回転軸のシール構造
【課題】変位量や運転状況に応じて特性を変化させたばねを用いた回転軸のシール構造を提供する。
【解決手段】回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、各々のセグメントの内周側に設けられ、回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、ブラシにより回転軸をシールする回転軸のシール構造において、皿ばね２１とコイルばね１４とを直列に接続してばね構造を構成すると共に、当該ばね構造を溝部の内周面３ｂと各々のセグメントの外周面との間に配置して、セグメントを回転軸側へ押し付けるようにした。
【解決手段】回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、各々のセグメントの内周側に設けられ、回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、ブラシにより回転軸をシールする回転軸のシール構造において、皿ばね２１とコイルばね１４とを直列に接続してばね構造を構成すると共に、当該ばね構造を溝部の内周面３ｂと各々のセグメントの外周面との間に配置して、セグメントを回転軸側へ押し付けるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンや圧縮機等の回転軸のシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンや圧縮機等の回転機械において、高圧側と低圧側との間における流体漏れを防止するため、静止部品側に固定されたブラシシールを回転軸（ロータ）側に接触させるシール構造が採用されている。例えば、特許文献１においては、コイルばねや板ばねを用いて、ブラシシールを回転軸に押し付けて、接触させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−００４１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したコイルばねや板ばねを用いたシール構造においては、ブラシシールの押付力が小さいと、シールに隙間ができて、シール性能低下につながり、押付力が大きいと、ブラシの摩耗が早くなり、隙間が大きくなる可能性がある。
【０００５】
従って、上述したシール構造のばねとしては、ばね変位が小さいうちは、変位に対する押付力が線形となり、シールがしっかりと回転軸に押し付けられるが、ある程度の押付力でシールが接触した後は、それ以上、押付力が増加しないような非線形性を持つばねが望ましい。例えば、理想的な特性を図１２に示すと、ばね変位ｘが小さい０〜ｘ０の領域においては、押付力Ｆは０〜Ｆ０まで線形に変化し、ばね変位ｘがｘ０を越えると、ばね変位ｘが増えても、押付力Ｆが増えず、例えば、押付力Ｆ０で一定となるような非線形特性が望ましい。この場合の押付力Ｆ０は、差圧に耐えうる接触力を生む最低限の押付力である。
【０００６】
又、上述したコイルばねや板ばねを用いたシール構造において、そのばね特性は、ばね変位量に対して押付力が線形に変化するだけであり、運転状況（起動中／定格運転中）によってばね特性を変化させることはできなかった。しかしながら、運転状況に応じてばね特性を変化させることも望まれている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、変位量や運転状況に応じて特性を変化させたばねを用いた回転軸のシール構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する第１の発明に係る回転軸のシール構造は、
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各々の前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
皿ばねとコイルばねとを直列に接続してばね構造を構成すると共に、当該ばね構造を前記溝部の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間に配置して、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第２の発明に係る回転軸のシール構造は、
上記第１の発明に記載の回転軸のシール構造において、
前記皿ばねを複数枚重ねることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第３の発明に係る回転軸のシール構造は、
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
コの字断面の開口部分が前記溝部の内周面に接する環状の形状であり、前記開口部分が拡がるように弾性変形する環状部材を配置すると共に、当該環状部材の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間にコイルばねを接続してばね構造を構成して、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第４の発明に係る回転軸のシール構造は、
上記第３の発明に記載の回転軸のシール構造において、
前記環状部材の両側面を、前記開口部分に向かって拡げた形状としたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第５の発明に係る回転軸のシール構造は、
上記第３又は第４の発明に記載の回転軸のシール構造において、
前記環状部材の前記開口部分が接する前記溝部の内周面を、前記環状部材の両側面が外側に向かって拡がるように傾斜させたことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第６の発明に係る回転軸のシール構造は、
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
外周側から順に、コイルばね、中間ブロック及び他のコイルばねを直列に接続してばね構造を構成し、当該ばね構造を前記溝部の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間に配置すると共に、起動前及び起動中は前記中間ブロックとの間に間隙を有し、運転中は熱膨張により前記中間ブロックと接触する接触部を前記溝部の両側面に設け、起動前及び起動中は、コイルばね及び他のコイルばねにより、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにし、運転中は、他のコイルばねにより、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回転軸のシール構造において、ばねに必要な非線形性を確保できるので、流体シールの性能が向上し、その結果、信頼性が向上し、タービン効率や圧縮効率が向上することになる。
【００１５】
