軸シール機構
【課題】各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保ち、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止すること。
【解決手段】薄板１２の側面と対向する低圧側側板１８の内壁面１８ｃが、前記低圧側側板１８の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板１２との隙間が漸次小さくなるようにして、回転軸の軸線方向と交差する方向に沿って形成されている。
【解決手段】薄板１２の側面と対向する低圧側側板１８の内壁面１８ｃが、前記低圧側側板１８の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板１２との隙間が漸次小さくなるようにして、回転軸の軸線方向と交差する方向に沿って形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン、蒸気タービン、圧縮機、ポンプなどの大型流体機械の回転軸等に用いて好適な軸シール機構に関するものである。また、流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるタービンに関し、特にその回転軸に適用される軸シール機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンや蒸気タービン等には、回転軸の軸周りに、高圧側から低圧側に漏れるガスの漏れ量を低減するための軸シール機構が設けられており、軸シール機構の一例としては、リーフシール（登録商標）なるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６１６０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、リーフシール（登録商標）の摩耗は、薄板（リーフ）の余圧量（半径方向内側、すなわち、回転軸側への押し込み量）、および薄板まわりの圧力分布の不良により発生する。
薄板の余圧量については、製造時および組立時に調整することができる。そのため、薄板の余圧量の不良による薄板の摩耗は、ほとんど発生しない。
一方、薄板まわりの圧力分布については、例えば、特許文献１の図１３に符号３１で示されている低圧側隙間により調整され、薄板まわりの圧力分布による薄板の摩耗の低減が図られている。
【０００５】
しかしながら、薄板２９と低圧側側板２６との間の隙間（低圧側隙間）３１は、リーフシール（登録商標）を構成する各部品（構成要素）の製作誤差、および組立誤差により、リーフシール（登録商標）が回転軸の軸線方向に対して傾き、その結果、所定の低圧側隙間３１が確保できなくなって、薄板まわりの圧力分布が崩れて、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗が増大してしまうといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる軸シール機構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】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る軸シール機構は、回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が漸次小さくなるようにして、前記回転軸の軸線方向と交差する方向に沿って形成されている。
【０００８】
本発明に係る軸シール機構によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板と低圧側側板との間に適正な隙間（低圧側隙間）が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる。
【０００９】
上記軸シール機構において、前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記薄板の内周先端部に向かって突出する丸みを帯びた湾曲面で接続されているとさらに好適である。
【００１０】
このような軸シール機構によれば、内壁面と内周面とで形成された角部がなくなり、内壁面と外壁面とが滑らかな湾曲面で接続されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、内壁面と内周面とで形成された角部に薄板が接触するのを回避することができ、当該角部により薄板が傷つけられるのを回避することができる。
【００１１】
上記軸シール機構において、前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向に沿って配列され、前記回転軸の軸線方向に沿って延びる連通穴を介して連通されているとさらに好適である。
【００１２】
このような軸シール機構によれば、内壁面の傾斜角度がさほど取れない（内壁面をあまり傾斜させることができない）等、内壁面を傾斜させるだけでは、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾き、薄板まわりに良好な圧力分布を形成させることができない場合でも、連通穴を介して低圧側側板の内壁面と、低圧側側板の外壁面とを連通させることにより、薄板まわりに良好な圧力分布を形成させることができる。
【００１３】
本発明に係る軸シール機構は、回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向および軸線方向に沿って前記低圧側側板の内周面に彫り込まれたスリットを介して連通されている。
【００１４】
本発明に係る軸シール機構によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、スリットを介して低圧側側板の内壁面と、低圧側側板の外壁面とが連通され、薄板まわりに良好な圧力分布が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる。
【００１５】
本発明に係る軸シール機構は、回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向に沿って配列され、前記回転軸の軸線方向に沿って延びる連通穴を介して連通されている。
【００１６】
本発明に係る軸シール機構によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、連通穴を介して低圧側側板の内壁面と、低圧側側板の外壁面とが連通され、薄板まわりに良好な圧力分布が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる。
【００１７】
本発明に係る軸シール機構は、回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、前記低圧側側板の内壁面の表面粗さが大きくなるように、前記低圧側側板の内壁面の表面が加工されている。
【００１８】
本発明に係る軸シール機構によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板と低圧側側板との間に適正な隙間（低圧側隙間）が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる。
