JP2021028503A - Seal device and rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、シール装置および回転機械に関する。 Embodiments of the present invention relate to sealing devices and rotating machines.
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には、回転体と静止体との間をシール（密封）するためのシール装置が設置されている。例えば、回転機械の圧力容器の内部が圧力隔壁で複数の領域に区画されており、圧力隔壁に設けられた貫通孔を回転軸が貫通している場合には、この貫通孔にシール装置が設置される。これにより、圧力容器内の作動流体が圧力隔壁を介して高圧領域から低圧領域へと回転軸に沿って漏洩することを防止している。 Rotating machines such as steam turbines, gas turbines, air compressors, and pumps are equipped with a sealing device for sealing (sealing) between a rotating body and a stationary body. For example, if the inside of the pressure vessel of a rotating machine is divided into a plurality of areas by a pressure bulkhead and the rotating shaft penetrates a through hole provided in the pressure bulkhead, a sealing device is installed in this through hole. Will be done. This prevents the working fluid in the pressure vessel from leaking from the high pressure region to the low pressure region along the rotation axis via the pressure bulkhead.
シール装置の例としては、多数の金属細線で構成されたブラシを利用したブラシシールが知られている。ブラシシールは例えば、圧力隔壁に設けられた貫通孔の内周面に、他のシール（例えばラビリンスシール）と組み合わされて固定されている。ブラシシールは、他のシールと比べて回転体との接触時の振動が少ないという利点を有し、回転体と静止体との間の間隙が狭小でも使用することができる。 As an example of the sealing device, a brush seal using a brush composed of a large number of thin metal wires is known. The brush seal is fixed, for example, to the inner peripheral surface of the through hole provided in the pressure bulkhead in combination with another seal (for example, a labyrinth seal). The brush seal has an advantage that vibration at the time of contact with the rotating body is small as compared with other seals, and can be used even if the gap between the rotating body and the stationary body is narrow.
しかしながら、ブラシシールを採用した回転機械では、回転機械の運転中の温度上昇により回転体とブラシとの間の間隙が増加して、ブラシシールのシール性能が悪化することが問題となる。 However, in a rotating machine that employs a brush seal, there is a problem that the gap between the rotating body and the brush increases due to the temperature rise during operation of the rotating machine, and the sealing performance of the brush seal deteriorates.
そこで、本発明の実施形態は、温度変化によるブラシシールのシール性能の悪化を抑制することが可能な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, it is an object of the present embodiment of the present invention to provide a sealing device and a rotating machine capable of suppressing deterioration of the sealing performance of the brush seal due to a temperature change.
一の実施形態によれば、シール装置は、作動流体を収容するケーシングと、前記ケーシング内で回転するロータとの間に設置され、前記ケーシングにより保持されているパッキンリングセグメントを備える。前記装置はさらに、前記ロータに対向するように前記パッキンリングセグメントの前記ロータ側に設けられたブラシセグメントを備える。前記装置はさらに、前記ロータに対向するように前記ブラシセグメントの前記ロータ側に設けられたブラシを備える。さらに、前記パッキンリングセグメントを構成する材料の線膨張係数は、前記ブラシセグメントを構成する材料の線膨張係数以上である。 According to one embodiment, the sealing device comprises a packing ring segment that is installed between a casing that houses the working fluid and a rotor that rotates within the casing and is held by the casing. The device further comprises a brush segment provided on the rotor side of the packing ring segment so as to face the rotor. The device further comprises a brush provided on the rotor side of the brush segment so as to face the rotor. Further, the coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment is equal to or higher than the coefficient of linear expansion of the material constituting the brush segment.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１〜図６において、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIGS. 1 to 6, the same or similar configurations are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のシール装置の構造を示す断面図である。具体的には、図１は、第１実施形態の回転機械を構成するシール装置の断面を示している。図１において、回転機械は例えば蒸気タービンであり、シール装置は例えばブラシシールである。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the sealing device of the first embodiment. Specifically, FIG. 1 shows a cross section of a sealing device constituting the rotary machine of the first embodiment. In FIG. 1, the rotating machine is, for example, a steam turbine, and the sealing device is, for example, a brush seal.
図１は、本実施形態の回転機械の構成要素として、ロータ１と、ケーシング２と、パッキンリングセグメント３と、ブラシセグメント４と、ブラシ５とを示している。本実施形態のシール装置は、パッキンリングセグメント３、ブラシセグメント４、ブラシ５などにより構成されている。 FIG. 1 shows a rotor 1, a casing 2, a packing ring segment 3, a brush segment 4, and a brush 5 as components of the rotating machine of the present embodiment. The sealing device of this embodiment is composed of a packing ring segment 3, a brush segment 4, a brush 5, and the like.