又、本発明によれば、回転軸のシール構造において、運転状況に応じてばね特性を変化させることができる。そのため、回転軸の振れ、過渡時の熱伸び差、偏心等があっても、流体シールの性能を維持し、その結果、信頼性が向上し、タービン効率や圧縮効率が向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は、本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態の一例（実施例１）を示す軸方向断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示したシール構造におけるばね特性のグラフであり、（ｂ）は、（ａ）のＦ１におけるばね構造を示す概略図であり、（ｃ）は、（ａ）のＦ２におけるばね構造を示す概略図である。
【図３】図１に示したシール構造のばね構造の変形例を示す概略図である。
【図４】本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態の他の一例（実施例２）として、そのばね構造を示す概略図である。
【図５】図４に示したシール構造におけるばね特性のグラフである。
【図６】図４に示したシール構造のばね構造の変形例を示す概略図である。
【図７】本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態の他の一例（実施例３）として、そのばね構造を示す概略図である。
【図８】図７に示したシール構造におけるばね特性のグラフである。
【図９】図７に示したシール構造のばね構造の変形例を示す概略図である。
【図１０】（ａ）は、本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態の他の一例（実施例４）を示す軸方向断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図１１】図１０に示したシール構造のばね構造の変形例を示す概略図である。
【図１２】シール構造のばねに理想的な特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態のいくつかを、図１〜図１１を参照して説明する。なお、ここでは、一例として、ガスタービンの回転軸のシール構造を例示するが、圧縮機等の回転軸のシール構造としても適用可能である。
【００１８】
（実施例１）
図１（ａ）は、本実施例のシール構造を示す軸方向断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。又、図２（ａ）は、図１に示したシール構造におけるばね特性のグラフであり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＦ１におけるばね構造を示す概略図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＦ２におけるばね構造を示す概略図である。又、図３は、本実施例のばね構造の変形例を示す概略図である。
【００１９】
ガスタービンの回転軸１は、その軸受け（図示省略）に支持されており、シールが行われる部分には、回転軸１の外周を囲むようにシールホルダ２（筐体）が設けられている。シールホルダ２は、ガスタービンのケーシング（図示省略）に設けられており、このシールホルダ２の内周側（回転軸１側）にシール溝３（溝部）が環状に形成されている。このシール溝３の内部に、本実施例のシール構造１０が組み込まれている。
【００２０】
シール溝３において、その対向する側面３ａには、断面形状が凸形状の凸形状部４が形成されている。そして、シール構造１０のシールセグメント１１において、凸形状部４に対向する位置には、断面形状が凹形状の凹形状部１２が形成されており、凸形状部４と凹形状部１２が当接面５で係合する構成となっている。なお、凸形状部４、凹形状部１２は、互いに逆の形状として、係合させてもよい。
【００２１】
シール構造１０において、シールセグメント１１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、１／４円弧形状に４つに分割されて、回転軸１の周囲に環状に配置されている。なお、シールセグメント１１の分割数は、４分割に限られるものではなく、加工性、組立の容易性、メンテナンスの容易性等を考慮して、適宜分割数を増減してもよい。これは、後述する実施例でも同様である。
【００２２】
各々のシールセグメント１１の内周面には、微細な金属製のワイヤを多数束ねたブラシ１２（ブラシシール）が溶接されており、その先端は、一定の角度を持って、回転軸１の外周面と接触している。ガスタービンの運転が開始して、回転軸１が回転すると、作動流体が高圧側Ｈから低圧側Ｌへ流れようとするが、高圧側Ｈと低圧側Ｌとの間が周方向にブラシ１２で仕切られているため、作動流体の流れが遮断されて両者間の気密性が保たれることになる。
【００２３】
このとき、従来は、コイルばねや板ばねを用いて、ブラシシールを回転軸に押し付けて、接触させていたが、その場合、前述したように、ブラシシールの押付力が小さいと、シールに隙間ができて、シール性能低下につながり、押付力が大きいと、ブラシの摩耗が早くなり、隙間が大きくなる可能性がある。
【００２４】
そのため、シール構造のばね特性としては、ばね変位が小さいうちは、変位に対する押付力が線形となり、ブラシがしっかりと回転軸に押し付けられるが、ある程度の押付力でブラシが接触した後は、それ以上、押付力が増加しないような非線形性を持つものが望ましい。
【００２５】
そこで、本実施例では、以下のような構成とすることで、非線形性を持つばね構造を用いるようにしている。
【００２６】
具体的には、コの字断面の開口部分がシール溝３の内周面３ｂに接するように、環状の環状部材１３を配置し、その環状部材１３の内周面と各シールセグメント１１の外周面との間に、コイルばね１４をシールセグメント１１毎に設けている。この環状部材１３は、例えば、金属板から形成されており、又、シール溝３の内周面３ｂに固定されてはおらず、接触している状態である。そのため、環状部材１３に押付力Ｆが働いた場合、後述の図２（ｃ）に示すように、それ自身が弾性変形すると共にシール溝３の内周面３ｂとの間に動摩擦力μが生じ、これにより、ばね構造が、即ち、環状部材１３とコイルばね１４との組み合わせが、非線形性を持つことになる。
【００２７】
ここで、図２を参照して、環状部材１３とコイルばね１４の変位（変形）について更に説明する。
【００２８】
本実施例では、ばね構造を環状部材１３とコイルばね１４とから構成している。そのため、変位ｘが小さい領域、即ち、図２（ａ）のグラフにおけるＦ１においては、図２（ｂ）に示すように、環状部材１３の変位（変形）は殆ど無く、コイルばね１４の弾性力が主に作用して、変位ｘに対する押付力Ｆ１は線形性を有することになる。
【００２９】
一方、変位ｘが大きい領域、即ち、図２（ａ）のグラフにおけるＦ２においては、図２（ｃ）に示すように、環状部材１３がたわみ、内周面３ｂとの接触部分の最大静止摩擦力を越える剪断力が生じた後は、環状部材１３の両側面が外側に拡がるように変位（変形）するが、動摩擦力μとの関係により、変位ｘに対する押付力Ｆ２は線形性でありながら、その勾配が押付力Ｆ１より緩やかになる。この結果、環状部材１３とコイルばね１４とからなるばね構造が変位ｘに対して非線形性を持つことになる。
【００３０】
