JP2013148167A - Shaft sealing device and rotary machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shaft sealing device, by which a leakage amount of an operating oil can be reduced, and aged deterioration of a fin and a rotary shaft is reduced.SOLUTION: A shaft sealing device includes a seal segment that is held by a holder to face a rotary shaft of a rotary machine and disposed between a first region on a high pressure side and a second region on a lower pressure side. The device includes a floating piece provided in the seal segment to face the rotary shaft and having an interval between it and the rotary shaft that becomes narrower from an upstream side to a downstream side in a rotation direction of the rotary shaft. Moreover, the device includes a fin provided in the seal segment to face the rotary shaft.

Description

本発明の実施形態は、軸シール装置および回転機械に関する。   Embodiments described herein relate generally to a shaft seal device and a rotary machine.

蒸気タービン、ガスタービン、コンプレッサなどの回転機械は、作動流体を密閉する圧力容器内に回転軸を有する。この回転軸は、軸に沿う方向に隣接する高圧室と低圧室とを貫通し、さらに圧力容器の殻を貫通し、発電機、ポンプ、電動機などと連結されている。   A rotary machine such as a steam turbine, a gas turbine, or a compressor has a rotation shaft in a pressure vessel that seals a working fluid. The rotating shaft passes through the high-pressure chamber and the low-pressure chamber adjacent in the direction along the axis, and further passes through the shell of the pressure vessel, and is connected to a generator, a pump, an electric motor, and the like.

よって、回転軸が各圧力室や圧力容器を貫通する部分には、内部の作動流体を密封するための軸シール装置が設けられている。大型の発電システムや給水ポンプシステムなどに利用されるターボ機械では、軸シール装置としてラビリンスシール装置を使用することが一般的である。   Therefore, a shaft seal device for sealing the internal working fluid is provided in a portion where the rotation shaft passes through each pressure chamber or pressure vessel. In a turbo machine used for a large power generation system, a feed water pump system, or the like, it is common to use a labyrinth seal device as a shaft seal device.

ラビリンスシール装置は、回転軸表面と離間して配置されたラビリンスシールリングを備えている。そして、ラビリンスシールリングの回転軸側の面には、回転軸の円周方向に一周分延在するシールフィンが設けられており、高圧側の流体が低圧側へ流出することを防いでいる。   The labyrinth seal device includes a labyrinth seal ring that is spaced apart from the surface of the rotary shaft. The surface of the labyrinth seal ring on the rotating shaft side is provided with a seal fin extending one turn in the circumferential direction of the rotating shaft to prevent the high-pressure side fluid from flowing out to the low-pressure side.

最も古くから使用されているラビリンスシール装置では、回転軸とシールフィン先端との間のシールすきまは、初期組立時に固定される。よって、回転機械の運用中に、シールフィンの位置が変化することはない。   In the labyrinth seal device that has been used for the longest time, the seal clearance between the rotary shaft and the tip of the seal fin is fixed during initial assembly. Therefore, the position of the seal fin does not change during operation of the rotating machine.

しかしながら、起動停止時などの過渡運転状態では、回転機械のケーシングなど、ラビリンスシールリングを固定している構造に一時的な不等熱膨張が生じることがある。この場合、シールリング中心が移動してしまうことで、シールリング中心と回転軸中心との相対位置が変化してしまう。すなわち、偏芯が発生してしまう。偏芯が著しい場合には、シールフィン先端と回転軸表面が接触し、この摩擦発熱により一時的な回転軸の熱曲がりが生じ、回転軸の振れまわり振動、すなわち、ラビング振動が発生してしまう。   However, in a transient operation state such as when starting and stopping, temporary non-uniform thermal expansion may occur in a structure in which a labyrinth seal ring is fixed, such as a casing of a rotating machine. In this case, when the center of the seal ring moves, the relative position between the center of the seal ring and the center of the rotation shaft changes. That is, eccentricity occurs. When the eccentricity is significant, the tip of the seal fin and the surface of the rotating shaft come into contact with each other. This frictional heat causes a temporary thermal bending of the rotating shaft, which causes a vibration around the rotating shaft, that is, a rubbing vibration. .

加えて、シールフィン先端と回転軸表面が接触すると、シールフィン先端が磨耗することで、シールすきまが初期組立時より増大し、漏洩量が増加してしまう。そこで、シールフィン先端の接触を防ぐため、過渡運転中の偏芯を見込んでシールすきまを広く設定することが多い。例えば、大型の蒸気タービンでは、シールすきまを０．８〜１．５ｍｍ程度に設定することがある。しかしながら、シールすきまの拡大は漏洩量の増加につながる。   In addition, if the tip of the seal fin comes into contact with the surface of the rotary shaft, the tip of the seal fin is worn, so that the seal clearance increases from the initial assembly and the amount of leakage increases. Therefore, in order to prevent contact between the tips of the seal fins, the seal clearance is often set wide in view of eccentricity during transient operation. For example, in a large steam turbine, the seal clearance may be set to about 0.8 to 1.5 mm. However, increasing the seal clearance leads to an increase in leakage.

一方、アブレイダブル型やセンシタイズド型などの接触許容型のラビリンスシール装置では、過渡運転中の接触を前提に、初期すきまを０．５ｍｍ程度と狭く設定している。また、接触許容型の装置の中には、一時的に回転軸がシールフィンに接触してもシールリングごと外周側へ押し付け移動させる構造のものや、運転中に摩擦発熱を抑えつつ接触してしまう部分のみシール内面を削り取る構造のものも存在する。   On the other hand, in contact-allowable labyrinth seal devices such as abradable types and sensitized types, the initial clearance is set as narrow as about 0.5 mm on the premise of contact during transient operation. Also, some of the contact-allowed type devices have a structure in which the rotating shaft is pressed and moved to the outer peripheral side even if the rotating shaft temporarily contacts the seal fin, or it is in contact with suppressing frictional heat generation during operation. There is also a structure in which the inner surface of the seal is scraped off only at the part where it will end.

さらには、リトラクタブル型のように、円筒形のラビリンスシールリングを複数の扇形のシールセグメントに分割し、運転中にシールセグメントの移動によりシールすきまを変化させる可変型軸シール装置も知られている。   Furthermore, there is also known a variable shaft seal device in which a cylindrical labyrinth seal ring is divided into a plurality of fan-shaped seal segments and the seal clearance is changed by movement of the seal segments during operation, as in the retractable type.

さらには、ラビリンスシール装置用のシールとして、動圧シールやブラシシールが知られている。   Furthermore, dynamic pressure seals and brush seals are known as seals for labyrinth seal devices.

動圧シールは、回転軸の回転速度が速くなると、軸表面付近の流体をシールリング内面と回転軸表面との間に巻き込み、巻き込まれた流体がシールリングを外周側に押し上げることで、流体の巻き込み量に応じてシールリングと回転軸との間に極狭いすきまを形成し、シールを実現する。   When the rotational speed of the rotary shaft increases, the dynamic pressure seal entrains the fluid near the shaft surface between the inner surface of the seal ring and the surface of the rotary shaft, and the entrained fluid pushes the seal ring up to the outer peripheral side. A very narrow gap is formed between the seal ring and the rotating shaft according to the amount of entrainment to achieve a seal.

