JP6590522B2 - シール装置及び回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、シール装置及び回転機械に関する。

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装置が知られている。特許文献１に開示されている軸シール装置は、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。また、特許文献２には、リーフシール装置用のリーフにおいて、リーフ部分と、エッジ輪郭外形とを有し、エッジ輪郭外形は、リーフ部分の平面から偏倚し且つ、使用中、リーフ部分上にて空気の流れに反応し、リーフ部分の変位を引き起こすように形成された、リーフシール装置用のリーフが記載されている。

特開２０１１−１８５２１９号公報 特開２００８−１４３１６号公報

シール装置は、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。

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シール装置及び回転機械を提供することを目的とする。

本発明に係るシール装置は、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、前記軸方向に関して前記リーフ積層体の一側に配置され、前記リーフ積層体の前記一側の側端部と対向する対向面を有するサイドシール板と、を備え、前記リーフ積層体は、複数の前記リーフのうち、少なくとも１つのリーフが、前記サイドシール板よりも回転軸側に、隣接する前記リーフの前記軸方向の端面と対面する折り返し部を有することを特徴とする。これにより、一部のリーフが大きく変形することを抑制することができ、リーフに疲労が蓄積し、損傷する恐れをより低減することができる。

また、前記リーフ積層体は、折り返し部と、隣接する前記リーフの前記軸方向の端面との距離が０．００５ｍｍ以下であることが好ましい。また、前記リーフ積層体は、折り返し部と、隣接する前記リーフの前記軸方向の端面と、が圧接することがより好ましい。これにより、リーフと折り返し部とを好適に接触させることができ、一部のリーフが大きく変形することを抑制することができ、リーフに疲労が蓄積し、損傷する恐れをより低減することができる。

また、前記リーフの長手方向の距離をＬとした場合、前記折り返し部は、前記リーフの回転軸側の端部から０．１Ｌ以下に含まれる範囲に設けられていることが好ましい。これにより、リーフの変形が大きい部分に折り返し部を設けることができ、一部のリーフが大きく変形することをより好適に抑制することができる。

また、前記折り返し部は、厚さ方向に貫通する折り返し部穴が形成されていることが好ましい。これにより、流体の流れに対する抵抗を小さくすることができる。

また、前記折り返し部穴は、一方の端部が前記折り返し部の延在方向の端部に繋がっているスリットであることが好ましい。これにより、流体の流れに対する抵抗を小さくすることができる。

また、前記折り返し部は、周方向の先端に前記リーフ側の突出した突出部を有し、前記突出部は、隣接する前記リーフの間に挿入されることが好ましい。これにより、一部のリーフが大きく変形することをより確実に抑制することができる。

また、前記リーフは、前記リーフの長手方向の距離をＬとし、軸方向の幅をＤとした場合、前記リーフの回転軸側の端部から０．１Ｌ以下に含まれ、かつ、前記リーフの軸方向の端部から０．１Ｄ以下に含まれる範囲に、厚み方向に貫通した端部穴が設けられていることが好ましい。これにより、一部のリーフが大きく変形することを抑制することができ、リーフに疲労が蓄積し、損傷する恐れをより低減することができる。

本発明に係る軸シール装置は、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、前記軸方向に関して前記リーフ積層体の一側に配置され、前記リーフ積層体の前記一側の側端部と対向する対向面を有するサイドシール板と、を備え、前記リーフ積層体は、複数の前記リーフのうち、少なくとも１つのリーフが、前記リーフの長手方向の距離をＬとし、軸方向の幅をＤとした場合、前記リーフの回転軸側の端部から０．１Ｌ以下に含まれ、かつ、前記リーフの軸方向の端部から０．１Ｄ以下に含まれる範囲に、厚み方向に貫通した端部穴が設けられていることを特徴とする。これにより、一部のリーフが大きく変形することを抑制することができ、リーフに疲労が蓄積し、損傷する恐れをより低減することができる。

