压作用，能够得到薄板稳定的上浮效果。
(8)在一些实施方式中，在上述(7)的结构中，在将所述转子的轴向上的所述第一区域的长度设为L1、将所述转子的轴向上的所述第二区域的长度设为L2时，满足L1＞L2。
根据上述(8)的结构，能够恰当地确保高压空间侧的第一区域中的薄板的上浮效果与低压空间侧的第二区域中的薄板的按压效果的平衡。
(9)在一些实施方式中，在上述(7)的结构中，在各个所述薄板的所述薄板前端面中，所述转子的径向上的所述第一区域的长度D1比所述转子的径向上的所述第二区域的长度D2大。
(10)在一些实施方式中，在上述(9)的结构中，在各个所述薄板的所述薄板前端面中，在将所述转子的轴向上的所述第一区域的长度设为L1、将所述转子的轴向上的所述第二区域的长度设为L2时，满足D1/L1＞D2/L2。
例如，在薄板间的压力平衡被破坏，成为了薄板被按压在转子外周面上的状态的情况下，随着薄板的磨损，高压空间侧和低压空间侧的上述各分布逐渐变化。在这样的情况下，根据上述(8)或(9)的结构，由于从转子径方向上的长度比第一区域小的第二区域逐渐损失，因此，薄板变化为容易得到高压空间侧的上浮力的形状。因此，能够防止薄板的磨损加剧。
此外，在上述(7)～(10)中，对薄板的上浮效果或按压效果没有帮助的薄板前端面的半径方向位置的陡峭的分布不适合用作第一区域及第二区域。例如，第一区域及第二区域也可以仅适用于薄板前端面相对于转子的轴向的倾斜度为60°以下的区域。
(11)本发明的至少一实施方式的涡轮，其特征在于，具备：转子，具有涡轮叶片；及上述(1)～(10)中任一项所述的密封装置，以将所述转子的周围的环状空间分隔成高压空间和低压空间的方式设于转子的周围。
根据上述(11)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或破损，同时，能够抑制因颤动引起的薄板的振动，因此，能够提供可靠性高的涡轮。
(12)本发明的至少一实施方式的用于密封装置的薄板的特征在于，为用于上述(1)～(10)中任一项所述的密封装置的薄板。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，在薄板间的间隙内，形成从薄板的转子侧端部朝向定子侧端部的向上流动，能够形成使薄板从转子周面上浮的恰当的静压分布。因此，能够稳定地维持转子与薄板的非接触状态。
另外，在高压空间侧上的上述向上流动的流量增加的同时，低压空间侧上的薄板间的间隙变得比较窄，容易引起伴随因向上流动引起的薄板的扭曲变形的低压空间侧上的薄板彼此的接触。因此，能够抑制因颤动引起的薄板的振动。
附图说明
图1是表示若干实施方式的蒸汽涡轮的示意性结构图。
图2(a)是示意性地表示若干实施方式的密封装置的立体图，(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中的静压分布的图，(b)是(a)是与转子的旋转轴垂直的截面，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，(b)是(a)所示的薄板的立体图，(c)是(a)所示的密封装置的A向视图。
图5(a)是其它实施方式的密封装置的剖视图，(b)是(a)所示的薄板的立体图，(c)是(a)所示的密封装置的B向视图。
图6(a)是其它实施方式的密封装置的剖视图，(b)是(a)所示的薄板的立体图，(c)是(a)所示的密封装置的C向视图。
图7(a)是另一其它实施方式的密封装置的剖视图，(b)是(a)所示的薄板的局部放大图。
图8是用于对薄板间的间隔进行说明的图。
图9是表示其它实施方式的燃气涡轮的示意性结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的若干实施方式进行说明。其中，作为实施方式描述的或附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等不是用于限定本发明的范围，仅仅是说明例。
首先，作为本实施方式的涡轮的一例，对图1所示的蒸汽涡轮1进行说明。此外，图1是表示若干实施方式的蒸汽涡轮1的示意性结构图。
如图1所示，若干实施方式的蒸汽涡轮1构成为，通过从蒸汽入口4导入到外壳(车室)7a内的蒸汽，使转子2旋转驱动。此外，在该图中，省略了排气室等蒸汽排出机构。
具体来说，蒸汽涡轮1具备：设于转子2侧的多个动叶片6；包含外壳7a及设于该外壳7a侧的多个静叶片7b的定子(静止部)7；及设于静叶片7b的前端的密封装置10。
多个动叶片6和多个静叶片7b在转子2的旋转轴O的方向(以下，称为轴向)上交替排列。通过使沿轴向流动的蒸汽通过动叶片6及静叶片7b，而使转子2旋转，从轴端取出赋予给转子2的旋转能量并用于发电等。
以下，参照图2～图8，对若干实施方式的密封装置10的具体结构进行说明。
图2中(a)是示意性地表示若干实施方式的密封装置10的立体图，(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中(a)是表示一实施方式的薄板11间的间隙中的静压分布的图，(b)是与转子2的旋转轴O垂直的截面，是用于对薄板11的动作进行说明的图。图4～图7是表示各实施方式的密封装置10的结构的图。图8是用于对薄板11间的间隔进行说明的图。