従って、変位ｘが小さいうちは、主にコイルばね１４の弾性力によって、変位ｘに対する押付力Ｆ１が線形となり、ブラシ１２がしっかりと回転軸１に押し付けられるため、ブラシ１２と回転軸１との接触を確実なものとすることができ、シール性能が維持される。又、変位ｘが所定の変位ｘ０より大きくなり、所定の押付力Ｆ０でブラシ１２が接触すると、その後は、環状部材１３とコイルばね１４との弾性力によって、押付力Ｆ２が緩やかに増加するようになり、ブラシの摩耗を防止し、隙間の拡大を防ぎ、シール性能の低下を抑制することができる。
【００３１】
例えば、回転軸１が軸方向に垂直な方向に変動した場合（軸振れや偏心した場合）、環状部材１３、コイルばね１４の弾性力により、シールセグメント１１が殆ど動かず、その変動をブラシ１２で吸収できるので、隙間が生じなくなり、ブラシ１２が回転軸１と接触する部分において作動流体は殆ど漏れなくなる。
【００３２】
加えて、シールセグメント１１も、凸形状部４の当接面５に押し付けられるため、凹形状部１２と凸形状部４との密着性を保つことができ、当接面５を通って漏れる作動流体はほとんどなくなる。
【００３３】
なお、上記環状部材１３に替えて、図３に示すような環状部材１５、即ち、その両側面が開口部分に向かって拡がるような形状のものを用いてもよい。
【００３４】
（実施例２）
図４は、本実施例のシール構造のばね構造を示す概略図である。又、図５は、図４に示したシール構造におけるばね特性のグラフである。又、図６は、本実施例のばね構造の変形例を示す概略図である。なお、ここでは、実施例１と同等の部材には同じ符号を付している。
【００３５】
本実施例は、実施例１の図１に示した構成と略同等の構成であるが、ばね構造の構成を実施例１とは異なる構成とすることで、非線形性を持つばね構造を用いるようにしている。
【００３６】
具体的には、図４に示すように、シール溝３の内周面３ｂと各シールセグメント１１の外周面との間に、直列に連結した皿ばね２１とコイルばね１４とをシールセグメント１１毎に設けている。この皿ばね２１は、例えば、金属から形成されている。通常、皿ばねは、非線形のばね特性有しているが、その許容変位が小さいという欠点がある。そのため、本実施例では、皿ばね２１とコイルばね１４とを直列に連結することにより、非線形のばね特性を利用すると共に許容変位が小さいという欠点を補っている、具体的には、図５に示すように、皿ばね２１の特性とコイルばね１４の特性を足し合わせることにより、非線形性を持つことになる。
【００３７】
従って、変位ｘが小さいうちは、変位ｘに対する押付力Ｆが略線形となり、ブラシ１２がしっかりと回転軸１に押し付けられて、シール性能が維持される。一方、変位ｘが所定の変位より大きくなり、所定の押付力でブラシ１２が接触すると、その後は、それ以上押付力Ｆが増加しないようになり、ブラシ１２の摩耗を防止し、隙間の拡大を防ぎ、シール性能の低下を抑制することができる。
【００３８】
なお、本実施例における皿ばね２１の部分は、図６に示すように、皿ばね２１同士を更に複数枚重ねて構成してもよい。その場合、たわみと押付力との関係から、図６に示すように、皿ばね２１を反対向きに交互に重ねてもよいし（直列組みと呼ばれる。）、皿ばね２１を同じ方向に重ねてもよいし（並列組みと呼ばれる。）、直列組みと並列組みとを組み合わせてもよい。
【００３９】
（実施例３）
図７は、本実施例のシール構造のばね構造を示す概略図である。又、図８は、図７に示したシール構造におけるばね特性のグラフである。又、図９は、本実施例のばね構造の変形例を示す概略図である。なお、ここでも、実施例１と同等の部材には同じ符号を付している。
【００４０】
本実施例も、実施例１の図１に示した構成と略同等の構成としているが、ばね構造と接触する内周面３ｂの構成を実施例１とは異なる構成としている。
【００４１】
実施例１において、環状部材１３が接触する内周面３ｂは平面であったが、本実施例においては、図７に示すように、シール溝３の内周面３ｂに、台形断面の突設部６を突設し、この突設部６の斜面６ａに環状部材１３が接触するように配置している。これにより、環状部材１３の両側面が、実施例１と比較して、小さい変位ｘで、その外側方向に拡がることになる。
【００４２】
このように、環状部材１３が接触する部分を斜面６ａとし、例えば、斜面６ａの傾斜角θを変更することで、環状部材１３のたわみにより生じた剪断力が斜面６ａとの最大静止摩擦力を越える変位点を調整すること、つまり、非線形性への変化点を調整することができる。例えば、図８のグラフに示すように、実施例１においては、変位ｘ０より大きくなると、押付力ＦがＦ０から緩やかに増加するようになるが、本実施例のように、環状部材１３が接触する部分を傾斜角θの斜面６ａとすると、変位ｘ０より小さい変位ｘ３で、押付力ＦがＦ３から緩やかに増加するようになる。このように、斜面６ａの傾斜角θを変更することで、押付力Ｆの勾配が緩やかになる変化点（変位ｘ）を調整可能である。
【００４３】
従って、変位ｘが小さいうちは、変位ｘに対する押付力Ｆが線形となり、ブラシ１２がしっかりと回転軸に押し付けられて、シール性能が維持される。一方、変位ｘが所定の変位より大きくなり、所定の押付力でブラシ１２が接触すると、その後は、それ以上押付力Ｆが増加しないようになり、ブラシ１２の摩耗を防止し、隙間の拡大を防ぎ、シール性能の低下を抑制することができる。
【００４４】
なお、本実施例における台形断面の突設部６に替えて、図９に示すように、円弧断面の突設部７（斜面７ａ）を用いてもよく、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
（実施例４）
図１０（ａ）は、本実施例のシール構造を示す軸方向断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。又、図１１は、本実施例のばね構造の変形例を示す軸方向断面図である。なお、ここでも、実施例１と同等の部材には同じ符号を付している。
【００４６】
本実施例も、実施例１の図１に示した構成と略同等の構成としているが、ばね構造の構成を実施例１とは異なる構成とすることで、ガスタービンの運転状況（起動中／定格運転中）に応じた特性を持つばね構造を用いるようにしている。
【００４７】
ガスタービンの回転軸１は、その軸受け（図示省略）に支持されており、シールが行われる部分には、回転軸１の外周を囲むようにシールホルダ２（筐体）が設けられている。シールホルダ２は、ガスタービンのケーシング（図示省略）に設けられており、このシールホルダ２の内周側（回転軸１側）にシール溝３（溝部）が環状に形成されている。このシール溝３の内部に、本実施例のシール構造３０が組み込まれている。
【００４８】
シール溝３において、その対向する側面３ａには、断面形状が凸形状の凸形状部４が形成されているが、シール構造３０のシールセグメント３１においては、その外周側が凸形状部４同士の間を挿通する幅に形成されており、実施例１と異なり、シールセグメント３１にシール溝３（凸形状部４）と係合する部分はない。そのため、本実施例においては、図１０（ａ）に示すように、凸形状部４とシールセグメント３１とに交互にシールフィンを配置することで、ラビリンスシール３６を設けている。このようなラビリンスシール３６においては、交互にシールフィンを設けることにより経路長さが増し、更に、流れが屈曲することによる抵抗が加わるため、作動流体の漏れ量を低減させることができる。
【００４９】
