JP2019173724A - 軸シール装置及びこの軸シール装置を備える回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】薄板シール片の摩耗を抑制できる軸シール装置及びこの軸シール装置を備える回転機械を提供する。【解決手段】回転軸の軸方向における流体高圧側と流体低圧側との間をシールする軸シール装置は、回転軸の周方向に積層される複数枚の薄板シール片を含むシール片積層体と、流体高圧側及び流体低圧側のそれぞれからシール片積層体の外周縁側を挟むことでシール片積層体を支持する高圧側リテーナ及び低圧側リテーナと、高圧側リテーナに支持されるとともに、高圧側リテーナからシール片積層体の内周縁側に向かって延びる板状の覆い部材であって、シール片積層体の流体高圧側の側面との間に回転軸の全周にわたって連続する隙間を形成する覆い部材とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、軸シール装置及びこの軸シール装置を備える回転機械に関する。

特許文献１には、ガスタービンや蒸気タービン、圧縮機等の回転機械において、回転軸の軸方向における流体高圧側と流体低圧側との間をシールする軸シール装置が記載されている。図１２に示されるように、このような軸シール装置１００は、回転軸１１０の周方向に複数枚の薄板シール片１０１が積層された環状のシール片積層体１０２と、流体高圧側１０８及び流体低圧側１０９のそれぞれからシール片積層体１０２の外周縁側を挟むことでシール片積層体１０２をハウジング１０７内に支持する高圧側リテーナ１０３及び低圧側リテーナ１０４と、シール片積層体１０２の流体高圧側１０８の側面１０２ａに接するように設けられたサイドリーフ１０５と、シール片積層体１０２の流体低圧側１０９の側面１０２ｂに接するように設けられたバックリーフ１０６とを備えている。

このような構成の軸シール装置１００は、回転軸１１０が回転していないときには、各薄板シール片１０１が所定の与圧で回転軸１１０に接触するが、回転軸１１０の回転時には、動圧効果によって各薄板シール片１０１に浮上力が作用し、各薄板シール片１０１と回転軸１１０との間に微小な隙間を形成して流体をシールする。回転軸１１０の回転時には、各薄板シール片１０１と回転軸１１０とが接触しないので、各薄板シール片１０１と回転軸１１０との摩耗を抑制することができる。

特開２０１１−１８５２１９号公報

しかしながら、図１２に示される従来の軸シール装置では、サイドリーフ１０５がシール片積層体１０２の流体高圧側１０８の側面１０２ａに接しているので、サイドリーフ１０５の摩耗が問題となっていた。サイドリーフ１０５を有さない構成（サイドリーフレス構造）の軸シール装置も開発されているが、図１３に示されるように、サイドリーフレス構造の軸シール装置２００では、ハウジング１０７とシール片積層体１０２の流体高圧側１０８の側面１０２ａとの間に流入した流体２０１が隣り合う薄板シール片１０１間を流通する際、回転軸１１０に向かう流れ（ダウンフロー２０２）が生じて薄板シール片１０１を回転軸１１０に押し付けてしまうので、薄板シール片１０１の摩耗が生じやすくなるといった問題点があった。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、薄板シール片の摩耗を抑制できる軸シール装置及びこの軸シール装置を備える回転機械を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係る軸シール装置は、
回転軸の軸方向における流体高圧側と流体低圧側との間をシールする軸シール装置であって、
前記回転軸の周方向に積層される複数枚の薄板シール片を含むシール片積層体と、
前記流体高圧側及び前記流体低圧側のそれぞれから前記シール片積層体の外周縁側を挟むことで前記シール片積層体を支持する高圧側リテーナ及び低圧側リテーナと、
前記高圧側リテーナに支持されるとともに、前記高圧側リテーナから前記シール片積層体の内周縁側に向かって延びる板状の覆い部材であって、前記シール片積層体の前記流体高圧側の側面との間に前記回転軸の全周にわたって連続する隙間を形成する覆い部材と
を備える。

上記（１）の構成によると、覆い部材とシール片積層体の高圧側の側面との間に回転軸の全周にわたって連続する隙間が形成されているので、覆い部材と薄板シール片との摩耗を避けることができる。また、覆い部材とシール片積層体の高圧側の側面との間の隙間に流体が流入しにくいので、隣り合う薄板シール片間における流体のダウンフローの発生を低減し、回転軸の回転時に薄板シール片が回転軸に接触することを抑制できる。その結果、薄板シール片の摩耗を抑制することができる。