図１は、回転機械が設置された地面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、回転機械が設置された地面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。なお、−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。 FIG. 1 shows the X and Y directions parallel to the ground on which the rotating machine is installed and perpendicular to each other, and the Z direction perpendicular to the ground on which the rotating machine is installed. In the present specification, the + Z direction is treated as an upward direction, and the −Z direction is treated as a downward direction. The −Z direction may or may not coincide with the gravitational direction.
ロータ１は、ケーシング２内で回転する回転体である。ケーシング２は、作動流体を収容する静止体である。本実施形態のロータ１は、発電機に回転エネルギーを伝達する回転軸であり、Ｘ方向に延びており、ケーシング２内に流入した作動流体（蒸気）により駆動される。符号１ａは、ロータ１の外周面に設けられた凸部を示し、符号Ｒは、ロータ１の回転方向を示している。また、本実施形態のケーシング２は、圧力隔壁で区画された圧力容器である。 The rotor 1 is a rotating body that rotates in the casing 2. The casing 2 is a stationary body that houses the working fluid. The rotor 1 of the present embodiment is a rotating shaft that transmits rotational energy to a generator, extends in the X direction, and is driven by a working fluid (steam) that has flowed into the casing 2. Reference numeral 1a indicates a convex portion provided on the outer peripheral surface of the rotor 1, and reference numeral R indicates a rotation direction of the rotor 1. Further, the casing 2 of the present embodiment is a pressure vessel partitioned by a pressure bulkhead.
図２は、第１実施形態のシール装置の構造を示す別の断面図である。図１が、シール装置のＸＺ断面を示しているのに対し、図２は、シール装置のＹＺ断面を示している。図１は、図２に示す線Ａにおける断面を示している。 FIG. 2 is another cross-sectional view showing the structure of the sealing device of the first embodiment. FIG. 1 shows the XZ cross section of the sealing device, while FIG. 2 shows the YZ cross section of the sealing device. FIG. 1 shows a cross section at line A shown in FIG.
図２は、ロータ１の外周面を環状に包囲するように配置された複数個（ここでは４個）のパッキンリングセグメント３と、これらのパッキンリングセグメント３によりそれぞれ保持されている複数個（ここでは４個）のブラシセグメント４とを示している。図２は、４組のパッキンリングセグメント３およびブラシセグメント４を示している。 FIG. 2 shows a plurality of (here, four) packing ring segments 3 arranged so as to surround the outer peripheral surface of the rotor 1 in an annular shape, and a plurality of packing ring segments 3 held by the packing ring segments 3 (here). The brush segment 4 is shown in (4). FIG. 2 shows four sets of packing ring segments 3 and brush segments 4.
以下、図１を参照して、１組のパッキンリングセグメント３およびブラシセグメント４について説明するが、この説明は、他の組のパッキンリングセグメント３およびブラシセグメント４にも適用される。この説明の中で、図２も適宜参照する。 Hereinafter, one set of packing ring segments 3 and brush segments 4 will be described with reference to FIG. 1, but this description also applies to other sets of packing ring segments 3 and brush segments 4. In this description, FIG. 2 will also be referred to as appropriate.
パッキンリングセグメント３は、ロータ１とケーシング２との間に設置されており、ケーシング２により保持されている。本実施形態のパッキンリングセグメント３は、図１に示すように、ケーシング２に設けられた凹部内に挿入された凸部を有している。符号３ａは、パッキンリングセグメント３の内周面に設けられたフィンを示している。図１では、パッキンリングセグメント３の−Ｘ方向の領域が高圧領域であり、パッキンリングセグメント３の＋Ｘ方向の領域が低圧領域である。図１は、高圧領域から低圧領域への流れ方向を矢印で示している。 The packing ring segment 3 is installed between the rotor 1 and the casing 2 and is held by the casing 2. As shown in FIG. 1, the packing ring segment 3 of the present embodiment has a convex portion inserted into a concave portion provided in the casing 2. Reference numeral 3a indicates fins provided on the inner peripheral surface of the packing ring segment 3. In FIG. 1, the region of the packing ring segment 3 in the −X direction is the high pressure region, and the region of the packing ring segment 3 in the + X direction is the low pressure region. In FIG. 1, the flow direction from the high pressure region to the low pressure region is indicated by an arrow.
ブラシセグメント４は、ロータ１の外周面に対向するようにパッキンリングセグメント３のロータ１側に設けられている。本実施形態のブラシセグメント４は、パッキンリングセグメント３に固定されており、かつパッキンリングセグメント３の内周面に着脱可能なように取り付けられている。 The brush segment 4 is provided on the rotor 1 side of the packing ring segment 3 so as to face the outer peripheral surface of the rotor 1. The brush segment 4 of the present embodiment is fixed to the packing ring segment 3 and is attached to the inner peripheral surface of the packing ring segment 3 so as to be removable.
