JP2003106105A - 軸シール機構及びタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧側から低圧側へのガスの漏れ量を低減す
ると共に、各薄板と回転軸との摩耗の発生を抑えること
のできる軸シール機構及びこの軸シール機構を備えたタ
ービンを提供することを課題とする。 【解決手段】 軸シール機構においては、静翼２４ａと
リーフシールリング２６との間に、このリーフシールリ
ング２６を回転軸２３より離間させる径方向外側に向か
って付勢するスプリングと、各薄板２８を境として高圧
側の流体圧を、リーフシールリング２６の外周面と静翼
２４ａの内周面との間に導く導圧溝３４とを備えたリー
フシール２５を採用した。また、タービンにおいては、
このリーフシール２５を備えた構成を採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、蒸
気タービン、圧縮機、ポンプなどの大型流体機械の回転
軸等に用いて好適な軸シール機構に関する。また、流体
の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動
力を発生させるタービンに関し、特にその回転軸に適用
される軸シール機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ガスタービンや蒸気タービン
には、回転軸の軸周りに、高圧側から低圧側に漏れる燃
焼ガスの漏れ量を低減するための軸シール機構が設けら
れている。この軸シール機構の一例として、図１８に示
すリーフシール１がある。

【０００３】このリーフシール１は、回転軸２の軸方向
に所定の幅寸法を有する平板状の薄板３を、回転軸２の
周方向に多層に配置した構造となっている。これら薄板
３は、その外周基端側が、ろう付け部４を介してリーフ
シールリング５に固定され、内周側の先端が、回転軸２
に所定の予圧で摺接している。各薄板３の先端は、同図
及び図１９に示すように、回転軸２の回転方向（図中の
矢印ｄに示す方向）に対して、回転軸２の周面と成す角
が鋭角となるようして、回転軸２の周面に摺接してい
る。このようにしてリーフシールリング５に取り付けら
れた各薄板３は、回転軸２の外周をシールすることによ
って、回転軸２の周囲空間を高圧側領域と低圧側領域と
に分けている。リーフシールリング５には、各薄板３を
間に挟む両側において、高圧領域側には高圧側側板７、
低圧領域側には低圧側側板８が、圧力作用方向のガイド
板として配置されている。

【０００４】上記のように構成されたリーフシール１に
おいて、回転軸２が回転されると、回転軸２の回転によ
って生じる動圧効果により、各薄板３の先端が、回転軸
２の周面から浮上し、各薄板３の先端と回転軸２との接
触が回避される。これにより摩耗が防止される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記リ
ーフシール１では、回転軸２の回転開始時などの低速回
転時には、各薄板３の受ける浮上力が弱く、図２０に示
すように、各薄板３の先端が回転軸２に接触したまま回
転軸２の周面に対して摺動するため、各薄板３と回転軸
２との摩耗が生じる恐れがあった。また、回転軸２の高
速回転時においては、リーフシールリング５及びこのリ
ーフシールリング５が取り付けられる静止部（図示せ
ず）の熱膨張量が、回転軸２の熱膨張量よりも大きい場
合、つまり、熱によるリーフシールリング５の径の拡大
が回転軸２の径の拡大より大きい場合は、図２１に示す
ように、各薄板３の先端と回転軸２との間に間隙９が生
じてしまうため、ガスの漏れ量が多くなり、シール機能
が低下する恐れがあった。

【０００６】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、高圧側から低圧側へのガスの漏れ量を低減すると
共に、各薄板と回転軸との摩耗の発生を抑えることので
きる軸シール機構及びこの軸シール機構を備えたタービ
ンを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の軸シール機構は、回転軸と静止部と
の環状空間を通って、回転軸の軸方向に流れる流体を阻
止する軸シール機構において、静止部の内部に保持され
たリーフシールリングと、回転軸の周方向に互いに隙間
を開けて設けられ、各外周基端側がリーフシールリング
内に固定され、各先端が回転軸の周面と鋭角を成し、か
つ回転軸の軸方向に幅を有して回転軸の周面に摺接され
る複数の薄板とを有し、静止部とリーフシールリングと
の間に、このリーフシールリングを回転軸より離間させ
る径方向外側に向かって付勢する付勢部材と、各薄板を
境として高圧側の流体圧をリーフシールリングの外周面
と静止部の内周面との間に導く導圧溝とが設けられてい
ることを特徴としている。

【０００８】したがって、シール差圧が小さくかつ各薄
板に十分な浮上力が受けられない回転軸の低速回転時に
は、付勢部材によってリーフシールリングを径方向外側
に向かって付勢し、静止部内にて回転軸から離間する方
向に浮上させて、このリーフシールリングに設けられた
各薄板の各先端と回転軸の周面とを非接触状態に保つの
で、回転軸の回転に伴う各薄板及び回転軸の摩耗を防止
することができる。また、シール差圧が大きい時には、
導圧溝より高圧側の流体圧をリーフシールリングの外周
面と静止部の内周面との間に導き、この流体圧によって
付勢部材の付勢力を打ち消し、リーフシールリングを回
転軸に接近する内周側へ移動させ、熱膨張により生じた
隙間を減少させることができるので、回転軸と各薄板の
各先端との間を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの
漏れ量を低減することができる。

