JP2013155784A - Shaft seal device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、軸シール装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a shaft seal device.
蒸気タービン、ガスタービン、空気圧縮機、ポンプなどの回転機械では、作動流体の差圧が生じる領域をまたがって回転軸が延びている回転機械がある。この種の回転機械においては、回転軸に沿って作動流体が低圧領域に漏出することを防止するために軸シール装置を必要不可欠としている。 Among rotating machines such as a steam turbine, a gas turbine, an air compressor, and a pump, there are rotating machines in which a rotating shaft extends across a region where a differential pressure of a working fluid is generated. In this type of rotating machine, a shaft seal device is indispensable in order to prevent the working fluid from leaking into the low pressure region along the rotating shaft.
この種の軸シール装置としては、多数の細線で構成されるブラシを利用したブラシシールが知られている。高圧領域と低圧領域を区画する圧力隔壁を回転軸が貫通する穴の内周面には、ブラシシールがラビリンスシールなどと組み合わせて固定されている。 As this type of shaft seal device, a brush seal using a brush composed of a large number of thin wires is known. A brush seal is fixed in combination with a labyrinth seal or the like on the inner peripheral surface of the hole through which the rotary shaft passes through the pressure partition wall that partitions the high pressure region and the low pressure region.
従来、この種のブラシシールには、大きく分けると、溶接型ブラシシールと、チャンネル型ブラシシールとの2種類がある。
このうち、溶接型ブラシシールは、機械加工で加工したリング状の前板と背板の間に、一定の厚さに整列した細線束を挟み、前板と背板の外周側を溶接により固定したブラシシールである。この溶接型ブラシシールに関する先行技術としては、例えば、特許文献1に記載された溶接型ブラシシールを挙げることができる。
Conventionally, there are two types of brush seals of this type: a welding type brush seal and a channel type brush seal.
Among them, the welding type brush seal is a brush in which a thin wire bundle arranged in a certain thickness is sandwiched between a ring-shaped front plate and back plate processed by machining, and the outer peripheral side of the front plate and back plate is fixed by welding. It is a seal. As a prior art regarding this welding type brush seal, the welding type brush seal described in patent document 1 can be mentioned, for example.
他方、チャンネル型ブラシシールは、細線に芯金を入れて折り曲げ、その折り曲げ部分に薄板を外側から折り曲げカシメることでチャンネル部を形成し、全体をリング状に曲げ成形したものである。このチャンネル型ブラシシールに関する先行技術としては、例えば、特許文献2に記載されたチャンネル型ブラシシールがある。 On the other hand, the channel-type brush seal is formed by inserting a metal core into a thin wire and bending it, forming a channel portion by bending a thin plate from the outside at the bent portion, and bending the whole into a ring shape. As a prior art regarding this channel type brush seal, for example, there is a channel type brush seal described in Patent Document 2.
ブラシシールによる作動流体の漏洩低減効果は、回転軸の外周面とブラシ先端との間にできる隙間の管理状態如何によるところが大きい。漏洩低減効果を高めるためには、回転軸とブラシシーリングとの相対位置が予め定めた位置になるように、ブラシシールリングを正確に位置決めして、回転軸の外周面とブラシ先端との間の隙間を管理する必要がある。 The effect of reducing the leakage of the working fluid by the brush seal depends largely on the state of management of the gap formed between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the brush tip. In order to enhance the leakage reduction effect, the brush seal ring is accurately positioned so that the relative position between the rotating shaft and the brush ceiling is a predetermined position, and the gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the brush tip is determined. It is necessary to manage the gap.
この点、溶接型ブラシシールでは、前板と背板も機械加工によって精密に加工されるため、完成したブラシシールリングの寸法精度は、回転機械の組立寸法精度と同等にすることが可能である。したがって、圧力隔壁の内周側あるいはラビリンスシールリングの内周側に開口するリング状の溝にブラシシールリング本体を直接嵌め込むことにより、ブラシシールリングの位置決めを正確に行い、回転軸の外周面とブラシ先端との間の隙間を正確に管理することは容易である。 In this regard, in the welding type brush seal, the front plate and the back plate are also precisely machined, so that the dimensional accuracy of the completed brush seal ring can be equivalent to the assembly dimensional accuracy of the rotating machine. . Therefore, by directly fitting the brush seal ring body into a ring-shaped groove that opens to the inner peripheral side of the pressure bulkhead or the inner peripheral side of the labyrinth seal ring, the brush seal ring is positioned accurately, and the outer peripheral surface of the rotary shaft It is easy to accurately manage the gap between the brush tip.
しかし、溶接型ブラシシールの製作には、直径0.1mm以下の極めて細い細線を前板と背板に正確に巻き付ける作業に特殊な治具や巻付機を必要とし、さらには、細線を溶接する作業や、溶接後の熱処理作業が必要となり、製作コストが高額になるという短所がある。 However, the production of welded brush seals requires special jigs and winding machines for the precise winding of very thin wires with a diameter of 0.1 mm or less around the front and back plates. Work and heat treatment work after welding are necessary, and the manufacturing cost is high.
他方、チャンネル型ブラシシールは、チャンネル部をカシメてリング状に曲げ成形することで製作コストを大幅に低減することができるという利点はあるものの、精度の面からは、チャンネル部をカシメおよび曲げ加工をすることになるため、装着対象である回転機械の組立精度並みの加工仕上がり精度を期待することができない。 On the other hand, although the channel type brush seal has the advantage that the manufacturing cost can be greatly reduced by crimping the channel part into a ring shape, from the aspect of accuracy, the channel part is crimped and bent. Therefore, it is not possible to expect a processing finish accuracy equivalent to the assembly accuracy of the rotating machine to be mounted.