如图2～图7所示，本实施方式的密封装置10以隔开高压空间8与低压空间9的方式设于转子2的周围，并以降低从高压空间8漏入到低压空间9的流体(蒸汽)的泄漏量的方式构成。该密封装置10具有多个薄板(薄片)11在转子2的周向上呈多层状排列的薄板密封结构。
在若干实施方式中，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。
具体来说，多个薄板11设于转子2与定子7之间的环状空间内，相互隔开微小空间地在转子2的周向上呈多层状排列。多个薄板11相对于转子2的轴向，宽度方向位置大致一致。
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的外周面在周向上呈锐角的方式倾斜配置。即，各薄板11以相对于转子2的半径方向具有超过0°的角度的方式倾斜配置。在蒸汽涡轮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为环状薄板，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为环状薄板，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。
此外，在本实施方式中，外周侧是指转子2的半径方向上的外侧。
各个薄板11的第一侧面13a被第一侧板20覆盖至比第二侧面13b被第二侧板22所覆盖的区域靠转子2的半径方向上的内侧。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)的距离比从转子2的外周面至第二侧板22的内周缘22a(转子2侧端部)的距离小。
通过该结构，在薄板11间的间隙内形成从薄板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的外周面上浮的恰当的静压分布。因此，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)，对密封装置10的动作进行说明。此外，图3(a)表示沿通过薄板11间的间隙的平面的密封装置10的截面，(b)表示沿与薄板11的宽度方向垂直的平面的密封装置10的截面、即与转子2的轴向垂直的截面。
如图3(a)及(b)所示，由于薄板11相对于转子2的外周面倾斜，因此，具有：面向该转子的下表面11b；及作为其背面的、面向定子7(参照图1)的上表面11a。另外，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之间的间隙比薄板11与第一侧板20之间的间隙大。
如图3(a)所示，在蒸汽涡轮1运转时(转子2旋转时)，在从高压空间8朝向低压空间9的流体压施加到各薄板11上的情况下，相对于各薄板11的上表面11a及下表面11b，在高压空间8侧的前端部12的端部r1流体压最高，且形成有朝向对角的角部r2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。具体来说，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之间并流入到薄板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间的间隙中从高压空间8侧的前端部12的端部r1侧呈放射状形成。而且，流体g在薄板11与第二侧板22之间的间隙中形成向下流动，通过转子2的外周面与第二侧板22的内周缘22a之间并流出到低压空间9。
由此，如图3(b)所示，垂直于各薄板11的上表面11a及下表面11b而施加的流体压分布30b、30c成为距离前端部12侧越近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的每一个中的流体压分布30b、30c的形状相互大致相同，各薄板11以相对于转子2的外周面呈锐角的方式倾斜配置，因此，这些上表面11a及下表面11b中的各流体压分布30b、30c的相对位置仅偏离尺寸s1，在比较从薄板11的基端部14侧朝向前端部12侧的任意点P上的上表面11a及下表面11b的流体压的情况下，两者间会产生差。
即，由于在薄板11的长度方向上的任意点P上，施加到下表面11b的流体压(将其设为Fb)比施加到上表面11a的气压(将其设为Fa)高，因此，作用于以使薄板11自转子2上浮的方式变形的方向。此时，在各薄板11的前端部12的附近变得相反，仅对上表面11a施加流体压，由于该力作用于在转子2的外周面与薄板11的前端之间流动的流体g的流体压使薄板11的前端部12从转子2的外周面浮起的方向(将其设为Fc)并抵消，因此，不会产生想要将薄板11的前端向转子2压入的力。因此，由于因施加到各薄板11上的流体压引起的压力载荷为(Fb+Fc)＞Fa，因此，能够使各薄板11以自转子2的外周面上浮的方式变形。
因此，在各薄板11的上表面11a及下表面11b间产生压力差，这些薄板11以自转子2的外周面上浮的方式变形，能够形成非接触状态。此外，在蒸汽涡轮1运转时，薄板11与转子2主要成为非接触的状态，但有时也形成非接触状态和接触状态在时间序列上混合的状态。
在以上的说明中，对利用从高压空间8侧加压时的差压使各薄板11相对于转子2成为非接触状态的机制进行了说明，除此之外，也同时受到因转子2的旋转引起的动态压力效果的作用，使各薄板11上浮。
