JP2000352467A

JP2000352467A - フローティングシール装置

Info

Publication number: JP2000352467A
Application number: JP11225652A
Authority: JP
Inventors: Zenichi Yoshida; 善一吉田; Naotaka Komatsu; 直隆小松; Kazuhiko Maekawa; 前川　　和彦; Masayoshi Sasaki; 公良佐々木; Satoshi Hata; 聰秦; Takahisa Masukawa; 高久枡川; Ryutaro Umagoe; 龍太郎馬越; Kenji Enomoto; 健次榎本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】シールリングにカーボン材を使用したフロー
ティングシール装置において、該シールリングの圧力に
よる変形、殊に内周方向への変形を抑制して、摩擦係数
が小さく摺性性能が良好なカーボン材からなるシールリ
ングの利点を維持しつつ、高差圧条件においてもシール
リングの破損を回避でき、耐久性が向上されたるフロー
ティングシール装置を提供する。【解決手段】高圧ガスが収容される高圧室と低圧室と
の間のガスシールを行なうシールリングを、回転軸の外
周に微小量の隙間を存して設け、該シールリングの側面
を軸方向の付勢手段によってケーシングの側面に半径方
向に相対摺動可能に押付けてなるフローティングシール
装置において、前記シールリングをカーボン材で構成す
るとともに、その外周に金属材料からなる環状のホルダ
を嵌挿し、該シールリングとホルダとの嵌合部に、該シ
ールリングに設けられた連通孔を介して前記低圧室に連
通される低圧チャンバを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービン、ガ
スタービン、軸流式圧縮機等の、ガス、蒸気、空気等の
気体を用いた回転機械に使用されるフローティングシー
ル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１５には、高圧軸流圧縮機に使用され
るフローティングシール装置の従来技術の１例を示す。
図１５において、１は回転軸、１ａは該回転軸１の回転
軸心、２は圧縮機のケーシング、０３は複数のボルト０
４によって前記ケーシング２の側面に固着される側板で
ある。

【０００３】５はカーボン材からなるシールリングで、
該ケーシング２の内側の高圧室３０と外側の低圧室３１
との間のガスのシールを行なうものである。前記シール
リング５は、前記ケーシング２の内面と側板０３の内面
とに囲まれた空間０６内に、該シールリング５の内周面
０５ａと前記回転軸１の外周面１ｂとの間に、該シール
リング５の幅方向に一定の微小な隙間２１を形成してい
る。そして、該シールリング５は、軸方向においては、
該シールリング５の側部と前記ケーシング２の側部との
間に架設されたばね４によって前記側板０３の側面に押
し付けられ、この押付け面即ち摺接面０７にて半径方向
に摺動可能となってフローティングシールを構成してい
る。

【０００４】かかるフローティングシール装置において
は、高圧室３０内のガスが前記シールリング５の内側の
微小な隙間２１を軸方向に流動する際の圧力降下によっ
て該高圧室３０側から低圧室３１側へのガス流れを抑制
し、ガスの漏洩を防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１４は、かかるフロ
ーティングシール装置におけるシールリング５によるシ
ール作用の説明図である。

【０００６】図１４において、シールリング５の中心５
ａは、回転軸１の回転軸心１ａに対して、通常は偏心し
た（ｅは偏心量）状態でシール作用を行なっており、か
かる偏心によってシールリング５に働く力をＦ、高圧室
３０の圧力Ｐ₁と低圧室３１の圧力Ｐ₂との差圧によって
シールリング５を摺接面２２において軸方向に押す力を
Ｆｐ、該摺接面２２の摩擦係数をμ、シールリング５の
自重をＷとすると、Ｆ＜μ・Ｆｐ＋Ｗ …（１）のとき、シールリング５は、半径方向に移動しない（摺
接面２２にて摺動しない）。

【０００７】そして回転軸１とシールリング５とが接近
して隙間２１が小さくなると、前記偏心による力Ｆが大
きくなり、Ｆ＞μ・Ｆｐ＋Ｗ …（２）となった時点でシールリング５は半径方向に移動する。
これによって、シールリング５と回転軸１との隙間２１
が増加し、前記偏心による力Ｆが低下する。上記のよう
なフローティング式のシールリング５の半径方向移動に
よる自動調心作用によって、該シールリング５と回転軸
１との隙間２１が適正に保持され、高圧室３０から低圧
室３１へのガスの漏洩が防止される。

【０００８】従って、前記（１）、（２）式に示すよう
に、前記シールリング５の偏心による力Ｆを低減するに
は、シールリング５とケーシング２側との摺接面２２に
おける摩擦係数μを小さくすることが要求され、かかる
要求を満足し、かつ回転軸１とシールリング５とが接触
しても該回転軸１に損傷を与えないようにするため、シ
ールリング５には摩擦係数の小さいカーボン材が用いら
れている。

