JP6572098B2

JP6572098B2 - Shaft seal mechanism and rotating machine

Info

Publication number: JP6572098B2
Application number: JP2015217883A
Authority: JP
Inventors: 平川　裕一; 裕一平川; 一也堤; 山本　隆一; 隆一山本; 上原　秀和; 秀和上原; 西本　慎; 西本　　慎
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2035-11-05
Also published as: JP2017089441A

Description

本発明は、軸シール機構及び回転機械に関する。 The present invention relates to a shaft seal mechanism and a rotary machine.

ガスタービン、蒸気タービン、及び圧縮機のような回転機械において、特許文献１に開示されているような、回転軸の周囲をシールする軸シール機構が知られている。特許文献１に開示されている軸シール機構は、回転軸の周囲に配置される複数のリーフ（薄板）と、そのリーフによって分けられた高圧空間及び低圧空間のそれぞれに配置されるサイドシール板とを有する。回転軸の停止時において、リーフの先端部（内方端部）は回転軸の外周面と接触する。回転軸の回転時において、リーフの先端部が回転軸から離れるように変位してリーフと回転軸とが非接触状態となる。サイドシール板は、圧力の作用によりリーフの側端部に近づいて、高圧空間の作動気体がリーフ間に過剰に流入することを抑制する。 In rotary machines such as gas turbines, steam turbines, and compressors, a shaft seal mechanism that seals the periphery of a rotary shaft as disclosed in Patent Document 1 is known. The shaft seal mechanism disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of leaves (thin plates) disposed around a rotation shaft, and side seal plates disposed in each of a high-pressure space and a low-pressure space divided by the leaves. Have When the rotating shaft is stopped, the leaf tip (inner end) is in contact with the outer peripheral surface of the rotating shaft. When the rotating shaft rotates, the leaf tip is displaced away from the rotating shaft, so that the leaf and the rotating shaft are not in contact with each other. The side seal plate approaches the side end portion of the leaf due to the action of pressure, and prevents the working gas in the high-pressure space from excessively flowing between the leaves.

また、特許文献２には、軸シール機構に用いるリーフに、リーフ群の低圧側の近傍にある後方セクションと、後方セクションからリーフ群の高圧側へ延びる前方セクションとを設け、後方セクションを、前方セクションよりも厚みが大きくする構造が記載されている。この構造とすることで、リーフ群での圧力降下の大部分が後方セクションで起こるように、後方セクションでのリーフ間間隙を低減している。
が記載されている。 In Patent Document 2, the leaf used for the shaft seal mechanism is provided with a rear section in the vicinity of the low pressure side of the leaf group, and a front section extending from the rear section to the high pressure side of the leaf group. A structure is described in which the thickness is greater than the section. By adopting this structure, the inter-leaf gap in the rear section is reduced so that most of the pressure drop in the leaf group occurs in the rear section.
Is described.

特開２０１１−１８５２１９号公報JP 2011-185219 A 特開２０１３−２３８３１１号公報JP2013-238111A

ここで、軸シール機構は、複数の薄板のリーフの先端部が回転軸から離れるように変位するが、リーフによって変位（変形）に差が生じる場合がある。変位が大きくなるリーフは、他のリーフよりも疲労が蓄積し、損傷する場合がある。リーフは、回転軸側の部分である先端が損傷しやすい。リーフが損傷するとシール性能が低下する。 Here, the shaft seal mechanism is displaced such that the tip portions of the leaves of the plurality of thin plates are separated from the rotation shaft, but there may be a difference in displacement (deformation) depending on the leaf. A leaf having a large displacement may accumulate more fatigue than other leaves and may be damaged. The leaf is easily damaged at the tip, which is the portion on the rotating shaft side. If the leaf is damaged, the sealing performance decreases.

本発明は、リーフの損傷を抑制することができ、性能の低下を抑制できる軸シール機構及び回転機械を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the shaft-seal mechanism and rotary machine which can suppress the damage of a leaf and can suppress the fall of performance.

本発明に係る軸シール機構は、回転軸の周囲に複数のリーフを回転軸の周方向に隣接して配置し、前記回転軸の周囲の空間を前記回転軸の軸方向に関して２つの空間に分けるリーフ積層体と、前記リーフ積層体を保持する保持部材と、前記軸方向に関して前記リーフ積層体の両端のそれぞれに配置され、前記リーフ積層体の側端部と対向する対向面を有し、前記対向面に溝が形成された２つのサイドシール板と、前記保持部材と熱膨張率が異なる材料で形成され、２つの前記サイドシール板の溝の両方に挿入され、周方向の一端が固定され、かつ、他端が開放され、前記他端が前記溝に沿って周方向に伸縮移動可能な円弧状のガイド部と、を備え、前記ガイド部は、前記リーフと前記リーフの間に挿入され、前記回転軸の回転時に前記リーフを前記回転軸から離れる方向に支持する支持部を有することを特徴とする。 In the shaft seal mechanism according to the present invention, a plurality of leaves are arranged adjacent to the rotation shaft in the circumferential direction, and the space around the rotation shaft is divided into two spaces with respect to the axial direction of the rotation shaft. A leaf laminate, a holding member for holding the leaf laminate, and disposed on both ends of the leaf laminate with respect to the axial direction, and having opposing surfaces facing side end portions of the leaf laminate, Two side seal plates with grooves formed on opposite surfaces, and a material having a coefficient of thermal expansion different from that of the holding member, are inserted into both grooves of the two side seal plates, and one end in the circumferential direction is fixed. And an arcuate guide portion whose other end is open and the other end is movable in a circumferential direction along the groove, and the guide portion is inserted between the leaf and the leaf. , The leaf during rotation of the rotating shaft Characterized in that it has a support portion for supporting in a direction away from the rotation axis.

本発明に係る軸シール機構は、回転軸の周囲に複数のリーフを回転軸の周方向に隣接して配置し、前記回転軸の周囲の空間を前記回転軸の軸方向に関して高圧側の空間と低圧側の空間とに分けるリーフ積層体と、前記リーフ積層体を前記高圧側の空間側で保持する高圧側の保持部材と、前記リーフ積層体を前記低圧側の空間側で保持する低圧側の保持部材と、前記保持部材とは熱膨張率が異なる材料で形成され、前記高圧側の空間の固定部に形成された円弧状の溝及び低圧側の空間の固定部に形成された円弧状の溝に挿入されるとともに、前記高圧側の空間に配置された固定部及び低圧側の空間に配置された固定部と１か所で固定され、前記溝に沿って前記回転軸の周方向に伸縮可能な円弧状のガイド部と、前記ガイド部は、前記リーフと前記リーフの間に挿入され、前記回転軸の回転時に前記リーフを前記回転軸から離れる方向に支持する支持部を有することを特徴とする。 In the shaft seal mechanism according to the present invention, a plurality of leaves are arranged around the rotating shaft adjacent to the circumferential direction of the rotating shaft, and the space around the rotating shaft is separated from the high-pressure side space with respect to the axial direction of the rotating shaft. A leaf laminate that is divided into a low-pressure side space, a high-pressure side holding member that holds the leaf laminate on the high-pressure side space side, and a low-pressure side that holds the leaf laminate on the low-pressure side space side The holding member and the holding member are formed of materials having different coefficients of thermal expansion, and the arc-shaped groove formed in the fixed portion of the high-pressure side space and the arc-shaped groove formed in the fixed portion of the low-pressure side space Inserted into the groove, fixed in one place with the fixed part arranged in the high-pressure side space and the fixed part arranged in the low-pressure side space, and expanded and contracted in the circumferential direction of the rotary shaft along the groove An arcuate guide portion that is possible, and the guide portion Is inserted between the leaves, characterized by having a support portion for supporting the leaf upon rotation of said rotary shaft in a direction away from the rotation axis.

軸シール機構は、ガイド部を設けることで、回転時にリーフが回転軸に必要以上に近づくことを抑制することができる。これにより、リーフの振動を抑制し、リーフに疲労が蓄積することを抑制できる。これにより、リーフの損傷を抑制することができ、性能の低下を抑制できる。 The shaft seal mechanism can prevent the leaf from approaching the rotating shaft more than necessary during rotation by providing the guide portion. Thereby, the vibration of the leaf can be suppressed and the accumulation of fatigue on the leaf can be suppressed. Thereby, the damage of a leaf can be suppressed and the fall of performance can be suppressed.