即，各薄板11以在转子2的轴向上具有由板厚决定的预定的刚性的方式设计。另外，各薄板11以如上述那样相对于转子2的旋转方向与转子2的外周面所成的角成为锐角的方式安装在定子7上，在转子2停止时，各薄板11的前端以预定的预压与转子2接触，但由于在转子2旋转时通过因转子2旋转而产生的动态压力效果使各薄板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为了在恰当地实现薄板11对转子2的非接触状态的同时有效地抑制因薄板11的颤动引起的振动，还具备以下的结构。
如图4～图7所示，在若干实施方式的密封装置10中，各个薄板11的前端面12a的半径方向位置在转子2的轴向上的前端面12a的至少一部分的范围内，具有高压空间8侧比低压空间9侧远离转子2的外周面的第一分布。即，各薄板11以薄板前端面12a中的高压空间8侧的端部12b与转子2的外周面的距离d1比低压空间9侧的端部12c与转子2的外周面的距离d2大的方式构成。而且，在高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c之间，以从高压空间8侧朝向低压空间9侧连续地或断续地、或者阶段性地使薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离变小的方式形成薄板11的前端部12。另外，薄板11的前端部12以离高压空间8最近的轴向位置中的薄板前端面12a的半径方向位置位于比第一侧板20的内周缘20a靠半径方向的内侧的方式构成。即，薄板前端面12a中的高压空间8侧的端部12b与转子2的外周面的距离d1比第一侧板20的内周缘20a与转子2的外周面的距离d3小。
此外，形成第一分布的“转子2的轴向上的前端面12a的至少一部分的范围”是指，可以是在轴向上薄板11的前端面12a的整个范围，也可以是前端面12a的一部分范围。在图4～图6所示的例子中，形成第一分布的范围是从高压空间8侧的端部12b至低压空间9侧的端部12c的整个范围。在图7所示的例子中，形成第一分布的范围为高压空间8侧的一部分的区域(第一区域18)。
在转子2旋转时，薄板11的前端部12如上述那样通过静压分布从转子2的外周面上浮，相对于该转子2的外周面形成非接触的状态。此时，挠性薄板11成为在从基端部14至前端部12的长度方向上稍稍弯曲的形状。在此，如上述那样，在各个薄板11的前端面12a的半径方向位置具有上述那样的分布的情况下，由于高压空间8侧的上述向上流动(参照图3(a))的流量增加，因此，高压空间8侧的端部12b的上浮量比低压空间9侧的端部12c的上浮量大。即，如图4(c)、图5(c)、图6(c)所示，在前端部12的截面上，高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c相比靠转子2的旋转方向下游侧。因此，薄板11相对于其宽度方向会扭曲变形。
另一方面，如图8所示，由于多个薄板11配置在转子2的周向上，因此，通过薄板11的基端部14的圆周长度R2比通过前端部12的圆周长度R1大。根据该圆周长度R2与圆周长度R1的周长差，相邻的薄板11的基端部14间的距离ΔT2比前端部12间的距离ΔT1大。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。特别是，前端部12彼此的间隔在距离转子2的外周面更近的低压空间9侧变窄。因此，在薄板11的前端部12上产生了上述扭曲变形的情况下，容易引起在低压空间9侧上的薄板11彼此的接触。这样，由于若薄板11彼此接触，则薄板11彼此相互支撑，因此，能够抑制因颤动引起的薄板11的振动。另外，例如，在薄板前端面12a的半径方向位置为第一侧板20的内周缘20a的半径方向的外侧的情况下，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之间的空隙变宽，轴密封效果可能会降低。因此，根据上述结构，由于薄板前端面12a的半径方向位置在第一侧板20的内周缘20a的半径方向的内侧，因此，能够恰当地形成转子2的外周面与薄板前端面12a之间的空间，能够一边维持轴密封效果一边抑制因颤动引起的振动。
接下来，对各实施方式的密封装置10的具体结构例进行说明。此外，在图4～图7中，对结构相同的部位标记相同的附图标记，仅对结构不同的部位标记不同的附图标记。
图4中(a)是一实施方式的密封装置10的剖视图，(b)是(a)所示的薄板11的立体图，(c)是(a)所示的密封装置10的A向视图。
一实施方式中的密封装置10构成为，薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离随着在转子2的轴向上从高压空间8侧向低压空间9侧而逐渐减小。另外，薄板前端面12a在转子2的轴向上成为高压空间8侧比低压空间9侧远离转子2的外周面的倾斜面。
具体来说，薄板11构成为高压空间8侧的端部12b与转子2的外周面的距离d1比低压空间9侧的端部12c与转子2的外周面的距离d2大，且从高压空间8侧的端部12b朝向低压空间9侧的端部12c呈直线状倾斜的构成。高压空间8侧的端部12b如图示所示，可以以具有角部的方式形成，也可以以未图示的R状形成。