【０００９】しかしながら、前記カーボン材からなるシ
ールリング５は前記のような作用効果を有する反面、弾
性係数（ヤング率）が小さいため、高圧室３０からのガ
ス圧力に対する変形量が大きくなる。このため、かかる
カーボン材からなるシールリング５を図１５に示される
ような構造のフローティングシール装置に適用する場合
には、高圧室３０と低圧室３１との差圧による前記シー
ルリング５の半径方向の変形量が大きくなって、これが
内周方向（回転軸１に近付く方向）になると、該シール
リング５が回転軸１と接触し、該シールリング５の破損
が発生し、これによってシール不良によるガス漏れが引
き起こされるという不具合の発生の恐れがあり、このた
め、図１５に示されるような従来のフローティングシー
ル装置は、ガスタービンや蒸気タービンの高圧部、中圧
部等の高圧ガスをシールするシール装置には使用できな
いという問題点を有する。

【００１０】本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、
シールリングにカーボン材を使用したフローティングシ
ール装置において、該シールリングの圧力による変形、
殊に内周方向への変形を抑制して、摩擦係数が小さく摺
性性能が良好なカーボン材からなるシールリングの利点
を維持しつつ、高差圧条件においてもシールリングの破
損を回避でき、耐久性が向上されたるフローティングシ
ール装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、請求項１記載の発明として、高圧ガスが収
容される高圧室と該高圧室よりも低圧に保持された低圧
室との間のガスシールを行なうシールリングを、回転軸
の外周にその外周面と微小量の隙間を存して設け、該シ
ールリングの側面をばね等の軸方向の付勢手段によって
ケーシングの側面に半径方向に相対摺動可能に押付けて
構成されたフローティングシール装置において、前記シ
ールリングをカーボン材で構成するとともに、その外周
に金属材料からなる環状のホルダを嵌挿し、該シールリ
ングとホルダとの嵌合部に、該シールリングに設けられ
た連通孔を介して前記低圧室に連通される低圧チャンバ
を設けたことを特徴とするフローティングシール装置を
提案する。

【００１２】請求項２〜３記載の発明は、前記低圧チャ
ンバの具体的形態に係り、請求項２においては、前記低
圧チャンバを前記ホルダの内周に設けてなる。

【００１３】また、請求項３においては、前記低圧チャ
ンバを前記シールリングの外周に設けてなる。

【００１４】かかる発明において、前記回転軸とシール
リングとの隙間は、該回転軸の軸方向に亘って同一寸法
であっても、あるいは高圧室側で最大で低圧室側になる
に従がい直線的に小さくなるように構成してもよい。

【００１５】また、前記連通孔は、円周方向等間隔に複
数個設け、前記低圧チャンバ内を、円周方向において、
圧力分布が均一になるようにする。

【００１６】かかる発明によれば、回転軸がシールリン
グに対して偏心した状態で回転せしめられる際におい
て、前記偏心によって発生する力Ｆと、高圧室と低圧室
との差圧による軸方向押付力Ｆｐに基づき発生するシー
ルリング摺接面の摩擦力μ・Ｆｐ（μはシールリングと
ケーシングとの摩擦係数）との関係が、前記（２）式に
示すように、Ｆ＞μ・Ｆｐ＋Ｗ（Ｗはシールリングの自
重）となると、ヤング率の小さいカーボン材からなる該
シールリングは半径方向に移動する。

【００１７】然るに、該シールリングの外周に金属材料
からなるホルダを嵌挿しているので、該ホルダによって
シールリングの半径方向移動が制止される。ここで、該
シールリングとホルダとの嵌合部には、低圧チャンバを
設けて低圧室内と連通しているので、該嵌合部近傍は常
時低圧となって圧力上昇の発生が防止され、ホルダの内
周面とシールリングの外周面との間に前記圧力上昇によ
って引き起こされる不均一な厚さの隙間の形成が防止さ
れる。これによって、シールリングの内周方向（回転軸
心に向かう方向）への移動が阻止されるとともに、外周
方向への移動は前記金属材料からなるホルダによって制
止される。

【００１８】従って、シールリングへの差圧が大きくな
るような高圧ガスのシールを、前記シールリングと回転
軸との接触の発生をみることなく、確実になすことがで
き、蒸気タービンの高圧、中圧部やガスタービンのシー
ル装置等、高圧シールへの使用もガス漏れを生ずること
なく可能となる。

【００１９】請求項４記載の発明は、請求項１におい
て、前記低圧チャンバの両側の、前記シールリングとホ
ルダとの嵌合部に、該低圧チャンバと外部とをシールす
るシール手段を設けてなる。

