JP4763019B2 - シール装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気タービン等の回転軸を有する回転機器に適用されるシール装置に関する。

高負荷条件（高温、高圧、高速）で使用される蒸気タービンは、蒸気の流入口と排出口とを有するハウジングと、このハウジングを貫通するように設けられたロータ軸とを備え、ロータ軸の外周面とハウジングと間には、ハウジング内の高圧の蒸気が外部に漏洩するのを防止するためのシール装置が設けられている。
例えば、下記特許文献１に記載されたシール装置は、回転軸の外周面に対して隙間をもって配置されたラビリンスシールを備えており、このラビリンスシールの内周面には、断面先細り形状の複数の突起が軸方向に並べた状態で形成されている。
また、回転軸の外周面にラビリンスシールの突起の先端部が入り込む凹溝を形成することによって、シール性を向上させる技術も知られている。

特開昭６１−１７１９６８号公報

しかしながら、特許文献１記載のラビリンスシールは突起を備えた複雑な構造であり、突起の寸法精度が要求されるために製造コストが非常に高くなるという問題がある。また、ラビリンスシールの突起に対応させて回転軸に凹溝を形成した場合、さらに製造コストが高くなるとともに、ハウジングへの組み込みや分解の作業性が悪化し、熱による回転軸の伸びに対応できないという問題がある。
また、ラビリンスシールは回転軸との隙間を小さくし難いため、高圧条件下で蒸気の漏洩を確実に防止するのは困難であり、この漏洩を抑制するためにはラビリンスシールの軸方向長さを長くする必要があり、シール装置全体の大型化につながる。
さらに、回転軸の軸振れによってラビリンスシールの突起先端が回転軸に接触すると、回転軸に傷が付き、この傷が漏れ路となって蒸気の漏洩が生じ易くなる。そして、回転軸に傷が付くと早期の交換が必要となり、交換に要する作業負担やコストが多大となる。

本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、回転軸の外周面とハウジングとの間の流体の漏洩を簡素な構造で確実に防止することができるシール装置を提供することを主目的とする。

本発明は、高圧側と低圧側とを区画するハウジングと、このハウジングに形成された貫通孔に挿入される回転軸の外周面との間をシールするシール装置であって、
前記回転軸の外周面に対してシール隙間をあけた状態で配置されるとともに、軸方向に間隔をあけて並設された複数のシールリングと、径方向の移動を許容した状態で前記シールリングを収容する凹溝と、前記シール隙間に連通するように前記複数のシールリング間に形成されたキャビティとを有するとともに、前記貫通孔に装着されるシールケースと、前記シールリングの低圧側の軸方向一端面を前記凹溝の側面に圧接させる付勢部材と、前記キャビティ内の流体を吸引する吸引手段と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、回転軸の外周面とシールリングとの間にシール隙間が形成されるので、当該シール隙間によって高圧側から低圧側への流体の流れを制限することができ、ハウジングの外部へ流体が漏洩するのを抑制することができる。また、シールリングの低圧側端面が凹溝の側面に圧接されるので、シールリングとシールケースとの間のシール性を確保することができ、当該間から流体が漏洩するのを防止することができる。そして、複数のシールリングの間にはシール隙間に連通するキャビティが形成され、このキャビティ内の流体が吸引手段によって吸引されるので、シール隙間に存在する流体についてもキャビティ内に導いて吸引することが可能となり、シール隙間からハウジングの外部へ流体が漏洩するのを確実に防止することができる。

以上のような構成によってハウジング内の流体の漏洩を確実に防止できるので、シールリングの形状をラビリンスシールのような複雑な形状にする必要が無く、シールリングの内周面の断面形状を平坦なものとすることが可能となる。したがって、シールリングの構造を簡素化して製造コストを低減でき、ハウジングへの組み込みや分解を容易にすることができる。さらに、熱によって回転軸が伸びたとしてもシール効果を維持することができる。