（２）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記低圧側リテーナとは別体に構成されるとともに、前記低圧側リテーナ及び前記シール片積層体に挟まれることによって固定され、前記低圧側リテーナから前記シール片積層体の内周縁側に向かって延びる板状のバックリーフであって、前記シール片積層体の前記流体低圧側の側面に接するように構成されたバックリーフをさらに備え、
前記覆い部材の内周縁と前記回転軸の軸心との距離をＤ１、前記バックリーフの内周縁と前記回転軸の軸心との距離をＤ２と定義した場合に、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす。その結果、薄板シール片の振動を抑制することができる。

（３）いくつかの実施形態では、上記（１）または（２）の構成において、
前記軸シール装置は、前記シール片積層体と、前記高圧側リテーナ及び前記低圧側リテーナと、前記覆い部材とを収容するハウジングをさらに備え、
前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成されるとともに、前記覆い部材の内周縁が前記ハウジングの支持面に当接するように構成される。

上記（３）の構成によると、覆い部材の内周縁がハウジングの支持面に当接しているので、回転軸の軸方向における覆い部材の変動を抑制し、覆い部材とシール片積層体の流体高圧側の側面との間に規定された隙間の幅の変動を抑制することができる。その結果、覆い部材がシール片積層体の流体高圧側の側面に接触してしまう可能性を低減することができる。

（４）いくつかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記隙間は、前記高圧側リテーナから前記覆い部材の内周縁に向かって増加するように構成されている。

シール片積層体の側面には通常、うねりが生じる。このうねりは一般的に、シール片積層体の内周縁側ほど大きい。上記（４）の構成によると、隙間が高圧側リテーナから覆い部材の内周縁に向かって増加するように構成されていることにより、シール片積層体の側面にうねりが生じていても、覆い部材とシール片積層体の流体高圧側の側面との間に隙間を確保することができる。

（５）いくつかの実施形態では、上記（１）または（２）の構成において、
前記軸シール装置は、前記シール片積層体と、前記高圧側リテーナ及び前記低圧側リテーナと、前記覆い部材とを収容するハウジングをさらに備え、
前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成され、
前記高圧側リテーナは、前記ハウジングの支持面に当接するように構成される。

上記（５）の構成によると、高圧側リテーナがハウジングの支持面に当接しているので、覆い部材をハウジングに当接させる必要がなくなる。覆い部材がハウジングに当接しないと、シール片積層体の流体高圧側の側面に向かって近づくように覆い部材を変動可能にすることができ、これにより、回転軸の軸方向の圧力差や流体の温度等に応じて、覆い部材とシール片積層体の流体高圧側の側面との間の隙間が小さくなるように調節することができる。

（６）いくつかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記覆い部材は、前記軸方向の圧力差によって前記シール片積層体の前記流体高圧側の側面に向かって近づくように構成されている。

上記（６）の構成によると、回転軸の軸方向の圧力差に応じて、覆い部材とシール片積層体の流体高圧側の側面との間の隙間が小さくなるように調節することができる。

（７）いくつかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成されるとともに、前記圧力差によって弾性変形可能に構成され、
前記覆い部材は、前記圧力差がない場合に前記シール片積層体の内周縁側に向かって前記隙間が広がるように前記シール片積層体の前記流体高圧側の側面に対して傾斜している。

上記（７）の構成によると、覆い部材は、回転軸の軸方向の圧力差がない場合にシール片積層体の内周縁側に向かって隙間が広がるようにシール片積層体の流体高圧側の側面に対して傾斜しているので、圧力差によって覆い部材をシール片積層体の流体高圧側の側面に近づくように変動しやすくすることができる。

（８）いくつかの実施形態では、上記（６）または（７）の構成において、
前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成されるとともに、前記圧力差によって弾性変形可能に構成され、
前記覆い部材は、前記シール片積層体の内周縁側に向かって薄くなるように構成されている。

上記（８）の構成によると、覆い部材がシール片積層体の内周縁側に向かって薄くなっていることにより、シール片積層体の内周縁側ほど覆い部材が弾性変形しやすくなるので、圧力差によって覆い部材をシール片積層体の流体高圧側の側面に近づくように変動しやすくすることができる。

（９）いくつかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成されるとともに、前記シール片積層体に対向する第１面上又は該第１面とは反対側の第２面上に、前記覆い部材を形成する金属の熱膨張率とは異なる熱膨張率を有する金属で形成された板部材を有する。

