JP2013185652A - 軸シール装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】薄板シール片を複数積層させてなるシール体を備えた軸シール装置において、シール体の性能安定性を向上させる。
【解決手段】ロータ2とロータ2の外周側を囲うステータとの間の環状空間に設けられ、ステータに支持されているシール装置本体4によって環状空間をロータの軸方向において低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置1であって、シール装置本体は、ロータを取り囲むようにステータに支持されているシールリング11であって、円周方向端が互いに隣接する可動シールリング12と、固定シールリング13とから分割構造に形成され、可動シールリング12が弾性体28により径方向外側に付勢されているシールリングと、シールリングからロータの径方向内側に向かって延出する薄板シール片10をロータの周方向に複数積層させてなるシール体9と、を備え、低圧側領域と高圧側領域とを連通させる連通部34を有する軸シール装置1。
【選択図】図2

Description

本発明は、ロータとステータとの間の環状空間を封止して、この環状空間を低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置に関する。
ガスタービン、蒸気タービン等の回転機械におけるロータの周囲には、高圧側から低圧側に流れる作動流体の漏れ量を少なくするために、軸シール装置が設けられている。この軸シール装置の一例として、例えば、以下の特許文献1に記載された軸シール装置が知られている。
この軸シール装置は、ステータに設けられたハウジングと、多数の薄板シール片からなるシール体とを備えている。
シール体は、多数の薄板シール片がそれぞれの厚さ方向をロータの周方向に向け、互いに微小間隙をあけて積層されている。各薄板シール片は、その径方向内側の端部(先端)がその径方向外側の端部(後端)よりもロータの回転方向前方側に位置するよう傾斜して配置され、後端が相互に連結されるとともに、先端が自由端とされている。
このように概略構成される軸シール装置においては、ロータが静止している際には各薄板シール片の先端がロータと接触している。そして、ロータが回転すると該ロータの回転によって生じる動圧効果により、薄板シール片の先端がロータの外周から浮上してロータと非接触状態となる。このため、この軸シール装置では、各薄板シール片の磨耗が抑制され、シール寿命が長くなる。
一方、特に回転機械の起動時においては、上流側より配管スケール(錆など)がシール体に流入する場合がある。これにより、各薄板シール片間の隙間やシール体とロータ表面との間に配管スケールが介在してしまい、シール性能が低下したり、摩耗が生じて耐久性が悪化したりする。
この問題を回避する手段としては、ハウジングをロータ径方向外側に付勢するような付勢手段を設けることによって、起動/停止時においては、付勢力でシール体を径方向外側に移動させ、定格運転時においては、シール差圧でシール体を径方向内側に移動させる自動隙間調整機能が知られている。
特許第3616016号公報
しかしながら、軸シール装置に自動隙間調整機能を持たせることで、起動/停止時における異物排出性は向上するが、定格運転中における異物は排出することができない。また、通常、自動隙間調整を備えた軸シール装置が機能する高圧差条件では、定格運転時において、シール体の前後に生じる差圧が大きくなり、シール体の耐圧に問題が生じる場合がある。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、薄板シール片を複数積層させてなるシール体を備えた軸シール装置において、シール体の性能安定性を向上させることができる軸シール装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の軸シール装置は、ロータと該ロータの外周側を囲うステータとの間の環状空間に設けられ、前記ステータに支持されているシール装置本体によって前記環状空間を前記ロータの軸方向において低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置であって、前記シール装置本体は、前記ロータを取り囲むように前記ステータに支持されているシールリングであって、円周方向端が互いに隣接する可動シールリングと、固定シールリングとから分割構造に形成され、前記可動シールリングが弾性体により径方向外側に付勢されているシールリングと、前記シールリングから前記ロータの径方向内側に向かって延出する薄板シール片を前記ロータの周方向に複数積層させてなるシール体と、を備え、前記低圧側領域と前記高圧側領域とを連通させる連通部を有することを特徴とする。
上記構成によれば、定格運転時においても連通部を介して異物を排出されるため、異物によるシール機能低下や摩耗を防止することができる。また、定格運転時において、シール体前後に生じる差圧が小さくなるため、シール体に要求される耐圧を満足することができる。
上記軸シール装置において、前記連通部は、前記シール体に形成され前記ロータの軸方向に貫通する複数の貫通孔であることが好ましい。
上記構成によれば、シール体は薄板シール片を積層させたものであるので、より容易に連通部を形成することができる。また、連通部の大きさの調整が容易である。
上記軸シール装置において、前記連通部は、前記シールリングに形成され前記シール体を迂回しつつ前記シール体直前の高圧側領域と低圧側領域とを連通させるバイパス流路であってもよい。