また、シールリングは、シールケースの凹溝に径方向の移動が許容された状態で収容されるので、いわゆる自動調心機能によって軸振れに対応して径方向に移動することが可能となり、シールリングと回転軸との接触を少なくすることができる。したがって、シールリングや回転軸の摩耗、損傷を抑制することができる。

また、前記シールリングの内周面に対向する前記回転軸の外周面には、前記シールリングよりも硬質のコーティング層を備えているので、シールリングと回転軸とが接触したとしても、コーティング層によって回転軸の摩耗や損傷を防止することができる。したがって、この摩耗や損傷に起因する回転軸の交換を少なくすることが可能となる。

前記吸引手段は、一端が前記キャビティに連通しかつ他端が前記シールケースの外周面で開口するように前記シールケースに形成された連通路を備え、前記シールケースの外周面と前記貫通孔の内周面との間に、前記連通路からの流体の漏洩を防止する膨張黒鉛からなる成形シール部材が設けられていることが好ましい。
膨張黒鉛からなる成形シール部材は耐熱性と耐圧性とに優れるため、高温高圧下においてキャビティから連通路に流れる流体がシールケースの外周面と貫通孔の内周面との間から漏洩するのを確実に防止することができる。

前記シールケースは、前記貫通孔に対して前記ハウジングの外部側から軸方向に挿入され、前記ハウジングに、当該ハウジングの内部側への前記シールケースの軸方向移動を規制する当て止め部が形成され、前記当て止め部と前記シールケースとの当接面の一方に嵌合穴が形成され、他方に、前記嵌合穴に軸方向に嵌合する位置決め突部が形成されていることが好ましい。
この構成によれば、貫通孔に対してハウジングの外部側からシールケースを軸方向に挿入し、このシールケースを当て止め部に当接してハウジングの内部側への軸方向移動を規制し、さらに、嵌合穴に位置決め突部を嵌合させることによってハウジングに対する径方向及び周方向の移動を規制することができる。したがって、シールケースをハウジングの外部側から着脱することが可能となり、ハウジングに対するシール装置の組み付けや分解を容易に行うことができる。

本発明によれば、回転軸の外周面とハウジングとの間の流体の漏洩を簡素な構造で確実に防止することができる。

図１は、本発明のシール装置を適用した蒸気タービンの断面図である。この蒸気タービン１は、ハウジング２と、このハウジング２を貫通するように配置されたロータ軸（回転軸）３とを備えている。ハウジング２の軸方向一方側（右側）には蒸気の流入口２１が形成され、軸方向他方側（左側）には蒸気の排出口２２が形成されている。ボイラ等により生成された高圧の蒸気は、図示しない流入弁を介して流入口２１からハウジング２内に供給される。

ロータ軸３は、図示しない軸受によってハウジング２の外部で回転自在に支持されている。ロータ軸３の外周には、複数の動翼３１が軸方向に並べて設けられている。複数の動翼３１の各間には、ハウジング２の内周面に取り付けられた仕切り板２３が配置されており、仕切り板２３に設けられたノズルと動翼３１とを流入口２１から供給された高圧の蒸気が通過することによって、ロータ軸３が回転駆動される。

ハウジング２の軸方向両端部には、ロータ軸３を貫通させるための貫通孔２４，２５が形成されている。そして、各貫通孔２４，２５の内周面には、ハウジング２とロータ軸３との間からハウジング２内の高圧の蒸気が漏洩するのを防止するための第１，第２シール装置４，５が設けられている。この第１，第２シール装置４，５はカートリッジタイプであり、ハウジング２に着脱可能に取り付けられる。

〔第１シール装置の構成〕
図２は、ハウジング２の排出口２２側に設けられた第１シール装置４を拡大して示す断面図である。同図において、ハウジング２よりも右側がハウジング２の内部側（高圧側Ｈ）であり、左側がハウジング２の外部側（低圧側Ｌ（大気側））である。
第１シール装置４は、ハウジング２の貫通孔２４の内周面に固定された環状のシールケース４１と、このシールケース４１の内周側に設けられた２つのシールリング４２とを備えている。２つのシールリング４２は、シールケース４１の内周面に軸方向に間隔をあけて形成された２つの凹溝４３の内部に収容されている。

