KR101832641B1 - 축 시일 장치 및 회전 기계 - Google Patents

Abstract

축선 주위로 회전하는 로터(5)와, 로터(5)의 외주면에 대향해서 배치되는 시일 하우징(30)과, 시일 하우징(30)으로부터 직경 방향 내측을 향해서 연장해서 주위 방향으로 복수 적층되는 박판(20)을 갖는 시일체(10)를 구비하고, 복수의 박판(20) 중 하나의 박판(20)은, 로터(5)에 접촉되지 않은 상태에 있어서, 회전 방향 전후 방향측의 다른 박판(20)에 대하여 접촉되는 형상을 갖는 시일체(10)를 구비하는 회전 기계(100).

Description

축 시일 장치 및 회전 기계{SHAFT SEAL DEVICE AND ROTARY MACHINE}

본 발명은, 축 시일 장치 및 회전 기계에 관한 것이다.

일반적으로, 가스 터빈이나 증기 터빈 등의 회전 기계에 있어서, 정지측과 회전측 사이에 생기는 환상의 간극을 통과하여 고압측으로부터 저압측을 향해서 작동 유체가 누설되어 버리는 것을 방지하기 위해서, 축 시일 장치가 사용되고 있다. 이러한 축 시일 장치 중 하나로서, 비접촉형 래비린스 시일이 폭넓게 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 비접촉형 래비린스 시일은, 회전 과도기(시동, 정지 시)의 축 진동이나 열 과도적인 열 변형 시에도 시일 핀의 선단이 접촉되지 않도록 구성할 필요가 있었다. 이로 인해, 시일 핀 선단의 간극(시일 클리어런스)을 어느 정도 크게 할 필요가 있었다. 한편, 시일 클리어런스가 지나치게 크면, 작동 유체의 누설이 발생해 버린다.

이러한 작동 유체의 누설을 저감하는 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에 축 시일 장치가 개시되어 있다. 이 축 시일 장치는, 로터의 축 방향으로 소정의 폭 치수를 갖는 평판 형상의 박판을 로터의 주위 방향을 따라 다층으로 배치한 시일체를 구비하고 있다.

이 시일 장치에서는, 로터의 정지 시에는, 박판의 내주측 단부가 로터에 접촉된다. 한편, 로터의 회전 시에는, 동압 효과에 의해 박판에 부상 효과가 작용하여, 박판의 내주측 단부가 로터로부터 부상한다. 이에 의해, 로터의 회전 시에는, 박판과 로터가 최저한의 클리어런스를 보유 지지하면서 비접촉 상태로 된다.

일본특허공개 제2013-104562호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 축 시일 장치에서는, 인접하는 복수의 박판끼리의 사이에 간극이 형성되어 있기 때문에, 로터의 운전 시에, 박판의 내주측 단부가 플러터를 일으킬 가능성이 있다.

본 발명은, 상기의 사정을 고려해서 이루어진 것으로, 플러터를 억제할 수 있는 회전 기계를 제공할 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 축 시일 장치는, 축선 주위로 회전하는 로터의 외주면에 대향해서 배치되는 하우징과, 하우징으로부터 로터 직경 방향 내측을 향해서 연장되어 로터 주위 방향으로 복수의 박판이 적층된 시일체로 이루어지는 축 시일 장치에 있어서, 박판이 로터 회전 방향 전후 방향의 다른 박판과 면 접촉되어 직경 방향 내측의 단부를 포함하는 영역으로 형성되는 접촉부와, 당해 접촉부의 직경 방향 외측의 영역으로 형성되어 상기 다른 박판에 비접촉으로 되는 비접촉부와, 상기 시일체와 상기 하우징 사이에 설치되어, 상기 시일체를 상기 직경 방향 외측으로 가압하는 가압 부재를 갖고, 상기 로터의 정지 시에 있어서, 상기 복수의 박판은, 상기 로터의 회전 방향 후방측으로부터 전방측을 향함에 따라서, 당해 로터의 상기 외주면과 이루는 각도가 점차 커지도록 배열됨으로써, 상기 로터의 주위 방향으로부터 서로 가압되어 있다.

