CN105723132A - 轴封装置以及具备该轴封装置的旋转机械 - Google Patents

Abstract

轴封装置(100)具备：形成环状凹部(61)且固定于定子的壳体(60)；径向外侧的部分被收纳于环状凹部(61)的密封体(20)；以及沿着密封体(20)的高压区域侧(Hs)配置的高压侧密封板(40)。在壳体(60)、高压侧密封板(40)以及密封体(20)中的一个构件上，形成有在低压区域侧(Ls)比高压区域侧(Hs)压力高的非稳定时供低压区域侧(Ls)的流体穿过密封体(20)而流入的流入槽(66)。在壳体(60)上形成有使流入槽(66)与高压区域侧(Hs)的空间连通的连通路(69)。

Description

轴封装置以及具备该轴封装置的旋转机械

技术领域

本发明涉及抑制流体在旋转轴的轴向上的流动的轴封装置以及具备该轴封装置的旋转机械。

背景技术

为了减少从高压侧向低压侧流动的工作流体的泄露量，绕燃气轮机、汽轮机等旋转机械的旋转轴设有轴封装置。作为该轴封装置的一例，例如具有以下的专利文献1所记载的轴封装置。

该轴封装置具备由多个薄板密封片构成的密封体。在该轴封装置中，多个薄板密封片以各自的厚度方向朝向旋转轴的周向的方式沿周向层叠。各薄板密封片倾斜配置，使得其径向内侧端位于比其径向外侧端靠旋转轴的旋转方向侧的位置。

该轴封装置中的各薄板密封片的径向内侧端是自由端。该自由端在旋转轴静止时与旋转轴接触。然而，在旋转轴旋转时，通过因旋转轴的旋转而产生的动压效果，在各薄板密封片的自由端侧产生使其从旋转轴的外周面上浮的上浮力。另外，在该轴封装置中，在工作流体从旋转轴延伸的轴向的一方侧即高压区域向低压区域而在各薄板密封片的相互之间流动的过程中，该工作流体向低压区域侧流动，并且向离开旋转轴的一侧也就是径向外侧流动。因此，通过该流动，形成使各薄板密封片上浮的压力分布，在各薄板密封片的自由端侧产生上浮力。

如此，在旋转轴旋转时，各薄板密封片的自由端从旋转轴上浮而成为非接触状态。因此，在该轴封装置中，各薄板密封片的磨损得以抑制，密封寿命变长。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3616016号公报

在现有的轴封装置中，为了使各薄板密封片的自由端从旋转轴上浮，需要使工作流体在旋转轴的轴向上从高压区域流向低压区域的流动为恒定的方向。然而，在旋转机械之中，工作流体在旋转轴的轴向上的流动方向有时发生变化。在此，在以下的说明中，将用于使各薄板密封片的自由端上浮的工作流体的流动设为稳定时流动，将与稳定时流动相反的方向上的流动设为非稳定时流动。

在以使工作流体的流动成为稳定时流动方向的方式设置的现有的轴封装置中，在低压区域的压力与高压区域的压力反转时，工作流体成为非稳定时流动方向。此时，在各薄板密封片的相互之间流动的工作流体朝向靠近旋转轴的一侧也就是径向内侧流动。若成为这样的状态，则现有的轴封装置成为将各薄板密封片向旋转轴侧按压的压力分布，有时无法使各薄板密封片的自由端从旋转轴上浮。

因而，在现有的轴封装置中存在如下课题：若工作流体在旋转轴的轴向上的流动方向发生变化，则构成密封体的各薄板密封片的自由端无法从旋转轴上浮，密封体与旋转轴接触，由此发生磨损，密封寿命缩短。另外，如上所述，还存在当密封体发生磨损时、稳定时流动方向上的密封性能降低这样的课题。

发明内容

对此，本发明的目的在于提供一种轴封装置、以及具备该轴封装置的旋转机械，即使工作流体在旋转轴的轴向上的流动方向发生变化也能够防止密封体与旋转轴的接触所造成的密封体的磨损，并且延长密封寿命。