【０００９】請求項２記載の軸シール機構は、請求項１
の軸シール機構において、付勢部材が、リーフシールリ
ング側に設けられていることを特徴としている。したが
って、付勢部材の設けられたリーフシールリングを、付
勢部材の設けられていない既存の静止部等に取り付ける
ことで、静止部の内部に特別な加工を施すことなく、簡
単に静止部とリーフシールリングとの間に付勢部材を設
けることができる。また、付勢部材が劣化または破損し
た場合、これを静止部側に取り付けた場合よりも取り外
しの簡単なリーフシールリング側に設けているので、付
勢部材のメンテナンス等を容易に行うことができる。

【００１０】請求項３記載の軸シール機構は、請求項１
または請求項２記載の軸シール機構において、付勢部材
が、静止部とは別体の保持部材に保持され、この保持部
材が静止部側に設けられていることを特徴としている。
したがって、付勢部材を静止部の内部に直接取り付ける
必要がなく、付勢部材が保持された保持部材を静止部に
取り付けることで、簡単にリーフシールリングと静止部
との間に付勢部材を設けることができる。また、ある付
勢部材が劣化または破損した場合、その付勢部材が保持
された保持部材のみを静止部から取り外すことができる
ので、付勢部材のメンテナンス等を効率よく行うことが
できる。

【００１１】請求項４記載の軸シール機構は、請求項１
〜３記載の何れかに記載の軸シール機構において、付勢
部材が、各薄板を挟んで高圧側と低圧側のそれぞれに設
けられていることを特徴としている。したがって、リー
フシールリングを回転軸の外周側へ安定して浮上させる
ことができ、シール差圧が小さい回転軸の低速回転時に
おいて、各薄板の各先端が回転軸の周面に接するのをよ
り確実に防ぐことができる。また、付勢部材が各薄板の
片側だけに設けられた場合と比べて、各付勢部材に掛か
るリーフシールリングの荷重が半減するため、各付勢部
材のリーフシールリングの荷重による劣化を抑えること
ができる。

【００１２】請求項５のタービンは、高温高圧の流体を
ケーシングに導き、このケーシング内部に回転可能に支
持された回転軸の動翼に吹き付けることで、流体の熱エ
ネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発
生するタービンにおいて、請求項１〜４のいずれか１項
記載の軸シール機構を備えたことを特徴としている。上
記請求項５記載のタービンによれば、上記請求項１〜４
の何れかに記載の軸シール機構と同様の作用を得ること
ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る軸シール機構
及びこれを備えたタービンの各実施の形態について説明
を行うが、本発明がこれらのみに限定解釈されるもので
はない。また、本発明に係るタービンを、ガスタービン
において説明するが、本発明のタービンは、特にガスタ
ービンに限定されるものではないことは勿論である。

【００１４】まず、図１〜図７を参照しながら、第１の
実施形態について説明を行う。図１は、ガスタービンの
概略構成を示す図である。同図において、符号２０は圧
縮機、符号２１は燃焼器、符号２２はタービンである。
圧縮機２０は、多量の空気をその内部にとり入れて圧縮
するものである。通常、ガスタービンでは、後述する回
転軸２３で得られる動力の一部が、圧縮機２０の動力と
して利用されている。燃焼器２１は、圧縮機２０で圧縮
された空気に燃料を混合して燃焼させるものである。タ
ービン２２は、燃焼器２１で発生した燃焼ガス（流体）
をその内部に導入して膨張させ、回転軸２３に設けられ
た動翼２３ｅに吹き付けることで、燃焼ガスの熱エネル
ギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生さ
せるものである。

【００１５】タービン２２には、回転軸２３側の複数の
動翼２３ｅの他に、ケーシング２４側に複数の静翼（静
止部）２４ａが設けられている。これら動翼２３ｅと静
翼２４ａとは、回転軸２３の軸方向に交互に配列されて
いる。動翼２３ｅは、回転軸２３の軸方向に流れる燃焼
ガスの圧力を受けて回転軸２３を回転させ、回転軸２３
に与えられた回転エネルギーが軸端から取り出されて利
用されるようになっている。静翼２４ａと回転軸２３と
の間には、静翼２４ａと回転軸２３との環状空間を通
り、高圧側から低圧側に向かって回転軸２３の軸方向に
流れる燃焼ガスを阻止する軸シール機構として、リーフ
シール２５が設けられている。