このため、仕上がり精度の高いチャンネル型ブラシシールにするためには、材料の前加工の精度を上げたり、あるいはカシメ加工装置での加工精度を高める必要があり、製作コストが格段に上昇してしまうという問題がある。 For this reason, in order to obtain a channel-type brush seal with high finishing accuracy, it is necessary to increase the accuracy of the pre-processing of the material or to increase the processing accuracy in the caulking processing device, which significantly increases the production cost. There is a problem.
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、チャンネル型ブラシシールのチャンネル部の加工精度は高くなくても、回転軸に対するブラシシールリングの取付精度を確保することができ、作動流体の漏洩低減効果を格段に向上できるようにする軸シール装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to ensure the accuracy of mounting the brush seal ring on the rotating shaft even if the processing accuracy of the channel portion of the channel type brush seal is not high. Another object of the present invention is to provide a shaft seal device that can greatly improve the effect of reducing leakage of working fluid.
前記の目的を達成するために、本発明は、回転機械の回転軸の軸方向に隣接する高圧領域と低圧領域の間をシールする軸シール装置において、帯状の細線束の長手方向中央に芯金を当てて折り曲げ、前記細線束の折り曲げ部の外側から帯状の薄板を被せて長手方向に折り曲げたチャンネル部と前記芯金の間に前記細線束を挟んでチャンネルブラシを形成し、前記チャンネル部が外周側になるように前記チャンネルブラシを環状に成形した内巻のチャンネル型ブラシシールリングと、前記高圧側領域に面する高圧側ブラシホルダと、前記低圧側領域に面する低圧側ブラシホルダと、からなり、前記高圧側ブラシホルダと低圧側ブラシホルダの突き合わせ面には前記チャネル型ブラシシールリングのチャンネル部が収容する空間を形成する溝が形成され、前記高圧側ブラシホルダと低圧側ブラシホルダとで前記チャンネル型ブラシシールリングを挟持して固定する環状のブラシホルダと、を備え、 前記高圧側ブラシホルダおよび/または低圧側ブラシホルダは、設置位置での圧力隔壁または圧力容器との嵌め合い構造を形成し前記チャンネル型ブラシシールリングの設置位置を決定する位置基準面を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a shaft seal device for sealing between a high pressure region and a low pressure region adjacent to each other in the axial direction of a rotating shaft of a rotary machine, and a metal core in the longitudinal center of a strip-shaped thin wire bundle. A channel brush is formed by sandwiching the thin wire bundle between the core portion and the channel portion that is folded in the longitudinal direction by covering a strip-like thin plate from the outside of the bent portion of the thin wire bundle. An internally wound channel type brush seal ring in which the channel brush is formed in an annular shape so as to be on the outer peripheral side, a high pressure side brush holder facing the high pressure side region, a low pressure side brush holder facing the low pressure side region, And a groove that forms a space for accommodating the channel portion of the channel-type brush seal ring is formed on the abutment surface of the high-pressure side brush holder and the low-pressure side brush holder. An annular brush holder that sandwiches and fixes the channel-type brush seal ring between the high-pressure side brush holder and the low-pressure side brush holder, and the high-pressure side brush holder and / or the low-pressure side brush holder are installed It has a position reference surface that forms a fitting structure with a pressure bulkhead or a pressure vessel at a position and determines an installation position of the channel type brush seal ring.
また、本発明は、回転機械の回転軸の軸方向に隣接する高圧領域と低圧領域の間をシールする軸シール装置において、前記回転軸表面との間に所定の隙間が設定された複数枚の環状フィンを有し、高圧領域と低圧領域を区画する隔壁に設置されるラビリンスシールリングと、帯状の細線束の長手方向中央に芯金を当てて折り曲げ、前記細線束の折り曲げ部の外側から帯状の薄板を被せて長手方向に折り曲げたチャンネル部と前記芯金の間に前記細線束を挟んでチャンネルブラシを形成し、前記チャンネル部が外周側になるように前記チャンネルブラシを環状に成形した内巻のチャンネル型ブラシシールリングと、前記高圧側領域に面する高圧側ブラシホルダと、前記低圧側領域に面する低圧側ブラシホルダと、からなり、前記高圧側ブラシホルダと低圧側ブラシホルダの突き合わせ面には前記チャネル型ブラシシールリングのチャンネル部が収容する空間を形成する溝が形成され、前記高圧側ブラシホルダと低圧側ブラシホルダとで前記チャンネル型ブラシシールリングを挟持して前記ラビリンスシールリングと同芯でかつ並行に当該チャンネル型ブラシシールリングを保持する環状のブラシホルダと、を備え、前記高圧側ブラシホルダおよび/または低圧側ブラシホルダは、前記ラビリンスシールリングとの嵌め合い構造を形成し前記チャンネル型ブラシシールリングの設置位置を決定する位置基準面を有することを特徴とするものである。 Further, the present invention provides a shaft sealing device that seals between a high pressure region and a low pressure region adjacent to each other in the axial direction of a rotating shaft of a rotary machine, and a plurality of sheets each having a predetermined gap between the rotating shaft surface. A labyrinth seal ring that is installed on a partition wall that has an annular fin and divides the high-pressure region and the low-pressure region, and is bent by applying a cored bar to the center in the longitudinal direction of the strip-shaped thin wire bundle. A channel brush is formed by sandwiching the thin wire bundle between a channel portion bent in a longitudinal direction and covered with a thin plate, and the channel brush is formed in an annular shape so that the channel portion is on the outer peripheral side. A high-pressure side brush holder comprising: a wound channel type brush seal ring; a high-pressure side brush holder facing the high-pressure side region; and a low-pressure side brush holder facing the low-pressure side region. A groove that forms a space in which the channel portion of the channel-type brush seal ring is accommodated is formed on the abutting surface of the brush and the low-pressure side brush holder. An annular brush holder that holds the channel-type brush seal ring concentrically and in parallel with the labyrinth seal ring, and the high-pressure side brush holder and / or the low-pressure side brush holder includes the labyrinth seal It has a position reference surface which forms a fitting structure with the ring and determines the installation position of the channel type brush seal ring.