【００２０】請求項５〜６記載の発明は、前記シール手
段の具体的形態に係り、請求項５においては、前記シー
ル手段をＯリングで構成してなる。

【００２１】また、請求項６においては、前記シール手
段を、前記シールリングの外周面とホルダの内周面とを
直接接触させて構成してなる。

【００２２】かかる発明によれば、低圧チャンバの両側
に設けたシール手段によって低圧チャンバ内への高圧側
のガスの侵入が阻止され、該低圧チャンバ内は常時低圧
室と同一の低圧に保持され、前記のような低圧チャンバ
近傍の圧力上昇の発生が回避される。

【００２３】請求項７記載の発明は、請求項１におい
て、前記シールリングを円周方向において複数個に分割
するとともに、前記ホルダを円周方向において接脱可能
な２つ割りに構成し、該２つのホルダを固定ボルトにて
締着することにより、前記複数のシールリングを該ホル
ダの内周に固定するように構成してなる。

【００２４】請求項８記載の発明は、請求項７に加え
て、前記複数のシールリングの外周に、その円周方向に
沿ってばねを張設し、該ばねによって該複数のシールリ
ングを一体に縛着してなる。

【００２５】かかる発明によれば、円周方向において、
複数に分割されたシールリングで回転軸を外側から挿み
込み、２つ割りにしたホルダによって該シールリングを
固定するので、回転軸の軸径が大きい回転機械において
も容易にシールリングの組み込みが可能となる。

【００２６】殊に請求項８のように構成すれば、シール
リングの外周をばねによって固縛するので、複数に分割
されたシールリングをより堅固に組み付けることができ
る。

【００２７】請求項９記載の発明は、請求項１に加え
て、前記シールリングを円周方向において複数個に分割
し、該シールリングを半径方向に押圧して前記ホルダに
押し付けるばねを設けてなる。

【００２８】かかる発明によれば、複数個に分割された
シールリングは軸方向のばねによりケーシング側に押圧
され、さらには半径方向のばねによりホルダに押し付け
られるので、軸方向及び半径方向に隙間を生ずることな
くケーシング及びホルダに密着されることとなる。これ
により低圧チャンバへの高圧ガスの侵入が防止され、シ
ール性能がさらに向上する。

【００２９】請求項１０記載の発明は、請求項１に加え
て、前記ホルダの外周に円周方向に沿ってばねを張設
し、該ばねの弾力によりシールリングの調心をなすよう
に構成されてなる。

【００３０】かかる発明によれば、ホルダ外周に設けた
板ばねにより、該ホルダを介してシールリングを半径方
向に押圧しているので、シールリングの調心がなされ、
シールリングの内周側には常時一定の隙間を形成するこ
とができる。

【００３１】請求項１１記載の発明は請求項１におい
て、シールリングの外周と前記ホルダの内周との接触面
をテーパ面に構成してなる。

【００３２】かかる発明によれば、ホルダとシールリン
グとをテーパ面にて当接させ、双方の部材間に押圧力を
加えているので、該押圧により半径方向力と軸方向力と
が併せて発生することとなり、該シールリングをホルダ
に確実に密着でき、低圧チャンバのガスシールをより確
実になすことができる。

【００３３】請求項１２記載の発明は、請求項１におい
て、前記ホルダの側部に半径方向に延びる位置決め面を
形成し、該位置決め面を前記シールリングの側面に当接
させて該シールリングの軸方向位置決めを行なうように
構成されてなる。

【００３４】請求項１３において、好ましくは請求項１
２に記載のように、前記ホルダの位置決め面とシールリ
ングの側面とにより構成される位置決め部にて前記低圧
チャンバ側をシールするように構成する。

【００３５】かかる発明によれば、シールリングの側面
とホルダの位置決め面との間でスラスト方向の位置決め
が確実になされてシールリングの軸方向移動が阻止さ
れ、シールリングは安定的にホルダに指示される。ま
た、シールリングの側面とホルダの位置決め面との間で
シールしているので、シール流体の圧力を大きく採れ、
蒸気タービンの高圧・中圧部やガスタービンのシール装
置等の高圧ガスのシールも確実にできる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００３７】図１は本発明の第１実施形態に係る蒸気タ
ービン高圧シール部におけるフローティングシール装置
の回転軸心に沿う要部断面図である。

【００３８】図１において、１は回転軸、１ａは該回転
軸１の回転軸心、２はタービンのケーシングである。３
０は高圧ガス（高圧蒸気）が収容される高圧室、３１は
低圧室である。５はカーボン材からなる環状のシールリ
ングである。該シールリング５は、前記ケーシング２の
内面２ａと該ケーシング２に複数のボルト３ａによって
固着された押え板３の内面とに囲まれた空間６ｓ内に、
その内周面５ａと前記回転軸１の外周面１ｂとの間に微
小量の隙間２１を形成した形態で設けられている。