상기 구성에 따르면, 로터의 운전 상태에 있어서, 서로 인접하는 박판의 선단부끼리가 면 접촉되어 있는 것으로 이들 박판의 움직임이 구속된다.
또한, 상기 구성에 따르면, 로터가 운전 상태에 있을 때에, 가압 부재에 의한 힘과 박판에 작용하는 부상력이 균형을 이루기 때문에, 안정적으로 시일 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 상기 제1 형태에 따른 축 시일 장치에 있어서, 박판을 사이에 두고 저압측 및 고압측으로 각각 저압측 측판 및 고압측 측판이 설치되고, 상기 저압측 측판으로부터의 박판의 노출이 고압측보다 큰 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 따르면, 축 시일 장치의 고압측에 있어서의 노출을, 저압측에 비해서 작게 할 수 있다.

본 발명의 제3 형태에 따르면, 상기 어느 하나의 형태에 따른 축 시일 장치에 있어서, 박판이 로터에 접촉되지 않은 상태에서, 회전 방향 전후 방향의 다른 박판과 면 접촉되는 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 따르면, 서로 인접하는 복수의 박판끼리가 면 접촉되어 있기 때문에, 로터의 시동 또는 정지 시 등, 회전수가 낮은 상태에서도, 높은 시일 효과를 얻을 수 있다.

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또한, 본 발명의 제5 형태에 따른 회전 기계는, 상기 어느 하나의 형태에 따른 축 시일 장치를 구비한다.

상기 구성에 따르면, 높은 시일 효과를 가짐과 함께, 긴 내용연수를 갖는 회전 기계를 얻을 수 있다.

상기한 축 시일 장치 및 회전 기계에 따르면, 운전 상태의 로터에 있어서의 플러터의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 각 실시 형태에 따른 가스 터빈(회전 기계)의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 시일체를 회전 기계의 축 방향에서 본 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 시일체의 주위 방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 시일체의 주요부 확대도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 시일체에 있어서의 압력 분포를 도시하는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 시일체에 있어서의 압력 분포를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 시일체의 주위 방향 단면도이다.

(제1 실시 형태)

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 시일체(10)를 가스 터빈(회전 기계)(1)에 적용한 예를 나타낸다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 가스 터빈(1)의 개략 구성도이다.

도 1에 도시하는 가스 터빈(1)은, 다량의 공기를 내부로 거두어들여서 압축하는 압축기(2)와, 압축기(2)에서 압축된 공기에 연료를 혼합해서 연소시키는 연소기(3)와, 연소기(3)에서 발생시킨 연소 가스가 그 내부에 도입됨과 함께 연소 가스의 열 에너지를 회전 에너지로 변환해서 회동하는 터빈(4)과, 해당 터빈(4)의 회동하는 동력의 일부를 압축기(2)로 전달해서 압축기(2)를 회동시키는 로터(5)를 갖고 있다.

터빈(4)은, 로터(5)에 설치된 동익(7)에 연소 가스를 내뿜는 것으로 연소 가스의 열 에너지를 기계적인 회전 에너지로 변환함으로써, 동력을 발생한다. 터빈(4)에는, 로터(5)측의 복수의 동익(7) 외에, 터빈(4)의 케이싱(8)측으로 복수의 정익(6)이 설치된다. 이들 동익(7)과 정익(6)은, 로터(5)의 축 방향으로 교대로 배열되어 있다.

동익(7)은 축 방향으로 흐르는 연소 가스의 압력을 받아서 축선 주위로 로터(5)를 회전시킨다. 로터(5)에 부여된 회전 에너지는 축 단부로부터 취출되어 이용된다. 정익(6)과 로터(5) 사이에는, 고압측으로부터 저압측으로 누설되는 연소 가스의 누액량을 저감시키기 위한 축 시일로서, 시일체(10)가 설치되어 있다.