作为用于解决所述课题的发明的第一方案的轴封装置，将旋转轴与覆盖所述旋转轴的外周侧的定子之间的环状空间在所述旋转轴延伸的轴向上分为低压区域侧与高压区域侧，其中，所述轴封装置具备：壳体，其形成有以所述旋转轴为中心而沿周向延伸的环状凹部，且被固定于所述定子；密封体，其配置在所述旋转轴的外周上，所述密封体的所述旋转轴的径向外侧的部分被收纳于所述壳体的所述环状凹部；以及高压侧密封板，其厚度方向朝向所述轴向，且在所述壳体的所述环状凹部内沿着所述密封体的所述高压区域侧配置，在所述密封体、所述壳体与所述高压侧密封板中的任一构件的所述径向外侧，形成有供所述低压区域侧的流体能够穿过所述密封体中的一部分而流入的流入槽，在所述壳体与所述高压侧密封板中的一方的构件上形成有使所述流入槽与所述高压区域侧的空间连通的连通路。

在低压区域侧比高压区域侧压力高的非稳定时，低压区域侧的流体穿过密封体中，向低压的高压区域侧的空间流入。在该轴封装置中，在密封体、壳体与高压侧密封板中的任一构件的径向外侧形成有流入槽。因此，在非稳定时低压区域侧的流体穿过密封体中的过程，一部分的流体向流入槽流入。流入至流入槽的流体经由连通路而向低压的高压区域侧的空间流入。

因此，在该轴封装置中，在非稳定时低压区域侧的流体穿过密封体中的过程，一部分流体成为具有朝向径向外侧成分的流动。在该轴封装置中，在非稳定时通过该流动在密封体的径向内侧产生上浮力。因此，密封体的径向内侧端从旋转轴上浮。

需要说明的是，所述密封体也可以具有呈薄板状的多个薄板密封片，多个所述薄板密封片以厚度方向朝向所述周向的方式沿所述周向层叠，多个所述薄板密封片中的径向内侧端成为自由端，所述径向外侧的部分相互连结。

作为用于解决所述课题的发明的第二方案的轴封装置，在作为所述第一方案的轴封装置的基础上，具备阻塞件，该阻塞件通过所述高压区域侧的相对于所述低压区域侧的压力的相对压力变化而进行位移，在所述低压区域侧比所述高压区域侧压力高的非稳定时，打开从所述密封体经由所述流入槽以及所述连通路而到达所述高压区域侧的空间的非稳定时流路，在所述高压区域侧比所述低压区域侧压力高的稳定时，堵塞所述非稳定时流路的一部分。

在稳定时，高压区域侧的流体穿过密封体中而流入低压区域侧的空间。假如在稳定时非稳定时流路的一部分没有被堵塞，则高压区域侧的流体的一部分经由该非稳定时流路向低压区域侧的空间流入。此时，在非稳定时流路中的密封体中，高压区域侧的流体朝向低压区域侧并且也朝向径向内侧流动。该流动相对于各薄板密封片的径向内侧作为沉降力发挥作用。

对此，在该轴封装置中，在稳定时通过阻塞件来堵塞非稳定时流路的一部分，抑制向密封体的径向内侧作用的沉降力的产生。

作为用于解决所述课题的发明的第三方案的轴封装置，在作为所述第二方案的轴封装置的基础上，所述高压侧密封板以相对于所述壳体以及所述密封体而能够沿所述轴向相对移动的方式配置于所述环状凹部，所述阻塞件是如下所述的所述高压侧密封板：在所述稳定时，与所述密封体相接而堵塞所述非稳定时流路的一部分；在所述非稳定时，相对于所述密封体成为非接触状态而打开所述非稳定时流路。

在该轴封装置中，高压侧密封板作为阻塞件发挥功能，因此无需增加零件件数而在稳定时能够堵塞非稳定时流路的一部分。

作为用于解决所述课题的发明的第四方案的轴封装置，在所述第一方案至所述第三方案中的任一方案的轴封装置的基础上，在所述壳体中形成有从所述流入槽贯穿所述壳体内而与所述高压区域侧的空间连通的多个所述连通路。