【００１６】このリーフシール２５は、図２に示すよう
に、静翼２４ａの内部に保持されたリーフシールリング
２６と、回転軸２３の周方向に互いに隙間２７を開けて
設けられ、各外周基端２８ａ側がリーフシールリング２
６内に固定され、各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３
ａと鋭角を成し、かつ回転軸２３の軸方向に幅を有して
回転軸２３の周面２３ａに摺接される複数の薄板２８と
を有している。リーフシールリング２６には、各薄板２
８を間に挟む両側において、高圧領域側には高圧側側板
２９、低圧領域側には低圧側側板３０が、圧力作用方向
のガイド板として配置されている。各薄板２８は、回転
軸２３の軸方向に、板厚で決まる所定の剛性を有し、回
転軸２３の周方向には、柔らかい可撓性を有している。

【００１７】図３は、リーフシール２５を図２の矢印Ａ
より見た場合の断面図である。この図に示すように、リ
ーフシールリング２６の横断面及び各薄板２８は、それ
ぞれＴ字型をしている。リーフシールリング２６は、静
翼２４ａに形成されたＴ字型の凹部３１内に、外周側の
頭部が挿入されて保持されている。静翼２４ａの凹部３
１は、リーフシールリング２６の外形よりもやや大きく
形成されており、リーフシールリング２６は、この凹部
３１内にて、回転軸２３の軸方向及び径方向に移動可能
となっている。静翼２４ａには、リーフシールリング２
６の高圧側の頭部底面Ｕに対向する壁面Ｕ’に、穴３２
が形成されてる。この穴３２内には、一端が穴３２の底
面に固定され、他端がリーフシールリング２６の高圧側
の頭部底面Ｕに固定されたスプリング（付勢部材）３３
が設けられている。このスプリング３３は、リーフシー
ルリング２６を、回転軸２３より離間させる径方向外側
に向かって付勢するものである。

【００１８】図４は、図３におけるリーフシール２５の
Ｂ−Ｂ’断面図である。同図に示すように、スプリング
３３は、回転軸２３の周方向に等間隔をあけて複数個が
設けられている。したがって、回転軸２３の停止時及び
低速回転時には、各スプリング３３からの付勢力Ｆ１に
より、リーフシールリング２６を、静翼２４ａの凹部３
１内にて浮上させる（リーフシールリング２６を拡大さ
せる）。これにより、回転軸２３の停止時及び低速回転
時では、リーフシールリング２６内の各薄板２８の各先
端２８ｂが、回転軸２３の周面２３ａと非接触状態とな
る。

【００１９】リーフシールリング２６には、高圧側の頭
部底面Ｕに、アーチ状の導入溝３４が、リーフシールリ
ング２６の周方向に等間隔をあけて４つ（複数）設けら
れている。図５は、図４におけるリーフシール２５のＣ
−Ｃ’断面図である。同図に示すように、各導圧溝３４
は、回転軸２３の軸方向に沿って長く設けられており、
静翼２４ａの凹部３１とリーフシールリング２６の高圧
側側板２９との隙間３５に連通している。

【００２０】上記リーフシール２５において、シール差
圧が大きくなると、回転軸２３と静翼２４ａとの間の高
圧側の燃焼ガスが、静翼２４ａの凹部３１とリーフシー
ルリング２６との隙間３５から入り込み、リーフシール
リング２６の頭部底面Ｕと凹部３１の壁面Ｕ’との間及
び導圧溝３４を通り、リーフシールリング２６の外周面
と凸部３１の内周面との間に達する。すると、この燃焼
ガスの圧により、リーフシールリング２６の上面Ｖに
は、リーフシールリング２６を内周側に押す力Ｆ２が働
き、高圧側の頭部側面Ｖ’には、リーフシールリング２
６を低圧側に押す力Ｆ３が働く。

【００２１】リーフシールリング２６の上面Ｖに働く力
Ｆ２が、リーフシールリング２６を外周側へ浮上させよ
うとする各スプリング３３の付勢力Ｆ１を打ち消すと、
図６に示すように、リーフシールリング２６が内周側に
移動し、リーフシールリング２６の高圧側の頭部底面Ｕ
と低圧側の頭部底面Ｗとが、凹部３１の内周面に当接さ
れる。したがって、図７に示すように、リーフシールリ
ング２６に設けられた各薄板２８の各先端２８ｂと回転
軸２３の周面２３ａとの隙間が減少し、微少な隙間が形
成される。これにより、静翼２４ａと回転軸２３との環
状空間を通り、低圧側に向かって回転軸２３の軸方向に
流れる燃焼ガスを低減することができる。