【００３９】そして、該シールリング５は、回転軸１の
軸方向においては、該シールリング５の側面と前記押え
板３の内面との間に、円周方向複数個架設されたばね４
によって前記ケーシング２の側面に押し付けられ、この
押付け面即ち摺接面２２にて半径方向に摺動可能となっ
て、フローティングシールを構成している。ここで前記
シールリング５と回転軸１との隙間２１は、図１のよう
に軸方向において同一量の隙間に形成しても、高圧室３
０側で最も大きく、低圧室３１側に向けて直線的あるい
は曲線的に小さくなるように形成してもよい。以上の構
成は従来技術と同様である。

【００４０】６は鋼材等の金属材料からなるホルダであ
る。該ホルダ６は環状に形成され、その中央部内周には
環状溝からなり、前記シールリング５の外周面に臨む低
圧チャンバ８が形成されている。また、該ホルダ６は、
その内周面を前記シールリング５の外周面に嵌合せしめ
られ、その側部６ａを前記シールリング５の段付部５ｂ
に嵌合させ、軸方向の位置決めをなしている。

【００４１】また、前記低圧チャンバ８の軸方向両側に
おける前記シールリング５の外周とホルダ６の内周との
嵌合部にはＯリング９が嵌装され、該低圧チャンバ８と
高圧室３０に連なる空間６ｓとの間のガスシールをなし
ている。７は前記低圧チャンバ８と低圧室３１とを連通
する連通孔である。該連通孔７は前記シールリング５の
内部に円周方向等間隔に複数個設けられている（必ずし
も等間隔でなくてもよいが、低圧チャンバ８内の円周方
向における圧力分布が均一になるような分布であればよ
い）。

【００４２】かかる構成からなるフローティングシール
装置を備えた蒸気タービンにおいて、高圧室３０内の圧
力Ｐ₁なる高圧ガス（高圧蒸気）と圧力Ｐ₂なる低圧室３
１との間に圧力差（差圧）が生じ、図１４（Ａ）に示す
ように、該差圧によって、シールリング５を軸方向即ち
シールリング５を摺接面２２に押し付ける方向の軸方向
押付力Ｆｐが作用する。

【００４３】一方、図１４（Ｂ）に示すように、前記シ
ールリング５は、その中心５ａと回転軸１の回転軸心１
ａとで、偏心量ｅにて偏心した状態でシール作用を行な
っている。これにより、該シールリング５には前記偏心
による半径方向力Ｆが作用し、該シールリング５の側面
とケーシング２の内面との摺接面にはμ・Ｆｐ（μは該
摺接面２２における摩擦係数）なる摩擦力が作用する。

【００４４】そして、前記力の関係が、前記（２）式に
示すように、Ｆ＞μ・Ｆｐ＋Ｗ …（２）（ここで、Ｗはシールリング５の自重）となった時点
で、シールリング５は半径方向に移動する。然るに、前
記カーボン材からなるシールリング５は、摩擦係数μが
小さいので、前記摩擦力μ・Ｆｐが小さくなり、かつ該
シールリング５はヤング率が小さく変形能が大きい。

【００４５】従って、該シールリング５は、前記半径方
向力Ｆが小さい状態においても半径方向に移動可能とな
る。しかしながら、本発明においては、該シールリング
５の外周に金属材料からなるホルダ６が嵌挿されている
ので、該シールリング５の半径方向移動が該ホルダ６に
よって制止される。これによって該シールリング５が内
周方向、つまり回転軸心１ａの方向に変位して前記隙間
２１が減少し、該シールリング５の内周面５ａと回転軸
１の外周面１ｂとの接触が回避される。

【００４６】また、前記シールリング５の外周とホルダ
６の内周との嵌合部に設けられた低圧チャンバ８内は複
数の連通孔７によって低圧室３１に連通されて常時低圧
に保持されており、前記嵌合部において圧力上昇が生じ
ることがなく、従って、該圧力上昇によってシールリン
グ５が内周方向即ち回転軸心１ａに向かう方向に変位せ
しめられ、前記隙間２１が不均一になるのが回避され
る。よって、シールリング５の内周方向（回転軸心１ａ
に向かう方向）への変位が回避されるとともに、金属材
料からなるホルダ６によって外周方向への変位が回避さ
れる。

【００４７】さらに前記低圧チャンバ８の両側の嵌合部
にＯリング９，９を嵌装しているので、該Ｏリング９，
９によって低圧チャンバ８内と、高圧室３０に連通され
て高圧ガスが収容されている空間６ｓとの間のガスシー
ルが確実になされ、該空間６ｓ内の高圧ガスが低圧チャ
ンバ８内に侵入するのが確実に阻止される。

【００４８】図２は、本発明の第２実施形態を示す図１
対応図である。この実施形態においては、シールリング
５の外周面５ｃとホルダ６の内周面６ａとの嵌合部の、
前記低圧チャンバ８の両側部位を直接に接触させ、該接
触部において低圧チャンバ８内を空間６ｓとの間のガス
シールをなし、前記第１実施形態におけるＯリング９を
不要としている。この実施形態においてはＯリングが不
要となり、構造が簡単となる。その他の構成は、図１に
示す第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同
一の符号にて示す。