シールケース４１はステンレス等の金属製からなり、本体部４１１と、この本体部４１１の軸方向両側に固定された側板部４１２，４１３とを備えている。左側の側板部４１２は本体部４１１の左側面に当接され、軸方向外方（左方）から挿入されたボルト４５１によって本体部４１１に固定されている。左側の凹溝４３は、本体部４１１と側板部４１２との境界（当接面）を軸方向に跨ぐ範囲で形成され、本体部４１１と側板部４１２との当接面にはＯリングからなるシール部材４４１が設けられている。

本体部４１１の内周面の右端部には、内径が拡大されることによって形成された段部４１１Ａが設けられ、この段部４１１Ａに右側の側板部４１３が嵌合されている。そして、この側板部４１３は、軸方向外方（右方）から挿入されたボルト４５２によって本体部４１１に固定されている。側板部４１３は、右側の凹溝４３の右側面を構成している。

左側の側板部４１２は、本体部４１１よりも径方向外方に突出する突出部４１２Ａを有している。一方、ハウジング２の貫通孔２４の内周左端部には、内径が拡大されることによって段部２４Ａが形成され、この段部２４Ａに側板部４１２の突出部４１２Ａが嵌合されている。そして、側板部４１２は、軸方向外方（左方）から突出部４１２Ａに挿入されたボルト４５３によってハウジング２に固定されている。

貫通孔２４の内周面の右端部には、径方向内方に突出する突出部（当て止め部）２４Ｂが形成されており、シールケース４１の右側面が突出部２４Ｂの左側面に当接している。これによって、第１シール装置４の右方向（ハウジング２の内部側）への移動が規制されている。また、突出部２４Ｂの左側面には嵌合穴４６１が形成され、この嵌合穴４６１には、シールケース４１の右側面に螺合されかつ同右側面から突出する位置決めピン（位置決め突部）４６２が軸方向に嵌合されている。この嵌合穴４６１と位置決めピン４６２とは、ハウジング２に対する第１シール装置４の径方向移動及び周方向移動を規制する位置決め手段４６を構成している。なお、位置決めピン４６２は突出部２４Ｂ側に設けられていてもよく、嵌合穴４６１はシールケース４１側に設けられていてもよい。また、嵌合穴４６１及び位置決めピン４６２は、周方向複数箇所に設けられていてもよいし、１箇所に設けられていてもよい。

左右のシールリング４２はいずれもカーボン材からなり、断面略矩形状に形成されている。各シールリング４２の右側面の周方向複数箇所には凹部４２１が形成されている。左右の各凹溝４３の右側面の周方向複数箇所には支持ピン４３１が突設されており、この支持ピン４３１が凹部４２１に軸方向に遊嵌されている。
また、各凹溝４３の右側面の周方向複数箇所には有底の保持穴４３２が形成され、各保持穴４３２には付勢部材としての圧縮コイルスプリング４７が装入されている。

この圧縮コイルスプリング４７は、シールリング４２の右側面に当接し、シールリング４２を左方向（ハウジング２の外部側）へ付勢している。シールリング４２の左端面には、シールリング４２の径方向寸法（厚さ）よりも小さい径方向寸法の突部４２２が突設され、この突部４２２の先端面が圧縮コイルスプリング４７によって凹溝４３の左側面に圧接されている。

シールリング４２の外周面と凹溝４３の底面との間には隙間ｔ１が形成されている。したがって、シールリング４２は、シールケース４１に対して隙間ｔ１の範囲で径方向に移動可能となっている。また、シールリング４２の内周面とロータ軸３の外周面との間には微小な隙間ｔ２が形成され、シールケース４１とロータ軸２との間には隙間ｔ３が形成されている。なお、隙間ｔ２は、シールリング４２の内周面とロータ軸２の外周面との間の蒸気の流通を制限するシール隙間とされ、その寸法は、例えば約５０μｍとされる。
隙間ｔ３は、隙間ｔ２よりも大きく隙間ｔ１よりも小さく設定されており、ロータ軸２が軸振れによってシールリング４２に接触したとしても、隙間ｔ１の範囲でシールリング４２が径方向外側に逃げることによって、シールリング４２が摩擦によって損傷し難くなっている。