ブラシシールは、内巻リングブラシを回転軸を取り囲むように固定し、回転軸表面との間に極狭いすきまを持たせあるいはすきまがないように固定され、接触時の発熱と磨耗の影響を低減するシールである。   The brush seal is fixed so that the inner ring brush surrounds the rotating shaft, and it is fixed with or without a very narrow gap between the surface of the rotating shaft, reducing the effects of heat generation and wear during contact. It is a seal to do.

以上のように、軸シール装置としては、ラビリンスシール装置を基本に、シールすきまを狭く保つ構造のものが多く知られている。   As described above, many shaft seal devices having a structure that keeps the seal clearance narrow based on the labyrinth seal device are known.

特開２０１０−３８２９１号公報JP 2010-38291 A

多くのラビリンスシール装置では、シールフィン先端と回転軸表面との接触を避けるために、シールすきまを広めに設定する。しかしながら、このような設定には、作動流体の漏洩量が多くなり、漏洩損失が大きくなるという不都合がある。   In many labyrinth seal devices, the seal clearance is set wide to avoid contact between the tip of the seal fin and the surface of the rotary shaft. However, such a setting has a disadvantage that the amount of leakage of the working fluid increases and the leakage loss increases.

また、アブレイダブル型やセンシタイズド型などの接触許容型のラビリンスシース装置では、接触を伴うため長期的にはシールフィン先端や回転軸表面の磨耗が拡大し、シールすきまが増加する。そのため、経年的に漏洩損失が増加するという不都合がある。   Also, in contact-allowable labyrinth sheath devices such as abradable types and sensitized types, since contact is involved, wear of the seal fin tip and the surface of the rotating shaft will increase in the long term, and the seal clearance will increase. Therefore, there is a disadvantage that leakage loss increases with time.

また、リトラクタブル型では、高出力運用時の差圧の増加に伴う押し付け力の増加により、シールセグメントとこれを保持する圧力隔壁との接触面での摩擦抵抗が増加し、シールセグメントの円滑な移動が妨げられる。そのため、シールすきまが広いまま動かなくなる場合があるという不都合がある。   In the retractable type, the increase in the pressing force accompanying the increase in differential pressure during high-power operation increases the frictional resistance at the contact surface between the seal segment and the pressure bulkhead that holds it, enabling smooth movement of the seal segment. Is disturbed. Therefore, there is an inconvenience that the seal clearance may not be able to move while being wide.

また、動圧シールでは、起動前の暖機準備中や停止後の冷却中のように、回転軸の回転速度が極遅い場合に、シールリング内面と回転軸表面との間に流体を十分に巻き込むことができない。この場合、シールリングと回転軸が接触状態となり、これらの接触面が大きく磨耗することで、シールすきまが拡大するという不都合がある。   Also, with dynamic pressure seals, when the rotational speed of the rotating shaft is extremely slow, such as during warm-up preparation before starting or cooling after stopping, sufficient fluid is passed between the seal ring inner surface and the rotating shaft surface. I can't get involved. In this case, there is an inconvenience that the seal ring and the rotating shaft are brought into contact with each other, and the contact surfaces are greatly worn, thereby increasing the seal clearance.

また、ブラシシールは、ブラシ毛の曲げ剛さが小さく、わずかな力で大きくたわむので、接触時の摩擦を低減することができる。しかしながら、経年的には接触による摩擦磨耗を避けられず、シールすきまが拡大するという不都合がある。   Further, the brush seal has a small bending stiffness of the brush bristle and bends greatly with a slight force, so that friction during contact can be reduced. However, over time, frictional wear due to contact is inevitable, and there is a disadvantage that the seal clearance is enlarged.

そこで、本発明は、作動流体の漏洩量を低減可能で、かつフィンや回転軸の経年劣化が少ない軸シール装置および回転機械を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a shaft seal device and a rotating machine that can reduce the amount of leakage of the working fluid and that have little deterioration over time of the fins and the rotating shaft.

一の実施形態による軸シール装置は、回転機械の回転軸に面するようにホルダーにより保持され、高圧側の第１領域と低圧側の第２領域との間に設置されたシールセグメントを備える。さらに、前記装置は、前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられ、前記回転軸の回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて前記回転軸との間のすきまが狭くなる浮上片を備える。さらに、前記装置は、前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられたフィンを備える。   A shaft seal device according to an embodiment includes a seal segment that is held by a holder so as to face a rotation shaft of a rotary machine and is disposed between a first region on a high-pressure side and a second region on a low-pressure side. Furthermore, the apparatus is provided with the seal segment so as to face the rotating shaft, and a floating piece whose clearance from the rotating shaft becomes narrower toward the downstream side from the upstream side in the rotating direction of the rotating shaft. Prepare. Further, the apparatus includes a fin provided on the seal segment so as to face the rotating shaft.

また、別の実施形態による回転機械は、高圧室と低圧室とを有する圧力容器と、前記高圧室と前記低圧室とを貫通する回転軸とを備える。さらに、前記機械は、前記回転軸に面するようにホルダーにより保持され、前記高圧室と前記低圧室との間、前記高圧室と前記圧力容器の外部との間、または前記低圧室と前記圧力容器の外部との間に設置されたシールセグメントを備える。さらに、前記機械は、前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられ、前記回転軸の回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて前記回転軸との間のすきまが狭くなる浮上片を備える。さらに、前記機械は、前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられたフィンを備える。   Moreover, the rotary machine by another embodiment is provided with the pressure vessel which has a high pressure chamber and a low pressure chamber, and the rotating shaft which penetrates the said high pressure chamber and the said low pressure chamber. Further, the machine is held by a holder so as to face the rotating shaft, and is between the high pressure chamber and the low pressure chamber, between the high pressure chamber and the outside of the pressure vessel, or between the low pressure chamber and the pressure. A seal segment is provided between the outside of the container. Furthermore, the machine is provided with the seal segment so as to face the rotating shaft, and a floating piece whose clearance from the rotating shaft becomes narrower toward the downstream side from the upstream side in the rotation direction of the rotating shaft. Prepare. Further, the machine includes a fin provided on the seal segment so as to face the rotating shaft.

第１実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the shaft-seal apparatus of 1st Embodiment. 第１実施形態の軸シール装置の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the shaft seal apparatus of 1st Embodiment. 浮上片の形状を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the shape of a floating piece. 浮上片の形状を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the shape of a floating piece. 第２実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the shaft seal apparatus of 2nd Embodiment. 第２実施形態の軸シール装置の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the shaft seal apparatus of 2nd Embodiment. 第２実施形態の軸シール装置の作用を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the effect | action of the shaft seal apparatus of 2nd Embodiment. 第３実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the shaft seal apparatus of 3rd Embodiment. 第４実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the shaft seal apparatus of 4th Embodiment. 第５実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the shaft seal apparatus of 5th Embodiment. 第６実施形態の回転機械の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the rotary machine of 6th Embodiment.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。図１は、回転機械を構成する回転軸１と、高圧室２と、低圧室３と、ホルダー４と、圧縮ばね５と、軸シール装置６とを示している。軸シール装置６は、ラビリンスシールセグメント１１と、浮上片１２と、ラビリンスフィン１３と、ポケット溝１４とを備えている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the shaft seal device of the first embodiment. FIG. 1 shows a rotary shaft 1, a high pressure chamber 2, a low pressure chamber 3, a holder 4, a compression spring 5, and a shaft seal device 6 constituting a rotary machine. The shaft seal device 6 includes a labyrinth seal segment 11, a floating piece 12, a labyrinth fin 13, and a pocket groove 14.

