JP6621303B2 - Seal member and method for manufacturing seal member - Google Patents
Seal member and method for manufacturing seal member Download PDFInfo
- Publication number
- JP6621303B2 JP6621303B2 JP2015217130A JP2015217130A JP6621303B2 JP 6621303 B2 JP6621303 B2 JP 6621303B2 JP 2015217130 A JP2015217130 A JP 2015217130A JP 2015217130 A JP2015217130 A JP 2015217130A JP 6621303 B2 JP6621303 B2 JP 6621303B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- leaf
- metal plate
- thickness
- end side
- seal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Description
本発明は、例えば、蒸気タービン及びガスタービンに用いられるシール部材及びシール部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a seal member used for, for example, a steam turbine and a gas turbine, and a method for manufacturing the seal member.
従来、ガスタービン、蒸気タービン及び圧縮機などの回転装置では、回転軸の周囲をシールする軸シール部材としてのリーフシールが用いられている(例えば、特許文献1参照)。このリーフシールにおいては、複数のリーフシールが円環状に配置されたリーフ群に対する低圧空間側のリーフ群の厚さを高圧空間側よりも厚さを大きくすることにより、リーフ群における圧力降下を低圧空間側で起こるようにして、低圧空間側でのリーフ間の間隙を低減している。 Conventionally, a leaf seal as a shaft seal member that seals the periphery of a rotating shaft has been used in rotating devices such as a gas turbine, a steam turbine, and a compressor (see, for example, Patent Document 1). In this leaf seal, the thickness of the leaf group on the low pressure space side relative to the leaf group in which a plurality of leaf seals are arranged in an annular shape is made larger than that on the high pressure space side, thereby reducing the pressure drop in the leaf group. As occurring on the space side, the gap between the leaves on the low pressure space side is reduced.
ところで、従来のリーフシールでは、リーフ群のリーフ間の隙間が均一ではなく、特定のリーフシールと当該特定のリーフシールの近傍のリーフシールとの間の隙間に被密封流体が入り込む場合がある。このような場合には、被密封流体のばね剛性による振動伝搬により、リーフシールの先端部にバタツキが発生して過大な応力が作用するので、リーフシールの先端部に疲労損傷が発生する場合がある。 By the way, in the conventional leaf seal, the gap between the leaves of the leaf group is not uniform, and the sealed fluid may enter the gap between the specific leaf seal and the leaf seal near the specific leaf seal. In such a case, vibration propagation due to the spring rigidity of the sealed fluid causes fluttering at the tip of the leaf seal and excessive stress acts on it, so that fatigue damage may occur at the tip of the leaf seal. is there.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、リーフ群の剛性を向上でき、軸シール部材の疲労損傷を防ぐことが可能なシール部材及びシール部材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a seal member that can improve the rigidity of the leaf group and can prevent fatigue damage of the shaft seal member, and a method for manufacturing the seal member. Objective.
本発明のシール部材は、可撓性を有する板状部材が円環状に積層されてなるシール部材であって、前記部材は、第1金属材料を含有する第1金属板と、エッチング加工可能な第2金属材料を含有する第2金属板とが積層されてなり、一端側の厚さが他端側の厚さに対して相対的に小さいことを特徴とする。 The seal member of the present invention is a seal member formed by laminating flexible plate-like members in an annular shape, and the member can be etched with a first metal plate containing a first metal material. A second metal plate containing a second metal material is laminated, and the thickness on one end side is relatively smaller than the thickness on the other end side.
本発明のシール部材によれば、第2金属板がエッチング加工可能な第2金属材料を含有するので、エッチング加工によってシール部材の一端側の厚さと他端側の厚さとを異ならせることが可能となる。これにより、シール部材は、シール部材の一端側における剛性を向上させることができるので、シール部材の使用時における疲労損傷を防ぐことが可能となる。 According to the sealing member of the present invention, since the second metal plate contains the second metal material that can be etched, the thickness of the one end side and the other end side of the sealing member can be made different by the etching process. It becomes. Thereby, since the sealing member can improve the rigidity in the one end side of a sealing member, it becomes possible to prevent the fatigue damage at the time of use of a sealing member.
本発明のシール部材においては、板状部材は、前記一端側から前記他端側に向けて厚さが減少することが好ましい。この構成により、シール部材は、シール部材の一端側における剛性を更に向上させることができるので、シール部材の使用時における疲労損傷をより一層防ぐことが可能となる。 In the sealing member of the present invention, it is preferable that the thickness of the plate member decreases from the one end side toward the other end side. With this configuration, the seal member can further improve the rigidity at the one end side of the seal member, so that it is possible to further prevent fatigue damage during use of the seal member.