根据上述结构，通过薄板前端面12a的形状设计来调节薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离的分布，由此能够对薄板11的扭曲变形量进行微调。因此，能够使薄板11彼此恰当地接触。另外，由于薄板前端面12a成为单纯的倾斜面，因此，薄板11的加工是容易的。
此外，在图4所示的例子中，使从薄板11的宽度方向上高压空间8侧的端部12b至低压空间9侧的端部12c的全部区域的前端面12a形成为倾斜面，但倾斜面的区域不限于此，只要在薄板11的宽度方向上高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c之间的任一区域上形成倾斜面即可。例如，倾斜面也可以形成在薄板11的宽度方向上从高压空间8侧的端部12b至低压空间9侧的端部12c的高压空间8侧的位置的区域。或者，倾斜面也可以形成在薄板11的宽度方向上从高压空间8侧的端部12b的低压空间9侧的位置至低压空间9侧的端部12c的区域。或者，倾斜面也可以形成在薄板11的宽度方向上高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c之间的中央区域。
图5中(a)是其它实施方式的密封装置10的剖视图，(b)是(a)所示的薄板11的立体图，(c)是(a)所示的密封装置10的B向视图。
其它实施方式中的密封装置10以薄板前端面12a具有转子2的轴向上高压空间8侧比低压空间9侧远离转子2的外周面的阶梯12d的方式构成。即，在高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c之间设有阶梯12d，阶梯12d的高压空间8侧上的薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离d1比阶梯12d的低压空间9侧上的薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离d2大。
根据上述结构，由于薄板前端面12a由阶梯12d形成，因此，薄板11的加工变得容易。另外，由于在流体的流动方向上，转子2的外周面与薄板前端面12a之间的空隙会从阶梯12d急剧地变小，因此，能够有效地形成上述的向上流动(参照图3(a))。此外，在上述结构中，通过调节薄板前端面12a的阶梯的高度，能够对薄板11的扭曲变形量进行微调。
薄板前端面12a的阶梯12d也可以以位于比薄板11的宽度方向上的中点靠低压空间9侧的方式构成。由此，在高压空间8侧，能够在转子2的外周面与薄板前端面12a之间确保充分的空间，另外，在比低压空间9侧更近的区域内，能够在薄板11间的间隙内形成向上流动。因此，能够促进薄板11的扭曲变形，薄板11彼此容易接触。
另外，在图示的例子中，表示薄板前端面12a具有一个阶梯12d的结构，但薄板前端面12a也可以是具有两个以上的阶梯的结构。在该情况下，也以阶梯的高压空间8侧的薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离比阶梯12d的低压空间9侧的薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离大的方式形成各阶梯。
而且，在图示的例子中，表示阶梯12d的高压空间8侧的薄板前端面12a及低压空间9侧的薄板前端面12a均与转子2的外周面平行的结构，但也可以是至少任一薄板前端面12a由倾斜面(参照图4)或弯曲面(参照图6)形成。
图6中(a)是其它实施方式的密封装置的剖视图，(b)是(a)所示的薄板11的立体图，(c)是(a)所示的密封装置的C向视图。
其它实施方式中的密封装置10构成为，薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离随着在转子2的轴向上从高压空间8侧向低压空间9侧而逐渐减小。另外，薄板前端面12a形成为弯曲的形状。
具体来说，薄板11构成为高压空间8侧的端部12b与转子2的外周面的距离d1比低压空间9侧的端部12c与转子2的外周面的距离d2大，且形成为高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c之间相对于转子2的外周面弯曲的形状。
根据上述结构，通过薄板前端面12a的形状设计来调节薄板前端面12a与转子2的外周面之间的距离的分布，由此能够对薄板11的扭曲变形量进行微调。因此，能够使薄板11彼此恰当地接触。
在图示的例子中，薄板前端面12a具有拐点12e位于高压空间8侧的端部12b与低压空间9侧的端部12c之间的S字形状。即，比拐点12e靠高压空间8侧的薄板前端面12a形成为向定子7侧突出的弯曲形状，比拐点12e靠低压空间9侧的薄板前端面12a形成为向转子2侧突出的弯曲形状。
此外，在该实施方式中，薄板前端面12a的弯曲形状不限于图示的例子，薄板前端面12a也可以是不具有拐点的形状。例如，薄板前端面12a在从高压空间8侧的端部12b至低压空间9侧的端部12c的整个区域内可以是向转子2侧突出的弯曲形状，也可以是向定子7侧突出的弯曲形状。或者，薄板前端面12a也可以是具有两个以上的拐点的弯曲形状。
图7中(a)是另一其它实施方式的密封装置10的剖视图，(b)是(a)所示的薄板11的局部放大图。
在另一其它实施方式中的密封装置10中，薄板11的前端面12a中的离高压空间8最近的轴向位置中的端部12b的半径方向位置位于比第一侧板20的内周缘20a靠半径方向的内侧。另外，薄板11的前端面12a中的离低压空间9最近的轴向位置中的端部12c的半径方向位置位于比第二侧板22的内周缘22a靠半径方向的内侧。