【００４９】図３〜図４は、本発明の第３実施形態を示
し、図３は図１の対応図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図
である。この実施形態においては、シールリング５を円
周方向において複数個に分割するとともに、その外側に
嵌装されるホルダ６を上下の２つ割りに構成している。
１３ａは前記シールリング５の分割部である。また、前
記ホルダ６は、図４に示すように上下に２つ割りに形成
され、フランジ部６ｄにて複数の固定ボルト１０によっ
て締着されている。前記上下のホルダ６は前記フランジ
部６ｄの合わせ部に挿着されたガスケット材からなるシ
ール部材である。

【００５０】図５は前記シールリング５の分割部１３ａ
の構成を示す。図５（Ａ）は平行面１３ａにて合わせた
もの、（Ｂ）は相対するシールリング５，５にガスタイ
ト面１３ｂを設けて該ガスタイト面１３ｂにて合わせた
もの。（Ｃ）は相対するシールリング５，５に凸部１３
ｄと凹部１３ｃとを設け、該凹部１３ｃに凸部１３ｄを
係合したものをそれぞれ示す。

【００５１】この実施形態においては、フローティング
シール装置を組み立てる際には、円周方向において複数
に分割されたシールリング５を回転軸１の外側から該回
転軸１を挿み込み、該シールリング５の外周を、Ｏリン
グ９を嵌着した２つ割りのホルダ６で挿み、シール部材
１２を挿入してからボルト１０を締め付けることによ
り、上下のホルダ６を締め付ける。これにより、複数に
分割されたシールリング５はホルダ６の内周に固定され
る。

【００５２】この実施形態においては、前記のように、
シールリング５を複数に分割して回転軸１を外側から挿
み込み、２つ割りのホルダ６にて締着、固定するので、
回転軸１の軸径が大きい回転機械においても、容易にシ
ールリング５の組み込みを行なうことができ、蒸気ター
ビン、ガスタービン等の大径の回転軸１を有する回転機
械にも容易に適用できる。

【００５３】その他の構成は図１に示す第１実施形態と
同様であり、これと同一の部材は同一の符号にて示す。

【００５４】図６〜図７は本発明の第４実施形態を示
し、図６は図１に対応する断面図、図７は図６のＢ−Ｂ
線断面図である。この実施形態においては、図３〜図４
に示す第３実施形態において、環状の低圧チャンバ８内
に円周方向に張設されたコイルばねからなる固定用ばね
１１を挿入し、該固定用ばね１１によって複数に分割さ
れたシールリング５の外周を固縛している。

【００５５】また、この実施形態においては、図２に示
す第２実施形態と同様に、シールリング５の外周面５ｃ
とホルダ６の内周面６ａとを直接接触させてガスシール
を行ない、図１あるいは図３〜図４のようなＯリング９
を省略して構造を簡単化している。

【００５６】この実施形態においては、固定用ばね１１
により複数に分割されたシールリング５の外周を固縛し
ているので、図３〜図４に示す第３実施形態よりも、確
実かつ堅固にシールリング５を組み付けることができ
る。

【００５７】その他の構成は図３〜図４に示す第３実施
形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号にて
示す。

【００５８】図８は本発明の第５実施形態を示す図１対
応図である。この実施形態においては、上記第１〜第４
実施形態において、低圧チャンバ８をシールリング５側
に設けている。このように構成すれば、低圧チャンバ８
を、シールリング５の外径部の加工により形成できるの
で、前記各実施形態のように、該低圧チャンバ８をホル
ダ６の内周に設けるものに比べて、該低圧チャンバ８の
加工が容易になる。

【００５９】図９は本発明の第６実施形態に係る蒸気タ
ービン高圧シール部におけるフローティングシール装置
の回転軸心に沿う要部断面図である。図９において、１
は回転軸、１ａは該回転軸１の回転軸心、２はタービン
のケーシングである。３０は高圧ガス（高圧蒸気）が収
容される高圧室、３１は低圧室である。５はカーボン材
からなる環状のシールリングである。３は後述するホル
ダ６の側部にボルト３１によって固着された押え板であ
る。該シールリング５は、前記ケーシング２の内面に囲
まれた空間６ｓ内に、その内周面５ａと前記回転軸１の
外周面１ｂとの間に微小量の隙間２１を形成した形態で
設けられている。そして、該シールリング５は円周方向
に４分割されるとともに、回転軸１の軸方向において
は、該シールリング５の側面と前記押え板３の内面との
間に、円周方向に複数個架設されたばね４によって、シ
ールリング５の他側面がホルダ６の側面に押し付けられ
ている。またシールリング５、ホルダ６、押え板３の全
体は、高圧室３０の蒸気圧力によってケーシング２に押
し付けられ、この押し付け面即ち摺接面２２にて半径方
向に摺動可能となって、フローティングシールを構成し
ている。ここで前記シールリング５と回転軸１との隙間
２１は、図９のように軸方向において同一量の隙間に形
成しても、高圧室３０側で最も大きく、低圧室３１側に
向けて直線的あるいは曲線的に小さくなるように形成し
てもよい。