以下、本発明による軸シール装置の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第1実施形態
図1は、本発明による軸シール装置が適用される回転機械の一例である軸流タービンを示す断面図である。この図1において、参照番号10は、軸流タービン全体を示す。参照番号12は、軸流タービン10は回転軸である。この軸流タービン10は、回転軸12を蒸気などの作動流体Fで回転させて、運動エネルギを出力軸端13から得たり、あるいはこれとは逆に、回転軸12を回転させて作動流体Fにエネルギを伝達する回転機械である。
Embodiments of a shaft seal device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First embodiment
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an axial turbine that is an example of a rotating machine to which a shaft sealing device according to the present invention is applied. In FIG. 1,
圧力容器14の内部は、圧力隔壁16によって、高圧領域としての高圧室15と、低圧領域である低圧室17との2つの圧力室に区画されている。回転軸12は、圧力容器14および圧力隔壁16を貫通しており、圧力容器14の外部に設置されている軸受18、19によって回転自在に水平に支持されている。
The inside of the
圧力容器14には、高圧室15に作動流体Fを導入する流体入口部20と、低圧室17から作動流体Fを導出する流体出口部21が形成されている。圧力隔壁16には、高圧室15の作動流体Fが噴き出るノズル部22が複数形成されている。回転軸12では、ディスク23の外周に複数の羽根24が取り付けられており、ノズル部22から羽根24に向けて高圧の作動流体Fが噴き出されることで、回転軸12は回転するようになっている。
The
このような軸流タービン10では、回転軸12の軸方向に隣接している高圧領域と低圧領域の間には軸シール装置25が設けられ、回転軸12に沿って作動流体Fが漏出することを防止している。この実施形態では、軸シール装置25は、高圧室15と低圧室17を仕切る圧力隔壁16のシールと、高圧室15と外気とのシールと、低圧室17と外気とのシールのために、合計3ヶ所に配置されている。
In such an
次に、図2は、圧力隔壁16に設置されている軸シール装置25の横断面を示す。この軸シール装置25は、チャンネル型ブラシシールリング26と、このチャンネル型ブラシシールリング26を保持するブラシホルダである、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28とから構成されている。
Next, FIG. 2 shows a cross section of the
図3は、チャンネル型ブラシシールリング26の一部を示す図である。このチャンネル型ブラシシールリング26は、鋼を材質とする無数の細線からなるブラシを、薄い帯板を折り曲げたチャンネル部30で固定したリング状のブラシシールである。
FIG. 3 is a view showing a part of the channel type
ここで、図4は、チャンネル型ブラシシールリング26の製作方法を示す図である。材料となる細線は一定の長さに切断されて、それらが束ねられて長尺な帯状の細線束31に成形されている。そして、帯状の細線束31の長さ方向の中心線に沿って芯金32を添える。さらに、細線束31の折り曲げ部の下面には、帯状の薄板33を当てておく。そして、細線束31とともに帯状の薄板33の両縁部を長さ方向にロールカシメ加工などにより折り曲げることで、直線状のチャンネルブラシに成形される。折り曲がった薄板33は、芯金32が中に入った状態で細線束31を2つ折りに保持するチャンネル部30を構成するようになっている。
Here, FIG. 4 is a diagram showing a method for manufacturing the channel-type
次に、細線束31の先端が内側になるように、チャンネル部30を環状に曲げ加工することで、図3に示す内巻ブラシ、すなわち、チャンネル型ブラシシールリング26が成形される。チャンネル型ブラシシールリング26の場合、薄板33にカシメ加工を施したり、チャンネル部30を曲げて環状に成形するので、仕上がりでの寸法精度は比較的低くなってしまうが、比較的安価に製作出来る点が大きな長所である。
Next, the inner winding brush shown in FIG. 3, that is, the channel-type
このようにして成形されたチャンネル型ブラシシールリング26は、図2に示されるように、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28とによって挟持される。高圧側ブラシホルダ27の突き合わせ面には、周方向に連続する溝34が形成され、低圧側ブラシホルダ28の内側面にも溝35が形成されており、これらの対向し合う溝34、35によってチャンネル型ブラシシールリング26のチャンネル部30が嵌合する空間が形成されている。高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28の先端部では、細線束31が突き出るように挟み込まれている。高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28の突き合わせ面同士は、お互いに隙間なく嵌り合うようになっており、この実施形態では、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28とは溶接されることによって一体に接合されている。これら高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28は、設置位置で圧力隔壁16や圧力容器14と嵌め合い構造を形成するようになっている。
The channel type
この第1実施形態では、軸シール装置25の高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28には、チャンネル型ブラシシールリング26を予定した設置位置に正確に取り付けるための位置基準面が次のように形成されている。
In the first embodiment, the high-pressure
高圧側ブラシホルダ27の外周面には、回転軸12の半径方向の位置基準面36が形成されており、高圧側ブラシホルダ27の外側面は、軸方向の位置基準面37が形成されている。これらの位置基準面36、37は、旋盤などの工作機械で精密に加工されており、正確な位置決めに必要な寸法精度はあらかじめ確保されている。同様に、低圧側ブラシホルダ28の外周面には、半径方向の位置基準面38が形成されており、低圧側ブラシホルダ28の外側面には軸方向の位置基準面39が形成されている。
A radial
なお、この実施形態では、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28とも半径方向の位置基準面は外周面に設定してあるが、内周面を半径方向の位置基準面とすることも可能である。
In this embodiment, the high-pressure
本実施形態による軸シール装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