另外，密封装置10具备前端面12a具有第一区域18及第二区域19的薄板11。
第一区域18设于薄板11的前端面12a中的转子2的轴向上的高压空间8侧。在该前端面12a的第一区域18中，前端面12a的半径方向位置具有从低压空间9侧朝向高压空间8侧而远离转子外周面的分布。另一方面，第二区域19设于薄板11的前端面12a中的转子2的轴向上的低压空间9侧。在该前端面12a的第二区域19中，前端面12a的半径方向位置具有从高压空间8侧向低压空间9侧而远离转子外周面的分布。此外，前端面12a的第一区域18和第二区域也可以相对于通过薄板11的轴向宽度的中心的线呈非对称的形状。
根据上述结构，由于在前端面12a中的高压空间8侧的第一区域18内，前端面12a的半径方向位置具有从低压空间9侧朝向高压空间8侧而远离转子2的外周面的分布，因此，能够得到促进薄板11的上浮效果的作用。
另一方面，由于在前端面12a中的低压空间9侧的第二区域19中前端面12a的半径方向位置具有从高压空间8侧朝向低压空间9侧而远离转子外周面的分布，因此，促进了低压空间9侧的薄板11间的低压形成，产生前端面12a对转子外周面的按压作用。
这样，通过高压空间8侧的第一区域18中的薄板11的上浮效果和低压空间9侧的第二区域19中的薄板11的按压作用，能够得到薄板11的稳定的上浮效果。
此外，在本实施方式中，对薄板11的上浮效果或按压效果没有帮助的前端面12a的半径方向位置的陡峭的分布不适合用作第一区域18及第二区域19。具体来说，第一区域18及第二区域19也可以仅适用于前端面12a相对于转子2的轴向的倾斜度为60°以下的区域。例如，在图7中，在低压空间9侧的薄板11的侧面稍微缺口的情况下，前端面12a在低压空间9侧成为从轴向向径向外方急剧上升的形状。由于该端面形状对薄板11的按压效果几乎没有帮助，因此，该陡峭的缺口区域不适合用作第二区域19。
在一实施方式中，在将转子2的轴向上的第一区域18的长度设为L1、将转子2的轴向上的第二区域19的长度设为L2时，满足L1＞L2。
根据该结构，能够恰当地确保高压空间8侧的第一区域18中的薄板11的上浮效果与低压空间9侧的第二区域19中的薄板11的按压效果的平衡。
在图示的例子中，高压空间8侧的第一区域18由包含高压空间8侧的端部12b的第一倾斜面12a1形成。低压空间9侧的第二区域19由包含低压空间9侧的端部12c的第二倾斜面12a2形成。而且，在第一倾斜面12a1与第二倾斜面12a2之间设有直线部12a3。
第一倾斜面12a1构成为与转子2的外周面的距离以从高压空间8侧的端部12b朝向直线部12a3变小的方式呈直线状倾斜。
第二倾斜面12a2构成为与转子2的外周面的距离以从低压空间9侧的端部12c朝向直线部12a3变小的方式呈直线状倾斜。
直线部12a3在转子2的轴向上形成于前端面12a的中央区域。另外，直线部12a3以与转子2的外周面的距离在转子2的轴向上大致一定的方式构成。直线部12a3与转子2的外周面的距离也可以比高压空间8侧的端部12b及低压空间9侧的端部12c小。
另外，薄板11的前端面12a也可以是转子2的径向上的第一区域18的长度D1比转子2的径向上的第二区域19的长度D2大。即，也可以以满足D1＞D2的方式构成薄板11的前端面12a。
而且，薄板11的前端面12a也可以构成为，在将转子2的轴向上的第一区域18的长度设为L1、将转子的轴向上的第二区域的长度设为L2时，满足D1/L1＞D2/L2。例如，如图7所示，在第一区域18由第一倾斜面12a1形成、第二区域19由第二倾斜面12a2形成的情况下，转子2的轴向与第一倾斜面12a1所成的角θ1比转子2的轴向与第二倾斜面12a2所成的角θ2大。
例如，在薄板11间的压力平衡被破坏、薄板11成为被按压在转子2的外周面上的状态的情况下，随着薄板11的磨损，高压空间8侧与低压空间9侧的上述各分布(例如倾斜面的形状)逐渐变化。在这样的情况下，根据上述结构，由于从转子2的径向上的长度比第一区域18小的第二区域19逐渐损失，因此，薄板11变化为容易得到高压空间8侧的上浮力的形状。因此，能够防止薄板11的磨损加剧。
在图7所示的例子中，第一区域18及第二区域19表示分别由直线状的第一倾斜面12a1及第二倾斜面12a2形成的情况，作为未图示的例子，第一区域18及第二区域19也可以形成为R状。例如，第一区域18及第二区域19分别形成为轴向中央向转子2侧突出的弯曲形状。
此外，在图7所示的实施方式中，省略了相当于图4～图6中的(b)、(c)的附图，在图7所示的实施方式中，也与图4(c)、图5(c)及图6(c)所示的状态同样地，在转子2旋转时，在前端部12的截面上，高压空间8侧的端部12b位于比低压空间9侧的端部12c靠转子2的旋转方向下游侧，薄板11相对于其宽度方向扭曲变形。
在一实施方式中，上述的密封装置10还可以具备以下所示的结构。
如图4～图7所示，密封装置10还具备保持多个薄板11的基端部14侧的一对保持器26、28。而且，第一侧板20及第二侧板22分别以夹于保持器26、28与多个薄板11的两侧面13a、13b之间的状态被保持器26、28支撑。
