WO2013062040A1 - 軸シール装置及びこれを備える回転機械 - Google Patents

軸シール装置及びこれを備える回転機械 Download PDF

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WO2013062040A1
WO2013062040A1 PCT/JP2012/077584 JP2012077584W WO2013062040A1 WO 2013062040 A1 WO2013062040 A1 WO 2013062040A1 JP 2012077584 W JP2012077584 W JP 2012077584W WO 2013062040 A1 WO2013062040 A1 WO 2013062040A1
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pressure side
plate
seal
rotor
side plate
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PCT/JP2012/077584
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English (en)
French (fr)
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上原　秀和
篠原　種宏
橋本　幸弘
西本　慎
中野　隆
勝人 荒木
啓太 ▲高▼村
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三菱重工業株式会社
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Priority to IN2276CHN2014 priority patent/IN2014CN02276A/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/28—Arrangement of seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3292—Lamellar structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals
    • F05D2240/57—Leaf seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals
    • F05D2240/59—Lamellar seals

Definitions

  • the present invention relates to a shaft seal device that seals an annular space between a rotor and a stator and divides the annular space into a low-pressure side region and a high-pressure side region, and a rotary machine including the same.
  • a shaft seal device is provided around a rotor in a rotary machine such as a gas turbine or a steam turbine in order to reduce the leakage amount of the working fluid flowing from the high pressure side to the low pressure side.
  • a shaft sealing device described in Patent Document 1 below is known.
  • the shaft seal device includes a housing provided on the stator and a seal body made up of a large number of thin plate seal pieces.
  • a large number of thin plate seal pieces are laminated with their respective thickness directions in the circumferential direction of the rotor, with a minute gap therebetween.
  • Each thin plate seal piece is arranged so as to be inclined such that its radially inner end (front end) is located on the front side in the rotational direction of the rotor with respect to its radially outer end (rear end). And the tip is a free end.
  • one end in the axial direction on the fluid low pressure region side of the seal body is covered with the low pressure side seal plate, and the other axial end on the fluid high pressure region side of the seal body is covered with the high pressure side seal plate. ing.
  • the low-pressure side plate and the high-pressure side plate regulate the flow of the working fluid into the minute gaps of the thin seal pieces.
  • the low-pressure side plate and the high-pressure side plate are usually divided into a plurality of portions in the circumferential direction, and are arranged with a gap between them.
  • a swirling flow may be generated in the rotating direction.
  • the high pressure side plate is caused by the swirling flow on the fluid high pressure region side and the uneven flow in the vicinity of the divided portion of the high pressure side plate and the low pressure side plate. Pressure fluctuation may occur, and fluttering may occur on the high-pressure side plate. In this case, for example, there is a possibility that the high-pressure side plate has a problem at a location including the vicinity of the divided portion of the high-pressure side plate.
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and provides a shaft seal device capable of preventing fluttering and a rotary machine equipped with the shaft seal device.
  • the shaft seal device is provided in an annular space between the rotor and the stator surrounding the outer periphery of the rotor, and the annular space is connected to the low pressure side region and the high pressure side in the axial direction of the rotor.
  • a shaft seal device divided into side regions the seal body having a plurality of thin seal pieces extending from the stator toward the radially inner side of the rotor and stacked in the circumferential direction of the rotor, and the seal body A high-pressure side plate extending inward in the radial direction from the stator so as to be along the high-pressure side and divided into a plurality of portions in the circumferential direction, and a portion of the surface of the high-pressure side plate facing the high-pressure side region And a rigidity imparting means for imparting rigidity in the axial direction.
  • the rigidity imparting means is provided on the high-pressure side plate, the rigidity in the thickness direction of the high-pressure side plate can be enhanced. As a result, the strength against vibration is increased and fluttering can be prevented. Further, since the rigidity imparting means is only provided on a part of the high-pressure side plate, the rigidity of the high-pressure side plate is not excessively strengthened. Therefore, although the rigidity of the high-pressure side plate is enhanced, it remains flexible enough to cope with the shape change of the seal body, so that the high-pressure side plate contacts and follows the side surface of the seal body. be able to.
  • the rigidity imparting means extends from the stator toward the radially inner side so as to be laminated on a surface facing the high pressure side region of the high pressure side plate, and the extension The length is shorter than the high-pressure side plate.
  • the rigidity of the high-pressure side plate can be reliably reinforced by the support plate portion.
  • the support plate portion is not provided in the radially inner portion of the high-pressure side plate, the flexibility of the radially inner portion of the high-pressure side plate can be secured and the portion can be made to follow the seal body reliably. it can.
  • the support plate portion is composed of a plurality of plate pieces stacked in the axial direction, and the extension length is set shorter as the plurality of plate pieces are arranged in the high-pressure side region. It is preferable that
  • the rigidity can be strengthened stepwise from the radially inner side toward the radially outer side, and the followability to the sealing body can be secured stepwise from the radially outer side toward the radially inner side.
  • the rigidity imparting means may be a plurality of ribs provided on the surface facing the high pressure side region of the high pressure side plate at intervals in the circumferential direction.
  • the high-pressure side plate is reinforced by the ribs, and the rigidity can be reliably reinforced. Moreover, since the flexibility can be ensured at a place where the rib is not provided, the seal body can be surely followed.
  • the thin plate seal piece extends toward the front side in the rotational direction of the rotor as it goes inward in the radial direction, and the rib rotates as it goes inward in the radial direction. It is preferable to extend toward the front side in the direction.
  • the rigidity imparting means may be an elastic member that presses a part of the high-pressure side plate from the high-pressure side region side toward the low-pressure side region side.
  • the elastic member presses the high-pressure side plate toward the seal body, thereby providing rigidity to the high-pressure side plate and suppressing vibration of the high-pressure side plate when the rotor rotates. can do.
  • the shaft seal device according to the present invention is provided with a plurality of fluids extending in the radial direction and spaced apart in the circumferential direction on the high-pressure side region side of the rigidity imparting means, and flowing in the circumferential direction, respectively. You may provide the fin which suppresses.
  • the fin can reduce the swirling flow in the high-pressure side region and can suppress the non-uniform flow, so that fluttering of the high-pressure side plate can be reliably prevented.
  • the rotating machine according to the second aspect of the present invention is characterized by including the shaft seal device according to any one of the above.
  • the high-pressure side plate can follow the seal body, and the rigidity of the high-pressure side plate can be enhanced to prevent fluttering.
  • the followability of the high-pressure side plate to the sealing body can be ensured while the rigidity of the high-pressure side plate is enhanced by the rigidity imparting means. Fluttering can be prevented.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a gas turbine (rotary machine) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line S1-S1 in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the shaft seal device according to the first embodiment of the present invention taken along line S2-S2 in FIG. It is the schematic which looked at the axial-seal apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention from the axial direction one side to the other side. It is the schematic which looked at the high voltage
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the shaft seal device according to the second embodiment of the present invention taken along line S2-S2 in FIG. It is the schematic which looked at the high voltage
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the shaft seal device according to the third embodiment of the present invention taken along line S2-S2 in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the shaft seal device according to the fourth embodiment of the present invention taken along line S2-S2 in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a gas turbine (rotary machine) 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the gas turbine 1 includes a compressor (rotary machine) 2, a combustor 3, and a turbine (rotary machine) 4.
  • the compressor 2 takes in a large amount of air and compresses the air.
  • the combustor 3 mixes fuel with the compressed air compressed by the compressor 2 and burns it.
  • the turbine 4 converts the thermal energy of the combustion gas introduced from the combustor 3 into rotational energy.
  • the compressor 2 and the turbine 4 include rotors 2A and 4A that are connected so as to rotate together, and stators 2B and 4B that surround the outer peripheral sides of the rotors 2A and 4A.
  • the axis O direction of the rotors 2A and 4A is simply “axis O direction”
  • the circumferential direction of the rotors 2A and 4A is simply “circumferential direction”
  • the radial direction is simply referred to as “radial direction”.
  • the rotors 2A and 4A have rotating shafts 6c and 6 and a plurality of annular blade groups 7c and 7 fixed at intervals in the direction of the axis O.
  • Each of the annular blade groups 7c, 7 is configured to have a plurality of blades fixed on the outer circumference of the rotating shafts 6c, 6 at intervals in the circumferential direction.
  • the stators 2B and 4B include casings 2b and 4b, and a plurality of annular stator blade groups 5c and 5 fixed at intervals in the direction of the axis O in the casings 2b and 4b, respectively.