【００２２】また、図６に示したように、リーフシール
リング２６の高圧側の頭部側面Ｖ’は、力Ｆ３で低圧側
へ押されるため、凹部３１内にて低圧側へと移動し、低
圧側の頭部側面Ｘ、低圧側の頭部底面Ｗ及び低圧側側板
３０が、それぞれ凹部３１の内周面に当接される。した
がって、凹部３１の内周面とリーフシールリング２６の
外周面との間に導かれた高圧側の燃焼ガスは、低圧側に
抜けることがなく、シールが良好に保たれる。

【００２３】リーフシールリング２６が完全に内周側に
移動した後も、高圧側の燃焼ガスの圧は、凹部３１とリ
ーフシールリング２６との隙間３５に連通する導圧溝３
４から、リーフシールリング２６の上面Ｖと高圧側の頭
部側面Ｖ’とに導かれる。

【００２４】上記構造のリーフシール２５によれば、シ
ール差圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受け
られない回転軸２３の低速回転時には、各スプリング３
３によってリーフシールリング２６が径方向外側に向か
って付勢され、静翼２４ａの凹部３１内にて回転軸２３
から離間する方向に浮上されて、このリーフシールリン
グ２６に設けられた各薄板２８の各先端２８ｂと回転軸
２３の周面２３ａとが非接触状態に保たれる。したがっ
て、回転軸２３の回転に伴う各薄板２８及び回転軸２３
の摩耗が防止される。

【００２５】また、シール差圧が大きい時には、導圧溝
３４より高圧側の燃焼ガスの圧が、リーフシールリング
２６の外周面と静翼２４ａの凹部３１の内周面との間に
導かれ、この燃焼ガスの圧によって各スプリング３３の
付勢力が打ち消されて、リーフシールリング２６が回転
軸２３に接近する内周側へ移動されるので、各薄板２８
の各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３ａに所定の圧力
で接触される。これにより、回転軸２３と各薄板２８の
各先端２８ｂとの間を通って高圧側から低圧側へ漏れる
ガスの漏れ量が低減される。

【００２６】これより以下、本発明の他の実施形態につ
いて、説明する。なお、他の実施形態において、上記第
１の実施形態と同様の構成要素については、同符号を付
してその説明を省略し、異なる構成要素についてのみ、
新たな符号を付してその説明を行う。また、ガスタービ
ンの概略構成については、上記第１の実施形態と同様で
あるとして説明を省略する。

【００２７】本発明の第２の実施形態について、図８及
び図９を参照して説明する。図８は、回転軸２３の軸方
向に沿う面でのリーフシール２５及び静翼２４ａの断面
図であり、図９は、図８におけるリーフシール２５及び
静翼２４ａのＥ−Ｅ’断面図である。これら図８及び図
９中の符号３６は、波形状の板バネ、符号３７は、この
板バネ３６を収納するために静翼２４ａの凹部３１に形
成された長穴である。このように、第２の実施形態のリ
ーフシール２５は、第１の実施形態のリーフシール２５
において、スプリング３３の代わりに板バネ３６を付勢
部材として採用したものである。

【００２８】第２の実施形態のリーフシール２５によれ
ば、スプリング３３のように各端部をそれぞれ静翼２４
ａとリーフシールリング２６とに固定させる必要がな
く、静翼２４ａに形成された長穴３７内に板バネ３６を
挿入するだけで、簡単に静翼２４ａとリーフシールリン
グ２６との間に板バネ３６を設けることができる。

【００２９】また、第１の実施形態と同様に、シール差
圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられな
い低速回転時には、各板バネ３６によってリーフシール
リング２６が静翼２４ａの凹部３１内にて回転軸２３か
ら離間する方向に浮上されて、各薄板２８の各先端２８
ｂと回転軸２３の周面２３ａとが非接触状態に保たれる
ので、回転軸２３の回転に伴う各薄板２８及び回転軸２
３の摩耗が防止され、シール差圧が大きい時には、導圧
溝３４よりリーフシールリング２６の外周面と静翼２４
ａの凹部３１の内周面との間に導かれた燃焼ガスの圧に
よって、各板バネ３６の付勢力が打ち消されて、各薄板
２８の各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３ａに所定の
圧力で接触させるので、回転軸２３と各薄板２８との間
を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの漏れ量が低減
される。

【００３０】次に、本発明の第３の実施形態について、
図１０及び図１１を参照して、説明する。第３の実施形
態のリーフシール２５は、第１の実施形態のリーフシー
ル２５において、スプリング３３を静翼２４ａとは別体
の保持部材に保持させたものである。以下、その保持部
材について詳しく説明する。

【００３１】図１０中の符号３８が、保持部材である。
この保持部材３８は、リングを径方向に複数分割したセ
グメント状の部材からなり、静翼２４ａに取り付けられ
ることで、静翼２４ａと共にリーフシールリング２６の
頭部を保持する凹部３１を形成する。図１１は、図１０
におけるリーフシール２５と保持部材３８とのＦ−Ｆ’
断面図である。この図１１及び図１０に示すように、保
持部材３８には、静翼２４ａに向かってボルトが挿入さ
れる挿入穴３９が、各端部にそれぞれ設けられている。
また、各挿入穴３９の間には、２つの穴３８ａが形成さ
れ、各穴３８ａ内には、スプリング３３がそれぞれ設け
られている。