本発明のシール部材においては、前記板状部材は、第2金属板の表面に凸状部が設けられたことが好ましい。この構成により、シール部材は、使用時にシール部材が隣接するシール部材と接触した際にダンパ効果が得られるので、シール部材の使用時における疲労損傷をより一層防ぐことが可能となる。 In the sealing member of this invention, it is preferable that the said plate-shaped member was provided with the convex-shaped part on the surface of the 2nd metal plate. According to this configuration, the seal member can obtain a damper effect when the seal member comes into contact with an adjacent seal member during use, and thus can further prevent fatigue damage during use of the seal member.
本発明のシール部材においては、前記第1金属板は、一対の前記第2金属板に挟持されてなることが好ましい。この構成により、シール部材は、シール部材の一端側における剛性を更に向上させることができるので、シール部材の使用時における疲労損傷をより一層防ぐことが可能となる。 In the sealing member of the present invention, it is preferable that the first metal plate is sandwiched between a pair of the second metal plates. With this configuration, the seal member can further improve the rigidity at the one end side of the seal member, so that it is possible to further prevent fatigue damage during use of the seal member.
本発明のシール部材においては、前記第1金属材料は、アルミニウム及びチタンの含有量の合計が1質量%以上であるNi基合金を含有することが好ましい。この構成により、600℃級の高温下で使用可能な高温強度及び耐酸化性を具備することができるので、リーフ間の隙間に発生し得る酸化スケールによるリーフ同士の固着に伴う、リーフの浮上性能の低下によるリーフとロータとの接触を防ぐことが可能となる。また、Ni基合金としては、上述した作用効果を一層向上する観点から、時効処理により高温強度を向上させた析出型のNi基合金が好ましい。 In the sealing member of the present invention, it is preferable that the first metal material contains a Ni-based alloy in which the total content of aluminum and titanium is 1% by mass or more. With this configuration, high-temperature strength and oxidation resistance that can be used at a high temperature of 600 ° C. can be provided, so that the floating performance of the leaf accompanying the fixation of the leaves by the oxide scale that can occur in the gap between the leaves. It becomes possible to prevent the leaf and the rotor from coming into contact with each other due to the decrease in the height. In addition, as the Ni-based alloy, a precipitation-type Ni-based alloy whose high-temperature strength is improved by aging treatment is preferable from the viewpoint of further improving the above-described effects.
本発明のシール部材においては、前記第2金属材料は、クロムの含有量が10質量%以上であって、モリブデンの含有量が3質量%未満であるステンレス鋼及びNi基合金の少なくとも1種を含むことが好ましい。この構成により、600℃級の高温下での耐酸化性が向上すると共に、エッチング液に対する耐食性が上がりすぎによるエッチング加工精度の低下を防ぐことができるので、第2金属板の板厚方向の高精度なエッチング加工が可能となり、シール部材の任意の形状への板厚方向の加工が容易となる。 In the sealing member of the present invention, the second metal material is made of at least one of stainless steel and Ni-based alloy having a chromium content of 10% by mass or more and a molybdenum content of less than 3% by mass. It is preferable to include. With this configuration, the oxidation resistance at a high temperature of 600 ° C. can be improved and the deterioration of the etching processing accuracy due to the excessive increase in the corrosion resistance against the etching solution can be prevented. Accurate etching can be performed, and processing in the thickness direction of the seal member into an arbitrary shape is facilitated.
本発明のシール部材の製造方法は、可撓性を有する板状部材が積層されてなるシール部材の製造方法であって、第1金属材料を含有する第1金属板と、エッチング加工可能な第2金属材料を含有する第2金属板とを積層する積層工程と、前記第2金属板をエッチングして前記第2金属板の一端側の厚さを他端側の厚さに対して相対的に小さくした軸シール部材を得るエッチング工程とを含むことを特徴とする。 A manufacturing method of a sealing member of the present invention is a manufacturing method of a sealing member formed by laminating flexible plate-like members, and includes a first metal plate containing a first metal material, and a first metal plate that can be etched. A lamination step of laminating a second metal plate containing two metal materials, and etching the second metal plate so that the thickness on one end side of the second metal plate is relative to the thickness on the other end side. And an etching step for obtaining a shaft seal member reduced in size.