図１に示すように、回転軸１は、高圧室２と低圧室３を仕切る圧力隔壁であるホルダー４を貫通している。高圧室２と低圧室３は、回転機械の圧力容器内に設けられており、回転軸１は、圧力容器の殻も貫通している。高圧室２と低圧室３はそれぞれ、高圧側の第１領域と、低圧側の第２領域の例である。   As shown in FIG. 1, the rotating shaft 1 passes through a holder 4 that is a pressure partition wall that partitions the high pressure chamber 2 and the low pressure chamber 3. The high-pressure chamber 2 and the low-pressure chamber 3 are provided in a pressure vessel of a rotary machine, and the rotary shaft 1 also penetrates the shell of the pressure vessel. The high pressure chamber 2 and the low pressure chamber 3 are examples of a first region on the high pressure side and a second region on the low pressure side, respectively.

なお、図１に示すＸ方向は、回転軸１に平行な方向を示し、図１に示すＹ方向、Ｚ方向は、回転軸１に垂直な方向を示す。Ｙ方向とＺ方向は、互いに垂直である。   1 indicates a direction parallel to the rotation axis 1, and the Y direction and the Z direction illustrated in FIG. 1 indicate directions perpendicular to the rotation axis 1. The Y direction and the Z direction are perpendicular to each other.

ラビリンスシールセグメント１１は、回転軸１の表面に面するようにホルダー４により保持されており、高圧室２と低圧室３との間に設置されている。ラビリンスシールセグメント１１は、円筒形のラビリンスシールリングを複数の扇形のシールセグメント１１に分割した形状を有している。各ラビリンスシールセグメント１１の外周側面とホルダー４の内周面との間には、回転軸１の半径方向に沿うように圧縮ばね５が配置されている。   The labyrinth seal segment 11 is held by a holder 4 so as to face the surface of the rotary shaft 1, and is installed between the high pressure chamber 2 and the low pressure chamber 3. The labyrinth seal segment 11 has a shape in which a cylindrical labyrinth seal ring is divided into a plurality of fan-shaped seal segments 11. A compression spring 5 is arranged between the outer peripheral side surface of each labyrinth seal segment 11 and the inner peripheral surface of the holder 4 along the radial direction of the rotary shaft 1.

ラビリンスフィン１３は、回転軸１に面するようにラビリンスシールセグメント１１の内周側面に固定されている。ラビリンスフィン１３の円周方向の長さは、ラビリンスシールセグメント１１の円周方向の長さと同じに設定されている。よって、ラビリンスフィン１３は、ラビリンスシールセグメント１１の一端から他端まで延びており、高圧室２側の流体が低圧室３側へ流出することを防いでいる。回転軸１の表面とラビリンスフィン１３の先端との間には、一定距離のすきまが設けられている。本実施形態のラビリンスフィン１３は、非接触型でも接触許容型でもよい。   The labyrinth fin 13 is fixed to the inner peripheral side surface of the labyrinth seal segment 11 so as to face the rotating shaft 1. The circumferential length of the labyrinth fin 13 is set to be the same as the circumferential length of the labyrinth seal segment 11. Therefore, the labyrinth fin 13 extends from one end of the labyrinth seal segment 11 to the other end, and prevents the fluid on the high pressure chamber 2 side from flowing out to the low pressure chamber 3 side. A clearance of a certain distance is provided between the surface of the rotating shaft 1 and the tip of the labyrinth fin 13. The labyrinth fin 13 of the present embodiment may be a non-contact type or a contact allowable type.

浮上片１２は、回転軸１に面するようにシールセグメント１１に固定されている。本実施形態の浮上片１２は、溶接、ねじ締結、ボトル締結などの方法でシールセグメント１１に取り付けられている。ラビリンスフィン１３が、回転軸１の方向から見て、概ね線状の平面形状を有するのに対し、浮上片１２は、回転軸１の方向から見て、概ね四角形の平面形状を有している。なお、浮上片１２は、流体の圧力を受けられる程度の広さの内周側面を有していれば、四角形以外の平面形状（例えば三角形）を有していてもよい。   The floating piece 12 is fixed to the seal segment 11 so as to face the rotating shaft 1. The floating piece 12 of this embodiment is attached to the seal segment 11 by a method such as welding, screw fastening, bottle fastening or the like. The labyrinth fin 13 has a substantially linear planar shape when viewed from the direction of the rotating shaft 1, whereas the floating piece 12 has a substantially rectangular planar shape when viewed from the direction of the rotating shaft 1. . Note that the levitating piece 12 may have a planar shape other than a quadrangle (for example, a triangle) as long as it has an inner peripheral side surface that is wide enough to receive the pressure of the fluid.

図１には、符号Ｆ1、Ｆ2で示す２つの浮上片１２と、符号ｆ1〜ｆ4で示す４本のラビリンスフィン１３が示されている。図１では、浮上片Ｆ1、Ｆ2がそれぞれ、高圧室２側、低圧室３側に配置されており、フィンｆ1〜ｆ4が、浮上片Ｆ1と浮上片Ｆ2との間に配置されている。なお、浮上片Ｆ1、Ｆ2とフィンｆ1〜ｆ4の別の配置例については、後述する第２実施形態にて説明する。 In FIG. 1, two floating pieces 12 indicated by reference signs F 1 and F 2 and four labyrinth fins 13 indicated by reference signs f 1 to f 4 are shown. In FIG. 1, the levitation pieces F 1 and F 2 are arranged on the high pressure chamber 2 side and the low pressure chamber 3 side, respectively, and the fins f 1 to f 4 are located between the levitation piece F 1 and the levitation piece F 2. Has been placed. In addition, another arrangement example of the floating pieces F 1 and F 2 and the fins f 1 to f 4 will be described in a second embodiment described later.

図１に示す符号Ｓ1、Ｓ2はそれぞれ、浮上片Ｆ1、Ｆ2の回転軸側の面（すなわち、内周側面）を示す。浮上片Ｆ1、Ｆ2はそれぞれ、面Ｓ1、Ｓ2に設けられたポケット溝１４を有している。ポケット溝１４の形状や作用については、後述する。 Reference numerals S 1 and S 2 shown in FIG. 1 indicate surfaces on the rotating shaft side of the floating pieces F 1 and F 2 (that is, inner peripheral side surfaces), respectively. The floating pieces F 1 and F 2 have pocket grooves 14 provided on the surfaces S 1 and S 2 , respectively. The shape and action of the pocket groove 14 will be described later.

図２は、第１実施形態の軸シール装置６の構造を示す斜視図である。図２に示す矢印Ａは、回転軸１の回転方向を示す。   FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the shaft seal device 6 of the first embodiment. An arrow A shown in FIG. 2 indicates the rotation direction of the rotary shaft 1.

図２は、１つのラビリンスシールセグメント１１に設けられた６つの浮上片Ｆ1〜Ｆ6を示している。高圧室２側では、３つの浮上片Ｆ1、Ｆ3、Ｆ5が回転軸１の回転方向Ａに沿って一列に並んで配置されており、低圧室３側では、３つの浮上片Ｆ2、Ｆ4、Ｆ6が回転方向Ａに沿って一列に並んで配置されている。このように、本実施形態の各ラビリンスシールセグメント１１の浮上片１２は、回転方向Ａに沿って複数個に分割されている。ただし、浮上片１２は、ラビリンスフィン１３と同様に、ラビリンスシールセグメント１１の一端から他端まで延びていてもよい。 FIG. 2 shows six floating pieces F 1 to F 6 provided in one labyrinth seal segment 11. On the high pressure chamber 2 side, three floating pieces F 1 , F 3 , F 5 are arranged in a line along the rotation direction A of the rotary shaft 1, and on the low pressure chamber 3 side, three floating pieces F 2 are arranged. , F 4 and F 6 are arranged in a line along the rotation direction A. Thus, the floating piece 12 of each labyrinth seal segment 11 of the present embodiment is divided into a plurality of pieces along the rotation direction A. However, like the labyrinth fin 13, the floating piece 12 may extend from one end of the labyrinth seal segment 11 to the other end.