軸シール装置25に組み込まれているチャンネル型ブラシシールリング26は、上述したように、カシメ加工や曲げ加工を経て製作されるため、チャンネル部30の仕上がり形状には高い寸法精度を期待することはできない。仮に、チャンネル型ブラシシールリング26を、圧力隔壁16に形成した設置用の溝に挿入して取り付けようとすると、チャンネル部30の仕上がり精度が低いため、半径方向および軸方向の予定した設置位置に正確に取り付けることは困難である。
The shaft seal device according to the present embodiment is configured as described above. Next, the operation and effect thereof will be described.
As described above, the channel-type
そこで、チャンネル型ブラシシールリング26を圧力隔壁16の設置位置に正確に取り付ける場合は次のようにすることになる。
Therefore, when the channel type
図2に示されるように、チャンネル部30を挟持する高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28を、圧力隔壁16の側面の予定された設置位置に図示しない組立ボルトを用いて固定する。圧力隔壁16の高圧側の側面には、回転軸12が貫通する穴の開口縁にそって回転軸12と同心の円環状に切欠溝40が形成されており、高圧側ブラシホルダ27および低圧側ブラシホルダ28を切欠溝40に嵌合させる。切欠溝40を形成している溝外周面と溝側面は工作機械によって精密に加工されている。
この実施形態では、高圧側ブラシホルダ27は旋盤などの工作機械によって切欠溝40の溝外周面に形状に合わせて予め高精度に曲面加工されている半径方向の位置基準面36を有し、低圧側ブラシホルダ28も予め高精度に切欠溝40の形状に合わせて加工されている半径方向の位置基準面38および回転軸に垂直な平面を構成するように精密に平面加工されている軸方向の位置基準面39を有している。高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28とでチャンネル型ブラシシールリング26を挟んだ一体構造が切欠溝40に嵌合する嵌め合い構造では、位置基準面36、38を基準にしてチャンネル型ブラシシールリング26の半径方向の位置が決まることになる。そして、軸方向の位置は、位置基準面39により決まることになる。したがって、寸法精度の低いチャンネル型ブラシシールリング26であるにもかかわらず、予定位置に精度良く固定することが可能になる。しかも、チャンネル型ブラシシールリング26は、溶接型ブラシシールに較べて比較的安価に製作することができることから、製作コストの大幅な削減が可能である。
As shown in FIG. 2, the high-pressure
In this embodiment, the high-pressure
さらに、チャンネル型ブラシシールリング26の場合、細線束31の先端と回転軸12の外周面との間にできるわずかな隙間Gの設定が極めて重要になる。そこで、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28を一体にして圧力隔壁16の設置用の切欠溝40に嵌め合わせて取り付けた後、半径方向の位置基準面36、38を基準にして、チャンネル型ブラシシールリング26の内径部を加工してその内径を精密に仕上げることにより、回転軸12との隙間Gを正確に設定することができる。この隙間Gについては、0.0mmの範囲での精密な設定が可能である。
Furthermore, in the case of the channel-type
このように、位置基準面を有する高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28を利用してチャンネル型ブラシシールリング26を圧力隔壁16に固定することにより、予定した位置に正確に固定し、回転軸12との隙間Gを精度高く設定することが可能になる。チャンネル型ブラシシールリング26によるシール効果は、細線束31の内径部と回転軸12の外周面との間の隙間Gが大きかったりばらつきがあると、著しく低下するが、上述したように、チャンネル型シールリング26を正確に取り付けて隙間Gを極めて小さく正確に設定できるため、シール効果を高めて作動流体Fの漏洩を格段に低減させ、蒸気タービンの熱効率の向上を実現することができる。
As described above, the channel-type
さらに、軸流タービン10のような回転機械の場合、作動流体Fが蒸気であると、蒸気の熱で回転軸12は膨張して回転軸12にぶれが生じることがある。圧力隔壁16にチャンネル型ブラシシールリング26が設置されていれば、ブラシシールを形成している細線束31は、回転軸12のぶれに追従して撓むので、チャンネル型ブラシシールリング26により高圧室14の作動流体Fが低圧室15に漏洩することを低減することができる。
Further, in the case of a rotating machine such as the
なお、以上、本実施形態では、軸シール装置25を圧力隔壁16に設置する例を説明したが、圧力容器14についても全く同じように設置される。
As described above, in the present embodiment, the example in which the
第2実施形態
次に、本発明の軸シール装置の第2実施形態について、図5を参照しながら説明する。なお、第1実施形態の図2に示した軸シール装置と同一の構成要素には同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
Second embodiment
Next, a second embodiment of the shaft seal device of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same reference number is attached | subjected to the component same as the shaft seal apparatus shown in FIG. 2 of 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
上述した第1実施形態では、チャンネル型ブラシシールリング26を保持し位置基準面を有する高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28とが溶接によって接合されているのに対して、この第2実施形態では、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28をボルトで締め付けて一体構造に接合した実施の形態である。
In the first embodiment described above, the high pressure
図5において、参照番号42は、締付ボルトを示す。この実施形態では、低圧側ブラシホルダ28には、その厚さ方向に雌ねじ孔43が形成され、この雌ねじ孔43は所定の間隔をおいて周方向に複数配列している。高圧側ブラシホルダ27にも同様に厚さ方向にねじ孔44が形成されている。チャンネル型ブラシシールリング26のチャンネル部30を溝34、35に収容して、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28とを嵌め合わせてから、締付ボルト42を雌ねじ孔43に締め込んでいくと、チャンネル側ブラシシールリング26を高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28とで挟んで固定することができる。