また、前記ガイド部は、一方の前記溝に挿入され、前記軸方向において前記リーフ積層体よりも一方の前記溝側に配置された前記周方向に延在する第１円弧部材と、他方の前記溝に挿入され、前記軸方向において前記リーフ積層体よりも他方の前記溝側に配置された前記周方向に延在する第２円弧部材と、を有し、前記支持部は、一方の端部が前記第１円弧部材に固定され、他方の端部が前記第２円弧部材に固定されていることが好ましい。これにより、ガイド部の支持部をリーフに対して好適に移動させることができる。 Further, the guide portion is inserted into one of the grooves, and is arranged on the one groove side of the leaf laminate in the axial direction and extends in the circumferential direction, and the other of the guide member. A second arcuate member that extends in the circumferential direction and is disposed on the other groove side than the leaf laminate in the axial direction, and the support portion has one end portion. Is fixed to the first arc member, and the other end is preferably fixed to the second arc member. Thereby, the support part of a guide part can be suitably moved with respect to a leaf.

また、前記ガイド部は、前記支持部を複数有し、前記支持部と周方向に隣接する支持部との間に複数枚の前記リーフが配置されていることが好ましい。これにより、構造を簡単にすることができる。 Moreover, it is preferable that the said guide part has a plurality of said support parts, and the said several leaf is arrange | positioned between the said support part and the support part adjacent to the circumferential direction. Thereby, the structure can be simplified.

また、前記ガイド部は、前記保持部材よりも熱膨張率が高く、かつ、前記リーフ積層体と前記回転軸とのなす角が鋭角となる側の端部が固定されていることが好ましい。これにより、支持部でリーフをより確実に支持することができる。 Further, it is preferable that the guide portion has a higher coefficient of thermal expansion than the holding member, and an end portion on the side where the angle formed by the leaf laminate and the rotation shaft is an acute angle is fixed. Thereby, a leaf can be more reliably supported by a support part.

また、前記ガイド部を複数有し、複数の前記ガイド部は、前記回転軸の周方向を分割した各領域に配置されていることが好ましい。これにより、支持部とリーフとの関係を周方向に平均化することができる。 In addition, it is preferable that a plurality of the guide portions are provided, and the plurality of guide portions are arranged in each region obtained by dividing the circumferential direction of the rotation shaft. Thereby, the relationship between a support part and a leaf can be averaged in the circumferential direction.

また、前記保持部材は、６００℃における熱膨張率が１１．０×１０^-６／℃以上１３．０×１０^-６／℃以下のマルテンサイト系高クロム鋼で形成されることが好ましい。これにより、高温条件でも安定して使用することができ、回転軸の回転時に支持部でリーフをより確実に支持することができる。前記ガイド部は、６００℃における熱膨張率が、１４．０×１０^-６／℃以上１９．０×１０^-６／℃以下のオーステナイト系ステンレス鋼またはＮｉ基合金で形成されてことが好ましい。これにより、高温条件でも安定して使用することができ、回転軸の回転時に支持部でリーフをより確実に支持することができる。 The holding member is preferably formed of martensitic high chromium steel having a thermal expansion coefficient at 600 ° C. of 11.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or higher and 13.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or lower. Thereby, it can be used stably even under high temperature conditions, and the leaf can be more reliably supported by the support portion when the rotating shaft rotates. The guide portion is preferably formed of austenitic stainless steel or Ni-based alloy having a thermal expansion coefficient at 600 ° C. of 14.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or more and 19.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less. Thereby, it can be used stably even under high temperature conditions, and the leaf can be more reliably supported by the support portion when the rotating shaft rotates.

また、前記ガイド部は、一端から他端に向かうにしたがって、前記支持部の配置間隔が狭くなることが好ましい。これにより、支持部とリーフとの関係を周方向に平均化することができる。 Moreover, it is preferable that the arrangement | positioning space | interval of the said support part becomes narrow as the said guide part goes to the other end from one end. Thereby, the relationship between a support part and a leaf can be averaged in the circumferential direction.

本発明に係る回転機械は、回転軸と、前記回転軸の周囲に配置される上記のいずれかに記載の軸シール機構と、を備えることを特徴とする。 A rotating machine according to the present invention includes a rotating shaft and the shaft seal mechanism according to any one of the above-described components disposed around the rotating shaft.

本発明によれば、リーフの損傷を抑制することができ、シール性能の低下を抑制することができる。 According to the present invention, damage to the leaf can be suppressed, and deterioration in sealing performance can be suppressed.

図１は、本実施形態に係るガスタービンシステムの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a gas turbine system according to the present embodiment. 図２は、本実施形態に係る軸シール機構の概略を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the shaft seal mechanism according to the present embodiment. 図３は、本実施形態に係る軸シール機構の一部を模式的に示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view schematically showing a part of the shaft seal mechanism according to the present embodiment. 図４は、本実施形態に係る軸シール機構の概略を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the shaft seal mechanism according to the present embodiment. 図５は、本実施形態に係る軸シール機構の分解図である。FIG. 5 is an exploded view of the shaft seal mechanism according to the present embodiment. 図６は、ガイド部とリーフ積層体との関係を示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing the relationship between the guide portion and the leaf laminate. 図７は、ガイド部とリーフ積層体との関係を示す正面図である。FIG. 7 is a front view showing the relationship between the guide portion and the leaf laminate. 図８は、ガイド部とリーフ積層体との関係を示す側面図である。FIG. 8 is a side view showing the relationship between the guide portion and the leaf laminate. 図９は、他の例の軸シール機構の概略を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an outline of another example of the shaft seal mechanism.

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下で説明する実施形態における構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, the constituent elements in the embodiments described below can be combined as appropriate. Some components may not be used.

図１は、本実施形態に係る回転機械を有するガスタービンシステム１の一例を示す図である。図１に示すように、ガスタービンシステム１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４と、回転軸５０を含むロータ５とを備えている。本実施形態において、回転機械は、圧縮機２及びタービン４の少なくとも一方を含む。 FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a gas turbine system 1 having a rotating machine according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the gas turbine system 1 includes a compressor 2, a combustor 3, a turbine 4, and a rotor 5 including a rotating shaft 50. In the present embodiment, the rotating machine includes at least one of the compressor 2 and the turbine 4.

圧縮機２は、導入された空気を圧縮する。圧縮機２は、ケーシング２Ｋを有する。ケーシング２Ｋの内部空間に空気が導入される。 The compressor 2 compresses the introduced air. The compressor 2 has a casing 2K. Air is introduced into the internal space of the casing 2K.

燃焼器３は、圧縮機２で圧縮された圧縮空気に燃料を混合して燃焼させる。 The combustor 3 mixes fuel with the compressed air compressed by the compressor 2 and burns it.

タービン４は、燃焼器３で発生した燃焼ガスを導入して膨張させ、その燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換する。タービン４は、ケーシング４Ｋを有する。ケーシング４Ｋの内部空間に燃焼ガスが導入される。 The turbine 4 introduces and expands the combustion gas generated in the combustor 3 and converts the thermal energy of the combustion gas into rotational energy. The turbine 4 has a casing 4K. Combustion gas is introduced into the internal space of the casing 4K.

ロータ５は、回転軸５０と、回転軸５０に設けられた動翼５１Ａ及び動翼５２Ａとを有する。動翼５１Ａは、ケーシング２Ｋの内部空間に配置された回転軸５０の部分５１に設けられる。動翼５２Ａは、ケーシング４Ｋの内部空間に配置された回転軸５０の部分５２に設けられる。 The rotor 5 includes a rotating shaft 50, and a moving blade 51 A and a moving blade 52 A provided on the rotating shaft 50. The moving blade 51A is provided in the portion 51 of the rotating shaft 50 disposed in the internal space of the casing 2K. The moving blade 52A is provided in the portion 52 of the rotating shaft 50 disposed in the internal space of the casing 4K.

圧縮機２は、ケーシング２Ｋに配置された静翼２Ａを有する。圧縮機２において、動翼５１Ａと静翼２Ａとは、回転軸５０の軸ＡＸと平行な方向（軸方向）に交互に複数配置される。 The compressor 2 has a stationary blade 2A arranged in the casing 2K. In the compressor 2, the moving blades 51 A and the stationary blades 2 A are alternately arranged in a direction (axial direction) parallel to the axis AX of the rotating shaft 50.

タービン４は、ケーシング４Ｋに配置された静翼４Ａを有する。タービン４において、動翼５２Ａと静翼４Ａとは、回転軸５０の軸方向に交互に複数配置される。 The turbine 4 has a stationary blade 4A disposed in the casing 4K. In the turbine 4, the moving blades 52 A and the stationary blades 4 A are alternately arranged in the axial direction of the rotating shaft 50.