図２に示す各浮上片１２は、内周側面にポケット溝１４を有している。図２に示すように、ポケット溝１４は、高圧室２側に開口部を有しており、回転方向Ａの上流側から下流側へと延びている。そして、ポケット溝１４は、回転方向Ａの下流側で行き止まりとなっている。このような形状のポケット溝１４には、浮上片１２と回転軸表面との間に流体を巻き込み圧力を貯めやすいという利点がある。なお、本実施形態の浮上片１２は、ポケット溝１４を有していなくてもよい。   Each floating piece 12 shown in FIG. 2 has a pocket groove 14 on the inner peripheral side surface. As shown in FIG. 2, the pocket groove 14 has an opening on the high pressure chamber 2 side, and extends from the upstream side in the rotation direction A to the downstream side. The pocket groove 14 is a dead end on the downstream side in the rotation direction A. The pocket groove 14 having such a shape has an advantage that it is easy to store a pressure by entraining a fluid between the floating piece 12 and the surface of the rotating shaft. In addition, the floating piece 12 of this embodiment does not need to have the pocket groove 14.

次に、図３、図４を参照して、浮上片１２の形状について説明する。   Next, the shape of the floating piece 12 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図３は、浮上片１２の形状を説明するための断面図である。図３は、浮上片１２を回転軸１に垂直な平面で切断した断面を示している。   FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the shape of the floating piece 12. FIG. 3 shows a cross section obtained by cutting the floating piece 12 along a plane perpendicular to the rotation axis 1.

図３に示す符号Ｈは、回転軸１の表面と浮上片１２の内周側面との間のすきまの距離を示している。ただし、距離Ｈは、ポケット溝１４の外部における浮上片１２と回転軸１との距離を示している。   The symbol H shown in FIG. 3 indicates the distance of the clearance between the surface of the rotating shaft 1 and the inner peripheral side surface of the floating piece 12. However, the distance H indicates the distance between the floating piece 12 and the rotating shaft 1 outside the pocket groove 14.

図３に示すように、浮上片１２は、回転方向Ａの上流側から下流側に向かうにつれて、距離Ｈが狭くなる形状を有している。このような形状の浮上片１２には、流体が矢印Ｂのように進むにつれて、流体の圧力が高まって行き、その結果、浮上片１２に強い浮上力が作用するという利点がある。   As shown in FIG. 3, the levitating piece 12 has a shape in which the distance H becomes narrower from the upstream side in the rotation direction A toward the downstream side. The floating piece 12 having such a shape has an advantage that the fluid pressure increases as the fluid advances as indicated by an arrow B, and as a result, a strong floating force acts on the floating piece 12.

なお、距離Ｈは、図３に示すように、浮上片１２の上流側の端部（上流端）から下流側の端部（下流端）まで狭くなり続けてもよいし、浮上片１２の上流端から途中まで狭くなり、その後一定になり、その後下流端まで狭くなるというように、距離Ｈが狭くなる領域と、距離Ｈが一定の領域とを含んでいてもよい。すなわち、浮上片１２の上流端からの距離Ｌに対する、距離Ｈの変化率（＝ｄＨ／ｄＬ）は、常に負でもよいし、値が負となる領域と、値が０となる領域の両方を含んでいてもよい。   As shown in FIG. 3, the distance H may continue to become narrower from the upstream end (upstream end) of the floating piece 12 to the downstream end (downstream end), or upstream of the floating piece 12. A region where the distance H is narrowed and a region where the distance H is constant may be included, such as narrowing from the end to the middle, then becoming constant, and then narrowing to the downstream end. That is, the rate of change of the distance H (= dH / dL) with respect to the distance L from the upstream end of the levitating piece 12 may always be negative, and both the region where the value is negative and the region where the value is 0 are used. May be included.

ただし、浮上片１２の上流端から下流端までの区間において、変化率が負の領域の長さの合計は、変化率が０の領域の長さの合計よりも長く設定することが望ましい。理由は、変化率が負の領域を長くすることで、流体の圧力を徐々に高めることが可能となるからである。   However, in the section from the upstream end to the downstream end of the levitating piece 12, it is desirable to set the sum of the lengths of the regions where the rate of change is negative longer than the sum of the lengths of the regions where the rate of change is zero. The reason is that it is possible to gradually increase the fluid pressure by lengthening the region where the rate of change is negative.

図４は、図３と同様、浮上片１２の形状を説明するための断面図である。ただし、図４は、軸シール装置６全体の断面を示している。   FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the shape of the floating piece 12 as in FIG. 3. However, FIG. 4 shows a cross section of the entire shaft seal device 6.

図４に示すように、軸シール装置６は、複数のラビリンスシールセグメント１１を備えており、各ラビリンスシールセグメント１１は、回転方向Ａに沿って並んだ複数の浮上片１２を備えている。そして、各浮上片１２は、回転方向Ａの上流側から下流側に向かうにつれて上記のすきまの距離Ｈが狭くなる形状を有している。   As shown in FIG. 4, the shaft seal device 6 includes a plurality of labyrinth seal segments 11, and each labyrinth seal segment 11 includes a plurality of floating pieces 12 arranged along the rotation direction A. Each floating piece 12 has a shape in which the distance H of the gap becomes narrower from the upstream side in the rotation direction A toward the downstream side.

なお、本実施形態の軸シール装置６は、６個のシールセグメント１１を備えているが、軸シール装置６のシールセグメント１１の個数は、６個以外でもよい。   Although the shaft seal device 6 of the present embodiment includes six seal segments 11, the number of the seal segments 11 of the shaft seal device 6 may be other than six.

（１）第１実施形態の軸シール装置６の作用
次に、再び図３を参照し、第１実施形態の軸シール装置６の作用について説明する。 (1) Operation of the shaft seal device 6 of the first embodiment Next, the operation of the shaft seal device 6 of the first embodiment will be described with reference to FIG. 3 again.

回転軸１の回転速度が上がると、回転軸１の表面摩擦により、回転軸１の表面付近の流体に回転方向の速度が生じる。そして、速度を持った流体は、回転軸１と浮上片１２との間のすきまに巻き込まれる。さらに、この流体は、ポケット溝１４内にも入り込み、ポケット溝１４内を上流側から下流側へと進むが、ポケット溝１４の行き止まりでせき止められる。その結果、ポケット溝１４内の圧力が上昇する。   When the rotational speed of the rotating shaft 1 increases, the surface friction of the rotating shaft 1 causes a rotational speed in the fluid near the surface of the rotating shaft 1. Then, the fluid having a velocity is caught in the gap between the rotating shaft 1 and the floating piece 12. Further, this fluid also enters the pocket groove 14 and proceeds from the upstream side to the downstream side in the pocket groove 14, but is blocked by the dead end of the pocket groove 14. As a result, the pressure in the pocket groove 14 increases.