【００３２】保持部材３８を静翼２４ａに取り付けるに
は、挿入穴３９からボルト（図示せず）を挿入し、この
ボルトの螺子部を静翼２４ａに形成された螺子穴３９ａ
に螺合させる。これにより、保持部材３８が静翼２４ａ
に取り付けられる。同様にして複数の保持部材３８を静
翼２４ａに取り付けることで、回転軸２３の周方向に沿
って、リーフシールリング２６と静翼２４ａとの間にス
プリング３３が設けられる。

【００３３】上記第３の実施形態のリーフシール２５に
よれば、静翼２４ａの内部に直接スプリング３３を取り
付ける必要がなく、スプリング３３が保持された保持部
材３８を静翼２４ａに取り付けることで、簡単にリーフ
シールリング２６と静翼２４ａとの間にスプリング３３
を設けることができる。また、静翼２４ａに穴３２ある
いは長穴３７を加工する場合と比べ、穴３８ａの加工を
容易に行うことができる。さらに、あるスプリング３３
が劣化または破損した場合、そのスプリング３３が保持
された保持部材３８のみを静翼２４ａから取り外すこと
ができるので、スプリング３３のメンテナンス等を効率
よく行うことができる。

【００３４】また、第１の実施形態と同様に、シール差
圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられな
い回転軸２３の低速回転時には、各スプリング３３によ
ってリーフシールリング２６が静翼２４ａの凹部３１内
にて回転軸２３から離間する方向に浮上されて、各薄板
２８の各先端２８ｂと回転軸２３の周面２３ａとが非接
触状態に保たれるので、回転軸２３の回転に伴う各薄板
２８及び回転軸２３の摩耗が防止され、シール差圧が大
きい時には、導圧溝３４よりリーフシールリング２６の
外周面と静翼２４ａの凹部３１の内周面との間に導かれ
た燃焼ガスの圧によって、各スプリング３３の付勢力が
打ち消されて、各薄板２８の各先端２８ｂが回転軸２３
の周面２３ａに所定の圧力で接触させるので、回転軸２
３と各薄板２８との間を通って高圧側から低圧側へ漏れ
るガスの漏れ量が低減される。

【００３５】なお、スプリング３３の代わりとして、第
２の実施形態のリーフシール２５と同様に、板バネ３６
を用いても良い。また、各保持部材３８に設けられた挿
入穴３９及びスプリング３３の個数はそれぞれ２つに限
定されるものではなく、必要に応じた個数とすれば良
い。同様に、保持部材３８の長さも必要に応じた長さに
設定すれば良い。

【００３６】次に、本発明の第４の実施形態について、
図１２及び図１３を参照して説明する。第４の実施形態
のリーフシール２５は、第１の実施形態のリーフシール
２５において、各スプリング３３がリーフシールリング
２６の高圧側の頭部底面Ｕに設けられたものである。図
１２中の符号４０は、リーフシールリング２６の頭部底
面Ｕに形成された穴である。この穴４０内に、スプリン
グ３３が設けられている。この穴４０及びスプリング３
３は、図１３に示すように、リーフシールリング２６の
周方向に沿って複数個が設けられている。

【００３７】第４の実施形態のリーフシール２５によれ
ば、スプリング３３の設けられたリーフシールリング２
６を、スプリング３３の設けられていない既存の静翼２
４ａの凹部３１内に取り付けることで、静翼２４ａの凹
部３１内に特別な加工を施すことなく、簡単に静翼２４
ａとリーフシールリング２６との間にスプリング３３を
設けることができる。また、スプリング３３は、これが
静翼２４ａ側に取り付けられた場合よりも取り外しの簡
単なリーフシールリング２６側に設けられているので、
スプリング３３が劣化または破損した場合、スプリング
３３のメンテナンス等が容易に行われる。

【００３８】また、第１の実施形態と同様に、シール差
圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられな
い回転軸２３の低速回転時には、各スプリング３３によ
ってリーフシールリング２６が静翼２４ａの凹部３１内
にて回転軸２３から離間する方向に浮上されて、各薄板
２８の各先端２８ｂと回転軸２３の周面２３ａとが非接
触状態に保たれるので、回転軸２３の回転に伴う各薄板
２８及び回転軸２３の摩耗が防止され、シール差圧が大
きい時には、導圧溝３４よりリーフシールリング２６の
外周面と静翼２４ａの凹部３１の内周面との間に導かれ
た燃焼ガスの圧によって、各スプリング３３の付勢力が
打ち消されて、各薄板２８の各先端２８ｂが回転軸２３
の周面２３ａに所定の圧力で接触させるので、回転軸２
３と各薄板２８との間を通って高圧側から低圧側へ漏れ
るガスの漏れ量が低減される。