In FIG. 5,
以上のように構成される本発明の第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、寸法精度の低いチャンネル型ブラシシールリング26であるにもかかわらず、位置基準面36、38、39を基準にして、予定位置に精度良く固定することが可能になる。また、半径方向の位置基準面36、38を基準にして、細線束31の内径部を加工して内径部の内径を精密に仕上げることにより、回転軸12との隙間Gを正確に設定することができる。この隙間Gについては、0.0mmの範囲での精密な設定が可能になり、第1実施形態と同様に、隙間Gを極めて小さく正確に設定できるため、シール効果を高めて作動流体Fの漏洩を格段に低減させ、蒸気タービンの熱効率の向上を実現することができる。
According to the second embodiment of the present invention configured as described above, similarly to the first embodiment, the position reference surfaces 36, 38, With reference to 39, it is possible to fix it at a predetermined position with high accuracy. Further, the gap G with the
さらに、本発明の第2実施形態によれば、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28を溶接ではなく締付ボルト42で締結しているので、次のような効果を得ることができる。
Furthermore, according to the second embodiment of the present invention, since the high-pressure
すなわち、チャンネル型ブラシシールリング26では、ブラシシールを形成する細線束31の細線の先端が高速回転する回転軸12に接触して摩耗が進行し、間隙Gが次第に大きくなったり、細線が抜け落ちるというように経年劣化が進んでいく。また、軸流タービン10の不適切な運用により、細線束31に水撃を受けたりスケールの衝突により破損が生じることがある。この場合には、締付ボルト42を緩めて取り外すことで、劣化したり破損したチャンネル型ブラシシールリング26のみを取り外して、新しいものに交換して、容易に復旧することが可能になる。
That is, in the channel type
第3実施形態
次に、図6は、本発明の第3実施形態による軸シール装置を示す図である。なお、第2実施形態の図5と同一の構成要素には同一の参照符合を付して、その詳細な説明は省略する。
Third embodiment
Next, FIG. 6 is a diagram showing a shaft seal device according to a third embodiment of the present invention. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as FIG. 5 of 2nd Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
高圧側ブラシホルダ27の突き合わせ面には、周方向に連続する溝34が形成され、低圧側ブラシホルダ28の内側面にも溝35が形成されており、これらの溝34、35によってチャンネル型ブラシシールリング26のチャンネル部30を収容する空間が形成されている。高圧側ブラシホルダ27には位置基準面36が、低圧側ブラシホルダ28には位置基準面38、39が設けられている点は第1実施形態および第2実施形態と同様である。
A
チャンネル型ブラシシールリング26のチャンネル部30は、カシメ加工や曲げ加工を経ているため、外径の寸法精度はあまり高くなく、溝34、35の内面との間に隙間が生じる場合がある。この隙間を通じて、高圧室15の作動流体Fが低圧室17に吹き抜けて漏洩量が増大するおそれがある。
Since the
そこで、この第3実施形態では、カーボングラファイトなどの耐熱性のある充填材45を用い、チャンネル型ブラシシールリング26のチャンネル部30と溝34、35の内面との間に充填材45を詰めて隙間が生じないようにしている。
Therefore, in the third embodiment, a heat-
以上のように構成される本発明の第3実施形態によれば、外径の寸法精度はあまり高くないチャンネル部30であっても、溝34、35の内面との間に隙間が生じないので、作動流体Fの吹き抜けを防止し、チャンネル型ブラシシールリング26に所期のシール効果を発揮させることが可能になる。
According to the third embodiment of the present invention configured as described above, there is no gap between the inner surfaces of the
第4実施形態
次に、本発明の第4実施形態による軸シール装置について、図7、図8を参照しながら説明する。なお、第2実施形態の図5同一の構成要素には同一の参照符合を付して、その詳細な説明は省略する。
この第4実施形態は、図7に示すように、低圧側ブラシホルダ28の内周面に、半径方向に突き出した環状のフィン46を形成した実施の形態である。この場合、回転軸12の外周面とフィン46の先端との隙間G‘は、細線束31との隙間Gに較べて大きく設定されている。図8は、フィン46を2枚設けた例である。
Fourth embodiment
Next, a shaft seal device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the same component of FIG. 5 of 2nd Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, an
既に述べたように、チャンネル型ブラシシールリング26では、細線束31の細線の先端が高速回転する回転軸16に接触して摩耗が進行したり、あるいは、破損したりして、間隙Gが次第に大きくなることがある。間隔Gの増大により、高圧室14の作動流体Fが低圧室15側に漏洩する量が増えることになる。
As already described, in the channel-type
これに対して、本発明の第4実施形態によれば、仮に、細線束31に摩耗や破損が生じても、フィン46が併設されていることによって、作動流体Fの漏洩量の急激な増加を抑止することができる。
On the other hand, according to the fourth embodiment of the present invention, even if the
細線束31に摩耗や破損が生じると、軸流タービン10を非常停止させることになるが、この間の停止操作中も、フィン46で作動流体Fの機外への漏出を食い止めることが可能になる。
When the
なお、図7には、低圧側ブラシホルダ28の内周面にフィン46を設けた例を示したが、高圧側ブラシホルダ27の内周面にフィンを設けたり、あるいはその双方にフィンを設けるようにしてもよい。また、フィンの数については、特に限定されものでない。