ポケット溝１４内の圧力、すなわち、浮上力は、浮上片１２を外周方向に移動させるように作用する。また、浮上片１２は、シールセグメント１１に固定されているため、シールセグメント１１を外周方向に移動させる作用がある。浮上力が圧縮ばね５の圧縮力よりも大きくなると、シールセグメント１１が外周方向に移動して、回転軸１の表面とフィン１３の先端との間のシールすきまが広くなる。   The pressure in the pocket groove 14, that is, the levitation force acts to move the levitation piece 12 in the outer peripheral direction. Further, since the levitating piece 12 is fixed to the seal segment 11, there is an action of moving the seal segment 11 in the outer peripheral direction. When the levitation force becomes larger than the compression force of the compression spring 5, the seal segment 11 moves in the outer peripheral direction, and the seal clearance between the surface of the rotary shaft 1 and the tip of the fin 13 is widened.

一方、回転軸１の回転速度が一定の場合には、回転軸１と浮上片１２との間のすきまが狭いほど、ポケット溝１４の行き止まりでの流体のせき止め効果が大きくなる。よって、回転軸１と浮上片１２との間のすきまが狭いほど、浮上片１２に作用する浮上力が大きくなる。   On the other hand, when the rotational speed of the rotating shaft 1 is constant, the fluid blocking effect at the dead end of the pocket groove 14 increases as the clearance between the rotating shaft 1 and the floating piece 12 becomes narrower. Therefore, the levitation force acting on the levitation piece 12 increases as the clearance between the rotating shaft 1 and the levitation piece 12 decreases.

過渡運転状態の回転機械では、シールリングを固定している構造の不等熱膨張により、シールリングの固定中心が変位して、シールリングの固定中心が回転軸１の中心に対して偏芯する。その結果、回転軸１の表面とフィン１３の先端との間のシールすきまが初期設定値よりも狭くなる部位が、回転機械内に生ずる。   In a rotating machine in a transient operation state, due to unequal thermal expansion of the structure that fixes the seal ring, the fixed center of the seal ring is displaced, and the fixed center of the seal ring is eccentric with respect to the center of the rotary shaft 1. . As a result, there is a portion in the rotating machine where the seal clearance between the surface of the rotary shaft 1 and the tip of the fin 13 becomes narrower than the initial set value.

しかしながら、本実施形態のシールセグメント１１は浮上片１２を備えているため、シールすきまが初期設定値よりも狭くなる部位が生じると、この部位での回転軸１と浮上片１２との間のすきまが狭くなるため、この部位に強い浮上力が発生する。その結果、この部位のシールセグメント１１が外周方向に移動し、シールすきまが広がる。こうして、回転軸１の表面とフィン１３の先端との接触が未然に回避される、あるいは、これらの接触状態が短時間で解消される。   However, since the seal segment 11 of the present embodiment includes the floating piece 12, if a portion where the seal clearance becomes narrower than the initial setting value is generated, the clearance between the rotating shaft 1 and the floating piece 12 at this portion. Since this becomes narrow, a strong levitation force is generated at this part. As a result, the seal segment 11 of this part moves in the outer peripheral direction, and the seal clearance is widened. In this way, contact between the surface of the rotating shaft 1 and the tip of the fin 13 is avoided in advance, or these contact states are eliminated in a short time.

一方、定常運転状態では、シールリングを固定している構造の熱膨張が均一になり、上記の部位のシールすきまが初期設定値に戻る。その結果、この部位での回転軸１と浮上片１２との間のすきまも広くなり、この部位での浮上力が減少する。よって、この部位のシールセグメント１１は圧縮ばねで内周方向に押し戻され、この部位のシールすきまは初期設定値に戻る。   On the other hand, in the steady operation state, the thermal expansion of the structure in which the seal ring is fixed becomes uniform, and the seal clearance at the above part returns to the initial set value. As a result, the clearance between the rotating shaft 1 and the levitating piece 12 at this part is widened, and the levitation force at this part is reduced. Therefore, the seal segment 11 of this part is pushed back in the inner circumferential direction by the compression spring, and the seal clearance of this part returns to the initial set value.

（２）第１実施形態の効果
最後に、第１実施形態の効果について説明する。 (2) Effects of First Embodiment Finally, effects of the first embodiment will be described.

以上のように、本実施形態のシールセグメント１１は、回転軸１に面する位置に設置され、回転方向Ａの上流側から下流側に向かうにつれて回転軸１との間のすきまＨが狭くなる浮上片１２を備えている。   As described above, the seal segment 11 according to the present embodiment is installed at a position facing the rotation shaft 1, and the clearance H between the rotation shaft 1 and the rotation shaft 1 becomes narrower as it goes from the upstream side to the downstream side in the rotation direction A. A piece 12 is provided.

よって、本実施形態によれば、回転機械の過渡運転状態において、回転軸１とフィン１３との接触を未然に回避することができる、あるいは、これらの接触状態を短時間で解消することができる。よって、フィン１３の先端の磨耗を防止しつつ、回転機械の定常運転時にはシールすきまを初期設定値に戻して運転を行うことができる。よって、本実施形態によれば、流体の漏洩損失を抑制することが可能となると共に、経年的な漏洩量増加の防止により回転機械の長期運転を行うことが可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, contact between the rotary shaft 1 and the fin 13 can be avoided in a transient operation state of the rotary machine, or these contact states can be eliminated in a short time. . Therefore, it is possible to perform the operation by returning the seal clearance to the initial set value during the steady operation of the rotary machine while preventing the tip of the fin 13 from being worn. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress a fluid leakage loss and to perform a long-term operation of the rotating machine by preventing an increase in leakage amount over time.

また、本実施形態によれば、シールすきまの初期設定値を、従来では接触が想定される狭い値に設定しても、回転軸１とフィン１３との接触を回避することができる。よって、本実施形態によれば、この観点からも、流体の漏洩量を低減し、流体の漏洩損失を抑制することが可能となる。本実施形態では、シールすきまの初期設定値を、例えば０．５ｍｍ程度に設定する。   Further, according to the present embodiment, contact between the rotating shaft 1 and the fin 13 can be avoided even if the initial set value of the seal clearance is set to a narrow value that is conventionally assumed to be contact. Therefore, according to the present embodiment, also from this viewpoint, it is possible to reduce the amount of fluid leakage and suppress the fluid leakage loss. In this embodiment, the initial set value of the seal clearance is set to about 0.5 mm, for example.

以上のように、本実施形態によれば、作動流体の漏洩量を低減可能で、かつフィン１３や回転軸１の経年劣化が少ない軸シール装置６を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide the shaft seal device 6 that can reduce the amount of leakage of the working fluid and has little deterioration with time of the fins 13 and the rotating shaft 1.

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の軸シール装置６の構造を示す断面図である。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the shaft seal device 6 of the second embodiment.

図５には、符号Ｆ1で示す１つの浮上片１２と、符号ｆ1〜ｆ4で示す４本のラビリンスフィン１３が示されている。図５では、フィンｆ1、ｆ2が高圧室２側、フィンｆ3、ｆ4が低圧室３側に配置されており、浮上片Ｆ1が、フィンｆ1、ｆ2とフィンｆ3、ｆ4との間に配置されている。 FIG. 5 shows one floating piece 12 indicated by reference numeral F 1 and four labyrinth fins 13 indicated by reference signs f 1 to f 4 . In FIG. 5, the fins f 1 and f 2 are arranged on the high pressure chamber 2 side, and the fins f 3 and f 4 are arranged on the low pressure chamber 3 side, and the floating piece F 1 is composed of the fins f 1 and f 2 and the fins f 3 , It is arranged between the f 4.

