KR20230119017A - 축 시일 장치 및 회전 기계 - Google Patents

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KR20230119017A
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고헤이 오자키
아즈미 요시다
다츠로 후루쇼
신 니시모토
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 축 시일 장치는, 회전축의 둘레방향으로 복수 배치되며, 회전축의 축방향으로 폭을 갖는 복수의 박판과, 복수의 박판을 장착하기 위한 시일 장착 홈을 포함하는 시일 링을 구비한다. 시일 장착 홈의 축방향의 한쪽측의 내벽은, 회전축의 직경방향 내측의 영역에 있어서, 둘레방향을 따라서 형성된 홈을 갖는다.

Description

축 시일 장치 및 회전 기계
본 개시는 축 시일 장치 및 회전 기계에 관한 것이다.
본 원은 2021년 7월 30일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제 2021-126309 호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
일반적으로, 가스 터빈이나 증기 터빈 등에는, 회전축의 축 주위에, 고압측으로부터 저압측으로 누출되는 가스의 누출량을 저감하기 위한 축 시일 장치가 마련되어 있다. 축 시일 장치의 일 예로서는, 리프 시일(등록상표)되는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제 2005-2995 호 공보
리프 시일은 예를 들면, 래비린스 시일 등과 비교하여 누출량을 저감할 수 있다. 또한, 리프 시일은 회전 기계의 정격 운전시에는 리프 선단이 상대 부재와 비접촉이 되기 때문에, 수명이 비교적 길다. 그러나, 리프 시일은 구성하는 부품의 수가 많아, 비용이 비싸지기 쉽다.
본 개시의 적어도 일 실시형태는, 상술의 사정을 감안하여, 축 시일 장치의 비용을 저감하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 축 시일 장치는,
회전축의 둘레방향으로 복수 배치되며, 상기 회전축의 축방향으로 폭을 갖는 복수의 박판과,
상기 복수의 박판을 장착하기 위한 시일 장착 홈을 포함하는 시일 링을 구비하고,
상기 시일 장착 홈의 상기 축방향의 한쪽측의 내벽은, 상기 회전축의 직경방향 내측의 영역에 있어서, 상기 둘레방향을 따라서 형성된 홈을 갖는다.
(2) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 회전 기계는,
상기 회전축과,
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 축 시일 장치를 구비한다.
본 개시의 적어도 일 실시형태에 의하면, 축 시일 장치의 비용을 저감할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 회전 기계를 구비한 가스 터빈 시스템의 일 예를 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 축 시일 장치의 개략을 도시하는 단면 모식도이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 축 시일 장치의 개략을 도시하는 단면 모식도이다.
도 4는 다른 실시형태에 따른 축 시일 장치의 개략을 도시하는 단면 모식도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 화살표에서 본 도면에 상당하는 단면도이다.
도 6a는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 화살표에서 본 단면도이며, 홈의 일 예를 도시하고 있다.
도 6b는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 화살표에서 본 단면도이며, 홈의 다른 일 예를 도시하고 있다.
도 7은 복수의 리프를 구비하는 종래의 축 시일 장치의 개략을 도시하는 단면 모식도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 개시의 몇 가지의 실시형태에 대해 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 나타나 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 개시의 범위를 이것으로 한정하는 취지는 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
예를 들면, "어느 방향으로", "어느 방향을 따라서", "평행", "직교", "중심", "동심" 혹은 "동축" 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그와 같은 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 갖고서 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, "동일", "동일하다" 및 "균질"등의 사물이 동일한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능을 얻을 수 있는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성 요소를 "마련하다", "갖추다", "구비하다", "포함하다", "갖는다"라는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
본 개시의 축 시일 장치, 및 이것을 이용한 회전 기계의 일 실시형태를, 도면을 참조하면서 이하에 설명하지만, 본 개시가 이것으로만 한정 해석되는 것이 아닌 것은 물론이다. 또한, 본 실시형태에서는, 본 개시가 적용되는 회전 기계가, 가스 터빈 시스템의 터빈이나 압축기인 경우를 예로 들어 설명하지만, 증기 터빈, 수차, 냉동기, 펌프, 항공기용 가스 터빈 엔진 등, 그 외의 회전 기계의 회전축 등에도 적용 가능하다.
또한, 각 실시형태에 있어서 공통되는 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 설명의 중복을 피한다.
도 1은 일 실시형태에 따른 회전 기계를 구비한 가스 터빈 시스템(1)의 일 예를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 이 가스 터빈 시스템(1)은 공기(G1)를 압축하여 압축 공기(G2)로 하는 압축기(회전 기계)(2)와, 압축기(2)에서 압축된 압축 공기(G2)에 연료를 공급하고 혼합하여 연소시키는 연소기(3)와, 연소기(3)에서 연소된 연소 가스(G3)가 공급되는 터빈(회전 기계)(4)과, 압축기(2) 내에 배치된 회전축(51)과 터빈(4) 내에 배치된 회전축(52)을 접속하는 회전축(50)을 갖는 로터(5)를 구비한다.
압축기(2)는 내부 공간에 공기(G1)가 도입되는 케이싱(2K)을 갖는다. 압축기(2)는 케이싱(2K)의 내부 공간에 도입된 공기를 압축하여 압축 공기(G2)로 한다. 압축기(2)에는, 회전축(50)을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 갖는 지지부(2S)가 마련되어 있다.
터빈(4)은 내부 공간에 연소 가스(G3)가 도입되는 케이싱(4K)을 갖는다. 터빈(4)은 연소기(3)에서 발생한 연소 가스(G3)를 케이싱(4K)의 내부 공간에 도입하고 팽창시켜, 연소 가스(G3)의 열 에너지를 회전 에너지로 변환한다. 터빈(4)에는, 회전축(50)을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 갖는 지지부(4S)가 마련되어 있다.
로터(5)는 케이싱(2K)의 내부 공간에 배치된 회전축(51)에 마련된 동익(51A)과, 케이싱(4K)의 내부 공간에 배치된 회전축(52)에 마련된 동익(52A)을 갖는다.
압축기(2)는 케이싱(2K)에 배치된 정익(2A)을 갖는다. 압축기(2)의 정익(2A)과 회전축(51)에 마련된 동익(51A)은 회전축(50)의 축선(AX)의 축선방향과 평행한 방향으로 교대로 복수 배치된다.
터빈(4)은 케이싱(4K)에 배치된 정익(4A)을 갖는다. 터빈(4)의 정익(4A)과 회전축(52)에 마련된 동익(52A)은 회전축(50)의 축방향으로 교대로 복수 배치된다.