  • the annular stator blade groups 5c, 5 have a plurality of stator blades fixed to the inner surfaces of the casings 2b, 4b at intervals in the circumferential direction.
  • a hub shroud is formed at the tip of each stationary blade.
  • the hub shroud (stator) is connected in the circumferential direction to form an annular shape as a whole and surrounds the outer periphery of the rotary shafts 6c and 6.
  • the annular stator blade groups 5c and 5 are alternately arranged with the plurality of annular rotor blade groups 7c and 7 in the direction of the axis O, respectively.
  • Shaft seal devices 10c, 10 are provided on the hub shrouds 5c, 5. Moreover, in order to prevent the working fluid g from leaking from the high pressure side to the low pressure side in the bearing portions (stators) 2c and 4c in which the casings 2b and 4b support the rotary shafts 6c and 6 as well, shaft seal devices 10c and 10c are provided. Is provided.
  • the shaft seal device 10 of the turbine 4 will be described.
  • the shaft seal device 10 of the turbine 4 will be described.
  • the shaft seal device 10c of the compressor 2 is basically the same in configuration, and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line S1-S1 in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line S2-S2 in FIG.
  • the shaft seal device 10 of the turbine 4 is formed in an arc shape in a housing 9 which is an annular space supported by the hub shroud of the annular stationary blade group 5 and the inner peripheral surface of the bearing portion 4c.
  • a plurality (eight in this embodiment) of extending seal segments 11 are arranged in the circumferential direction.
  • the seal segment 11 is divided so as to go forward in the rotational direction as it goes from the radially outer side to the radially inner side.
  • the housing 9 extends along the outer periphery of the rotating shaft 6 in the entire circumferential direction (see FIG. 3), and an annular housing space 9a is formed.
  • the housing space 9a of the housing 9 has an opening side, that is, a radially inner portion, which is an inner space 9b formed with a small width dimension (dimension in the axis O direction).
  • a space spaced radially outward from the opening of the accommodation space 9a, that is, a space radially outside the inner space 9b is an outer space 9c having a larger width dimension.
  • the inner side space 9b and the outer side space 9c are in communication with each other. And the open part 9d of this inner side space 9b faces the rotating shaft 6 on the radially inner side.
  • the seal segment 11 includes a seal body 12 (see FIG. 4), holding rings 13 and 14, a high-pressure side plate 16 and a low-pressure side plate 17, and a rigidity imparting means 30.
  • the seal body 12 has a large number of thin plate seal pieces 20.
  • the holding rings 13 and 14 have a U-shaped cross section and hold a large number of thin plate seal pieces 20.
  • the high-pressure side plate 16 and the low-pressure side plate 17 are provided so as to sandwich the seal body 12 from the axis O direction.
  • FIG. 4 is a schematic view of the seal segment 11 as viewed from one side to the other side in the axis O direction.
  • the seal body 12 is formed by laminating a large number of thin plate-like seal pieces 20 (see FIG. 2), and ends of the many thin plate seal pieces 20 in the radial direction, that is, thin plate seal pieces.
  • the rear end 20a side of 20 is mutually connected.
  • the large number of thin plate sealing pieces 20 are arranged so as to go forward in the rotational direction from the radially outer side toward the radially inner side.
  • the thin plate seal piece 20 is a member mainly formed of a thin steel plate, and is formed in a T shape when viewed from the circumferential direction of the rotary shaft 6 as shown in FIG. Are arranged in the direction of the axis O. In other words, the thin plate seal piece 20 is arranged with its thickness direction directed toward the circumferential direction of the rotary shaft 6.
  • the thin plate seal piece 20 is located between the head 21, the body 23 having a width and thickness smaller than the head 21, and the head 21 and the body 23. And a neck portion 22 having a smaller width dimension.
  • the thin plate seal piece 20 is formed so as to be continuous in the order of the head portion 21, the neck portion 22, and the trunk portion 23 from the radially outer side of the rotating shaft 6 toward the radially inner side.
  • a large number of thin plate seal pieces 20 are connected to each other with their heads 21 welded together.
  • the body portions 23 of the large number of thin plate seal pieces 20 are elastically deformable, and the end portions on the radially inner side of the body portions 23, that is, the front end 20b of the thin plate seal pieces 20 are free ends. Yes.
  • the tip 20b side of each thin plate sealing piece 20 comes into contact with the rotary shaft 6 with a predetermined preload.
  • a large number of thin plate seal pieces 20 are arranged with a small gap s therebetween in the circumferential direction.
  • the large number of thin plate seal pieces 20 are formed by making the thickness dimension of the head portion 21 larger than the thickness dimensions of the neck portion 22 and the trunk portion 23, so that the two thin plate seal pieces 20 adjacent to each other in the respective thickness directions.
  • a minute gap s is formed between the body portions 23.
  • the sealing body 12 composed of such a large number of thin plate sealing pieces 20 has a high pressure side end portion (the other end portion) 12c in which a large number of side end portions 20c of the body portion 23 of each thin plate sealing piece 20 are gathered into a small mouth shape. Is directed to the fluid high pressure region (on the other side in the axial direction), and the side end portion 20d of the body portion 23 is gathered to form a small opening, and the low pressure side end portion 12d is directed to the fluid low pressure region (one side in the axial direction). ing.
  • the retaining rings 13 and 14 are members extending in the circumferential direction of the rotating shaft 6, and both have a U shape in a cross section including the axis O.
  • the portion of the thin plate seal piece 20 on the high pressure side of the head portion 21 is fitted into the groove portion of the holding ring 13, and the portion of the thin plate seal piece 20 on the low pressure side of the head portion 21 is fitted into the groove portion of the holding ring 14. Yes. Thereby, the heads 21 of the many thin plate seal pieces 20 are held by the holding rings 13 and 14.
  • the high-pressure side plate 16 has an arcuate band shape when viewed from the direction of the axis O of the rotating shaft 6 with the thickness direction directed toward the axis O.
  • the high-pressure side plate 16 is divided into a plurality (eight in the present embodiment) in the circumferential direction so as to go to the front side in the rotational direction from the radially outer side toward the radially inner side.
  • the divided high-pressure side plate pieces 16p are arranged with a gap between each of the adjacent high-pressure side plate pieces 16p.
  • the high-pressure side plate 16 has a base portion 16a at the end portion on the radially outer side and a seal plate portion 16b extending from the base portion 16a toward the radially inner side.
  • the base portion 16a of the high-pressure side plate 16 is held by the holding ring 13 so as not to fall off in the radial direction while entering the high-pressure side recess between the head portion 21 and the body portion 23 of the thin plate seal piece 20. Yes.
  • the base portion 16a has a thickness (axis O direction dimension) thicker than the seal plate portion 16b (axis O direction dimension), and protrudes in the axis O direction with respect to the seal plate portion 16b.
  • the seal plate portion 16b of the high-pressure side plate 16 has its radially outer end aligned with the radially outer end of the base portion 16a and is laminated on the surface of the base portion 16a facing the fluid high-pressure region. Extending radially inward. Further, the end of the seal plate portion 16b, that is, the tip of the seal plate portion 16b extends to the open portion 9d on the radially inner side of the accommodation space 9a. As a result, the tip 20 b of the thin plate seal piece 20 extending radially inward from the accommodating space 9 a extends radially inward from the tip of the high-pressure side plate 16.
  • the rigidity imparting means 30 is disposed so as to be laminated on the surface of the high-pressure side plate 16 facing the fluid high-pressure region, and imparts rigidity in the axis O direction to a part of the high-pressure side plate 16.
  • the rigidity imparting means 30 has a support plate part 30a in this embodiment.
  • the support plate portion 30a includes a first plate piece 16c stacked on the surface of the seal plate portion 16b facing the fluid high pressure region, and a second plate piece 16d stacked on the surface of the first plate piece 16c facing the fluid high pressure region. And have.
  • the first plate piece 16c has its radially outer end aligned with the radially outer end of the seal plate 16b.
  • the first plate piece 16c extends radially inward so as to be laminated on the surface of the seal plate portion 16b facing the fluid high pressure region. Further, the radial dimension (extension length) of the first plate piece 16c is shorter than the radial dimension (extension length) of the seal plate portion 16b. In other words, the end of the first plate piece 16c, that is, the tip of the first plate piece 16c extends radially outward from the tip of the seal plate portion 16b.
  • the second plate piece 16d has its radially outer end aligned with the radially outer end of the first plate piece 16c and is stacked on the surface of the first plate piece 16c facing the fluid high pressure region. Extending radially inward.