シール構造３０において、シールセグメント３１は、例えば、図１０（ｂ）に示すように、１／４円弧形状に４つに分割されて、回転軸１の周囲に環状に配置されている。なお、シールセグメント３１の分割数は、４分割に限られるものではなく、加工性、組立の容易性、メンテナンスの容易性等を考慮して、適宜分割数を増減してもよい。
【００５０】
各々のシールセグメント３１の内周面には、微細な金属製のワイヤを多数束ねたブラシ１２（ブラシシール）が溶接されており、その先端は、一定の角度を持って、回転軸１の外周面と接触している。ガスタービンの運転が開始して、回転軸１が回転すると、作動流体が高圧側Ｈから低圧側Ｌへ流れようとするが、高圧側Ｈと低圧側Ｌとの間が周方向にブラシ１２で仕切られているため、作動流体の流れが遮断されて両者間の気密性が保たれることになる。
【００５１】
このとき、従来は、コイルばねや板ばねを用いて、ブラシシールを回転軸に押し付けて、接触させていたが、その場合、前述したように、ばね特性は、ばね変位量に対して押付力が線形に変化するだけであり、運転状況（起動中／定格運転中）によってばね特性を変化させることはできなかった。
【００５２】
そのため、シール構造のばね特性としては、起動中（ガスタービンであれば、昇温中）はばね定数が弱く、定格運転中はばね定数が強いものが望ましい。
【００５３】
そこで、本実施例では、以下のような構成とすることで、運転状況に応じてばね特性を変化させたばね構造を用いるようにしている。
【００５４】
具体的には、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、シールセグメント３１の外周面とシール溝３の内周面３ｂとの間にばね構造を設けているが、このばね構造を、外周側から順に、コイルばね３２、中間ブロック３３及びコイルばね３４を直列に接続して構成すると共に、所定の条件下において、中間ブロック３３と接触して摩擦を生じさせる接触部３５をシール溝３の側面３ａに各々設けた構成としている。
【００５５】
より詳細には、停止中〜起動中（昇温時）は、中間ブロック３３と接触部３５との間に隙間を生じるようにして、中間ブロック３３と接触部３５が接触しないようにしている。この場合、中間ブロック３３は拘束されていないので、例えば、コイルばね３２とコイルばね３４のばね係数を共に「ｋ」とすると、ばね構造全体のばね係数は「１／２ｋ」となる。
【００５６】
一方、定格運転中は、昇温による中間ブロック３３、接触部３５の熱膨張により、停止中〜起動中に生じていた隙間を解消し、中間ブロック３３と接触部３５が接触するようにしている。この場合、摩擦により中間ブロック３３が拘束されるので、例えば、コイルばね３２とコイルばね３４のばね係数を共に「ｋ」とすると、コイルばね３４のみが機能し、ばね構造全体のばね係数は「ｋ」となる。
【００５７】
このようにして、シール構造３０のばね特性を、起動中（昇温中）はばね定数が弱く、定格運転中はばね定数が強いものとしている。この特性は、中間ブロック３３及び接触部３５の熱容量、線膨張係数を適宜に設定することにより、調整可能である。これにより、回転軸１の振れ、過渡時の熱伸び差、偏心等があっても、流体シールの性能を維持し、その結果、信頼性が向上し、タービン効率や圧縮効率が向上することになる。
【００５８】
なお、本実施例における接触部３５の中間ブロック３３との接触部分を、図１１に示すような形状としてもよい。具体的には、中間ブロック３３の変位する方向に沿って、非接触面３５ａ、接触面３５ｂを設けている。この場合、変位初期において、中間ブロック３３が非接触面３５ａの範囲に位置することで、接触部３５と接触することはない。一方、ある程度変位した場合、中間ブロック３３が接触面３５ｂの範囲に位置することで、接触部３５と接触し、中間ブロック３３を拘束するようになる。つまり、非接触面３５ａ、接触面３５ｂの位置や範囲を適宜に設定することにより、接触部３５による摩擦を効かせる領域を調整可能である。更に、変位が過大となる場合、接触部３５の外周側に設けたストッパ部３５ｃを用いて、中間ブロック３３がそれ以上移動しないように拘束してもよい。
【００５９】
なお、本実施例は、上述した実施例１〜実施例３のばね構造をコイルばね３４の部分に用いることで、変位量に対して非線形性を持たせると共に、運転状況に応じてばね特性を変化させる構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る回転軸のシール構造は、タービンや圧縮機等の回転機械における高圧側と低圧側とのシールに好適なものである。
【符号の説明】
【００６１】
３ シール溝
６、７ 突設部
１０、３０ シール構造
１１、３１ シールセグメント
１３、１５ 環状部材
１４、３２、３４ コイルばね
１５ ブラシシール
２１ 皿ネジ
３３ 中間ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンや圧縮機等の回転軸のシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンや圧縮機等の回転機械において、高圧側と低圧側との間における流体漏れを防止するため、静止部品側に固定されたブラシシールを回転軸（ロータ）側に接触させるシール構造が採用されている。例えば、特許文献１においては、コイルばねや板ばねを用いて、ブラシシールを回転軸に押し付けて、接触させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−００４１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したコイルばねや板ばねを用いたシール構造においては、ブラシシールの押付力が小さいと、シールに隙間ができて、シール性能低下につながり、押付力が大きいと、ブラシの摩耗が早くなり、隙間が大きくなる可能性がある。
【０００５】
従って、上述したシール構造のばねとしては、ばね変位が小さいうちは、変位に対する押付力が線形となり、シールがしっかりと回転軸に押し付けられるが、ある程度の押付力でシールが接触した後は、それ以上、押付力が増加しないような非線形性を持つばねが望ましい。例えば、理想的な特性を図１２に示すと、ばね変位ｘが小さい０〜ｘ０の領域においては、押付力Ｆは０〜Ｆ０まで線形に変化し、ばね変位ｘがｘ０を越えると、ばね変位ｘが増えても、押付力Ｆが増えず、例えば、押付力Ｆ０で一定となるような非線形特性が望ましい。この場合の押付力Ｆ０は、差圧に耐えうる接触力を生む最低限の押付力である。
【０００６】
又、上述したコイルばねや板ばねを用いたシール構造において、そのばね特性は、ばね変位量に対して押付力が線形に変化するだけであり、運転状況（起動中／定格運転中）によってばね特性を変化させることはできなかった。しかしながら、運転状況に応じてばね特性を変化させることも望まれている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、変位量や運転状況に応じて特性を変化させたばねを用いた回転軸のシール構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する第１の発明に係る回転軸のシール構造は、