上記軸シール装置において、前記シール体の上流側に、前記シールリングに取り付けられた支持部と、該支持部よりロータ側に突出する複数のワイヤとからなるブラシシールが設けられ、該ブラシシールは、前記複数のワイヤブラシが弾性変形し、前記ロータに接触することでシールを行うことが好ましい。
上記構成によれば、ブラシシールによって、シール体に係る圧力を低下させることができるため、シール体に要求される耐久性をより低くすることができる。また、上流側にブラシシールを配置することで下流側のシール体への異物の流入も抑制することができる。
上記軸シール装置において、前記シール体の上流側及び下流側の少なくとも一方には、前記シールリングの内面に前記ロータの軸方向に沿って互いに間隔をおいて取り付けられ、前記ロータの外面に接する複数のシールフィンが設けられていることが好ましい。
本発明によれば、定格運転時においても連通部を介して異物を排出されるため、異物によるシール機能低下や摩耗を防止することができる。また、定格運転時において、シール体前後に生じる差圧が小さくなるため、シール体に要求される耐圧を満足することができる。
軸方向を含む断面における本発明の第一実施形態に係る軸シール装置の概略構成図である。 自動隙間調整機構と複数の連通部を説明する軸方向から見た断面図である。 図1のシール体の拡大図である。 図2の連通部の拡大図である。 一端側の薄板シール片を短く形成したシール体を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る軸シール装置前後の圧力の変化を説明するグラフである。 軸方向を含む断面における本発明の第二実施形態に係る軸シール装置の概略構成図である。 軸方向を含む断面における本発明の第三実施形態に係る軸シール装置の概略構成図である。 本発明の第三実施形態に係る軸シール装置前後の圧力の変化を説明するグラフである。
(第一実施形態)
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の軸シール装置1は、例えばガスタービン(回転機械)に適用されるものである。図1及び図2に示すように、本実施形態の軸シール装置1は、ロータ2とステータ3との間の環状空間に設けられており、環状空間を低圧側領域と高圧側領域とに分ける装置である。ロータ2の外周面に対向するステータ3の内周面には、ロータ2の中心軸を中心として環状に形成された凹所14が形成されており、軸シール装置1は、凹所14内に格納されている。
図2に示すように、軸シール装置1は、ステータ3に支持されているシール装置本体4と、このシール装置本体4とロータ2との隙間を自動的に調整する自動隙間調整機構7とを有している。シール装置本体4は、2つの可動シール装置本体5、及び2つの固定シール装置本体6とから構成されており、可動シール装置本体5は、ロータ2より離間する方向に移動可能とされている。固定シール装置本体6は、ステータ3側に固定されている。
2つの可動シール装置本体5と2つの固定シール装置本体6とは、何れもロータ2の中心軸に沿う方向から視た外径が円弧状とされており、連結することで円環状をなすように構成されている。即ち、軸シール装置1は、ロータ2の周方向に分割された構造となっている。
ここでまず、可動シール装置本体5について説明する。
図1に示すように、可動シール装置本体5は、凹所14に格納された可動シールリング12と、可動シールリング12の内面にロータ2の軸方向に沿って互いに間隔をおいて取り付けられている複数のシールフィン8と、可動シールリング12からロータ2の径方向内側に向かって延出する薄板シール片10をロータ2の周方向に複数積層させてなるシール体9とを有している。
図3に示すように、シール体9は、ロータ2の周方向に互いに微少間隔を開けて多重に配列された金属からなる複数の薄板シール片10と、薄板シール片10の外周側基端において薄板シール片10を両側から挟持するコの字型の保持リング15,16とを有している。
また、薄板シール片10における高圧側領域に対向する一方の側縁と保持リング15との間には高圧側側板17が挟み込まれており、薄板シール片10における低圧側領域に対向する他方の側縁と保持リング16との間には低圧側側板18が挟み込まれている。
また、薄板シール片10の外周側には、保持リング15,16を接続する接続部材19と、保持リング15,16で狭持される各薄板シール片10のがたつきを抑制するためのスペーサ20と、保持リング15,16で狭持される各薄板シール片10をロータ2と同軸をなすように付勢状態に支持する板バネ21とが設けられている。
また、可動シールリング12の外周面には、蒸気圧作用面31が設けられ、可動シールリング12には、高圧側領域と蒸気圧作用面31とを連通させる周方向複数箇所の切り欠32が設けられている。
このように構成されるシール体9において、薄板シール片10は、外周側基端の幅(ロータ2の軸方向の幅)に比べて内周側の幅(ロータ2の軸方向の幅)が狭くなる略T字型の薄い鋼板によって構成され、その両方の側縁には、その幅が狭くなる位置において切り欠き部10a,10bが形成されている。
そして、この薄板シール片10は、ロータ2の軸方向に同一の幅となるように重ねられるとともに、その外周側基端において、例えば溶接が施されることによって互いに固定されている。
なお、このような薄板シール片10は、その板厚で決まる所定の剛性をロータ2の周方向に有するように設計されており、さらに、薄板シール片10とロータ2の回転方向に対してロータ2の外周面となす角が鋭角となるように保持リング15,16に取り付けられている。