또한, 가스 터빈 시스템(1)은, 압축기(2)의 케이싱(2K) 내의 정익(2A)의 내주부에 배치되며, 회전축(51)의 주위를 시일하는 축 시일 장치(10)와, 터빈(4)의 케이싱(4K) 내에 배치된 회전축(52)의 주위를 시일하는 축 시일 장치(10)를 구비한다. 압축기(2)에 배치되는 축 시일 장치(10)는 작동 유체인 압축 공기(G2)가 고압 공간측으로부터 저압 공간측에 누출되는 것을 억제한다. 또한, 압축기(2)의 축 시일 장치(10)는 지지부(2S)에 배치된다. 터빈(4)에 배치되는 축 시일 장치(10)는 작동 유체인 연소 가스(G3)가 고압측으로부터 저압측으로 누출되는 것을 억제한다. 터빈(4)의 축 시일 장치(10)는 정익(4A)의 내주부에 배치된다. 또한, 터빈(4)의 축 시일 장치(10)는 지지부(4S)에 배치된다.
가스 터빈 시스템(1)에 있어서는, 연소기(3)로부터 도입된 연소 가스(G3)가 터빈(4) 내의 동익(52A)에 공급된다. 이에 의해, 연소 가스(G3)의 열 에너지가 기계적인 회전 에너지로 변환되어 동력이 발생한다. 터빈(4)에서 발생한 동력의 일부는 회전축(50)을 거쳐서 압축기(2)에 전달된다. 터빈(4)에서 발생한 동력의 일부는, 압축기(2)의 동력으로서 이용된다.
다음에, 도 2를 참조하여 본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에 대해 설명한다.
도 2는 본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)의 개략을 도시하는 단면 모식도이다.
또한, 도 2에 있어서는, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 화살표에서 본 도면에 상당하는 단면도이며, 시일 세그먼트(11)만을 도시하고 있다.
도 3은 일 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)의 개략을 도시하는 단면 모식도이며, 회전축(52)의 축선(AX)을 포함하는 단면에 대해 도시하고 있다.
도 4는 다른 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)의 개략을 도시하는 단면 모식도이며, 회전축(52)의 축선(AX)을 포함하는 단면에 대해 도시하고 있다.
이하의 설명에 있어서는, 압축기(2) 및 터빈(4)의 각각에 마련된 축 시일 장치(10) 중, 터빈(4)에 마련된 축 시일 장치(10)에 대해 설명한다. 또한, 압축기(2)에 마련된 축 시일 장치(10)의 구성은 터빈(4)에 마련된 축 시일 장치(10)의 구성과 동일하다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 축 시일 장치(10)는 회전축(52)의 주위에 배치되는 복수의 시일 세그먼트(11)를 갖는다. 각 시일 세그먼트(11)는 축선(AX)과 직교하는 평면 내에 있어서 원호형상의 형상을 갖고 있다. 본 실시형태에 있어서는, 시일 세그먼트(11)는 회전축(50)의 주위로 예를 들면, 8개 배치된다. 둘레방향으로 이웃하는 2개의 시일 세그먼트(11)의 한쪽을 제 1 세그먼트(11A)라고도 칭하며, 다른쪽을 제 2 세그먼트(11B)라고도 칭한다.
각 시일 세그먼트(11)는 회전축(52)의 주위에 배치되는 복수의 리프(박판)(20)와, 고압측의 측판(41)과, 복수의 리프(20)를 장착하기 위한 시일 장착 홈(31)을 포함하는 시일 링(30)을 구비한다.
또한, 다음에 상술하는 바와 같이, 도 4에 도시하는 다른 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 시일 링(30)은 저압측 시일 링(제 1 부재)(301)과, 고압측 시일 링(제 2 부재)(302)으로 분할된다.
도 3에 도시하는 일 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 각 시일 세그먼트(11)는 코일 스프링(43)과, 가압 볼트(45)를 구비한다.
도 4에 도시하는 다른 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 각 시일 세그먼트(11)는 심(47)과 체결 볼트(48)를 구비한다. 체결 볼트(48)는 저압측 시일 링(301)과 고압측 시일 링(302)을 결합하여 일체화하기 위한 볼트이다.
도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 시일 세그먼트(11)는 정익(4A)에 상당하는 하우징(9)의 오목부(9a)에 삽입되며, 적어도 일부가 하우징(9)의 오목부(9a)에 배치된다. 오목부(9a)는 직경방향(D3)의 내측에 개구(9k)를 갖는다. 오목부(9a)는 회전축(52)의 둘레방향(D2)으로 연장된다. 오목부(9a)의 외측에 리프(20)의 일부가 돌출된다. 또한, 하우징(9)은 정익(2A), 지지부(2S), 및 지지부(4S)에도 각각 마련되어 있다.
(리프(20))
본 실시형태에서는, 복수의 리프(20)의 각각은 회전축(52)의 둘레방향(D2)에 있어서의 가요성을 갖는 판형상 부재이며, 탄성 변형 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, 리프(20)는 얇은 강판이다. 리프(20)의 폭방향은 회전축(52)의 축방향(D1)과 대략 일치한다. 리프(20)의 표면의 법선은, 회전축(52)의 축선(AX)에 대해 직교하는 방향이며, 둘레방향(D2) 및 회전축(52)의 직경방향(D3)에 대해 경사진 방향으로 연장된다. 즉, 리프(20)의 두께방향은, 회전축(52)의 축선(AX)에 대해 직교하는 방향이며, 둘레방향(D2) 및 회전축(52)의 직경방향(D3)에 대해 경사진 방향으로 연장된다.
보다 구체적으로는, 리프(20)는 직경방향(D3)의 내측을 향함에 따라서, 회전축(52)의 회전방향 하류측을 향하도록 경사져 있다.
또한, 도 2에 있어서, 둘레방향(D2)을 나타내는 화살표의 방향은 회전축(52)의 회전방향을 나타내고 있다.
이와 같은 구성에 의해, 리프(20)는 회전축(52)의 축방향(D1)으로 비교적 높은 강성을 갖는다.
본 실시형태에서는, 리프(20)는 회전축(52)의 둘레방향(D2)에 간격을 두고 복수 배치된다. 리프(20)와, 당해 리프(20)에 이웃하는 리프(20) 사이에 간극(S)이 형성된다(도 2 참조). 복수의 리프(20)에 의해 복수의 리프(20)의 집합체(적층체)인 리프 적층체(12)가 형성된다.