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各々の前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
皿ばねとコイルばねとを直列に接続してばね構造を構成すると共に、当該ばね構造を前記溝部の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間に配置して、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第２の発明に係る回転軸のシール構造は、
上記第１の発明に記載の回転軸のシール構造において、
前記皿ばねを複数枚重ねることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第３の発明に係る回転軸のシール構造は、
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
コの字断面の開口部分が前記溝部の内周面に接する環状の形状であり、前記開口部分が拡がるように弾性変形する環状部材を配置すると共に、当該環状部材の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間にコイルばねを接続してばね構造を構成して、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第４の発明に係る回転軸のシール構造は、
上記第３の発明に記載の回転軸のシール構造において、
前記環状部材の両側面を、前記開口部分に向かって拡げた形状としたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第５の発明に係る回転軸のシール構造は、
上記第３又は第４の発明に記載の回転軸のシール構造において、
前記環状部材の前記開口部分が接する前記溝部の内周面を、前記環状部材の両側面が外側に向かって拡がるように傾斜させたことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第６の発明に係る回転軸のシール構造は、
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
外周側から順に、コイルばね、中間ブロック及び他のコイルばねを直列に接続してばね構造を構成し、当該ばね構造を前記溝部の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間に配置すると共に、起動前及び起動中は前記中間ブロックとの間に間隙を有し、運転中は熱膨張により前記中間ブロックと接触する接触部を前記溝部の両側面に設け、起動前及び起動中は、コイルばね及び他のコイルばねにより、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにし、運転中は、他のコイルばねにより、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回転軸のシール構造において、ばねに必要な非線形性を確保できるので、流体シールの性能が向上し、その結果、信頼性が向上し、タービン効率や圧縮効率が向上することになる。
【００１５】
又、本発明によれば、回転軸のシール構造において、運転状況に応じてばね特性を変化させることができる。そのため、回転軸の振れ、過渡時の熱伸び差、偏心等があっても、流体シールの性能を維持し、その結果、信頼性が向上し、タービン効率や圧縮効率が向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は、本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態の一例（実施例１）を示す軸方向断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図２】（ａ）は、図１に示したシール構造におけるばね特性のグラフであり、（ｂ）は、（ａ）のＦ１におけるばね構造を示す概略図であり、（ｃ）は、（ａ）のＦ２におけるばね構造を示す概略図である。
【図３】図１に示したシール構造のばね構造の変形例を示す概略図である。
【図４】本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態の他の一例（実施例２）として、そのばね構造を示す概略図である。
【図５】図４に示したシール構造におけるばね特性のグラフである。
【図６】図４に示したシール構造のばね構造の変形例を示す概略図である。
【図７】本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態の他の一例（実施例３）として、そのばね構造を示す概略図である。
【図８】図７に示したシール構造におけるばね特性のグラフである。
【図９】図７に示したシール構造のばね構造の変形例を示す概略図である。
【図１０】（ａ）は、本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態の他の一例（実施例４）を示す軸方向断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図１１】図１０に示したシール構造のばね構造の変形例を示す概略図である。
【図１２】シール構造のばねに理想的な特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る回転軸のシール構造の実施形態のいくつかを、図１〜図１１を参照して説明する。なお、ここでは、一例として、ガスタービンの回転軸のシール構造を例示するが、圧縮機等の回転軸のシール構造としても適用可能である。
【００１８】
（実施例１）
図１（ａ）は、本実施例のシール構造を示す軸方向断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。又、図２（ａ）は、図１に示したシール構造におけるばね特性のグラフであり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＦ１におけるばね構造を示す概略図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＦ２におけるばね構造を示す概略図である。又、図３は、本実施例のばね構造の変形例を示す概略図である。
【００１９】
ガスタービンの回転軸１は、その軸受け（図示省略）に支持されており、シールが行われる部分には、回転軸１の外周を囲むようにシールホルダ２（筐体）が設けられている。シールホルダ２は、ガスタービンのケーシング（図示省略）に設けられており、このシールホルダ２の内周側（回転軸１側）にシール溝３（溝部）が環状に形成されている。このシール溝３の内部に、本実施例のシール構造１０が組み込まれている。
【００２０】
シール溝３において、その対向する側面３ａには、断面形状が凸形状の凸形状部４が形成されている。そして、シール構造１０のシールセグメント１１において、凸形状部４に対向する位置には、断面形状が凹形状の凹形状部１２が形成されており、凸形状部４と凹形状部１２が当接面５で係合する構成となっている。なお、凸形状部４、凹形状部１２は、互いに逆の形状として、係合させてもよい。
【００２１】