作为用于解决所述课题的发明的第五方案的轴封装置，在作为所述第二方案的轴封装置的基础上，在所述壳体中形成有从所述流入槽贯穿所述壳体内而与所述高压区域侧的空间连通的多个所述连通路，并且形成有与所述连通路连通而收纳所述阻塞件的阻塞件收纳部，该阻塞件收纳部以使所述阻塞件能够在所述稳定时堵塞所述连通路的关闭位置与所述非稳定时打开所述连通路的打开位置之间移动的方式对所述阻塞件进行收纳。

作为用于解决所述课题的发明的第六方案的轴封装置，将旋转轴与覆盖所述旋转轴的外周侧的定子之间的环状空间在所述旋转轴延伸的轴向上分为低压区域侧与高压区域侧，其中，所述轴封装置具备：壳体，其形成有以所述旋转轴为中心而沿周向延伸的环状凹部，且被固定于所述定子；密封体，其配置在所述旋转轴的外周上，所述密封体的所述旋转轴的径向外侧的部分被收纳于所述壳体的所述环状凹部；以及高压侧密封板，其厚度方向朝向所述轴向，且在所述壳体的所述环状凹部内沿着所述密封体的所述高压区域侧配置，

在所述密封体、所述壳体与所述高压侧密封板中的包含所述密封体的构件中形成有如下所述的非稳定时流路：在所述低压区域侧比所述高压区域侧压力高的非稳定时，在所述低压区域侧的流体向所述高压区域侧流动的过程中，产生使所述密封体相对于所述旋转轴上浮的流动。

在该轴封装置中，在非稳定时低压区域侧的流体向高压区域侧流动的过程中，产生使密封体相对于旋转轴上浮的流动。因此，在该轴封装置中，密封体的径向内侧端从旋转轴上浮。

作为用于解决所述课题的发明的第七方案的轴封装置，在作为所述第六方案的轴封装置的基础上，所述轴封装置具备阻塞件，该阻塞件通过所述高压区域侧的相对于所述低压区域侧的压力的相对压力变化而进行位移，在所述高压区域侧比所述低压区域侧压力高的稳定时，堵塞所述非稳定时流路的一部分，在所述非稳定时，打开所述非稳定时流路。

在该轴封装置中，在稳定时通过阻塞件来堵塞非稳定时流路的一部分。

作为用于解决所述课题的发明的一方案的旋转机械具备以上任一方案的轴封装置、所述旋转轴以及所述定子。

发明效果

在本发明的一方案中，在低压区域侧比高压区域侧压力高的非稳定时，密封体的径向内侧端从旋转轴上浮。因此，根据本发明的一方案，能够防止密封体的磨损并且延长密封寿命。

附图说明

图1是本发明的一实施方式中的燃气轮机的示意性剖视图。

图2是本发明的一实施方式中的燃气轮机的包含旋转轴的区域的剖视图。

图3是本发明的第一实施方式中的轴封装置的剖视图。

图4是本发明的第一实施方式中的轴封装置的主要部分的半剖立体图。

图5是本发明的第一实施方式中的密封体的轴向视图。

图6表示本发明的第一实施方式中的轴封装置的壳体，图6的(A)是从环状凹部侧朝向高压区域侧观察壳体的图，图6的(B)是图6的(A)的B-B线剖视图。

图7是本发明的第一实施方式中的稳定时的轴封装置的剖视图。

图8是本发明的第一实施方式中的非稳定时的轴封装置的剖视图。

图9是本发明的第一实施方式中的非稳定时的轴封装置的主要部分的放大剖视图。

图10是比较例中的非稳定时的轴封装置的剖视图。

图11是本发明的第二实施方式中的非稳定时的轴封装置的主要部分的放大剖视图。

图12是本发明的第三实施方式中的非稳定时的轴封装置的剖视图。

图13是本发明的第四实施方式中的非稳定时的轴封装置的剖视图。

图14是本发明的第五实施方式中的非稳定时的轴封装置的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的轴封装置以及具备该轴封装置的旋转机械的实施方式进行说明。