본 실시형태에서는, 복수의 리프(20)로 이루어지는 리프 적층체(12)는, 회전축(52)의 주위를 시일하는 것에 의해, 회전축(52)의 주위의 공간을 회전축(52)의 축방향(D1)에 대해 2개의 공간으로 구분한다. 본 실시형태에 있어서는, 리프 적층체(12)는 회전축(52)의 주위의 공간을 고압 공간(고압측 영역)과 당해 고압 공간보다 상대적으로 압력이 낮은 저압 공간(저압측 영역)으로 구분한다.
본 실시형태에서는, 복수의 리프(20)는 회전축(52)의 축선(AX)에 대해 직교하는 직경방향(D3)에 있어서의 외측의 기단부(외측단부)(20a)와, 내측의 선단부(내측단부)(20b)와, 회전축(52)의 축방향의 양 측연(側緣) 중의 고압 공간에 가까운 측연인 측단부(20c)와, 당해 양 측연 중의 저압 공간에 가까운 측연인 측단부(20d)를 각각 갖는다.
이하의 설명에 있어서는, 복수의 리프(20)의 기단부(20a)를 함께 리프 적층체(12)의 기단부(12a)라고도 하고, 복수의 리프(20)의 선단부(20b)를 함께 리프 적층체(12)의 선단부(12b)라고도 하며, 복수의 리프(20)의 측단부(20c)를 함께 리프 적층체(12)의 측단부(12c)라고도 하며, 복수의 리프(20)의 측단부(20d)를 함께 리프 적층체(12)의 측단부(12d)라고도 한다. 기단부(12a)는 복수의 기단부(20a)의 집합체이다. 선단부(12b)는 복수의 선단부(20b)의 집합체이다. 측단부(12c)는 복수의 측단부(20c)의 집합체이다. 측단부(12d)는 복수의 측단부(20d)의 집합체이다.
기단부(12a)는, 회전축(52)의 직경방향(D3)에 있어서의 외측을 향하게 된다. 선단부(12b)는 회전축(52)의 외주면(52a)과 대향하도록, 회전축(52)의 직경방향(D3)에 있어서의 내측을 향하게 된다. 또한, 선단부(12b)(선단부(20b))는 개구(9k)를 거쳐서 오목부(9a)의 외측에 배치된다. 또한, 선단부(12b)(선단부(20b))는, 다음에 상세하게 설명하는 시일 장착 홈(31)의 외측에 배치된다. 측단부(12c)는 회전축(52)의 축방향(D1)에 있어서의 다른쪽측인 고압 공간을 향하게 된다. 측단부(12d)는 회전축(52)의 축방향(D1)에 있어서의 한쪽측인 저압 공간을 향하게 된다.
본 실시형태에 있어서는, 복수의 리프(20)의 기단부(20a)는, 후술하는 바와 같이, 시일 링(30)에 고정되어 고정단이 된다. 또한, 복수의 리프(20)의 선단부(20b)는 각각 고정되지 않는 자유단이 된다. 복수의 리프(20)(리프 적층체(12))는 기단부(20a)가 고정된 상태로 시일 링(30)에 보지된다.
리프(20)는 기단부(20a)가 마련된 헤드부(21)와, 선단부(20b), 측단부(20c), 및 측단부(20d)가 마련되며, 탄성 변형 가능한 몸통부(22)를 갖는다. 회전축(52)의 축방향(D1)인 리프(20)의 폭방향에 있어서의 몸통부(22)의 치수는 헤드부(21)의 치수보다 작다. 리프(20)의 두께방향에 있어서의 몸통부(22)의 치수는 헤드부(21)의 치수보다 작다. 몸통부(22)는 몸통부(22)의 헤드부(21)와의 경계부에 절결부(20x) 및 절결부(20y)가 마련되어 있다. 헤드부(21)는 절결부(20x) 및 절결부(20y)보다 기단부(20a)측이 각각 폭방향으로 돌출되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 복수의 리프(20)는 헤드부(21)의 직경방향(D3)의 외측의 단부(기단부(20a))와, 헤드부(21)의 축방향(D1)의 측단부(21c) 및 측단부(21d)에 있어서 용접에 의해 서로 접속되어 있다.
(측판(41))
본 실시형태에서는, 측판(41)은 둘레방향(D2)으로 연장되는 원호형상의 박판이다. 측판(41)의 표면의 법선은 축방향(D1)으로 연장된다. 즉, 측판(41)의 두께방향은 회전축(52)의 축방향(D1)과 대략 일치한다. 측판(41)은 각 시일 세그먼트(11)에 있어서, 시일 세그먼트(11)의 둘레방향(D2)의 한쪽측의 단부로부터 다른쪽측의 단부까지 둘레방향(D2)으로 연장된다.
측판(41)은 시일 장착 홈(31) 내에서 리프(20)의 고압측 공간을 향하고 있는 측단부(20c)의 옆에 배치되어 있다. 측판(41)은 축방향(D1)의 한쪽측(저압 공간측)의 표면이 리프(20)의 고압측 공간을 향하고 있는 측단부(20c)와 대향하고 있다.
(시일 링(30))
본 실시형태에서는, 시일 링(30)은 하우징(9)에 지지되며, 리프 적층체(12)를 보지한다. 하우징(9)은 오목부(9a)의 내측에 시일 링(30)을 보지하는 보지부(9s)를 갖는다. 시일 링(30)은 보지부(9s)에 보지된다.
도 3에 도시하는 일 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 시일 링(30)은, 일체적으로 형성된 1개의 부재이다.
도 4에 도시하는 다른 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 시일 링(30)은 저압측 시일 링(제 1 부재)(301)과, 고압측 시일 링(제 2 부재)(302)의 2개의 부재를 포함하고 있다. 도 4에 도시하는 다른 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는 상술한 바와 같이, 저압측 시일 링(301)과 고압측 시일 링(302)은, 체결 볼트(48)에 의해 결합되고, 일체적으로 고정되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시하는 시일 링(30)에는, 복수의 리프(20)를 장착하기 위한 시일 장착 홈(31)이 형성되어 있다. 시일 장착 홈(31)은 리프(20)의 헤드부(21)가 배치되는 제 1 홈부(33)와, 리프(20)의 몸통부(22)가 배치되는 제 2 홈부(34)를 갖는다.
제 1 홈부(33)의 축방향(D1)의 치수는, 제 2 홈부(34)의 축방향(D1)의 치수보다 크다. 그 때문에, 제 1 홈부(33)로 제 2 홈부(34)의 경계부에는, 단차부(35)가 존재한다. 단차부(35)에 있어서의 직경방향(D3) 외측을 향한 면(35a)과, 리프(20)의 헤드부(21)에 있어서의 직경방향(D3)의 내측의 단부(21e)가 접촉하는 것에 의해, 시일 링(30)에 대한 리프(20)의 직경방향(D3) 내측으로의 이동이 규제된다.