タービン４において、燃焼器３から導入された燃焼ガスが動翼５２Ａに供給される。これにより、燃焼ガスの熱エネルギーが機械的な回転エネルギーに変換されて動力が発生する。タービン４で発生した動力の一部は、回転軸５０を介して圧縮機２に伝達される。タービン４で発生した動力の一部は、圧縮機２の動力として利用される。 In the turbine 4, the combustion gas introduced from the combustor 3 is supplied to the moving blade 52A. As a result, the thermal energy of the combustion gas is converted into mechanical rotational energy to generate power. Part of the power generated in the turbine 4 is transmitted to the compressor 2 via the rotating shaft 50. A part of the power generated in the turbine 4 is used as power for the compressor 2.

また、ガスタービンシステム１は、圧縮機２に配置され、回転軸５０を回転可能に支持する軸受を有する支持部２Ｓと、タービン４に配置され、回転軸５０を回転可能に支持する軸受を有する支持部４Ｓとを有する。 Further, the gas turbine system 1 includes a support portion 2 S that is disposed in the compressor 2 and includes a bearing that rotatably supports the rotating shaft 50, and a bearing that is disposed in the turbine 4 and rotatably supports the rotating shaft 50. And a support portion 4S.

ガスタービンシステム１は、回転軸５０の周囲をシールする軸シール機構１０を備えている。軸シール機構１０は、圧縮機２及びタービン４のそれぞれに配置される。 The gas turbine system 1 includes a shaft seal mechanism 10 that seals the periphery of the rotary shaft 50. The shaft seal mechanism 10 is disposed in each of the compressor 2 and the turbine 4.

圧縮機２に配置される軸シール機構１０は、作動気体Ｇである圧縮空気が高圧側から低圧側に漏出することを抑制する。圧縮機２の軸シール機構１０は、静翼２Ａの内周部に配置される。また、圧縮機２の軸シール機構１０は、支持部２Ｓに配置される。 The shaft seal mechanism 10 disposed in the compressor 2 prevents the compressed air that is the working gas G from leaking from the high pressure side to the low pressure side. The shaft seal mechanism 10 of the compressor 2 is disposed on the inner peripheral portion of the stationary blade 2A. Further, the shaft seal mechanism 10 of the compressor 2 is disposed on the support portion 2S.

タービン４に配置される軸シール機構１０は、作動気体Ｇである燃焼ガスが高圧側から低圧側に漏出することを抑制する。タービン４の軸シール機構１０は、静翼４Ａの内周部に配置される。また、タービン４の軸シール機構１０は、支持部４Ｓに配置される。 The shaft seal mechanism 10 disposed in the turbine 4 prevents the combustion gas that is the working gas G from leaking from the high pressure side to the low pressure side. The shaft seal mechanism 10 of the turbine 4 is disposed on the inner peripheral portion of the stationary blade 4A. Further, the shaft seal mechanism 10 of the turbine 4 is disposed on the support portion 4S.

次に、軸シール機構１０について説明する。図２は、本実施形態に係る軸シール機構１０の概略を示す断面図である。図２は、図１のＡ―Ａ線断面図に相当する。図３は、本実施形態に係る軸シール機構１０の一部を模式的に示す斜視図である。図３は、軸シール機構１０の一部を破断して示す。図４は、回転軸５０の軸ＡＸを含む軸シール機構１０の概略を示す断面図である。図５は、軸シール機構１０の分解図である。図６は、ガイド部とリーフ積層体との関係を示す側面図である。図７は、ガイド部とリーフ積層体との関係を示す正面図である。図８は、ガイド部とリーフ積層体との関係を示す側面図である。 Next, the shaft seal mechanism 10 will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the shaft seal mechanism 10 according to the present embodiment. FIG. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 3 is a perspective view schematically showing a part of the shaft seal mechanism 10 according to the present embodiment. FIG. 3 is a partially broken view of the shaft seal mechanism 10. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the shaft seal mechanism 10 including the axis AX of the rotating shaft 50. FIG. 5 is an exploded view of the shaft seal mechanism 10. FIG. 6 is a side view showing the relationship between the guide portion and the leaf laminate. FIG. 7 is a front view showing the relationship between the guide portion and the leaf laminate. FIG. 8 is a side view showing the relationship between the guide portion and the leaf laminate.

以下の説明においては、圧縮機２及びタービン４のそれぞれに設けられた軸シール機構１０のうち、タービン４に設けられた軸シール機構１０について説明する。圧縮機２に設けられた軸シール機構１０の構造と、タービン４に設けられた軸シール機構１０の構造とは同等である。 In the following description, the shaft seal mechanism 10 provided in the turbine 4 among the shaft seal mechanisms 10 provided in the compressor 2 and the turbine 4 will be described. The structure of the shaft seal mechanism 10 provided in the compressor 2 is equivalent to the structure of the shaft seal mechanism 10 provided in the turbine 4.

図２に示すように、軸シール機構１０は、回転軸５０の周囲に配置される複数のシールセグメント１１を有する。軸ＡＸと直交する平面内において、シールセグメント１１のそれぞれは、円弧状である。本実施形態においては、回転軸５０の周囲にシールセグメント１１が８つ配置される。 As shown in FIG. 2, the shaft seal mechanism 10 has a plurality of seal segments 11 arranged around the rotation shaft 50. Each of the seal segments 11 has an arc shape in a plane orthogonal to the axis AX. In the present embodiment, eight seal segments 11 are arranged around the rotation shaft 50.

図３、図４、及び図５に示すように、シールセグメント１１は、回転軸５０の周囲に配置される複数のリーフ（薄板）２０と、回転軸５０の軸方向に関してリーフ２０の一側に配置された高圧側サイドシール板１６と、回転軸５０の軸方向に関してリーフ２０の他側に配置された低圧側サイドシール板１７と、リーフ２０を保持する保持リング１３及び保持リング１４を含む保持部材１３４と、リーフ２０と保持部材１３４との間に配置される背面スペーサ１５と、ガイド部１８と、を備えている。 As shown in FIGS. 3, 4, and 5, the seal segment 11 includes a plurality of leaves (thin plates) 20 arranged around the rotation shaft 50 and one side of the leaf 20 with respect to the axial direction of the rotation shaft 50. Holding including the arranged high-pressure side seal plate 16, the low-pressure side seal plate 17 arranged on the other side of the leaf 20 with respect to the axial direction of the rotating shaft 50, the holding ring 13 holding the leaf 20, and the holding ring 14. A member 134, a back spacer 15 disposed between the leaf 20 and the holding member 134, and a guide portion 18 are provided.

図４に示すように、シールセグメント１１は、ハウジング９に挿入される。ハウジング９は、静翼２Ａ、支持部２Ｓ、静翼４Ａ、及び支持部４Ｓの少なくとも一つに相当する。ハウジング９は、凹部９ａを有する。凹部９ａは、回転軸５０の外周面に面する開口９ｋを有する。シールセグメント１１の少なくとも一部は、ハウジング９の凹部９ａに配置される。凹部９ａは、回転軸５０の周方向に延在する。凹部９ａの外側に、リーフ２０の一部が突出する。 As shown in FIG. 4, the seal segment 11 is inserted into the housing 9. The housing 9 corresponds to at least one of the stationary blade 2A, the support portion 2S, the stationary blade 4A, and the support portion 4S. The housing 9 has a recess 9a. The recess 9 a has an opening 9 k that faces the outer peripheral surface of the rotating shaft 50. At least a part of the seal segment 11 is disposed in the recess 9 a of the housing 9. The recess 9 a extends in the circumferential direction of the rotation shaft 50. A part of the leaf 20 protrudes outside the recess 9a.

リーフ２０は、可撓性を有する板状部材である。リーフ２０は、弾性変形可能である。本実施形態において、リーフ２０は、薄い鋼板である。リーフ２０の表面の法線は、回転軸５０の周方向（回転方向）とほぼ平行である。リーフ２０の幅方向は、回転軸５０の軸方向とほぼ一致する。リーフ２０の厚さ方向は、回転軸５０の周方向とほぼ一致する。リーフ２０は、回転軸５０の周方向に可撓性を有する。リーフ２０は、回転軸５０の軸方向に高い剛性を有する。 The leaf 20 is a flexible plate-like member. The leaf 20 is elastically deformable. In this embodiment, the leaf 20 is a thin steel plate. The normal line of the surface of the leaf 20 is substantially parallel to the circumferential direction (rotation direction) of the rotation shaft 50. The width direction of the leaf 20 substantially coincides with the axial direction of the rotation shaft 50. The thickness direction of the leaf 20 substantially coincides with the circumferential direction of the rotating shaft 50. The leaf 20 has flexibility in the circumferential direction of the rotation shaft 50. The leaf 20 has high rigidity in the axial direction of the rotation shaft 50.