本体部４１１の軸方向中間部であって左右の凹溝４３の間にはキャビティ４１４が周方向に亘って形成されている。このキャビティ４１４は、凹溝４３とは独立して形成され、本体部４１１の内周面で開口することによって隙間ｔ２に連通している。また、本体部４１１には、キャビティ４１４から径方向外方に延伸する連通路４１５が形成されており、この連通路４１５は、本体部４１１の外周面で開口している。

連通路４１５が開口する本体部４１１の外周面には、連通路４１５よりも軸方向の寸法が大きく深さの浅い凹所４１６が周方向に亘って形成されている。また、本体部４１１の外周面に対向する貫通孔２４の内周面には凹所４１６とほぼ同じ軸方向寸法と深さの凹所２４Ｃが周方向にわたって形成され、両凹所４１６，２４Ｃによって、ハウジング２とシールケース４１との間には空所４８が形成されている。そして、ハウジング２には、空所４８に連通する吸引路２６が形成されている。

図１に示すように、吸引路２６には配管７を介してブロア等の吸引装置６が接続されている。そして、この吸引装置６が作動することによって、配管７、吸引路２６、空所４８、及び連通路４１５を介してキャビティ４１４が負圧の状態になり、隙間ｔ１，ｔ２に存在する蒸気がキャビティ４１４内に吸引され、ハウジング２の外部に排出される。したがって、連通路４１５，空所４８，吸引路２６，配管７，吸引装置６等は、キャビティ４１４内の蒸気を吸引する吸引手段を構成している。
また、図２に示すように、空所４８の軸方向両側であって、シールケース４１の外周面と貫通孔２４の内周面との間には、Ｏリングからなるシール部材４４２が設けられている。このシール部材４４２は、空所４８に吸引された蒸気がシールケース４１と貫通孔２４の隙間からの漏洩するのを防止している。

シールリング４２の内周面に対向するロータ軸２の外周面には、コーティング層３２が設けられている。このコーティング層３２は、シールリング４２の素材であるカーボン材よりも硬質であり、タングステンカーバイトやクロムカーバイトの溶射やセラミック溶射、クロムめっき等によって形成されている。コーティング層３２は、シールケース４１と略同じ軸方向長さに形成されているが、少なくともシールリング４２の内周面が対向する範囲又はこの範囲よりもやや広く形成されていればよい。このコーティング層３２は、シールリング４２よりも硬質である限り、その素材や形成方法について限定されるものではない。

〔第２シール装置の構成〕
次に、第２シール装置５について説明する。図３は、ハウジング２の流入口２１側に設けられた第２シール装置５を拡大して示す断面図である。同図において、ハウジング２よりも左側がハウジング２の内部側（高圧側Ｈ）であり、右側がハウジング２の外部側（低圧側Ｌ（大気側））である。
第２シール装置５は第１シール装置４と概ね同じ構成であるが、第１シール装置４よりも蒸気の流入口２１に近く、第１シール装置４よりも高圧に晒されることから、蒸気の漏洩防止機能がより高められている。

具体的に、第２シール装置５は、ハウジング２の貫通孔２５の内周面に固定された環状のシールケース５１と、このシールケース５１の内周側に設けられた２つのシールリング５２とを備えている。２つのシールリング５２は、シールケース５１の内周面に軸方向に間隔をあけて形成された２つの凹溝５３の内部に収容されている。

シールケース５１は、ステンレス等の金属製からなり、本体部５１１と、この本体部５１１の軸方向両側に固定された側板部５１２，５１３とを備えている。左側の側板部５１２は、本体部５１１の内周面の左端部に形成された段部５１１Ａに嵌合され、軸方向外方（左方）から取り付けられたボルト５５１によって本体部５１１に固定されている。側板部５１２は、左側の凹溝５３の左側面を構成している。