【００６０】６は鋼材等の金属材料からなるホルダであ
る。該ホルダ６は、図１３に示すように２つ割りに形成
され、固定ボルト１０によって締着され、その中央部内
周にはシールリング５の分割に合わせて、４個所にリン
グ状のポットを形成し、これによって前記シールリング
５の外周面に臨む低圧チャンバ８が形成されている。ま
た、該ホルダ６は、その内周面を前記シールリング５の
外周面に嵌合せしめられ、その側部６ａを前記シールリ
ング５の段付部５ｂに嵌合させ、軸方向の位置決めをな
している。７は前記低圧チャンバ８と低圧室３１とを連
通する複数の連通孔である。該連通孔７は前記シールリ
ング５の内部に円周方向等間隔に複数個設けられている
（必ずしも等間隔でなくても良いが、低圧チャンバ８内
の円周方向における圧力分布が均一になるような分布で
あれば良い）。

【００６１】４ｂは前記ホルダ６の外周に設けられたセ
ット用の板ばねで、前記ホルダ６を介して４分割された
シールリング５を内側に押し付けている。また４ａは、
前記押え板３の下部の突起部３ａとシールリング５の下
面との間に架設された板ばねで、該板ばね４ａによって
シールリング５をホルダ６に押し付けている。これによ
り、シールリング５とホルダ６との間は確実に密着さ
れ、隙間が生ずることは無い。

【００６２】かかる第６実施形態によるフローティング
シール装置を備えた蒸気タービンにおいて、高圧室３０
内の圧力Ｐ₁なる高圧ガス（高圧蒸気）と圧力Ｐ₂なる低
圧室３１との間に圧力差（差圧）が生じ、図１４（Ａ）
に示すように、該差圧によって、シールリング５を軸方
向即ちシールリング５を摺接面２２に押し付ける方向の
軸方向押付力Ｆｐが作用する。

【００６３】一方、図１４（Ｂ）に示すように、前記シ
ールリング５は、その中心５ａと回転軸１の回転軸心１
ａとで、偏心量ｅにて偏心した状態でシール作用を行な
っている。これにより、該シールリング５には前記偏心
による半径方向力Ｆが作用し、該シールリング５の側面
とケーシング２の内面との摺接面にはμ・Ｆｐ（μは該
摺接面２２における摩擦係数）なる摩擦力が作用する。
そして、前記力の関係が、下記（２）式に示すように、Ｆ＞μ・Ｆｐ＋Ｗ …（２）（ここで、Ｗはシールリング５の自重）となった時点
で、シールリング５は半径方向に移動する。

【００６４】然るに、前記カーボン材からなるシールリ
ング５は、摩擦係数μが小さいので、前記摩擦力μ・Ｆ
ｐが小さくなり、かつ該シールリング５はヤング率が小
さく変形能が大きい。また、前記シールリング５の外周
とホルダ６の内周との嵌合部に設けられた低圧チャンバ
８内は複数の連通孔７によって低圧室３１に連通されて
常時低圧に保持されており、前記嵌合部において圧力上
昇が生じることがなく、従って、該圧力上昇によってシ
ールリング５が内周方向即ち回転軸心１ａに向かう方向
に変位せしめられるのが回避される。

【００６５】かかる作用は前記第１実施形態と同様であ
るが、この実施形態においては、押え板３の側部とシー
ルリング５の側面との間に軸方向の押え用のばね４を設
けているのに加えて、該押え板３の突起部３ａとシール
リング５の内周との間にセット用の板ばね４ａを設けて
いるので、シールリング５はばね４により軸方向に隙間
なく密着されるとともに、板ばね４ａにより、ホルダ６
に半径方向に隙間なく密着される。これにより、低圧チ
ャンバ８内への高圧側のガスの侵入が防止される。

【００６６】また、円周方向等間隔で設けられ、板ばね
４ｂによりホルダ６を介してシールリング５を半径方向
に押圧しているので、シールリング５の調心がなされ、
シールリング５の内周側には常時一定の隙間２１が形成
される。

【００６７】図１０は、本発明の第７実施形態を示す図
１対応図である。本実施形態においては、シールリング
５の外周面５ｄとホルダ６の内周面６ａとの嵌合部をテ
ーパ面５１にて構成し、前記第６実施形態と同様に、ホ
ルダ６の外周側からセット用の板ばね４ｂにより内側方
向に押し付けるとともに、側部からは前記第１実施形態
と同様なばね４（コイルばねでも板ばねでも良い）によ
り、軸方向に押し付けている。