도 3에 도시하는 실시형태에서는, 시일 링(30)에 있어서의 제 1 홈부(33)의 직경방향(D3)의 외측의 영역에는, 가압 볼트(45)가 장착되어 있다. 가압 볼트(45)는 리프(20)의 헤드부(21)를 직경방향(D3)의 내측에 부세하기 위한 코일 스프링(43)을 직경방향(D3)의 외측으로부터 가압하여 코일 스프링(43)에 압축력을 부여하기 위한 것이다.
이에 의해, 도 3에 도시하는 실시형태에서는, 리프(20)의 헤드부(21)는 직경방향(D3)의 내측을 향하여 부세된다.
도 4에 도시하는 실시형태에서는, 시일 링(30)은 제 1 홈부(33)에 있어서의 축방향(D1)의 한쪽측(저압 공간측)의 내벽(33a)과, 다른쪽측(고압 공간측)의 내벽(33b) 사이에서, 쌍방의 내벽(33a, 33b)과의 축방향(D1)의 중간 위치보다 다른쪽측(고압 공간측)의 위치에 있어서, 저압측 시일 링(301)과, 고압측 시일 링(302)으로 분할되어 있다. 또한, 도 4에 도시하는 실시형태에서는, 저압측 시일 링(301)과, 고압측 시일 링(302)의 분할 위치(303)(저압측 시일 링(301)과 고압측 시일 링(302)의 접촉 위치)는 리프(20)의 축방향(D1)의 중심 위치보다 축방향(D1)의 한쪽측의 내벽(33a)의 근방이다.
도 4에 도시하는 실시형태에서는, 시일 링(30)에 있어서의 제 1 홈부(33)의 직경방향(D3)의 외측의 영역, 즉, 저압측 시일 링(301)에 있어서의 제 1 홈부(33)의 직경방향(D3)의 외측의 영역에는, 심(47)이 배치되어 있다. 심(47)은 제 1 홈부(33)에 있어서 직경방향(D3) 내측을 향한 내벽(33c)과, 리프(20)의 기단부(20a) 사이의 간극에 배치된다. 심(47)은 단차부(35)의 면(35a)과 리프(20)의 헤드부(21)의 단부(21e)가 직경방향(D3)으로 이격되지 않도록 리프(20)의 헤드부(21)를 고정하기 위한 부재이다.
이에 의해, 도 4에 도시하는 실시형태에서는, 리프(20)의 헤드부(21)는 직경방향(D3)의 외측으로의 이동이 규제된다.
또한, 도 4에 도시하는 다른 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에 있어서, 심(47)을 대신하여 코일 스프링(43)을 구비하고 있어도 좋다.
도 3 및 도 4에 도시하는 시일 링(30)에서는, 시일 장착 홈(31)의 제 2 홈부(34)에 있어서의 축방향(D1)의 한쪽측(저압 공간측)의 내벽(34a)과, 다른쪽측(고압 공간측)의 내벽(34b)은, 축방향(D1)을 따라서 이격하여 대향하고 있다.
또한, 도 4에 도시하는 실시형태에서는, 축방향(D1)의 한쪽측의 내벽(34a)은 저압측 시일 링(301)에 형성되어 있으며, 다른쪽측의 내벽(34b)은 고압측 시일 링(302)에 형성되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시하는 시일 링(30)에서는, 터빈(4)의 운전 중은, 연소 가스(G3)의 고압 공간에 있어서의 압력과 저압 공간에 있어서의 압력의 차이에 의해, 리프(20) 및 측판(41)이 저압 공간측에 부세된다. 그 때문에, 터빈(4)의 운전 중은 리프(20)의 측단부(20d)는 내벽(34a)에 가압되게 된다.
또한, 터빈(4)의 운전 중은, 측판(41)에 있어서의 고압측 공간을 향한 표면과 시일 장착 홈(31)의 내벽(34b) 사이에 간극이 생긴다.
도 7은 복수의 리프(20)를 구비하는 종래의 축 시일 장치의 개략을 도시하는 단면 모식도이며, 회전축(52)의 축선(AX)을 포함하는 단면에 대해 도시되어 있다.
도 7에 도시한 종래의 축 시일 장치(10X)는, 상술한 본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)와 마찬가지로, 회전축(52)의 주위에 배치되는 복수의 시일 세그먼트를 갖는다.
도 7에 도시한 종래의 축 시일 장치(10X)에 있어서, 각 시일 세그먼트는, 상술한 본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)와 마찬가지로, 회전축(52)의 주위에 배치되는 복수의 리프(박판)(20)와, 고압측의 측판(41)을 구비한다.
또한, 도 7에 도시한 종래의 축 시일 장치(10X)에 있어서, 각 시일 세그먼트는 복수의 리프(20)를 장착하기 위한 홈(31X)을 포함하는 시일 링(30X)과, 이들 리프(20)를 협지하는 한쌍의 리프 시일 리테이너(보지 링)(91, 92)와, 저압측의 측판(42)과, 판 스프링(93)을 구비한다. 또한, 종래의 축 시일 장치(10X)에서는, 이들 각 부재와 함께 시일 링(30X)에 형성된 홈(31X) 내에 배치되는 장착 피스(95)를 구비한다.
도 7에 도시한 종래의 축 시일 장치(10X)에 있어서, 한쌍의 리프 시일 리테이너(91, 92)는, 리프(20)의 헤드부(21)를 축방향(D1)의 한쪽측과 다른쪽측으로부터 협지된다.
도 7에 도시한 종래의 축 시일 장치(10X)에 있어서, 측판(42)은 둘레방향(D2)으로 연장되는 원호형상의 박판이다. 측판(42)의 두께방향은, 회전축(52)의 축방향(D1)과 대략 일치한다. 측판(42)은 각 시일 세그먼트에 있어서, 시일 세그먼트의 둘레방향(D2)의 한쪽측의 단부로부터 다른쪽측의 단부까지 둘레방향(D2)으로 연장된다.
측판(42)은 홈(31X) 내에서 리프(20)의 저압측 공간을 향하고 있는 측단부(20d)의 옆에 배치되어 있다. 측판(42)은 리프(20)의 측단부(20d)와, 장착 피스(95)에 있어서의 고압측 공간을 향하고 있는 측면(95a) 사이에 끼워져 있다.