“旋转机械的实施方式”

如图1所示，燃气轮机设备具备将大量空气向内部引入并压缩的压缩机2、在由该压缩机2压缩的压缩空气中使燃料燃烧而生成燃烧气体的燃烧器3、以及由来自燃烧器3的燃烧气体驱动的涡轮4。

压缩机2具备以旋转轴线Ar为中心进行旋转的压缩机转子2a、以及以能够旋转的方式覆盖压缩机转子2a的压缩机外壳2b。另外，涡轮4具备以旋转轴线Ar为中心进行旋转的涡轮转子4a、以及以能够旋转的方式覆盖涡轮转子4a的涡轮外壳4b。

在此，将旋转轴线Ar延伸的方向设为轴向Da，将以旋转轴线Ar为基准的周向仅称为周向Dc，将以旋转轴线Ar为基准的径向仅称为径向Dr。另外，在轴向Da中将一方侧设为上游侧，将另一方侧设为下游侧，在径向Dr上将靠近旋转轴线Ar的一侧设为径向内侧，将远离旋转轴线Ar的一侧设为径向外侧。

压缩机转子2a以及涡轮转子4a均具有：以旋转轴线Ar为中心沿轴向Da延伸的旋转轴6b、6d；以及在该旋转轴6b、6d的轴向Da上被隔开间隔地固定的多个动叶片列7b、7d。各动叶片列7b、7d构成为具有在旋转轴6b、6d的外周上沿周向Dc被隔开彼此的间隔地固定的多个动叶片。压缩机2的旋转轴6b与涡轮4的旋转轴6d彼此连结，从而一体旋转，形成燃气轮机的旋转轴6。

在压缩机外壳2b内以及涡轮外壳4b内，多个静叶片列5b、5d沿轴向Da被隔开间隔地固定。各静叶片列5b、5d构成为具有在各外壳2b、4b内表面上沿周向Dc被隔开彼此的间隔地固定的多个静叶片。

如上所述，压缩机2以及涡轮4均为具备旋转轴6b、6d、覆盖旋转轴6b、6d的外周侧的外壳2b、4b以及静叶片列5b、5d的旋转机械。压缩机2以及涡轮4的外壳2b、4b以及静叶片列5b、5d成为定子。

压缩机2还具备抑制轴向Da的工作流体(空气)g的流动的轴封装置10a。轴封装置10a以与旋转轴6b在径向Dr上对置的方式设置在压缩机外壳2b的内表面且压缩机外壳2b的轴向Da的端部。

在旋转轴6b旋转时，压缩机外壳2b内部的压力比其外部的压力高。因此，对轴封装置10a而言，轴向Da上的压缩机外壳2b的内侧成为高压区域侧，轴向Da上的压缩机外壳2b的外侧成为低压区域侧。轴封装置10a抑制工作流体g沿着旋转轴6b从压缩机外壳2b的内侧(高压区域侧)向压缩机外壳2b的外侧(低压区域侧)的流动。

在涡轮4中还具备抑制轴向Da的工作流体(燃烧气体)g的流动的轴封装置10b。轴封装置10b以与旋转轴6d在径向Dr上对置的方式设置在涡轮外壳4b的内表面且涡轮外壳4b的轴向Da的端部。

在旋转轴6d旋转时，涡轮外壳4b内部的压力比其外部的压力高。因此，对轴封装置10b而言，轴向Da上的涡轮外壳4b的内侧成为高压区域侧，轴向Da上的涡轮外壳4b的外侧成为低压区域侧。轴封装置10b抑制工作流体g沿着旋转轴6d从涡轮外壳4b的内侧(高压区域侧)朝向涡轮外壳4b的外侧(低压区域侧)的流动。