また、高圧側側板17及び低圧側側板18には、それぞれのロータ2の軸方向の幅において、その外周側が広くなるように段差部17a,18aが設けられており、この段差部17a,18aは、それぞれが薄板シール片10の切り欠き部10a,10bに嵌め込まれている。
また、保持リング15は、複数の薄板シール片10の外周側基端における一方の側縁(高圧側)に対面する面に、凹溝15aを備えるとともに、保持リング16は、複数の薄板シール片10の外周側基端における他方の側縁(低圧側)に対面する面に、凹溝16aを備えている。そして、切り欠き部10a,10bに高圧側側板17及び低圧側側板18のそれぞれの段差部17a,18aが嵌め込まれた複数の薄板シール片10に対し、その外周基端側における一方の側縁(高圧側)に保持リング15の凹溝15aが嵌め込まれ、さらに、その外周基端側における他方の側縁(低圧側)が保持リング16の凹溝16aに嵌め込まれている。
このように、複数の薄板シール片10の外周基端側が嵌め込まれる保持リング15,16の間に接続部材19が挿入されるとともに、この接続部材19が保持リング15,16と溶接されることで、保持リング15,16が互いに固定される。また、各薄板シール片10の外周側基端と保持リング15,16との間には、各薄板シール片10の外周側基端及び保持リング15,16と当接するようにスペーサ20が挿入される。そして、このスペーサ20及び保持リング15,16の外周側にこれらスペーサ20及び保持リング15,16に接するようにしていた板バネ21が固定される。
このように構成されるシール体9は、環状をなす取付ピース23とともに、可動シールリング12の内周面に形成された環状の凹溝24に保持リング15,16側から嵌め込まれている。
ここで、環状の凹溝24は、ロータ2の径方向において、外周側の幅が内周側の幅よりも広くなるように、薄板シール片10の一方の側縁(高圧側)に対向する側面に段差が設けられた形状とされている。これによって、この段差における外周側を向く面となる摺接面24aが形成される。そして、この摺接面24aがシール体9の保持リング15の内周面と摺接する。また、凹溝24における内周側を向く面となる摺接面24bがシール体9の外周側に設けられる板バネ21と摺接する。
なお、この凹溝24の内周側の幅は、ロータ2の軸方向の幅において、シール体9の幅よりも十分に広くなるように形成されている。
また、取付ピース23は、図1に示すように、ロータ2の径方向において外周側の幅が内周側の幅よりも狭くなるように、薄板シール片10の他方の側縁(低圧側)に対向する側面に段差が設けられている。そして、この段差における外周側を向く面が摺接面23aとされている。この摺接面23aは、保持リング16の内周側を向く面と摺接する。
また、取付ピース23における薄板シール片10の他方の側縁(低圧側)に対向する側面が、低圧側側板18に当接する受圧面23bとされている。
以上のような構成の可動シールリング12の凹溝24及び取付ピース23によって、シール体9は、その外周基端側で保持される。即ち、保持リング15,16のそれぞれの内周面が、凹溝24の摺接面24a及び取付ピース23の摺接面23aと摺接するとともに、保持リング15,16の外周側に固定された板バネ21が凹溝24の摺接面24bと摺接することで、シール体9が可動シールリング12に嵌め込まれた状態で保持される。
また、この際、シール体9は、凹溝24に対して、ロータ2の軸方向に相対移動可能とされる。これによって、高圧側領域から低圧側領域に向かって作動流体が流れるとき、そのガス圧がシール体9の複数の薄板シール片10に作用するため、シール体9が低圧側に向かって移動し、低圧側側板18が取付ピース23の受圧面23bに当接する。
このようなシール体9においては、ロータ2の停止時には薄板シール片10の内周側先端が所定の予圧でロータ2に接触する。そして、ロータ2の回転時には、ロータ2が回転することで生じる動圧効果によって薄板シール片10の内周側先端がロータ2から浮上して、薄板シール片10とロータ2とが僅かなシールクリアランスを介して非接触状態となる。これにより、薄板シール片10及びロータ2の磨耗が防止されるとともに高圧側領域から低圧側領域に向かっての作動流体の漏洩が抑制される。
可動シールリング12における凹溝24よりも高圧側及び低圧側に位置する可動シールリング12の内周面11aには、ロータ2側に向かって突出する複数のシールフィン8が埋設されており、これによってシール体9の高圧側及び低圧側にラビリンスシールが構成されている。
これら複数のシールフィン8は、作動流体の漏れ量をより低減させる目的で設けられているが、必ずしも設けられている必要はなく、軸シール装置1がシール体9のみから構成されていてもよい。また、シールフィン8は、可動シールリング12と一体で、削り出しによって形成されるようにしてもよい。
以上、可動シール装置本体5について説明したが、固定シール装置本体6は可動シール装置本体5が移動可能であるのに対しステータ3側に固定されていることを除けば可動シール装置本体5と略同一の構成となっている。
次に、自動隙間調節機構7について説明する。自動隙間調整機構7は、ガスタービンの起動/停止時において、シール装置本体4を構成する可動シール装置本体5をロータ2の外径側に移動させる機構である。