ブラシ５は、ロータ１の外周面に対向するようにブラシセグメント４のロータ１側に設けられており、ブラシセグメント４を介してパッキンリングセグメント３に取り付けられている。本実施形態のブラシ５は、多数の金属細線で構成されており、パッキンリングセグメント３の内周面にフィン３ａと共に設けられている。符号Ｌ１は、ロータ１とブラシ５との間の間隙の幅を示している。本実施形態では、この間隙の幅Ｌ１を小さくすることで、シール装置のシール性能を向上させることができる。幅Ｌ１は、図２にも図示されている（ただし、図２では、ブラシ５の図示が省略されているため、Ｌ１が便宜上、ロータ１とブラシセグメント４との間の間隙の幅として図示されている）。 The brush 5 is provided on the rotor 1 side of the brush segment 4 so as to face the outer peripheral surface of the rotor 1, and is attached to the packing ring segment 3 via the brush segment 4. The brush 5 of the present embodiment is composed of a large number of thin metal wires, and is provided on the inner peripheral surface of the packing ring segment 3 together with the fins 3a. Reference numeral L1 indicates the width of the gap between the rotor 1 and the brush 5. In the present embodiment, the sealing performance of the sealing device can be improved by reducing the width L1 of the gap. The width L1 is also shown in FIG. 2 (however, in FIG. 2, since the brush 5 is not shown, the width L1 is shown as the width of the gap between the rotor 1 and the brush segment 4 for convenience. ing).
図１（および図２）は、組立時（常温時）におけるロータ１とブラシ５との間の間隙の幅Ｌ１を示している。本実施形態では、パッキンリングセグメント３およびブラシセグメント４を所定の材料で形成することで、回転機械の運転中の温度上昇により当該間隙が増加することを抑制している。このことを、本実施形態とその比較例とを比較することで説明する。 FIG. 1 (and FIG. 2) show the width L1 of the gap between the rotor 1 and the brush 5 during assembly (at room temperature). In the present embodiment, the packing ring segment 3 and the brush segment 4 are formed of a predetermined material to prevent the gap from increasing due to a temperature rise during operation of the rotating machine. This will be described by comparing the present embodiment with a comparative example thereof.
図３は、第１実施形態の比較例のシール装置の構造を示す断面図であり、図１と同様にＸＺ断面を示している。図４は、第１実施形態の比較例のシール装置の構造を示す別の断面図であり、図２と同様にＹＺ断面を示している。図３は、図４に示す線Ｂにおける断面を示している。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the sealing device of the comparative example of the first embodiment, and shows an XZ cross section in the same manner as in FIG. FIG. 4 is another cross-sectional view showing the structure of the sealing device of the comparative example of the first embodiment, and shows a YZ cross section as in FIG. 2. FIG. 3 shows a cross section at line B shown in FIG.
図３（および図４）は、運転時（温度上昇時）におけるロータ１とブラシ５との間の間隙の幅Ｌ２を示している。図３はさらに、運転時におけるケーシング２の凹部の端部とパッキンリングセグメント３の凸部の端部との間の間隙の幅Ｗを示している。 FIG. 3 (and FIG. 4) show the width L2 of the gap between the rotor 1 and the brush 5 during operation (when the temperature rises). FIG. 3 further shows the width W of the gap between the end of the concave portion of the casing 2 and the end of the convex portion of the packing ring segment 3 during operation.
本比較例では、パッキンリングセグメント３を構成する材料の線膨張係数が、ブラシセグメント４を構成する材料の線膨張係数よりも小さくなっている。そのため、回転機械の運転中にシール装置の温度が上昇すると、ブラシセグメント４の周長がパッキンリングセグメント３の周長に対して相対的に長くなる。ブラシセグメント４の熱伸びを吸収するために、パッキングリングセグメント３は、外周方向に移動してブラシセグメント４の周方向の熱伸びを吸収することとなる。その結果、ロータ１とブラシ５との間の間隙が例えばＬ１からＬ２に拡大し、シール装置のシール性能を低下させることとなる。このように、シール装置を構成する部材の特性によっては、温度上昇により当該間隙が増加して、シール性能が悪化することとなる。なお、パッキンリングセグメント３とブラシセグメント４との間の間隙の幅Ｗは、ゼロからＬ２−Ｌ１に増加することとなる。 In this comparative example, the coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment 3 is smaller than the coefficient of linear expansion of the material constituting the brush segment 4. Therefore, when the temperature of the sealing device rises during the operation of the rotating machine, the peripheral length of the brush segment 4 becomes relatively longer than the peripheral length of the packing ring segment 3. In order to absorb the thermal elongation of the brush segment 4, the packing ring segment 3 moves in the outer peripheral direction and absorbs the thermal elongation in the circumferential direction of the brush segment 4. As a result, the gap between the rotor 1 and the brush 5 is expanded from L1 to L2, for example, and the sealing performance of the sealing device is deteriorated. As described above, depending on the characteristics of the members constituting the sealing device, the gap increases due to the temperature rise, and the sealing performance deteriorates. The width W of the gap between the packing ring segment 3 and the brush segment 4 increases from zero to L2-L1.