右側の側板部５１３は、本体部５１１の右端面に当接され、軸方向外方（右方）から取り付けられたボルト５５２によって本体部５１１に固定されている。右側の側板部５１３は、右側の凹溝５３の右側面を構成している。

ハウジング２の貫通孔２５の内周面の左端部には、径方向内方に突出する突出部（当て止め部）２５Ｂが形成されており、シールケース５１の左側面が突出部２５Ｂの右側面に当接している。これによって、第２シール装置５の左方向への移動が規制されている。また、突出部２５Ｂの右側面には嵌合穴５６１が形成されており、この嵌合穴５６１には、シールケース５１の左側面に螺合されかつ同左側面から突出する位置決めピン（位置決め突部）５６２が軸方向に嵌合されている。嵌合穴５６１と位置決めピン５６２とは、ハウジング２に対する第２シール装置５の径方向移動及び周方向移動を規制する位置決め手段５６を構成している。なお、位置決めピン５６２は突出部２５Ｂ側に設けられていてもよく、嵌合穴５６１はシールケース５１側に設けられていてもよい。また、嵌合穴５６１及び位置決めピン５６２は、周方向複数箇所に設けられていてもよいし、１箇所に設けられていてもよい。

ハウジング２の右側面には、ボルト５５３によって押さえリング５９が固定されている。この押さえリング５９は、貫通孔２５の内周面よりも径方向内方に突出し、第２シール装置５の右側部に係合している。したがって、押さえリング５９によって第２シール装置５の軸方向外方（右方向）への移動が規制されている。

左右のシールリング５２は、いずれもカーボン材からなり、断面略矩形状に形成されている。しかし、左側（高圧側Ｈ）に配置されたシールリング５２は、右側（低圧側Ｌ）のシールリング５２よりも軸方向の寸法が大きく形成されている。両方のシールリング５２の左側面には凹部５２１が形成され、左右の各凹溝５３の左側面には支持ピン５３１が突設され、この支持ピン５３１が凹部５２１に軸方向に遊嵌されている。また、左右の各凹溝５３の左側面には有底の保持穴５３２が形成され、この保持穴５３２には付勢部材としての圧縮コイルスプリング５７が装入されている。

この圧縮コイルスプリング５７は、シールリング５２の左側面に当接し、シールリング５２を右方向（ハウジング２の外部側）へ付勢している。また、シールリング５２の右端面には、シールリング５２の径方向寸法（厚さ）よりも小さい径方向寸法の突部５２２が突設され、この突部５２２の先端面が圧縮コイルスプリング５７によって凹溝５３の右側面に圧接されている。

シールリング５２の外周面と凹溝５３の底面との間には隙間ｔ１が形成されている。したがって、シールリング５２は、シールケース５１に対して隙間ｔ１の範囲で径方向に移動可能となっている。また、シールリング５２の内周面とロータ軸３の外周面との間には隙間ｔ２が形成され、シールケース５１とロータ軸２との間には隙間ｔ３が形成されている。なお、隙間ｔ２は、シールリング５２の内周面とロータ軸２の外周面との間の蒸気の流通を制限するシール隙間とされ、その寸法は、例えば約５０μｍとされる。
隙間ｔ３は、隙間ｔ２よりも大きく隙間ｔ１よりも小さく設定されており、ロータ軸２が軸振れによってシールリング５２に接触したとしても、隙間ｔ１の範囲で径方向外側にシールリング５２が逃げることによって、シールリング５２が摩擦によって損傷し難くなっている。

本体部５１１の軸方向中間であって左右の凹溝５３の間にはキャビティ５１４が周方向に亘って形成され、このキャビティ５１４は、凹溝５３とは独立して形成され、本体部５１１の内周面で開口することによって隙間ｔ２に連通している。また、本体部５１１には、キャビティ５１４から径方向外方に延伸する連通路５１５が形成されており、この連通路５１５は、本体部５１１の外周面で開口している。