本発明のシール部材の製造方法によれば、第2金属板がエッチング加工可能な第2金属材料を含有するので、エッチング加工によってシール部材の一端側の厚さと他端側の厚さとを異ならせることが可能となる。これにより、シール部材の製造方法により得られるシール部材は、シール部材の一端側における剛性を向上させることができるので、シール部材の使用時における疲労損傷を防ぐことが可能となる。 According to the method for manufacturing a seal member of the present invention, since the second metal plate contains the second metal material that can be etched, the thickness at one end side of the seal member is made different from the thickness at the other end side by the etching process. It becomes possible. Thereby, since the sealing member obtained by the manufacturing method of a sealing member can improve the rigidity in the one end side of a sealing member, it becomes possible to prevent the fatigue damage at the time of use of a sealing member.
本発明によれば、リーフ群の剛性を向上でき、軸シール部材の疲労損傷を防ぐことが可能なシール部材及びシール部材の製造方法を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rigidity of a leaf group can be improved and the manufacturing method of the sealing member which can prevent the fatigue damage of a shaft seal member, and a sealing member is realizable.
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の各実施の形態は適宜組み合わせて実施可能である。また、各実施の形態において共通する構成要素には同一の符号を付し、説明の重複を避ける。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, it is not limited to each following embodiment, It can implement by changing suitably. Also, the following embodiments can be implemented in combination as appropriate. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the component which is common in each embodiment, and duplication of description is avoided.
図1は、本発明の実施の形態に係る回転機械を備えたガスタービンシステム1の一例を示す模式図である。図1に示すように、このガスタービンシステム1は、空気G1を圧縮して圧縮空気G2とする圧縮機(回転機械)2と、圧縮機2で圧縮された圧縮空気G2に燃料を供給して混合して燃焼させる燃焼器3と、燃焼器3で燃焼された燃焼ガスG3が供給されるタービン(回転機械)4と、圧縮機2内に配置された回転軸51とタービン4内に配置された回転軸52とを接続する回転軸50を有するロータ5とを備える。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a
圧縮機2は、内部空間に空気G1が導入されるケーシング2Kを有する。圧縮機2は、ケーシング2Kの内部空間に導入された空気を圧縮して圧縮空気G2とする。圧縮機2には、回転軸50を回転可能に支持する軸受を有する支持部2Sが設けられている。
The
タービン4は、内部空間に燃焼ガスG3が導入されるケーシング4Kを有する。タービン4は、タービン4は、燃焼器3で発生した燃焼ガスG3をケーシング4Kの内部空間に導入して膨張させて、燃焼ガスG3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には、回転軸50を回転可能に支持する軸受を有する支持部4Sが設けられている。
The turbine 4 has a
ロータ5は、ケーシング2Kの内部空間に配置された回転軸51に設けられた動翼51Aと、ケーシング4Kの内部空間に配置された回転軸52に設けられた動翼52Aとを有する。
The
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の静翼2Aと回転軸51に設けられた動翼51Aとは、回転軸50の軸AXの軸線方向と平行な方向に交互に複数配置される。
The
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の静翼4Aと回転軸52に設けられた動翼52A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
また、ガスタービンシステム1は、圧縮機2のケーシング2K内の静翼2Aの内周部に配置され、回転軸51の周囲をシールする軸シール装置10と、タービン4のケーシング4K内に配置された回転軸52の周囲をシールする軸シール装置10と、を備える。圧縮機2に配置される軸シール装置10は、作動気体である圧縮空気G2が高圧空間側から低圧空間側に漏出することを抑制する。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。
The
ガスタービンシステム1においては、燃焼器3から導入された燃焼ガスG3がタービン4内の動翼52Aに供給される。これにより、燃焼ガスG3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
次に、図2を参照して本実施の形態に係る軸シール装置10について説明する。図2は、本実施の形態に係る軸シール装置10の概略を示す断面模式図であり、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り、図4は、本実施の形態に係る回転軸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、本実施の形態に係る軸シール装置10の分解図である。なお、図2においては、図1のA―A線矢視断面図を示し、図3においては、軸シール装置10の一部を破断して示している。