ここで、ブラシセグメント４の周長のパッキンリングセグメント３の周長に対する伸び量ΔＬを試算することにする。 Here, the amount of elongation ΔL with respect to the peripheral length of the packing ring segment 3 of the peripheral length of the brush segment 4 will be calculated.
ある部材の線膨張係数は、関係式Δｌ＝α×ｌ×Δｔで与えられる。ここでｌ、Δｌ、Δｔ、αはそれぞれ、この部材の長さ、長さの変化、温度の変化、線膨張係数を表す。この関係式から、パッキンリングセグメント３の長さｌの変化Δｌと、ブラシセグメント４の長さｌの変化Δｌとを算出し、両者の長さｌの変化Δｌの差を算出すれば、伸び量ΔＬを算出することができる。よって、ブラシセグメント４の線膨張係数を２０×１０−６、パッキングリングセグメント３の線膨張係数を１０×１０−６、ブラシセグメント４の内径を６００ｍｍ、温度上昇値を４００℃とすると、伸び量ΔＬは以下のように算出される。 The coefficient of linear expansion of a member is given by the relational expression Δl = α × l × Δt. Here, l, Δl, Δt, and α represent the length of this member, the change in length, the change in temperature, and the coefficient of linear expansion, respectively. From this relational expression, the change Δl of the length l of the packing ring segment 3 and the change Δl of the length l of the brush segment 4 are calculated, and the difference between the changes Δl of the length l of both is calculated. ΔL can be calculated. Therefore, assuming that the coefficient of linear expansion of the brush segment 4 is 20 × 10-6 , the coefficient of linear expansion of the packing ring segment 3 is 10 × 10-6 , the inner diameter of the brush segment 4 is 600 mm, and the temperature rise value is 400 ° C. ΔL is calculated as follows.
ΔＬ＝Δｌ（ブラシセグメント４）−Δｌ（パッキングリングセグメント３）
＝（２０×１０−６−１０×１０−６）×６００ｍｍ×π×４００℃
＝０．７５ｍｍ
この周方向の伸び量ΔＬ（＝０．７５ｍｍ）を吸収するために、ロータ１とブラシ５との間の（半径方向の）間隙はＬ１からＬ２に増加する。間隙の増加量Ｌ２−Ｌ１は、以下のように算出される。
ΔL = Δl (brush segment 4) −Δl (packing ring segment 3)
= (20 × 10 -6 -10 × 10 -6 ) × 600 mm × π × 400 ° C
= 0.75 mm
In order to absorb the elongation amount ΔL (= 0.75 mm) in the circumferential direction, the gap (in the radial direction) between the rotor 1 and the brush 5 increases from L1 to L2. The amount of increase in the gap L2-L1 is calculated as follows.
Ｌ２−Ｌ１＝０．７５ｍｍ÷２π
＝０．１２ｍｍ
このような間隙の増加により、シール装置のシール性能が悪化することとなる。
L2-L1 = 0.75mm ÷ 2π
= 0.12 mm
Due to such an increase in the gap, the sealing performance of the sealing device deteriorates.
一方、本実施形態では、パッキンリングセグメント３を構成する材料の線膨張係数が、ブラシセグメント４を構成する材料の線膨張係数以上となっている（図１）。そのため、回転機械の運転中にシール装置の温度が上昇すると、パッキンリングセグメント３の周長がブラシセグメント４の周長に対して相対的に長くなる。この場合、互いに隣接するパッキンリングセグメント３間には一般にクリアランスがあることから（図２）、パッキンリングセグメント３の熱伸びをこのクリアランスで吸収することができる。よって、本実施形態によれば、比較例のようにロータ１とブラシ５との間の間隙が拡大することが抑制することが可能となる。 On the other hand, in the present embodiment, the coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment 3 is equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the material constituting the brush segment 4 (FIG. 1). Therefore, when the temperature of the sealing device rises during the operation of the rotating machine, the peripheral length of the packing ring segment 3 becomes relatively longer than the peripheral length of the brush segment 4. In this case, since there is generally a clearance between the packing ring segments 3 adjacent to each other (FIG. 2), the heat elongation of the packing ring segment 3 can be absorbed by this clearance. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress the expansion of the gap between the rotor 1 and the brush 5 as in the comparative example.