シール構造１０において、シールセグメント１１は、例えば、図１（ｂ）に示すように、１／４円弧形状に４つに分割されて、回転軸１の周囲に環状に配置されている。なお、シールセグメント１１の分割数は、４分割に限られるものではなく、加工性、組立の容易性、メンテナンスの容易性等を考慮して、適宜分割数を増減してもよい。これは、後述する実施例でも同様である。
【００２２】
各々のシールセグメント１１の内周面には、微細な金属製のワイヤを多数束ねたブラシ１２（ブラシシール）が溶接されており、その先端は、一定の角度を持って、回転軸１の外周面と接触している。ガスタービンの運転が開始して、回転軸１が回転すると、作動流体が高圧側Ｈから低圧側Ｌへ流れようとするが、高圧側Ｈと低圧側Ｌとの間が周方向にブラシ１２で仕切られているため、作動流体の流れが遮断されて両者間の気密性が保たれることになる。
【００２３】
このとき、従来は、コイルばねや板ばねを用いて、ブラシシールを回転軸に押し付けて、接触させていたが、その場合、前述したように、ブラシシールの押付力が小さいと、シールに隙間ができて、シール性能低下につながり、押付力が大きいと、ブラシの摩耗が早くなり、隙間が大きくなる可能性がある。
【００２４】
そのため、シール構造のばね特性としては、ばね変位が小さいうちは、変位に対する押付力が線形となり、ブラシがしっかりと回転軸に押し付けられるが、ある程度の押付力でブラシが接触した後は、それ以上、押付力が増加しないような非線形性を持つものが望ましい。
【００２５】
そこで、本実施例では、以下のような構成とすることで、非線形性を持つばね構造を用いるようにしている。
【００２６】
具体的には、コの字断面の開口部分がシール溝３の内周面３ｂに接するように、環状の環状部材１３を配置し、その環状部材１３の内周面と各シールセグメント１１の外周面との間に、コイルばね１４をシールセグメント１１毎に設けている。この環状部材１３は、例えば、金属板から形成されており、又、シール溝３の内周面３ｂに固定されてはおらず、接触している状態である。そのため、環状部材１３に押付力Ｆが働いた場合、後述の図２（ｃ）に示すように、それ自身が弾性変形すると共にシール溝３の内周面３ｂとの間に動摩擦力μが生じ、これにより、ばね構造が、即ち、環状部材１３とコイルばね１４との組み合わせが、非線形性を持つことになる。
【００２７】
ここで、図２を参照して、環状部材１３とコイルばね１４の変位（変形）について更に説明する。
【００２８】
本実施例では、ばね構造を環状部材１３とコイルばね１４とから構成している。そのため、変位ｘが小さい領域、即ち、図２（ａ）のグラフにおけるＦ１においては、図２（ｂ）に示すように、環状部材１３の変位（変形）は殆ど無く、コイルばね１４の弾性力が主に作用して、変位ｘに対する押付力Ｆ１は線形性を有することになる。
【００２９】
一方、変位ｘが大きい領域、即ち、図２（ａ）のグラフにおけるＦ２においては、図２（ｃ）に示すように、環状部材１３がたわみ、内周面３ｂとの接触部分の最大静止摩擦力を越える剪断力が生じた後は、環状部材１３の両側面が外側に拡がるように変位（変形）するが、動摩擦力μとの関係により、変位ｘに対する押付力Ｆ２は線形性でありながら、その勾配が押付力Ｆ１より緩やかになる。この結果、環状部材１３とコイルばね１４とからなるばね構造が変位ｘに対して非線形性を持つことになる。
【００３０】
従って、変位ｘが小さいうちは、主にコイルばね１４の弾性力によって、変位ｘに対する押付力Ｆ１が線形となり、ブラシ１２がしっかりと回転軸１に押し付けられるため、ブラシ１２と回転軸１との接触を確実なものとすることができ、シール性能が維持される。又、変位ｘが所定の変位ｘ０より大きくなり、所定の押付力Ｆ０でブラシ１２が接触すると、その後は、環状部材１３とコイルばね１４との弾性力によって、押付力Ｆ２が緩やかに増加するようになり、ブラシの摩耗を防止し、隙間の拡大を防ぎ、シール性能の低下を抑制することができる。
【００３１】
例えば、回転軸１が軸方向に垂直な方向に変動した場合（軸振れや偏心した場合）、環状部材１３、コイルばね１４の弾性力により、シールセグメント１１が殆ど動かず、その変動をブラシ１２で吸収できるので、隙間が生じなくなり、ブラシ１２が回転軸１と接触する部分において作動流体は殆ど漏れなくなる。
【００３２】
加えて、シールセグメント１１も、凸形状部４の当接面５に押し付けられるため、凹形状部１２と凸形状部４との密着性を保つことができ、当接面５を通って漏れる作動流体はほとんどなくなる。
【００３３】
なお、上記環状部材１３に替えて、図３に示すような環状部材１５、即ち、その両側面が開口部分に向かって拡がるような形状のものを用いてもよい。
【００３４】
（実施例２）
図４は、本実施例のシール構造のばね構造を示す概略図である。又、図５は、図４に示したシール構造におけるばね特性のグラフである。又、図６は、本実施例のばね構造の変形例を示す概略図である。なお、ここでは、実施例１と同等の部材には同じ符号を付している。
【００３５】
本実施例は、実施例１の図１に示した構成と略同等の構成であるが、ばね構造の構成を実施例１とは異なる構成とすることで、非線形性を持つばね構造を用いるようにしている。
【００３６】
具体的には、図４に示すように、シール溝３の内周面３ｂと各シールセグメント１１の外周面との間に、直列に連結した皿ばね２１とコイルばね１４とをシールセグメント１１毎に設けている。この皿ばね２１は、例えば、金属から形成されている。通常、皿ばねは、非線形のばね特性有しているが、その許容変位が小さいという欠点がある。そのため、本実施例では、皿ばね２１とコイルばね１４とを直列に連結することにより、非線形のばね特性を利用すると共に許容変位が小さいという欠点を補っている、具体的には、図５に示すように、皿ばね２１の特性とコイルばね１４の特性を足し合わせることにより、非線形性を持つことになる。
【００３７】
従って、変位ｘが小さいうちは、変位ｘに対する押付力Ｆが略線形となり、ブラシ１２がしっかりと回転軸１に押し付けられて、シール性能が維持される。一方、変位ｘが所定の変位より大きくなり、所定の押付力でブラシ１２が接触すると、その後は、それ以上押付力Ｆが増加しないようになり、ブラシ１２の摩耗を防止し、隙間の拡大を防ぎ、シール性能の低下を抑制することができる。
【００３８】
なお、本実施例における皿ばね２１の部分は、図６に示すように、皿ばね２１同士を更に複数枚重ねて構成してもよい。その場合、たわみと押付力との関係から、図６に示すように、皿ばね２１を反対向きに交互に重ねてもよいし（直列組みと呼ばれる。）、皿ばね２１を同じ方向に重ねてもよいし（並列組みと呼ばれる。）、直列組みと並列組みとを組み合わせてもよい。
【００３９】
（実施例３）
図７は、本実施例のシール構造のばね構造を示す概略図である。又、図８は、図７に示したシール構造におけるばね特性のグラフである。又、図９は、本実施例のばね構造の変形例を示す概略図である。なお、ここでも、実施例１と同等の部材には同じ符号を付している。
【００４０】
本実施例も、実施例１の図１に示した構成と略同等の構成としているが、ばね構造と接触する内周面３ｂの構成を実施例１とは異なる構成としている。
【００４１】