측판(42)의 직경방향(D3) 내측의 단부(42a)는, 리프(20)에 있어서의 직경방향(D3)의 내측의 선단부(내측단부)(20b), 및 장착 피스(95)에 있어서의 직경방향(D3)의 내측의 단부(95b)보다 직경방향(D3)의 외측에 위치하고 있다. 그 때문에, 측판(42)의 직경방향(D3) 내측의 단부(42a)보다 직경방향(D3)의 내측에는, 리프(20)의 측단부(20d)와, 장착 피스(95)의 측면(95a) 사이에, 측판(42)의 두께 분에 상당하는 간극(Sx)이 형성되어 있다. 이 간극(Sx)이, 후술하는 홈(36)과 마찬가지로, 리프(20)의 부상력을 확보하는 역할을 수행한다.
도 7에 도시한 종래의 축 시일 장치(10X)에 있어서, 판 스프링(93)은 리프(20)의 헤드부(21)를 직경방향(D3)의 내측에 부세하기 위한 것이다.
도 7에 도시한 종래의 축 시일 장치(10X)에 대해, 상술한 몇 가지의 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에 의하면, 상기 한쌍의 리프 시일 리테이너(91, 92)와, 측판(42)과, 장착 피스(95)를 생략할 수 있다. 이에 의해, 축 시일 장치(10)의 비용을 억제할 수 있다.
또한, 상술한 몇 가지의 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)를 구비하는 회전 기계에서는, 축 시일 장치(10)에 있어서의 작동 유체의 누출을 억제하면서, 회전 기계의 비용을 억제할 수 있다.
본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 도 3에 도시하는 실시형태와 같이, 시일 장착 홈(31)의 축방향(D1)의 한쪽측(저압 공간측)의 내벽(34a)과, 다른쪽측(고압 공간측)의 내벽(34b)은 동일한 부재로 형성되어 있어도 좋다.
이에 의해, 한쪽측의 내벽(34a)과 다른쪽측의 내벽(34b)이 상이한 부재에 형성되어 있는 경우와 비교하여 부품 점수를 억제할 수 있어서, 조립 비용도 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 도 4에 도시하는 실시형태와 같이, 시일 장착 홈(31)의 축방향(D1)의 한쪽측의 내벽(34a)과, 다른쪽측의 내벽(34b)은 상이한 부재로 형성되어 있어도 좋다.
시일 링(30)은 시일 장착 홈(31)의 직경방향(D3)의 내측의 단부로부터 직경방향(D3)의 내측을 향하여 리프(20)가 돌출되어 있기 때문에, 직경방향(D3)의 내측이 개방되어 있다. 그 때문에, 시일 장착 홈(31)의 한쪽측의 내벽(34a)과 다른쪽측의 내벽(34b)이 동일한 부재로 형성되어 있는 경우, 시일 장착 홈(31)의 형성 시에, 직경방향(D3)의 내측으로부터 절삭 가공에 의해 시일 장착 홈(31)을 형성하게 된다. 그러나, 시일 장착 홈(31)은 축방향(D1)의 치수보다 직경방향(D3)의 치수가 크기 때문에, 시일 장착 홈(31)에 있어서의 직경방향(D3)의 외측의 영역(예를 들면, 제 1 홈부(33))은, 직경방향(D3)의 내측의 영역(예를 들면, 제 2 홈부(34))보다 절삭 가공을 하기 어렵다. 상술한 바와 같이, 제 1 홈부(33)의 축방향(D1)의 치수는 제 2 홈부(34)의 축방향(D1)의 치수보다 크다. 그 때문에, 직경방향(D3)의 내측으로부터의 어프로치에 의해 제 1 홈부(33)를 절삭 가공으로 가공하는 것은 비교적 곤란하다.
도 4에 도시하는 실시형태와 같이, 시일 장착 홈(31)의 한쪽측의 내벽(34a)과 다른쪽측의 내벽(34b)을 상이한 부재로 형성하는 것에 의해, 시일 장착 홈(31)에 있어서의 직경방향(D3)의 외측의 영역도 가공하기 쉬워진다. 이에 의해, 시일 장착 홈(31)의 정밀도를 확보하기 쉬워지므로, 축 시일 장치(10)에 있어서의 유체의 누설량을 저감할 수 있다.
본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 도 4에 도시하는 실시형태와 같이, 저압측 시일 링(제 1 부재)(301)과, 고압측 시일 링(제 2 부재)(302)이 일체적으로 고정되도록 구성되어 있어도 좋다. 저압측 시일 링(301)과 고압측 시일 링(302)의 접촉 위치(분할 위치(303))는, 리프(20)의 축방향(D1)의 중심 위치보다 축방향(D1)의 상기 한쪽측으로 어긋나 있으면 된다. 또한, 저압측 시일 링(301)과 고압측 시일 링(302)의 접촉 위치(분할 위치(303))는, 리프(20)의 축방향(D1)의 중심 위치보다 축방향(D1)의 다른쪽측으로 어긋나 있어도 좋다.
축 시일 장치(10)의 조립시에, 저압측 시일 링(301)과 고압측 시일 링(302)을 결합하기 전에 저압측 시일 링(301) 또는 고압측 시일 링(302)의 어느 한쪽의 부재에 리프(20)를 배치하고, 그 후, 한쪽의 부재에 다른쪽의 부재를 결합하는 경우에 대해 고려한다.
예를 들면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 분할 위치(303)가 고압 공간에 가까워지도록 다른쪽측으로 어긋나 있으면, 저압측 시일 링(301)에 있어서 분할 위치(303)에 상당하는 단부면이 형성되는 부위(내벽(33c)이 형성된 부위)의 축방향(D1)을 따른 길이가 고압측 시일 링(302)에 있어서의 동일한 부위보다 길어진다. 따라서, 리프(20)를 시일 링(30)에 장착할 때에, 저압측 시일 링(301)을 아래로 하고 위로부터 리프(20)를 배치하는 것에 의해, 저압측 시일 링(301) 중, 분할 위치(303)에 상당하는 단부면이 형성된 부위(내벽(33c)이 형성된 부위)가 리프(20)의 가이드와 같은 역할을 수행하여, 리프(20)의 위치결정을 하기 쉽다.
또한, 도 4에 도시하는 실시형태와 같이, 분할 위치(303)에 상당하는 단부면이 형성된 부위(내벽(33c)이 형성된 부위)와 리프(20)의 기단부(20a) 사이의 간극에 심(47)을 배치하기 쉬워진다.