압축기(2)는, 로터(5)에 의해 터빈(4)과 동축으로 접속되어 있다. 이에 의해, 압축기(2)는, 터빈(4)의 회전을 이용해서 외기를 압축해서 압축 공기를 생성한다. 이 압축 공기는 연소기(3)에 공급된다. 터빈(4)과 마찬가지로, 압축기(2)에 있어서도 로터(5)에 복수의 동익(7)과, 압축기(2)의 케이싱(8)측으로 복수의 정익(6)이 설치되어 있다. 이들 동익(7)과 정익(6)은, 로터(5)의 축 방향으로 교대로 배열되어 있다. 또한, 정익(6)과 로터(5) 사이에도, 시일체(10)가 설치되어 있다. 이 시일체(10)는, 고압측으로부터 저압측으로 누설되는 압축 공기의 누액량을 저감시키기 위해서 설치된다. 이에 더하여, 압축기(2)의 케이싱(8)이 로터(5)를 지지하는 베어링부(9a) 및 터빈(4)의 케이싱(8)이 로터(5)를 지지하는 베어링부(8a)에 있어서도, 고압측으로부터 저압측으로의 압축 공기 또는 연소 가스의 누설을 방지하기 위한 시일체(10)가 설치되어 있다.

여기서, 본 실시 형태에 따른 시일체(10)는, 가스 터빈(1)에의 적용에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 증기 터빈, 압축기, 수차, 냉동기, 펌프 등의 대형 유체 기계와 같이, 축의 회전과 유체의 유동에 의해 에너지를 일로 변환하는 회전 기계 전반에 널리 채용할 수 있다. 또한, 시일체(10)는, 로터(5)의 축 방향의 유체의 유동을 억제하기 위해서 사용하는 것도 가능하다.

이어서, 상술한 바와 같이 구성되는 가스 터빈(1)에 설치되는 시일체(10)의 구성에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 2는, 로터(5)의 축 방향에서 본 시일체(10)의 개략 구성도이다. 이 시일체(10)는, 로터(5)의 주위 방향을 따라 환상으로 배치된, 원호 형상의 복수(본 실시 형태에서는 8개)의 축 시일 장치(11)를 갖고 있다. 이와 같이 배치된 인접하는 축 시일 장치(11)의 주위 방향 단부(12, 12) 사이에는, 간극(t)이 형성된다.

각 축 시일 장치(11)의 구성에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 로터(5)의 축선을 포함하는 단면에 있어서의 축 시일 장치(11)의 단면 구성도이다. 각 축 시일 장치(11)는, 하우징(30)[정익(6), 동익(7) 및 베어링부(8a, 9a)에 상당]에 삽입되어, 로터(5)와 하우징(30) 사이의 환상 공간에 있어서의 작동 유체의 누설을 방지하기 위해서 설치된다.

축 시일 장치(11)는, 복수의 박판(20)과, 보유 지지 링(21, 22)과, 고압측 측판(23)과, 저압측 측판(24)을 구비하고 있다. 박판(20)은, 로터(5)의 주위 방향을 따라 서로 미소 간격을 두고 다중으로 배열된, 금속제의 부재이다. 보유 지지 링(21, 22)은, 박판(20)의 외주측 기단부(27)에 있어서 박판(20)을 양측으로부터 협지하도록 구성되어 있다. 보유 지지 링(21, 22)의 주위 방향에 있어서의 단면은 대략 C자형으로 형성되어 있다. 고압측 측판(23)은, 박판(20)의 고압측 영역에 대향하는 한 쪽 가장자리 끝과 보유 지지 링(21)에 의해 협지되어 있다. 또한, 저압측 측판(24)은, 박판(20)의 저압측 영역에 대향하는 다른 쪽 가장자리 끝과 보유 지지 링(22)에 의해 협지되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 시일체(10)에 있어서, 박판(20)은 외주측 기단부(27)의 폭[로터(5)의 축 방향의 폭]에 비해 내주측의 폭[로터(5)의 축 방향의 폭]이 좁아지도록 형성됨으로써 대략 T자형을 이룬, 얇은 강판에 의해 구성되어 있다. 그 양쪽의 측연부에는, 그 폭이 좁아지는 위치에 있어서 절결부(20a, 20b)가 형성되어 있다.

박판(20)은, 로터(5)의 주위 방향[회전 방향(d)]을 따라서 복수 적층되어 있다. 또한, 인접하는 복수의 박판(20)은, 외주측 기단부(27)에 있어서, 예를 들어 용접에 의해 서로 고정 연결되어 있다.