【００３９】次に、本発明の第５の実施形態について、
図１４及び図１５を参照して、説明する。図１４は、回
転軸２３の軸方向に沿う面でのリーフシール２５及び静
翼２４ａの断面図であり、図１５は、図１４中における
リーフシール２５及び静翼２４ａのＨ−Ｈ’断面図であ
る。これら図１４及び図１５中の符号４１は、リーフシ
ールリング２６の頭部底面Ｕに形成された長穴である。
この長穴４１内には、付勢部材である波形状の板バネ３
６が設けられている。つまり、第５の実施形態のリーフ
シール２５は、第４の実施形態のリーフシール２５にお
いて、スプリング３３の代わりに板バネ３６を付勢部材
として採用したものである。

【００４０】第５の実施形態のリーフシール２５にれ
ば、第４の実施形態のリーフシール２５と同様に、板バ
ネ３６の設けられたリーフシールリング２６を、板バネ
３６の設けられていない既存の静翼２４ａの凹部３１内
に取り付けることで、静翼２４ａの凹部３１内に特別な
加工を施すことなく、簡単に静翼２４ａとリーフシール
リング２６との間に板バネ３６を設けることができる。
また、板バネ３６は、これが静翼２４ａ側に取り付けら
れた場合よりも取り外しの簡単なリーフシールリング２
６側に設けられているので、板バネ３６が劣化または破
損した場合、板バネ３６のメンテナンス等が容易に行わ
れる。さらに、第２の実施形態のリーフシール２５と同
様に、スプリング３３の各端部をそれぞれ静翼２４ａと
リーフシールリング２６とに固定させる必要がなく、リ
ーフシールリング２６に形成された長穴４１内に板バネ
３６を挿入するだけで、簡単に静翼２４ａとリーフシー
ルリング２６との間に板バネ３６を設けることができ
る。

【００４１】また、第１の実施形態と同様に、シール差
圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられな
い回転軸２３の低速回転時には、各板バネ３６によって
リーフシールリング２６が静翼２４ａの凹部３１内にて
回転軸２３から離間する方向に浮上されて、各薄板２８
の各先端２８ｂと回転軸２３の周面２３ａとが非接触状
態に保たれるので、回転軸２３の回転に伴う各薄板２８
及び回転軸２３の摩耗が防止され、シール差圧が大きい
時には、導圧溝３４よりリーフシールリング２６の外周
面と静翼２４ａの凹部３１の内周面との間に導かれた燃
焼ガスの圧によって、各板バネ３６の付勢力が打ち消さ
れて、各薄板２８の各先端２８ｂが回転軸２３の周面２
３ａに所定の圧力で接触させるので、回転軸２３と各薄
板２８との間を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの
漏れ量が低減される。

【００４２】なお、第１〜第５の実施形態では、各スプ
リング３３を、リーフシールリング２６の高圧側の頭部
底面Ｕと、この頭部底面Ｕに対向する静翼２４ａ側の壁
面Ｕ’との間にそれぞれ設けていたが、図１６に示す第
６の実施形態のように、リーフシールリング２６の頭部
上面Ｖと、この頭部上面Ｖに対向する凹部３１の内周面
との間に設けても良い。あるいは、リーフシールリング
２６の低圧側の頭部底面Ｗと、この低圧側の頭部底面Ｗ
に対向する凹部３１の内周面との間に設けても良い。ま
た、各スプリング３３は、板バネ３６とされても良い。

【００４３】さらに、各スプリング３３は、各薄板２８
を境として高圧側または低圧側のどちらか片側にのみ設
けられるものではなく、図１７に示すように、高圧側と
低圧側とにそれぞれ設けられても良い。高圧側と低圧側
とにそれぞれスプリング３３が設けられた第７の実施形
態のリーフシール２５によれば、リーフシールリング２
６が回転軸２３の外周側へ安定して浮上されるため、回
転軸２３の低速回転時において、各薄板２８の各先端２
８ｂが回転軸２３の周面２３ａに接するのがより確実に
防止される。また、各スプリング３３が各薄板２８の片
側だけに設けられた場合と比べて、各スプリング３３に
掛かるリーフシールリング２６の荷重が半減されるた
め、各スプリング３３のリーフシールリング２６の荷重
による劣化が抑えられる。各スプリング３３の代わりに
板バネ３６を採用した場合においても、同様の効果が得
られるのは勿論である。