また、前記端部穴は、一方の端部がリーフの端部に繋がっているスリットであることが好ましい。これにより、リーフの変形をより好適に抑制することができる。

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装置と、を備えることを特徴とする。

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。

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。 図２は、本実施形態に係る軸シール装置の概略を示す断面図である。 図３は、本実施形態に係る軸シール装置の一部を模式的に示す斜視図である。 図４は、本実施形態に係る軸シール装置の概略を示す断面図である。 図５は、本実施形態に係る軸シール装置の分解図である。 図６は、リーフ積層体の概略構成を示す斜視図である。 図７Ａは、リーフ積層体の概略構成を示す側面図である。 図７Ｂは、リーフ積層体の概略構成を示す背面図である。 図８は、第１リーフの他の例の概略構成を示す側面図である。 図９は、第１リーフの他の例の概略構成を示す側面図である。 図１０は、第１リーフの他の例の概略構成を示す側面図である。 図１１は、第１リーフの他の例の概略構成を示す斜視図である。 図１２は、第１リーフの他の例の概略構成を示す斜視図である。 図１３は、第１リーフの他の例の概略構成を示す斜視図である。 図１４は、第１リーフの他の例の概略構成を示す斜視図である。 図１５は、他の例の軸シール装置の概略を示す断面図である。 図１６は、リーフの概略構成を示す拡大図である。 図１７は、リーフの他の例の概略構成を示す拡大図である。 図１８は、他の例の軸シール装置の概略を示す断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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装置（シール装置）１０を備えている。軸シール装置１０は、圧縮機２及びタービン４のそれぞれに配置される。

圧縮機２に配置される軸シール装置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の軸シール装置１０は、静翼２Ａの内周部に配置される。また、圧縮機２の軸シール装置１０は、支持部２Ｓに配置される。

タービン４に配置される軸シール装置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の軸シール装置１０は、静翼４Ａの内周部に配置される。また、タービン４の軸シール装置１０は、支持部４Ｓに配置される。

次に、軸シール装置１０について説明する。図２は、本実施形態に係る軸シール装置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装置１０の一部を模式的に示す斜視図である。図３は、軸シール装置１０の一部を破断して示す。図４は、回転軸５０の軸ＡＸを含む軸シール装置１０の概略を示す断面図である。図５は、軸シール装置１０の分解図である。

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装置１０のうち、タービン４に設けられた軸シール装置１０について説明する。圧縮機２に設けられた軸シール装置１０の構造と、タービン４に設けられた軸シール装置１０の構造とは同等である。

図２に示すように、軸シール装置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。

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とを備えている。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１４ｂ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。

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。

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と、対向面１６１の反対方向を向く表面１６２とを有する。

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と、対向面１７１の反対方向を向く表面１７２とを有する。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、図１から図５に加え、図６、図７Ａ及び図７Ｂを用いて、リーフ積層体について説明する。図６は、リーフ積層体の概略構成を示す斜視図である。図７Ａは、リーフ積層体の概略構成を示す側面図である。図７Ｂは、リーフ積層体の概略構成を示す背面図である。図６に示すようにリーフ積層体１２は、複数のリーフ２０が周方向に積層されている。リーフ２０は、第１リーフ１２２と第２リーフ１２４とを有する。第１リーフ１２２と第２リーフ１２４とは、上述したリーフ２０の形状である。第１リーフ１２２は、リーフ２０の構造に加え、折り返し部１８０を有する。第２リーフ１２４は、折り返し部１８０を有さない。リーフ積層体１２は、周方向において、第１リーフ１２２と第１リーフ１２２との間に複数枚の第２リーフ１２４が配置されている。

第１リーフ１２２は、低圧側サイドシール板１７よりも回転軸５０側に折り返し部１８０が設けられている。折り返し部１８０は、第１リーフ１２２の回転軸５０側の端部に配置されている。折り返し部１８０は、第１リーフ１２２の板部に直交する方向、具体的には、回転軸５０の周方向に延在する板状の部材であり、第１リーフ１２２の板部に連結している。折り返し部１８０は、第１リーフ１２２の板部に対して、回転軸５０の回転方向の下流側に延在している。折り返し部１８０は、第１リーフ１２２の板部に近い側の面１８１が、第２リーフ１２４の軸方向の端面と対面している。

リーフ積層体１２は、第１リーフ１２２に折り返し部１８０を設けることで、回転軸５０の回転時に折り返し部１８０の面１８１と第２リーフ１２４との端面を好適に接触することができ、折り返し部１８０で対面する第２リーフ１２４の挙動を拘束することができる。具体的には、一部の第２リーフ１２４に、他の第１リーフ１２２、第２リーフ１２４よりも大きく変形する力が作用した場合、第２リーフ１２４の軸方向の端面が折り返し部１８０の面１８１と接触し、第２リーフ１２４の変形しようとする力が折り返し部１８０により受け止められる。また、回転軸５０の回転時に折り返し部１８０の面１８１と第２リーフ１２４との端面とが接触することで、折り返し部１８０の面１８１により対面する第２リーフ１２４に一体で動く力が作用する。また、リーフ積層体１２は、リーフ２０の間隔が位置によって異なり、不均一となるが、折り返し部１８０を設けることで、第１リーフ１２２と折り返し部１８０で対面している複数の第２リーフ１２４を連動して動かすことができる。これにより、一部のリーフが大きく変形することを抑制することができ、リーフに疲労が蓄積し、損傷する恐れをより低減することができる。