7 shows an example in which the
第5実施形態
次に、本発明の第5実施形態による軸シール装置について、図9を参照しながら説明する。
Fifth embodiment
Next, a shaft seal device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
この第5実施形態は、チャンネル型ブラシシールリング26を円周方向に等分割し、複数個、例えば4つのブラシシールリング分割体26a乃至26dに分けるとともに、ブラシホルダについても同数のブラシホルダ分割体50a乃至50dに等分割した実施の形態である。ブラシホルダ分割体50a乃至50dは、図5に示したような高圧側ブラシホルダ27と、低圧側ブラシホルダ28と、から構成されている点は第1実施形態と同様である。個々のブラシシール分割体26a乃至26dとブラシホルダ分割体50a乃至50dは、圧力隔壁16に設置する前に予め組み立てられて、4個一組のブラシシール分割組立体が用意される。
In the fifth embodiment, the channel-type
大型の回転機械の中には、水平面にそって2分割された圧力容器あるいは圧力隔壁で構成される蒸気タービンのような回転機械がある。本実施形態の軸シール装置25を2分割された圧力隔壁16a、16bに設置する場合には、次のようにすればよい。
Among large rotating machines, there is a rotating machine such as a steam turbine composed of a pressure vessel or a pressure partition divided into two along a horizontal plane. When the
この種の回転機械では、下半分の圧力隔壁16aの方から先に設定される。下半分の圧力隔壁16aには、下半分のブラシシール組立体、すなわちブラシシールリング分割体26c、26dとブラシホルダ分割体50c、50dとからなるブラシシール組立体が組立ねじ47を用いて固定される。次いで、回転軸12が設定される。この後に、上半分のブラシシール分割組立体、すなわちブラシシールリング分割体26a、26bとブラシホルダ分割体50a、50bとからなるブラシシール組立体が組立ねじ47を用いて固定された上半分の圧力隔壁16bが設定される。
In this type of rotary machine, the lower
以上のような第5実施形態の軸シール装置25によれば、周方向に分割したブラシシール分割組立体、ブラシシールリング分割体26aとブラシホルダ分割体50aの組立体、ブラシシールリング分割体26bとブラシホルダ分割体50bの組立体、ブラシシールリング分割体26cとブラシホルダ分割体50cの組立体、ブラシシールリング分割体26dとブラシホルダ分割体50dの組立体として構成することで、水平面にそって2分割された圧力容器14あるいは圧力隔壁16をもつ大型の回転機械に対しても、軸シール装置を予定した設置容易に正確に固定することが可能になり、細線束31の内径部と回転軸12の外周面との間の隙間Gを極めて小さく正確に設定にできるため、作動流体Fの漏洩を格段に低減させ、蒸気タービンの熱向上を実現することができる。
According to the
第6実施形態
次に、図10は、本発明の第6実施形態による軸シール装置を示す図である。なお、第1実施形態の図2と同一の構成要素には同一の参照符合を付して、その詳細な説明は省略する。
Sixth embodiment
Next, FIG. 10 is a diagram showing a shaft seal device according to a sixth embodiment of the present invention. Note that the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 2 of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
この第6実施形態は、軸シール装置25を圧力隔壁16あるいは圧力容器14に固定する構造として、圧力隔壁16あるいは圧力容器14の内周面に形成された溝であって、高圧側あるいは低圧側には開口せず、内径側にのみ開口する環状溝を利用て軸シール装置25を固定するようにした実施の形態である。
The sixth embodiment is a groove formed on the inner peripheral surface of the
図10において、圧力隔壁16は第5実施形態と同様に2分割されており、先に、図示しない下半分の圧力隔壁16の環状溝52にはチャンネル型ブラシシールリング26を保持するブラシホルダ27、28の下側半分を嵌合させている。次いで、回転軸12を設定してから、チャンネル型ブラシシールリング26を保持しているブラシホルダ27、28の上側半分を上半分の圧力隔壁16bの環状溝52に嵌合させることになる。
In FIG. 10, the
このようにして、チャンネル型ブラシシールリング26を保持するブラシホルダ27、28を環状溝52に嵌合させることにより、チャンネル型シールリング26を固定することができる。この第6実施形態においても、ブラシホルダを構成している高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28の外周面はそれぞれ半径方向の位置基準面36、38となっており、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28の外側面はそれぞれ軸方向の位置基準面37、39となっている点は第1実施形態および第2実施形態と同様である。
In this way, the channel
以上のように構成される第6実施形態によれば、ブラシホルダ27、28を環状溝52に嵌合させるだけで、取付ボルトなどを必要とせずに、チャンネル型シールリング26を予定した設置位置に容易に正確に固定することが可能になる上、細線束31の内径部と回転軸12の外周面との間の隙間Gを極めて小さく正確に設定にできるため、作動流体Fの漏洩を格段に低減させ、蒸気タービンの熱向上を実現することができる。また、細線束31が摩耗したときには、組立ボルトがないため、取り外しが容易であり、チャンネル型ブラシシールリング26の交換作業が容易になる利点もある。
According to the sixth embodiment configured as described above, the installation position where the channel-
第7実施形態
次に、図11は、本発明の第7実施形態による軸シール装置を示す図である。
これまで説明してきた第1乃至第6実施形態は、チャンネル型ブラシシールリング26を圧力隔壁16あるいは圧力容器14に設置する実施形態であるが、この第7実施形態は、圧力隔壁16あるいは圧力容器14の内周側に設置されて、回転軸12に沿って作動流体Fが高圧側から低圧側に漏洩するのを防止するシール装置であるラビリンスシールリングと、チャンネル型ブラシシールリング26を組み合わせて構成した実施の形態である。
Seventh embodiment
Next, FIG. 11 is a diagram showing a shaft seal device according to a seventh embodiment of the present invention.