上記（９）の構成によると、流体の温度に応じて、覆い部材とシール片積層体の流体高圧側の側面との間の隙間が小さくなるように調節することができる。

（１０）いくつかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと別体に構成され、
前記高圧側リテーナ内には係合空間が形成され、前記覆い部材は、前記係合空間内に挿入可能な係合部を有し、前記係合空間内に前記係合部が挿入されることで、前記高圧側リテーナに前記覆い部材が取り付けられ、
前記係合空間内に前記係合部が挿入された状態で、前記係合空間内の内面と前記係合部との間には、前記回転軸の軸方向に間隔があいている。

上記（１０）の構成によると、回転軸の軸方向の圧力差に応じて覆い部材が回転軸の軸方向に移動可能になるので、覆い部材とシール片積層体の流体高圧側の側面との間の隙間が小さくなるように調節することができる。

（１１）いくつかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記高圧側リテーナには、前記係合部が当接することによって前記覆い部材の前記シール片積層体の前記流体高圧側の側面に向かう移動を規制するストッパーが設けられている。

上記（１１）の構成によると、ストッパーによって、覆い部材がシール片積層体の流体高圧側の側面に接触しないようにすることができる。

（１２）本発明の少なくとも１つの実施形態に係る回転機械は、
上記（１）〜（１１）のいずれかの軸シール装置を備える。

上記（１２）の構成によると、覆い部材とシール片積層体の高圧側の側面との間に回転軸の全周にわたって連続する隙間が形成されているので、覆い部材と薄板シール片との摩耗を避けることができる。また、覆い部材とシール片積層体の高圧側の側面との間の隙間に流体が流入しにくいので、隣り合う薄板シール片間における流体のダウンフローの発生を低減し、回転軸の回転時に薄板シール片が回転軸に接触することを抑制できる。その結果、薄板シール片の摩耗を抑制することができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、覆い部材とシール片積層体の高圧側の側面との間に回転軸の全周にわたって連続する隙間が形成されているので、覆い部材と薄板シール片との摩耗を避けることができる。また、覆い部材とシール片積層体の高圧側の側面との間の隙間に流体が流入しにくいので、隣り合う薄板シール片間における流体のダウンフローの発生を低減し、回転軸の回転時に薄板シール片が回転軸に接触することを抑制できる。その結果、薄板シール片の摩耗を抑制することができる。

本開示の実施形態１に係る軸シール装置の構成を示す図である。 本開示の実施形態１に係る軸シール装置の側面図である。 本開示の実施形態１に係る軸シール装置の薄板シール片の正面図である。 本開示の実施形態１に係る軸シール装置の分解図である。 本開示の実施形態１に係る軸シール装置のシール片積層体をその内周縁に対向する方向から見た部分拡大図である。 本開示の実施形態１に係る軸シール装置の変形例の構成を示す図である。 本開示の実施形態２に係る軸シール装置の構成を示す図である。 本開示の実施形態２に係る軸シール装置の変形例の構成を示す図である。 本開示の実施形態２に係る軸シール装置の別の変形例の構成を示す図である。 本開示の実施形態３に係る軸シール装置の高圧側リテーナ及び覆い部材の構成を示す図である。 本開示の実施形態３に係る軸シール装置の高圧側リテーナ及び覆い部材の変形例の構成を示す図である。 従来の軸シール装置の構成を示す図である。 従来の別の軸シール装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（実施形態１）
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る軸シール装置１は、ガスタービンや蒸気タービン、圧縮機等の回転機械において、回転軸１０の軸方向における流体高圧側１１と流体低圧側１２との間をシールするものである。軸シール装置１は、回転軸１０の周囲に設けられた環状のハウジング２０を備え、ハウジング２０の内部には、回転軸１０に面するように開口するとともに回転軸１０の周方向に延びるように収容空間２１が形成されている。軸シール装置１は、収容空間２１内に、シール片積層体２を備えている。図２に示されるように、シール片積層体２は、複数枚の薄板シール片３が回転軸１０の周方向に積層された環状の構成を有している。

図３に示されるように、薄板シール片３は、一端部３ａから他端部３ｂに向かって延びる長方形形状の胴部３ｃと、他端部３ｂを含み胴部３ｃの幅よりも大きい幅を有する長方形形状の頭部３ｄと、胴部３ｃ及び頭部３ｄを連結するとともにそれらの幅よりも小さい幅を有する長方形形状の首部３ｅとを備えている。胴部３ｃと頭部３ｄとの間で首部３ｅを挟むように一対のくびれ部３ｆ，３ｇが構成されている。