박판(20)은, 로터(5)의 주위 방향에 있어서, 판 두께에 기초하는 소정의 강성을 갖고 있다. 또한, 박판(20)과 로터(5)의 회전 방향에 대하여 로터(5)의 주위면과 이루는 각이 예각으로 되도록 보유 지지 링(21, 22)에 고정되어 있다.

박판(20)의 배치에 대해서, 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 박판(20)은, 각 축 시일 장치(11) 내에서, 로터(5)의 회전 방향(d) 후방측으로부터 전방측을 향함에 따라서, 로터(5)의 주위면과 이루는 각이 점차 커지도록(둔각이 되도록) 배열되어 있다.

박판(20)에 있어서의 로터(5)측의 단부인 내주측 단부(26)와, 로터(5)의 사이에는, 터빈의 과도 변화(온도·압력) 중의 리프의 로터에의 접촉을 방지하기 위해서, 미소한 간극(g)이 형성되어 있다.

이에 더하여, 인접하는 복수의 박판(20)은, 로터(5)의 회전 방향(d) 전후 방향에 있어서, 내주측 단부(26)의 근방에서 서로 면 접촉되어, 접촉부(28)를 형성하고 있다. 바꾸어 말하면, 박판(20)의 직경 방향 내측의 단부를 포함하는 영역에 있어서, 박판(20)은 서로 접촉되어 접촉부(28)를 형성하고 있다. 한편, 접촉부(28)의 외주측에 있어서는, 박판(20)은 서로 이격해서 비접촉부(28b)를 형성한다. 여기서, 비접촉부(28b)는, 서로 이격한 영역에서의 박판(20) 표면 상의 영역을 가리킨다.

박판(20)은, 상술한 바와 같이 강판으로 형성되어 있기 때문에, 일정한 탄성 복원력(가요성)을 갖는다. 환언하면, 인접하는 복수의 박판(20)에는, 서로 가압하는 힘이 작용하고 있다. 따라서, 접촉부(28)의 외주측에 있어서는, 탄성 변형에 의해, 만곡부(29)가 형성된다. 만곡부(29)에 있어서, 박판(20)은 회전 방향(d) 후방측으로 만곡되어 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 고압측 측판(23) 및 저압측 측판(24)에는, 각각의 로터(5)의 축 방향의 폭에 있어서, 그 외주측이 넓어지도록 단차부(23a, 24a)가 설치되어 있고, 이 단차부(23a, 24a)는, 각각이 박판(20)의 절결부(20a, 20b)에 감입되어 있다.

보유 지지 링(21)은, 복수의 박판(20)의 외주측 기단부(27)에 있어서의 한쪽 측연부(고압측)에 대향하는 면에, 오목한 홈(21a)을 갖고 있다. 보유 지지 링(22)은, 복수의 박판(20)의 외주측 기단부(27)에 있어서의 다른 쪽 측연부(저압측)에 대면하는 면에, 오목한 홈(22a)을 갖고 있다. 절결부(20a, 20b)에 고압측 측판(23) 및 저압측 측판(24)의 각각의 단차부(23a, 24a)가 감입된 복수의 박판(20)에 대하여, 그 외주측에 있어서의 한쪽 측연부(고압측)에 보유 지지 링(21)의 오목한 홈(21a)이 감입되어 있다. 또한, 그 외주측에 있어서의 다른 쪽 측연부(저압측)가 보유 지지 링(22)의 오목한 홈(22a)에 감입되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 각 박판(20)이 보유 지지 링(21, 22)에 고정된다.

한편, 하우징(30)의 내주벽면에는, 환상의 오목한 홈(31)이 형성되어 있고, 해당 환상의 오목한 홈(31)은, 로터(5)의 축 방향에 있어서 외주측의 폭이 내주측의 폭보다 넓어지도록, 박판(20)의 한쪽 측연부(고압측) 및 다른 쪽 측연부(저압측)에 대향하는 측면에 단차가 형성된 형상으로 되어 있다. 그리고, 이 단차에 있어서의 외주측을 향하는 면에 보유 지지 링(21, 22)의 내주측을 향하는 면이 접촉되도록 해서, 하우징(30)의 오목한 홈(31) 내에, 박판(20), 보유 지지 링(21, 22), 고압측 측판(23) 및 저압측 측판(24)이 감입되어 있다. 박판(20)의 내주측 단부(26)가 고압측 측판(23)보다 로터(5)측으로 돌출되어 있다. 한편, 박판(20)의 내주측 단부(26)는 저압측 측판(24)보다 로터(5)측으로 돌출되어 있지만, 그 돌출량은 고압측보다 작게 설정되어 있다. 즉, 박판(20)은 고압측보다 저압측에 있어서 작동 유체(G)에 대해서 보다 크게 노출되어 있다. 바꾸어 말하면, 고압측 측판(23)은 박판(20)의 측면에 있어서의 보다 넓은 범위를 작동 유체(G)로부터 차폐하고 있다.