如压缩机2的轴封装置10a、涡轮4的轴封装置10b那样，在旋转机械上设置的轴封装置有时根据设置的位置而与燃气轮机的运转状况相应地反转低压区域侧的压力与高压区域侧的压力并使旋转轴6b、6d的轴向上的工作流体的流动方向发生变化。以下，对于该轴封装置的实施方式进行说明。

“轴封装置的第一实施方式”

如图2所示，本实施方式的轴封装置100构成为具有沿着燃气轮机的旋转轴6(以下，仅称为旋转轴6)的外周而在周向Dc上呈圆弧状延伸的多个密封部分101。

如图3所示，在燃气轮机的定子8中，形成有从径向内侧朝径向外侧凹陷、且以旋转轴线Ar为中心成为环状的安装部9。各密封部分101被安装于该定子8的安装部9。

如图3以及图4所示，各密封部分101均具备：作为多个薄板密封片21的束的密封体20；形成剖面呈槽形而保持密封体20的保持环30；填埋保持环30与密封体20的间隙的垫片38；配置在密封体20中的旋转轴6的轴向Da的一方侧的高压侧密封板40；配置在密封体20中的旋转轴6的轴向Da的另一方侧的低压侧密封板50；配置在保持环30的径向外侧的背面隔离物39；以及覆盖上述构件的壳体60。在此，在以下的说明中，将密封体20中的旋转轴6的轴向Da的一方侧设为高压区域侧Hs，将密封体20中的旋转轴6的轴向Da的另一方侧设为低压区域侧Ls。

薄板密封片21是由薄板形成的构件。该薄板密封片21从周向Dc观察而形成为T字状，其宽度方向朝向旋转轴6的轴向Da，换言之，其厚度方向朝向旋转轴6的周向Dc。

该薄板密封片21具有头部22、宽度尺寸以及厚度尺寸形成得比该头部22小的躯干部25、以及位于头部22与躯干部25之间而宽度尺寸形成得比头部22和躯干部25小的颈部23。该薄板密封片21从径向外侧朝向径向内侧依次形成有头部22、颈部23、躯干部25。颈部23的高压区域侧Hs的边缘位于比头部22的高压区域侧Hs的边缘以及躯干部25的高压区域侧Hs的边缘靠低压区域侧Ls的位置。因此，头部22与躯干部25之间且高压区域侧Hs的部分形成有以颈部23为底而向低压区域侧Ls凹陷的凹部28a。另外，颈部23的低压区域侧Ls的边缘位于比头部22的低压区域侧Ls的边缘以及躯干部25的低压区域侧Ls的边缘靠高压区域侧Hs的位置。因此，头部22与躯干部25之间且低压区域侧Ls的部分形成有以颈部23为底而向高压区域侧Hs凹陷的凹部28b。

各薄板密封片21以其厚度方向朝向周向Dc的方式在周向Dc上层叠。各薄板密封片21中的各头部22的径向外侧端21a彼此连接。此外，各薄板密封片21的各躯干部25的径向外侧的位置26也彼此连接。即，各薄板密封片21的径向外侧的部分彼此连接。

各薄板密封片21的躯干部25能够弹性变形，躯干部25的径向内侧端21b成为自由端。各薄板密封片21倾斜配置，使得其径向内侧端21b位于比其径向外侧端21a靠旋转轴6的旋转方向侧Rs的位置。薄板密封片21的径向内侧端21b在旋转轴6停止时与旋转轴6的外周面相接。

如上所述，薄板密封片21的头部22的厚度尺寸(周向的尺寸)比颈部23以及躯干部25的厚度尺寸大。因此，如图5所示，在周向Dc上邻接的两片薄板密封片21的躯干部25之间形成微小间隙s。

保持环30是形成剖面呈槽形且沿周向Dc延伸的构件。保持环30具有在径向Dr上彼此对置的一对侧板31、以及将一对侧板31的轴向Da的端部相互连结的底板32。一对侧板31以及底板32均沿周向Dc延伸。保持环30的一对侧板31的相互之间形成以底板32为槽底的槽部33。一对侧板31的相互之间的尺寸即槽宽，比薄板密封片21中的头部22的径向Dr上的宽度尺寸稍大。