また、本実施形態では、ロータ１を構成する材料の線膨張係数が、パッキンリングセグメント３を構成する材料の線膨張係数以上となっていてもよい（図１）。この場合、回転機械の運転中に回転機械の温度が上昇すると、ロータ１の外周面の半径がブラシセグメント４の内周面の半径に対して相対的に長くなる。これは、ロータ１とブラシセグメント４との距離を短くするように作用し、従って、ロータ１とブラシ５との間の間隙を小さくするように作用する。よって、本実施形態によれば、ロータ１およびパッキンリングセグメント３の線膨張係数をこのように設定することで、ロータ１とブラシ５との間の間隙の拡大を抑制することが可能となる。 Further, in the present embodiment, the coefficient of linear expansion of the material constituting the rotor 1 may be equal to or higher than the coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment 3 (FIG. 1). In this case, if the temperature of the rotating machine rises during the operation of the rotating machine, the radius of the outer peripheral surface of the rotor 1 becomes relatively longer than the radius of the inner peripheral surface of the brush segment 4. This acts to reduce the distance between the rotor 1 and the brush segment 4, and thus to reduce the gap between the rotor 1 and the brush 5. Therefore, according to the present embodiment, by setting the linear expansion coefficients of the rotor 1 and the packing ring segment 3 in this way, it is possible to suppress the expansion of the gap between the rotor 1 and the brush 5.
また、本実施形態では、ロータ１を構成する材料の線膨張係数が、ケーシング２を構成する材料の線膨張係数以上となっていてもよい（図１）。この場合、回転機械の運転中に回転機械の温度が上昇すると、ロータ１の外周面の半径がケーシング２の内周面の半径に対して相対的に長くなる。これは、ブラシセグメント４を支えるフックの位置をロータ１に近付けるように作用し、従って、ロータ１とブラシ５との間の間隙を小さくするように作用する。よって、本実施形態によれば、ロータ１およびケーシング２の線膨張係数をこのように設定することで、ロータ１とブラシ５との間の間隙の拡大を抑制することが可能となる。 Further, in the present embodiment, the coefficient of linear expansion of the material constituting the rotor 1 may be equal to or higher than the coefficient of linear expansion of the material constituting the casing 2 (FIG. 1). In this case, if the temperature of the rotating machine rises during the operation of the rotating machine, the radius of the outer peripheral surface of the rotor 1 becomes relatively longer than the radius of the inner peripheral surface of the casing 2. This acts to bring the position of the hook supporting the brush segment 4 closer to the rotor 1, and thus to reduce the gap between the rotor 1 and the brush 5. Therefore, according to the present embodiment, by setting the linear expansion coefficients of the rotor 1 and the casing 2 in this way, it is possible to suppress the expansion of the gap between the rotor 1 and the brush 5.
本実施形態では、パッキンリングセグメント３を構成する材料の線膨張係数が、ブラシセグメント４を構成する材料の線膨張係数以上となるように、パッキンリングセグメント３やブラシセグメント４の材料を選定する。これは、ロータ１やケーシング２の材料の選定についても同様である。以下、図５および図６を参照して、これらの材料の詳細について説明する。 In the present embodiment, the materials of the packing ring segment 3 and the brush segment 4 are selected so that the coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment 3 is equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the material constituting the brush segment 4. This also applies to the selection of materials for the rotor 1 and the casing 2. The details of these materials will be described below with reference to FIGS. 5 and 6.
図５は、第１実施形態のシール装置の構成を説明するためのグラフである。 FIG. 5 is a graph for explaining the configuration of the sealing device of the first embodiment.
曲線Ｃ１、Ｃ２は、パッキンリングセグメント３を構成する材料がＣｒＭｏ、１５Ｃｒである場合のパッキンリングセグメント３の線膨張係数の温度変化を示している。曲線Ｃ３、Ｃ４は、ブラシセグメント４を構成する材料が１２Ｃｒ、１８Ｃｒ９Ｎｉである場合のケーシング２の線膨張係数の温度変化を示している。曲線Ｃ５、Ｃ６は、ロータ１を構成する材料がＣｒＭｏ、１２Ｃｒである場合のロータ１の線膨張係数の温度変化を示している。曲線Ｃ７、Ｃ８は、ケーシング２を構成する材料がＣｒＭｏ、１２Ｃｒである場合のケーシング２の線膨張係数の温度変化を示している。ここで、Ｃｒはクロム、Ｍｏはモリブデン、Ｎｉはニッケルを表す。以下、曲線Ｃ１〜Ｃ８を同じ温度で比較する。 Curves C1 and C2 show the temperature change of the coefficient of linear expansion of the packing ring segment 3 when the materials constituting the packing ring segment 3 are CrMo and 15Cr. Curves C3 and C4 show the temperature change of the coefficient of linear expansion of the casing 2 when the materials constituting the brush segment 4 are 12Cr and 18Cr9Ni. Curves C5 and C6 show the temperature change of the coefficient of linear expansion of the rotor 1 when the materials constituting the rotor 1 are CrMo and 12Cr. Curves C7 and C8 show the temperature change of the coefficient of linear expansion of the casing 2 when the materials constituting the casing 2 are CrMo and 12Cr. Here, Cr represents chromium, Mo represents molybdenum, and Ni represents nickel. Hereinafter, the curves C1 to C8 are compared at the same temperature.