마찬가지로, 예를 들면, 분할 위치(303)가 저압 공간에 가까워지도록 한쪽측으로 어긋나 있으면, 고압측 시일 링(302)에 있어서 분할 위치(303)에 상당하는 단부면이 형성되는 부위의 축방향을 따른 길이가 저압측 시일 링(301)에 있어서의 마찬가지의 부위보다 길어진다. 따라서, 리프(20)를 시일 링(30)에 장착할 때에, 고압측 시일 링(302)을 아래로 하고 위로부터 리프(20) 및 심(47)을 배치하는 것에 의해, 리프(20) 및 심(47)의 위치결정을 하기 쉽다.
또한, 본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 도 4에 도시하는 실시형태와 같이, 분할 위치(303)는 리프(20)의 축방향(D1)의 중심 위치보다 축방향(D1)을 따라서 홈(36)보다 멀어지는 방향으로 어긋나 있으면 좋다.
본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)는 축 시일 장치(10)를 사이에 두고 저압측이 되는 영역(저압측 공간)에 홈(36)이 위치하도록 회전 기계에 배치된다. 또한, 본 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)에서는, 리프(20)의 양 측연 중, 축 시일 장치(10)를 사이에 두고 고압 공간에 대향하는 측연인 측단부(20c)와 접하도록, 둘레방향(D2)으로 연장되는 측판(41)을 배치한다. 그 때문에, 축 시일 장치(10)의 조립시에, 리프(20) 상에 측판(41)을 배치하도록 조립하면, 조립하기 쉽다. 이 경우, 홈(36)을 갖는 저압측 시일 링(301)을 아래로 하고, 위로부터 리프(20)를 배치하고, 그 위로부터 측판(41)을 배치하게 된다. 따라서, 분할 위치(303)가 상기 중심 위치보다 고압 공간에 가까운 다른쪽측으로 어긋나 있으면, 저압측 시일 링(301)에 있어서 분할 위치(303)에 상당하는 단부면이 형성되는 부위의 축방향(D1)을 따른 길이가 고압측 시일 링(302)에 있어서의 동일한 부위보다 길어진다.
분할 위치(303)가 상기 중심 위치보다 축방향(D1)을 따라서 홈(36)보다 멀어지는 방향으로 어긋나 있으면, 분할 위치(303)가 상기 중심 위치보다 다른쪽측으로 어긋나게 되므로, 측판(41)을 갖는 축 시일 장치(10)의 조립을 하기 쉬워진다.
(홈(36)에 대해)
도 3 및 도 4에 도시하는 시일 링(30)에서는, 시일 장착 홈(31)의 축방향(D1)의 한쪽측의 내벽(34a)은 직경방향(D3)의 내측의 영역에 있어서, 둘레방향(D2)을 따라서 형성된 홈(36)을 갖는다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 화살표에서 본 도면에 상당하는 단면도이며, 시일 링(30)만을 도시하고 있다.
도 6a는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 화살표에서 본 단면도이며, 홈(36)의 일 예를 도시하고 있다.
도 6b는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 화살표에서 본 단면도이며, 홈(36)의 다른 일 예를 도시하고 있다.
또한, 도 3에 도시하는 시일 링(30)과, 도 4에 도시하는 시일 링(30)에서는 홈(36)의 형태는 동일하므로, 도 3의 Ⅴ-Ⅴ화살표에서 본 도면에 상당하는 단면도인 도 5, 및 도 6a, 도 6b에 기초하여, 홈(36)의 형상에 대해 설명한다.
설명의 편의 상, 도 5에서는, 둘레방향(D2)과 이웃하는 2개의 시일 세그먼트(11)를 둘레방향(D2)으로 이격하여 도시하고 있지만, 터빈(4)의 운전 중은, 둘레방향(D2)으로 이웃하는 2개의 시일 세그먼트(11)의 사이의 간극은 거의 없어진다.
도 6a 및 도 6b에서는, 둘레방향(D2)으로 이웃하는 2개의 시일 세그먼트(11)를 둘레방향(D2)으로 서로 접촉하도록 도시하고 있다.
도 5, 도 6a 및 도 6b에서는, 둘레방향(D2)으로 이웃하는 2개의 시일 세그먼트(11)의 한쪽인 제 1 세그먼트(11A)와, 다른쪽인 제 2 세그먼트(11B)를 나타내고 있다.
도 3 및 도 4에 도시하는 본 실시형태에 따른 시일 링(30)에서는, 도 5, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 제 1 세그먼트(11A) 및 제 2 세그먼트(11B)에 있어서의 홈(36)은 축방향(D1)으로의 깊이가 제 1 깊이(d1)를 갖는 제 1 영역(361)과, 제 1 영역(d1)보다 제 1 세그먼트(11A) 및 제 2 세그먼트(11B)에 있어서의 둘레방향(D2)의 단부면(11e)에 가깝고, 제 1 깊이(d1)보다 깊은 제 2 깊이(d2)를 갖는 제 2 영역(362)을 포함한다.
둘레방향으로 이웃하는 제 1 세그먼트(11A) 및 제 2 세그먼트(11B)에 있어서의 단부면(11e)의 근방, 즉, 시일 링(30)의 둘레방향의 분할 위치의 근방에서는, 리프(20)의 부상력이 저하하여 리프(20)가 회전축(52)에 접촉하기 쉬워진다. 여기에서, 리프(20)의 선단측(직경방향 내측)에 있어서, 리프(20)의 양 측단부(20c, 20d) 중의 저압측 공간에 가까운 쪽의 측단부(20d)와 당해 측단부(20d)와 대향하는 부재(시일 링(30))의 이격 거리를 크게 할수록, 리프(20)의 부상력이 커지는 것을 알 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시하는 본 실시형태에 따른 시일 링(30)에 의하면, 상술한 바와 같은 제 2 영역(362)을 마련하는 것에 의해, 리프(20)의 부상력이 저하하기 쉬운 시일 링(30)의 둘레방향의 분할 위치의 근방에 있어서, 리프(20)의 부상력을 확보하여, 리프(20)와 회전축(52)의 접촉을 억제할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시하는 본 실시형태에 따른 시일 링(30)에서는, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 제 2 영역(362)의 제 2 깊이(d2)가 제 2 영역(362)에 있어서의 둘레방향(D2)의 위치에 의하지 않고 일정하여도 좋다. 이에 의해, 제 2 깊이(d2)가 제 2 영역(362)에 있어서의 둘레방향(D2)의 위치에 의해 변화하는 경우와 비교하여, 제 2 영역(362)의 가공을 하기 쉽다.
또한, 도 3 및 도 4에 도시하는 본 실시형태에 따른 시일 링(30)에서는, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 제 2 영역(362)의 제 2 깊이(d2)는, 상기 단부면(11e)에 가까워짐에 따라서 깊어져도 좋다.