ステータ3の内周面には、ロータ2の中心軸を中心として全周に亘り延在するように環状に形成された凹所14が形成されている。凹所14の内周側端部には、凹所14の内側に向けて突出する突出部25が略全周に亘り延在するように設けられている。可動シールリング12及び固定シールリング13には、突出部25に係合する嵌合溝26が形成されており、この嵌合溝26が突出部25に係合することにより、可動シールリング12及び固定シールリング13は、ステータ3に保持されている。
図2に示すように、シールリング11は、周方向に分割されており、上下一対の可動シールリング12と左右一対の固定シールリング13とで構成されている。可動シールリング12は、ロータ2の軸線に沿う方向から視てその中央位置に周方向120°に亘って延びている。その両端には、回転機械の水平分割面から両側各30°の範囲で固定シールリング13が配置されている。
可動シールリング12と固定シールリング13との接合面27は、略水平方向に平坦な面で形成されている。接合面27おける固定シールリング13側には皿バネ28で付勢される押圧板29が装着されている。押圧板29は、皿バネ28によって可動シールリング12を上あるいは下方向に常時押圧している。可動シールリング12は図示しない案内部材によって上下方向に案内されるようになっている。
次に、シール体9に設けられている連通部34について説明する。
図2に示すように、本発明のシール体9には低圧側領域と高圧側領域とを連通させる貫通孔である、複数の連通部34が設けられている。連通部34は、周方向に連続して設けられるシール体9の周方向の複数個所に設けられている。
連通部34は、定格運転時において可動シール装置本体5がロータ2の径方向内側に位置している場合、即ち、シール体9とロータ2との間に僅かなシールクリアランスしかない場合に、シール体9の低圧側領域と高圧側領域とを接続する孔として機能するものである。
図4に示すように、連通部34は、シール体9を構成する薄板シール片10のうち連続する複数枚の長さを他の薄板シール片よりも短くすることにより形成される。連通部34の大きさGは、例えば1mm程度の大きさのスケールを排出可能な大きさとすることが好ましい。例えば、薄板シール片10の厚さを0.05mmとすると、連続する20枚の薄板シール片10を1mm短くすることにより、1mm四方の大きさとすることができる。
シール体9は、図5に示すように、符号Sで示す一端側の20枚の薄板シール片10を短く形成することが好ましい。このように形成することによって、周方向に複数(例えば6つ)に分割されたシール体9を接続することで、連通部34が隣合うシール体9との間に形成されるようになる。
次に、軸シール装置1の作用について説明する。
蒸気タービンなどの回転機械の起動/停止時には、可動シールリング12が皿バネ28で付勢されることによって、可動シール装置本体5は、ロータ2の径方向外側に移動し、シール体9及びシールフィン8とロータ2の外周面との間に所定のクリアランスが保たれる。
この際、錆などの配管スケールがシール体9に流入した場合は、配管スケールはクリアランスを通過するため、シール体9の機能低下や摩耗が発生することはない。
次いで、定格運転時には、回転機械の内部に作動流体が生じ圧力が上昇し、高圧側領域と低圧側領域の区分ができ、高圧側領域の圧力がバイパス孔32を経て蒸気圧作用面31に作用して、皿バネ28の付勢力に打ち勝って、可動シール装置本体5はロータ2側に移動する。即ち、シール体9及びシールフィン8とロータ2の外周面との間にクリアランスがなくなる。
ここで、配管スケールがシール部に流入した場合は、配管スケールは、シール体9に形成されている連通部34を通過して、低圧側領域に排出される。
次に、従来の自動隙間調整機能を有する軸シール装置と、本実施形態の軸シール装置1における高圧側領域から低圧側領域へ至る作動流体の圧力変化の違いについて説明する。
図6は、高圧側領域から低圧側領域へ至る作動流体の圧力変化の違いを説明するグラフであり、縦軸は圧力を示し、横軸は軸方向の位置を示している。ここで、一点鎖線で示すラインは薄板シール片を積層させたシール体を有さず、全段がフィンによる軸シール装置の圧力変化を示しており、緩やかに圧力が下がっていることがわかる。
破線で示すラインは、自動隙間調節機構を有する従来の軸シール装置の圧力変化を示すものである。シール体の上流側のシールフィンを通過した後の作動流体の圧力と、シール体を通過した後の作動流体の圧力との差圧はΔP1であり、シール体において急激に圧力が低下し、シール体に大きな負担がかかっていることがわかる。
一方、実線で示すラインは、自動隙間調節機構を有する本実施形態の軸シール装置の圧力変化を示すものである。シール体の上流側のシールフィンを通過した後の作動流体の圧力と、シール体を通過した後の作動流体の圧力との差圧はΔP2であり、連通部34が形成されることによって、シール体9前後の作動流体の差圧が小さくなっている。即ち、シール体への負担が小さくなっていることがわかる。
上記実施形態によれば、自動隙間調整機能を有し、薄板シール片10をロータ2の周方向に複数積層させてなるシール体9を備える軸シール装置1において、定格運転時において上流側より異物が流入した場合においても、異物を排出することができる。これにより、シール体9のシール機能低下や摩耗を防止することができる。
また、定格運転時においてシール体9にかかる負担を軽減することができる。
また、連通部34の大きさや数量を変更することによって、差圧を調節することもできる。
(第二実施形態)