連通路５１５が開口する本体部５１１の外周面には、連通路５１５よりも軸方向の寸法が大きく深さの浅い凹所５１６が周方向に亘って形成されている。また、本体部５１１の外周面に対向する貫通孔２５の内周面には凹所５１６とほぼ同じ軸方向寸法と深さの凹所２５Ｃが周方向にわたって形成され、両凹所５１６，２５Ｃによって、ハウジング２とシールケース４１との間には空所５８が形成されている。そして、ハウジング２には、空所５８に連通する吸引路２７が形成されている。

図１に示すように、吸引路２７には配管７を介してブロア等の吸引装置６が接続されており、この吸引装置６が作動することによって、配管７、吸引路２７、空所５８、及び連通路５１５を介してキャビティ５１４が負圧の状態になり、隙間ｔ１，ｔ２に存在する蒸気がこのキャビティ５１４内に吸引され、ハウジング２の外部に排出される。したがって、連通路５１５，空所５８，吸引路２７，配管７，吸引装置６等は、キャビティ５１４内の蒸気を吸引する吸引手段を構成している。

空所５８の軸方向両側であって、シールケース５１の外周面と貫通孔２５の内周面との間には、膨張黒鉛からなる環状の成形シール部材５４２が設けられている。具体的には、シールケース５１の外周面の軸方向両端部には凹状溝５１７が形成され、この凹状溝５１７の軸方向内端部は軸方向内方に向かうに従い径方向外方へ傾斜する傾斜面５１８に形成されている。そして、この凹状溝５１７の傾斜面５１８の部分には、断面略三角形状の成形シール部材５４２が嵌合されている。

また、左側の成形シール部材５４２と突出部２５Ｂとの間、及び、右側の成形シール部材５４２と押さえリング５９との間の凹状溝５１７内にはスペーサ５４３が設けられている。左側のスペーサ５４３は、径方向に取り付けられた固定ピン５４４によってシールケース５１に固定されている。
成型シール部材５４２は所謂ウェッジリングであり、スペーサ５４３によって軸方向の移動が規制されるとともに、先端部が楔作用によってシールケース５１の外周面と貫通孔２５の内周面との境界に食い込むように押しつけられ、シールケース５１と貫通孔２５との間を確実にシールしている。

シールリング５２の内周面に対向するロータ軸２の外周面には、コーティング層３３が設けられている。このコーティング層３３は、シールリング５２の素材であるカーボン材よりも硬質であり、タングステンカーバイトやクロムカーバイトの溶射、セラミック溶射、クロムめっき等によって形成されている。コーティング層３３は、シールケース５１と略同じ軸方向長さに形成されているが、少なくともシールリング５２の内周面に対向する範囲又はこの範囲よりもやや広く形成されていればよい。このコーティング層３３は、シールリング５２よりも硬質である限り、その素材や形成方法について限定されるものではない。

〔本実施の形態の作用効果〕
以下、本実施の形態の作用効果について説明する。
蒸気タービン１のハウジング２の内部は非常に高圧（例えば、約６ＭＰａＧ）、高温（約２５０℃〜５００℃）となるが、ロータ軸２の外周面と第１，第２シール装置４，５のシールリング４２，５２との隙間ｔ２によって、ハウジング２の内部から外部への蒸気の流れが制限され、ハウジング２外部へ漏洩することが抑制される。また、吸引装置６によってキャビティ４１４，５１４が負圧の状態とされるので、高圧蒸気がキャビティ４１４，５１４から連通路４１５，５１５，空所４８，５８，吸引路２６，２７、及び配管７を介して排出され、隙間ｔ２からハウジング２の外部へ漏洩することはほとんどない。さらに、シールリング４２，５２の内周面は断面形状が平坦であり、ロータ軸２の外周面も断面形状が平坦であるため、上記のようなシールリング４２，５２による漏洩防止効果は、ロータ軸２が熱によって延伸したとしても阻害されることはない。