曲線Ｃ１またはＣ２と曲線Ｃ４とを比較した場合、パッキンリングセグメント３の線膨張係数は、ブラシセグメント４の線膨張係数よりも小さい。一方、曲線Ｃ１またはＣ２と曲線Ｃ３とを比較した場合、パッキンリングセグメント３の線膨張係数は、ブラシセグメント４の線膨張係数よりも大きい。よって、パッキンリングセグメント３を構成する材料がＣｒＭｏまたは１５Ｃｒである場合には（曲線Ｃ１またはＣ２）、ブラシセグメント４を構成する材料は１２Ｃｒとすることが望ましい（曲線Ｃ３）。 When the curve C1 or C2 is compared with the curve C4, the coefficient of linear expansion of the packing ring segment 3 is smaller than the coefficient of linear expansion of the brush segment 4. On the other hand, when the curve C1 or C2 is compared with the curve C3, the coefficient of linear expansion of the packing ring segment 3 is larger than the coefficient of linear expansion of the brush segment 4. Therefore, when the material constituting the packing ring segment 3 is CrMo or 15Cr (curve C1 or C2), it is desirable that the material constituting the brush segment 4 is 12Cr (curve C3).
また、曲線Ｃ１またはＣ２と曲線Ｃ６とを比較した場合、パッキンリングセグメント３の線膨張係数は、ロータ１の線膨張係数よりも大きい。一方、曲線Ｃ１またはＣ２と曲線Ｃ５とを比較した場合、パッキンリングセグメント３の線膨張係数は、ロータ１の線膨張係数よりも小さい。よって、パッキンリングセグメント３を構成する材料がＣｒＭｏまたは１５Ｃｒである場合には（曲線Ｃ１またはＣ２）、ロータ１を構成する材料はＣｒＭｏとすることが望ましい（曲線Ｃ５）。 Further, when the curve C1 or C2 is compared with the curve C6, the coefficient of linear expansion of the packing ring segment 3 is larger than the coefficient of linear expansion of the rotor 1. On the other hand, when the curve C1 or C2 is compared with the curve C5, the coefficient of linear expansion of the packing ring segment 3 is smaller than the coefficient of linear expansion of the rotor 1. Therefore, when the material constituting the packing ring segment 3 is CrMo or 15Cr (curve C1 or C2), it is desirable that the material constituting the rotor 1 is CrMo (curve C5).
また、曲線Ｃ５と曲線Ｃ７とを比較した場合や、曲線Ｃ５と曲線Ｃ８とを比較した場合や、曲線Ｃ６と曲線Ｃ８とを比較した場合には、ロータ１の線膨張係数は、ケーシング２の線膨張係数よりも大きい。よって、ロータ１とケーシング２の材料の組合せは「ＣｒＭｏ、ＣｒＭｏ」「ＣｒＭｏ、１２Ｃｒ」「１２Ｃｒ、１２Ｃｒ」のいずれかにすることが望ましい。 Further, when the curve C5 and the curve C7 are compared, when the curve C5 and the curve C8 are compared, or when the curve C6 and the curve C8 are compared, the coefficient of linear expansion of the rotor 1 is the coefficient of linear expansion of the casing 2. Greater than the coefficient of linear expansion. Therefore, it is desirable that the material combination of the rotor 1 and the casing 2 be any of "CrMo, CrMo", "CrMo, 12Cr", and "12Cr, 12Cr".
なお、パッキンリングセグメント３を構成する材料を例えばＣｒＭｏとする場合には、パッキンリングセグメント３全体をＣｒＭｏで構成してもよいし、パッキンリングセグメント３の大部分をＣｒＭｏで構成してもよい。これは、ブラシセグメント４、ロータ１、ケーシング２についても同様である。 When the material constituting the packing ring segment 3 is, for example, CrMo, the entire packing ring segment 3 may be composed of CrMo, or most of the packing ring segment 3 may be composed of CrMo. This also applies to the brush segment 4, the rotor 1, and the casing 2.
図６は、第１実施形態のシール装置の構成を説明するための別のグラフである。具体的には、図６は、ロータ１とブラシ５との間の間隙の幅の温度変化を示している。以下、これを間隙変化と呼ぶ。 FIG. 6 is another graph for explaining the configuration of the sealing device of the first embodiment. Specifically, FIG. 6 shows the temperature change in the width of the gap between the rotor 1 and the brush 5. Hereinafter, this is referred to as a gap change.