このような浮上片１２の配置には、浮上片１２が高圧室２側と低圧室３側の中央に配置されているため、ラビリンスシールセグメント１１の重心位置に浮上力が作用し、ラビリンスシールセグメント１１の傾きを防止できるという利点がある。この作用の詳細については後述する。   Since the floating piece 12 is arranged in the center of the high pressure chamber 2 side and the low pressure chamber 3 side in this arrangement, a floating force acts on the center of gravity of the labyrinth seal segment 11, and the labyrinth seal segment There is an advantage that the inclination of 11 can be prevented. Details of this operation will be described later.

なお、浮上片１２は、ラビリンスシールセグメント１１の重心位置に浮上力が作用する位置に配置されていれば、図５と異なる形状を有していてもよいし、図５と異なる位置に配置されていてもよい。   Note that the floating piece 12 may have a shape different from that shown in FIG. 5 or may be arranged at a position different from that shown in FIG. It may be.

図６は、第２実施形態の軸シール装置６の構造を示す斜視図である。   FIG. 6 is a perspective view showing the structure of the shaft seal device 6 of the second embodiment.

図６は、１つのラビリンスシールセグメント１１に設けられた２つの浮上片Ｆ1、Ｆ2を示している。これらの浮上片Ｆ1、Ｆ2は、回転方向Ａに沿って並んで配置されている。このように、本実施形態の各ラビリンスシールセグメント１１の浮上片１２は、第１実施形態と同様、回転方向Ａに沿って複数個に分割されている。 FIG. 6 shows two floating pieces F 1 and F 2 provided on one labyrinth seal segment 11. These floating pieces F 1 and F 2 are arranged side by side along the rotation direction A. Thus, the floating piece 12 of each labyrinth seal segment 11 of the present embodiment is divided into a plurality along the rotation direction A, as in the first embodiment.

（１）第２実施形態の軸シール装置６の作用
次に、図７を参照し、第２実施形態の軸シール装置６の作用について説明する。 (1) Operation of the shaft seal device 6 of the second embodiment Next, the operation of the shaft seal device 6 of the second embodiment will be described with reference to FIG.

図７は、第２実施形態の軸シール装置２の作用を説明するための断面図である。   FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the operation of the shaft seal device 2 of the second embodiment.

図７に示す符号Ｇは、ラビリンスシールセグメント１１の重心位置を示す。重心位置Ｇには、ラビリンスシールセグメント１１の自重ＷGと、圧縮ばね５のばね力ＦSが作用している。重心位置Ｇは、これらの作用力ＷG、ＦSの合成中心に相当する。ラビリンスシールセグメント１１は、これらの作用力ＷG、ＦSで内周方向に押し付けられている。 A symbol G shown in FIG. 7 indicates the position of the center of gravity of the labyrinth seal segment 11. At the center of gravity G, the own weight W G of the labyrinth seal segment 11 and the spring force F S of the compression spring 5 act. The center-of-gravity position G corresponds to the combined center of these acting forces W G and F S. The labyrinth seal segment 11 is pressed in the inner circumferential direction by these acting forces W G and F S.

一方、浮上片１２の内周側面には、浮上圧力Ｐdが作用する。この浮上圧力Ｐdは例えば図７に示す分布を有しており、この分布に応じた浮上力中心Ｄに浮上力Ｆdが作用する。そして、浮上力Ｆdの作用線上に重心位置Ｇが存在する場合、浮上力Ｆdは重心位置Ｇに作用することとなる。 On the other hand, the flying pressure P d acts on the inner peripheral side surface of the flying piece 12. The levitation pressure P d has a distribution shown in FIG. 7, for example, and the levitation force F d acts on the levitation force center D corresponding to this distribution. When the gravity center position G is present in the action line of levitation force F d, levitation force F d becomes to act on the gravity center position G.

本実施形態の浮上片１２は、浮上力Ｆdの作用線上に重心位置Ｇが位置するような形状を有している。具体的には、本実施形態の浮上片１２は例えば、浮上圧力Ｐdの分布が鏡面対称となるように、ほぼ鏡面対称な形状を有している。よって、本実施形態によれば、ラビリンスシールセグメント１１の傾きを防止することができる。 Floating piece 12 of this embodiment, the gravity center position G is shaped so as to position the action line of levitation force F d. Specifically, the levitating piece 12 of the present embodiment has, for example, a substantially mirror symmetric shape so that the distribution of the levitation pressure P d is mirror symmetric. Therefore, according to this embodiment, the inclination of the labyrinth seal segment 11 can be prevented.

（２）第２実施形態の効果
最後に、第２実施形態の効果について説明する。 (2) Effects of Second Embodiment Finally, effects of the second embodiment will be described.

以上のように、本実施形態の浮上片１２は、シールセグメント１１の重心位置Ｇに浮上力Ｆdが作用する位置に配置されている。 As described above, the levitating piece 12 of the present embodiment is disposed at a position where the levitating force F d acts on the gravity center position G of the seal segment 11.

よって、本実施形態によれば、シールセグメント１１を傾けることなく外周方向へ移動させることが可能となる。よって、本実施形態によれば、フィン１３の傾きを防止して、シールすきまを均一に増減させることが可能となる。よって、過渡運転中のフィン１３の先端の接触磨耗を回避できるため、漏洩量の増加を抑制することが可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, the seal segment 11 can be moved in the outer peripheral direction without being inclined. Therefore, according to the present embodiment, the inclination of the fin 13 can be prevented and the seal clearance can be increased or decreased uniformly. Therefore, contact wear at the tips of the fins 13 during transient operation can be avoided, so that an increase in leakage amount can be suppressed.

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態の軸シール装置６の構造を示す断面図である。 (Third embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the shaft seal device 6 of the third embodiment.

図８の軸シール装置６は、アブレイダブル型に相当する。よって、回転軸１の表面の一部、具体的には、回転軸１におけるフィン１３との接触面には、摩耗層２１が形成されている。摩耗層２１は、フィン１３との接触により削れやすい材料で形成されている。   The shaft seal device 6 in FIG. 8 corresponds to an abradable type. Therefore, a wear layer 21 is formed on a part of the surface of the rotating shaft 1, specifically, on the contact surface of the rotating shaft 1 with the fins 13. The wear layer 21 is formed of a material that is easily scraped by contact with the fins 13.

本実施形態では、回転軸１とフィン１３が接触すると、回転軸１の摩耗層２１が磨耗される。よって、本実施形態によれば、回転軸１そのものやフィン１３の摩耗を抑制できると共に、回転軸１そのものが摩耗される場合に比べて、摩耗抵抗や発熱を低減することができる。   In this embodiment, when the rotating shaft 1 and the fin 13 contact, the wear layer 21 of the rotating shaft 1 is worn. Therefore, according to the present embodiment, wear of the rotary shaft 1 and the fins 13 can be suppressed, and wear resistance and heat generation can be reduced as compared with the case where the rotary shaft 1 itself is worn.