リーフ２０は、回転軸５０の周方向に間隔をあけて複数配置される。リーフ２０とリーフ２０との間には、隙間調整板２５が配置されている。リーフ２０は、隣接するリーフ２０との間に隙間調整板２５が配置されることで、回転軸５０の周方向に間隔が設けられる。リーフ２０と、そのリーフ２０に隣り合うリーフ２０との間に隙間Ｓが形成される。複数のリーフ２０によってリーフ積層体１２が形成される。リーフ積層体１２は、複数のリーフ２０の集合体（積層体）である。本実施形態のリーフ２０は、２種類のリーフ２０が積層されている。この点については後述する。 A plurality of the leaves 20 are arranged at intervals in the circumferential direction of the rotating shaft 50. A gap adjusting plate 25 is disposed between the leaves 20. The gaps are arranged in the circumferential direction of the rotating shaft 50 by disposing the gap adjusting plate 25 between the leaves 20 and the adjacent leaves 20. A gap S is formed between the leaf 20 and the leaf 20 adjacent to the leaf 20. The leaf laminate 12 is formed by the plurality of leaves 20. The leaf laminate 12 is an aggregate (laminate) of a plurality of leaves 20. In the leaf 20 of the present embodiment, two types of leaves 20 are laminated. This point will be described later.

複数のリーフ２０（リーフ積層体１２）は、回転軸５０の周囲をシールすることによって、回転軸５０の周囲の空間を回転軸５０の軸方向に関して２つの空間に分ける。本実施形態において、複数のリーフ２０は、回転軸５０の周囲の空間を高圧空間と低圧空間とに分ける。高圧空間の圧力は、低圧空間の圧力よりも高い。 The plurality of leaves 20 (leaf laminate 12) divides the space around the rotation shaft 50 into two spaces in the axial direction of the rotation shaft 50 by sealing the periphery of the rotation shaft 50. In the present embodiment, the plurality of leaves 20 divide the space around the rotation shaft 50 into a high pressure space and a low pressure space. The pressure in the high pressure space is higher than the pressure in the low pressure space.

複数のリーフ２０のそれぞれは、回転軸５０の軸ＡＸに対する放射方向（径方向）に関して外側の基端部（外側端部）２０ａと、内側の先端部（内側端部）２０ｂと、回転軸５０の軸方向に関して高圧空間側の側端部２０ｃと、低圧空間側の側端部２０ｄとを有する。 Each of the plurality of leaves 20 includes an outer proximal end portion (outer end portion) 20a, an inner distal end portion (inner end portion) 20b, and a rotation shaft 50 in a radial direction (radial direction) with respect to the axis AX of the rotation shaft 50. The side end portion 20c on the high-pressure space side and the side end portion 20d on the low-pressure space side are provided with respect to the axial direction.

以下の説明において、複数のリーフ２０の基端部２０ａを合わせて適宜、リーフ積層体１２の基端部１２ａ、と称し、複数のリーフ２０の先端部２０ｂを合わせて適宜、リーフ積層体１２の先端部１２ｂ、と称し、複数のリーフ２０の側端部２０ｃを合わせて適宜、リーフ積層体１２の側端部１２ｃ、と称し、複数のリーフ２０の側端部２０ｄを合わせて適宜、リーフ積層体１２の側端部１２ｄ、と称する。基端部１２ａは、複数の基端部２０ａの集合体である。先端部１２ｂは、複数の先端部２０ｂの集合体である。側端部１２ｃは、複数の側端部２０ｃの集合体である。側端部１２ｄは、複数の側端部２０ｄの集合体である。 In the following description, the proximal end portions 20a of the plurality of leaves 20 are appropriately referred to as the proximal end portion 12a of the leaf laminate 12, and the distal end portions 20b of the plurality of leaves 20 are appropriately combined to appropriately define the leaf laminate 12. It is referred to as a front end portion 12b, and the side end portions 20c of the plurality of leaves 20 are appropriately combined to be appropriately referred to as the side end portion 12c of the leaf laminate 12, and the side end portions 20d of the plurality of leaves 20 are combined as appropriate. This is referred to as a side end portion 12d of the body 12. The base end portion 12a is an aggregate of a plurality of base end portions 20a. The tip portion 12b is an aggregate of a plurality of tip portions 20b. The side end portion 12c is an aggregate of a plurality of side end portions 20c. The side end portion 12d is an aggregate of a plurality of side end portions 20d.

基端部１２ａは、径方向に関して外側を向く。先端部１２ｂは、回転軸５０の外周面と対向するように、径方向に関して内側を向く。側端部１２ｃは、回転軸５０の軸方向に関して一側（高圧空間側）を向く。側端部１２ｄは、回転軸５０の軸方向に関して他側（低圧空間側）を向く。先端部１２ｂ（先端部２０ｂ）は、開口９ｋを介して凹部９ａの外側に配置される。 The base end portion 12a faces outward in the radial direction. The distal end portion 12b faces inward in the radial direction so as to face the outer peripheral surface of the rotation shaft 50. The side end portion 12 c faces one side (high-pressure space side) with respect to the axial direction of the rotation shaft 50. The side end 12d faces the other side (low pressure space side) with respect to the axial direction of the rotating shaft 50. The tip portion 12b (tip portion 20b) is disposed outside the recess 9a through the opening 9k.

本実施形態において、複数のリーフ２０の基端部２０ａのそれぞれは、背面スペーサ１５に固定される。一方、複数のリーフ２０の先端部２０ｂのそれぞれは、固定されない。すなわち、本実施形態において、基端部２０ａは固定端であり、先端部２０ｂは自由端である。複数のリーフ２０（リーフ積層体１２）は、基端部２０ａが固定された状態で、保持部材１３４に保持される。 In the present embodiment, each of the base end portions 20 a of the plurality of leaves 20 is fixed to the back spacer 15. On the other hand, each of the front end portions 20b of the plurality of leaves 20 is not fixed. That is, in this embodiment, the base end part 20a is a fixed end, and the front-end | tip part 20b is a free end. The plurality of leaves 20 (leaf laminated body 12) are held by the holding member 134 in a state where the base end portion 20a is fixed.

リーフ２０は、頭部２１と胴部２２とを有する。基端部２０ａは、頭部２１に配置される。先端部２０ｂ、側端部２０ｃ、及び側端部２０ｄは、胴部２２に配置される。幅方向（回転軸５０の軸方向）に関する胴部２２の寸法は、頭部２１の寸法よりも小さい。厚さ方向（回転軸５０の周方向）に関する胴部２２の寸法は、頭部２１の寸法よりも小さい。胴部２２は、胴部２２の頭部２１との境界部に切欠部２０ｘ及び切欠部２０ｙを有する。 The leaf 20 has a head portion 21 and a trunk portion 22. The proximal end portion 20 a is disposed on the head portion 21. The distal end portion 20 b, the side end portion 20 c, and the side end portion 20 d are disposed on the trunk portion 22. The dimension of the trunk portion 22 in the width direction (the axial direction of the rotary shaft 50) is smaller than the dimension of the head portion 21. The dimension of the trunk portion 22 in the thickness direction (the circumferential direction of the rotation shaft 50) is smaller than the dimension of the head portion 21. The trunk 22 has a notch 20x and a notch 20y at the boundary between the trunk 22 and the head 21.

本実施形態においては、複数のリーフ２０は、頭部２１の側方突出部２１ｃ及び側方突出部２１ｄのそれぞれにおいて溶接により接続される。胴部２２は、弾性変形可能である。 In the present embodiment, the plurality of leaves 20 are connected by welding at each of the side protrusion 21c and the side protrusion 21d of the head 21. The trunk portion 22 is elastically deformable.

保持部材１３４は、リーフ積層体１２を保持する。保持部材１３４は、ハウジング９に支持される。ハウジング９は、凹部９ａの内側に支持面９ｓを有する。保持部材１３４は、支持面９ｓに支持される。 The holding member 134 holds the leaf laminate 12. The holding member 134 is supported by the housing 9. The housing 9 has a support surface 9s inside the recess 9a. The holding member 134 is supported by the support surface 9s.

保持部材１３４は、保持リング１３及び保持リング１４を含む。保持リング１３及び保持リング１４のそれぞれは、回転軸５０の周方向に延在する円弧状の部材である。保持リング１３は、リーフ２０の側方突出部２１ｃを含む頭部２１の一部が配置される凹部１３ａを有する。保持リング１４は、リーフ２０の側方突出部２１ｄを含む頭部２１の一部が配置される凹部１４ａを有する。背面スペーサ１５は、リーフ２０の頭部２１と保持リング１３及び保持リング１４との間に配置される。 The holding member 134 includes the holding ring 13 and the holding ring 14. Each of the holding ring 13 and the holding ring 14 is an arc-shaped member extending in the circumferential direction of the rotation shaft 50. The holding ring 13 has a recess 13 a in which a part of the head 21 including the side protrusion 21 c of the leaf 20 is disposed. The holding ring 14 has a recess 14 a in which a part of the head 21 including the side protrusion 21 d of the leaf 20 is disposed. The back spacer 15 is disposed between the head 21 of the leaf 20 and the holding ring 13 and the holding ring 14.