実施例１において、環状部材１３が接触する内周面３ｂは平面であったが、本実施例においては、図７に示すように、シール溝３の内周面３ｂに、台形断面の突設部６を突設し、この突設部６の斜面６ａに環状部材１３が接触するように配置している。これにより、環状部材１３の両側面が、実施例１と比較して、小さい変位ｘで、その外側方向に拡がることになる。
【００４２】
このように、環状部材１３が接触する部分を斜面６ａとし、例えば、斜面６ａの傾斜角θを変更することで、環状部材１３のたわみにより生じた剪断力が斜面６ａとの最大静止摩擦力を越える変位点を調整すること、つまり、非線形性への変化点を調整することができる。例えば、図８のグラフに示すように、実施例１においては、変位ｘ０より大きくなると、押付力ＦがＦ０から緩やかに増加するようになるが、本実施例のように、環状部材１３が接触する部分を傾斜角θの斜面６ａとすると、変位ｘ０より小さい変位ｘ３で、押付力ＦがＦ３から緩やかに増加するようになる。このように、斜面６ａの傾斜角θを変更することで、押付力Ｆの勾配が緩やかになる変化点（変位ｘ）を調整可能である。
【００４３】
従って、変位ｘが小さいうちは、変位ｘに対する押付力Ｆが線形となり、ブラシ１２がしっかりと回転軸に押し付けられて、シール性能が維持される。一方、変位ｘが所定の変位より大きくなり、所定の押付力でブラシ１２が接触すると、その後は、それ以上押付力Ｆが増加しないようになり、ブラシ１２の摩耗を防止し、隙間の拡大を防ぎ、シール性能の低下を抑制することができる。
【００４４】
なお、本実施例における台形断面の突設部６に替えて、図９に示すように、円弧断面の突設部７（斜面７ａ）を用いてもよく、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
（実施例４）
図１０（ａ）は、本実施例のシール構造を示す軸方向断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。又、図１１は、本実施例のばね構造の変形例を示す軸方向断面図である。なお、ここでも、実施例１と同等の部材には同じ符号を付している。
【００４６】
本実施例も、実施例１の図１に示した構成と略同等の構成としているが、ばね構造の構成を実施例１とは異なる構成とすることで、ガスタービンの運転状況（起動中／定格運転中）に応じた特性を持つばね構造を用いるようにしている。
【００４７】
ガスタービンの回転軸１は、その軸受け（図示省略）に支持されており、シールが行われる部分には、回転軸１の外周を囲むようにシールホルダ２（筐体）が設けられている。シールホルダ２は、ガスタービンのケーシング（図示省略）に設けられており、このシールホルダ２の内周側（回転軸１側）にシール溝３（溝部）が環状に形成されている。このシール溝３の内部に、本実施例のシール構造３０が組み込まれている。
【００４８】
シール溝３において、その対向する側面３ａには、断面形状が凸形状の凸形状部４が形成されているが、シール構造３０のシールセグメント３１においては、その外周側が凸形状部４同士の間を挿通する幅に形成されており、実施例１と異なり、シールセグメント３１にシール溝３（凸形状部４）と係合する部分はない。そのため、本実施例においては、図１０（ａ）に示すように、凸形状部４とシールセグメント３１とに交互にシールフィンを配置することで、ラビリンスシール３６を設けている。このようなラビリンスシール３６においては、交互にシールフィンを設けることにより経路長さが増し、更に、流れが屈曲することによる抵抗が加わるため、作動流体の漏れ量を低減させることができる。
【００４９】
シール構造３０において、シールセグメント３１は、例えば、図１０（ｂ）に示すように、１／４円弧形状に４つに分割されて、回転軸１の周囲に環状に配置されている。なお、シールセグメント３１の分割数は、４分割に限られるものではなく、加工性、組立の容易性、メンテナンスの容易性等を考慮して、適宜分割数を増減してもよい。
【００５０】
各々のシールセグメント３１の内周面には、微細な金属製のワイヤを多数束ねたブラシ１２（ブラシシール）が溶接されており、その先端は、一定の角度を持って、回転軸１の外周面と接触している。ガスタービンの運転が開始して、回転軸１が回転すると、作動流体が高圧側Ｈから低圧側Ｌへ流れようとするが、高圧側Ｈと低圧側Ｌとの間が周方向にブラシ１２で仕切られているため、作動流体の流れが遮断されて両者間の気密性が保たれることになる。
【００５１】
このとき、従来は、コイルばねや板ばねを用いて、ブラシシールを回転軸に押し付けて、接触させていたが、その場合、前述したように、ばね特性は、ばね変位量に対して押付力が線形に変化するだけであり、運転状況（起動中／定格運転中）によってばね特性を変化させることはできなかった。
【００５２】
そのため、シール構造のばね特性としては、起動中（ガスタービンであれば、昇温中）はばね定数が弱く、定格運転中はばね定数が強いものが望ましい。
【００５３】
そこで、本実施例では、以下のような構成とすることで、運転状況に応じてばね特性を変化させたばね構造を用いるようにしている。
【００５４】
具体的には、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、シールセグメント３１の外周面とシール溝３の内周面３ｂとの間にばね構造を設けているが、このばね構造を、外周側から順に、コイルばね３２、中間ブロック３３及びコイルばね３４を直列に接続して構成すると共に、所定の条件下において、中間ブロック３３と接触して摩擦を生じさせる接触部３５をシール溝３の側面３ａに各々設けた構成としている。
【００５５】
より詳細には、停止中〜起動中（昇温時）は、中間ブロック３３と接触部３５との間に隙間を生じるようにして、中間ブロック３３と接触部３５が接触しないようにしている。この場合、中間ブロック３３は拘束されていないので、例えば、コイルばね３２とコイルばね３４のばね係数を共に「ｋ」とすると、ばね構造全体のばね係数は「１／２ｋ」となる。
【００５６】
一方、定格運転中は、昇温による中間ブロック３３、接触部３５の熱膨張により、停止中〜起動中に生じていた隙間を解消し、中間ブロック３３と接触部３５が接触するようにしている。この場合、摩擦により中間ブロック３３が拘束されるので、例えば、コイルばね３２とコイルばね３４のばね係数を共に「ｋ」とすると、コイルばね３４のみが機能し、ばね構造全体のばね係数は「ｋ」となる。
【００５７】
このようにして、シール構造３０のばね特性を、起動中（昇温中）はばね定数が弱く、定格運転中はばね定数が強いものとしている。この特性は、中間ブロック３３及び接触部３５の熱容量、線膨張係数を適宜に設定することにより、調整可能である。これにより、回転軸１の振れ、過渡時の熱伸び差、偏心等があっても、流体シールの性能を維持し、その結果、信頼性が向上し、タービン効率や圧縮効率が向上することになる。
【００５８】
なお、本実施例における接触部３５の中間ブロック３３との接触部分を、図１１に示すような形状としてもよい。具体的には、中間ブロック３３の変位する方向に沿って、非接触面３５ａ、接触面３５ｂを設けている。この場合、変位初期において、中間ブロック３３が非接触面３５ａの範囲に位置することで、接触部３５と接触することはない。一方、ある程度変位した場合、中間ブロック３３が接触面３５ｂの範囲に位置することで、接触部３５と接触し、中間ブロック３３を拘束するようになる。つまり、非接触面３５ａ、接触面３５ｂの位置や範囲を適宜に設定することにより、接触部３５による摩擦を効かせる領域を調整可能である。更に、変位が過大となる場合、接触部３５の外周側に設けたストッパ部３５ｃを用いて、中間ブロック３３がそれ以上移動しないように拘束してもよい。
