JP3643692B2 - 回転機械のシール装置 - Google Patents

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    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0887—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing the sealing effect being obtained by elastic deformation of the packing

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン等の高温ガスが通流する回転機械のガスシールを行なうためのシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７はガスタービンの要部構造図であり、同図において、１は回転軸に固定されたタービンディスク、１０は同タービンディスク１の外周に植え込まれた動翼、１１は静翼である。同静翼１１の内周には、ガス通路１２と、タービンディスク１，１の間に形成された冷却空間１４との間のガスシールを行なうためのラビリンスシール１５が設けられている。１３は上記冷却空間に冷却流体を送るための冷却空気通路である。
【０００３】
２は上記ラビリンスシール１５の内側に設けられたシール板である。上記シール板２は、図８に示されるように、薄肉の金属環を円周方向に複数個（この例では２個）に分割してなり、その分割部２ｃは上下面にガスタイト面を有する段付き形状となっている。そして上記シール板２は相隣るタービンディスク１，１に設けられた溝１ａ（図２参照）内に組み付けられ、タービンディスク１の高速回転による同シール板２自体の遠心力によって、上記溝１ａの外周面１ｂに押し付けられ、上記冷却空間１４とガス通路１２との圧力差による冷却流体のガス通路１２側への漏洩を阻止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のシール板を用いたガスタービンにあっては、シール板２が円周方向に複数個に分割されているため、この分割部２ｃから流体が侵入し易い。そして上記シール板２はその遠心力のみで上記タービンディスク１の溝１ａの外周面１ｂに押し付けられているため、押付力が小さく、上記流体の侵入によりシール板２に自励振動が発生し易い。このため上記従来のシール構造にあっては、上記自励振動によってシール板２が摩耗、減肉を起こし、これにより、シール不良の発生をみるという問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は、シール板を大きな取付力で以って確実にタービンディスクに固定することにより、シール板の自励振動を低減し、この自励振動によるシール板の摩耗、減肉、及びこれに伴なうシール不良の発生を防止した回転機械のシール装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような問題点を解決するもので、その要旨とする第１の手段は、回転駆動されるディスク部に設けられた溝内に同溝よりも外周側の流体通路と内周側の流体通路との間の流体をシールするシール板を設けてなるシール装置を備えた回転機械において、上記シール板を円周方向に沿って複数個に分割して上記ディスク部の溝内に挿入するとともに、同シール板の内側にばね板を挿入し、同ばね板の弾力により上記シール板を上記溝のシール面に押し付けるように構成されてなることを特徴とする回転機械のシール装置にある。
【０００７】
上記手段によれば、回転機械の運転中、シール板は、同シール板自体の遠心力に加え、ばね板の弾力及びばね板自体の遠心力の合力により溝のシール面に押し付けられるので、同シール面において流体のシールが確実になされる。
【０００８】
また、上記シール板は上記合力による大きな押付力で以ってディスク部溝のシール面に押付けられるので、シール板の分割部に流体が侵入しても、従来のもののように大きな自励振動が発生することは無く、自励振動が低減され、同自励振動によるシール板の摩耗や減肉の発生が防止される。
【０００９】
また第２の手段は、上記第１の手段において、上記シール板を複数板重ねて上記溝内に挿入し、同シール板の内側に上記ばね板を挿入してなる。
【００１０】