リーフ２０の頭部２１が背面スペーサ１５を介して凹部１３ａ及び凹部１４ａにはめ込まれる。これにより、リーフ積層体１２が保持部材１３４に保持される。 The head 21 of the leaf 20 is fitted into the recess 13 a and the recess 14 a through the back spacer 15. As a result, the leaf laminate 12 is held by the holding member 134.

高圧側サイドシール板１６は、リーフ２０（リーフ積層体１２）に隣接するように高圧空間に配置される。低圧側サイドシール板１７は、リーフ２０（リーフ積層体１２）に隣接するように低圧空間に配置される。高圧側サイドシール板１６は、高圧空間においてリーフ積層体１２の側端部１２ｃの一部と対向するように配置される。低圧側サイドシール板１７は、低圧空間においてリーフ積層体１２の側端部１２ｄの一部と対向するように配置される。 The high-pressure side side seal plate 16 is disposed in the high-pressure space so as to be adjacent to the leaf 20 (leaf laminated body 12). The low-pressure side side seal plate 17 is disposed in the low-pressure space so as to be adjacent to the leaf 20 (leaf laminated body 12). The high-pressure side seal plate 16 is disposed so as to face a part of the side end 12c of the leaf laminate 12 in the high-pressure space. The low-pressure side side seal plate 17 is disposed so as to face a part of the side end portion 12d of the leaf laminate 12 in the low-pressure space.

高圧側サイドシール板１６は、リーフ２０の側端部２０ｃ（リーフ積層体１２の側端部１２ｃ）の少なくとも一部と対向する対向面１６１を有する。高圧側サイドシール板１６は、対向面１６１に周方向に延在する溝１６４が形成されている。溝１６４は、回転軸５０と同心円の円弧となる。低圧側サイドシール板１７は、リーフ２０の側端部２０ｄ（リーフ積層体１２の側端部１２ｄ）の少なくとも一部と対向する対向面１７１を有する。低圧側サイドシール板１７は、対向面１７１に周方向に延在する溝１７４が形成されている。溝１７４は、回転軸５０と同心円の円弧となる。溝１７４は、径方向の位置が溝１６４と一致している。つまり、溝１６４と溝１７４は同心円の円弧となる。 The high-pressure side side seal plate 16 has a facing surface 161 that faces at least a part of the side end 20c of the leaf 20 (the side end 12c of the leaf laminate 12). In the high-pressure side seal plate 16, a groove 164 extending in the circumferential direction is formed in the facing surface 161. The groove 164 is an arc concentric with the rotation shaft 50. The low-pressure side side seal plate 17 has a facing surface 171 that faces at least a part of the side end portion 20d of the leaf 20 (side end portion 12d of the leaf laminate 12). In the low-pressure side side seal plate 17, a groove 174 extending in the circumferential direction is formed in the facing surface 171. The groove 174 is an arc concentric with the rotation shaft 50. The groove 174 is aligned with the groove 164 in the radial direction. That is, the groove 164 and the groove 174 are concentric circular arcs.

高圧側サイドシール板１６は、リーフ２０の切欠部２０ｘに配置される凸部１６ａを有する。切欠部２０ｘに配置された凸部１６ａは、リーフ２０（リーフ積層体１２）及び保持リング１３により固定される。 The high-pressure side side seal plate 16 has a convex portion 16 a that is disposed in the cutout portion 20 x of the leaf 20. The convex portion 16 a arranged in the notch 20 x is fixed by the leaf 20 (leaf laminated body 12) and the holding ring 13.

低圧側サイドシール板１７は、リーフ２０の切欠部２０ｙに配置される凸部１７ａを有する。切欠部２０ｙに配置された凸部１７ａは、リーフ２０（リーフ積層体１２）及び保持リング１４により固定される。 The low-pressure side side seal plate 17 has a convex portion 17 a disposed in the cutout portion 20 y of the leaf 20. The convex portion 17 a arranged in the notch 20 y is fixed by the leaf 20 (leaf laminated body 12) and the holding ring 14.

本実施形態において、高圧側サイドシール板１６の先端部１６３は、リーフ２０の先端部２０ｂよりも回転軸５０から離れている。高圧側サイドシール板１６は、径方向に関して基端部２０ａ側の側端部２０ｃ（側端部１２ｃ）の一部と対向し、先端部２０ｂ側の側端部２０ｃ（側端部１２ｃ）の一部と対向しない。 In the present embodiment, the distal end portion 163 of the high-pressure side seal plate 16 is farther from the rotating shaft 50 than the distal end portion 20 b of the leaf 20. The high-pressure side seal plate 16 opposes a part of the side end 20c (side end 12c) on the base end 20a side in the radial direction, and the side end 20c (side end 12c) on the distal end 20b side. It does not face part.

本実施形態において、低圧側サイドシール板１７の先端部１７３は、リーフ２０の先端部２０ｂよりも回転軸５０から離れている。低圧側サイドシール板１７は、径方向に関して基端部２０ａ側の側端部２０ｄ（側端部１２ｄ）の一部と対向し、先端部２０ｂ側の側端部２０ｄ（側端部１２ｄ）の一部と対向しない。 In the present embodiment, the distal end portion 173 of the low-pressure side side seal plate 17 is farther from the rotating shaft 50 than the distal end portion 20 b of the leaf 20. The low-pressure-side side seal plate 17 faces a part of the side end 20d (side end 12d) on the base end 20a side in the radial direction, and the side end 20d (side end 12d) on the tip 20b side. It does not face part.

また、本実施形態において、低圧側サイドシール板１７の先端部１７３は、高圧側サイドシール板１６の先端部１６３よりも回転軸５０から離れている。本実施形態において、回転軸５０の径方向に関して、高圧側サイドシール板１６の寸法は、低圧側サイドシール板１７の寸法よりも大きい。 In the present embodiment, the distal end portion 173 of the low-pressure side side seal plate 17 is further away from the rotating shaft 50 than the distal end portion 163 of the high-pressure side seal plate 16. In the present embodiment, the dimension of the high-pressure side seal plate 16 is larger than the dimension of the low-pressure side seal plate 17 with respect to the radial direction of the rotary shaft 50.

ガイド部１８は、高圧側サイドシール板１６に形成された溝１６４と低圧側サイドシール板１７に形成された溝１７４に挿入され、溝１６４、１７４に沿って周方向に延在している。ガイド部１８は、周方向において、シールセグメント１１と同じ角度範囲に配置されている。１つのガイド部１８は、周方向に伸縮可能な円弧形状である。軸シール機構１０は、複数のガイド部１８が周方向の異なる位置に設けられ、周方向のほぼ全周に配置されている。ガイド部１８は、周方向の一方の端部（一端）１１０が高圧側サイドシール板１６及び低圧側サイドシール板１７に固定され、他方の端部（他端）１１２が開放、つまり移動可能となっている。ここで、端部１１０は、リーフ積層体１２と回転軸５０とのなす角が鋭角となる側の端部となる。リーフ２０は、回転軸５０の回転時に、先端が端部１１２側に移動する。また、ガイド部１８は、溝１６４、１７４に挿入されており、一端１１０を支点として、溝１６４、１７４に沿って周方向に移動可能（伸縮可能）となっている。つまり、他端１１２は、溝１６４、１７４に沿って周方向に移動可能（伸縮可能）である。 The guide portion 18 is inserted into a groove 164 formed in the high-pressure side seal plate 16 and a groove 174 formed in the low-pressure side seal plate 17, and extends in the circumferential direction along the grooves 164 and 174. The guide portion 18 is disposed in the same angular range as the seal segment 11 in the circumferential direction. One guide portion 18 has an arc shape that can expand and contract in the circumferential direction. In the shaft seal mechanism 10, a plurality of guide portions 18 are provided at different positions in the circumferential direction, and are arranged on substantially the entire circumference in the circumferential direction. One end (one end) 110 in the circumferential direction of the guide portion 18 is fixed to the high-pressure side seal plate 16 and the low-pressure side seal plate 17, and the other end (other end) 112 is open, that is, movable. It has become. Here, the end portion 110 is an end portion on the side where the angle formed by the leaf laminate 12 and the rotation shaft 50 is an acute angle. The leaf 20 moves toward the end 112 when the rotary shaft 50 rotates. The guide portion 18 is inserted into the grooves 164 and 174 and is movable (extendable and contractible) in the circumferential direction along the grooves 164 and 174 with the one end 110 as a fulcrum. That is, the other end 112 is movable (expandable) in the circumferential direction along the grooves 164 and 174.