そして、本実施形態のシールセグメント１１は、上述の浮上片１２を備えている。よって、本実施形態によれば、回転軸１とフィン１３との接触を短時間に限定することが可能となる。よって、本実施形態によれば、磨耗層２１を摩耗を抑えて長期間使用することが可能となり、アブレイダブル型における極狭い初期すきまを長期間維持することが可能となる。   And the seal segment 11 of this embodiment is provided with the above-mentioned floating piece 12. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to limit the contact between the rotating shaft 1 and the fins 13 in a short time. Therefore, according to the present embodiment, the wear layer 21 can be used for a long time while suppressing wear, and an extremely narrow initial clearance in the abradable type can be maintained for a long time.

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態の軸シール装置６の構造を示す断面図である。 (Fourth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the shaft seal device 6 of the fourth embodiment.

図９の軸シール装置６は、センシタイズド型に相当する。よって、圧縮ばね５のばね力の強さは、フィン１３が回転軸１に接触可能となるよう、限界まで弱く設定されている。よって、本実施形態のシールセグメント１１は、外周方向に移動しやすくなっている。本実施形態のシールセグメント１１は、外周側面に窪み部２２を有し、圧縮ばね５は、この窪み部２２内に配置されている。   The shaft seal device 6 in FIG. 9 corresponds to a sensitized type. Therefore, the strength of the spring force of the compression spring 5 is set as weak as possible so that the fin 13 can contact the rotating shaft 1. Therefore, the seal segment 11 of this embodiment is easy to move in the outer peripheral direction. The seal segment 11 of the present embodiment has a recess 22 on the outer peripheral side surface, and the compression spring 5 is disposed in the recess 22.

センシタイズド型では、フィン１３の先端の接触磨耗を軽減するために、圧縮ばね５のばね力の強さを最小限に設定する。しかしながら、ばね力が最小限といえども、回転軸１とフィン１３との接触が生じるため、円周方向の接触する範囲のフィン１３の先端の磨耗は免れず、長期的にはシールすきまが拡大し、漏洩量が増加する。   In the sensitized type, the strength of the spring force of the compression spring 5 is set to a minimum in order to reduce contact wear at the tip of the fin 13. However, even if the spring force is minimal, contact between the rotating shaft 1 and the fin 13 occurs, and therefore, wear of the tip of the fin 13 in the circumferential contact range is inevitable, and the seal clearance increases in the long term. And the amount of leakage increases.

そこで、本実施形態では、シールセグメント１１に、上述の浮上片１２を設けている。よって、本実施形態によれば、回転軸１とフィン１３との接触を短時間に限定することが可能となる。よって、本実施形態によれば、経年的なシールすきまの拡大を抑制し、経年的な漏洩量の増加を抑制することが可能となる。   Therefore, in the present embodiment, the above-described floating piece 12 is provided on the seal segment 11. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to limit the contact between the rotating shaft 1 and the fins 13 in a short time. Therefore, according to this embodiment, it is possible to suppress an increase in seal clearance over time and suppress an increase in leakage amount over time.

（第５実施形態）
図１０は、第５実施形態の軸シール装置６の構造を示す断面図である。 (Fifth embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the shaft seal device 6 of the fifth embodiment.

図１０の軸シール装置６は、ブラシシールを構成するブラシ２３と、背板２４と、保持板２５と、取り付け座２６とを備えている。これらの部材は、ブラシ２３が回転軸１に面するように、ボルト２７によりシールセグメント１１に取り付けられている。ブラシシールには、回転軸１との接触時に回転軸１に与える影響が少ないという利点がある。   The shaft seal device 6 of FIG. 10 includes a brush 23 constituting a brush seal, a back plate 24, a holding plate 25, and a mounting seat 26. These members are attached to the seal segment 11 with bolts 27 so that the brush 23 faces the rotary shaft 1. The brush seal has an advantage that there is little influence on the rotating shaft 1 when contacting the rotating shaft 1.

本実施形態のシールセグメント１１は、上述の浮上片１２を備えている。よって、本実施形態によれば、回転軸１との距離が極狭く設定されるブラシ２３の先端の接触磨耗を軽減することができる。よって、回転軸１とブラシ２３との間のシールすきまの経年的な拡大を抑制し、経年的な漏洩量の増加を抑制することが可能となる。   The seal segment 11 of this embodiment includes the above-described floating piece 12. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce contact wear at the tip of the brush 23 in which the distance from the rotary shaft 1 is set to be extremely narrow. Therefore, it is possible to suppress the aging expansion of the seal clearance between the rotating shaft 1 and the brush 23 and to suppress the increase of the aging leakage amount.

なお、ブラシシールは、シールセグメント１１そのものに取り付けてもよいし、シールセグメント１１の浮上片１２に取り付けてもよい。   The brush seal may be attached to the seal segment 11 itself, or may be attached to the floating piece 12 of the seal segment 11.

（第６実施形態）
図１１は、第６実施形態の回転機械の構造を示す断面図である。図１１の回転機械は、蒸気タービンである。 (Sixth embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the rotating machine of the sixth embodiment. The rotating machine in FIG. 11 is a steam turbine.

図１１の回転機械は、高圧室２と低圧室３を有する圧力容器３１と、高圧室２に設けられた蒸気入口３２と、低圧室３に設けられた蒸気出口３３と、高圧室２と低圧室３との間に設けられた圧力隔壁３５を備えている。図１１に示す符号Ｃは、蒸気入口３２から供給され、蒸気出口３３から排出される蒸気の流れを示す。   11 includes a pressure vessel 31 having a high pressure chamber 2 and a low pressure chamber 3, a steam inlet 32 provided in the high pressure chamber 2, a steam outlet 33 provided in the low pressure chamber 3, a high pressure chamber 2 and a low pressure. A pressure partition wall 35 provided between the chamber 3 and the chamber 3 is provided. Reference symbol C shown in FIG. 11 indicates the flow of steam supplied from the steam inlet 32 and discharged from the steam outlet 33.

図１１の回転機械はさらに、高圧室２と低圧室３とを貫通する回転軸１と、回転軸１に取り付けられた回転体３４を備えている。回転軸１はさらに、高圧室２側と低圧室３側において、圧力容器３１の殻を貫通している。   The rotating machine of FIG. 11 further includes a rotating shaft 1 that penetrates the high pressure chamber 2 and the low pressure chamber 3, and a rotating body 34 attached to the rotating shaft 1. The rotating shaft 1 further penetrates the shell of the pressure vessel 31 on the high pressure chamber 2 side and the low pressure chamber 3 side.

図１１では、第１〜第５実施形態のいずれかの軸シール装置６が、高圧室２と低圧室３との間と、高圧室２と圧力容器３１の外部との間と、低圧室３と圧力容器３１の外部との間に設置されている。これらの軸シール装置６の各シールセグメント１１は、回転軸１に面するようにホルダー４により保持されている。   In FIG. 11, the shaft seal device 6 of any of the first to fifth embodiments is provided between the high pressure chamber 2 and the low pressure chamber 3, between the high pressure chamber 2 and the outside of the pressure vessel 31, and the low pressure chamber 3. And the outside of the pressure vessel 31. Each seal segment 11 of the shaft seal device 6 is held by a holder 4 so as to face the rotating shaft 1.

ただし、高圧室２と低圧室３との間の軸シール装置６のホルダー４が、圧力隔壁３５に設けられているのに対し、高圧室２または低圧室３と外部との間の軸シール装置６のホルダー４は、圧力容器３１の殻に設けられている。後者の場合、高圧室２や低圧室３は、高圧側の第１領域の例であり、圧力容器３１の外部は、低圧側の第２領域の例である。   However, the holder 4 of the shaft sealing device 6 between the high pressure chamber 2 and the low pressure chamber 3 is provided in the pressure partition wall 35, whereas the shaft sealing device between the high pressure chamber 2 or the low pressure chamber 3 and the outside. The holder 4 of 6 is provided on the shell of the pressure vessel 31. In the latter case, the high pressure chamber 2 and the low pressure chamber 3 are examples of the first region on the high pressure side, and the outside of the pressure vessel 31 is an example of the second region on the low pressure side.