Next, the
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。なお、圧縮機2に設けられた軸シール装置10の構成は、タービン4に設けられた軸シール装置10の構成と同様である。
In the following description, the
図2〜図5に示すように、に示すように、軸シール装置10は、回転軸52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。各シールセグメント11は、軸AXと直交する平面内において円弧状の形状を有している。本実施の形態においては、シールセグメント11は、回転軸50の周囲に8つ配置される。
As shown in FIGS. 2 to 5, as shown in FIG. 2, the
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(板状部材:シール部材)20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、回転軸50の軸方向D1におけるリーフ20の一端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D1におけるリーフ20の他端側に配置された低圧側サイドシール板17とを備える。
The
シールセグメント11は、静翼4Aに相当するハウジング9の凹部9aに挿入され、少なくとも一部がハウジング9の凹部9aに配置される。凹部9aは、回転軸52の外周面に面する開口9kを有する。凹部9aは、回転軸50の周方向D2に延在する。凹部9aの外側に、リーフ20の一部が突出する。なお、ハウジング9は、静翼2A、支持部2S、及び支持部4Sにもそれぞれ設けられている。
The
リーフ20は、回転軸52の周方向D2おける可撓性を有する板状部材であり、弾性変形可能である。本実施の形態においては、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52の回転方向である周方向D2と略平行である。リーフ20の幅方向は、回転軸52の軸方向とほぼ一致する。リーフ20の厚さ方向は、回転軸52の周方向D2とほぼ一致する。このような構成により、リーフ20は、回転軸52の軸方向D1に高い剛性を有する。
The
リーフ20は、回転軸52の周方向D2に間隔をあけて複数配置される。リーフ20と、当該リーフ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によって複数のリーフ20が積層された集合体(積層体)であるリーフ積層体12が形成される。
A plurality of the
複数のリーフ20からなるリーフ積層体12は、回転軸52の周囲をシールすることによって、回転軸52の周囲の空間を回転軸52の軸方向D1において2つの空間に区分する。本実施の形態においては、リーフ積層体12は、回転軸52の周囲の空間を高圧空間と当該高圧空間よりも相対的に圧力が低い低圧空間とに区分する。
The
複数のリーフ20は、回転軸52の軸AXに対して直交する径方向D3における外側の基端部(外側端部)20aと、内側の先端部(内側端部)20bと、回転軸50の軸方向における高圧空間側の側端部20cと、低圧空間側の側端部20dとをそれぞれ有する。
The plurality of
以下の説明においては、複数のリーフ20の基端部20aを合わせてリーフ積層体12の基端部12aともいい、複数のリーフ20の先端部20bを合わせてリーフ積層体12の先端部12bともいい、複数のリーフ20の側端部20cを合わせてリーフ積層体12の側端部12cともいい、複数のリーフ20の側端部20dを合わせてリーフ積層体12の側端部12dともいう。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
基端部12aは、回転軸52の径方向における外側に向けられる。先端部12bは、回転軸52の外周面と対向するように、回転軸52の径方向における内側に向けられる。また、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。側端部12cは、回転軸52の軸方向における一端側である高圧空間側に向けられる。側端部12dは、回転軸52の軸方向における他端側である低圧空間側に向けられる。
The
本実施の形態においては、複数のリーフ20の基端部20aは、それぞれ背面スペーサ15に固定されて固定端となる。また、複数のリーフ20の先端部20bは、それぞれ固定されない自由端となる。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, the
リーフ20は、基端部20aが設けられる頭部21と、先端部20b、側端部20c、及び側端部20dが設けられ、弾性変形可能な胴部22とを有する。回転軸52の軸方向であるリーフ20の幅方向における胴部22の寸法は、頭部21の寸法よりも小さい。回転軸52の周方向である厚さ方向における胴部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が設けられている。頭部21は、切欠部20x及び切欠部20yより基端部20a側がそれぞれ幅方向に突出した側方突出部21c及び側方突出部21dとなっている。本実施の形態においては、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。
The
保持部材134は、ハウジング9に支持され、リーフ積層体12を保持する。ハウジング9は、凹部9aの内側に保持部材134を支持する支持面9sを有する。保持部材134は、支持面9sに支持される。
The holding
保持部材134は、回転軸52の周方向D2に延在する円弧状の部材である保持リング13及び保持リング14を含む。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は、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 holding
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
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。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