ガイド部１８は、保持部材１３４と熱膨張率が異なる材料で形成されている。本実施形態のガイド部１８は、保持部材１３４よりも熱膨張率が高い材料で形成されている。例えば、リーフ２０を支持している保持部材１３４にマルテンサイト系高クロム鋼を用い、ガイド部１８にオーステナイト系ステンレス鋼またはＮｉ基合金を用いる。 The guide part 18 is formed of a material having a coefficient of thermal expansion different from that of the holding member 134. The guide portion 18 of this embodiment is formed of a material having a higher thermal expansion coefficient than the holding member 134. For example, martensitic high chromium steel is used for the holding member 134 supporting the leaf 20, and austenitic stainless steel or Ni-based alloy is used for the guide portion 18.

ガイド部１８は、第１円弧部材（円弧部材）１０２ａと第２円弧部材（円弧部材）１０２ｂと複数の支持部１０４とを有する。ガイド部１８は、第１円弧部材（円弧部材）１０２ａと第２円弧部材（円弧部材）１０２ｂが平行に配置され、第１円弧部材（円弧部材）１０２ａと第２円弧部材（円弧部材）１０２ｂとの間に、複数の支持部１０４が列状に配置された梯子形状である。 The guide portion 18 includes a first arc member (arc member) 102a, a second arc member (arc member) 102b, and a plurality of support portions 104. The guide portion 18 includes a first arc member (arc member) 102a and a second arc member (arc member) 102b arranged in parallel, and a first arc member (arc member) 102a and a second arc member (arc member) 102b. In between, a plurality of support portions 104 are in a ladder shape arranged in a row.

第１円弧部材１０２ａは、高圧側サイドシール板１６の溝１６４に挿入され、軸方向においてリーフ積層体１２よりも溝１６４側（高圧側サイドシール板１６側）に配置されている。第２円弧部材１０２ｂは、低圧側サイドシール板１７の溝１７４に挿入され、軸方向においてリーフ積層体１２よりも溝１７４側（低圧側サイドシール板１７側）に配置されている。第１円弧部材１０２ａと第２円弧部材１０２ｂとは、円弧形状の溝１６４、１７４に挿入されているため、円弧形状となるが、溝１６４、１７４から外した場合、円弧とならなくてもよい。つまり、第１円弧部材１０２ａと第２円弧部材１０２ｂとは、溝１６４、１７４に挿入されることで、溝１６４、１７４に沿って変形する弾性を有していればよい。 The first arc member 102a is inserted into the groove 164 of the high-pressure side side seal plate 16, and is disposed on the groove 164 side (high-pressure side side seal plate 16 side) from the leaf laminate 12 in the axial direction. The second arc member 102b is inserted into the groove 174 of the low-pressure side side seal plate 17, and is disposed on the groove 174 side (low pressure side side seal plate 17 side) with respect to the leaf laminate 12 in the axial direction. Since the first arc member 102a and the second arc member 102b are inserted into the arc-shaped grooves 164 and 174, the arc-shaped grooves 164 and 174 have an arc shape. . That is, the first arc member 102a and the second arc member 102b only need to have elasticity to be deformed along the grooves 164 and 174 by being inserted into the grooves 164 and 174.

支持部１０４は、棒状（または線状）の部材であり、第１円弧部材１０２ａと第２円弧部材１０２ｂとの延在方向に直交する方向が棒の軸方向となる。支持部１０４は、一方の端部が第１円弧部材１０２ａに固定され、他方の端部が第２円弧部材１０２ｂに固定されている。支持部１０４は、周方向において、リーフ２０とリーフ２０との間に配置されている。ガイド部１８は、支持部１０４が周方向に所定の間隔で配置されている。具体的には、周方向において、支持部１０４は、複数枚のリーフ２０毎、に配置されている。 The support portion 104 is a rod-shaped (or linear) member, and the direction perpendicular to the extending direction of the first arc member 102a and the second arc member 102b is the axial direction of the rod. One end of the support portion 104 is fixed to the first arc member 102a, and the other end is fixed to the second arc member 102b. The support portion 104 is disposed between the leaf 20 and the leaf 20 in the circumferential direction. As for the guide part 18, the support part 104 is arrange | positioned at predetermined intervals in the circumferential direction. Specifically, in the circumferential direction, the support portion 104 is disposed for each of the plurality of leaves 20.

また、ガイド部１８は、一端１１０から他端１１２に向かうにしたがって、支持部１０４の配置間隔が狭くなる。つまり、幅Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃの関係が、Ｄａ≧Ｄｂ≧Ｄｃとなり、最も一端１１０側の支持部１０４間の幅が、最も他端１１２側の支持部１０４間の幅よりも広くなる。 Moreover, the arrangement | positioning space | interval of the support part 104 becomes narrow as the guide part 18 goes to the other end 112 from the one end 110. FIG. That is, the relationship between the widths Da, Db, and Dc is Da ≧ Db ≧ Dc, and the width between the support portions 104 on the most end 110 side is wider than the width between the support portions 104 on the most other end 112 side.

ガイド部１８は、以上のような構成であり、回転軸５０が回転していない状態では、図６及び図７に示すようにリーフ２０に対して支持部１０４が力を作用させていない状態となる。次に、ガイド部１８は、回転軸５０が回転している状態となり、作動流体Ｇが流れると、図８に示すように、リーフ２０が変形し、具体的には、回転軸５０の下流側に曲がり、リーフ２０と回転軸５０との間に隙間が生じ、上述したようにリーフ２０と回転軸５０とが非接触な状態となる。また、軸シール機構１０は、回転軸５０が回転している状態となり運転が継続されると軸シール機構１０の全体が加熱された状態となり、各部が熱の影響で伸びる。ガイド部１８も一端１１０を支点として、溝１６４、１７４に沿って各部が他端１１２側に延びる。ガイド部１８は、保持部材１３４よりも熱膨張率が高いため、リーフ２０よりも他端側に移動する。これにより、ガイド部１８は、図８に示すようにリーフ２０が停止時に有った位置よりも回転方向下流側に支持部１０４が移動し、リーフ２０が回転軸５０側に移動することを規制する。つまり、支持部１０４は、リーフ２０を回転軸５０から離れる方向に支持する。 The guide portion 18 is configured as described above. When the rotating shaft 50 is not rotated, the support portion 104 does not apply force to the leaf 20 as shown in FIGS. 6 and 7. Become. Next, in the guide portion 18, when the rotating shaft 50 is rotating and the working fluid G flows, the leaf 20 is deformed as shown in FIG. 8, specifically, the downstream side of the rotating shaft 50. And a gap is generated between the leaf 20 and the rotary shaft 50, and the leaf 20 and the rotary shaft 50 are not in contact with each other as described above. In addition, the shaft seal mechanism 10 is in a state in which the rotation shaft 50 is rotating and the operation is continued, so that the entire shaft seal mechanism 10 is heated, and each part extends due to the influence of heat. Each part of the guide portion 18 also extends toward the other end 112 along the grooves 164 and 174 with the one end 110 as a fulcrum. Since the guide portion 18 has a higher coefficient of thermal expansion than the holding member 134, the guide portion 18 moves to the other end side from the leaf 20. As a result, as shown in FIG. 8, the guide unit 18 restricts the support unit 104 from moving to the downstream side in the rotation direction from the position where the leaf 20 was stopped, and the leaf 20 from moving to the rotation shaft 50 side. To do. That is, the support unit 104 supports the leaf 20 in a direction away from the rotation shaft 50.

このように、軸シール機構１０は、ガイド部１８を設けることで、回転軸５０の回転時にリーフ２０が一定位置よりも回転軸５０に近づくことを規制でき、リーフ２０の移動範囲を規制できる。これにより、リーフ２０のばたつきを抑制して疲労損傷の恐れを低減することができる。また、ガイド部１８を設けることで、リーフ２０が回転軸５０と接触することを抑制でき、リーフ２０の先端の摩耗を低減することができる。これにより、例えば、リーフ２０が回転時に設計通り浮上しなかった場合でもリーフ２０が回転軸に接触することを抑制でき、リーフ２０の摩耗を抑制することができる。 Thus, by providing the guide portion 18, the shaft seal mechanism 10 can restrict the leaf 20 from being closer to the rotation shaft 50 than the fixed position when the rotation shaft 50 is rotated, and can restrict the movement range of the leaf 20. Thereby, flapping of the leaf 20 can be suppressed and the risk of fatigue damage can be reduced. Moreover, by providing the guide part 18, it can suppress that the leaf 20 contacts the rotating shaft 50, and can reduce abrasion of the front-end | tip of the leaf 20. FIG. Thereby, for example, even when the leaf 20 does not float as designed during rotation, the leaf 20 can be prevented from coming into contact with the rotation shaft, and wear of the leaf 20 can be suppressed.