The first to sixth embodiments described so far are embodiments in which the channel-type
図11において、参照番号54は、ラビリンスシールリングを示す。このラビリンスシールリング54の内径部には、複数枚の環状のシールフィン55が低圧側に設けられている。これらのシールフィン54の先端と、回転軸12の外周面との間には、所定の大きさの隙間G‘が設定されている。
In FIG. 11, reference numeral 54 denotes a labyrinth seal ring. A plurality of
チャンネル型ブラシシールリング26をラビリンスシールリング54と同芯でかつ並行に挟持している高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28とを貫通するようにボルト穴56が周方向に複数形成されており、このボルト穴56には、チャンネル型ブラシシールリング26を挟持した高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28をラビリンスシールリング54に固定するための取付ボルト57が挿入されている。ラビリンスシールリング54の高圧室側の側面には、ブラシホルダ27、28が嵌合する環状の切欠溝60が形成されている。切欠溝60の底面には取付ボルト57が螺入される雌ねじ穴61が形成されている。
A plurality of bolt holes 56 are formed in the circumferential direction so as to penetrate the high-pressure
チャンネル型ブラシシールリング26は、第1実施形態乃至第3実施形態と同様に、高圧側ブラシホルダ27と低圧側ブラシホルダ28に設けている位置基準面36、38、39を基準にして、寸法精度の低いチャンネル型ブラシシールリング26であるにもかかわらず、ラビリンスシールリング54に対して予定位置に精度良く同芯かつ並行に固定することが可能になる。また、半径方向の位置基準面36、38を基準にして、細線束31の内径部を加工して内径を精密に仕上げることにより、回転軸12との隙間Gを正確に設定することができる。この隙間Gについては、0.0mmの範囲での精密な設定が可能になり、隙間Gを極めて小さく正確に設定できるため、シール効果を高めて作動流体Fの漏洩を格段に低減させることができる。
The channel type
しかも、高圧側に配置されているチャンネル型ブラシシールリング26は、隣接しているラビリンスシールリング54に較べて漏洩低減効果が高く、また、回転軸12にぶれが生じても作動流体Fの漏洩を防ぐことができる。他方、低圧側に配置されているラビリンスシールリング54のシールフィン55は、チャンネル型ブラシシールリング26の細線束31に摩耗や破損が生じても、作動流体Fの漏洩量の急激な増加を抑止することができる。
In addition, the channel-type
このように本実施形態では、チャンネル型ブラシシールリング26をラビリンスシールリング54と組み合わせて2段の軸シールを構成することが可能になり、より大きな圧力差を仕切ることが可能になる。
As described above, in this embodiment, the channel-type
とりわけ、本実施形態のチャンネル型ブラシシールリング26は、既設のラビリンスシールリング54に追加設置するときに、予定する位置に確実に精度良く設置することができるという利点がある。
In particular, the channel-type
以上の実施形態では、一体構造のラビリンスシールリング54に一体構造のチャンネル型ブラシシールリング26を取り付けているが、ラビリンスシールリング54が分割構成される場合もある。特に、大型の蒸気タービンなどの回転機械では、周方向に分割構成されているラビリンスシールリング54軸シール装置25として用いられていることがある。この場合の圧力隔壁16の内周面には、周方向に延びるアリ溝が形成されており、アリ溝には複数のばねが配置されており、ラビリンスシールリング54は、ばねの弾性力によって半径方向内側に付勢されている。
In the above embodiment, the monolithic channel-type
このようなタイプのラビリンスシールリング54を有する回転機械であって既に稼働している回転機械にチャンネル型シールリング26を追加設置する場合は、第5実施形態のように周方向に等分割したチャンネル型シールリングであれば、チャンネル型シールリング26の追加設置が容易であり、2段の軸シールの構成により、より大きな圧力差を仕切ることが可能になる。
When the channel-
10…軸流タービン、12…回転軸、14…圧力容器、15…高圧室、16…圧力隔壁、17…低圧室、22…ノズル部、25…シール装置、26…チャンネル型シールリング、27…高圧側ブラシホルダ、28…低圧側ブラシホルダ、30…チャンネル部、31…細線束、36…半径方向の位置基準面、37…軸方向の位置基準面、38…半径方向の位置基準面、39…軸方向の位置基準面、42…締付ボルト、45…充填材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
帯状の細線束の長手方向中央に芯金を当てて折り曲げ、前記細線束の折り曲げ部の外側から帯状の薄板を被せて長手方向に折り曲げたチャンネル部と前記芯金の間に前記細線束を挟んでチャンネルブラシを形成し、前記チャンネル部が外周側になるように前記チャンネルブラシを環状に成形した内巻のチャンネル型ブラシシールリングと、
前記高圧側領域に面する高圧側ブラシホルダと、前記低圧側領域に面する低圧側ブラシホルダと、からなり、前記高圧側ブラシホルダと低圧側ブラシホルダの突き合わせ面には前記チャネル型ブラシシールリングのチャンネル部が収容する空間を形成する溝が形成され、前記高圧側ブラシホルダと低圧側ブラシホルダとで前記チャンネル型ブラシシールリングを挟持して固定する環状のブラシホルダと、を備え、
前記高圧側ブラシホルダおよび/または低圧側ブラシホルダは、設置位置での圧力隔壁または圧力容器との嵌め合い構造を形成し前記チャンネル型ブラシシールリングの設置位置を決定する位置基準面を有することを特徴とする軸シール装置。 In a shaft seal device that seals between a high pressure region and a low pressure region adjacent to each other in the axial direction of the rotating shaft of a rotating machine,
The thin wire bundle is folded by placing a metal core on the center in the longitudinal direction of the belt-like thin wire bundle, and covering the thin metal wire bundle between the channel portion and the metal core that is folded in the longitudinal direction by covering the thin wire bundle with a belt-like thin plate. Forming a channel brush, and an inner volume channel type brush seal ring in which the channel brush is formed in an annular shape so that the channel portion is on the outer peripheral side,