図7は、本発明の第二実施形態に係る軸シール装置1Bを示す概略構成図である。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図7に示すように、本実施形態による軸シール装置1Bでは、第一実施形態の連通部34(図2参照)に代わって、バイパス流路としての迂回連通部36が設けられている。迂回連通部36は、シール体9を迂回するようにシールリング11及び取付ピース23を貫通して形成されており、高圧側領域と低圧側領域とを連通させている。また、迂回連通部36は、シールリング11の周方向に複数設けられている。
迂回連通部36は、定格稼働時において可動シール装置本体5がロータ2の径方向内側に位置している場合、低圧側領域と高圧側領域とを接続する孔として機能するものである。
本実施形態によれば、自動隙間調整機能を有し、薄板シール片10をロータ2の周方向に複数積層させてなるシール体9を備える軸シール装置1において、定格運転時において上流側より異物が流入した場合においても、異物を排出することができる。これにより、シール体9のシール機能低下や摩耗を防止することができる。
また、定格運転時においてシール体9にかかる負担を軽減することができる。
(第三実施形態)
図8は、本発明の第三実施形態に係る軸シール装置1Cを示す概略構成図である。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図8に示すように、本実施形態による軸シール装置1Cでは、第一実施形態の構成に加えて、ブラシシール38が設けられている。ブラシシール38は、シールリング11の最も上流側に取り付けられた円環状部品であり、周方向に複数、例えば、6個のセグメントに分割されている。ブラシシール38は、支持部39と、支持部39に溶接された多数の細いワイヤ40とから構成されており、ワイヤ40の先端がロータ2側に突出している。このブラシシール38は、複数のワイヤ40が弾性変形することによってシールを行う。
次に、従来の自動隙間調整機能を有する軸シール装置と、本実施形態の軸シール装置1Cにおける高圧側領域から低圧側領域へ至る作動流体の圧力変化の違いについて説明する。
図9は、高圧側領域から低圧側領域へ至る作動流体の圧力変化の違いを説明するグラフであり、縦軸は圧力を示し、横軸は軸方向の位置を示している。一点鎖線と破線のラインは第一実施形態と同様である。
図9に示すように、ブラシシール38とフィン8によって、十分圧力が低下するため、シール体9前後の差圧ΔP2Bを第一実施形態と比較して更に小さくすることができる。即ち、シール体への負担を更に小さくすることできる。
また、上流側にブラシシール38を配置することで下流側のシール体への異物の流入も抑制することができる。
1 軸シール装置
2 ロータ
3 ステータ
4 シール装置本体
7 自動隙間調整機構
8 シールフィン
9 シール体
10 薄板シール片
11 シールリング
12 可動シールリング
13 固定シールリング
28 皿バネ(弾性体)
34 連通部
36 迂回連通部
38 ブラシシール
39 支持部
40 ワイヤ

Claims (5)

  1. ロータと該ロータの外周側を囲うステータとの間の環状空間に設けられ、前記ステータに支持されているシール装置本体によって前記環状空間を前記ロータの軸方向において低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置であって、
    前記シール装置本体は、
    前記ロータを取り囲むように前記ステータに支持されているシールリングであって、円周方向端が互いに隣接する可動シールリングと固定シールリングとから分割構造に形成され、前記可動シールリングが弾性体により径方向外側に付勢されているシールリングと、
    前記シールリングから前記ロータの径方向内側に向かって延出する薄板シール片を前記ロータの周方向に複数積層させてなるシール体と、を備え、
    前記低圧側領域と前記高圧側領域とを連通させる連通部を有することを特徴とする軸シール装置。
  2. 前記連通部は、前記シール体に形成され前記ロータの軸方向に貫通する複数の貫通孔であることを特徴とする請求項1に記載の軸シール装置。
  3. 前記連通部は、前記シールリングに形成され前記シール体を迂回しつつ前記シール体直前の高圧側領域と低圧側領域とを連通させるバイパス流路であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の軸シール装置。
  4. 前記シール体の上流側に、前記シールリングに取り付けられた支持部と、該支持部よりロータ側に突出する複数のワイヤとからなるブラシシールが設けられ、該ブラシシールは、前記複数のワイヤブラシが弾性変形し、前記ロータに接触することでシールを行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の軸シール装置。
  5. 前記シール体の上流側及び下流側の少なくとも一方には、前記シールリングの内面に前記ロータの軸方向に沿って互いに間隔をおいて取り付けられ、前記ロータの外面に接する複数のシールフィンが設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の軸シール装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016132646A1 (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン用シール装置及びタービン、並びにシール装置用の薄板