作为具体结构，在定子7上形成有用于保持保持器26、28、第一侧板20、第二侧板22及多个薄板11的环状的保持空间40。保持空间40在沿转子2的旋转轴O的截面上形成为T字形状。保持空间40包含：形成于转子2的半径方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；及形成于转子2的半径方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侧的板宽更宽广的大致T字形，在基端部14与前端部12之间的两侧面13a、13b上设有板宽比前端部12侧窄的缺口部16a、16b。
一对保持器26、28分别具有凹部26a、28a，在以包含转子2的旋转轴O的截面观察的情况下，形成为大致“コ”字形。一对保持器26、28以薄板11的基端部14嵌入到凹部26a、28a的状态收容在第二空间42内。即，一对保持器26、28以将在转子2的周向上呈多层状排列的多个薄板11的基端部14从两侧面13a、13b夹入并支撑的方式构成。此时，通过使保持器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，而使被该保持器26、28夹持的薄板11支撑在定子7侧。
第一侧板20及第二侧板22分别在转子2的半径方向外周侧具有突出部20b、22b。突出部20b、22b与薄板11的缺口部16a、16b卡合。而且，第一侧板20及第二侧板22分别以夹于保持器26、28与多个薄板11的两侧面13a、13b之间的状态被保持器26、28支撑。
此外，虽省略了图示，但也可以在第二空间42内设有夹于各保持器26、28间并用于降低各薄板11相对于这些部件松动的垫片。另外，也可以在第二空间42内设有用于使呈环状排列的多个薄板11以与转子2的旋转轴形成同轴的方式支撑为上浮状态的多个施力部件(例如板簧)。
如上述那样，根据本发明的实施方式，在薄板11间的间隙内形成有从薄板11的转子2侧的端部朝向定子7侧的端部的向上流动，能够形成使薄板11从转子2的外周面上浮的恰当的静压分布。因此，能够稳定地维持转子2与薄板11的非接触状态。
另外，高压空间8侧的上述向上流动的流量增加，同时低压空间9侧的薄板11间的间隙变得比较窄，容易引起伴随因向上流动引起的薄板11的扭曲变形的低压空间9侧的薄板11彼此的接触。因此，能够抑制因颤动引起的薄板11的振动。
本发明不限于上述的实施方式，还包含对上述的实施方式施加了变形的方式、适当组合这些方式的方式。
例如，在上述的实施方式中，作为本实施方式的涡轮的一例，对蒸汽涡轮1进行了说明，但本实施方式的涡轮不限于此，也可以是图11所示的燃气涡轮51等其它涡轮。
图9所示的燃气涡轮51具备：用于生产压缩空气的压缩机53、用于使用压缩空气及燃料来产生燃烧气体的燃烧器54及以被燃烧气体旋转驱动的方式构成的涡轮55。例如在发电用的燃气涡轮51的情况下，在涡轮55上连结有未图示的发电机，通过涡轮55的旋转能量进行发电。在这种燃气涡轮51中，涡轮55的旋转能量经由转子52(与图1的转子2对应)作为压缩机53的动力源使用。
具体来说，涡轮55具备：设于转子52侧的多个动叶片56(与图1的动叶片6对应)；包含外壳57a及设于该外壳57a侧的多个静叶片57b(与图1的静叶片7b对应)的定子(静止部)57；及设于静叶片57b的前端的密封装置50。作为该密封装置50，可以使用上述的密封装置10。
多个动叶片56和多个静叶片57b在转子52的旋转轴O的方向(以下，称为轴向)上交替排列。通过使沿轴向流动的燃烧气体通过动叶片56及静叶片57b，而使转子52旋转，从轴端取出赋予给转子52的旋转能量并用于发电等。
例如，“在某方向上”、“沿某方向”、“平行”、“垂直”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表达不仅严格地表示该种配置，还表示具有公差或者能够得到相同的功能的程度的角度、距离而进行相对位移的状态。
例如，“相同”、“相等”及“均质”等表示物事相等的状态的表达不仅表示严格相等的状态，还表示存在公差或者能够得到相同功能的程度的差的状态。
例如，表示四边形状、圆筒形状等形状的表达不仅表示在几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，还表示在能够得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“具备”、“包含”或“具有”一结构要素这一表达不是将其它结构要素的存在排除在外的排他性表达。
附图标记说明
1 蒸汽涡轮
2 转子
4 蒸汽入口
6 动叶片
7 定子
7a 外壳
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
12a1 第一倾斜面
12a2 第二倾斜面
12a3 直线部
12b 高压空间侧的端部
12c 低压空间侧的端部
12d 阶梯
12e 拐点
13a 第一侧面
13b 第二侧面
14 基端部
16a、16b 缺口部
18 第一区域
19 第二区域
20 第一侧板
22 第二侧板
26、28 保持器
40 保持空间
51 燃气涡轮
52 转子
53 压缩机
54 燃烧器
55 涡轮
56 动叶片
57 定子
57a 外壳
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)

1.一种涡轮用密封装置，以隔开高压空间与低压空间的方式设于转子的周围，所述涡轮用密封装置的特征在于，具备：