保持环30配置在薄板密封片21的头部22的高压区域侧Hs和低压区域侧Ls。薄板密封片21中的高压区域侧Hs的头部22进入高压区域侧Hs的保持环30的槽部33内。另外，薄板密封片21中的低压区域侧Ls的头部22进入低压区域侧Ls的保持环30的槽部33内。在保持环30的径向外侧的侧板31与薄板密封片21的头部22之间嵌入垫片38，薄板密封片21的头部22被保持环30保持。其结果是，薄板密封片21的头部22相对于各保持环30无法移动。

高压侧密封板40以及低压侧密封板50均是厚度方向朝向轴向Da且从轴向Da观察的形状形成为圆弧带状。

如上所述，高压侧密封板40配置在密封体20的高压区域侧Hs。该高压侧密封板40具有径向外侧的基底部41以及从该基底部41朝向径向内侧延伸的薄板侧密封部42。基底部41的厚度方向的尺寸(轴向Da的尺寸)比薄板侧密封部42的厚度方向的尺寸(轴向Da的尺寸)大，且以薄板侧密封部42为基准而向低压区域侧Ls突出。该基底部41进入薄板密封片21的头部22与躯干部25之间的高压区域侧Hs的凹部28a。

如上所述，低压侧密封板50配置在密封体20的低压区域侧Ls。该低压侧密封板50也与高压侧密封板40同样地具有径向外侧的基底部51以及从该基底部51朝向径向内侧延伸的薄板侧密封部52。基底部51的厚度方向的尺寸(轴向Da的尺寸)比薄板侧密封部52的厚度方向的尺寸(轴向Da的尺寸)大，且以薄板侧密封部52为基准向高压区域侧Hs突出。该基底部51进入薄板密封片21的头部22与躯干部25之间的低压区域侧Ls的凹部28b。

如图3所示，低压侧密封板50的薄板侧密封部52中的径向Dr上的长度尺寸比高压侧密封板40的薄板侧密封部42中的径向Dr上的长度尺寸小。因此，低压侧密封板50的薄板侧密封部52中的从径向内侧边缘到旋转轴6的距离，长于高压侧密封板40的薄板侧密封部42中的从径向内侧边缘到旋转轴6的距离。换言之，旋转轴6与低压侧密封板50的径向内侧边缘的间隔大于旋转轴6与高压侧密封板40的径向内侧边缘的间隔。

以上说明的薄板密封片21、高压侧密封板40、低压侧密封板50均能够弹性变形，由具有优异的耐热性的Ni基合金即英科耐尔(注册商标)系合金、Co基合金即斯特莱特(注册商标)系合金等形成。

壳体60为了能够安装于环状的安装部9而将其外形沿周向Dc形成为圆弧状。另外，在该壳体60中形成有从径向内侧朝向径向外侧凹陷并沿周向Dc延伸的环状凹部61。环状凹部61具有形成环状凹部61的径向内侧的内侧环状凹部62、以及形成环状凹部61的径向外侧且与内侧环状凹部62相连的外侧环状凹部65。

内侧环状凹部62的轴向Da的宽度尺寸比如下尺寸的合计尺寸稍大：薄板密封片21中的躯干部25的轴向Da的宽度尺寸；高压侧密封板40的厚度方向的尺寸(轴向Da的尺寸)；以及低压侧密封板50的厚度方向的尺寸(轴向Da的尺寸)。

外侧环状凹部65的轴向Da的宽度尺寸比包含薄板密封片21的头部22被保持环30保持的状态下的头部22与保持环30在内的轴向Da的宽度尺寸稍大。因此，外侧环状凹部65的轴向Da的宽度尺寸比内侧环状凹部62的轴向Da的宽度尺寸大。