上記手段によればシール板を複数板重ねることにより、シール板自体の遠心力が増し、シール板をより大きな押付力で以って溝内のシール面に押付けることができ、シール性がさらに向上する。また、シール板同士の接触部における摩擦により自励振動のさらなる低減がなされる。
【００１１】
第３の手段は、回転駆動されるディスク部に設けられた溝内に同溝よりも外周側の流体通路と内周側の流体通路との間の流体をシールするシール板を設けてなるシール装置を備えた回転機械において、上記シール板は、円周方向に沿って複数個に分割されるとともに、分割部の一方側に突起部が形成され、他方側には同突起部が円周方向に所定の隙間を存して嵌入される溝が形成されてなることを特徴とする回転機械のシール装置にある。
【００１２】
上記手段によれば、シール板の突起部と溝とを嵌合させて複数のシール板を円周方向に連結するので、シール板の組付け作業が容易化されるとともに、円周方向応力が低減される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図７は本発明が適用されるガスタービンの要部構造図である。図７において、１は回転軸に固定されたタービンディスクであり、各ディスク１の外周には動翼１０が円周方向等間隔に植え込まれている。１１は静翼であり、同静翼１１の内周には、ガス流路１２とタービンディスク１，１間に形成された冷却空間１４との間のガスシールを行うためのラビリンスシール１５が設けられている。
【００１４】
１３は上記冷却空間に冷却空気を送るための冷却空気通路である。２は本発明の対象とするシール板で、上記ラビリンスシール１５の内周に設けられている。
【００１５】
図１〜図３は本発明の実施形態に係る上記シール板２の構造及びその取付態様を示し、図１はシール板の部分正面図、図２は同シール板の取付状態を示す要部断面図、図３は同シール板の組立斜視図である。図１及び図３において、シール板２は、薄肉の金属環を円周方向に複数個に分割されてなり、分割部２１は上下の合せ面つまりガスタイト面を有する段付状に形成されている。
【００１６】
また上記シール板２の内周側には、波状に形成されたばね板３が設けられている。同ばね板３は、図１、図３に示されるように、円周方向に複数個に分割され、適宜の箇所に設けた嵌合穴３ａが上記シール板２の内周面から突設されたピン４に嵌合されることにより円周方向のずれを阻止されている。
【００１７】
図２は上記シール板２及びばね板３をタービンディスク１に組み込んだ状態を示す。図２において１，１は相隣る段落のタービンディスク、１ａは同タービンディスク１，１の上記ラビリンスシール１５（図７参照）の内側に設けられた溝で、同溝１ａ内に上記シール板２が上記ばね板３の弾力によりその内周側から押圧されて組み込まれている。
【００１８】
上記構成からなるガスタービンの作動時において、タービンのガス通路１２を高温の作動ガスが通流し、上記シール板２及びラビリンスシール１５の内側の冷却空間１４には低温の冷却空気が導入される。然るに、上記高速回転されるタービンディスク１，１の溝１ａ内に組み込まれたシール板２はばね板３の弾力及び、上記シール板２自体の遠心力にばね板３の遠心力が付加され、これらの合力によって上記溝１ａの外周面１ｂに押し付けられるので、この外周面においてガス通路１２内の高温ガスと冷却空間１４内の冷却空気との圧力差による冷却空気の漏洩は確実にシールされる。
【００１９】
また、上記シール板２は上記のように、ばね板３の弾力及びこれの遠心力によって上記溝１ａ内に堅固に取付けられるので、シール板２及びばね板３の円周方向への移動が阻止され、同シール板２の分割部２１からガスあるいは冷却空気が浸入しても従来のもののような大きな自励振動の発生は無い。
【００２０】
また上記シール板２とばね板３との相対移動はピン４にて阻止されるので両者間でずれが発生することは無い。
【００２１】
図４〜図５は本発明の実施の第２形態を示し、図４はシール板及びばね板の部分断面図（正面側の断面図）、図５はシール装置の取付状態を示す断面図である。
【００２２】
この実施形態においてはシール板２，２′を半径方向に２枚重ね（２枚以上でもよい）て設けている。即ち図４〜図５において、２は外側のシール板、２′は内側のシール板であり、両シール板２，２′は、図５に示すように半径方向に重ねられてタービンディスク１，１の溝１ａ内に挿入され、内側のシール板２′の内周に上記第１形態と同様なばね板３が挿入されている。上記外側のシール板２及び内側のシール板２′は円周方向に複数個に分割されている。２２はシール板２の分割部、２３はシール板２′の分割部を夫々示す。そして、上記シール板２，２′及びばね板３は、外側のシール板２の円周方向適所に固着されたピン４を内側のシール板２′の穴２ａ及びばね板３の穴３ａに嵌合することにより、上記３部材の円周方向のずれを阻止している。