  • the radial dimension (extension length) of the second plate piece 16d is shorter than the radial dimension (extension length) of the first plate piece 16c.
  • the end of the second plate piece 16d that is, the tip of the second plate piece 16d extends radially outward from the tip of the first plate piece 16c.
  • the radial dimension (extension length) of each of the seal plate portion 16b, the first plate piece 16c, and the second plate piece 16d is formed to be shorter in this order.
  • the support plate portion 30 a has a shorter radial length than the high-pressure side plate 16.
  • the radial dimension (extension length) of the first plate piece 16c is about 2/3 of the radial dimension (extension length) of the seal plate portion 16b.
  • the base portion 16a, the seal plate portion 16b, the first plate piece 16c, and the second plate piece 16d are fixed, for example, by spot welding or the like on the radially outer side. On the other hand, it is a free end on the radially inner side.
  • the said dimension is an example and is not limited to the said number.
  • the low-pressure side plate 17 has the thickness direction in the direction of the axis O, and the shape seen from the direction of the axis O of the rotary shaft 6 has a circular arc shape. Further, the low-pressure side plate 17 has a base portion 17a at the radially outer end portion and a seal plate portion 17b extending from the base portion 17a toward the radially inner side.
  • the base portion 17 a of the low-pressure side plate 17 is pressed from the low-pressure side by the holding ring 14 in a state of entering the low-pressure side recess between the head portion 21 and the body portion 23 of the thin plate seal piece 20.
  • the base portion 17a has a thickness (dimension in the direction of the axis O) that is greater than the thickness of the seal plate portion 17b, and protrudes in the direction of the axis O with respect to the seal plate portion 17b.
  • the seal plate portion 17b of the low-pressure side plate 17 has its radially outer end aligned with the radially outer end of the base portion 17a. Further, the seal plate portion 17b extends inward in the radial direction so as to be laminated on the surface of the base portion 16a facing the fluid high pressure region. Further, the end of the seal plate portion 17b, that is, the tip of the seal plate portion 17b extends radially inward from the open portion 9d in the radial direction of the accommodation space 9a. Further, the radial dimension of the seal plate portion 17b is shorter than the radial dimension of the seal plate portion 16b. Further, the base portion 17a and the seal plate portion 17b are fixed, for example, by spot welding on the radially outer side.
  • the seal segment 11 is accommodated in the accommodation space 9 a of the housing 9 with play. More specifically, the holding rings 13 and 14 holding the head 21 of the thin plate sealing piece 20 are accommodated in the outer space 9c of the accommodating space 9a, and the high pressure side plate 16 and the low pressure side plate 17 and the thin plate
  • the body 23 of the seal piece 20 is accommodated in the inner space 9b of the accommodation space 9a. And the front-end
  • the retaining rings 13 and 14 interfere with the inner wall surface of the outer space 9 c of the housing 9 to restrict radial displacement, and the high-pressure side plate 16 and the low-pressure side plate 17 are connected to the housing 9.
  • the displacement in the direction of the axis O is limited to a predetermined range by interfering with the inner wall surface of the inner space 9b.
  • the seal segment 11 is urged radially inward by an elastic body (not shown) disposed in the outer space 9c.
  • the seal segment 11 described above is displaced to the fluid low pressure region side by the pressure of the combustion gas g. Accordingly, as shown in FIG. 3, the plate surface 17d of the low-pressure side plate 17 is pressed against the inner wall surface 9e of the housing 9 (inner side space 9b) facing in the direction of the axis O.
  • the combustion gas g presses the seal body 12 and the low pressure side plate 17 as a whole, so that the low pressure side plate 17 The plate surface 17d facing the low pressure side is in close contact with the inner wall surface 9e. In the fluid high pressure region, the combustion gas g presses the high pressure side plate 16 toward the seal body 12 as a whole.
  • the support plate portion 30a is provided on the surface of the seal plate portion 16b facing the fluid high pressure region, the rigidity of the high-pressure side plate 16 can be reliably increased. As a result, when the gas turbine 1 rotates, even if vibration occurs in the high-pressure side plate 16, the strength is strengthened to the extent that it can resist the vibration. Further, since the high-pressure side plate 16 has high rigidity, fluttering can be prevented, and the shaft seal device 10 is not likely to be destroyed. Further, since the radial dimension of the support plate portion 30a is shorter than the radial dimension of the seal plate portion 16b, the rigidity of the high-pressure side plate 16 is not excessively strengthened, and the diameter of the support plate portion 30a is not increased.
  • the inner side in the direction is a free end. Therefore, when the gas turbine 1 rotates, even if the shape of the tip 20b, which is the free end of the thin plate sealing piece 20, changes, the flexibility that can cope with the thin plate sealing piece 20 remains.
  • the high-pressure side plate 16 can be made to follow the thin plate sealing piece 20 with certainty.
  • the radial dimension of the second plate piece 16d of the support plate portion 30a is shorter than the radial dimension of the first plate piece 16c, the high pressure side from the radially inner side toward the radially outer side.
  • the rigidity of the side plate 16 can be reinforced stepwise.
  • the followability to the thin plate seal piece 20 can be ensured stepwise from the radially outer side toward the radially inner side. Thereby, reinforcement
  • the rigidity imparting means 30 includes the support plate portion 30a, whereas in the shaft seal apparatus 10h according to the present embodiment, the rigidity imparting means 30 includes the rib 30b. Have.
  • a plurality of ribs 30b are provided on the surface of the seal plate portion 16b facing the fluid high pressure region with a gap in the circumferential direction.
  • the plurality of ribs 30b are arranged so as to go forward in the rotational direction from the radially outer side to the radially inner side of the seal plate portion 16b. Further, the rib 30b has its radially outer end aligned with the radially outer end of the seal plate portion 16b, and its radially inner end aligned with the radially inner end of the seal plate 16b. Yes.
  • a method of providing the rib 30b on the seal plate portion 16b a method is used in which the surface facing the fluid high-pressure region of the seal plate portion 16b is subjected to surface processing to provide unevenness by etching.
  • the seal plate portion 16b and the rib 30b may be separate members, and the rib 30b may be fixed to the surface of the seal plate portion 16b facing the fluid high pressure region by thermocompression bonding or welding.
  • a plurality of ribs 30b are provided with a gap in the circumferential direction from the radially outer side to the radially inner side of the surface of the seal plate portion 16b facing the fluid high pressure region. Therefore, the rigidity of the high-pressure side plate 16 can be enhanced over the entire area. In addition, since flexibility can be ensured at a location where the rib 30b is not provided, the high-pressure side plate 16 can follow the thin plate seal piece 20 over the entire area.
  • the rib 30b protruding to the fluid high pressure side region side is provided in the direction of the axis O perpendicular to the swirling flow generated in the circumferential direction. Therefore, it is possible to reduce the constituent components of the swirling flow generated when the gas turbine 1 rotates and to suppress the non-uniform flow. Therefore, fluttering of the high-pressure side plate 16 can be reliably prevented.
  • the shape protrudes from the outer side in the radial direction toward the inner side in the radial direction.
  • the rib 30b is disposed so as to go forward in the rotational direction from the radially outer side of the seal plate portion 16b toward the radially inner side. Therefore, since the rib 30b can be provided over the entire region of the high-pressure side plate 16, the rigidity of the high-pressure side plate can be enhanced over the entire region.
  • FIGS. 10 to 12 a rotary machine according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
  • members that are the same as those used in the above-described embodiment are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the rigidity imparting means 30 has the support plate portion 30a, whereas in the shaft sealing apparatus 10j according to the present embodiment, the rigidity imparting means 30 is the elastic member 30c. have. Further, the inner wall formed on the fluid high pressure region side of the housing 9 is provided with a recess 9j.
  • the elastic member 30c is a plate-like member that is alternately bent toward one side in the axis O direction and the other side in the axis O direction, and the pressing member 161 between the seal plate portion 16b and the seal plate portion 16b. Is interposed.
  • the elastic member 30c presses a part of the seal plate portion 16b from the fluid high pressure region side toward the fluid low pressure region side.
  • the elastic member 30c has one bent side supported by the inner wall on the fluid high pressure region side of the recess 9j of the housing 9, and the other bent side supported by the pressing member 16l.
  • the elastic member 30c is, for example, a spring, and urges the pressing member 16l from the fluid high pressure region side toward the fluid low pressure region side.