이어서, 상기와 같이 구성되는 시일체(10)의 동작에 대해서, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 고압측 영역으로부터 저압측 영역을 향하는 작동 유체의 가스압이 각 박판(20)에 가해진 경우에, 각 박판(20)에 대하여, 내주측 단부(26)의 근방 또한 고압측에 위치하는 코너부(r1)에서 가장 가스압이 높고, 대각의 코너부(r2)를 향해서 서서히 가스압이 약해지는 가스 압력 분포(40a)가 형성된다. 또한, 도 3에 있어서는 박판(20)은 T자형 형상으로 하고 있지만, 도 5a, 도 5b에 있어서는 설명을 간단하게 하기 위해서, 휨이 생기는 직사각형 부분만을 도시하고 그 외의 부분은 도시를 생략한다.

도 5b에 도시한 바와 같이, 박판(20)의 로터(5)를 향하는 면을 하면(20q)이라 하고, 그 이측을 상면(20p)이라 한다. 각 박판(20)에 대하여 고압측 영역으로부터 저압측 영역을 향하는 가스압이 가해지면, 도 5a와 같이 가스 압력 분포(40a)가 형성된다. 이때, 각 박판(20)의 단면을 따른 임의 위치에 있어서의 상면(20p)에 가해지는 가스압보다 하면(20q)에 가해지는 가스압 쪽이 높아지도록, 가스압이 조정된다.

고압측 영역으로부터 저압측 영역을 향해서 흐르는 작동 유체(G)는, 고압측 측판(23)과 로터(5)의 외주면 사이에서 유입된다. 그 후, 작동 유체(G)는, 도 5a와 같이, 로터(5)의 외주면과 박판(20)의 내주측 단부(26) 사이를 흐름과 함께, 각 박판(20)의 상면(20p) 및 하면(20q)을 따라, 코너부(r1)로부터 코너부(r2)의 방향으로 방사상으로 흐른다. 이와 같이 작동 유체(G)가 흐름으로써, 박판(20)의 외주측 기단부(27)를 향해서 저압의 영역이 넓어진다. 그로 인해, 각 박판(20)의 상면(20p) 및 하면(20q)에 수직으로 가해지는 가스 압력 분포(40b, 40c)는, 도 5b에 도시한 바와 같은 상태가 된다. 보다 상세하게는, 가스 압력 분포(40b, 40c)는, 박판(20)의 내주측 단부(26)에 가까울수록 커짐과 함께 박판(20)의 외주측 기단부(27)를 향할수록 작아지는 삼각 분포 형상으로 된다.

상면(20p) 및 하면(20q)에 있어서의 가스 압력 분포(40b, 40c)는, 박판(20)을 중심으로 해서 선대칭을 이루고 있다. 그러나, 로터(5)의 주위면에 대한 각도가 예각으로 되도록 각 박판(20)이 배치되어 있으므로, 각 가스 압력 분포(40b, 40c)는, 로터(5)의 직경 방향에 있어서의 상대 위치가 어긋난다. 따라서, 박판(20)의 외주측 기단부(27)로부터 내주측 단부(26)를 향하는 임의의 점(P)에 있어서의 상면(20p) 및 하면(20q)의 가스압에 차가 발생한다. 환언하면, 박판(20)에 있어서, 하면(20q)에 가해지는 가스압이 상면(20p)에 가해지는 가스압보다 높아진다. 이에 의해, 박판(20)의 내주측 단부(26)에 대하여 로터(5)로부터 들뜨게 하는 방향으로 부상력(FL)이 발생한다.