리프(20)의 부상력은 시일 링(30)의 둘레방향의 분할 위치(상기 단부면(11e))에 가까워질수록 저하하기 쉽다.
도 6b에 도시하는 바와 같이 제 2 영역(362)에 있어서의 둘레방향(D2)의 위치가 상기 단부면(11e)에 가까워짐에 따라서 제 2 깊이(d2)를 깊게 하는 것으로, 상기 단부면(11e)에 가까워짐에 따라서 리프(20)의 부상력이 저하하는 것을 억제할 수 있어서, 리프(20)와 회전축(52)의 접촉을 억제할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시하는 본 실시형태에 따른 시일 링(30)에서는, 제 1 깊이(d1)는 예를 들면, 0.15㎜ 이상, 0.30㎜ 이하이며, 제 2 깊이(d2)는 제 1 깊이(d1)보다 깊고, 또한, 예를 들면, 0.35㎜ 이상, 0.60㎜ 이하이다. 또한, 둘레방향으로 이웃하는 제 1 세그먼트(11A) 및 제 2 세그먼트(11B)에 있어서, 단부면(11e)을 사이에 두고 이웃하는 2개의 제 2 영역(362)의 각각에서, 제 2 깊이(d2)는 동일하게 되도록 하면 좋다.
제 2 깊이(d2)는 적어도 제 2 영역(362)의 일부에 있어서, 제 1 깊이(d1)보다 크고, 3배이면 좋으며, 바람직하게, 2배 정도여도 좋다.
또한, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 제 2 깊이(d2)가 단부면(11e)에 가까워짐에 따라서 깊어지는 경우, 단부면(11e)에 극히 가까운 둘레방향(D2)의 위치에 있어서의 제 2 깊이(d2)가 상술한 범위가 되면 좋다.
단부면(11e)의 근방에 있어서, 리프(20)의 충분한 부상력을 확보하기 위해서는, 제 2 깊이는 적어도 제 2 영역(362)의 일부에 있어서, 제 1 깊이(d1)보다 크면 좋다. 또한, 단부면(11e)의 근방에 있어서의 리프(20)의 부상력은, 제 2 깊이(d2)가 제 1 깊이(d1)의 3배를 초과하여도, 제 1 깊이(d1)의 3배의 경우와 거의 변함없다. 그 때문에, 제 2 깊이가(d2) 제 1 깊이(d1)의 3배를 초과하여도, 제 2 깊이(d2)를 확보하기 위한 가공량(절삭량)이 증가할 뿐이다.
상기의 구성에 의하면, 단부면(11e)의 근방에 있어서의 리프(20)의 부상력을 효율적으로 확보할 수 있다.
산업용의 가스 터빈의 경우, 홈(36)의 폭(W1)(도 5 참조), 즉 제 1 영역(361) 및 제 2 영역(362)의 직경방향(D3)의 치수는 대체로 5.5㎜이다.
또한, 산업용의 가스 터빈의 경우, 제 2 영역(362)의 둘레방향(D2)의 길이는 대략 50㎜이다.
본 개시는 상술한 실시형태로 한정되는 일은 없으며, 상술한 실시형태로 변형을 가한 형태나, 이들 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.
상기 각 실시형태에 기재된 내용은, 예를 들면 이하와 같이 파악된다.
(1) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 축 시일 장치(10)는 회전축(52)(회전축(50))의 둘레방향(D2)으로 복수 배치되며, 회전축(52)(회전축(50))의 축방향(D1)에 폭을 갖는 복수의 박판(리프(20))과, 복수의 박판(리프(20))을 장착하기 위한 시일 장착 홈(31)을 포함하는 시일 링(30)을 구비한다. 시일 장착 홈(31)의 축방향(D1)의 한쪽측의 내벽(34a)은 회전축(52)(회전축(50))의 직경방향(D3)의 내측의 영역에 있어서, 둘레방향(D2)을 따라서 형성된 홈(36)을 갖는다.
상기 (1)의 구성에 의하면, 종래의 축 시일 장치에 마련되어 있던 한쌍의 리프 시일 리테이너와, 축방향(D1)의 한쪽측(저압 공간측)에 배치되는 환상의 플레이트와, 장착 피스를 생략할 수 있다. 이에 의해, 축 시일 장치(10)의 비용을 억제할 수 있다.
(2) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서, 시일 링(30)은 둘레방향(D2)으로 분할된 제 1 세그먼트(11A) 및 제 2 세그먼트(11B)를 적어도 포함한다. 제 1 세그먼트(11A) 및 제 2 세그먼트(11B)에 있어서의 상기 홈(36)은 축방향(D1)으로의 깊이가 제 1 깊이(d1)를 갖는 제 1 영역(361)과, 제 1 영역(361)보다 제 1 세그먼트(11A) 및 제 2 세그먼트(11B)에 있어서의 둘레방향(D2)의 단부면(11e)에 가깝고, 제 1 깊이(d1)보다 깊은 제 2 깊이(d2)를 갖는 제 2 영역(362)을 포함하면 좋다.
상기 (2)의 구성에 의하면, 상술한 바와 같은 제 2 영역(362)을 마련하는 것에 의해, 리프(20)의 부상력이 저하하기 쉬운 시일 링(30)의 둘레방향의 분할 위치의 근방에 있어서, 리프(20)의 부상력을 확보하여, 리프(20)와 회전축(52)(회전축(50))의 접촉을 억제할 수 있다.
(3) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (2)의 구성에 있어서, 제 2 깊이(d2)는 상기 단부면(11e)에 가까워짐에 따라서 깊어져도 좋다.
리프(20)의 부상력은 시일 링(30)의 둘레방향의 분할 위치(단부면(11e))에 가까워질수록 저하하기 쉽다.
상기 (3)의 구성에 의하면, 제 2 깊이(d2)를 단부면(11e)에 가까워짐에 따라서 깊게 하는 것에 의해, 단부면(11e)에 가까워짐에 따라서 리프(20)의 부상력이 저하하는 것을 억제할 수 있어서. 리프(20)와 회전축(52)(회전축(50))의 접촉을 억제할 수 있다.
(4) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (2) 또는 (3)의 구성에 있어서, 제 2 깊이(d2)는 적어도 제 2 영역(362)의 일부에 있어서, 제 1 깊이(d1)보다 크고, 3배 이하여도 좋다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 시일 링(30)의 둘레방향의 분할 위치의 근방에 있어서의 리프(20)의 부상력을 효율적으로 확보할 수 있다.