【００２３】
この実施形態においては、シール板を２枚重ねで設けることにより、シール板２，２′分の遠心力が増加してシール性が向上するとともに、外側のシール板２と内側のシール板２′との接触面が、摩擦による自励振動の減衰作用をなし、上記自励振動が第１形態よりもさらに低減される。
【００２４】
図６（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施の第３形態を示し、同図（Ａ）はシール板の組付け前の状態、同図（Ｂ）は組付け後の状態を夫々示す。
【００２５】
図６（Ａ），（Ｂ）において、円周方向に沿って分割されたシール板２，２′の一方側のガスタイト面の内周には突起部５が突設され、他方側のガスタイト面の外周には溝６が凹設されている。同溝６は、その円周方向幅を上記突起５の幅よりも大きく形成され、図６（Ｂ）のように、双方のシール板２，２′がガスタイト面で重ね合わされてタービンディスク１，１の溝１ａ（図２参照）に取付けられたとき、円周方向に微少量相対移動可能として組付け作業を容易化するとともに、高温、高負荷時におけるシール板の円周方向応力を低減させている。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、請求項１の発明によれば、シール板自体の遠心力に加え、ばね板の弾力及びそれ自体の遠心力によりシール板が強い力でシール面に押し付けられるので、従来のものよりも同シール面におけるシール性が向上するとともに、シール板の分割部に流体が浸入した場合の自励振動が抑制される。これによりシール板の摩耗、減肉によるシール不良の発生を防止することができる。
【００２７】
また請求項２のように構成すれば、シール板を複数板重ねることによりシール板の遠心力が増大してシール面の押付力が増大し、シール性能がさらに向上するとともに、シール板同士の接触による振動減衰作用により自励振動がさらに抑制される。
【００２８】
さらに請求項３のように構成すればシール板の組立が容易化されるとともに、シール板が円周方向に自由度を持つので、円周方向応力が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るガスタービン用シール装置の部分正面図。
【図２】上記実施形態におけるシール装置の要部断面図。
【図３】上記実施形態におけるシール板の斜視図。
【図４】本発明の第２実施形態を示す要部正面断面図。
【図５】上記第２形態における図２応当図。
【図６】本発明の実施の第３形態に係るシール板の部分正面図で、（Ａ）は組み込み前、（Ｂ）は組み込み後を示す。
【図７】ガスタービンの要部断面図。
【図８】従来のシール板の斜視図。
【符号の説明】
１ タービンディスク
１ａ 溝
２，２′ シール板
３ ばね板
４ ピン
５ 突起部
６ 溝
１０ 動翼
１１ 静翼
１２ ガス通路
１３ 冷却空気通路
１４ 冷却空間

Claims (3)

  1. 回転駆動されるディスク部に設けられた溝内に同溝よりも外周側の流体通路と内周側の流体通路との間の流体をシールするシール板を設けてなるシール装置を備えた回転機械において、上記シール板を円周方向に沿って複数個に分割して上記ディスク部の溝内に挿入するとともに、同シール板の内側にばね板を挿入し、同ばね板の弾力により上記シール板を上記溝のシール面に押し付けるように構成されてなることを特徴とする回転機械のシール装置。
  2. 上記シール板を複数板重ねて上記溝内に挿入し、同シール板の内側に上記ばね板を挿入してなる請求項１に記載の回転機械のシール装置。
  3. 回転駆動されるディスク部に設けられた溝内に同溝よりも外周側の流体通路と内周側の流体通路との間の流体をシールするシール板を設けてなるシール装置を備えた回転機械において、上記シール板は、円周方向に沿って複数個に分割されるとともに、分割部の一方側に突起部が形成され、他方側には同突起部が円周方向に所定の隙間を存して嵌入される溝が形成されてなることを特徴とする回転機械のシール装置。
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