図４に示されるように、積層された複数枚の薄板シール片３は、頭部３ｄが溶接されることによって連結されて、シール片積層体２を構成している。シール片積層体２において、各薄板シール片３の一端部３ａは自由端となっている。複数枚の薄板シール片３が積層されると、各薄板シール片３の一端部３ａと他端部３ｂと頭部３ｄとくびれ部３ｆ（図３参照）とくびれ部３ｇ（図３参照）とはそれぞれ、シール片積層体２の内周縁２ａと外周縁２ｂと被支持部３１と流体高圧側溝部３２と流体低圧側溝３３とを構成する。

シール片積層体２の外周縁２ｂ側に位置する被支持部３１は、流体高圧側１１及び流体低圧側１２のそれぞれから、コの字形状の断面をそれぞれ有する円環形状の高圧側リテーナ３４及び低圧側リテーナ３５によって挟まれている。シール片積層体２に面する高圧側リテーナ３４及び低圧側リテーナ３５の表面はそれぞれ、シール片積層体２の幅方向に面する内側側面３４ａ及び３５ａと、シール片積層体２の外周縁２ｂに向かって面する内側底面３４ｂ及び３５ｂと、シール片積層体２の内周縁２ａに向かって面する内側頂面３４ｃ及び３５ｃとを有している。高圧側リテーナ３４には、円環板状の覆い部材３７が一体的に形成されている。

高圧側リテーナ３４及び低圧側リテーナ３５が被支持部３１を挟んだ状態で、被支持部３１の流体高圧側１１の側面３１ｃ及び流体低圧側１２の側面３１ｄのそれぞれが内側側面３４ａ及び３５ａに当接し、被支持部３１の内周縁３１ａが内側底面３４ｂ及び３５ｂのそれぞれに当接する。また、図１に示されるように、覆い部材３７は、高圧側リテーナ３４からシール片積層体２の内周縁２ａ側に向かって延びており、覆い部材３７の内周縁３７ａ及び低圧側リテーナ３５の内周縁３５ｄはそれぞれ、ハウジング２０において収容空間２１を画定する内面の一部である支持面２２及び２３に当接している。このような態様で被支持部３１が高圧側リテーナ３４及び低圧側リテーナ３５によって挟まれることによって、シール片積層体２は収容空間２１内においてハウジング２０に支持されている。

図４に示されるように、被支持部３１が高圧側リテーナ３４及び低圧側リテーナ３５によって挟まれる際、薄板円環状のバックリーフ３６がシール片積層体２と低圧側リテーナ３５とに挟まれるようにしてシール片積層体２に固定される。バックリーフ３６の外周縁部分には、他の部分よりも厚くして構成された挿入段差部３６ａが形成されており、この挿入段差部３６ａが流体低圧側溝３３に挿入された状態でシール片積層体２と低圧側リテーナ３５とに挟まれるようにしてバックリーフ３６がシール片積層体２に固定される。

図１に示されるように、バックリーフ３６は、回転軸１０の全周にわたって連続してシール片積層体２の流体低圧側１２の側面２ｄに接している。覆い部材３７はシール片積層体２の流体高圧側１１の側面２ｃとは接しておらず、覆い部材３７と側面２ｃとの間には、回転軸１０の全周にわたって連続する隙間３８が形成されている。

隙間３８の幅は、可能な限り小さいことが好ましい。しかしながら、図５に示されるように、シール片積層体２の側面２ｃ及び２ｄには、シール片積層体２の製作上、うねりが生じる。このうねりは一般的に、シール片積層体２の内周縁２ａ側ほど大きくなる。このため、高圧側リテーナ３４（図４参照）付近での隙間３８の幅を、うねりの最大値Ｘ_ｍａｘ（ｍｍ）にマージンα（ｍｍ）をとって（Ｘ_ｍａｘ＋α）程度にすることにより、側面２ｃにうねりが生じている部分でも隙間３８にマージンαに相当する幅を確保することができる。また、高圧側リテーナ３４付近での隙間３８の幅をマージンα程度にして、高圧側リテーナ３４から覆い部材３７の内周縁３７ａに向かって隙間３８の幅がうねりの最大値Ｘ_ｍａｘ程度増加するように、側面２ｃに面する覆い部材３７の第１面３７ｂを傾斜させてもよい。