リーフ積層体１２は、折り返し部１８の面１８１と、第２リーフ１２４の軸方向の端面との距離Ｗは０．００５ｍｍ以下であることが好ましい。距離Ｗを０．００５ｍｍ以下とすることで、回転軸５０の回転時に折り返し部１８０の面１８１と第２リーフ１２４との端面を好適に接触することができ、折り返し部１８０で対面する第２リーフ１２４の挙動を拘束することができる。これにより、一部のリーフが大きく変形することをより確実に抑制することができ、リーフに疲労が蓄積し、損傷する恐れをより低減することができる。リーフ積層体１２は、折り返し部１８の面１８１と、第２リーフ１２４の軸方向の端面と、が圧接することが好ましい。これにより、一部のリーフが大きく変形することをより確実に抑制することができ、リーフに疲労が蓄積し、損傷する恐れをより低減することができる。

また、折り返し部１８０は、第１リーフ１２２の長手方向の距離をＬとし、前記折り返し部１８０が設けられている領域のリーフの回転軸５０側の端部からの距離をＬａとした場合、距離Ｌａは、０．１Ｌ以下であることが好ましい。つまり折り返し部１８０は、リーフの回転軸側の端部から距離Ｌａに含まれる範囲に設けることが好ましい。これにより、リーフの変形が大きい部分に折り返し部１８０を設けることができ、一部のリーフが大きく変形することをより好適に抑制することができる。

また、リーフ積層体１２は、周方向において、第１リーフ１２２と第１リーフ１２２との間に第２リーフ１２４を２枚以上５枚以下配置することが好ましい。これにより、折り返し部１８０の強度が低下することを抑制しつつ、簡単に製造することができる。また折り返し部１８０は、第１リーフ１２２と第１リーフ１２２との間に挟まれる枚数の第２リーフ１２４と対面することが好ましい。これによりリーフ積層体１２の第２リーフ１２４を第１リーフ１２２で連動して移動させることができる。

本実施形態では、リーフ積層体１２の低圧側、つまりガスＧの流れ方向下流側の端部に折り返し部１８０を設けることで、本実施形態のように高圧側サイドシール板１６と高圧側サイドシール板１６よりも短い低圧側サイドシール板１７とで挟み込んだ構造とした場合に最も変位が大きくなるリーフ２０のガスＧの流れ方向下流側の端部で一部のリーフ２０の変位が大きくなることを抑制することができる。なお、折り返し部１８０は、シールセグメント１１の構造によっては、リーフ積層体１２の高圧側、つまりガスＧの流れ方向上流側の端部に設けてもよい。また、軸方向の両方の端部に設けてもよい。

ここで、折り返し部１８０の形状は、上記実施形態に限定されない。折り返し部１８０は、回転時の第２リーフの挙動を拘束することができればよく、配置位置、形状を種々の配置位置、形状とすることができる。

図８から図１０は、それぞれ第１リーフの他の例の概略構成を示す側面図である。図８に示す第１リーフ１２２ａは、折り返し部１８０ａが、第１リーフ１２２ａの板部分よりも回転軸５０の回転方向上流側に延在している。このように、折り返し部１８０ａを、回転軸５０の回転方向上流側に設けても、リーフ１２４ａが第２リーフ群の最大変形を抑制することで、一部のリーフだけの変位が大きくなることを抑制することができる。

図９に示す第１リーフ１２２ｂは、折り返し部１８０ｂが、第１リーフ１２２ｂの板部分の回転軸５０の回転方向上流側と下流側の両方に延在している。このように、折り返し部１８０ｂを回転方向上流側と下流側の両方に配置した構造としてもよい。

図１０に示す第１リーフ１２２ｃは、折り返し部１８０ｃが、径方向において、回転軸５０側の端部よりも距離Ｌｂ、径方向外側に配置されている。つまり、折り返し部１８０ｃは、板部分の回転軸５０側の端部から距離Ｌｂの間配置されておらず、距離Ｌｂよりも径方向外側に配置されている。このように折り返し部１８０ｃは、第１リーフ１２２ｃの回転軸５０側の端部に配置しなくてもよい。また、距離Ｌｂの範囲に配置しないことで、折り返し部１８０ｃが回転軸５０と接する恐れを低減することができる。ここで、距離Ｌｂは、０．０５Ｌ以上０．１Ｌ以下とすることが好ましい。