(5) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 시일 장착 홈(31)의 축방향(D1)의 상기 한쪽측의 내벽(34a)과, 다른쪽측의 내벽(34b)은 동일한 부재로 형성되어 있어도 좋다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 한쪽측의 내벽(34a)과 다른쪽측의 내벽(34b)이 상이한 부재로 형성되어 있는 경우와 비교하여 부품 점수를 억제할 수 있어서, 조립 비용도 억제할 수 있다.
(6) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 시일 장착 홈(31)의 축방향(D1)의 한쪽측의 내벽(34a)과, 다른쪽측의 내벽(34b)은 상이한 부재로 형성되어 있어도 좋다.
상기 (6)의 구성에 의하면, 시일 장착 홈(31)의 한쪽측의 내벽(34a)과 다른쪽측의 내벽(34b)을 상이한 부재로 형성하는 것에 의해, 시일 장착 홈(31)에 있어서의 직경방향(D3)의 외측의 영역도 가공하기 쉬워진다. 이에 의해, 시일 장착 홈(31)의 정밀도를 확보하기 쉬워지므로, 축 시일 장치(10)에 있어서의 유체의 누출량을 저감할 수 있다.
(7) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (6)의 구성에 있어서, 시일 링(30)은 한쪽측의 내벽(34a)이 형성된 제 1 부재(저압측 시일 링(301))와, 다른쪽측의 내벽(34b)이 형성된 제 2 부재(고압측 시일 링(302))를 포함하며, 제 1 부재(저압측 시일 링(301))와 제 2 부재(고압측 시일 링(302))가 일체적으로 고정되도록 구성되어 있으면 좋다. 제 1 부재(저압측 시일 링(301))와 제 2 부재(고압측 시일 링(302))의 접촉 위치(분할 위치(303))는, 박판(리프(20))의 축방향(D1)의 중심 위치보다 축방향(D1)의 한쪽측 또는 다른쪽측 중 어느 한쪽으로 어긋나 있으면 좋다.
상기 (7)의 구성에 의하면, 축 시일 장치(10)의 조립시에 리프(20)의 위치결정을 하기 쉽다.
(8) 몇 가지의 실시형태에서는, 상기 (7)의 구성에 있어서, 상기 접촉 위치(분할 위치(303))는, 상기 중심 위치보다 축방향(D1)을 따라서 홈(36)보다 멀어지는 방향으로 어긋나 있어도 좋다.
상기 (8)의 구성에 의하면, 상기 접촉 위치(분할 위치(303))가 상기 중심 위치보다 다른쪽측으로 어긋나게 되므로, 측판(41)을 갖는 축 시일 장치(10)의 조립을 하기 쉬워진다.
(9) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 회전 기계(압축기(2), 터빈(4))는 회전축(50)(회전축(51), 회전축(52))과, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나의 구성의 축 시일 장치(10)를 구비한다.
상기 (9)의 구성에 의하면, 축 시일 장치(10)에 있어서의 작동 유체의 누설을 억제하면서, 회전 기계(압축기(2), 터빈(4))의 비용을 억제할 수 있다.
1: 가스 터빈 시스템 2: 압축기(회전 기계)
4: 터빈(회전 기계) 10: 축 시일 장치
11: 시일 세그먼트 11A: 제 1 세그먼트
11B: 제 2 세그먼트 11e: 단부면
20: 리프(박판) 30: 시일 링
31: 시일 장착 홈 34a, 34b: 내벽
41: 측판(고압측의 측판) 50, 51, 52: 회전축
301: 저압측 시일 링(제 1 부재) 302: 고압측 시일 링(제 2 부재)
303: 분할 위치

Claims (9)

  1. 회전축의 둘레방향으로 복수 배치되며, 상기 회전축의 축방향으로 폭을 갖는 복수의 박판과,
    상기 복수의 박판을 장착하기 위한 시일 장착 홈을 포함하는 시일 링을 구비하고,
    상기 시일 장착 홈의 상기 축방향의 한쪽측의 내벽은, 상기 회전축의 직경방향 내측의 영역에 있어서, 상기 둘레방향을 따라서 형성된 홈을 갖는
    축 시일 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시일 링은 상기 둘레방향으로 분할된 제 1 세그먼트 및 제 2 세그먼트를 적어도 포함하며,
    상기 제 1 세그먼트 및 상기 제 2 세그먼트에 있어서의 상기 홈은, 상기 축방향으로의 깊이가 제 1 깊이를 갖는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역보다 상기 제 1 세그먼트 및 상기 제 2 세그먼트에 있어서의 상기 둘레방향의 단부면에 가깝고, 상기 제 1 깊이보다 깊은 제 2 깊이를 갖는 제 2 영역을 포함하는
    축 시일 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 깊이는 상기 단부면에 가까워짐에 따라서 깊어지는
    축 시일 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 깊이는, 적어도 상기 제 2 영역의 일부에 있어서, 상기 제 1 깊이보다 크고 3배 이하인
    축 시일 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일 장착 홈의 상기 축방향의 상기 한쪽측의 내벽과, 다른쪽측의 내벽은 동일한 부재로 형성되어 있는
    축 시일 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일 장착 홈의 상기 축방향의 상기 한쪽측의 내벽과, 다른쪽측의 내벽은 상이한 부재로 형성되어 있는
    축 시일 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시일 링은 상기 한쪽측의 내벽이 형성된 제 1 부재와, 상기 다른쪽측의 내벽이 형성된 제 2 부재를 포함하며, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 일체적으로 고정되며,
    상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 접촉 위치는, 상기 박판의 상기 축방향의 중심 위치보다 상기 축방향의 한쪽측 또는 다른쪽측 중 어느 한쪽으로 어긋나 있는
    축 시일 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 접촉 위치는 상기 중심 위치보다 상기 축방향을 따라서 상기 홈보다도 멀어지는 방향으로 어긋나 있는
    축 시일 장치.
  9. 상기 회전축과,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 축 시일 장치를 구비하는
    회전 기계.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3616016B2 (ja) 2000-04-28 2005-02-02 三菱重工業株式会社 軸シール機構及びガスタービン
JP5422481B2 (ja) 2010-05-10 2014-02-19 三菱重工業株式会社 軸シール装置の製造方法及び軸シール装置の生産治具、並びに、軸シール装置を備える回転機械
JP6012505B2 (ja) 2013-02-22 2016-10-25 三菱重工業株式会社 軸シール装置及び回転機械
GB201311610D0 (en) * 2013-06-28 2013-08-14 Rolls Royce Plc A Leaf Seal
JP7211380B2 (ja) 2020-02-13 2023-01-24 株式会社三洋物産 遊技機

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005002995A (ja) 2003-05-21 2005-01-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸シール機構、軸シール機構の組み付け構造、及び大型流体機械

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