【００５９】
なお、本実施例は、上述した実施例１〜実施例３のばね構造をコイルばね３４の部分に用いることで、変位量に対して非線形性を持たせると共に、運転状況に応じてばね特性を変化させる構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る回転軸のシール構造は、タービンや圧縮機等の回転機械における高圧側と低圧側とのシールに好適なものである。
【符号の説明】
【００６１】
３ シール溝
６、７ 突設部
１０、３０ シール構造
１１、３１ シールセグメント
１３、１５ 環状部材
１４、３２、３４ コイルばね
１５ ブラシシール
２１ 皿ネジ
３３ 中間ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各々の前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
皿ばねとコイルばねとを直列に接続してばね構造を構成すると共に、当該ばね構造を前記溝部の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間に配置して、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項２】
請求項１に記載の回転軸のシール構造において、
前記皿ばねを複数枚重ねることを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項３】
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
コの字断面の開口部分が前記溝部の内周面に接する環状の形状であり、前記開口部分が拡がるように弾性変形する環状部材を配置すると共に、当該環状部材の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間にコイルばねを接続してばね構造を構成して、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項４】
請求項３に記載の回転軸のシール構造において、
前記環状部材の両側面を、前記開口部分に向かって拡げた形状としたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の回転軸のシール構造において、
前記環状部材の前記開口部分が接する前記溝部の内周面を、前記環状部材の両側面が外側に向かって拡がるように傾斜させたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項６】
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
外周側から順に、コイルばね、中間ブロック及び他のコイルばねを直列に接続してばね構造を構成し、当該ばね構造を前記溝部の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間に配置すると共に、起動前及び起動中は前記中間ブロックとの間に間隙を有し、運転中は熱膨張により前記中間ブロックと接触する接触部を前記溝部の両側面に設け、起動前及び起動中は、コイルばね及び他のコイルばねにより、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにし、運転中は、他のコイルばねにより、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項１】
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各々の前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
皿ばねとコイルばねとを直列に接続してばね構造を構成すると共に、当該ばね構造を前記溝部の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間に配置して、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項２】
請求項１に記載の回転軸のシール構造において、
前記皿ばねを複数枚重ねることを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項３】
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
コの字断面の開口部分が前記溝部の内周面に接する環状の形状であり、前記開口部分が拡がるように弾性変形する環状部材を配置すると共に、当該環状部材の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間にコイルばねを接続してばね構造を構成して、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項４】
請求項３に記載の回転軸のシール構造において、
前記環状部材の両側面を、前記開口部分に向かって拡げた形状としたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の回転軸のシール構造において、
前記環状部材の前記開口部分が接する前記溝部の内周面を、前記環状部材の両側面が外側に向かって拡がるように傾斜させたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【請求項６】
回転軸周囲の筐体の内周側に環状に設けられた溝部と、
前記溝部に環状に配置された複数の円弧状のセグメントと、
各前記セグメントの内周側に設けられ、前記回転軸の外周面と接触するブラシとを有し、
前記ブラシにより前記回転軸をシールする回転軸のシール構造において、
外周側から順に、コイルばね、中間ブロック及び他のコイルばねを直列に接続してばね構造を構成し、当該ばね構造を前記溝部の内周面と各々の前記セグメントの外周面との間に配置すると共に、起動前及び起動中は前記中間ブロックとの間に間隙を有し、運転中は熱膨張により前記中間ブロックと接触する接触部を前記溝部の両側面に設け、起動前及び起動中は、コイルばね及び他のコイルばねにより、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにし、運転中は、他のコイルばねにより、前記セグメントを前記回転軸側へ押し付けるようにしたことを特徴とする回転軸のシール構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１８９１５８（Ｐ２０１２−１８９１５８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３８２３（Ｐ２０１１−５３８２３）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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