また、ガイド部１８は、支持部１０４を複数有し、支持部１０４と周方向に隣接する支持部１０４との間に複数枚のリーフ２０が配置されている構造とすることで、ガイド部１８の構造を簡単にすることができる。ここで、ガイド部１８は、支持部１０４と支持部１０４との間のリーフ２０を２枚以上１００枚以下とすることが好ましい。なお、ガイド部１８は、リーフ２０とリーフ２０との間の全てに、つまり、１枚のリーフ２０毎に支持部１０４を配置してもよい。 Further, the guide unit 18 includes a plurality of support units 104, and the guide unit 18 has a structure in which a plurality of leaves 20 are disposed between the support unit 104 and the support unit 104 adjacent in the circumferential direction. The structure can be simplified. Here, it is preferable that the guide part 18 has 2 or more and 100 or less leaves 20 between the support part 104 and the support part 104. In addition, the guide part 18 may arrange | position the support part 104 to between all the leaves 20 and the leaf 20, ie, for every leaf 20 of a sheet.

また、ガイド部１８は、一端１１０から他端１１２に向かうにしたがって、支持部１０４の配置間隔を狭くすることで、回転時に、周方向の位置によって、支持部１０４と支持部１０４が支持するリーフ２０との位置関係を平均化することができる。 Further, the guide portion 18 narrows the arrangement interval of the support portions 104 from the one end 110 toward the other end 112, so that the leaf supported by the support portion 104 and the support portion 104 depending on the position in the circumferential direction during rotation. The positional relationship with 20 can be averaged.

また、本実施形態のように、ガイド部１８は、保持部材１３４よりも熱膨張率が高く、かつ、リーフ積層体１２と回転軸５０とのなす角が鋭角となる側の端部１１０を固定することで、支持部１０４でより確実にリーフ２０を支持することができる。なお、ガイド部１８は、保持部材１３４よりも熱膨張率を低くし、かつ、リーフ積層体１２と回転軸５０とのなす角が鈍角となる側の端部１１２を固定してもよい。 Further, as in the present embodiment, the guide portion 18 has a higher coefficient of thermal expansion than the holding member 134 and fixes the end portion 110 on the side where the angle formed between the leaf laminate 12 and the rotation shaft 50 is an acute angle. As a result, the leaf 20 can be more reliably supported by the support portion 104. The guide portion 18 may have a lower coefficient of thermal expansion than the holding member 134 and may fix the end portion 112 on the side where the angle formed by the leaf laminate 12 and the rotation shaft 50 becomes an obtuse angle.

また、軸シール機構１０は、本実施形態のように、複数のガイド部１８を回転軸５０の周方向を分割した各領域に配置することで、リーフ２０と支持部１０４との相対位置の、周方向の位置に応じた変化を小さくすることができる。これにより、支持部１０４でリーフ２０をより確実に支持することができる。 Moreover, the shaft seal mechanism 10 arranges the plurality of guide portions 18 in each region obtained by dividing the circumferential direction of the rotation shaft 50 as in the present embodiment, so that the relative position between the leaf 20 and the support portion 104 can be reduced. The change according to the position in the circumferential direction can be reduced. Thereby, the leaf 20 can be more reliably supported by the support portion 104.

ここで、軸シール機構１０は、保持部材１３４がマルテンサイト系高クロム鋼で形成されることが好ましい。さらに、保持部材１３４は、６００℃における熱膨張率が１１．０×１０^-６／℃以上１３．０×１０^-６／℃以下のマルテンサイト系高クロム鋼で形成されることがより好ましい。つまり、軸シール機構１０は、上述した材料を用いて製造した、マルテンサイト系高クロム鋼の保持部材１３４を用いることが好ましい。これにより、保持部材１３４が、６００℃級の蒸気温度に対しても安定して使用可能な耐熱性を有することができ、軸シール機構１０を安定して使用することができる。 Here, in the shaft seal mechanism 10, the holding member 134 is preferably formed of martensitic high chromium steel. Furthermore, the holding member 134 is more preferably formed of martensitic high chromium steel having a thermal expansion coefficient at 600 ° C. of 11.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or higher and 13.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or lower. That is, it is preferable that the shaft seal mechanism 10 uses a martensitic high chromium steel holding member 134 manufactured using the above-described materials. Thereby, the holding member 134 can have heat resistance that can be stably used even with a steam temperature of 600 ° C. class, and the shaft seal mechanism 10 can be used stably.

軸シール機構１０は、ガイド部１８がオーステナイト系ステンレス鋼またはＮｉ基合金で形成されることが好ましい。さらにガイド部１８は、６００℃における熱膨張率が、１４．０×１０^-６／℃以上１９．０×１０^-６／℃以下のオーステナイト系ステンレス鋼またはＮｉ基合金で形成されることがより好ましい。つまり、軸シール機構１０は、上述した材料を用いて製造した、オーステナイト系ステンレス鋼またはＮｉ基合金のガイド部１８を用いることが好ましい。これにより、ガイド部１８の保持部材との線膨張係数の差を大きくすることができる。 In the shaft seal mechanism 10, the guide portion 18 is preferably formed of austenitic stainless steel or a Ni-based alloy. Further, the guide portion 18 is more preferably formed of austenitic stainless steel or Ni-based alloy having a thermal expansion coefficient at 600 ° C. of 14.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or more and 19.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less. preferable. That is, it is preferable that the shaft seal mechanism 10 uses the austenitic stainless steel or Ni-based alloy guide portion 18 manufactured using the above-described materials. Thereby, the difference of the linear expansion coefficient with the holding member of the guide part 18 can be enlarged.

軸シール機構１０は、保持部材１３４とガイド部１８に上述した好適な材料を用いることで、熱膨張率の差をおおきくすることができ、停止時に支持部がリーフを押すことを抑制しつつ、回転時にリーフの位置を支持部で規制することができる。 The shaft seal mechanism 10 can increase the difference in coefficient of thermal expansion by using the above-described suitable material for the holding member 134 and the guide portion 18, while suppressing the support portion from pushing the leaf at the time of stopping, The position of the leaf can be regulated by the support portion during rotation.

上記実施形態では、１つのシールセグメント１１に１つのガイド部１８を設けたが、これに限定されない。軸シール機構１０は、１つのシールセグメント１１に複数のガイド部１８を設けてもよい。つまり、１つのシールセグメント１１が配置された角度範囲を複数に分割し、それぞれの領域にガイド部１８を設けてもよい。また、軸シール機構１０は、複数のシールセグメント１１に対して１つのガイド部１８を配置してもよい。また、リーフ積層体１２を支持する保持部材１３４は、周方向の両端を、保持部材１３４を支持する部材に固定してもよいが、ガイド部１８が固定されている端部とは反対側の端部、つまり解放されている側の端部のみを固定するようにしてもよい。 In the above embodiment, one guide portion 18 is provided in one seal segment 11, but the present invention is not limited to this. The shaft seal mechanism 10 may be provided with a plurality of guide portions 18 in one seal segment 11. That is, the angle range in which one seal segment 11 is disposed may be divided into a plurality, and the guide portion 18 may be provided in each region. Further, the shaft seal mechanism 10 may arrange one guide portion 18 for the plurality of seal segments 11. In addition, the holding member 134 that supports the leaf laminate 12 may have both ends in the circumferential direction fixed to the member that supports the holding member 134, but on the side opposite to the end where the guide portion 18 is fixed. You may make it fix only an edge part, ie, the edge part by the side of the open | released side.

また、上記実施形態では、組み立てが簡単になり、隙間の管理もより高い精度で行うことができるため、高圧側サイドシール板１６と、低圧側サイドシール板１７をハウジング９と別体としたが、ハウジング（固定部）９をサイドシール板として設けてもよい。軸シール機構は、リーフ積層体１２の軸方向の端面が対面する部分がサイドシール板となる。ガイド部は、リーフ積層体１２の軸方向の端面が対面する部分（例えばサイドシール板となるハウジング）に形成された溝に挿入されることで、周方向に移動可能な状態となる。またガイド部は、溝が形成された部材に周方向の一方の端部（一端）が固定される。 In the above embodiment, since the assembly is simplified and the gap can be managed with higher accuracy, the high-pressure side seal plate 16 and the low-pressure side seal plate 17 are separated from the housing 9. The housing (fixed portion) 9 may be provided as a side seal plate. In the shaft seal mechanism, the portion where the end face in the axial direction of the leaf laminate 12 faces is a side seal plate. The guide portion becomes movable in the circumferential direction by being inserted into a groove formed in a portion (for example, a housing serving as a side seal plate) facing the end face in the axial direction of the leaf laminate 12. In addition, one end (one end) of the guide portion in the circumferential direction is fixed to the member in which the groove is formed.