【００６８】従って、係る実施形態によれば、ホルダ６
とシールリング５とをテーパ面５１にて接触させ、互い
に直角方向にばね４と４ａとで押し付けているので、該
ホルダ６とシールリング５とは、前記テーパ面５１にて
確実に密着され、低圧チャンバ８が高圧室３０側から確
実にシールされる。その他の構成は図９に示す第６実施
形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示
す。

【００６９】図１１は本発明の第８実施形態を示す図１
対応図である。この実施形態においては、前記ホルダ６
の低圧室３１側に内方向に延びる位置決め部６１を設
け、該位置決め部６１の内側面６１ａと前記シールリン
グ５の側面５ｃとを当接させ、ばね４により軸方向に押
し付けている。

【００７０】従って、シールリング５の側面を前記ケー
シング２の内面及びホルダ６の位置決め部６１の内側面
６１ａの双方でシールしているため、シール流体圧力を
大きくでき、シールリング５への差圧が大きくなるよう
な高圧ガスのシールを、該シールリング５と回転軸１と
の接触の発生を伴なうことなく、確実になすことができ
る。

【００７１】また、かかる実施形態によれば、シールリ
ング５のスラスト方向（軸方向）の位置決めが確実にな
されて、シールリング５の軸方向移動が阻止され、シー
ルリング５は安定的にホルダ６に支持される。また、ホ
ルダ６自体がシールリング５の軸方向スラスト受面を構
成しているので、シールリング５の側面とホルダ６の側
面との内外径を調整することによりスラスト方向の力を
設定できる。その他の構成は図９に示す実施形態と同様
であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

【００７２】図１２は本発明の第９実施形態を示す図１
対応図、図１３は図１２のＡ−Ａ線断面図である。この
実施形態においては、図１１に示す第８実施形態のフロ
ーティングシールとほぼ同様な断面形状のものについ
て、シールリング５を円周方向において４個に分割する
とともに、その外側に嵌装されるホルダ６を上下の２つ
割りに構成している。

【００７３】１３ａは前記シールリング５の分割部であ
る。また、前記ホルダ６は、図１３に示すように上下に
２つ割りに形成され、複数の固定ボルト１０によって締
着されている。この実施形態においては、前記のよう
に、シールリング５を複数に分割して回転軸１を外側か
ら挿み込み、２つ割りのホルダ６にて締着、固定するの
で、回転軸１の軸径が大きい回転機械においても、容易
にシールリング５の組み込みを行なうことができ、蒸気
タービン、ガスタービン等の大径の回転軸１を有する回
転機械にも容易に適用できる。また、この実施形態にお
いては、板ばね４ｂは、組立の際ホルダ６が中心にくる
ように、円周上３個所に設けられている。

【００７４】

【発明の効果】以上記載のごとく、本発明によれば、カ
ーボン材からなるシールリングの外周に金属材料からな
るホルダを嵌挿することにより、シールリングの半径方
向移動が該ホルダによって制止されて、シールリング内
周側の隙間が適正量に保持されるので、摩擦係数が小さ
く、かつシール性能が良好でフローティングシールとし
ての適性を有するカーボン材からなるシールリングを用
いて、シールリングに加わる差圧が大きい高圧ガスシー
ルをガス漏れを生ずることなく行なうことができる。こ
れにより、回転軸径が大径で高い差圧が作用する大型回
転機械に用いて好適なフローティングシール装置が得ら
れる。

【００７５】また、特に請求項７乃至８のように構成す
れば、円周方向において複数個に分割したシールリング
を回転軸の外周から該回転軸を挿み込み、２つ割りのホ
ルダにて固定することにより、回転軸径が大径の大型回
転機械に用いても、容易にシールリングの組み込みをな
すことができ、大型回転機械に用いて好適なフローティ
ングシール装置を提供することができる。

【００７６】また、請求項９のように構成すれば、軸方
向ばねに加えて半径方向ばねによりシールリングはホル
ダに押し付けられるので、軸方向及び半径方向に隙間を
生ずることなくケーシング及びホルダに密着されること
となる。これにより、低圧チャンバへの高圧ガスの侵入
が防止され、シール性能がさらに向上する。また、請求
項１０のように構成すれば、ホルダ外周に沿って設けた
板ばねにより、シールリングの調心がなされ、シールリ
ングの内周側には常時一定の隙間を形成することができ
る。

【００７７】請求項１１のように構成すれば、テーパ面
によりシールリングとホルダとを接触させているので、
半径方向力と軸方向力とが併せて発生することとなり、
該シールリングをホルダに確実に密着でき、低圧チャン
バのガスシールにより、確実になすことができる。