多个薄板，沿所述转子的外周面排列，并分别具有与所述转子的外周面相向的薄板前端面；
第一侧板，以面向所述高压空间的方式设置，并覆盖所述多个薄板的高压空间侧的第一侧面中的外周侧区域；及
第二侧板，以面向所述低压空间的方式设置，并覆盖所述多个薄板的低压空间侧的第二侧面中的外周侧区域，
各个所述薄板的所述第一侧面被所述第一侧板覆盖至比所述第二侧面被所述第二侧板所覆盖的区域靠所述转子的半径方向上的内侧，
各个所述薄板的所述薄板前端面的半径方向位置在所述转子的轴向上的所述薄板前端面的至少一部分的范围内，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，且离所述高压空间最近的轴向位置中的所述薄板前端面的半径方向位置位于比所述第一侧板的内周缘靠所述半径方向的内侧。
2.根据权利要求1所述的涡轮用密封装置，其特征在于，
所述薄板前端面与所述转子的外周面之间的距离随着在所述转子的轴向上从所述高压空间侧朝向所述低压空间侧而减小。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮用密封装置，其特征在于，
所述薄板前端面为在所述转子的轴向上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倾斜面。
4.根据权利要求1所述的涡轮用密封装置，其特征在于，
所述薄板前端面具有在所述转子的轴向上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阶梯。
5.根据权利要求4所述的涡轮用密封装置，其特征在于，
所述薄板前端面的所述阶梯位于比所述薄板的宽度方向上的中点靠所述低压空间侧。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的涡轮用密封装置，其特征在于，
还具备保持所述多个薄板的基端部侧的保持器，
所述第一侧板及所述第二侧板分别以夹于所述保持器与所述多个薄板的两侧面之间的状态被所述保持器支撑。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的涡轮用密封装置，其特征在于，
在各个所述薄板的所述薄板前端面中，
在所述薄板前端面中的所述转子的轴向上的所述高压空间侧的第一区域，所述薄板前端面的半径方向位置具有从所述低压空间侧朝向所述高压空间侧而远离所述外周面的所述分布，
并且，在所述薄板前端面中的所述转子的轴向上的所述低压空间侧的第二区域，所述薄板前端面的半径方向位置具有从所述低压空间侧朝向所述高压空间侧而远离所述外周面的分布。
8.根据权利要求7所述的涡轮用密封装置，其特征在于，
在将所述转子的轴向上的所述第一区域的长度设为L1、将所述转子的轴向上的所述第二区域的长度设为L2时，满足L1＞L2。
9.根据权利要求7所述的涡轮用密封装置，其特征在于，
在各个所述薄板的所述薄板前端面中，所述转子的径向上的所述第一区域的长度D1比所述转子的径向上的所述第二区域的长度D2大。
10.根据权利要求9所述的涡轮用密封装置，其特征在于，
在各个所述薄板的所述薄板前端面中，在将所述转子的轴向上的所述第一区域的长度设为L1、将所述转子的轴向上的所述第二区域的长度设为L2时，满足D1/L1＞D2/L2。
11.一种涡轮，其特征在于，具备：
转子，具有涡轮叶片；及
权利要求1～10中任一项所述的涡轮用密封装置，以将所述转子的周围的环状空间分隔成高压空间和低压空间的方式设于转子的周围。
12.一种薄板，用于权利要求1～10中任一项所述的涡轮用密封装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7064071B2 (ja) * 2018-03-29 2022-05-10 三菱重工業株式会社 軸シール装置及びこの軸シール装置を備える回転機械

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1573024A (zh) * 2003-05-21 2005-02-02 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
CN1573023A (zh) * 2003-05-21 2005-02-02 三菱重工业株式会社 轴密封机构
US20110135453A1 (en) * 2008-07-28 2011-06-09 Neil Howes Leaf seal
US20130043658A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 General Electric Company Brush seal with backing plate tooth
CN103270250A (zh) * 2010-12-27 2013-08-28 三菱重工业株式会社 轴密封装置及具有该轴密封装置的旋转机械
US20150001805A1 (en) * 2013-06-28 2015-01-01 Rolls-Royce Plc Leaf seal