이상과 같이 해서 각 박판(20)의 상면(20p) 및 하면(20q) 사이에 압력차가 생김으로써, 각 박판(20)에 부상력(FL)이 작용한다. 또한, 박판(20)의 내주측 단부(26)가 로터(5)의 외주면으로부터 부상하도록 탄성 변형된다.

여기서, 인접하는 박판(20)이 서로 간극을 유지해서 배열되어 있는 경우, 박판(20)에 부가되는 압력의 변동과, 박판(20) 자신의 탄성 복원력에 의해, 박판(20)의 내주측 단부(26)에 있어서 플러터(미소 진동)가 발생한다.

그러나, 본 실시 형태에 있어서의 박판(20)은, 인접하는 다른 박판(20)에 대하여 면 접촉되어 있다. 그로 인해, 박판(20)의 내주측 단부(26)는, 탄성력을 유지하면서도, 주위 방향의 움직임을 구속받고 있다. 이에 의해, 박판(20)의 내주측 단부(26)에 있어서의 플러터의 발생이 억제된다.

박판(20)에 플러터(미소 진동)가 발생한 경우, 진동의 지지점으로 되는 영역에 있어서 국소적으로 굽힘 응력이 집중되기 때문에, 경년 사용에 수반하는 피로 파괴를 발생시킬 가능성이 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 본 실시 형태에 있어서의 박판(20)은 인접하는 다른 박판(20)에 대하여 면 접촉되어 있기 때문에, 플러터의 발생과 그에 기인하는 박판(20)의 피로 파괴가 억제된다.

또한, 로터(5)의 회전 시에는 박판(20)의 내주측 단부(26)에 부상력(FL)도 작용하기 때문에, 박판(20)이 로터(5)로부터 부상하여, 안정적으로 비접촉 상태로 유지된다.

이에 의해, 박판(20)의 내주측 단부(26)는, 가요성을 유지함과 함께, 주위 방향의 움직임을 구속받고 있기 때문에, 박판(20)의 내주측 단부(26)에 있어서의 플러터의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 박판(20)의 탄성력에 의해, 로터(5)의 기동, 정지 시 등, 진동에 의해 로터(5)에 직경 방향의 변위가 발생한 경우에도, 높은 시일 효과를 유지할 수 있다.

이에 더하여, 상술한 바와 같이 고압측 측판(23)은 저압측 측판(24)보다 로터(5)측으로 돌출되어 있기 때문에, 작동 유체(G)가 유통되어 오는 고압측은, 저압측에 비해서 보다 넓은 범위가 작동 유체(G)에 대해서 차폐되어 있다. 따라서, 리프 시일의 내부의 압력은, 리프의 선단이 부상하도록 리프에 걸리는 힘의 밸런스가 유지되고, 그 결과, 리프가 로터에 강하게 접촉되는 일이 없어져서, 리프의 마모에 의한 손상을 방지할 수 있다.

(제2 실시 형태)

이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다. 제1 실시 형태와 마찬가지 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.

도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 축 시일 장치(11)의 주위 방향 단면도이다.

본 실시 형태에 있어서의 축 시일 장치(11)는, 공지된 ACC 시스템(액티브·클리어런스·컨트롤·시스템)(50)을, 직경 방향 외측에 구비하고 있는 점에서 상술한 실시 형태와 다르다. ACC 시스템은 하우징(30)의 내부에 가압 부재(51)를 구비하고 있다.

가압 부재(51)로서는, 예를 들어 스프링 부재가 사용된다. 또한, 그 외, 가압 부재(51)로서는, 공기 실린더를 사용해도 된다. 단, 회전 기계(1)는 고온 고압의 작동 유체가 그 내부를 유통하기 때문에, 가압 부재(51)도 고온화에 있어서의 정상 동작을 지향해서 설계된 부재인 것이 필요하다.

가압 부재(51)는, 보유 지지 링(121, 122)과 하우징(30)에, 각각 접속되어 있다. 또한, 가압 부재(51)는, 연장 방향 외측을 향해서 가압되어 있다.

따라서, 가압 부재(51)의 작용에 의해, 본 실시 형태에 따른 축 시일 장치(11)는, 직경 방향 외측을 향해서 가압되어 있다.