次に、図１１から図１３を用いて、折り返し部の変形例について説明する。図１１は、第１リーフの他の例の概略構成を示す斜視図である。図１１に示す第１リーフ１２２ｄは、折り返し部１８０ｄに複数の穴（折り返し部穴）１８２が形成されている。穴１８２は、折り返し部１８０ｄの厚み方向に貫通している。折り返し部１８０ｄは、穴１８２を設けることで、ガスＧの流れに対する抵抗を低減することができる。

図１２は、第１リーフの他の例の概略構成を示す斜視図である。図１２に示す第１リーフ１２２ｅは、折り返し部１８０ｅに複数のスリット（折り返し部穴）１８４が形成されている。スリット１８４は、径方向に複数形成されている。スリット１８４は、折り返し部１８０ｄの厚み方向に貫通している。スリット１８４は、周方向に延在しており、折り返し部１８０ｅの板部分側とは反対側の端部に開口している。折り返し部１８０ｅは、スリット１８４を設けることで、ガスＧの流れに対する抵抗を低減することができる。また、折り返し部穴をスリット１８４とすることで、形成しやすくすることができる。

図１３は、第１リーフの他の例の概略構成を示す斜視図である。図１３に示す第１リーフ１２２ｆは、折り返し部１８０ｆの板部分側とは反対側の端部に突出部１８６が形成されている。突出部１８６は、面１８１に設けられ、リーフ２０側に突出している。突出部１８６は、隣接するリーフの間に挿入される。第１リーフ１２２ｆは、突出部１８６を設けることで、第１リーフ１２２ｆと突出部１８６との間の第２リーフをより確実に一体で移動させることができる。

また、第１リーフ１２２は、折り返し部１８０の面１８１を加工し、第１リーフ１２２の他の部分よりも表面粗さを粗くした加工面を設けることが好ましい。これにより、折り返し部１８０の面１８１と第２リーフ１２４とが接触した場合、第２リーフ１２４の移動をより拘束することができる。

図１４は、第１リーフの他の例の概略構成を示す斜視図である。図１４に示す第１リーフ１２２は、折り返し部１８０の面１８１に複数の凸部１９０を設けている。凸部１９０は、径方向に延在し、周方向に並んでいる。このように、複数の凸部１９０を設けることで、折り返し部１８０と第２リーフ１２４とを接触しやすい状態にすることができ、折り返し部１８０で第２リーフ１２４の移動をより拘束することができる。

図１５は、他の例の軸シール装置の概略を示す断面図である。上記実施形態では、折り返し部を設けたが、本実施形態のリーフは、これに限定されず、折り返し部に加え、または折り返し部に代えてリーフの板部分の所定の領域に穴（端部穴）を設けてもよい。

図１５に示すリーフ１２６は、複数の端部穴として、スリット２３０が形成されている。スリット２３０は、一方の端部がリーフ１２６の端部に繋がっている。本実施形態のスリット２３０は、軸方向に延在し、軸方向の端部に開口している。スリット２３０は、リーフ１２６の軸方向の端部（下流側の端部）から距離Ｄａであり、リーフ１２６の回転軸５０側の端部かＬｃに含まれる範囲である領域２２０に形成されている。なお、本実施形態では、領域２２０にスリット２３０を形成したが、リーフ１２６の軸方向の端部（上流側の端部）から距離Ｄｂであり、リーフ１２６の回転軸５０側の端部かＬｃに含まれる範囲である領域２２２にもスリットを形成してもよい。ここで、距離Ｄａ、Ｄｂは、軸方向の幅をＤとした場合、０．１Ｄ以下となる。また、距離Ｌｃは、リーフの長手方向の距離をＬとした場合、０．１Ｌ以下となる。

リーフ１２６は、スリット２３０を領域２２０（必要に応じて領域２２２）に設けることで、リーフ１２６の軸方向の端部で回転軸５０の回転時に変形が大きくなる部分で応力が集中することを抑制することができ、リーフ１２６の変形を小さくすることができる。これにより、リーフ１２６に蓄積する疲労を低減することができる。また、スリット２３０を領域２２０（必要に応じて領域２２２）に選択的に設けることで、シール性を維持しつつ、疲労の蓄積を低減することができる。またリーフ１２６は、スリット２３０を軸方向に延在する穴とすることで、リーフ１２６と回転軸５０との間に開口が形成されることを抑制できる。これにより、シール性を維持しつつ、疲労の蓄積を低減することができる。