  • the pressing member 16l is an arc-shaped member and is provided on the high-pressure side region side of the seal plate portion 16b. Further, the pressing member 161 is urged by the elastic member 30c, thereby transmitting the urging force of the elastic member 30c to the seal plate portion 16b and pressing the seal plate portion 16b against the thin plate seal piece 20. .
  • the recessed portion 9j of the housing 9 is provided on the inner wall surface 9k of the fluid high-pressure side region facing the inner space 9b of the housing 9 and has a recessed shape formed in the direction of the axis O, and an elastic member 30c is disposed therein. Has been established.
  • the elastic member 30c presses the seal plate portion 16b from the fluid high pressure region side to the fluid low pressure region side with the pressing member 16l interposed. Therefore, even if the thin plate seal piece 20 changes in shape, the high pressure side plate 16 can be made to follow the thin plate seal piece 20 with certainty and vibration of the high pressure side plate 16 can be suppressed. Therefore, fluttering can be reliably prevented. Further, since the urging force of the pressing member 16l can be transmitted over the entire area of the high-pressure side plate 16 by interposing the pressing member 16l, the high-pressure side plate 16 can follow the entire area of the thin plate seal piece 20.
  • the elastic member and the pressing member may be provided integrally. That is, as shown in FIGS. 13 and 14, the rigidity imparting means 30 is constituted by an elastic member 30 d that presses the seal plate portion 16 b from the fluid high pressure region side toward the fluid low pressure region side.
  • the elastic member 30d includes an elastic main body 16s that can be elastically deformed, and a pressing member 16o that is integrated with the elastic main body 16s.
  • the elastic main body 16s is a substantially rectangular member when viewed from the direction of the axis O, one side is fixed to the pressing member 16o, and the opposite side is supported by the inner wall on the high-pressure region side of the recess 9j.
  • the elastic body 16s is pressurized from the inner wall of the concave portion 9j to transmit the force, and biases the pressing member 16o from the fluid high pressure region side toward the fluid low pressure region side.
  • the pressing member 16o is an arc-shaped member provided on the high-pressure side region side of the seal plate portion 16b. Further, the pressing member 16o is urged by the elastic body 16s, thereby transmitting the urging force of the elastic body 16s to the seal plate portion 16b and pressing the seal plate portion 16b against the thin plate seal piece 20. Yes.
  • the elastic body 16s and the pressing member 16o are formed by integral molding, for example, by press work.
  • the elastic main body 16 s is configured integrally with the pressing member 16 o, so that the urging force can be reliably applied to the high-pressure side plate 16, and the followability can be reliably ensured. Can be secured.
  • the elastic member 30d can be easily attached to the seal plate portion 16b, and there is no possibility that the elastic main body 16s is detached from the pressing member 16o due to vibration caused by a rotating machine.
  • FIGS. 15 to 17 a rotary machine according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 17.
  • members that are the same as those used in the above-described embodiment are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the shaft seal device 10v includes an inner wall surface 9k on the fluid high pressure region side of the housing 9 and a plurality of fins 16w provided on the surface facing the high pressure side plate 16. Yes.
  • the plurality of fins 16w are provided to protrude from the inner wall surface 9k on the fluid high pressure region side of the housing 9 to the fluid low pressure region side, extend in the radial direction, and are provided at intervals in the circumferential direction.
  • the swirl flow that is a fluid flowing in the circumferential direction on the fluid high pressure region side can be reduced, and the non-uniform flow can be suppressed. 16 fluttering can be more reliably prevented.