側面２ｃ及び２ｄのうねりを考慮して覆い部材３７と側面２ｃとが接触しない隙間３８の幅を確保した上で、図１に示されるように、覆い部材３７の内周縁３７ａがハウジング２０の支持面２２に当接している。このため、回転軸１０の軸方向における覆い部材３７の変動が抑制され、隙間３８の幅の変動を抑制することができる。その結果、覆い部材３７がシール片積層体２の側面２ｃに接触してしまう可能性を低減することができる。

次に、実施形態１に係る軸シール装置１の動作について説明する。
図１に示されるように、回転軸１０を備える回転機械が停止していると、シール片積層体２を構成する各薄板シール片３（図３参照）は所定の与圧で回転軸１０に接触している。回転機械が起動して回転軸１０が回転し始めると、各薄板シール片３の一端部３ａ（図３参照）と回転軸１０とが摺動摩擦する。一端部３ａと回転軸１０とが摺動摩擦しながら回転軸１０の回転数が上昇していき所定の回転数になると、動圧効果によって各薄板シール片３に浮上力が作用し、各薄板シール片３と回転軸１０との間に微小な隙間を形成することによって、軸シール装置１は流体高圧側１１と流体低圧側１２との間をシールする。

軸シール装置１は、覆い部材３７がシール片積層体２の側面２ｃに接していない点で、サイドリーフレス構造と同じ構成を有している。上述したように、サイドリーフレス構造を有する軸シール装置（図１３参照）では、隣り合う薄板シール片間における流体のダウンフローによって薄板シール片が回転軸に押し付けられてしまうので、薄板シール片の摩耗が生じやすくなるといった問題点があった。

しかしながら、覆い部材３７とシール片積層体の側面２ｃとの間の隙間３８を可能な限り小さくすることで、隙間３８に流体が流入しにくくなるので、隣り合う薄板シール片３間における流体のダウンフローの発生を低減し、回転軸１０の回転時に薄板シール片３が回転軸１０に接触することを抑制できる。すなわち、回転軸１０の回転時に、各薄板シール片３と回転軸１０との間に微小な隙間を確実に形成することができる。また、覆い部材３７とシール片積層体２の側面２ｃとの間に隙間３８が形成されていることから、薄板シール片３が浮上する際に薄板シール片３と覆い部材３７とが摺動することはない。このように、覆い部材３７と薄板シール片３との摩耗が避けられるとともに回転軸１０の回転時に薄板シール片３が回転軸１０に接触することを抑制できるので、薄板シール片３の摩耗を抑制することができる。

実施形態１では、図１に示されるように、高圧側リテーナ３４及び覆い部材３７のいずれもが、回転軸１０の全周にわたって連続してシール片積層体２の側面２ｃに接しない形態となっていたが、この形態に限定するものではない。例えば図６に示されるように、高圧側リテーナ３４の最も径方向内側の部分に、シール片積層体２の側面２ｃに向かって覆い部材３７に対して突出させて構成された突出部３４ｅを形成し、突出部３４ｅが側面２ｃの外周縁部に接している構成であってもよい。

また、シール片積層体２に、側面２ｃの内周縁２ａ近傍の位置から内周縁２ａまで流体低圧側１２に向かって傾斜するように切り欠かれた切欠部２ｅを形成してもよい。切欠部２ｅによって薄板シール片３（図３参照）の浮上効果を向上させることができる。尚、図１に示された軸シール装置１のシール片積層体２に切欠部２ｅを形成してもよい。

実施形態１では、図１に示されるように、覆い部材３７の内周縁３７ａと回転軸１０の軸心Ｌとの距離をＤ１、バックリーフ３６の内周縁３６ｂと回転軸の軸心Ｌとの距離をＤ２と定義すると、Ｄ１＞Ｄ２でも、Ｄ１＜Ｄ２でも、Ｄ１＝Ｄ２でもよい。ただし、本発明者らの検討の結果、Ｄ１＞Ｄ２の条件が他の条件よりも薄板シール片３の振動を抑制できることがわかった。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る軸シール装置について説明する。実施形態２に係る軸シール装置は、実施形態１に対して、覆い部材３７の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７に示されるように、本開示の実施形態２に係る軸シール装置１では、高圧側リテーナ３４の内周縁３４ｄは、ハウジング２０において収容空間２１を画定する内面の一部である支持面２２に当接している。覆い部材３７は、高圧側リテーナ３４の内周縁３４ｄからシール片積層体２の内周縁２ａ側に向かって延びている。この構成により、覆い部材３７の内周縁３７ａが自由になるので、シール片積層体２の側面２ｃに向かって近づくように覆い部材３７を変動可能にすることができる。以下に、覆い部材３７を変動可能にしやすくすることのできるいくつかの形態を説明する。