シールリング４２，５２の低圧側の端面は、圧縮コイルスプリング４７，５７によって凹溝４３，５３の側面に圧接されているので、シールリング４２，５２とシールケース４１，５１との隙間ｔ１に入り込んだ高圧蒸気が、シールリング４２，５２の低圧側端面と凹溝４３との間を経て隙間ｔ３から漏洩するのを防止することができる。また、シールリング４２，５２の低圧側端面には突部４２２，５２２が形成され、この突部４２２，５２２によって凹溝４３，５３に対する接触面積が小さくされているので、圧縮コイルスプリング４７，５７による接触圧力を高め、シールリング４２，５２とシールケース４１，５１との間のシール効果を高めることができる。

一方、シールリング４２，５２は、金属に比べて摩擦係数の小さいカーボン材によって形成されているので、凹溝４３，５３の側面と間に働く摩擦力が低減され、シールリング４２，５２の径方向の移動が阻害されることはほとんど無い。したがって、次に説明するシールリング４２，５２の自動調心機能は好適に維持される。

ロータ軸２が軸振れによってシールリング４２，５２に接近した場合、ロータ軸２とシールリング４２，５２との間に動圧力が作用することによってシールリング４２，５２が径方向外方へ移動し、シールリング４２，５２の中心とロータ軸２の軸心とを一致させるように自動調心機能（フローティング機能）が働く。これによって、ロータ軸２とシールリング４２，５２との接触が少なくなり、シールリング４２，５２の損傷を抑制することができる。また、ロータ軸２の外周面にはコーティング層３２，３３が設けられているので、シールリング４２，５２とロータ軸２とが接触したとしても、シールリング４２，５２側が積極的に摩耗し、ロータ軸２が摩耗したり損傷したりすることはほとんど無い。したがって、シールリング４２，５２との接触による摩耗等に起因してロータ軸２を交換する必要が無く、ロータ軸２の交換に伴う作業負担や作業コストを削減することができる。

シールケース４１，５１に形成されたキャビティ４１４，５１４は、左右の凹溝４３，５３間（左右のシールリング４２，５２間）に形成され、左右の凹溝４３，５３とは独立して形成されている。そのため、キャビティ４１４，５１４が、シールリング４２，５２の自動調心機能の妨げとなることはない。

摩耗等によってシールリング４２，５２を交換する必要が生じた場合は、以下のように交換作業を行う。
まず、第１シール装置４については、図２に示すように、ボルト４５３をハウジング２から取り外し、第１シール装置４を貫通孔２４からハウジング２の外部側へ軸方向に抜き取る。そして、ボルト４５１，４５２を取り外して本体部４１１と側板部４１２，４１３とを分解し、シールリング４２を交換する。シールリング４２を交換した後、本体部４１１と側板部４１２，４１３をボルト４５１，４５２によって連結し、第１シール装置４を貫通孔２４に挿入する。そして、嵌合穴４６１に位置決めピン４６２を嵌合させながら第１シール装置４の右側面を突出部２４Ｂに当接させて位置決めし、ボルト４５３によって側板部４１２をハウジング２に固定する。

第２シール装置５については、図３に示すように、ボルト５５３を取り外して押さえリング５９をハウジング２から分離し、第２シール装置５を貫通孔２５からハウジング２の外部側へ軸方向に抜き取る。そして、ボルト５５１，５５２を取り外して本体部５１１と側板部５１２，５１３とを分解し、シールリング５２を交換する。シールリング５２を交換した後、本体部５１１と側板部５１２，５１３をボルト５５１，５５２によって連結し、第２シール装置５を貫通孔２５に挿入する。そして、嵌合穴５６１に位置決めピン５６２を嵌合させながら第２シール装置５の左側面を突出部２５Ｂに当接させて位置決めし、ボルト５５３によって押さえリング５９をハウジング２に固定する。

以上によって、ハウジング２に対して第１，第２シール装置４，５を脱着する作業をハウジング２の外部側から簡単に行うことができ、シールリング４２，５２の交換を少ない労力で短時間に行うことが可能となる。なお、図２及び図３において、シールケース４１，５２の外周面は、空所４８，５８よりも高圧側Ｈの径が低圧側Ｌの径よりも小さく形成されており、逆に、貫通孔２４，２５の内周面は、空所４８，５８よりも高圧側Ｈの径が低圧側Ｌの径よりも大きく形成されている。これによって、貫通孔２４，２５に対するシールケース４１，５２の挿入及び離脱が容易に行えるようになっている。