本実施の形態においては、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52から離れている。高圧側サイドシール板16は、径方向において基端部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
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。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
本実施の形態においては、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52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ように配置される。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態においては、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52から離れている。本実施の形態において、回転軸52の径方向D3において、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。
Further, in the present embodiment, the
次に、図6A〜図6Dを参照して、本実施の形態に係るリーフ20について詳細に説明する。図6Aは、本実施の形態に係るリーフ20の一例を示す平面図であり、図6Bは、図6AのVIB−VIB線における矢視断面図であり、図6C及び図6Dは、図6AのVIC−VIC線における矢視断面図である。
Next, the
図6A〜図6Dに示すように、本実施の形態に係るリーフ20は、可撓性を有する板状部材であり、高温(例えば、500℃以上700℃以下)での高温強度及び耐酸化性を有する第1金属材料を含有する第1金属板201と、耐酸化性を有すると共にエッチング加工可能な第2金属材料を含有する第2金属板202とが積層されてなる。このリーフ20は、高圧空間側に配置されるリーフ20の一端側の側端部20cの厚さd1が低圧空間側に配置される他端側の側端部20dの厚さd2に対して相対的に小さく形成される。第1金属板201の厚さd3は略均一である。本実施の形態においては、第1金属板201と第2金属板202とを圧延及び圧着などによりクラッド構造材とした後、第2金属板202の他端側をエッチングして第2金属板202の他端側の厚さd4を一端側の厚さd5に対して小さくする。このように、高温強度及び耐酸化性に優れた第1金属板201と耐酸化性を有すると共にエッチング可能な第2金属板202とを積層することにより、リーフ20の高温での耐酸化性及び強度を損なうことなく、第2金属板202の厚さをエッチングで変化させることができる。これにより、リーフ20は、リーフ20の低圧空間側の剛性を増大させることができるので、リーフ20の使用時の疲労損傷を防止することが可能となる。厚さd4と厚さd5の差は、リーフ間隙間が、例えば、0μm以上100μm以下の差となるよう選定される。
As shown in FIGS. 6A to 6D, the
リーフ20の厚さは、一端側から他端側に向けて厚さが減少すれば特に制限はない。リーフ20は、一端側から他端側に向けて厚さが連続的に減少するテーパー形状であってもよく(図6C参照)、一端側から他端側に向けて厚さが段階的に変化する形状であってもよい(図6D参照)。これらの中でも、リーフ20としては、リーフ20の可撓性を向上して軸シール装置10の使用時のもれ損失を低減する観点から、一端側から他端側に向けて厚さが連続的に減少するテーパー形状が好ましく、またリーフ20の製造時のエッチング加工を容易にする観点から、一端側から他端側に向けて厚さが段階的に変化する形状が好ましい。
The thickness of the
図7Aは、本実施の形態に係るリーフ20の他の例を示す平面図であり、図7Bは、図7AのVIIB−VIIB線における矢視断面図であり、図7Cは、図7AのVIIC−VIIC線における矢視断面図である。
7A is a plan view illustrating another example of the
図7Aに示すリーフ20は、高温強度及び耐酸化性を有する第1金属材料を含有する第1金属板201と、この第1金属板201の一方の主面上に積層され、耐酸化性を有すると共にエッチング加工可能な第2金属材料を含有する第2金属板202Aと、この第1金属板201の他方の主面上に積層され、耐食性を有すると共にエッチング加工可能な第2金属材料を含有する第2金属板202Bとが積層されてなる。このリーフ20は、図6A〜図6Dに示したリーフ20と同様に、高圧空間側に配置されるリーフ20の一端側の側端部20cにおける厚さd1が低圧空間側に配置される他端側の厚さd2に対して相対的に小さく形成される。第1金属板201の厚さd3は略均一である。
The
本実施の形態においては、第1金属板201、第2金属板202A及び第2金属板202Bを圧延及び圧着などによりクラッド構造材とした後、第2金属板202A及び第2金属板202Bの他端側をそれぞれエッチングして第2金属板202Aの一端側の厚さd4を他端側の厚さd5に対して小さくすると共に、第2金属板202Bの一端側の厚さd6を一端側の厚さd7に対して小さくする。このように一対の第2金属板202A,202Bで第1金属板201を挟持することにより、低圧空間側に配置されるリーフ20の一端側の強度を更に増大させることができるので、リーフ20の剛性をより向上して疲労損傷を低減できる。なお、図7A〜図7Cに示す例では、一対の第2金属板202A,202Bをそれぞれエッチングした例について説明したが、必ずしも一対の第2金属板202A,202Bをそれぞれエッチングする必要はなく、少なくとも一方の第2金属板202A及び第2金属板202Bをエッチングすればよい。また、第2金属板202A,202Bは、リーフ20の一端側から他端側に向けて厚さが連続的に変化してもよく、段階的に変化してもよい。
In the present embodiment, after the
図8Aは、本実施の形態に係るリーフ20の別の例を示す平面図であり、図8Bは、図8AのVIIIB−VIIIB線における矢視断面図であり、図8Cは、図8AのVIIIC−VIIIC線における矢視断面図である。図8A〜図8Cに示すように、このリーフ20は、図6に示したリーフ20の構成に加えて第2金属板202の表面202aに凹部202bが設けられている。この凹部202bは、例えば、第2金属板202のエッチング加工などにより設けられる。このようにリーフ20に凹部202bを設けて第2金属板202の表面202aに、凹部202bの底部から突出した凸状部(202a参照)を設けることにより、軸シール装置10の使用時に、隣接するリーフ20同士が接触した際にダンパ効果が作用してリーフ20に作用する衝撃が緩和されるので、より一層リーフ20の疲労損傷を防ぐことが可能となる。なお、図8A〜図8Cに示した例では、第2金属板202の表面202aに規則的に凹部202bを設けて凹凸構造とした例にについて説明したが、第2金属板202の表面202aには必ずしも凹凸構造を設ける必要はなく、例えば、第2金属板202の表面202aに不規則に突起などを凸状部として設けてもよい。