  • the rigidity imparting means 30 may be provided only in the vicinity of the end portion of the high-pressure side plate piece 16p, that is, in the vicinity of the divided portion in the circumferential direction of the high-pressure side plate 16. In this case, fluttering of the high-pressure side plate 16 can be reliably prevented even when a non-uniform flow is generated by the swirl flow and the flow in the vicinity of the divided portion.
  • the support plate part 30a in 1st embodiment is comprised by 2 components, the 1st plate piece 16c and the 2nd plate piece 16d, the 1st plate piece 16c and the 2nd plate piece 16d are united into 1 component. May be.
  • a configuration in which the second plate piece 16d is not provided, or a configuration in which the seal plate portion 16b and the support plate portion 30a are integrated into one component may be employed. Thereby, the number of parts of the shaft seal device 10 can be suppressed, and parts management is reduced.
  • the support plate portion 30a may be composed of not only two components, the first plate piece 16c and the second plate piece 16d, but also more plate pieces. Thereby, it is possible to respond more flexibly to a position where the rigidity of the high-pressure side plate 16 is enhanced and a position where the followability is improved.
  • the fins 16w are provided in addition to the configuration of the first embodiment, but the fins 16w may be provided in addition to the configuration of the second embodiment or the third embodiment.
  • the fins 16w may be provided so as to be directed rearward in the rotational direction from the radially outer side toward the radially inner side.
  • the fins 16w are provided in a direction intersecting the swirling flow, so that the flow velocity of the swirling flow can be more reliably suppressed.

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Abstract

　軸シール装置は、ロータとロータの外周側を囲うステータとの間の環状空間に設けられ、環状空間をロータの軸線方向において低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置であって、ステータからロータの径方向内側に向かって延出する薄板シール片をロータの周方向に複数積層させてなるシール体と、シール体の高圧側に沿うようにステータから径方向内側に向かって延出するとともに周方向に複数分割された高圧側側板とを備え、高圧側側板における高圧側領域を向く面の一部に軸線方向の剛性を付与する剛性付与手段を備える。

Description

軸シール装置及びこれを備える回転機械
　本発明は、ロータとステータとの間の環状空間を封止して、この環状空間を低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置及びこれを備える回転機械に関する。
　本願は、２０１１年１０月２６日に出願された特願２０１１－２３４８２５号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ガスタービン、蒸気タービン等の回転機械におけるロータの周囲には、高圧側から低圧側に流れる作動流体の漏れ量を少なくするために、軸シール装置が設けられている。この軸シール装置の一例として、例えば、以下の特許文献１に記載された軸シール装置が知られている。
　この軸シール装置は、ステータに設けられたハウジングと、多数の薄板シール片からなるシール体とを備えている。
　シール体は、多数の薄板シール片がそれぞれの厚さ方向をロータの周方向に向け、互いに微小間隙をあけて積層されている。各薄板シール片は、その径方向内側の端部（先端）がその径方向外側の端部（後端）よりもロータの回転方向前方側に位置するよう傾斜して配置され、後端が相互に連結されるとともに、先端が自由端とされている。
　このように概略構成される軸シール装置においては、ロータが静止している際には各薄板シール片の先端がロータと接触している。そして、ロータが回転すると該ロータの回転によって生じる動圧効果により、薄板シール片の先端がロータの外周から浮上してロータと非接触状態となる。このため、この軸シール装置では、各薄板シール片の磨耗が抑制され、シール寿命が長くなる。
　また、上記機構においては、シール体の流体低圧領域側の軸方向一端部を低圧側サイドシール板で覆うと共に、シール体の流体高圧領域側の軸方向他端部を高圧側サイドシール板で覆っている。そして、これら低圧側側板と高圧側側板とにより、薄板シール片の微小隙間への作動流体の流れを規制している。
　ここで、低圧側側板及び高圧側側板は、通常、周方向に複数に分割されるとともに、互いに分割隙間を有して配設されている。
特許第３６１６０１６号公報
　ところで、回転機械においては回転方向に旋回流が発生することがある。このような旋回流の速度の速い箇所に、上述した軸シール装置を適用すると、流体高圧領域側の旋回流及び高圧側側板・低圧側側板の分割部分近傍における不均一な流れにより、高圧側側板に圧力変動が生じ、高圧側側板にフラッタリングが生じる場合がある。この場合、例えば高圧側側板の分割部近傍を含む箇所で、高圧側側板が不具合を生じる可能性がある。
　本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、フラッタリングを防止することができる軸シール装置及びこれを備える回転機械を提供するものである。
　　すなわち、本発明の第一態様に係る軸シール装置は、ロータと該ロータの外周側を囲うステータとの間の環状空間に設けられ、該環状空間を前記ロータの軸線方向において低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置であって、前記ステータから前記ロータの径方向内側に向かって延出するとともに前記ロータの周方向に複数積層された薄板シール片を有するシール体と、該シール体の高圧側に沿うように前記ステータから前記径方向内側に向かって延出するとともに前記周方向に複数分割された高圧側側板と、該高圧側側板における前記高圧側領域を向く面の一部に前記軸線方向の剛性を付与する剛性付与手段とを備えることを特徴とする。
　このような軸シール装置では、高圧側側板に剛性付与手段が設けられているため、該高圧側側板の厚み方向の剛性を強化することができる。これによって、振動に対する強度が増加し、フラッタリングを防止することができる。
　また、剛性付与手段は、高圧側側板の一部に設けられているだけであるため、高圧側側板の剛性が過度に強化されることはない。よって、高圧側側板は剛性が強化されたとは言えども、シール体の形状変化に対応することができる程度の柔軟性を残しているため、該高圧側側板をシール体の側面に接触、追従させることができる。
　また、上記軸シール装置は、前記剛性付与手段は、前記高圧側側板における前記高圧側領域を向く面に積層されるように前記ステータから前記径方向内側に向かって延出するとともに、該延出長が前記高圧側側板よりも短いことを特徴とする。
　この構成によれば、支持板部により、高圧側側板の剛性を確実に強化することができる。
　また、高圧側側板の径方向内側部分には支持板部が設けられていないため、該高圧側側板の径方向内側部分の柔軟性を確保し、当該部分をシール体に確実に追従させることができる。
　さらに、上記軸シール装置は、前記支持板部は、前記軸線方向に積層された複数の板片からなり、該複数の板片は前記高圧側領域に配置されるほど前記延出長が短く設定されていることが好ましい。
　これにより、径方向内側から径方向外側に向かって段階的に剛性を強化できるとともに、径方向外側から径方向内側に向かって段階的にシール体への追従性を確保することができる。
　また、上記軸シール装置は、前記剛性付与手段は、前記高圧側側板における前記高圧側領域を向く面に、周方向に間隔をあけて複数設けられたリブであってもよい。
　この構成によれば、高圧側側板はリブにより補強され、その剛性を確実に強化することができる。
　また、リブが設けられていない箇所では柔軟性を確保できるため、シール体に確実に追従させることができる。
　さらに、上記軸シール装置は、前記薄板シール片は、前記径方向内側に向かうにしたがって前記ロータの回転方向前方側に向かって延在し、前記リブは、前記径方向内側に向かうにしたがって前記回転方向前方側に向かって延出することが好ましい。