例えば、回転軸１０の軸方向の圧力差がない状態で、覆い部材３７は、内周縁３７ａに向かって隙間３８の幅が広がるようにシール片積層体２の側面２ｃに対して傾斜している。この構成により、覆い部材３７に回転軸１０の軸方向の圧力差がかかると、覆い部材３７は、シール片積層体２の側面２ｃに向かって近づくように弾性変形することができる。尚、覆い部材３７が弾性変形しても、覆い部材３７が側面２ｃに接触しないように構成する必要がある。その他の構成は実施形態１と同じである。

実施形態２では、回転機械が起動すると、流体高圧側１１から流体低圧側１２に向かって回転軸１０の軸方向の圧力差が発生する。この圧力差が覆い部材３７に係ることにより、覆い部材３７は、シール片積層体２の側面２ｃに向かって近づくように弾性変形する。このように、回転軸１０の軸方向の圧力差に応じて、覆い部材３７とシール片積層体２の側面２ｃとの間の隙間３８の幅が小さくなるように調節することができる。

覆い部材３７がシール片積層体２の側面２ｃに向かって近づくように変形可能な構成は、図７に示される構成に限定するものではない。例えば図８に示されるように、覆い部材３７は、シール片積層体２の内周縁２ａ側に向かって、すなわち覆い部材３７の内周縁３７ａに向かって薄くなるように構成されてもよい。この場合、覆い部材３７に圧力がかからない状態では、側面２ｃに対向する覆い部材３７の第１面３７ｂは、内周縁３７ａに向かって隙間３８の幅が広がるように構成されている。この構成により、内周縁３７ａ側ほど覆い部材３７が弾性変形しやすくなるので、圧力差によって覆い部材３７をシール片積層体２の側面２ｃに近づくように変動しやすくすることができる。尚、図７に示される軸シール装置１の覆い部材３７に対して、内周縁３７ａに向かって薄くなるように構成することもできる。

また、図７及び８に示される軸シール装置１のそれぞれに対して、覆い部材３７の内周縁３７ａと回転軸１０の軸心Ｌとの距離Ｄ１（図１参照）をバックリーフ３６の内周縁３６ｂと回転軸１０の軸心Ｌとの距離Ｄ２（図１参照）よりも小さくする（Ｄ１＜Ｄ２）ことにより、覆い部材３７の長さが長くなる分だけ、内周縁３７ａ側ほど覆い部材３７を弾性変形しやすくすることもできる。

さらに、シール片積層体２の側面２ｃに向かって近づくような覆い部材３７の変形が回転軸１０の軸方向の圧力差によって生じる構成に限定するものではない。例えば図９に示されるように、シール片積層体２の側面２ｃに対向する覆い部材３７の第１面３７ｂとは反対側の第２面３７ｃ上に、覆い部材３７を形成する金属の熱膨張率とは異なる熱膨張率を有する金属で形成された板部材４０を貼付してもよい。

図９に示される軸シール装置１において、回転機械の起動後に回転軸１０の周囲の流体温度が上昇すると、板部材４０及び覆い部材３７の温度が上昇する。板部材４０及び覆い部材３７のそれぞれを構成する金属の熱膨張率が異なると、両者の変形度合いが異なることから、覆い部材３７を側面２ｃに向かって近づけるように変形させることができる。尚、板部材４０は、適当な熱膨張率の金属を選択することにより、覆い部材３７の第１面３７ｂ上に貼付することもできる。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る軸シール装置について説明する。実施形態３に係る軸シール装置は、実施形態２に対して、覆い部材３７と高圧側リテーナ３４とを別体にしたものである。尚、実施形態３において、実施形態２の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１０に示されるように、本開示の実施形態３では、覆い部材３７と高圧側リテーナ３４とは別体に構成され、覆い部材３７は、高圧側リテーナ３４に対して移動可能に取り付けられている。