8A is a plan view showing another example of the
次に、一般的な軸シール装置10の使用時におけるリーフ20の燃焼ガスG3の流れについて説明する。図9は、一般的な軸シール装置10の使用時の燃焼ガスG3の流れの説明図であり、図10は、一般的な軸シール装置10の使用時のリーフ20の説明図である。
Next, the flow of the combustion gas G3 in the
図9に示すように、本実施の形態に係る軸シール装置10においては、使用時には燃焼ガスG3が回転軸52とリーフ20の先端部20bとの間を流れると共に、燃焼ガスG3の一部がリーフ20間に不均一に生じた隙間を介して高圧空間側から低圧空間側に流れる。このため、図10に示すように、リーフ20を流れる燃焼ガスG3により、リーフ20に流体ばねの剛性に基づく振動伝搬現象が発生しし、リーフ20の先端部20bに振れが生じて先端部20bに過大な応力が作用して疲労損傷が発生する場合がある。
As shown in FIG. 9, in the
図11は、本実施の形態に係る軸シール装置10の使用時のリーフ20の説明図である。本実施の形態にリーフ20は、上述したように、低圧空間側に配置されるリーフ20の一端側の厚さd1が他端側の厚さd2に対して大きくなっている。これにより、リーフ20のねじれ剛性が向上して先端部20bのバタツキを防ぐことができるので、リーフ20の疲労損傷を防ぐことが可能となる。
FIG. 11 is an explanatory diagram of the
第1金属材料としては、高温での強度と耐酸化性に優れたNi基合金(インコネル、ハステロイなど)が用いられる。Ni基合金としては、アルミニウム(Al)とチタン(Ti)との含有量の合計が1質量%であるNi基合金を含有することが好ましい。この構成により、軸シール装置10は、600℃級の高温下で使用可能な高温強度及び耐酸化性を具備することができるので、リーフ間の隙間に発生し得る酸化スケールによるリーフ同士の固着に伴う、リーフの浮上性能の低下によるリーフとロータとの接触を防ぐことが可能となる。またこのような合金を用いることにより、引張り強度、疲労強度及びクリープ破断強度などの強度が良好となり、高温下の優れた耐酸化性、応力腐食割れ及び孔食に対する耐性が得られる。また、Ni基合金としては、上述した作用効果を一層向上する観点から、時効処理により高温強度を向上させた析出型のNi基合金が好ましい。また、リーフ20には、基材とは異なる時効硬化による硬化が大きい異種材料を積層させることにより、1種類の材料で構成した場合よりも大きい硬度差を付与しても良い。
As the first metal material, a Ni-based alloy (Inconel, Hastelloy, etc.) excellent in strength and oxidation resistance at high temperatures is used. The Ni-based alloy preferably contains a Ni-based alloy having a total content of aluminum (Al) and titanium (Ti) of 1% by mass. With this configuration, the
図12は、第2金属材料におけるクロム(Cr)含有量とモリブデン(Mo)含有量との関係を示す図である。下記表1では、第2金属材料として用いられる金属材料の具体例の一例を示している。なお、図12及び表1においては、対象の金属材料に最適なエッチング液を用いて金属材料を3分間エッチングした際に、均一な深さ(±10μm)にエッチングできたものを○とし、エッチングできなかったものを×としている。また、下記表1においては、ステンレス鋼A:SUS430、ステンレス鋼B:SUS304、Ni基合金A:Hastelloy X、Ni基合金B:Alloy 601、Ni基合金C:Alloy 625、Ni基合金D:Nimonic PK33、Ni基合金E:Alloy X750及びNi基合金F:Alloy 718の金属含有量とエッチング加工の可否との関係を示している。また、図12においては、bal.とは、金属含有量の残部を示している。 FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the chromium (Cr) content and the molybdenum (Mo) content in the second metal material. Table 1 below shows an example of a specific example of a metal material used as the second metal material. In FIG. 12 and Table 1, when the metal material was etched for 3 minutes using the optimum etching solution for the target metal material, the one that could be etched to a uniform depth (± 10 μm) was marked with ◯. What cannot be done is marked with x. In Table 1 below, stainless steel A: SUS430, stainless steel B: SUS304, Ni-base alloy A: Hastelloy X, Ni-base alloy B: Alloy 601, Ni-base alloy C: Alloy 625, Ni-base alloy D: Nimonic The relationship between the metal content of PK33, Ni-based alloy E: Alloy X750 and Ni-based alloy F: Alloy 718 and whether or not etching is possible is shown. In FIG. 12, bal. Indicates the remainder of the metal content.