本実施形態によれば、過渡運転時において回転軸１とフィン１３との一時的な接触を回避または低減し、漏洩量の経年的な増加を抑制することができる。よって、蒸気タービンの熱効率の劣化を抑制することが可能となる。   According to the present embodiment, it is possible to avoid or reduce the temporary contact between the rotating shaft 1 and the fin 13 during transient operation, and to suppress an increase in leakage amount over time. Therefore, it becomes possible to suppress deterioration of the thermal efficiency of the steam turbine.

また、本実施形態によれば、シールすきまを狭く設定しても一時的な接触を回避または低減できるため、漏洩量をさらに低減し、蒸気タービンの熱効率をさらに向上させることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, even if the seal clearance is set narrow, temporary contact can be avoided or reduced, so that the leakage amount can be further reduced and the thermal efficiency of the steam turbine can be further improved.

なお、本実施形態は、ガスタービンやコンプレッサなど、蒸気タービン以外の回転機械にも適用可能である。   In addition, this embodiment is applicable also to rotary machines other than a steam turbine, such as a gas turbine and a compressor.

以上、第１から第６実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施することができる。また、これらの実施形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことにより、様々な変形例を得ることもできる。これらの形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれており、特許請求の範囲及びこれに均等な範囲には、これらの形態や変形例が含まれる。   The first to sixth embodiments have been described above. However, these embodiments are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms. Moreover, various modifications can be obtained by making various omissions, substitutions, and changes to these embodiments without departing from the scope of the invention. These forms and modifications are included in the scope and gist of the invention, and these forms and modifications are included in the claims and the scope equivalent thereto.

１：回転軸、２：高圧室、３：低圧室、４：ホルダー、５：圧縮ばね、
６：軸シール装置、１１：ラビリンスシールセグメント、
１２：浮上片、１３：ラビリンスフィン、１４：ポケット溝、
２１：摩耗層、２２：窪み部、２３：ブラシ、２４：背板、
２５：保持板、２６：取り付け座、２７：ボルト、
３１：圧力容器、３２：蒸気入口、３３：蒸気出口、３４：回転体、３５：圧力隔壁 1: rotating shaft, 2: high pressure chamber, 3: low pressure chamber, 4: holder, 5: compression spring,
6: Shaft seal device, 11: Labyrinth seal segment,
12: Levitation piece, 13: Labyrinth fin, 14: Pocket groove,
21: Wear layer, 22: Depression, 23: Brush, 24: Back plate,
25: holding plate, 26: mounting seat, 27: bolt,
31: Pressure vessel, 32: Steam inlet, 33: Steam outlet, 34: Rotating body, 35: Pressure partition

Claims (10)

回転機械の回転軸に面するようにホルダーにより保持され、高圧側の第１領域と低圧側の第２領域との間に設置されたシールセグメントと、
前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられ、前記回転軸の回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて前記回転軸との間のすきまが狭くなる浮上片と、
前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられたフィンと、
を備える軸シール装置。 A seal segment which is held by a holder so as to face the rotating shaft of the rotating machine and is installed between the first region on the high pressure side and the second region on the low pressure side;
A floating piece which is provided in the seal segment so as to face the rotating shaft, and a clearance between the rotating shaft and the rotating shaft becomes narrower from an upstream side to a downstream side in the rotating direction of the rotating shaft;
Fins provided on the seal segment so as to face the rotating shaft;
A shaft seal device comprising: 前記フィンは、前記第１領域側に配置された第１のフィンと、前記第２領域側に配置された第２のフィンとを含み、
前記浮上片は、前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間に配置されている、
請求項１に記載の軸シール装置。 The fin includes a first fin disposed on the first region side and a second fin disposed on the second region side,
The floating piece is disposed between the first fin and the second fin.
The shaft seal device according to claim 1. 前記浮上片は、前記シールセグメントの重心位置に浮上力が作用する位置に配置されている、請求項１または２に記載の軸シール装置。   The shaft sealing device according to claim 1, wherein the floating piece is disposed at a position where a floating force acts on a position of the center of gravity of the seal segment. 前記浮上片は、前記第１領域側に配置された第１の浮上片と、前記第２領域側に配置された第２の浮上片とを含み、
前記フィンは、前記第１の浮上片と前記第２の浮上片との間に配置されている、
請求項１に記載の軸シール装置。 The floating piece includes a first floating piece disposed on the first region side and a second floating piece disposed on the second region side,
The fin is disposed between the first floating piece and the second floating piece,
The shaft seal device according to claim 1. 前記軸シール装置は、複数の前記シールセグメントを備え、
前記シールセグメントの各々は、前記回転軸の回転方向に沿って並んだ複数の前記浮上片を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の軸シール装置。 The shaft seal device includes a plurality of the seal segments,
5. The shaft seal device according to claim 1, wherein each of the seal segments includes a plurality of the floating pieces arranged along a rotation direction of the rotation shaft. 前記浮上片は、前記回転軸側の面に設けられ、前記第１領域側に開口部を有する溝を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の軸シール装置。   6. The shaft seal device according to claim 1, wherein the floating piece includes a groove provided on a surface on the rotating shaft side and having an opening on the first region side. 前記回転軸における前記フィンとの接触面には、摩耗層が形成されている、請求項１から６のいすれか１項に記載の軸シール装置。   The shaft seal device according to any one of claims 1 to 6, wherein a wear layer is formed on a contact surface of the rotating shaft with the fin. 前記シールセグメントは、前記フィンが前記回転軸に接触可能な強さのばねを介して、前記ホルダーに保持されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の軸シール装置。   The shaft seal device according to any one of claims 1 to 6, wherein the seal segment is held by the holder via a spring having a strength that allows the fin to contact the rotating shaft. さらに、前記回転軸に面するように前記シールセグメントに取り付けられたブラシを備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の軸シール装置。   The shaft seal device according to claim 1, further comprising a brush attached to the seal segment so as to face the rotation shaft. 高圧室と低圧室とを有する圧力容器と、
前記高圧室と前記低圧室とを貫通する回転軸と、
前記回転軸に面するようにホルダーにより保持され、前記高圧室と前記低圧室との間、前記高圧室と前記圧力容器の外部との間、または前記低圧室と前記圧力容器の外部との間に設置されたシールセグメントと、
前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられ、前記回転軸の回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて前記回転軸との間のすきまが狭くなる浮上片と、
前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられたフィンと、
を備える回転機械。 A pressure vessel having a high pressure chamber and a low pressure chamber;
A rotating shaft passing through the high pressure chamber and the low pressure chamber;
It is held by a holder so as to face the rotating shaft, between the high pressure chamber and the low pressure chamber, between the high pressure chamber and the outside of the pressure vessel, or between the low pressure chamber and the outside of the pressure vessel. A seal segment installed in
A floating piece which is provided in the seal segment so as to face the rotating shaft, and a clearance between the rotating shaft and the rotating shaft becomes narrower from an upstream side to a downstream side in the rotating direction of the rotating shaft;
Fins provided on the seal segment so as to face the rotating shaft;
Rotating machine with
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