【００４４】なお、第６及び第７の実施形態のリーフシ
ール２５において、付勢部材は、保持部３８により静翼
２４ａ側に取り付けられるものとしても良い。この場
合、第３の実施形態のリーフシール２５と同様に、静翼
２４ａの内部に直接付勢部材を取り付ける必要がなく、
付勢部材が保持された保持部材３８を静翼２４ａに取り
付けることで、簡単にリーフシールリング２６と静翼２
４ａとの間に付勢部材を設けることができる。また、あ
る付勢部材が劣化または破損した場合、その付勢部材が
保持された保持部材３８のみを静翼２４ａから取り外す
ことができるので、付勢部材のメンテナンス等を効率よ
く行うことができる。

【００４５】また、付勢部材は、リーフシールリング２
６側に設けても良い。この場合、第４及び第５の実施形
態と同様に、付勢部材の設けられたリーフシールリング
２６を、付勢部材の設けられていない既存の静翼２４ａ
の凹部３１内に取り付けることで、静翼２４ａの凹部３
１内に特別な加工を施すことなく、簡単に静翼２４ａと
リーフシールリング２６との間に付勢部材を設けること
ができる。また、付勢部材は、これが静翼２４ａ側に取
り付けられた場合よりも取り外しの簡単なリーフシール
リング２６側に設けられているので、付勢部材が劣化ま
たは破損した場合、付勢部材のメンテナンス等が容易に
行われる。

【００４６】また、上記の各実施形態において、付勢部
材は、スプリング３３または板バネ３６に限定されるも
のではなく、シール差圧の小さい時に、リーフシールリ
ング２６を径方向外側に付勢し、シール差圧の大きい時
に、リーフシールリング２６と静翼２４ａとの間に導か
れた燃焼ガスの圧により、その付勢力が打ち消されるも
のであれば良い。

【００４７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の軸シー
ル機構及びこれを備えたタービンによれば、下記の効果
を得ることができる。請求項１記載の軸シール機構は、
静止部とリーフシールリングとの間に、このリーフシー
ルリングを回転軸より離間させる径方向外側に向かって
付勢する付勢部材と、各薄板を境として高圧側の流体圧
を、リーフシールリングの外周面と静止部の内周面との
間に導く導圧溝とを設ける構成を採用した。この構成に
よれば、シール差圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮
上力を受けられない回転軸の低速回転時には、付勢部材
によってリーフシールリングを径方向外側に向かって付
勢し、静止部内にて回転軸から離間する方向に浮上さ
せ、このリーフシールリングに設けられた各薄板の各先
端と回転軸の周面とを非接触状態に保ち、回転軸の回転
に伴う各薄板及び回転軸の摩耗を防止することができ
る。また、シール差圧が大きい時には、導圧溝より高圧
側の流体圧をリーフシールリングの外周面と静止部の内
周面との間に導き、この流体圧によって付勢部材の付勢
力を打ち消し、リーフシールリングを回転軸に接近する
内周側へ移動させ、各薄板の各先端を回転軸の周面に所
定の圧力で接触させて、回転軸と各薄板の各先端との間
を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの漏れ量を低減
することができる。

【００４８】請求項２記載の軸シール機構によれば、請
求項１の軸シール機構において、付勢部材が、リーフシ
ールリング側に設けられているので、このリーフシール
リングを、付勢部材の設けられていない既存の静止部等
に取り付けることで、静止部の内部に特別な加工を施す
ことなく、簡単に静止部とリーフシールリングとの間に
付勢部材を設けることができる。また、付勢部材が劣化
または破損した場合、付勢部材は、静止部側に取り付け
た場合よりも取り外しの簡単なリーフシールリング側に
設けられているので、付勢部材のメンテナンス等を容易
に行うことができる。

【００４９】請求項３記載の軸シール機構によれば、請
求項１または請求項２記載の軸シール機構において、付
勢部材が、静止部とは別体の保持部材に保持され、この
保持部材が静止部側に設けられているため、付勢部材を
リーフシールリングと静止部との間に取り付ける際は、
静止部の内部に、直接付勢部材を取り付けるための特別
な加工が必要なく、付勢部材が保持された保持部材を静
止部に取り付けることで、簡単にリーフシールリングと
静止部との間に付勢部材を設けることができる。また、
ある付勢部材が劣化または破損した場合、その付勢部材
が保持された保持部材のみを静止部から取り外すことが
できるので、付勢部材のメンテナンス等を効率よく行う
ことができる。

【００５０】請求項４記載の軸シール機構によれば、請
求項１〜３記載の何れかに記載の軸シール機構におい
て、付勢部材が、各薄板を挟んで高圧側と低圧側のそれ
ぞれに設けられているので、静止部内にて、リーフシー
ルリングを回転軸の外周側へ安定して浮上させることが
でき、回転軸の低速回転時において、各薄板の各先端が
回転軸の周面に接するのをより確実に防ぐことができ
る。また、付勢部材が各薄板の片側だけに設けられた場
合と比べて、各付勢部材に掛かるリーフシールリングの
荷重が半減され、各付勢部材のリーフシールリングの荷
重による劣化を抑えることができる。