高圧側リテーナ３４内には、高圧側リテーナ３４の内周縁３４ｄにおいて開口する係合空間５０が形成されている。覆い部材３７は、覆い部材３７の外周縁３７ｄから突出するとともに係合空間５０内に挿入可能に形成された係合部５１を含んでいる。係合空間５０内に係合部５１が挿入されることで、高圧側リテーナ３４に覆い部材３７が取り付けられる。係合空間５０内に係合部５１が挿入された状態で、係合空間５０内の内面５０ａと係合部５１との間には、回転軸１０（図１参照）の軸方向に間隔５２があいている。この構成により、覆い部材３７が回転軸１０の軸方向（矢印Ａの方向）に移動可能になるので、回転軸１０の軸方向の圧力差によって、覆い部材３７をシール片積層体２の側面２ｃに向かって近づけるように移動させることができ、隙間３８の幅が小さくなるように調節することができる。

覆い部材３７をシール片積層体２の側面２ｃに向かって近づけるように移動させたときに覆い部材３７をそれ以上に側面２ｃに近づけさせないために、すなわち、ある程度の幅に隙間３８を維持するために、係合部５１が係合空間５０内の内面５０ａに当接するように係合空間５０を構成することが好ましい。この場合、係合部５１が当接する内面５０ａは、覆い部材３７の側面２ｃに向かう移動を規制するストッパーを構成する。係合部５１が当接する内面５０ａの位置は、隙間３８が好ましい幅となるような位置に調整することが好ましい。尚、その他のストッパーの例として、係合空間５０の外部に設けられるとともに覆い部材３７が当接することによって覆い部材３７の移動を規制する構成のものであってもよい。

尚、係合空間５０及び係合部５１の構成は、図１０の構成に限定するものではない。例えば図１１に示されるように、係合部５１を、覆い部材３７の外周縁３７ｄから突出するとともに覆い部材３７の長さ方向に延びる第１部分５１ａと、第１部分５１ａの端部から回転軸１０（図１参照）の軸方向に延びる第２部分５１ｂとを備えて、Ｌ字状の断面形状を有するように構成し、係合空間５０を、第１部分５１ａが挿入可能な第１空間部分５０ｂと、第２部分５１ｂが挿入可能な第２空間部分５０ｃとを有するように構成してもよい。この場合、第１部分５１ａと第１空間部分５０ｂの内面との間、及び、第２部分５１ｂと第２空間部分５０ｃの内面との間のそれぞれに、間隔５２があいている。

図１１に示された構成でも、第１空間部分５０ｂの内面又は第２空間部分５０ｃの内面の少なくとも一方の一部に第１部分５１ａ又は第２部分５１ｂの少なくとも一方が当接することにより覆い部材３７の移動を規制できるので、第１空間部分５０ｂの内面又は第２空間部分５０ｃの内面の少なくとも一方の一部をストッパーにすることができる。また、図１０の場合と同様に、係合空間５０の外部に設けられるとともに覆い部材３７が当接することによって覆い部材３７の移動を規制する構成のものをストッパーにすることもできる。

１ 軸シール装置
２ シール片積層体
２ａ （シール片積層体の）内周縁
２ｂ （シール片積層体の）外周縁
２ｃ （シール片積層体の）側面
２ｄ （シール片積層体の）側面
２ｅ 切欠部
３ 薄板シール片
３ａ （薄板シール片の）一端部
３ｂ （薄板シール片の）他端部
３ｃ （薄板シール片の）胴部
３ｄ （薄板シール片の）頭部
３ｅ （薄板シール片の）首部
３ｆ くびれ部
３ｇ くびれ部
１０ 回転軸
１１ 流体高圧側
１２ 流体低圧側
２０ ハウジング
２１ 収容空間
２２ 支持面
２３ 支持面
３１ 被支持部
３１ａ （被支持部の）内周縁
３１ｃ （被支持部の）側面
３１ｄ （被支持部の）側面
３２ 流体高圧側溝部
３３ 流体低圧側溝部
３４ 高圧側リテーナ
３４ａ （高圧側リテーナの）内側側面
３４ｂ （高圧側リテーナの）内側底面
３４ｃ （高圧側リテーナの）内側頂面
３４ｄ （高圧側リテーナの）内周縁
３４ｅ 突出部
３５ 低圧側リテーナ
３５ａ （低圧側リテーナの）内側側面
３５ｂ （低圧側リテーナの）内側底面
３５ｃ （低圧側リテーナの）内側頂面
３６ バックリーフ
３６ａ 挿入段差部
３６ｂ （バックリーフの）内周縁
３７ 覆い部材
３７ａ （覆い部材の）内周縁
３７ｂ （覆い部材の）第１面
３７ｃ （覆い部材の）第２面
３７ｄ （覆い部材の）外周縁
３８ 隙間
４０ 板部材
５０ 係合空間
５０ａ （係合空間の）内面（ストッパー）
５０ｂ 第１空間部分
５０ｃ 第２空間部分
５１ 係合部
５１ａ 第１部分
５１ｂ 第２部分
５２ 間隔
Ｌ （回転軸の）軸心