이에 의해, 로터(5)의 정지 시에 있어서는, 박판(20)의 내주측 단부(26)는, 로터(5)의 외표면으로부터 약간의 간극을 갖고서 지지된다. 한편, 로터(5)가 회전하고 있는 경우에 있어서는, 고압측과 저압측의 차압의 작용에 의해, 축 시일 장치(11)에 대하여 직경 방향 내측으로 가압하는 압력이 발생한다. 바꾸어 말하면, 박판(20)의 내주측 단부(26)와 로터(5)의 외표면의 간극은, 로터(5)의 정지 시에 비해서, 작아진다.

이와 같이, ACC 시스템(50)을 설치함으로써, 박판(20)과 로터(5) 사이에 간극이 설치된다. 따라서, 기동 시에 로터(5)와 박판(20)이 미끄럼 접촉됨으로써 발생하는 마모가 억제된다. 이에 더하여, 로터(5)의 운전 상태에 있어서는, 가압 부재(51)에 의한 힘과 상술한 부상력(FL)이 균형을 이루기 때문에, 안정적으로 시일 효과를 얻을 수 있다. 또한, 운전 시에 큰 열 변형을 수반하는 개소에 있어서도, 시일체를 채용할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명하였지만, 각 실시 형태에 있어서의 각 구성 및 그들의 조합 등은 일례이며, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 범위 내에서, 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 외의 변경이 가능하다.

상술한 축 시일 장치는, 원심 압축기나 가스 터빈 등의 회전 기계에 적용하는 것이 가능하다. 이러한 축 시일 장치 및 회전 기계에서는, 로터의 운전 상태에 있어서, 플러터의 발생을 억제할 수 있다.

1 : 회전 기계(가스 터빈)
2 : 압축기
3 : 연소기
4 : 터빈
5 : 로터
6 : 정익
7 : 동익
8 : 케이싱
8a, 9a : 베어링부
10 : 시일체
11 : 축 시일 장치
12 : 주위 방향 단부
20 : 박판
20a : 절결부
20p : 상면
20q : 하면
21, 22 : 보유 지지 링
23 : 고압측 측판
24 : 저압측 측판
26 : 내주측 단부
27 : 외주측 기단부
28 : 접촉부
28b : 비접촉부
29 : 만곡부
30 : 하우징
31 : 오목한 홈
40a, 40b, 40c : 가스 압력 분포
50 : ACC 시스템
51 : 가압 부재
121, 122 : 보유 지지 링
FL : 부상력
g : 간극
G : 작동 유체
r1, r2 : 코너부

Claims (6)

1. 축선 주위로 회전하는 로터의 외주면에 대향해서 배치되는 하우징과,
   상기 하우징으로부터 상기 로터 직경 방향 내측을 향해서 연장되어 상기 로터의 주위 방향으로 복수의 박판이 적층된 시일체로 이루어지는 축 시일 장치에 있어서,
   상기 박판이 상기 로터 회전 방향 전후 방향의 다른 박판과 면 접촉되어 상기 직경 방향 내측의 단부를 포함하는 영역으로 형성되는 접촉부와,
   당해 접촉부의 직경 방향 외측의 영역으로 형성되어 상기 다른 박판에 비접촉으로 되는 비접촉부와,
   상기 시일체와 상기 하우징 사이에 설치되어, 상기 시일체를 상기 직경 방향 외측으로 가압하는 가압 부재를 갖고,
   상기 로터의 정지 시에 있어서, 상기 복수의 박판은, 상기 로터의 회전 방향 후방측으로부터 전방측을 향함에 따라서, 당해 로터의 상기 외주면과 이루는 각도가 점차 커지도록 배열됨으로써, 상기 로터의 주위 방향으로부터 서로 가압되어 회전 방향 전후 방향의 다른 박판과 면 접촉함과 함께, 상기 가압 부재는 상기 박판이 상기 로터에 접촉하지 않은 상태로 상기 시일체를 가압하는, 축 시일 장치.
2. 제1항에 있어서,
   당해 박판을 사이에 두고 저압측 및 고압측으로 각각 저압측 측판 및 고압측 측판이 설치되고, 상기 저압측 측판으로부터의 박판의 노출이 고압측보다 큰, 축 시일 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 기재된 축 시일 장치를 구비하는, 회전 기계.

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