The high pressure side brush holder facing the high pressure side region and the low pressure side brush holder facing the low pressure side region, and the channel-type brush seal ring on the abutment surface of the high pressure side brush holder and the low pressure side brush holder A groove that forms a space that is accommodated by the channel portion, and an annular brush holder that sandwiches and fixes the channel-type brush seal ring between the high-pressure side brush holder and the low-pressure side brush holder,
The high-pressure side brush holder and / or the low-pressure side brush holder have a position reference surface that forms a fitting structure with a pressure bulkhead or a pressure vessel at an installation position and determines an installation position of the channel-type brush seal ring. A shaft seal device.
前記回転軸表面との間に所定の隙間が設定された複数枚の環状フィンを有し、高圧領域と低圧領域を区画する隔壁に設置されるラビリンスシールリングと、
帯状の細線束の長手方向中央に芯金を当てて折り曲げ、前記細線束の折り曲げ部の外側から帯状の薄板を被せて長手方向に折り曲げたチャンネル部と前記芯金の間に前記細線束を挟んでチャンネルブラシを形成し、前記チャンネル部が外周側になるように前記チャンネルブラシを環状に成形した内巻のチャンネル型ブラシシールリングと、
前記高圧側領域に面する高圧側ブラシホルダと、前記低圧側領域に面する低圧側ブラシホルダと、からなり、前記高圧側ブラシホルダと低圧側ブラシホルダの突き合わせ面には前記チャネル型ブラシシールリングのチャンネル部が収容する空間を形成する溝が形成され、前記高圧側ブラシホルダと低圧側ブラシホルダとで前記チャンネル型ブラシシールリングを挟持して前記ラビリンスシールリングと同芯でかつ並行に当該チャンネル型ブラシシールリングを保持する環状のブラシホルダと、を備え、
前記高圧側ブラシホルダおよび/または低圧側ブラシホルダは、前記ラビリンスシールリングとの嵌め合い構造を形成し前記チャンネル型ブラシシールリングの設置位置を決定する位置基準面を有することを特徴とする軸シール装置。 In a shaft seal device that seals between a high pressure region and a low pressure region adjacent to each other in the axial direction of the rotating shaft of a rotating machine,
A labyrinth seal ring that has a plurality of annular fins set with a predetermined gap between the surface of the rotating shaft and is installed in a partition that divides the high-pressure region and the low-pressure region;
The thin wire bundle is folded by placing a metal core on the center in the longitudinal direction of the belt-like thin wire bundle, and covering the thin metal wire bundle between the channel portion and the metal core that is folded in the longitudinal direction by covering the thin wire bundle with a belt-like thin plate. Forming a channel brush, and an inner volume channel type brush seal ring in which the channel brush is formed in an annular shape so that the channel portion is on the outer peripheral side,
The high pressure side brush holder facing the high pressure side region and the low pressure side brush holder facing the low pressure side region, and the channel-type brush seal ring on the abutment surface of the high pressure side brush holder and the low pressure side brush holder A groove for forming a space for receiving the channel portion is formed, the channel-type brush seal ring is sandwiched between the high-pressure side brush holder and the low-pressure side brush holder, and the channel is concentric and parallel to the labyrinth seal ring. An annular brush holder for holding the mold brush seal ring,
The high-pressure brush holder and / or the low-pressure brush holder has a position reference surface that forms a fitting structure with the labyrinth seal ring and determines an installation position of the channel-type brush seal ring. apparatus.
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