図９は、他の例の軸シール機構の概略を示す断面図である。図９に示す軸シール機構３１０のシールセグメント３１１は、保持部材１３４にリーフ積層体３１３が固定されている。リーフ積層体３１３は、複数のリーフ３２０が周方向に積層されている。リーフ３２０は、軸方向の中心に、径方向の外側の端部から径方向内側に延びた凹部３２４が形成されている。リーフ３２０の凹部３２４には、ハウジング９の突起部３３０が挿入されている。突起部３３０は、周方向に延在するリング状の部材である。突起部３３０は、軸方向上流側の面に、緩衝部３３２が設けられている。緩衝部３３２は、リーフ３２０を移動可能な状態で支持しつつ、突出部３３０とリーフ３２０との間の隙間を低減している。 FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an outline of another example of the shaft seal mechanism. In the seal segment 311 of the shaft seal mechanism 310 shown in FIG. 9, the leaf laminate 313 is fixed to the holding member 134. In the leaf laminate 313, a plurality of leaves 320 are laminated in the circumferential direction. The leaf 320 is formed with a concave portion 324 extending inward in the radial direction from an end portion in the radial direction at the center in the axial direction. The protrusion 330 of the housing 9 is inserted into the recess 324 of the leaf 320. The protrusion 330 is a ring-shaped member extending in the circumferential direction. The protrusion 330 is provided with a buffer portion 332 on the upstream surface in the axial direction. The buffer portion 332 reduces the gap between the protruding portion 330 and the leaf 320 while supporting the leaf 320 in a movable state.

図９に示す軸シール機構３１０のシールセグメント３１１は、ハウジング（固定部）９のリーフ積層体３１３と対面する面に溝３６４、３７４が形成されている。軸シール機構３１０は、溝３６４、３７４にガイド部１８が挿入されている。ガイド部１８の構造は、軸シール機構１０のガイド部１８と同様である。 The seal segment 311 of the shaft seal mechanism 310 shown in FIG. 9 has grooves 364 and 374 formed on the surface facing the leaf laminate 313 of the housing (fixed portion) 9. In the shaft seal mechanism 310, the guide portion 18 is inserted into the grooves 364 and 374. The structure of the guide portion 18 is the same as that of the guide portion 18 of the shaft seal mechanism 10.

このように、ハウジング９等の固定部側のリング状の部材がリーフ３２０の一部に突出した構造とした場合も、リーフ積層体３１３と対面する面に溝３６４、３７４を形成し、溝３６４、３７４に挿入するガイド部１８を設けることで、上記と同様の効果を得ることができる。また、図９に示す軸シール機構３１０は、サイドシール板を設けず、ハウジング９にガイド部１８を挿入する溝３６４、３７４を形成している。このように、ガイド部１８は、シール機構３１０と隣接して回転軸を軸とした同心円で設けられ、かつ固定部側の部材であれば、各種部材に設けることができる。 As described above, even when the ring-shaped member on the fixed portion side of the housing 9 or the like has a structure protruding to a part of the leaf 320, grooves 364 and 374 are formed on the surface facing the leaf laminate 313, and the groove 364 is formed. By providing the guide portion 18 to be inserted into 374, the same effect as described above can be obtained. Further, the shaft seal mechanism 310 shown in FIG. 9 is provided with grooves 364 and 374 into which the guide portion 18 is inserted in the housing 9 without providing a side seal plate. As described above, the guide portion 18 can be provided on various members as long as it is provided in a concentric circle with the rotation axis as an axis adjacent to the seal mechanism 310 and is a member on the fixed portion side.

１ガスタービンシステム
２圧縮機（回転機械）
３燃焼器
４タービン（回転機械）
１０軸シール機構
１１シールセグメント
１２リーフ積層体
１２ｃ側端部
１２ｄ側端部
１３、１４保持リング
１６高圧側サイドシール板
１７低圧側サイドシール板
１８ガイド部
２０リーフ
２０ｃ側端部
２０ｄ側端部
５０回転軸
１０２ａ第１円弧部材（円弧部材）
１０２ｂ第２円弧部材（円弧部材）
１０４支持部 1 Gas turbine system 2 Compressor (rotary machine)
3 Combustor 4 Turbine (rotary machine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Shaft seal mechanism 11 Seal segment 12 Leaf laminated body 12c Side edge part 12d Side edge part 13, 14 Holding ring 16 High pressure side side seal board 17 Low pressure side side seal board 18 Guide part 20 Leaf 20c Side edge part 20d Side edge part 50 Rotating shaft 102a First arc member (arc member)
102b Second arc member (arc member)
104 Supporting part

Claims

A plurality of leaves arranged around the rotation axis adjacent to the circumferential direction of the rotation axis, and a leaf laminate that divides the space around the rotation axis into two spaces with respect to the axial direction of the rotation axis;
A holding member for holding the leaf laminate;
Two side seal plates that are disposed at both ends of the leaf laminate in the axial direction, have opposing surfaces facing the side ends of the leaf laminate, and grooves are formed on the opposing surfaces;
It is formed of a material having a coefficient of thermal expansion different from that of the holding member, is inserted into both grooves of the two side seal plates, one end in the circumferential direction is fixed, the other end is opened, and the other end is the groove. An arcuate guide portion that can extend and contract in the circumferential direction along
The shaft sealing mechanism, wherein the guide portion has a support portion that is inserted between the leaf and the leaf and supports the leaf in a direction away from the rotation shaft when the rotation shaft rotates.

A leaf stack in which a plurality of leaves are arranged adjacent to the circumferential direction of the rotating shaft and the space around the rotating shaft is divided into a high pressure side space and a low pressure side space with respect to the axial direction of the rotating shaft. Body,
A holding member on the high-pressure side that holds the leaf laminate on the space side on the high-pressure side;
A holding member on the low pressure side for holding the leaf laminate on the space side on the low pressure side;
The holding member is formed of a material having a different coefficient of thermal expansion and is inserted into an arc-shaped groove formed in the fixed portion of the high-pressure side space and an arc-shaped groove formed in the fixed portion of the low-pressure side space. And a fixed portion disposed in the high-pressure side space and a fixed portion disposed in the low-pressure side space and fixed in one place, and can be expanded and contracted in the circumferential direction of the rotating shaft along the groove. The guide part of
The shaft sealing mechanism, wherein the guide portion has a support portion that is inserted between the leaf and the leaf and supports the leaf in a direction away from the rotation shaft when the rotation shaft rotates.

The guide portion is inserted into one of the grooves, and is disposed in the circumferential direction in the axial direction and is disposed on one groove side of the leaf laminate in the axial direction, and on the other groove. A second arc member that is inserted and extends in the circumferential direction disposed in the groove side on the other side of the leaf laminate in the axial direction;
The shaft seal mechanism according to claim 1 or 2, wherein one end of the support portion is fixed to the first arc member, and the other end is fixed to the second arc member. .

The said guide part has two or more said support parts, The said several leaf is arrange | positioned between the said support part and the support part adjacent to the circumferential direction, The any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. The shaft seal mechanism according to claim 1.

The end of the guide portion having a higher coefficient of thermal expansion than the holding member and having an acute angle formed by the leaf laminate and the rotation shaft is fixed. The shaft seal mechanism according to any one of 1 to 4.

A plurality of the guide portions;
The shaft seal mechanism according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of guide portions are arranged in each region obtained by dividing a circumferential direction of the rotation shaft.

The holding member is formed of a martensitic high chromium steel having a thermal expansion coefficient at 600 ° C of 11.0 × 10 ^-6 / ° C or more and 13.0 × 10 ^-6 / ° C or less. The shaft seal mechanism according to any one of 1 to 6.

The guide portion is formed of austenitic stainless steel or Ni-based alloy having a thermal expansion coefficient at 600 ° C. of 14.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or more and 19.0 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less. The shaft seal mechanism according to any one of claims 1 to 7.

9. The shaft seal mechanism according to claim 1, wherein an interval between the support portions becomes narrower from the one end toward the other end of the guide portion.

A rotation axis;
A shaft sealing mechanism according to any one of claims 1 to 9, which is disposed around the rotating shaft.