図12及び上記表1に示すように、第2金属材料としては、上記表1に示すように、クロム(Cr)の含有量が10質量%以上であって、モリブデンの含有量が3質量%未満であるステンレス鋼及びNi基合金の少なくとも1種を含むことが好ましい。この構成により、軸シール装置10は、600℃級の高温下での耐酸化性が向上すると共に、エッチング液に対する耐食性が上がりすぎによるエッチング加工精度の低下を防ぐことができるので、第2金属板の板厚方向の高精度なエッチング加工が可能となり、シール部材の任意の形状への板厚方向の加工が容易となる。Crの含有量は、一般的なステンレス鋼を用いることができる観点及び600℃級の高温下での耐酸化性の観点から、10質量%以上が好ましい。また、モリブデン(Mo)は、3質量%未満であれば、エッチング液に対する耐食性が上がりすぎによる板厚方向のエッチング加工の精度の低下をふせぐことができる。以上の観点から、第2金属材料としては、ステンレス鋼及びNi基合金としては、Crの含有量は、12.5質量%以上がより好ましく、15質量%以上が更に好ましく、またMo含有量は、2質量%以下がより好ましく、1質量%以下が更に好ましい。
As shown in FIG. 12 and Table 1 above, the second metal material has a chromium (Cr) content of 10 mass% or more and a molybdenum content of 3 mass% as shown in Table 1 above. It is preferable to include at least one of stainless steel and Ni-base alloy that are less than With this configuration, the
次に、図13を参照して、本実施の形態に係るリーフシール20の製造方法について説明する。図13は、本実施の形態に係るリーフシール20の製造方法のフロー図である。図13に示すように、本実施の形態に係るリーフシール20の製造方法は、第1金属材料を含有する第1金属板201と、エッチング加工可能な第2金属材料を含有する第2金属板202とを積層する積層工程ST11と、第2金属板202をエッチングして第2金属板202の一端側の厚さd4を他端側の厚さd5に対して小さくしたリーフシール20を得るエッチング工程ST12とを含む。
Next, a method for manufacturing the
図14A〜図14Cは、本実施の形態に係るリーフシール20の製造方法の説明図である。図14A及び図14Bに示すように、積層工程ST11では、第2金属板202に対して相対的に強度が高い第1金属板201とエッチング加工可能な第2の金属板202とを圧延及び圧着などにより積層してラッド構造体とする。次に、図13Cに示すように、第2の金属板202をエッチング加工して一端側の側端部20cの厚さd1が他端側20dの厚さd2に対して相対的に小さいリーフ20を得る。エッチングの条件としては、特に制限はなく、ニッケル−クロム−鉄合金をエッチング可能な従来公知のエッチング方法を適用することが可能である。
14A to 14C are explanatory diagrams of a method for manufacturing the
以上説明したように、本実施の形態に係る軸シール装置10によれば、第2金属板202がエッチング加工可能な第2金属材料を含有するので、エッチング加工によってリーフ20の一端側の厚さd1と他端側の厚さd2とを異ならせることが可能となる。これにより、軸シール装置10は、リーフ20の一端側におけるねじれ剛性を向上させることができるので、使用時におけるリーフ20の疲労損傷を防ぐことが可能となる。
As described above, according to the
1 ガスタービンシステム
2 圧縮機(回転機械)
2A 静翼
2K ケーシング
2S 支持部
3 燃焼器
4 タービン(回転機械)
4A 静翼
4K ケーシング
5 ロータ
50,51,52 回転軸
51A,52A 動翼
9 ハウジング
9a 凹部
9k 開口
9s 支持面
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
13,14 保持リング
13a,14a 凹部
15 背面スペーサ
16 高圧側サイドシール板
16a 凸部
161 対向面
162 表面
163 先端部
17 低圧側サイドシール板
17a 凸部
171 対向面
172 表面
20 リーフ
20a 基端部(外側端部)
20b 内側の先端部(内側端部)
20c,20d 側端部
20x,20y 切欠部
201 第1金属板
202,202A,202B 第2金属板
21 頭部
21c,21d 側方突出部
22 胴部
AX 軸
D1 軸方向
D2 周方向
D3 径方向
G1 空気
G2 圧縮空気
G3 燃焼ガス
d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7 厚さ
1
20b Inner tip (inner end)
20c,
Claims (7)
前記板状部材は、第1金属材料を含有する第1金属板と、エッチング加工可能な第2金属材料を含有する第2金属板とが積層されてなり、一端側の厚さが他端側の厚さに対して相対的に小さく、
前記第2金属板は、前記第1金属板の表面の全域に配置され、一端側の厚さが他端側の厚さに対して相対的に小さいことを特徴とする、シール部材。 A sealing member in which plate members having flexibility are laminated in an annular shape,
The plate-like member is formed by laminating a first metal plate containing a first metal material and a second metal plate containing a second metal material that can be etched, and the thickness on one end side is the other end side. relatively rather small for the thickness of,
The second metal plate is disposed over the entire surface of the first metal plate, and has a thickness on one end side that is relatively smaller than a thickness on the other end side .