曲線Ｄ１は、パッキンリングセグメント３を構成する材料がＣｒＭｏ（曲線Ｃ１）、ブラシセグメント４を構成する材料が１８Ｃｒ９Ｎｉ（曲線Ｃ４）である場合の間隙変化を示している。曲線Ｄ２は、パッキンリングセグメント３を構成する材料がＣｒＭｏ（曲線Ｃ１）、ブラシセグメント４を構成する材料が１２Ｃｒ（曲線Ｃ３）である場合の間隙変化を示している。 The curve D1 shows the gap change when the material forming the packing ring segment 3 is CrMo (curve C1) and the material forming the brush segment 4 is 18Cr9Ni (curve C4). The curve D2 shows the gap change when the material forming the packing ring segment 3 is CrMo (curve C1) and the material forming the brush segment 4 is 12Cr (curve C3).
曲線Ｄ３は、パッキンリングセグメント３を構成する材料がＣｒＭｏ（曲線Ｃ１）、ロータ１を構成する材料が１２Ｃｒ（曲線Ｃ６）である場合の間隙変化を示している。曲線Ｄ４は、パッキンリングセグメント３を構成する材料が１５Ｃｒ（曲線Ｃ２）、ロータ１を構成する材料がＣｒＭｏ（曲線Ｃ５）である場合の間隙変化を示している。 The curve D3 shows the gap change when the material constituting the packing ring segment 3 is CrMo (curve C1) and the material constituting the rotor 1 is 12Cr (curve C6). The curve D4 shows the gap change when the material forming the packing ring segment 3 is 15Cr (curve C2) and the material forming the rotor 1 is CrMo (curve C5).
曲線Ｄ５は、ケーシング２を構成する材料がＣｒＭｏ（曲線Ｃ７）、ロータ１を構成する材料が１２Ｃｒ（曲線Ｃ６）である場合の間隙変化を示している。曲線Ｄ６は、ケーシング２を構成する材料が１２Ｃｒ（曲線Ｃ８）、ロータ１を構成する材料がＣｒＭｏ（曲線Ｃ５）である場合の間隙変化を示している。 The curve D5 shows the gap change when the material constituting the casing 2 is CrMo (curve C7) and the material constituting the rotor 1 is 12Cr (curve C6). The curve D6 shows the gap change when the material constituting the casing 2 is 12Cr (curve C8) and the material constituting the rotor 1 is CrMo (curve C5).
例えば、曲線Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５では温度上昇による間隙の増大が大きいか増大があるため、曲線Ｃ１と曲線Ｃ４との組合せや、曲線Ｃ１と曲線Ｃ６との組合せや、曲線Ｃ７と曲線Ｃ６との組合せは好ましくないことが分かる。これは図５を参照して説明した通りである。 For example, in the curves D1, D3, and D5, since the increase in the gap due to the temperature rise is large or large, the combination of the curve C1 and the curve C4, the combination of the curve C1 and the curve C6, and the curve C7 and the curve C6 It turns out that the combination is not preferable. This is as described with reference to FIG.
一方、曲線Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６では温度上昇による間隙の増大がないか減少があるため、曲線Ｃ１と曲線Ｃ３との組合せや、曲線Ｃ２と曲線Ｃ５との組合せや、曲線Ｃ８と曲線Ｃ５との組合せは好ましいことが分かる。これも図５を参照して説明した通りである。 On the other hand, in the curves D2, D4, and D6, since the gap increases or decreases due to the temperature rise, the combination of the curve C1 and the curve C3, the combination of the curve C2 and the curve C5, and the curve C8 and the curve C5 It turns out that the combination is preferable. This is also as described with reference to FIG.
以上のように、本実施形態では、パッキンリングセグメント３を構成する材料の線膨張係数が、ブラシセグメント４を構成する材料の線膨張係数以上となっている。よって、本実施形態によれば、温度変化によるシール装置のシール性能の悪化を抑制することが可能となる。同様の理由から、本実施形態では、ロータ１を構成する材料の線膨張係数が、パッキンリングセグメント３を構成する材料の線膨張係数以上となっていてもよいし、またはケーシング２を構成する材料の線膨張係数以上となっていてもよい。 As described above, in the present embodiment, the coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment 3 is equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the material constituting the brush segment 4. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress deterioration of the sealing performance of the sealing device due to a temperature change. For the same reason, in the present embodiment, the coefficient of linear expansion of the material constituting the rotor 1 may be equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment 3, or the material constituting the casing 2. It may be equal to or more than the coefficient of linear expansion of.