　これにより、高圧側側板の全域にわたってリブを設けることができるため、該高圧側側板の剛性を全域にわたって強化することができる。
　また、上記軸シール装置は、前記剛性付与手段は、前記高圧側側板の一部を前記高圧側領域側から低圧側領域側に向かって押圧する弾性部材であってもよい。
　この構成によれば、弾性部材が高圧側側板をシール体の方に向かって押圧することにより、高圧側側板に剛性を付与することができ、ロータが回転した場合における高圧側側板の振動を抑制することができる。
　さらに、本発明に係る軸シール装置は、前記剛性付与手段の前記高圧側領域側に、前記径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて複数が設けられて、それぞれ前記周方向に流通する流体を抑制するフィンを備えていてもよい。
　この構成によれば、フィンにより、高圧側領域における旋回流を低減することができるとともに、不均一な流れを抑制できるため、高圧側側板のフラッタリングを確実に防止することができる。
　また、本発明の第二の態様に係る回転機械は、上記のうちのいずれか一に記載の軸シール装置を備えることを特徴とする。
　この構成によれば、上記のうちのいずれか一に記載の軸シール装置を備えるため、高圧側側板をシール体に追従させるとともに、該高圧側側板の剛性を強化し、フラッタリングを防止可能な回転機械にすることができる。
　本発明に係る軸シール装置及びこれを備える回転機械によれば、剛性付与手段によって高圧側側板の剛性を強化しつつも該高圧側側板のシール体への追従性を確保することができるため、フラッタリングを防止することが可能となる。
本発明の実施形態に係るガスタービン（回転機械）の概略全体構成図である。 図１におけるＳ１－Ｓ１線断面図である。 本発明の第一実施形態に係る軸シール装置を、図２におけるＳ２－Ｓ２線断面図である。 本発明の第一実施形態に係る軸シール装置を軸方向一方側から他方側に見た概略図である。 本発明の第一実施形態に係る軸シール装置の高圧側側板を軸方向一方側から他方側に見た概略図である。 本発明の第一実施形態に係る軸シール装置の径方向内側から径方向外側に見た概略図である。 本発明の第二実施形態に係る軸シール装置を、図２におけるＳ２－Ｓ２線断面図である。 本発明の第二実施形態に係る軸シール装置の高圧側側板を軸方向一方側から他方側に見た概略図である。 本発明の第二実施形態に係る軸シール装置の径方向内側から径方向外側に見た概略図である。 本発明の第三実施形態に係る軸シール装置を、図２におけるＳ２－Ｓ２線断面図である。 本発明の第三実施形態に係る軸シール装置の高圧側側板を軸方向一方側から他方側に見た概略図である。 本発明の第三実施形態に係る軸シール装置の径方向内側から径方向外側に見た概略図である。 本発明の第三実施形態の変形例に係る軸シール装置の高圧側側板を軸方向一方側から他方側に見た概略図である。 本発明の第四実施形態に係る軸シール装置の径方向内側から径方向外側に見た概略図である。 本発明の第四実施形態に係る軸シール装置を、図２におけるＳ２－Ｓ２線断面図である。 本発明の第四実施形態に係る軸シール装置の高圧側側板を軸方向一方側から他方側に見た概略図である。 本発明の第四実施形態に係る軸シール装置の径方向内側から径方向外側に見た概略図である。
（第一実施形態）
　以下、図面を参照し、本発明の第一実施形態に係る回転機械について説明する。
　図１は本発明の実施形態に係るガスタービン（回転機械）１の概略全体構成図である。
　ガスタービン１は、図１に示すように、圧縮機（回転機械）２と、燃焼器３と、タービン（回転機械）４とを備えている。
　圧縮機２は、多量の空気を内部に取り入れて該空気を圧縮する。燃焼器３は、圧縮機２にて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から導入された燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換する。
　圧縮機２及びタービン４は、それぞれ一体に回転するように連結されたロータ２Ａ，４Ａと、ロータ２Ａ，４Ａの外周側を囲うステータ２Ｂ，４Ｂとを備えている。なお、以下の説明においては、特に言及しない限り、ロータ２Ａ，４Ａの軸線Ｏ方向を単に「軸線Ｏ方向」と、ロータ２Ａ，４Ａの周方向を単に「周方向」と、ロータ２Ａ，４Ａの径方向を単に「径方向」という。
　ロータ２Ａ，４Ａは、回転軸６ｃ，６と、軸線Ｏ方向に間隔を空けて固定されている複数の環状動翼群７ｃ，７と、を有している。各環状動翼群７ｃ，７は、回転軸６ｃ，６の外周に、周方向に互いの間隔を空けて固定されている複数の動翼を有して構成されている。
　ステータ２Ｂ，４Ｂは、それぞれケーシング２ｂ，４ｂと、ケーシング２ｂ，４ｂ内において軸線Ｏ方向に間隔をあけて固定された複数の環状静翼群５ｃ，５とを備えている。
　環状静翼群５ｃ，５は、各ケーシング２ｂ，４ｂ内面に、周方向に互いの間隔をあけて固定されている複数の静翼を有している。各静翼の先端には、ハブシュラウドが形成されている。ハブシュラウド（ステータ）は、周方向に連結されて全体として円環状になって回転軸６ｃ，６の外周を囲んでいる。
　この環状静翼群５ｃ，５は、それぞれ、複数の環状動翼群７ｃ，７と、軸線Ｏ方向に交互に配置されている。
　圧縮機２及びタービン４には、高圧側から低圧側に作動流体（圧縮空気又は燃焼ガス）ｇが軸線Ｏ方向に漏出するのを防止するため、図１に示すように、各環状静翼群５ｃ，５のハブシュラウドに軸シール装置１０ｃ，１０が設けられている。また、ケーシング２ｂ，４ｂが回転軸６ｃ，６を支持する軸受け部（ステータ）２ｃ，４ｃにおいても、作動流体ｇが高圧側から低圧側に漏出するのを防止するため、軸シール装置１０ｃ，１０が設けられている。
　以下、タービン４の軸シール装置１０の実施形態について説明する。なお、以下では、タービン４の軸シール装置１０について説明するが、圧縮機２の軸シール装置１０ｃも、基本的に同様の構成なので、この説明を省略する。
　図２は図１におけるＳ１－Ｓ１線断面図であり、図３は図２におけるＳ２－Ｓ２線断面図である。
　図２に示すように、タービン４の軸シール装置１０は、環状静翼群５のハブシュラウドと軸受け部４ｃの内周面とにそれぞれ支持された環状空間であるハウジング９内に、円弧状に延びるシールセグメント１１が、周方向に複数（本実施形態では８つ）配置されている。シールセグメント１１は、径方向外側から径方向内側に向かうにしたがって、回転方向前方側に向かうように分割されている。
　ハウジング９は、回転軸６の外周に沿って周方向全周に延びており（図３参照）、円環状の収容空間９ａが形成されている。図３に示すように、ハウジング９の収容空間９ａは、その開口側、すなわち径方向内側の部分が、幅寸法（軸線Ｏ方向の寸法）が小さく形成された内方側空間９ｂとされている。また、収容空間９ａの開口から径方向外側に離間した空間、すなわち内方側空間９ｂよりも径方向外側の空間が、幅寸法が大きく形成された外方側空間９ｃとされている。これら内方側空間９ｂと外方側空間９ｃとは互いに連通状態とされている。そして、この内方側空間９ｂの開放部９ｄが径方向内側の回転軸６に向いている。
　シールセグメント１１は、図３に示すように、シール体１２（図４参照）と、保持リング１３，１４と、高圧側側板１６及び低圧側側板１７と、剛性付与手段３０とを備えている。
　シール体１２は、多数の薄板シール片２０を有している。保持リング１３，１４は、断面Ｕ字状をなして多数の薄板シール片２０を保持している。高圧側側板１６及び低圧側側板１７は、シール体１２を軸線Ｏ方向から挟むように設けられている。
　図４は、シールセグメント１１を軸線Ｏ方向一方側から他方側に見た概略図である。
　シール体１２は、図４に示すように、薄板状の薄板シール片２０が多数積層されてなり（図２参照）、これら多数の薄板シール片２０の径方向外側の端部、すなわち薄板シール片２０の後端２０ａ側が互いに連結されている。図２に示すように、多数の薄板シール片２０は、径方向外側から径方向内側に向かうにしたがって、回転方向前方に向かうようにして配設されている。
　また、薄板シール片２０は、主に薄い鋼板によって形成された部材であり、図３に示すように、回転軸６の周方向から見てＴ字状に形成され、その幅方向を回転軸６の軸線Ｏ方向に向けて配置されている。換言すれば、薄板シール片２０は、その厚さ方向を回転軸６の周方向に向けて配置されている。
　薄板シール片２０は、頭部２１と、該頭部２１よりも幅寸法及び厚さ寸法が小さく形成されている胴部２３と、頭部２１と胴部２３との間に位置して、これらよりも幅寸法が小さく形成されている首部２２とを有している。該薄板シール片２０は、回転軸６の径方向外側から径方向内側に向かって、頭部２１、首部２２、胴部２３の順に連続するように形成されている。
　多数の薄板シール片２０は、それぞれの頭部２１が互いに溶接されて、相互に連結されている。また、多数の薄板シール片２０の胴部２３は、弾性変形可能とされており、それぞれの胴部２３の径方向内側の端部、つまり当該薄板シール片２０の先端２０ｂが自由端とされている。そして、回転軸６の停止時においては、各薄板シール片２０の先端２０ｂ側が回転軸６に所定の予圧で接触するようになっている。
　多数の薄板シール片２０は、図４に示すように、互いに周方向に微小間隙ｓを空けて配列されている。多数の薄板シール片２０は、頭部２１の厚さ寸法を首部２２及び胴部２３の厚さ寸法よりも大きくすることにより、それぞれの厚さ方向で相互に隣接する二つの薄板シール片２０の胴部２３間に微小間隙ｓを形成する。
　このような多数の薄板シール片２０からなるシール体１２は、各薄板シール片２０の胴部２３の側端部２０ｃが多数集合して小口状となった高圧側端部（他端部）１２ｃが流体高圧領域（軸方向他方側）に向けられ、胴部２３の側端部２０ｄが多数集合して小口状となった低圧側端部１２ｄが流体低圧領域（軸方向一方側）に向けられている。
　保持リング１３，１４は、回転軸６の周方向に延びる部材であって、いずれも軸線Ｏを含む断面においてＵ字状をなしている。薄板シール片２０の頭部２１の高圧側の部分は、保持リング１３の溝部内に嵌入され、薄板シール片２０の頭部２１の低圧側の部分は、保持リング１４の溝部内に嵌入されている。これにより、多数の薄板シール片２０の頭部２１は、保持リング１３，１４により保持されている。