由保持环30保持的薄板密封片21与保持环30一并配置在壳体60的环状凹部61。需要说明的是，薄板密封片21的躯干部25的绝大部分配置在壳体60的内侧环状部62内。其中，薄板密封片21的径向内侧端21b从壳体60的内侧环状部62朝径向内侧、即旋转轴6侧突出。

在壳体60的划分外侧环状部65的面中的、朝向径向内侧而与旋转轴6的外周面对置的面与保持环30之间配置有背面隔离物39。保持环30以及由该保持环30保持的薄板密封片21的头部22通过该背面隔离物39来固定相对于壳体60的径向Dr上的相对位置。

如图3、图4以及图6所示，在壳体60上，在壳体60的划分内侧环状凹部62的面中的、沿周向Dc扩展的高压区域侧Hs的高压侧内表面63形成有流入槽66。该流入槽66形成在高压侧内表面63的径向外侧。更具体来说，流入槽66的径向外侧边缘的位置与高压侧内表面63的径向外侧边缘(内侧环状凹部62的径向外侧边缘)的位置一致。另外，该流入槽66的径向内侧边缘的位置与后述的连通槽68的径向外侧边缘的位置一致。在壳体60与高压侧密封板40之间且流入槽66内形成流入空间67。

此外，在壳体60上，通过高压侧内表面63的一部分的凹部，形成有从流入槽66朝径向内侧延伸的多个连通槽68。多个连通槽68在周向Dc上隔开间隔而形成于高压侧内表面63。在壳体60与高压侧密封板40之间且多个连通槽68内形成连通路69。

接下来，对本实施方式中的轴封装置100的作用进行说明。

首先，参照图7，对于旋转轴6旋转而使高压区域侧Hs的工作流体的压力高于低压区域侧Ls的压力的稳定时的作用进行说明。如此，在稳定时，高压区域侧Hs成为高压H，低压区域侧Ls成为低压L。

在稳定时，通过由旋转轴6的旋转产生的动压效果，在薄板密封片21的径向内侧端21b作用使薄板密封片21从旋转轴6的外周面上浮的上浮力。

另外，对薄板密封片21的束即密封体20以及薄板密封片21的头部22进行保持的保持环30中，高压区域侧Hs为高压H，因此密封体20、薄板密封片21的头部22以及保持环30一体地偏向壳体60的环状凹部61内的低压区域侧Ls。

低压侧密封板50与壳体60的划分内侧环状凹部62的面中的低压区域侧Ls的低压侧内表面64相接。另一方面，该低压侧密封板50与密封体20的低压区域侧Ls边缘分离。另外，高压侧密封板40与密封体20的高压区域侧Hs边缘、更具体来说薄板密封片21中的躯干部25的高压区域侧Hs边缘相接。因此，高压区域H的工作流体从薄板密封片21的高压区域侧Hs边缘中的、没有与高压侧密封板40相接的径向内侧的部分向薄板密封片21的相互之间流入。流入到薄板密封片21相互之间的工作流体从该处流向低压区域侧Ls。

但是，由于低压侧密封板50与密封体20的低压区域侧Ls边缘分离，因此在形成密封体20的薄板密封片21的躯干部25的低压区域侧Ls边缘与低压侧密封板50之间形成有空间。该空间形成为与低压区域L的压力实际相同的压力。也就是说，薄板密封片21的躯干部25中的低压区域侧Ls边缘的径向整个区域的压力与低压区域L的压力实际相同。另一方面，在薄板密封片21的躯干部25中的高压区域侧Hs边缘中，供高压区域侧Hs的工作流体流入的部分、即没有与高压侧密封板40相接的径向内侧的部分的压力变得最高。

因此，在薄板密封片21的相互之间，密封板的躯干部25中的高压区域侧Hs边缘的径向内侧的部分的压力最高，随着朝向轴向Da中的低压区域侧Ls而压力逐渐降低，并且随着朝向径向外侧也压力逐渐降低。需要说明的是，图7中的薄板密封片21的躯干部25中描绘的虚线是等压线Li。