なお、本実施形態では、パッキンリングセグメント３の線膨張係数がブラシセグメント４の線膨張係数以上であるという関係（以下「関係１」と呼ぶ）と、ロータ１の線膨張係数がパッキンリングセグメント３の線膨張係数以上であるという関係（以下「関係２」と呼ぶ）と、ロータ１の線膨張係数がケーシング２の線膨張係数以上であるという関係（以下「関係３」と呼ぶ）について説明したが、本実施形態の回転機械には、これらの関係の１つのみを適用してもよいし、これらの関係の２つ以上を適用してもよい。例えば、本実施形態の回転機械には、関係２のみを適用してもよいし、関係１および関係３を適用してもよい。 In the present embodiment, the coefficient of linear expansion of the packing ring segment 3 is equal to or higher than the coefficient of linear expansion of the brush segment 4 (hereinafter referred to as “relationship 1”), and the coefficient of linear expansion of the rotor 1 is the packing ring segment 3. The relationship that the coefficient of linear expansion of the rotor 1 is equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the rotor 1 (hereinafter referred to as "relationship 2") and the relationship that the coefficient of linear expansion of the rotor 1 is equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the casing 2 (hereinafter referred to as "relationship 3") have been described. However, only one of these relationships may be applied to the rotating machine of the present embodiment, or two or more of these relationships may be applied. For example, only relationship 2 may be applied to the rotating machine of the present embodiment, or relationship 1 and relationship 3 may be applied.
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ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。本明細書で説明した新規な装置および機械は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および機械の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。 Although some embodiments have been described above, these embodiments are presented only as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel devices and machines described herein can be implemented in a variety of other forms. In addition, various omissions, substitutions, and changes can be made to the forms of the apparatus and the machine described in the present specification without departing from the gist of the invention. The appended claims and their equivalent scope are intended to include such forms and variations contained within the scope and gist of the invention.
１：ロータ、１ａ：凸部、２：ケーシング、３：パッキンリングセグメント、
３ａ：フィン、４：ブラシセグメント、５：ブラシ
1: Rotor, 1a: Convex part, 2: Casing, 3: Packing ring segment,
3a: Fins, 4: Brush segments, 5: Brushes
Claims (8)
前記ロータに対向するように前記パッキンリングセグメントの前記ロータ側に設けられたブラシセグメントと、
前記ロータに対向するように前記ブラシセグメントの前記ロータ側に設けられたブラシとを備え、
前記パッキンリングセグメントを構成する材料の線膨張係数は、前記ブラシセグメントを構成する材料の線膨張係数以上である、シール装置。 A packing ring segment installed between a casing accommodating a working fluid and a rotor rotating in the casing and held by the casing.
A brush segment provided on the rotor side of the packing ring segment so as to face the rotor,
A brush provided on the rotor side of the brush segment so as to face the rotor is provided.
A sealing device in which the coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment is equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the material constituting the brush segment.
前記ロータに対向するように前記パッキンリングセグメントの前記ロータ側に設けられたブラシセグメントと、
前記ロータに対向するように前記ブラシセグメントの前記ロータ側に設けられたブラシとを備え、
前記ロータを構成する材料の線膨張係数は、前記パッキンリングセグメントを構成する材料の線膨張係数以上である、または前記ケーシングを構成する材料の線膨張係数以上である、シール装置。 A packing ring segment installed between a casing accommodating a working fluid and a rotor rotating in the casing and held by the casing.
A brush segment provided on the rotor side of the packing ring segment so as to face the rotor,
A brush provided on the rotor side of the brush segment so as to face the rotor is provided.
A sealing device in which the coefficient of linear expansion of the material constituting the rotor is equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment, or equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the material constituting the casing.
前記ケーシング内で回転するロータと、
前記ケーシングと前記ロータとの間に設置され、前記ケーシングにより保持されているパッキンリングセグメントと、
前記ロータに対向するように前記パッキンリングセグメントの前記ロータ側に設けられたブラシセグメントと、
前記ロータに対向するように前記ブラシセグメントの前記ロータ側に設けられたブラシとを備え、
前記パッキンリングセグメントを構成する材料の線膨張係数は、前記ブラシセグメントを構成する材料の線膨張係数以上である、または前記ロータを構成する材料の線膨張係数は、前記パッキンリングセグメントを構成する材料の線膨張係数以上である、または前記ロータを構成する材料の線膨張係数は、前記ケーシングを構成する材料の線膨張係数以上である、回転機械。 A casing that houses the working fluid and
A rotor that rotates in the casing and
A packing ring segment installed between the casing and the rotor and held by the casing,
A brush segment provided on the rotor side of the packing ring segment so as to face the rotor,
A brush provided on the rotor side of the brush segment so as to face the rotor is provided.
The coefficient of linear expansion of the material constituting the packing ring segment is equal to or higher than the coefficient of linear expansion of the material constituting the brush segment, or the coefficient of linear expansion of the material constituting the rotor is the material constituting the packing ring segment. The coefficient of linear expansion of the material constituting the rotor, or the coefficient of linear expansion of the material constituting the casing, is equal to or greater than the coefficient of linear expansion of the material constituting the casing.
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