JP2017125492A (ja) * 2016-01-11 2017-07-20 ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド タービンの多段シーリング構造

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9500094B1 (en) * 2013-04-23 2016-11-22 S & J Deisgn, Llc Turbine with radial acting seal
WO2016121740A1 (ja) * 2015-01-29 2016-08-04 イーグル工業株式会社 ブラシシール
US10337617B2 (en) 2015-03-10 2019-07-02 Trelleborg Sealing Solutions Us, Inc. Canned seal assembly
JP6631837B2 (ja) * 2016-05-09 2020-01-15 三菱日立パワーシステムズ株式会社 シールセグメント及び回転機械
US9995163B2 (en) * 2016-09-02 2018-06-12 United Technologies Corporation Halo seal attached secondary seal cover arrangement
US11168791B1 (en) * 2016-09-02 2021-11-09 Kurt Manufacturing Company, Inc. Brush seal mounting for a vise jaw
US10415410B2 (en) 2016-10-06 2019-09-17 United Technologies Corporation Axial-radial cooling slots on inner air seal
US11098604B2 (en) 2016-10-06 2021-08-24 Raytheon Technologies Corporation Radial-axial cooling slots
JP6831732B2 (ja) * 2017-03-23 2021-02-17 三菱パワー株式会社 軸シール装置、回転機械
CN107504194A (zh) * 2017-09-28 2017-12-22 孟金来 密封间隙可调式迷宫密封装置
CN110131049B (zh) * 2018-02-09 2020-11-03 中国航发商用航空发动机有限责任公司 用于发动机转子间的密封环
US11293295B2 (en) 2019-09-13 2022-04-05 Pratt & Whitney Canada Corp. Labyrinth seal with angled fins
US11725588B2 (en) 2020-07-20 2023-08-15 Stein Seal Company Intershaft seal assembly with pressure-balanced translatable carrier
CN112648019B (zh) * 2021-02-02 2024-06-07 昆明理工大学 一种柔性密封装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000003164A1 (fr) * 1998-07-13 2000-01-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Joint d'arbre et turbine utilisant ce joint
JP2008170005A (ja) * 2007-01-11 2008-07-24 General Electric Co <Ge> ターボ機械の能動出没自在シール及び関連する方法
JP2009293784A (ja) * 2008-06-09 2009-12-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械のシール構造
WO2010146805A1 (ja) * 2009-06-16 2010-12-23 三菱重工業株式会社 軸シール及びこれを備えた回転機械

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5181728A (en) * 1991-09-23 1993-01-26 General Electric Company Trenched brush seal
US5318309A (en) * 1992-05-11 1994-06-07 General Electric Company Brush seal
US6131910A (en) 1992-11-19 2000-10-17 General Electric Co. Brush seals and combined labyrinth and brush seals for rotary machines
US6131911A (en) * 1992-11-19 2000-10-17 General Electric Co. Brush seals and combined labyrinth and brush seals for rotary machines
US5749584A (en) * 1992-11-19 1998-05-12 General Electric Company Combined brush seal and labyrinth seal segment for rotary machines