【００１９】
本発明に係るタービンは、高温高圧の流体を、ケーシングに導き、該ケーシング内部に回転可能に支持された回転軸の動翼に吹き付けることで、前記流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生するタービンであって、上記いずれかの軸シール機構を備えている。
【００２０】
本発明に係るタービンによれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる軸シール機構を備えている。
これにより、長期間にわたってガス漏れ量を低減させることができ、ガスの漏れによる駆動力の損失を低減させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る軸シール機構をガスタービン（流体機械）に適用した一具体例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る軸シール機構の、ステータに対する組み込み構造を示す図であって、回転軸の軸線を含む断面より見た断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【図７】図６に示す低圧側側板の外壁面を回転軸の軸線方向に沿って見た図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る軸シール機構について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る軸シール機構をガスタービン（流体機械）に適用した一具体例を示す概略構成図、図２は本実施形態に係る軸シール機構の、ステータに対する組み込み構造を示す図であって、回転軸の軸線を含む断面より見た断面図、図３は図２の要部を拡大して示す図である。
【００２４】
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを備えている。
圧縮機２は、多量の空気をその内部に取り入れて圧縮するものである。通常、ガスタービン１では、後述する回転軸（ロータ）５で得られる動力の一部が、圧縮機２の動力として利用されている。
燃焼器３は、圧縮機２で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させるものである。
タービン４は、燃焼器３で発生させた燃焼ガスをその内部に導入して膨張させ、回転軸５に設けられた動翼６に吹き付けることで燃焼ガスの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるものである。
【００２５】
タービン４には、回転軸５の側に配置された複数の動翼６の他に、ステータ７の側に配置された複数の静翼（静止部）８が設けられており、これら動翼６と静翼８とが回転軸５の軸線方向に交互に配列されている。各動翼６は回転軸５の軸線方向に流れる燃焼ガスの圧力を受けて回転軸５を回転させ、回転軸５に与えられた回転エネルギーが軸端から取り出されて利用されるようになっている。各静翼８と回転軸５との間には、図２に示す環状空間を介して高圧側領域から低圧側領域に漏れる燃焼ガスの漏れ量を低減するための軸シール機構（「リーフシール（登録商標）」ともいう。）１０が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、本実施形態に係る軸シール機構１０は、回転軸５と静翼８との間に、回転軸５の周方向に沿って環状に配置されており、静翼８（図１参照）の内部に保持されたリーフシールハウジング（リーフシールリング）１１と、回転軸５の周方向に互いに隙間をあけて設けられた複数枚の薄板１２とを備えている。
【００２７】
薄板１２は、正面視Ｔ字状を呈する薄板状の部材であり、外周基端部１３がリーフシールハウジング１１内に固定され、内周先端部１４が回転軸５の周面５ａと鋭角をなし、かつ、回転軸５の軸線方向に沿って幅を有するようにして配置され、回転軸５の周面５ａに摺接される。また、薄板１２は、回転軸５の軸線方向に、板厚で決まる所定の剛性を有し、回転軸５の周方向に柔らかい可撓性を有している。
【００２８】
リーフシールハウジング１１は、複数枚の薄板１２を、高圧側および低圧側の両側から挟み込む環状の部材であり、高圧側に配置される高圧側ハウジング１５と、低圧側に配置される低圧側ハウジング１６とを備えた二分割構造とされている。
【００２９】
高圧側ハウジング１５には、回転軸５の周方向に沿うとともに、内周面１５ａから回転軸５の周面５ａに向かって突出する高圧側側板１７が、圧力作用方向のガイド板として設けられている。
また、低圧側ハウジング１６には、回転軸５の周方向に沿うとともに、内周面１６ａから回転軸５の周面５ａに向かって突出する低圧側側板１８が、圧力作用方向のガイド板として設けられている。
【００３０】
なお、図２中の符号１９は、薄板１２の高圧側領域に対向する一方の側縁と、高圧側ハウジング１５との間に挟み込まれて薄板１２の一方の側縁に接触する分割環状の高圧側プレートであり、図２中の符号２０は、薄板１２の低圧側領域に対向する他方の側縁と、低圧側ハウジング１６との間に挟み込まれて薄板１２の他方の側縁に接触する分割環状の低圧側プレートである。
【００３１】
図３に示すように、高圧側側板１７は、内壁面１７ａと、内周面１７ｂと、外壁面（傾斜面）１７ｃとにより形成されている。
内壁面１７ａは、回転軸５の周方向に沿うとともに、低圧側ハウジング１６の内壁面１６ｂと対向する高圧側ハウジング１５の内壁面１５ｂと同一平面を形成するようにして、回転軸５の軸線方向と直交する方向に沿って延びている。
内周面１７ｂは、回転軸５の周方向に沿うとともに、回転軸５の周面５ａと平行になるようにして、回転軸５の軸線方向に沿って延びている。
【００３２】
外壁面１７ｃは、回転軸５の周方向に沿うとともに、高圧側側板１７の先端（回転軸５の周面５ａと対向する側の端）から高圧側側板１７の基端（高圧側ハウジング１５に接続される側の端）に向かって、末広がりとなるように、すなわち、高圧側側板１７の板厚（図３において左右方向の長さ）が漸次厚く（大きく）なるようにして、回転軸５の軸線方向と交差する方向に沿って延びている。
また、内壁面１７ａと内周面１７ｂ、内周面１７ｂと外壁面１７ｃ、外壁面１７ｃと内周面１５ａは、それぞれ連続するようにして接続されている。
【００３３】
低圧側側板１８は、（第一の）内壁面１８ａと、（第一の）内周面１８ｂと、（第二の）内壁面（テーパ面：傾斜面）１８ｃと、（第二の）内周面１８ｄと、外壁面（傾斜面）１８ｅとにより形成されている。
内壁面１８ａは、回転軸５の周方向に沿うとともに、高圧側ハウジング１５の内壁面１５ｂと対向する低圧側ハウジング１６の内壁面１６ｂと同一平面を形成するようにして、回転軸５の軸線方向と直交する方向に沿って延びている。
内周面１８ｂは、回転軸５の周方向に沿うとともに、回転軸５の周面５ａと平行になるようにして、回転軸５の軸線方向に沿って延びている。
【００３４】
内壁面１８ｃは、回転軸５の周方向に沿うとともに、低圧側側板１８の先端（回転軸５の周面５ａと対向する側の端）から低圧側側板１８の基端側（内周面１８ｂに接続される側）に向かって、末広がりとなるように、すなわち、低圧側側板１８の板厚（図３において左右方向の長さ）が漸次厚く（大きく）なるように、言い換えれば、薄板１２との隙間が漸次小さくなるようにして、回転軸５の軸線方向と交差する方向に沿って延びている。