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2558900B1 (fr) * 1984-02-01 1988-05-27 Snecma Dispositif d'etancheite peripherique d'aubage de compresseur axial
JP3692300B2 (ja) 1998-07-13 2005-09-07 三菱重工業株式会社 軸シールおよびそれを用いたタービン
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
JP3872800B2 (ja) 2003-05-21 2007-01-24 三菱重工業株式会社 軸シール機構、軸シール機構の組み付け構造、及び大型流体機械
GB2411931A (en) * 2004-03-08 2005-09-14 Alstom Technology Ltd A leaf seal arrangement
DE102004020378A1 (de) * 2004-04-23 2005-11-10 Alstom Technology Ltd Lamellendichtung, insbesondere für eine Gasturbine, sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE102004020377A1 (de) * 2004-04-23 2005-11-10 Alstom Technology Ltd Verfahren zur Bearbeitung von Dichtungen nach Art der Lamellendichtungen
GB0417613D0 (en) 2004-08-07 2004-09-08 Rolls Royce Plc A leaf seal arrangement
JP3917993B2 (ja) * 2004-08-10 2007-05-23 三菱重工業株式会社 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。
DE102004059858A1 (de) * 2004-12-11 2006-06-29 Alstom Technology Ltd Lamellendichtung, insbesondere für eine Gasturbine
GB0613989D0 (en) * 2006-07-14 2006-08-23 Rolls Royce Plc leaf Seals
US8205889B2 (en) * 2007-11-27 2012-06-26 General Electric Company Methods and apparatus to facilitate sealing in rotary machines
US8690158B2 (en) * 2010-07-08 2014-04-08 Siemens Energy, Inc. Axially angled annular seals
US20120315138A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 General Electric Company Compliant plate seal assembly for a turbo machine
GB201121440D0 (en) * 2011-12-14 2012-01-25 Rolls Royce Plc Improved leaf seal
JP5851890B2 (ja) 2012-03-08 2016-02-03 三菱重工業株式会社 軸シール装置
JP6012505B2 (ja) 2013-02-22 2016-10-25 三菱重工業株式会社 軸シール装置及び回転機械
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
CN1573024A (zh) * 2003-05-21 2005-02-02 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
CN1573023A (zh) * 2003-05-21 2005-02-02 三菱重工业株式会社 轴密封机构
US20110135453A1 (en) * 2008-07-28 2011-06-09 Neil Howes Leaf seal
CN103270250A (zh) * 2010-12-27 2013-08-28 三菱重工业株式会社 轴密封装置及具有该轴密封装置的旋转机械
US20130043658A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 General Electric Company Brush seal with backing plate tooth
US20150001805A1 (en) * 2013-06-28 2015-01-01 Rolls-Royce Plc Leaf seal

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CN107250630B (zh) 2019-10-22
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