Claims (12)

1. 回転軸の軸方向における流体高圧側と流体低圧側との間をシールする軸シール装置であって、
   前記回転軸の周方向に積層される複数枚の薄板シール片を含むシール片積層体と、
   前記流体高圧側及び前記流体低圧側のそれぞれから前記シール片積層体の外周縁側を挟むことで前記シール片積層体を支持する高圧側リテーナ及び低圧側リテーナと、
   前記高圧側リテーナに支持されるとともに、前記高圧側リテーナから前記シール片積層体の内周縁側に向かって延びる板状の覆い部材であって、前記シール片積層体の前記流体高圧側の側面との間に前記回転軸の全周にわたって連続する隙間を形成する覆い部材と
   を備える軸シール装置。
2. 前記低圧側リテーナとは別体に構成されるとともに、前記低圧側リテーナ及び前記シール片積層体に挟まれることによって固定され、前記低圧側リテーナから前記シール片積層体の内周縁側に向かって延びる板状のバックリーフであって、前記シール片積層体の前記流体低圧側の側面に接するように構成されたバックリーフをさらに備え、
   前記覆い部材の内周縁と前記回転軸の軸心との距離をＤ１、前記バックリーフの内周縁と前記回転軸の軸心との距離をＤ２と定義した場合に、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす、請求項１に記載の軸シール装置。
3. 前記軸シール装置は、前記シール片積層体と、前記高圧側リテーナ及び前記低圧側リテーナと、前記覆い部材とを収容するハウジングをさらに備え、
   前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成されるとともに、前記覆い部材の内周縁が前記ハウジングの支持面に当接するように構成される、請求項１または２に記載の軸シール装置。
4. 前記隙間は、前記高圧側リテーナから前記覆い部材の内周縁に向かって増加するように構成されている、請求項３に記載の軸シール装置。
5. 前記軸シール装置は、前記シール片積層体と、前記高圧側リテーナ及び前記低圧側リテーナと、前記覆い部材とを収容するハウジングをさらに備え、
   前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成され、
   前記高圧側リテーナは、前記ハウジングの支持面に当接するように構成される、請求項１または２に記載の軸シール装置。
6. 前記覆い部材は、前記軸方向の圧力差によって前記シール片積層体の前記流体高圧側の側面に向かって近づくように構成されている、請求項５に記載の軸シール装置。
7. 前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成されるとともに、前記圧力差によって弾性変形可能に構成され、
   前記覆い部材は、前記圧力差がない場合に前記シール片積層体の内周縁側に向かって前記隙間が広がるように前記シール片積層体の前記流体高圧側の側面に対して傾斜している、請求項６に記載の軸シール装置。
8. 前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成されるとともに、前記圧力差によって弾性変形可能に構成され、
   前記覆い部材は、前記シール片積層体の内周縁側に向かって薄くなるように構成されている、請求項６または７に記載の軸シール装置。
9. 前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと一体に構成されるとともに、前記シール片積層体に対向する第１面上又は該第１面とは反対側の第２面上に、前記覆い部材を形成する金属の熱膨張率とは異なる熱膨張率を有する金属で形成された板部材を有する、請求項５に記載の軸シール装置。
10. 前記覆い部材は、前記高圧側リテーナと別体に構成され、
    前記高圧側リテーナ内には係合空間が形成され、前記覆い部材は、前記係合空間内に挿入可能な係合部を有し、前記係合空間内に前記係合部が挿入されることで、前記高圧側リテーナに前記覆い部材が取り付けられ、
    前記係合空間内に前記係合部が挿入された状態で、前記係合空間内の内面と前記係合部との間には、前記回転軸の軸方向に間隔があいている、請求項６に記載の軸シール装置。
11. 前記高圧側リテーナには、前記係合部が当接することによって前記覆い部材の前記シール片積層体の前記流体高圧側の側面に向かう移動を規制するストッパーが設けられている、請求項１０に記載の軸シール装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の軸シール装置を備える回転機械。

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