GB9801864D0 (en) 1998-01-30 1998-03-25 Rolls Royce Plc A seal arrangement
JP3616016B2 (ja) 2000-04-28 2005-02-02 三菱重工業株式会社 軸シール機構及びガスタービン
US6502824B2 (en) 2000-12-15 2003-01-07 General Electric Company Brush seal for a bearing cavity
JP2002257242A (ja) 2001-02-27 2002-09-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械の軸シール
JP2002364308A (ja) 2001-06-04 2002-12-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タービンの自動調整シール
US6550777B2 (en) 2001-06-19 2003-04-22 General Electric Company Split packing ring segment for a brush seal insert in a rotary machine
JP4689882B2 (ja) * 2001-06-29 2011-05-25 イーグル工業株式会社 板ブラシシール装置
JP3702212B2 (ja) * 2001-09-28 2005-10-05 三菱重工業株式会社 軸シール機構及びタービン
JP3593082B2 (ja) 2001-10-09 2004-11-24 三菱重工業株式会社 軸シール機構及びタービン
CN100396885C (zh) 2003-05-21 2008-06-25 三菱重工业株式会社 轴密封机构、轴密封机构的组装结构和大型流体机械
JP3917993B2 (ja) * 2004-08-10 2007-05-23 三菱重工業株式会社 軸シール機構及び軸シール機構をステータに取り付ける構造並びにこれらを備えたタービン。
GB0423923D0 (en) 2004-10-28 2004-12-01 Rolls Royce Plc Segmented annular seal for a gas turbine engine
JP4643228B2 (ja) 2004-11-04 2011-03-02 株式会社東芝 軸シール
JP4776249B2 (ja) * 2005-02-25 2011-09-21 株式会社東芝 液体の軸封装置とその軸封装置を用いた回転電機
CN102362109B (zh) 2009-06-16 2016-01-20 三菱重工业株式会社 轴封装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000003164A1 (fr) * 1998-07-13 2000-01-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Joint d'arbre et turbine utilisant ce joint
JP2008170005A (ja) * 2007-01-11 2008-07-24 General Electric Co <Ge> ターボ機械の能動出没自在シール及び関連する方法
JP2009293784A (ja) * 2008-06-09 2009-12-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機械のシール構造
WO2010146805A1 (ja) * 2009-06-16 2010-12-23 三菱重工業株式会社 軸シール及びこれを備えた回転機械

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016132646A1 (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン用シール装置及びタービン、並びにシール装置用の薄板
JP2016153676A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン用シール装置及びタービン、並びにシール装置用の薄板
EP3249267A4 (en) * 2015-02-20 2018-03-14 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Seal device for turbine, turbine, and thin plate for seal device
US10731499B2 (en) 2015-02-20 2020-08-04 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Seal device for turbine, turbine, and thin plate for seal device
JP2017125492A (ja) * 2016-01-11 2017-07-20 ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド タービンの多段シーリング構造

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