内周面１８ｄは、回転軸５の周方向に沿うとともに、回転軸５の周面５ａと平行になるようにして、回転軸５の軸線方向に沿って延びている。
【００３５】
外壁面１８ｅは、回転軸５の周方向に沿うとともに、低圧側側板１８の先端（回転軸５の周面５ａと対向する側の端）から低圧側側板１８の基端（低圧側ハウジング１６に接続される側の端）に向かって、末広がりとなるように、すなわち、低圧側側板１８の板厚（図３において左右方向の長さ）が漸次厚く（大きく）なるようにして、回転軸５の軸線方向と交差する方向に沿って延びている。
また、内壁面１８ａと内周面１８ｂ、内周面１８ｂと内壁面１８ｃ、内壁面１８ｃと内周面１８ｄ、内周面１８ｄと外壁面１８ｅは、それぞれ連続するようにして接続されており、内壁面１８ｃ、内周面１８ｄ、および外壁面１８ｅにより、断面視楔形状が形成されるようになっている。
【００３６】
本実施形態に係る軸シール機構１０によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２と低圧側側板１８との間に適正な隙間（低圧側隙間）が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る軸シール機構について、図４を参照しながら説明する。
図４は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【００３８】
図４に示すように、本実施形態に係る軸シール機構４０は、内周面１８ｄの代わりに、湾曲面（Ｒ曲）１８ｆが設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
湾曲面１８ｆは、薄板１２の内周先端部１４に向かって（一定の曲率で）突出する丸みを帯びた面である。これにより、内壁面１８ｃと内周面１８ｄとで形成された角部がなくなり、内壁面１８ｃと外壁面１８ｅとが滑らかに接続されることになる。
【００４０】
本実施形態に係る軸シール機構４０によれば、内壁面１８ｃと内周面１８ｄとで形成された角部がなくなり、内壁面１８ｃと外壁面１８ｅとが滑らかな湾曲面１８ｆで接続されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、内壁面１８ｃと内周面１８ｄとで形成された角部に薄板１２が接触するのを回避することができ、当該角部により薄板１２が傷つけられるのを回避することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４１】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係る軸シール機構について、図５を参照しながら説明する。
図５は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【００４２】
図５に示すように、本実施形態に係る軸シール機構５０は、内壁面１８ｃと外壁面１８ｅとを連通する連通穴（バランス穴）５１が、回転軸５の周方向および軸線方向に沿って複数個設けられているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図５は、本実施形態に係る連通穴５１を上述した第２実施形態に適用したものを示している。
【００４３】
本実施形態に係る軸シール機構５０によれば、内壁面１８ｃの傾斜角度がさほど取れない（内壁面１８ｃをあまり傾斜させることができない）等、内壁面１８ｃを傾斜させるだけでは、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾き、薄板１２まわりに良好な圧力分布を形成させることができない場合でも、連通穴５１を介して低圧側側板１８の内壁面１８ｃと、低圧側側板１８の外壁面１８ｅとを連通させることにより、薄板１２まわりに良好な圧力分布を形成させることができる。
その他の作用効果は、上述した第２実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４４】
〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態に係る軸シール機構について、図６および図７を参照しながら説明する。
図６は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図、図７は低圧側側板の外壁面を回転軸の軸線方向に沿って見た図である。
【００４５】
図６または図７に示すように、本実施形態に係る軸シール機構６０は、内壁面１８ｃの代わりに内壁面１８ｇが設けられ、内周面１８ｄにスリット６１が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
内壁面１８ｇは、回転軸５の周方向に沿うとともに、高圧側ハウジング１５の内壁面１５ｂと対向する低圧側ハウジング１６の内壁面１６ｂと平行をなすようにして、回転軸５の軸線方向と直交する方向に沿って延びている。
また、内周面１８ｂと内壁面１８ｇ、内壁面１８ｇと内周面１８ｄは、それぞれ連続するようにして接続されている。
【００４７】
スリット６１は、回転軸５の周方向および軸線方向に沿って、内周面１８ｄから内周面１８ｂに向かって彫り込まれるとともに、内壁面１８ｇと外壁面１８ｅとを連通するようにして内周面１８ｄに複数個設けられている。
【００４８】
本実施形態に係る軸シール機構６０によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、スリット６１を介して低圧側側板１８の内壁面１８ｃと、低圧側側板１８の外壁面１８ｅとが連通され、薄板１２まわりに良好な圧力分布が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる。
【００４９】
〔第５実施形態〕
本発明の第５実施形態に係る軸シール機構について、図８を参照しながら説明する。
図８は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【００５０】
図８に示すように、本実施形態に係る軸シール機構８０は、スリット６１の代わりに、内壁面１８ｇと外壁面１８ｅとを連通する連通穴（バランス穴）８１が、回転軸５の周方向および軸線方向に沿って複数個設けられているという点で上述した第４実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第４実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
本実施形態に係る軸シール機構８０によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、連通穴８１を介して低圧側側板１８の内壁面１８ｃと、低圧側側板１８の外壁面１８ｅとが連通され、薄板１２まわりに良好な圧力分布が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる。
【００５２】
〔第６実施形態〕
本発明の第６実施形態に係る軸シール機構について、図９を参照しながら説明する。
図９は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【００５３】
図９に示すように、本実施形態に係る軸シール機構９０は、スリット６１および連通穴８１の代わりに、内壁面１８ｇの表面粗さが大きくなるように内壁面１８ｇの表面が加工されているという点で上述した第４実施形態および第５実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態および第５実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第４実施形態および第５実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
本実施形態に係る軸シール機構９０によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２と低圧側側板１８との間に適正な隙間（低圧側隙間）が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる。
【００５５】
また、本発明に係るタービン４によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる軸シール機構１０，４０，５０，６０，８０，９０を備えている。
これにより、長期間にわたってガス漏れ量を低減させることができ、ガスの漏れによる駆動力の損失を低減させることができる。
【００５６】
なお、薄板１２と低圧側側板１８との間に形成される隙間、連通穴５１，８１の穴径および穴の数、スリット６１の大きさおよび数、内壁面１８ｇの表面粗さは、軸シール機構１０，４０，５０，６０，８０，９０を構成する各構成要素の製作誤差、および組立誤差を考慮した上で決定される。
【００５７】
また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
【符号の説明】
【００５８】
４ タービン
５ 回転軸
５ａ 周面
８ 静翼（静止部）
１０ 軸シール機構
１１ リーフシールハウジング
１２ 薄板
１３ 外周基端部
１４ 内周先端部
１７ 高圧側側板
１８ 低圧側側板
１８ｃ 内壁面
１８ｄ 内周面
１８ｅ 外壁面
１８ｆ 湾曲面
１８ｇ 内周面
４０ 軸シール機構
５０ 軸シール機構
５１ 連通穴
６０ 軸シール機構
６１ スリット
８０ 軸シール機構
８１ 連通穴
９０ 軸シール機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン、蒸気タービン、圧縮機、ポンプなどの大型流体機械の回転軸等に用いて好適な軸シール機構に関するものである。また、流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるタービンに関し、特にその回転軸に適用される軸シール機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンや蒸気タービン等には、回転軸の軸周りに、高圧側から低圧側に漏れるガスの漏れ量を低減するための軸シール機構が設けられており、軸シール機構の一例としては、リーフシール（登録商標）なるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６１６０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、リーフシール（登録商標）の摩耗は、薄板（リーフ）の余圧量（半径方向内側、すなわち、回転軸側への押し込み量）、および薄板まわりの圧力分布の不良により発生する。
薄板の余圧量については、製造時および組立時に調整することができる。そのため、薄板の余圧量の不良による薄板の摩耗は、ほとんど発生しない。
一方、薄板まわりの圧力分布については、例えば、特許文献１の図１３に符号３１で示されている低圧側隙間により調整され、薄板まわりの圧力分布による薄板の摩耗の低減が図られている。
【０００５】
しかしながら、薄板２９と低圧側側板２６との間の隙間（低圧側隙間）３１は、リーフシール（登録商標）を構成する各部品（構成要素）の製作誤差、および組立誤差により、リーフシール（登録商標）が回転軸の軸線方向に対して傾き、その結果、所定の低圧側隙間３１が確保できなくなって、薄板まわりの圧力分布が崩れて、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗が増大してしまうといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる軸シール機構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】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る軸シール機構は、回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が漸次小さくなるようにして、前記回転軸の軸線方向と交差する方向に沿って形成されている。
【０００８】
本発明に係る軸シール機構によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板と低圧側側板との間に適正な隙間（低圧側隙間）が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる。
【０００９】
上記軸シール機構において、前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記薄板の内周先端部に向かって突出する丸みを帯びた湾曲面で接続されているとさらに好適である。
【００１０】
このような軸シール機構によれば、内壁面と内周面とで形成された角部がなくなり、内壁面と外壁面とが滑らかな湾曲面で接続されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、内壁面と内周面とで形成された角部に薄板が接触するのを回避することができ、当該角部により薄板が傷つけられるのを回避することができる。
【００１１】
上記軸シール機構において、前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向に沿って配列され、前記回転軸の軸線方向に沿って延びる連通穴を介して連通されているとさらに好適である。
【００１２】
このような軸シール機構によれば、内壁面の傾斜角度がさほど取れない（内壁面をあまり傾斜させることができない）等、内壁面を傾斜させるだけでは、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾き、薄板まわりに良好な圧力分布を形成させることができない場合でも、連通穴を介して低圧側側板の内壁面と、低圧側側板の外壁面とを連通させることにより、薄板まわりに良好な圧力分布を形成させることができる。
【００１３】
本発明に係る軸シール機構は、回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向および軸線方向に沿って前記低圧側側板の内周面に彫り込まれたスリットを介して連通されている。
【００１４】
本発明に係る軸シール機構によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、スリットを介して低圧側側板の内壁面と、低圧側側板の外壁面とが連通され、薄板まわりに良好な圧力分布が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる。
【００１５】
本発明に係る軸シール機構は、回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向に沿って配列され、前記回転軸の軸線方向に沿って延びる連通穴を介して連通されている。
【００１６】
本発明に係る軸シール機構によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、連通穴を介して低圧側側板の内壁面と、低圧側側板の外壁面とが連通され、薄板まわりに良好な圧力分布が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる。
【００１７】
本発明に係る軸シール機構は、回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、前記低圧側側板の内壁面の表面粗さが大きくなるように、前記低圧側側板の内壁面の表面が加工されている。
【００１８】
本発明に係る軸シール機構によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板と低圧側側板との間に適正な隙間（低圧側隙間）が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる。
【００１９】
本発明に係るタービンは、高温高圧の流体を、ケーシングに導き、該ケーシング内部に回転可能に支持された回転軸の動翼に吹き付けることで、前記流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生するタービンであって、上記いずれかの軸シール機構を備えている。
【００２０】
本発明に係るタービンによれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができる軸シール機構を備えている。
これにより、長期間にわたってガス漏れ量を低減させることができ、ガスの漏れによる駆動力の損失を低減させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板まわりの圧力分布の不良による薄板の摩耗を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る軸シール機構をガスタービン（流体機械）に適用した一具体例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る軸シール機構の、ステータに対する組み込み構造を示す図であって、回転軸の軸線を含む断面より見た断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【図７】図６に示す低圧側側板の外壁面を回転軸の軸線方向に沿って見た図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る軸シール機構について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る軸シール機構をガスタービン（流体機械）に適用した一具体例を示す概略構成図、図２は本実施形態に係る軸シール機構の、ステータに対する組み込み構造を示す図であって、回転軸の軸線を含む断面より見た断面図、図３は図２の要部を拡大して示す図である。
【００２４】
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを備えている。
圧縮機２は、多量の空気をその内部に取り入れて圧縮するものである。通常、ガスタービン１では、後述する回転軸（ロータ）５で得られる動力の一部が、圧縮機２の動力として利用されている。
燃焼器３は、圧縮機２で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させるものである。
タービン４は、燃焼器３で発生させた燃焼ガスをその内部に導入して膨張させ、回転軸５に設けられた動翼６に吹き付けることで燃焼ガスの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるものである。
【００２５】
タービン４には、回転軸５の側に配置された複数の動翼６の他に、ステータ７の側に配置された複数の静翼（静止部）８が設けられており、これら動翼６と静翼８とが回転軸５の軸線方向に交互に配列されている。各動翼６は回転軸５の軸線方向に流れる燃焼ガスの圧力を受けて回転軸５を回転させ、回転軸５に与えられた回転エネルギーが軸端から取り出されて利用されるようになっている。各静翼８と回転軸５との間には、図２に示す環状空間を介して高圧側領域から低圧側領域に漏れる燃焼ガスの漏れ量を低減するための軸シール機構（「リーフシール（登録商標）」ともいう。）１０が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、本実施形態に係る軸シール機構１０は、回転軸５と静翼８との間に、回転軸５の周方向に沿って環状に配置されており、静翼８（図１参照）の内部に保持されたリーフシールハウジング（リーフシールリング）１１と、回転軸５の周方向に互いに隙間をあけて設けられた複数枚の薄板１２とを備えている。
【００２７】
薄板１２は、正面視Ｔ字状を呈する薄板状の部材であり、外周基端部１３がリーフシールハウジング１１内に固定され、内周先端部１４が回転軸５の周面５ａと鋭角をなし、かつ、回転軸５の軸線方向に沿って幅を有するようにして配置され、回転軸５の周面５ａに摺接される。また、薄板１２は、回転軸５の軸線方向に、板厚で決まる所定の剛性を有し、回転軸５の周方向に柔らかい可撓性を有している。
【００２８】
リーフシールハウジング１１は、複数枚の薄板１２を、高圧側および低圧側の両側から挟み込む環状の部材であり、高圧側に配置される高圧側ハウジング１５と、低圧側に配置される低圧側ハウジング１６とを備えた二分割構造とされている。
【００２９】
高圧側ハウジング１５には、回転軸５の周方向に沿うとともに、内周面１５ａから回転軸５の周面５ａに向かって突出する高圧側側板１７が、圧力作用方向のガイド板として設けられている。
また、低圧側ハウジング１６には、回転軸５の周方向に沿うとともに、内周面１６ａから回転軸５の周面５ａに向かって突出する低圧側側板１８が、圧力作用方向のガイド板として設けられている。
【００３０】
なお、図２中の符号１９は、薄板１２の高圧側領域に対向する一方の側縁と、高圧側ハウジング１５との間に挟み込まれて薄板１２の一方の側縁に接触する分割環状の高圧側プレートであり、図２中の符号２０は、薄板１２の低圧側領域に対向する他方の側縁と、低圧側ハウジング１６との間に挟み込まれて薄板１２の他方の側縁に接触する分割環状の低圧側プレートである。
【００３１】
図３に示すように、高圧側側板１７は、内壁面１７ａと、内周面１７ｂと、外壁面（傾斜面）１７ｃとにより形成されている。
内壁面１７ａは、回転軸５の周方向に沿うとともに、低圧側ハウジング１６の内壁面１６ｂと対向する高圧側ハウジング１５の内壁面１５ｂと同一平面を形成するようにして、回転軸５の軸線方向と直交する方向に沿って延びている。
内周面１７ｂは、回転軸５の周方向に沿うとともに、回転軸５の周面５ａと平行になるようにして、回転軸５の軸線方向に沿って延びている。
【００３２】
外壁面１７ｃは、回転軸５の周方向に沿うとともに、高圧側側板１７の先端（回転軸５の周面５ａと対向する側の端）から高圧側側板１７の基端（高圧側ハウジング１５に接続される側の端）に向かって、末広がりとなるように、すなわち、高圧側側板１７の板厚（図３において左右方向の長さ）が漸次厚く（大きく）なるようにして、回転軸５の軸線方向と交差する方向に沿って延びている。
また、内壁面１７ａと内周面１７ｂ、内周面１７ｂと外壁面１７ｃ、外壁面１７ｃと内周面１５ａは、それぞれ連続するようにして接続されている。
【００３３】
低圧側側板１８は、（第一の）内壁面１８ａと、（第一の）内周面１８ｂと、（第二の）内壁面（テーパ面：傾斜面）１８ｃと、（第二の）内周面１８ｄと、外壁面（傾斜面）１８ｅとにより形成されている。
内壁面１８ａは、回転軸５の周方向に沿うとともに、高圧側ハウジング１５の内壁面１５ｂと対向する低圧側ハウジング１６の内壁面１６ｂと同一平面を形成するようにして、回転軸５の軸線方向と直交する方向に沿って延びている。
内周面１８ｂは、回転軸５の周方向に沿うとともに、回転軸５の周面５ａと平行になるようにして、回転軸５の軸線方向に沿って延びている。
【００３４】
内壁面１８ｃは、回転軸５の周方向に沿うとともに、低圧側側板１８の先端（回転軸５の周面５ａと対向する側の端）から低圧側側板１８の基端側（内周面１８ｂに接続される側）に向かって、末広がりとなるように、すなわち、低圧側側板１８の板厚（図３において左右方向の長さ）が漸次厚く（大きく）なるように、言い換えれば、薄板１２との隙間が漸次小さくなるようにして、回転軸５の軸線方向と交差する方向に沿って延びている。
内周面１８ｄは、回転軸５の周方向に沿うとともに、回転軸５の周面５ａと平行になるようにして、回転軸５の軸線方向に沿って延びている。
【００３５】
外壁面１８ｅは、回転軸５の周方向に沿うとともに、低圧側側板１８の先端（回転軸５の周面５ａと対向する側の端）から低圧側側板１８の基端（低圧側ハウジング１６に接続される側の端）に向かって、末広がりとなるように、すなわち、低圧側側板１８の板厚（図３において左右方向の長さ）が漸次厚く（大きく）なるようにして、回転軸５の軸線方向と交差する方向に沿って延びている。
また、内壁面１８ａと内周面１８ｂ、内周面１８ｂと内壁面１８ｃ、内壁面１８ｃと内周面１８ｄ、内周面１８ｄと外壁面１８ｅは、それぞれ連続するようにして接続されており、内壁面１８ｃ、内周面１８ｄ、および外壁面１８ｅにより、断面視楔形状が形成されるようになっている。
【００３６】
本実施形態に係る軸シール機構１０によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２と低圧側側板１８との間に適正な隙間（低圧側隙間）が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る軸シール機構について、図４を参照しながら説明する。
図４は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【００３８】
図４に示すように、本実施形態に係る軸シール機構４０は、内周面１８ｄの代わりに、湾曲面（Ｒ曲）１８ｆが設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
湾曲面１８ｆは、薄板１２の内周先端部１４に向かって（一定の曲率で）突出する丸みを帯びた面である。これにより、内壁面１８ｃと内周面１８ｄとで形成された角部がなくなり、内壁面１８ｃと外壁面１８ｅとが滑らかに接続されることになる。
【００４０】
本実施形態に係る軸シール機構４０によれば、内壁面１８ｃと内周面１８ｄとで形成された角部がなくなり、内壁面１８ｃと外壁面１８ｅとが滑らかな湾曲面１８ｆで接続されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、内壁面１８ｃと内周面１８ｄとで形成された角部に薄板１２が接触するのを回避することができ、当該角部により薄板１２が傷つけられるのを回避することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４１】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係る軸シール機構について、図５を参照しながら説明する。
図５は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【００４２】
図５に示すように、本実施形態に係る軸シール機構５０は、内壁面１８ｃと外壁面１８ｅとを連通する連通穴（バランス穴）５１が、回転軸５の周方向および軸線方向に沿って複数個設けられているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図５は、本実施形態に係る連通穴５１を上述した第２実施形態に適用したものを示している。
【００４３】
本実施形態に係る軸シール機構５０によれば、内壁面１８ｃの傾斜角度がさほど取れない（内壁面１８ｃをあまり傾斜させることができない）等、内壁面１８ｃを傾斜させるだけでは、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾き、薄板１２まわりに良好な圧力分布を形成させることができない場合でも、連通穴５１を介して低圧側側板１８の内壁面１８ｃと、低圧側側板１８の外壁面１８ｅとを連通させることにより、薄板１２まわりに良好な圧力分布を形成させることができる。
その他の作用効果は、上述した第２実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００４４】
〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態に係る軸シール機構について、図６および図７を参照しながら説明する。
図６は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図、図７は低圧側側板の外壁面を回転軸の軸線方向に沿って見た図である。
【００４５】
図６または図７に示すように、本実施形態に係る軸シール機構６０は、内壁面１８ｃの代わりに内壁面１８ｇが設けられ、内周面１８ｄにスリット６１が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
内壁面１８ｇは、回転軸５の周方向に沿うとともに、高圧側ハウジング１５の内壁面１５ｂと対向する低圧側ハウジング１６の内壁面１６ｂと平行をなすようにして、回転軸５の軸線方向と直交する方向に沿って延びている。
また、内周面１８ｂと内壁面１８ｇ、内壁面１８ｇと内周面１８ｄは、それぞれ連続するようにして接続されている。
【００４７】
スリット６１は、回転軸５の周方向および軸線方向に沿って、内周面１８ｄから内周面１８ｂに向かって彫り込まれるとともに、内壁面１８ｇと外壁面１８ｅとを連通するようにして内周面１８ｄに複数個設けられている。
【００４８】
本実施形態に係る軸シール機構６０によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、スリット６１を介して低圧側側板１８の内壁面１８ｃと、低圧側側板１８の外壁面１８ｅとが連通され、薄板１２まわりに良好な圧力分布が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる。
【００４９】
〔第５実施形態〕
本発明の第５実施形態に係る軸シール機構について、図８を参照しながら説明する。
図８は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【００５０】
図８に示すように、本実施形態に係る軸シール機構８０は、スリット６１の代わりに、内壁面１８ｇと外壁面１８ｅとを連通する連通穴（バランス穴）８１が、回転軸５の周方向および軸線方向に沿って複数個設けられているという点で上述した第４実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第４実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
本実施形態に係る軸シール機構８０によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、連通穴８１を介して低圧側側板１８の内壁面１８ｃと、低圧側側板１８の外壁面１８ｅとが連通され、薄板１２まわりに良好な圧力分布が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる。
【００５２】
〔第６実施形態〕
本発明の第６実施形態に係る軸シール機構について、図９を参照しながら説明する。
図９は本実施形態に係る軸シール機構の要部を拡大して示す断面図であって、図２と同様の図である。
【００５３】
図９に示すように、本実施形態に係る軸シール機構９０は、スリット６１および連通穴８１の代わりに、内壁面１８ｇの表面粗さが大きくなるように内壁面１８ｇの表面が加工されているという点で上述した第４実施形態および第５実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態および第５実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第４実施形態および第５実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
本実施形態に係る軸シール機構９０によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２と低圧側側板１８との間に適正な隙間（低圧側隙間）が形成されることになる。
これにより、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる。
【００５５】
また、本発明に係るタービン４によれば、各構成要素の製作誤差、および組立誤差により、回転軸５の軸線方向に対して傾いたとしても、薄板１２まわりの圧力分布を良好な状態に保つことができ、薄板１２まわりの圧力分布の不良による薄板１２の摩耗を防止することができる軸シール機構１０，４０，５０，６０，８０，９０を備えている。
これにより、長期間にわたってガス漏れ量を低減させることができ、ガスの漏れによる駆動力の損失を低減させることができる。
【００５６】
なお、薄板１２と低圧側側板１８との間に形成される隙間、連通穴５１，８１の穴径および穴の数、スリット６１の大きさおよび数、内壁面１８ｇの表面粗さは、軸シール機構１０，４０，５０，６０，８０，９０を構成する各構成要素の製作誤差、および組立誤差を考慮した上で決定される。
【００５７】
また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
【符号の説明】
【００５８】
４ タービン
５ 回転軸
５ａ 周面
８ 静翼（静止部）
１０ 軸シール機構
１１ リーフシールハウジング
１２ 薄板
１３ 外周基端部
１４ 内周先端部
１７ 高圧側側板
１８ 低圧側側板
１８ｃ 内壁面
１８ｄ 内周面
１８ｅ 外壁面
１８ｆ 湾曲面
１８ｇ 内周面
４０ 軸シール機構
５０ 軸シール機構
５１ 連通穴
６０ 軸シール機構
６１ スリット
８０ 軸シール機構
８１ 連通穴
９０ 軸シール機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、
前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、
前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、
前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、
前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が漸次小さくなるようにして、前記回転軸の軸線方向と交差する方向に沿って形成されていることを特徴とする軸シール機構。
【請求項２】
前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記薄板の内周先端部に向かって突出する丸みを帯びた湾曲面で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の軸シール機構。
【請求項３】
前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向に沿って配列され、前記回転軸の軸線方向に沿って延びる連通穴を介して連通されていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸シール機構。
【請求項４】
回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、
前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、
前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、
前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、
前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、
前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、
前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向および軸線方向に沿って前記低圧側側板の内周面に彫り込まれたスリットを介して連通されていることを特徴とする軸シール機構。
【請求項５】
回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、
前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、
前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、
前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、
前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、
前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、
前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向に沿って配列され、前記回転軸の軸線方向に沿って延びる連通穴を介して連通されていることを特徴とする軸シール機構。
【請求項６】
回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、
前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、
前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、
前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、
前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、
前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、
前記低圧側側板の内壁面の表面粗さが大きくなるように、前記低圧側側板の内壁面の表面が加工されていることを特徴とする軸シール機構。
【請求項７】
高温高圧の流体を、ケーシングに導き、該ケーシング内部に回転可能に支持された回転軸の動翼に吹き付けることで、前記流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生するタービンであって、
請求項１から６のいずれか一項に記載の軸シール機構を備えていることを特徴とするタービン。
【請求項１】
回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、
前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、
前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、
前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、
前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が漸次小さくなるようにして、前記回転軸の軸線方向と交差する方向に沿って形成されていることを特徴とする軸シール機構。
【請求項２】
前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記薄板の内周先端部に向かって突出する丸みを帯びた湾曲面で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の軸シール機構。
【請求項３】
前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向に沿って配列され、前記回転軸の軸線方向に沿って延びる連通穴を介して連通されていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸シール機構。
【請求項４】
回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、
前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、
前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、
前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、
前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、
前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、
前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向および軸線方向に沿って前記低圧側側板の内周面に彫り込まれたスリットを介して連通されていることを特徴とする軸シール機構。
【請求項５】
回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、
前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、
前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、
前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、
前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、
前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、
前記低圧側側板の内壁面と、前記低圧側側板の外壁面とが、前記回転軸の周方向に沿って配列され、前記回転軸の軸線方向に沿って延びる連通穴を介して連通されていることを特徴とする軸シール機構。
【請求項６】
回転軸と静止部との間の環状空間を通って、前記回転軸の軸線方向に流れる流体を阻止する軸シール機構であって、
前記静止部の内部に保持されたリーフシールハウジングと、
前記回転軸の周方向に互いに隙間をあけて設けられ、外周基端部が前記リーフシールハウジング内に固定され、内周先端部が前記回転軸の周面と鋭角をなし、かつ、前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板と、
前記複数の薄板を間に挟み込み、前記リーフシールハウジングの低圧側および高圧側にそれぞれ設けられた低圧側側板および高圧側側板と、を備え、
前記薄板の側面と対向する前記低圧側側板の内壁面が、前記低圧側側板の半径方向内側から半径方向外側に向かって、前記薄板との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向と直交する方向に沿って形成され、
前記回転軸の周面と対向する前記低圧側側板の内周面が、前記回転軸の周面との隙間が一定になるようにして、前記回転軸の軸線方向に沿って形成されているとともに、
前記低圧側側板の内壁面の表面粗さが大きくなるように、前記低圧側側板の内壁面の表面が加工されていることを特徴とする軸シール機構。
【請求項７】
高温高圧の流体を、ケーシングに導き、該ケーシング内部に回転可能に支持された回転軸の動翼に吹き付けることで、前記流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生するタービンであって、
請求項１から６のいずれか一項に記載の軸シール機構を備えていることを特徴とするタービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７７４２０（Ｐ２０１２−１７７４２０Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０３７２（Ｐ２０１１−４０３７２）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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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