　高圧側側板１６は、図２に示すように、厚さ方向を軸線Ｏ方向に向けて、回転軸６の軸線Ｏ方向から見た形状が円弧帯状をなしている。また、該高圧側側板１６は、周方向に複数（本実施形態では、８つ）に、径方向外側から径方向内側に向かうにしたがって、回転方向前方側に向かうように分割されている。また、分割された高圧側側板片１６ｐは、それぞれ隣接する高圧側側板片１６ｐとの間に間隙を有して配設されている。
　また、図３に示すように、高圧側側板１６は、径方向外側の端部のベース部１６ａと、該ベース部１６ａから径方向内側に向かって延びるシール板部１６ｂとを有している。
　高圧側側板１６のベース部１６ａは、薄板シール片２０の頭部２１と胴部２３との間の高圧側の凹みに入り込んだ状態で、保持リング１３によって径方向へ脱落しないように保持されている。また、ベース部１６ａは、その厚さ（軸線Ｏ方向寸法）がシール板部１６ｂの厚さ（軸線Ｏ方向寸法）よりも厚く、シール板部１６ｂを基準にして軸線Ｏ方向に突出している。
　高圧側側板１６のシール板部１６ｂは、その径方向外側の端部をベース部１６ａの径方向外側の端部と揃えるとともに、該ベース部１６ａの流体高圧領域を向く面に積層されるようにして、径方向内側に向って延在している。また、シール板部１６ｂの端部、すなわちシール板部１６ｂの先端は、収容空間９ａの径方向内側の開放部９ｄまで延在している。これによって、収容空間９ａから径方向内側に向かって延出する薄板シール片２０の先端２０ｂは、高圧側側板１６の先端よりも径方向内側に延出している。
　剛性付与手段３０は、高圧側側板１６における流体高圧領域を向く面に積層されてように配置されており、高圧側側板１６の一部に軸線Ｏ方向の剛性を付与する。剛性付与手段３０は、本実施形態では支持板部３０ａを有している。支持板部３０ａは、シール板部１６ｂの流体高圧領域を向く面に積層された第一板片１６ｃと、該第一板片１６ｃの流体高圧領域を向く面に積層された第二板片１６ｄとを有している。
　図３、図５及び図６に示すように、第一板片１６ｃは、その径方向外側の端部をシール板部１６ｂの径方向外側の端部と揃えている。第一板片１６ｃは、該シール板部１６ｂの流体高圧領域を向く面に積層されるようにして、径方向内側に向って延在している。また、第一板片１６ｃの径方向寸法（延出長）は、シール板部１６ｂの径方向寸法（延出長）よりも短くなっている。換言すると、第一板片１６ｃの端部、すなわち第一板片１６ｃの先端は、シール板部１６ｂの先端よりも径方向外側に延出している。
　第二板片１６ｄは、その径方向外側の端部を第一板片１６ｃの径方向外側の端部と揃えるとともに、該第一板片１６ｃの流体高圧領域を向く面に積層されるようにして、径方向内側に向って延在している。また、第二板片１６ｄの径方向寸法（延出長）は、第一板片１６ｃの径方向寸法（延出長）よりも短くなっている。換言すると、第二板片１６ｄの端部、すなわち第二板片１６ｄの先端は、第一板片１６ｃの先端よりも径方向外側に延出している。
　このように、シール板部１６ｂ、第一板片１６ｃ、第二板片１６ｄのそれぞれの径方向寸法（延出長）は、この順に短くなるように形成されている。換言すると、支持板部３０ａは、高圧側側板１６よりも径方向長さを短くしている。
　また、第一板片１６ｃの径方向寸法（延出長）は、シール板部１６ｂの径方向寸法（延出長）の約２／３で形成されている。
　また、ベース部１６ａ、シール板部１６ｂ、第一板片１６ｃ及び第二板片１６ｄは、径方向外側において例えばスポット溶接等により固定されている。一方、径方向内側においては自由端とされている。
　なお、上記寸法は一例であり、当該数字に限定されるものではない。
　一方、低圧側側板１７は、厚さ方向を軸線Ｏ方向に向け、回転軸６の軸線Ｏ方向から見た形状が円弧帯状をなしている。また、低圧側側板１７は、径方向外側の端部のベース部１７ａと、該ベース部１７ａから径方向内側に向かって延びるシール板部１７ｂとを有している。
　低圧側側板１７のベース部１７ａは、薄板シール片２０の頭部２１と胴部２３との間の低圧側の凹みに入り込んだ状態で、保持リング１４によって低圧側から押圧されている。
　また、ベース部１７ａは、その厚さ（軸線Ｏ方向寸法）がシール板部１７ｂの厚さよりも厚く、シール板部１７ｂを基準にして軸線Ｏ方向に突出している。
　低圧側側板１７のシール板部１７ｂは、その径方向外側の端部をベース部１７ａの径方向外側の端部と揃えている。また、シール板部１７ｂは、該ベース部１６ａの流体高圧領域を向く面に積層されるようにして、径方向内側に向って延在している。また、シール板部１７ｂの端部、すなわちシール板部１７ｂの先端は、収容空間９ａの径方向内側の開放部９ｄよりも径方向内側まで延在している。また、シール板部１７ｂの径方向寸法は、シール板部１６ｂの径方向寸法よりも短い。
　また、ベース部１７ａ及びシール板部１７ｂは、径方向外側において例えばスポット溶接等により固定されている。
　このシールセグメント１１は、図３に示すように、ハウジング９の収容空間９ａに遊びをもって収容されている。
　より具体的には、薄板シール片２０の頭部２１を保持した保持リング１３，１４が収容空間９ａの外方側空間９ｃに収容されており、高圧側側板１６及び低圧側側板１７と、薄板シール片２０の胴部２３とが収容空間９ａの内方側空間９ｂに収容されている。そして、収容空間９ａの開口から回転軸６に向けて胴部２３の先端、すなわち薄板シール片２０の先端２０ｂが突出している。
　このシールセグメント１１は、保持リング１３，１４がハウジング９の外方側空間９ｃの内壁面に干渉して径方向の変位が制限されているとともに、高圧側側板１６及び低圧側側板１７がハウジング９の内方側空間９ｂの内壁面に干渉して軸線Ｏ方向の変位が所定の範囲に制限されている。なお、このシールセグメント１１は、外方側空間９ｃに配設された弾性体（不図示）によって径方向内側に付勢されている。
　上述したシールセグメント１１は、ガスタービン１を稼働させると、燃焼ガスｇの圧力によって流体低圧領域側に変位する。これによって、図３に示すように、低圧側側板１７の板面１７ｄが軸線Ｏ方向に対向するハウジング９（内方側空間９ｂ）の内壁面９ｅに押し付けられる。
　次に、このように構成された軸シール装置１０における、燃焼ガスｇの流れ及び作用について説明する。
　ガスタービン１が停止状態から起動されると、低圧側領域と高圧側領域との圧力差が大きくなっていき、これに比例してシールセグメント１１が低圧側領域に向けて燃焼ガスｇによって押圧される。この際、高圧側領域から低圧側領域に流れる燃焼ガスｇは、シール体１２の薄板シール片２０の微小間隙ｓを通過する。
　そして、流体低圧側領域と流体高圧側領域との圧力差が所定値以上に大きくなると、燃焼ガスｇがシール体１２及び低圧側側板１７を全体的に押圧することで、該低圧側側板１７の低圧側を向く板面１７ｄが内壁面９ｅに対して密着する。
　また、流体高圧領域では、燃焼ガスｇが高圧側側板１６をシール体１２に向かって全体的に押圧する。
　このように構成された軸シール装置１０では、支持板部３０ａがシール板部１６ｂにおける流体高圧領域を向く面に設けられているため、高圧側側板１６の剛性を確実に強化することができる。これによって、ガスタービン１が回転した場合に、高圧側側板１６に振動が生じても、該振動に抗することができる程に強度が強化される。また、高圧側側板１６は剛性が高いためフラッタリングが防止することができ、軸シール装置１０は破壊される虞がない。
　また、支持板部３０ａの径方向寸法は、シール板部１６ｂの径方向寸法よりも短くなっているため、高圧側側板１６の剛性は過度に強化されることはなく、支持板部３０ａの径方向内側は自由端とされている。よって、ガスタービン１が回転した場合に、薄板シール片２０の自由端側である先端２０ｂが形状変化しても、該薄板シール片２０に対応することができる程度の柔軟性は残しているため、高圧側側板１６を薄板シール片２０に確実に追従させることができる。
　さらに、支持板部３０ａの第二板片１６ｄの径方向寸法の方が、第一板片１６ｃの径方向寸法よりも短くなっているため、径方向内側から径方向外側に向かって、高圧側側板１６の剛性を段階的に強化することができる。さらに、径方向外側から径方向内側に向かって、薄板シール片２０への追従性を段階的に確保することができる。これにより、剛性の強化及び追従性の確保を、より柔軟に実現することができる。
　また、支持板部３０ａを高圧側側板１６に取り付けるだけの簡易な構成であるため、容易に製造することができる。
（第二実施形態）
　以下、本発明の第二実施形態に係る回転機械について、図７から図９を用いて説明する。
　この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
　第一実施形態における軸シール装置１０では、剛性付与手段３０は、支持板部３０ａを有するものであるのに対して、本実施形態の軸シール装置１０ｈでは、剛性付与手段３０は、リブ３０ｂを有している。
　リブ３０ｂは、シール板部１６ｂの流体高圧領域を向く面に、周方向に間隙をあけて複数設けられている。
　複数のリブ３０ｂは、それぞれシール板部１６ｂの径方向外側から径方向内側に向かうにしたがって、回転方向前方に向かうようにして配設されている。また、リブ３０ｂは、その径方向外側の端部をシール板部１６ｂの径方向外側の端部と揃え、その径方向内側の端部をシール板部１６ｂの径方向内側の端部と揃えている。
　ここで、シール板部１６ｂにリブ３０ｂを設ける方法としては、エッチングによりシール板部１６ｂの流体高圧領域を向く面に表面加工を施して凹凸を設ける方法が採用される。または、シール板部１６ｂとリブ３０ｂとを別部材として、シール板部１６ｂの流体高圧領域を向く面にリブ３０ｂを熱圧着又は溶接にて固定する方法であってもよい。
　このように構成された軸シール装置１０ｈでは、リブ３０ｂはシール板部１６ｂの流体高圧領域を向く面の径方向外側から径方向内側の全域にわたって、周方向に間隙をあけて複数設けられているため、高圧側側板１６の剛性を全域にわたって強化することができる。
　また、リブ３０ｂが設けられていない箇所では柔軟性を確保できるため、高圧側側板１６を全域にわたって薄板シール片２０に追従させることができる。