【００７８】請求項１２乃至１３の発明によれば、スラ
スト方向の位置決めが確実になされて、シールリングの
軸方向移動が阻止されるとともに、ホルダ自身の位置決
め面をシールリングとのシール面としているので、シー
ル流体圧力を大きく採れ、高圧ガスのシールが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るフローティング
シール装置の回転軸心に沿う要部断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態を示す図１対応図であ
る。

【図３】本発明の第３実施形態を示す図１対応図であ
る。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】本発明の第３実施形態におけるシールリング
の接合部の例を示す部分断面図である。

【図６】本発明の第４実施形態を示す図１対応図であ
る。

【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。

【図８】本発明の第５実施形態を示す図１対応図であ
る。

【図９】本発明の第６実施形態を示す図１対応図であ
る。

【図１０】本発明の第７実施形態を示す図１対応図で
ある。

【図１１】本発明の第８実施形態を示す図１対応図で
ある。

【図１２】本発明の第９実施形態を示す図１対応図で
ある。

【図１３】図１２のＡ−Ａ線断面図である。

【図１４】フローティングシール装置に加わる力の関
係を示す図である。

【図１５】従来技術に係るフローティングシール装置
の図１対応図である。

【符号の説明】

１回転軸１ａ回転軸心２ケーシング３押え板３ａ突起部４ばね４ａ、４ｂ板ばね５シールリング６ホルダ６ｓ空間７連通孔８低圧チャンバ９Ｏリング１０固定ボルト１１固定用ばね１２シール部材１３ａ分割部２１隙間２２摺接面３０高圧室３１低圧室５１テーパ面６１位置決め部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前川和彦長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者佐々木公良広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者秦聰広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者枡川高久広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者馬越龍太郎兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者榎本健次兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目８番19号高菱エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 3J041 AA02 AA07 BA04 BB03 BC02 DA10 DA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧ガスが収容される高圧室と該高圧室
よりも低圧に保持された低圧室との間のガスシールを行
なうシールリングを、回転軸の外周にその外周面と微小
量の隙間を存して設け、該シールリングの側面をばね等
の軸方向の付勢手段によってケーシングの側面に半径方
向に相対摺動可能に押付けて構成されたフローティング
シール装置において、前記シールリングをカーボン材で構成するとともに、そ
の外周に金属材料からなる環状のホルダを嵌挿し、該シールリングとホルダとの嵌合部に、該シールリング
に設けられた連通孔を介して前記低圧室に連通される低
圧チャンバを設けたことを特徴とするフローティングシ
ール装置。
【請求項２】前記低圧チャンバを前記ホルダの内周に
設けてなる請求項１記載のフローティングシール装置。
【請求項３】前記低圧チャンバを前記シールリングの
外周に設けてなる請求項１記載のフローティングシール
装置。
【請求項４】前記低圧チャンバの両側の、前記シール
リングとホルダとの嵌合部に、該低圧チャンバと外部と
をシールするシール手段を設けてなる請求項１に記載の
フローティングシール装置。
【請求項５】前記シール手段をＯリングで構成した請
求項４記載のフローティングシール装置。
【請求項６】前記シール手段を、前記シールリングの
外周面とホルダの内周面とを直接接触させて構成した請
求項４記載のフローティングシール装置。
【請求項７】前記シールリングを円周方向において複
数個に分割するとともに、前記ホルダを円周方向におい
て接脱可能な２つ割りに構成し、該２つのホルダを固定
ボルトにて締着することにより、前記複数のシールリン
グを該ホルダの内周に固定するように構成してなる請求
項１記載のフローティングシール装置。
【請求項８】前記複数のシールリングの外周に、その
円周方向に沿ってばねを張設し、該ばねによって該複数
のシールリングを一体に縛着してなる請求項７記載のフ
ローティングシール装置。
【請求項９】前記シールリングを円周方向において複
数個に分割し、該シールリングを半径方向に押圧して前
記ホルダに押し付けるばねを設けてなる請求項１記載の
フローティングシール装置。
【請求項１０】前記ホルダの外周に円周方向に沿って
ばねを張設し、該ばねの弾力によりシールリングの調心
をなすように構成されてなる請求項１記載のフローティ
ングシール装置。
【請求項１１】シールリングの外周と前記ホルダの内
周との接触面をテーパ面に構成してなる請求項１記載の
フローティングシール装置。
【請求項１２】前記ホルダの側部に半径方向に延びる
位置決め面を形成し、該位置決め面を前記シールリング
の側面に当接させて該シールリングの軸方向位置決めを
行なうように構成されてなる請求項１記載のフローティ
ングシール装置。
【請求項１３】前記ホルダの位置決め面とシールリン
グの側面とにより構成される位置決め部にて前記低圧チ
ャンバ側をシールするように構成されてなる請求項１２
記載のフローティングシール装置。