【００５１】請求項５のタービンによれば、高温高圧の
流体をケーシングに導き、該ケーシング内部に回転可能
に支持された回転軸の動翼に吹き付けることで、前記流
体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して
動力を発生するタービンにおいて、請求項１〜４の何れ
かに記載の軸シール機構を備えているので、上記請求項
１〜４の何れかに記載の軸シール機構と同様の効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る軸シール機構を備えたガスター
ビンの第１の実施形態を示す概略構成図である。

【図２】 同実施形態のリーフシール（軸シール機構）
の斜視図である。

【図３】 同実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を
通る断面より見た断面図である。

【図４】 同実施形態のリーフシールをＢ−Ｂ’線より
見た断面図である。

【図５】 同実施形態のリーフシールをＣ−Ｃ’線より
見た断面図である。

【図６】 同実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を
通る断面より見た断面図である。

【図７】 同実施形態のリーフシールをＤ−Ｄ’線より
見た断面図である。

【図８】 第２の実施形態のリーフシールを回転軸の軸
線を通る断面より見た断面図である。

【図９】 同実施形態のリーフシールをＥ−Ｅ’線より
見た断面図である。

【図１０】 第３の実施形態のリーフシールを回転軸の
軸線を通る断面より見た断面図である。

【図１１】 同実施形態のリーフシールをＦ−Ｆ’線よ
り見た断面図である。

【図１２】 第４の実施形態のリーフシールを回転軸の
軸線を通る断面より見た断面図である。

【図１３】 同実施形態のリーフシールをＧ−Ｇ’線よ
り見た断面図である。

【図１４】 第５の実施形態のリーフシールを回転軸の
軸線を通る断面より見た断面図である。

【図１５】 同実施形態のリーフシールをＨ−Ｈ’線よ
り見た断面図である。

【図１６】 第６の実施形態のリーフシールを回転軸の
軸線を通る断面より見た断面図である。

【図１７】 第７の実施形態のリーフシールを回転軸の
軸線を通る断面より見た断面図である。

【図１８】 従来の軸シール機構を示す図である。

【図１９】 従来の軸シール機構を矢印Ｉから見た場合
の断面図である。

【図２０】 従来の軸シール機構の断面図である。

【図２１】 従来の軸シール機構の断面図である。

【符号の説明】

２３ 回転軸 ２３ａ 周面 ２３ｅ 動翼 ２４ ケーシング ２４ａ 静翼（静止部） ２５ リーフシール（軸シール機構） ２６ リーフシールリング ２７ 隙間 ２８ 薄板 ２８ａ 外周基端 ２８ｂ 先端 ３３ スプリング（付勢部材） ３４ 導圧溝 ３６ 板バネ（付勢部材） ３８ 保持部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤城 弘一 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 由里 雅則 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 中野 隆 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 西本 慎 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 Ｆターム(参考） 3G002 HA03 HA07 HA12 3J042 AA05 BA03 BA08 CA03 CA05 CA17 DA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と静止部との環状空間を通って、
   前記回転軸の軸方向に流れる流体を阻止する軸シール機
   構において、 前記静止部の内部に保持されたリーフシールリングと、 前記回転軸の周方向に互いに隙間を開けて設けられ、各
   外周基端側が前記リーフシールリング内に固定され、各
   先端が前記回転軸の周面と鋭角を成し、かつ前記回転軸
   の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複
   数の薄板とを有し、 前記静止部と前記リーフシールリングとの間には、該リ
   ーフシールリングを前記回転軸より離間させる径方向外
   側に向かって付勢する付勢部材と、 前記各薄板を境として高圧側の流体圧を、前記リーフシ
   ールリングの外周面と前記静止部の内周面との間に導く
   導圧溝とが設けられていることを特徴とする軸シール機
   構。
2. 【請求項２】 前記付勢部材は、前記リーフシールリン
   グ側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の
   軸シール機構。
3. 【請求項３】 前記付勢部材は、前記静止部とは別体の
   保持部材に保持され、該保持部材が前記静止部側に設け
   られていることを特徴とする請求項１記載の軸シール機
   構。
4. 【請求項４】 前記付勢部材は、前記各薄板を挟んで高
   圧側と低圧側のそれぞれに設けられていることを特徴と
   する請求項１〜３の何れか１項記載の軸シール機構。
5. 【請求項５】 高温高圧の流体をケーシングに導き、該
   ケーシング内部に回転可能に支持された回転軸の動翼に
   吹き付けることで、前記流体の熱エネルギーを機械的な
   回転エネルギーに変換して動力を発生するタービンにお
   いて、 請求項１〜４の何れか１項記載の軸シール機構を備えた
   ことを特徴とするタービン。