　また、流体高圧側領域側に突出しているリブ３０ｂは、周方向に発生する旋回流に直交する軸線Ｏ方向に設けられている。したがって、ガスタービン１が回転した場合に生じる旋回流の構成成分を低減し、不均一な流れを抑制することができる。よって、高圧側側板１６のフラッタリングを確実に防止することができる。
　また、高圧側側板１６の分割部分の回転方向前方側では、径方向外側から径方向内側に向かうにしたがって、回転方向前方へ向かうように突出した形状となっている。ここで、リブ３０ｂは、薄板シール片２０と同様に、シール板部１６ｂの径方向外側から径方向内側に向かうにしたがって、回転方向前方に向かうようにして配設されている。よって、高圧側側板１６の全域にわたってリブ３０ｂを設けることができるため、該高圧側側板の剛性を全域にわたって強化することができる。
（第三実施形態）
　以下、本発明の第三実施形態に係る回転機械について、図１０から図１２を用いて説明する。
　この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
　第一実施形態における軸シール装置１０では、剛性付与手段３０は、支持板部３０ａを有するものであるのに対して、本実施形態の軸シール装置１０ｊでは、剛性付与手段３０は、弾性部材３０ｃを有している。
　また、ハウジング９の流体高圧領域側に形成された内壁には凹部９ｊが設けられている。
　弾性部材３０ｃは、軸線Ｏ方向一方側、軸線Ｏ方向他方側に交互に屈曲した板状の部材であり、シール板部１６ｂの流体高圧領域側に該シール板部１６ｂとの間に押さえ部材１６ｌを介在させて配設されている。弾性部材３０ｃは、シール板部１６ｂの一部を流体高圧領域側から流体低圧領域側に向かって押圧している。また、弾性部材３０ｃは、その屈曲した一方側がハウジング９の凹部９ｊの流体高圧領域側の内壁に支持され、屈曲した他方側が押さえ部材１６ｌに支持されている。ここで、弾性部材３０ｃは、例えばバネであり、押さえ部材１６ｌに対して、流体高圧領域側から流体低圧領域側に向かって付勢している。
　押さえ部材１６ｌは、円弧状の部材であり、シール板部１６ｂの高圧側領域側に設けられている。また、押さえ部材１６ｌは弾性部材３０ｃに付勢されることにより、該弾性部材３０ｃの付勢力をシール板部１６ｂに対して伝達し、該シール板部１６ｂを薄板シール片２０に押圧している。
　ハウジング９の凹部９ｊは、ハウジング９の内方側空間９ｂに面する流体高圧側領域の内壁面９ｋに設けられ、軸線Ｏ方向に形成された凹形状であり、その内部に弾性部材３０ｃを配設している。
　このように構成された軸シール装置１０ｊでは、弾性部材３０ｃは押さえ部材１６ｌを介在させて、該シール板部１６ｂを流体高圧領域側から流体低圧領域側に押圧している。
よって、薄板シール片２０が形状変化しても、高圧側側板１６を薄板シール片２０に確実に追従させることができるとともに、該高圧側側板１６の振動を抑制することができる。
　したがって、フラッタリングを確実に防止することができる。
　また、押さえ部材１６ｌを介在させることで、押さえ部材１６ｌの付勢力を高圧側側板１６の全域にわたって伝達することがきるため、高圧側側板１６を薄板シール片２０の全域にわたって追従させることができる。
（第三実施形態の変形例）
　第三実施形態の変形例として、弾性部材と押さえ部材とを一体として設けてもよい。すなわち、図１３及び図１４に示すように、剛性付与手段３０は、シール板部１６ｂを流体高圧領域側から流体低圧領域側に向かって押圧する弾性部材３０ｄで構成されている。
　弾性部材３０ｄは、弾性変形可能な弾性本体１６ｓと、該弾性本体１６ｓと一体となった押さえ部材１６ｏとを有している。
　弾性本体１６ｓは、軸線Ｏ方向からみて略矩形の部材であり、一辺が押さえ部材１６ｏに固着されて、対向する一辺が凹部９ｊの高圧領域側内壁に支持されている。ここで、弾性本体１６ｓは、凹部９ｊの高圧領域側内壁から加圧されて力を伝達させて、押さえ部材１６ｏを流体高圧領域側から流体低圧領域側に向かって付勢している。
　押さえ部材１６ｏは、シール板部１６ｂの高圧側領域側に設けられた、円弧状の部材である。また、押さえ部材１６ｏは、弾性本体１６ｓに付勢されることにより、該弾性本体１６ｓの付勢力をシール板部１６ｂに対して伝達し、該シール板部１６ｂを薄板シール片２０に押圧している。
　なお、弾性本体１６ｓと押さえ部材１６ｏとは、例えばプレス加工により一体成形で形成されている。
　このように構成された軸シール装置では、弾性本体１６ｓは押さえ部材１６ｏと一体として構成されているため、高圧側側板１６に対して付勢力を確実に加えることができため、追従性を確実に確保することができる。
　また、弾性部材３０ｄのシール板部１６ｂへの取り付けが簡易であるとともに、回転機械による振動等により弾性本体１６ｓが押さえ部材１６ｏからはずれてしまう虞がない。
（第四実施形態）
　以下、本発明の第四実施形態に係る回転機械について、図１５から図１７を用いて説明する。
　この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
　軸シール装置１０ｖは、第一実施形態の構成に加えて、ハウジング９の流体高圧領域側の内壁面９ｋであって、高圧側側板１６と対抗する面に複数設けられたフィン１６ｗを有している。
　複数のフィン１６ｗは、ハウジング９の流体高圧領域側の内壁面９ｋから流体低圧領域側に突出して設けられ、径方向に延びるとともに、周方向に間隔をあけて設けられている。
　このように構成された軸シール装置１０ｖでは、流体高圧領域側における周方向に流通する流体である旋回流を低減することができるとともに、不均一な流れを抑制することができるため、高圧側側板１６のフラッタリングをより一層確実に防止することができる。
　なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　例えば、剛性付与手段３０は、高圧側側板片１６ｐの端部近傍、すなわち高圧側側板１６の周方向の分割部分近傍にのみ設けられることとしてもよい。この場合は、旋回流と、該分割部分近傍における流れとにより不均一な流れが生じた場合でも、高圧側側板１６のフラッタリングを確実に防止することができる。
　また、第一実施形態における支持板部３０ａは、第一板片１６ｃ及び第二板片１６ｄの２部品で構成されているが、第一板片１６ｃ及び第二板片１６ｄを一体として１部品してもよい。あるいは、第二板片１６ｄを設けない構成、シール板部１６ｂと支持板部３０ａとを一体化した１部品とした構成としてもよい。これにより、軸シール装置１０の部品点数を抑えることができ、部品管理が低減される。
　一方、支持板部３０ａを第一板片１６ｃ及び第二板片１６ｄの２部品のみならず、さらに多くの板片から構成されるとしてもよい。これにより、高圧側側板１６の剛性を強化する位置、追従性を向上させる位置に対して、より柔軟に対応することができる。
　また、第四実施形態では、第一実施形態の構成に加えてフィン１６ｗを備えているが、第二実施形態または第三実施形態の構成に加えてフィン１６ｗを備えるものとしてもよい。
　また、第四実施形態で、フィン１６ｗを径方向外側から径方向内側に向かうにしたがって、回転方向後方に向かうようにして設けてもよい。この構成では、フィン１６ｗが旋回流と交差する方向に設けられることにより、旋回流の流速をより確実に抑制することが可能となる。
１…ガスタービン（回転機械）
４Ａ…ロータ
４Ｂ…ステータ
９…環状空間
１０、１０ｃ、１０ｈ、１０ｊ、１０ｖ…軸シール装置
１２…シール体
２０…薄板シール片
１６…高圧側側板
１６ｃ…第一板片（板片）
１６ｄ…第二板片（板片）
３０…剛性付与手段
３０ａ…支持板部
３０ｂ…リブ
３０ｃ、３０ｄ…弾性部材
１６ｗ…フィン

Claims (8)

  1. 　ロータと該ロータの外周側を囲うステータとの間の環状空間に設けられ、該環状空間を前記ロータの軸線方向において低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置であって、
    　前記ステータから前記ロータの径方向内側に向かって延出するとともに前記ロータの周方向に複数積層された薄板シール片を有するシール体と、
    　該シール体の高圧側に沿うように前記ステータから前記径方向内側に向かって延出するとともに前記周方向に複数分割された高圧側側板と、
    　該高圧側側板における前記高圧側領域を向く面の一部に前記軸線方向の剛性を付与する剛性付与手段と、を備える軸シール装置。
  2. 　前記剛性付与手段は、
    　前記高圧側側板における前記高圧側領域を向く面に積層されるように前記ステータから前記径方向内側に向かって延出するとともに、該延出長が前記高圧側側板よりも短く設定された支持板部であることを特徴とする請求項１に記載の軸シール装置。
  3. 　前記支持板部は、前記軸線方向に積層された複数の板片を有し、
    　該複数の板片は前記高圧側領域に配置されるほど前記延出長が短い請求項２に記載の軸シール装置。
  4. 　前記剛性付与手段は、
    　前記高圧側側板における前記高圧側領域を向く面に、周方向に間隔をあけて複数設けられたリブである請求項１に記載の軸シール装置。
  5. 　前記薄板シール片は、前記径方向内側に向かうにしたがって前記ロータの回転方向前方側に向かって延在し、
    　前記リブは、前記径方向内側に向かうにしたがって前記回転方向前方側に向かって延出する請求項４に記載の軸シール装置。
  6. 　前記剛性付与手段は、前記高圧側側板の一部を前記高圧側領域側から低圧側領域側に向かって押圧する弾性部材である請求項１に記載の軸シール装置。
  7. 　前記剛性付与手段の前記高圧側領域側に、前記径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて複数が設けられて、それぞれ前記周方向に流通する流体を抑制するフィンを備える請求項１から６のいずれか一項に記載の軸シール装置。
  8. 　請求項１から７のいずれか一項に記載の軸シール装置を備える回転機械。
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