図３に示すように、第２シール装置５は、高圧側Ｈ（左側）に配置されたシールリング５２が、低圧側Ｌ（右側）に配置されたシールリング５２よりも軸方向に長く形成されているので、左側のシールリング５２によるシール効果が更に高まり、より高圧となる流入口２１付近においても好適に蒸気の漏洩を抑制することができる。
また、シールケース５１と貫通孔２５との間には膨張黒鉛からなる成形シール部材５４２が設けられ、この成形シール部材５４２は耐熱性及び耐圧性に優れているので、非常に高温高圧となる流入口２１付近においても好適にシール性能を発揮することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、本発明のシール装置４，５は、蒸気タービンに限定されることなく、ガスタービン、ブロワ、ポンプ、圧縮機、撹拌機等の回転軸を有する装置全般、特に、高負荷条件（高温、高圧、高速）で使用される装置に好適に採用することができる。
また、各シール装置４，５において、シールリング４２，５２は、軸方向に３個以上設けられていてもよく、この場合、全て又は一部のシールリング４２，５２間にキャビティ４１４，５１４を形成することができる。

本発明のシール装置を適用した蒸気タービンの断面図である。 ハウジングの排出口側に設けられた第１シール装置を拡大して示す断面図である。 ハウジングの流入口側に設けられた第２シール装置を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１ 蒸気タービン
２ ハウジング
２４Ｂ 突出部（当て止め部）
２５Ｂ 突出部（当て止め部）
３ ロータ軸
３２ コーティング層
３３ コーティング層
４ 第１シール装置
４１ シールケース
４１４ キャビティ
４１５ 連通路
４２ シールリング
４６１ 嵌合穴
４６２ 位置決めピン（位置決め突部）
４７ 圧縮コイルスプリング（付勢部材）
５ 第２シール装置
５１ シールケース
５１４ キャビティ
５１５ 連通路
５２ シールリング
５４２ 成形シール部材
５６１ 嵌合穴
５６２ 位置決めピン（位置決め突部）
５７ 圧縮コイルスプリング（付勢部材）
６ 吸引装置

Claims (3)

1. 高圧側と低圧側とを区画するハウジングと、このハウジングに形成された貫通孔に挿入される回転軸の外周面との間をシールするシール装置であって、
   前記回転軸の外周面に対してシール隙間をあけた状態で配置されるとともに、軸方向に間隔をあけて並設された複数のシールリングと、
   径方向の移動を許容した状態で前記シールリングを収容する凹溝と、前記シール隙間に連通するように前記複数のシールリング間に形成されたキャビティとを有するとともに、前記貫通孔に装着されるシールケースと、
   前記シールリングの低圧側の軸方向一端面を前記凹溝の側面に圧接させる付勢部材と、
   前記キャビティ内の流体を吸引する吸引手段と、を備え、
   前記シールリングの内周面に対向する前記回転軸の外周面に、前記シールリングよりも硬質のコーティング層を備えていることを特徴とするシール装置。
2. 前記吸引手段が、一端が前記キャビティに連通しかつ他端が前記シールケースの外周面で開口するように前記シールケースに形成された連通路を有しており、
   前記シールケースの外周面と前記貫通孔の内周面との間に、前記連通路からの流体の漏洩を防止する膨張黒鉛からなる成形シール部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
3. 前記シールケースが、前記貫通孔に対して前記ハウジングの外部側から軸方向に挿入され、
   前記ハウジングに、当該ハウジングの内部側への前記シールケースの軸方向移動を規制する当て止め部が形成され、
   前記当て止め部と前記シールケースとの当接面の一方に嵌合穴が形成され、他方に、前記嵌合穴に軸方向に嵌合する位置決め突部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシール装置。
   

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