図１６は、リーフの概略構成を示す拡大図である。ここで、スリット２３０は、図１６に示すように、リーフ１２６の端部に開口していない側の端部を円弧２３２とすることが好ましい。円弧２３２は、スリット２３０の幅よりも径が大きいことが好ましい。このように円弧２３２を設けることで、スリット２３０の端部で、亀裂が生じることを抑制することができる。

図１７は、リーフの他の例の概略構成を示す拡大図である。図１７に示すリーフ１２６ａは、領域２２０ａ、２２２ａにスリット２３４が形成されている。スリット２３４は、径方向に延在しており、径方向内側の端部に開口している。また、スリット２３４は、リーフ１２６ａの端部に開口していない側の端部に円弧２３６が設けられている。リーフ１２６ａは、リーフ１２６よりもシール性が低下するが、スリット２３４を設けた形状としても、疲労の蓄積を低減することができる。

また、上記実施形態では、領域２２０、２２２にスリット２３０を設けたが、端部穴としては、リーフ１２６の延在方向の端部に開口していない穴を形成してもよい。

また、リーフ積層体は、上記効果をより好適に得ることができるため、全てのリーフをリーフ１２６とすることが好ましいが、少なくとも１つがリーフ１２６であればよい。また、リーフ積層体は、第２リーフ１２４に代えてリーフ１２６を配置してもよい。つまり、リーフ積層体を第１リーフ１２２とリーフ１２６の組み合わせとしてもよい。また、リーフ積層体は、全てのリーフをリーフ１２６としてもよい。

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９をサイドシール板として設けてもよい。軸シール装置は、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。

図１８は、他の例の軸シール装置の概略を示す断面図である。図１８に示す軸シール装置３１０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。

図１８に示すようにハウジング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、リーフ３２０に折り返し部を設けるあるいは、領域２２０、２２２に相当する部分に端部穴を設けることで上記と同様の効果を得ることができる。

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 軸シール装置
１１ シールセグメント
１２ リーフ積層体
１２ｃ 側端部
１２ｄ 側端部
１６ 高圧側サイドシール板
１７ 低圧側サイドシール板
２０ リーフ
２０ｃ 側端部
２０ｄ 側端部
５０ 回転軸
１８０ 折り返し部
２２０、２２２ 領域

Claims (10)

1. 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、
   前記軸方向に関して前記リーフ積層体の一側に配置され、前記リーフ積層体の前記一側の側端部と対向する対向面を有するサイドシール板と、を備え、
   前記リーフ積層体は、複数の前記リーフのうち、少なくとも１つのリーフが、前記サイドシール板よりも回転軸側に、隣接する前記リーフの前記軸方向の端面と対面する折り返し部を有することを特徴とするシール装置。
2. 前記リーフ積層体は、折り返し部と、隣接する前記リーフの前記軸方向の端面と、が圧接することを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
3. 前記リーフの長手方向の距離をＬとした場合、
   前記折り返し部は、前記リーフの回転軸側の端部から０．１Ｌ以下に含まれる範囲に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のシール装置。
4. 前記折り返し部は、厚さ方向に貫通する折り返し部穴が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシール装置。
5. 前記折り返し部穴は、一方の端部が前記折り返し部の延在方向の端部に繋がっているスリットであることを特徴とする請求項４に記載のシール装置。
6. 前記折り返し部は、周方向の先端に前記リーフ側の突出した突出部を有し、
   前記突出部は、隣接する前記リーフの間に挿入されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のシール装置。
7. 前記リーフは、前記リーフの長手方向の距離をＬとし、軸方向の幅をＤとした場合、前記リーフの回転軸側の端部から０．１Ｌ以下に含まれ、かつ、前記リーフの軸方向の端部から０．１Ｄ以下に含まれる範囲に、厚み方向に貫通した端部穴が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のシール装置。
8. 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、
   前記軸方向に関して前記リーフ積層体の一側に配置され、前記リーフ積層体の前記一側の側端部と対向する対向面を有するサイドシール板と、を備え、
   前記リーフ積層体は、複数の前記リーフのうち、少なくとも１つのリーフが、前記リーフの長手方向の距離をＬとし、軸方向の幅をＤとした場合、前記リーフの回転軸側の端部から０．１Ｌ以下に含まれ、かつ、前記リーフの軸方向の端部から０．１Ｄ以下に含まれる範囲に、厚み方向に貫通した端部穴が選択的に設けられ、その他の領域に前記端部穴が設けられていないことを特徴とするシール装置。
9. 前記端部穴は、一方の端部がリーフの端部に繋がっているスリットであることを特徴とする請求項７または８に記載のシール装置。
10. 回転軸と、
    前記回転軸の周囲に配置される請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のシール装置と、を備えることを特徴とする回転機械。

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