第1金属材料を含有する第1金属板と、エッチング加工可能な第2金属材料を含有する第2金属板とを積層する積層工程と、
前記第2金属板をエッチングして前記第2金属板の一端側の厚さを他端側の厚さに対して相対的に小さくしたシール部材を得るエッチング工程とを含むことを特徴とする、シール部材の製造方法。 A method of manufacturing a sealing member in which plate members having flexibility are laminated,
A laminating step of laminating a first metal plate containing a first metal material and a second metal plate containing a second metal material that can be etched;
Etching the second metal plate to obtain a seal member in which the thickness of one end side of the second metal plate is made relatively smaller than the thickness of the other end side. Manufacturing method of sealing member.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015217130A JP6621303B2 (en) | 2015-11-04 | 2015-11-04 | Seal member and method for manufacturing seal member |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015217130A JP6621303B2 (en) | 2015-11-04 | 2015-11-04 | Seal member and method for manufacturing seal member |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017089689A JP2017089689A (en) | 2017-05-25 |
JP6621303B2 true JP6621303B2 (en) | 2019-12-18 |
Family
ID=58769128
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015217130A Expired - Fee Related JP6621303B2 (en) | 2015-11-04 | 2015-11-04 | Seal member and method for manufacturing seal member |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6621303B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10927691B2 (en) | 2019-03-21 | 2021-02-23 | Solar Turbines Incorporated | Nozzle segment air seal |
-
2015
- 2015-11-04 JP JP2015217130A patent/JP6621303B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017089689A (en) | 2017-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5178102B2 (en) | Shaft seal using a single elastic plate member | |
US8025296B2 (en) | Shaft sealing mechanism | |
JP2007092997A (en) | Turbine and seal for turbomachine | |
JP6184173B2 (en) | gas turbine | |
JP2015140807A (en) | High chord bucket with dual part span shrouds and curved dovetail | |
JP6621303B2 (en) | Seal member and method for manufacturing seal member | |
JP2017125492A (en) | Structure for multi-stage sealing of turbine | |
JP2010065688A (en) | Steam turbine having stage with buckets of different materials | |
JP4942206B2 (en) | Rotating machine | |
US20050125983A1 (en) | Method of manufacturing axis seals, axis seals, axis seal members and rotary machine using axis seals | |
US10287989B2 (en) | Seal support of titanium aluminide for a turbomachine | |
JP6368057B2 (en) | Variable nozzle mechanism and variable displacement turbocharger | |
JP2018035717A (en) | Seal device segment, turbine rotor including the same, and turbine | |
EP3059397B1 (en) | Shaft seal device, rotary machine, and method for manufacturing shaft seal device | |
RU63892U1 (en) | LABYRINTH SEAL | |
JP6617004B2 (en) | Seal member and method for manufacturing seal member | |
KR102090893B1 (en) | Seal segment and rolling machine | |
JP5951449B2 (en) | Steam turbine | |
JP5693292B2 (en) | Shaft seal mechanism | |
EP2770166B1 (en) | Damper for compressor blade feet | |
JP2020041452A (en) | Rotor blade lattice | |
JP6590522B2 (en) | Sealing device and rotating machine | |
JP2005009684A (en) | Shaft sealing mechanism | |
JP5766861B2 (en) | Steam turbine vane, steam turbine | |
JP2005003199A (en) | Shaft seal mechanism |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20180926 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190719 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190730 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190926 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191023 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191119 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6621303 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |