本發(fā)明涉及在蒸汽渦輪、燃氣輪機的旋轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)置，用于降低從高壓側(cè)向低壓側(cè)泄漏的流體的泄漏量的軸密封機構(gòu)。

背景技術(shù)：

以往，在蒸汽渦輪、燃氣輪機的旋轉(zhuǎn)軸周圍，以抑制驅(qū)動力的損失為目的而設(shè)置用于降低從高壓側(cè)向低壓側(cè)泄漏的流體的泄漏量的軸密封機構(gòu)。這樣的軸密封機構(gòu)成為將在旋轉(zhuǎn)軸方向上具有寬度尺寸的平板狀的薄板密封片沿著旋轉(zhuǎn)軸周向配置多層而成的環(huán)狀密封構(gòu)造。并且，薄板密封片的外周側(cè)基端部固定于環(huán)狀的密封殼體，另一方面，薄板密封片的內(nèi)周側(cè)前端部以規(guī)定的預(yù)壓與旋轉(zhuǎn)軸的外周面進行滑動接觸。由此，在軸密封機構(gòu)中，以在旋轉(zhuǎn)軸的徑向外側(cè)呈環(huán)狀地配置的多個薄板密封片為界，能夠?qū)⑿D(zhuǎn)軸的周圍空間分隔成高壓側(cè)區(qū)域與低壓側(cè)區(qū)域。

由此，在旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)停止時，薄板密封片的內(nèi)周側(cè)前端部以規(guī)定的預(yù)壓與旋轉(zhuǎn)軸的外周面接觸。另一方面，在旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，由于薄板密封片的上下表面間的壓力分布的因相對性的位置偏離產(chǎn)生的壓力差、由旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的流體的動壓效果，而薄板密封片撓曲，由此它們的內(nèi)周側(cè)前端部從旋轉(zhuǎn)軸的外周面上浮，成為非接觸。由此，防止薄板密封片、旋轉(zhuǎn)軸的磨損及發(fā)熱。需要說明的是，在薄板密封片中，將面向旋轉(zhuǎn)軸的面設(shè)為下表面，將該下表面的相反側(cè)的面設(shè)為上表面。

并且，作為這樣的以往的軸密封機構(gòu)，例如在專利文獻1中公開。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利申請公開第2012/0007318號說明書

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在此，當旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，流體在各薄板密封片間通過，因此該流體的壓力作用于各薄板密封片。然而，根據(jù)各薄板密封片的板厚尺寸的不均程度，在各薄板密封片間通過的流體的壓力變得不均一，作用于薄板密封片的上表面及下表面的壓力產(chǎn)生差異。

這樣，當作用在薄板密封片的上表面及下表面的流體的壓力產(chǎn)生差異時，如上所述，薄板密封片的內(nèi)周側(cè)前端部成為自由端，因此在該薄板密封片的前端側(cè)容易產(chǎn)生振動。尤其是即使在薄板密封片的前端側(cè)部分中，在成為流體從薄板密封片向低壓側(cè)區(qū)域穿過的部分的低壓側(cè)部分處，流體的流動成為渦流，因此容易產(chǎn)生大的振動，根據(jù)情況有時可能會使薄板密封片破損。

因此，本發(fā)明為了解決上述課題而做出，其目的在于提供一種通過實現(xiàn)在各薄板密封片間流動的流體的壓力的均一化，來消除作用在薄板密封片的上表面及下表面的流體的壓力差，能夠抑制薄板密封片的振動的軸密封機構(gòu)。

用于解決課題的方案

解決上述課題的第一發(fā)明的軸密封機構(gòu)通過設(shè)置于在固定部與旋轉(zhuǎn)軸之間形成的環(huán)狀空間內(nèi)，從而將所述環(huán)狀空間分隔成高壓側(cè)區(qū)域和低壓側(cè)區(qū)域，阻止在所述環(huán)狀空間內(nèi)從所述高壓側(cè)區(qū)域朝向所述低壓側(cè)區(qū)域而在旋轉(zhuǎn)軸方向上流動的流體，所述軸密封機構(gòu)的特征在于，具備：

環(huán)狀的密封殼體，設(shè)置在所述固定部的內(nèi)周部；

多個薄板密封片，外周側(cè)基端部固定于所述密封殼體，另一方面，內(nèi)周側(cè)前端部以與所述旋轉(zhuǎn)軸的外周面形成銳角的方式成為自由端，并且在旋轉(zhuǎn)軸方向上具有寬度尺寸，在旋轉(zhuǎn)軸周向上呈環(huán)狀地層疊；及

環(huán)狀的低壓側(cè)板，以在所述密封殼體和與所述低壓側(cè)區(qū)域相對的所述薄板密封片的低壓側(cè)側(cè)緣部之間在旋轉(zhuǎn)軸方向上形成間隙的方式，被夾持于所述低壓側(cè)側(cè)緣部與所述密封殼體之間，

所述薄板密封片具有導壓孔，所述導壓孔形成在比所述低壓側(cè)板的內(nèi)周側(cè)前端部更靠旋轉(zhuǎn)軸徑向內(nèi)側(cè)處，能夠使在所述薄板密封片的上表面?zhèn)攘鲃拥牧黧w及在所述薄板密封片的下表面?zhèn)攘鲃拥牧黧w流通。

解決上述課題的第二發(fā)明的軸密封機構(gòu)的特征在于，

所述導壓孔沿著所述薄板密封片的內(nèi)周側(cè)前端部形成。

解決上述課題的第三發(fā)明的軸密封機構(gòu)的特征在于，

所述導壓孔沿著所述低壓側(cè)側(cè)緣部形成。

解決上述課題的第四發(fā)明的軸密封機構(gòu)的特征在于，

使在沿著旋轉(zhuǎn)軸周向相鄰的所述薄板密封片上形成的所述導壓孔彼此的孔位置錯開。

解決上述課題的第五發(fā)明的軸密封機構(gòu)的特征在于，

將不具有所述導壓孔的薄板密封片在旋轉(zhuǎn)軸周向上斷續(xù)地配置。

發(fā)明效果

因此，根據(jù)本發(fā)明的軸密封機構(gòu)，僅在薄板密封片的成為振動發(fā)生區(qū)域的前端側(cè)形成導壓孔，實現(xiàn)在各薄板密封片間流動的流體的壓力的均一化，由此能夠消除作用于薄板密封片的上表面及下表面的流體的壓力差，因此能夠抑制薄板密封片的振動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的軸密封機構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明的軸密封機構(gòu)的軸向剖視圖。

圖3是將薄板密封片的支承構(gòu)造進行了分解的狀態(tài)的圖。

圖4是實施例1的軸密封機構(gòu)的薄板密封片的主視圖。

圖5是實施例2的軸密封機構(gòu)的薄板密封片的主視圖。

圖6是表示薄板密封片的排列形態(tài)的一例的圖。

圖7是表示薄板密封片的排列狀態(tài)的另一例的圖。

具體實施方式

關(guān)于本發(fā)明的軸密封機構(gòu)，使用附圖進行詳細說明。

實施例

如圖1所示，本發(fā)明的軸密封機構(gòu)11例如是適用于蒸汽渦輪、燃氣輪機的結(jié)構(gòu)，設(shè)置在環(huán)狀空間14內(nèi)，該環(huán)狀空間14形成在機室外殼或靜葉片等的固定部(靜止部)12與旋轉(zhuǎn)軸13之間。

具體而言，如圖1及圖2所示，成為軸密封機構(gòu)11的外殼的密封殼體21以沿著旋轉(zhuǎn)軸13的周向的方式呈環(huán)狀地設(shè)置在固定部12的內(nèi)周部。此外，在密封殼體21的內(nèi)周部形成有環(huán)狀槽21a，在該環(huán)狀槽21a內(nèi)，以沿著旋轉(zhuǎn)軸13的周向的方式配置多個薄板密封片22。

并且，薄板密封片22的外周側(cè)基端部22a固定在環(huán)狀槽21a內(nèi)，另一方面，薄板密封片22的內(nèi)周側(cè)前端部22b以規(guī)定的預(yù)壓與旋轉(zhuǎn)軸13的外周面進行滑動接觸。此時，薄板密封片22配置成使作為自由端的內(nèi)周側(cè)前端部22b相對于旋轉(zhuǎn)軸13的外周面而具有旋轉(zhuǎn)方向上的傾斜且與該外周面所成的角成為銳角。需要說明的是，在被傾斜支承的薄板密封片22中，將面向旋轉(zhuǎn)軸13的面設(shè)為下表面，將該下表面的相反側(cè)的面設(shè)為上表面。

即，在形成于固定部12與旋轉(zhuǎn)軸13之間的環(huán)狀空間14內(nèi)，蒸汽、燃燒氣體等流體g從高壓側(cè)朝向低壓側(cè)，沿著旋轉(zhuǎn)軸13的軸向流動。相對于此，軸密封機構(gòu)11成為將薄板密封片22沿著旋轉(zhuǎn)軸13的周向配置成多層的環(huán)狀密封構(gòu)造，以該配置成環(huán)狀的多個薄板密封片22為界，將環(huán)狀空間14分隔成作為流體流動方向上游側(cè)的高壓側(cè)區(qū)域和作為流體流動方向下游側(cè)的低壓側(cè)區(qū)域，由此減少從該高壓側(cè)區(qū)域向低壓側(cè)區(qū)域泄漏的流體g的泄漏量。

在此，如圖2及圖3所示，薄板密封片22為具有撓性的撓性材料且形成為沿著旋轉(zhuǎn)軸13的軸向具有寬度尺寸的平板狀。詳細而言，薄板密封片22呈基端側(cè)(外周側(cè)基端部22a)的板寬比前端側(cè)(內(nèi)周側(cè)前端部22b)的板寬寬幅的t字形，并且薄壁化成能夠發(fā)揮撓性的程度，沿著旋轉(zhuǎn)軸13的周向具有一定量的微小間隙而配置成環(huán)狀。

并且，薄板密封片22的基端側(cè)由用于保持薄板密封片22的環(huán)狀配置的左右一對保持器23、24以從板寬方向兩側(cè)包圍的方式夾持。此外，保持器23、24嵌入到密封殼體21的環(huán)狀槽21a內(nèi)。

另外，在薄板密封片22的高壓側(cè)及低壓側(cè)設(shè)有成為流體g的引導板的高壓側(cè)板25及低壓側(cè)板26。

具體而言，在薄板密封片22的與高壓側(cè)區(qū)域相對的左側(cè)部(位于圖2、3的紙面左側(cè)的側(cè)部)配置環(huán)狀的高壓側(cè)板25。該高壓側(cè)板25與薄板密封片22的和高壓側(cè)區(qū)域相對的高壓側(cè)側(cè)緣部22c相鄰地設(shè)置，且被夾持在該高壓側(cè)側(cè)緣部22c與保持器23之間。

此時，高壓側(cè)板25的內(nèi)周側(cè)前端部25a雖然延伸至環(huán)狀槽21a的開口緣部，但是未到達薄板密封片22的內(nèi)周側(cè)前端部22b。此外，在環(huán)狀槽21a的與高壓側(cè)區(qū)域相對的高壓側(cè)側(cè)面21b和高壓側(cè)板25之間，在旋轉(zhuǎn)軸13的軸向(流體流動方向、密封片板寬方向)上形成有一定量的高壓側(cè)間隙δh。

這樣，通過設(shè)置高壓側(cè)板25，薄板密封片22的內(nèi)周側(cè)前端部22b配置在比該高壓側(cè)板25的內(nèi)周側(cè)前端部25a更靠旋轉(zhuǎn)軸13的徑向內(nèi)側(cè)處，因此從高壓側(cè)區(qū)域流入的流體g從薄板密封片22的前端側(cè)流入。

另一方面，在薄板密封片22的與低壓側(cè)區(qū)域相對的右側(cè)部(位于圖2、3的紙面右側(cè)的側(cè)部)配置環(huán)狀的低壓側(cè)板26。該低壓側(cè)板26與薄板密封片22的和低壓側(cè)區(qū)域相對的低壓側(cè)側(cè)緣部22d相鄰地設(shè)置，且被夾持在該低壓側(cè)側(cè)緣部22d和保持器24及環(huán)狀槽21a的與低壓側(cè)區(qū)域相對的低壓側(cè)側(cè)面21c之間。

此時，低壓側(cè)板26的內(nèi)周側(cè)前端部26a未到達環(huán)狀槽21a的開口緣部及薄板密封片22的內(nèi)周側(cè)前端部22b，而配置在比高壓側(cè)板25的內(nèi)周側(cè)前端部25a更靠旋轉(zhuǎn)軸13的徑向外側(cè)處。即，低壓側(cè)板26的長度比高壓側(cè)板25的長度短。此外，在環(huán)狀槽21a的低壓側(cè)側(cè)面21c與低壓側(cè)側(cè)緣部22d之間，在旋轉(zhuǎn)軸13的軸向上形成有一定量的低壓側(cè)間隙δl。

這樣，通過設(shè)置低壓側(cè)板26而能夠在低壓側(cè)側(cè)面21c與低壓側(cè)側(cè)緣部22d之間形成低壓側(cè)間隙δl。并且，低壓側(cè)間隙δl由低壓側(cè)板26的板厚形成，因此通過調(diào)整該低壓側(cè)板26的板厚，能夠設(shè)定低壓側(cè)間隙δl的間隙量。

另外，根據(jù)高壓側(cè)間隙δh及低壓側(cè)間隙δl的間隙量，能夠設(shè)定形成在薄板密封片22的上表面及下表面的流體g的壓力分布。此外，根據(jù)高壓側(cè)間隙δh的間隙量與低壓側(cè)間隙δl的間隙量的大小關(guān)系，能夠設(shè)定薄板密封片22的上下表面間的壓力分布的由相對性的位置偏離產(chǎn)生的壓力差的大小(上浮力)。

需要說明的是，在本發(fā)明的軸密封機構(gòu)11中，使低壓側(cè)板26的內(nèi)周側(cè)前端部26a與旋轉(zhuǎn)軸13的外周面之間的徑向間隙量大于高壓側(cè)板25的內(nèi)周側(cè)前端部25a與旋轉(zhuǎn)軸13的外周面之間的徑向間隙量，由此得到穩(wěn)定的上浮力。

通過以上所述，在旋轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)停止時，薄板密封片22的內(nèi)周側(cè)前端部22b以規(guī)定的預(yù)壓與旋轉(zhuǎn)軸13的外周面接觸。另一方面，在旋轉(zhuǎn)軸13旋轉(zhuǎn)時，由于薄板密封片22的上下表面間的壓力分布的因相對性的位置偏離產(chǎn)生的壓力差、由旋轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的流體g的動壓效果，而上浮力作用于薄板密封片22。由此，薄板密封片22撓曲，它們的內(nèi)周側(cè)前端部22b從旋轉(zhuǎn)軸13的外周面上浮而成為非接觸，能防止旋轉(zhuǎn)軸13、薄板密封片22的磨損及發(fā)熱。與此同時，通過相對于旋轉(zhuǎn)軸13成為非接觸狀態(tài)的薄板密封片22，能降低從高壓側(cè)區(qū)域朝向低壓側(cè)區(qū)域流動的流體g的泄漏量。

在此，如圖4所示，在薄板密封片22形成有多個導壓孔31。這些導壓孔31在薄板密封片22中成為將上表面與下表面之間貫通的貫通孔，在比低壓側(cè)板26的內(nèi)周側(cè)前端部26a更靠旋轉(zhuǎn)軸13的徑向內(nèi)側(cè)處，且在旋轉(zhuǎn)軸13的軸向上沿著內(nèi)周側(cè)前端部22b排列。這樣，通過在薄板密封片22開設(shè)導壓孔31，能夠使在上表面?zhèn)攘鲃拥牧黧wg與在下表面?zhèn)攘鲃拥牧黧wg經(jīng)由該導壓孔31進行往來。即，將沿著上表面流動的流體g的壓力與沿著下表面流動的流體g的壓力進行比較，壓力高的流體g通過導壓孔31，向壓力低的流體g側(cè)流入，最終，雙方的壓力相等。由此，在各薄板密封片22間(各微小間隙)流動的流體g的壓力變得均一。

因此，通過在薄板密封片22上形成沿著其板厚方向貫通的導壓孔31，能夠使在各薄板密封片22間流動的流體g的壓力均一。由此，能夠消除作用在薄板密封片22的上表面及下表面的流體的壓力差，因此能夠抑制薄板密封片22的振動。此時，僅在薄板密封片22的成為振動發(fā)生區(qū)域的前端側(cè)形成導壓孔31，因此在上表面及下表面的比導壓孔31更靠旋轉(zhuǎn)軸13的徑向外側(cè)的部分，能夠得到適當?shù)膲毫Ψ植迹鳛楸“迕芊馄?2的整體，能夠穩(wěn)定地進行上浮。

另外，也可以如圖5所示地在薄板密封片22形成導壓孔31。這些導壓孔31在比低壓側(cè)板26的內(nèi)周側(cè)前端部26a更靠旋轉(zhuǎn)軸13的徑向內(nèi)側(cè)處，且在旋轉(zhuǎn)軸13的徑向上沿著低壓側(cè)側(cè)緣部22d排列。這樣，僅在薄板密封片22的振動變得最大的低壓側(cè)集中地形成導壓孔31，由此能夠有效地抑制薄板密封片22的振動。

需要說明的是，在將導壓孔31形成于薄板密封片22的情況下，在相鄰的薄板密封片22間，使分別形成的導壓孔31的孔位置錯開。在相鄰的薄板密封片22間，當導壓孔31的孔位置成為相同位置時，由于該孔位置成為相同位置的導壓孔21，而環(huán)狀導壓通路沿著旋轉(zhuǎn)軸13的周向形成，有時流體g在該環(huán)狀導壓通路內(nèi)猛力地流動。其結(jié)果是，有可能無法使在各薄板密封片22間流動的流體g的壓力均一。

具體而言，如圖6所示，在軸密封機構(gòu)11中，排列形成有導壓孔31a的薄板密封片22a與形成有導壓孔31b的薄板密封片22b，上述的薄板密封片22a、22b交替地配置。此時，導壓孔31a配置在內(nèi)周側(cè)前端部22b的中央部附近。另一方面，導壓孔31b配置在內(nèi)周側(cè)前端部22b的低壓側(cè)附近且比導壓孔31a更靠旋轉(zhuǎn)軸13的徑向外側(cè)處。即，導壓孔31a的孔位置與導壓孔31b的孔位置以避免孔開口部重疊的方式沿著旋轉(zhuǎn)軸13的軸向及周向錯開。而且，在使孔位置錯開的情況下，雖然也受導壓孔31a、31b的形狀、大小的影響，但是優(yōu)選以導壓孔31a、31b的大小的一半以上的間隔使孔位置錯開。

假設(shè)導壓孔31的孔位置全部為相同位置的情況下，例如在配置成環(huán)狀的多個薄板密封片22中，只要將未形成導壓孔31的薄板密封片22每隔一片地設(shè)置或者每隔多片地設(shè)置而斷續(xù)地配置即可。

具體而言，如圖7所示，在軸密封機構(gòu)11中，排列形成有導壓孔31a的薄板密封片22a與未形成導壓孔的薄板密封片22c，薄板密封片22c每隔3片薄板密封片22a地配置。由此，在沿著旋轉(zhuǎn)軸13的周向連續(xù)配置的3片薄板密封片22a中，導壓孔31a的孔位置成為相同位置，雖然形成有環(huán)狀導壓通路，但是作為環(huán)狀導壓通路較短。因此，即使流體g在該環(huán)狀導壓通路內(nèi)流動，該流動對于在各薄板密封片22a間流動的流體g的壓力的均一化也幾乎沒有影響。

此外，在將導壓孔31形成于薄板密封片22的情況下，如果適當調(diào)整數(shù)量、內(nèi)徑、孔位置、孔形狀等，則能夠?qū)τ诒“迕芊馄?2賦予穩(wěn)定的上浮力，并有效地抑制該薄板密封片22的振動。

工業(yè)實用性

在本發(fā)明的軸密封機構(gòu)中，能夠控制薄板密封片間的流體的流動方向而實現(xiàn)密封壽命的延長化，因此在渦輪的連續(xù)運轉(zhuǎn)中，能夠極其有益地利用。

標號說明

11軸密封機構(gòu)，12固定部，13旋轉(zhuǎn)軸，14環(huán)狀空間，21密封殼體，21a環(huán)狀槽，21b高壓側(cè)側(cè)面，21c低壓側(cè)側(cè)面，22、22a～22c薄板密封片，22a外周側(cè)基端部，22b內(nèi)周側(cè)基端部，22c高壓側(cè)側(cè)緣部，22d低壓側(cè)側(cè)緣部，23、24保持器，25高壓側(cè)板，25a內(nèi)周側(cè)前端部，26低壓側(cè)板，26a內(nèi)周側(cè)前端部，31、31a、31b導壓孔，g流體，δh高壓側(cè)間隙，δl低壓側(cè)間隙。