薄板密封片21的相互之间为以上那样的压力分布，因此从薄板密封片21的躯干部25中的高压区域侧Hs边缘的径向内侧的部分向薄板密封片21的相互之间流入的工作流体，朝向轴向Da中的低压区域侧Ls并且也朝向径向外侧流动。如此，在薄板密封片21的相互之间，如图7所示的箭头那样产生朝向径向外侧的工作流体的流动，因此在各薄板密封片21的径向内侧的部分产生上浮力Fu。

如上所述，在稳定时，产生由旋转轴6的旋转产生的动压效果所引起的上浮力、以及各薄板密封片21的相互之间的流体的流动(稳定时流动)所引起的上浮力Fu。因此，各薄板密封片21的径向内侧端21b即自由端从旋转轴6上浮。

接下来，对于低压区域侧Ls的压力比高压区域侧Hs的压力高的非稳定时的作用进行说明。如此，在非稳定时，高压区域侧Hs成为低压L，低压区域侧Ls成为高压H。

在此，为了深化本实施方式的轴封装置100的作用的理解，参照图10对比较例的轴封装置100x中的非稳定时的作用进行说明。

比较例的轴封装置100x除了在壳体60x的高压侧内表面63x没有形成第一实施方式中的流入槽66以及连通槽68这一点之外，采用与本实施方式的轴封装置100相同的结构。因此，在比较例的轴封装置100x中，与本实施方式的轴封装置100不同，没有形成流入槽66以及连通路69。

在非稳定时，对薄板密封片21的束即密封体20以及薄板密封片21的头部22进行保持的保持环30中，低压区域侧Ls为高压H，因此密封体20、薄板密封片21的头部22以及保持环30一体偏向壳体60x的环状凹部61内的高压区域侧Hs。

低压侧密封板50与壳体60x的低压侧内表面64分离，而与密封体20的低压区域侧Ls边缘相接。另外，高压侧密封板40与密封体20的高压区域侧Hs边缘分离，而与壳体60x的高压侧内表面63x相接。因此，高压H的低压区域侧Ls的流体从薄板密封片21的低压区域侧Ls边缘中的、没有与低压侧密封板50相接的径向内侧的部分向薄板密封片21相互之间流入。

但是，如上所述，旋转轴6与低压侧密封板50的径向内侧边缘的间隔大于旋转轴6与高压侧密封板40的径向内侧边缘的间隔。因此，在薄板密封片21的相互之间，非稳定时的压力最高的部分、即薄板密封片21的低压区域侧Ls边缘中的没有与低压侧密封板50相接的径向内侧的部分，比稳定时的压力最高的部分更向径向外侧扩展。

因而，在薄板密封片21的相互之间，密封板的躯干部25中的低压区域侧Ls边缘的径向内侧的部分的压力最高，随着朝向轴向Da上的高压区域侧Hs而压力逐渐降低，并且也随着朝向高压侧密封板50的径向内侧而压力逐渐降低。需要说明的是，图10中的薄板密封片21的躯干部25中描绘的虚线是等压线Li。

从没有与低压侧密封板50相接的薄板密封片21的低压区域侧Ls边缘的径向内侧的部分流入的工作流体为以上那样的压力分布，因此朝向轴向Da中的低压L的高压区域侧Hs并且朝向径向内侧流动。另外，薄板密封片21的躯干部25中的高压区域侧Hs边缘的径向整个区域的压力如上所述地形成为与高压区域侧Hs的压力实际相同的压力。因此，通过了薄板密封片21的相互之间的工作流体朝向薄板密封片21中的高压区域侧Hs边缘流动，在薄板密封片21的高压区域侧Hs边缘与高压侧密封板40之间朝向径向内侧流动。而且，从高压侧密封板40与旋转轴6之间向低压L的区域内流出。如此，在薄板密封片21的相互之间，如图10所示的箭头那样产生朝向径向内侧的工作流体的流动。

如上所述，在比较例的轴封装置100x中，非稳定时，作用各薄板密封片21的相互之间的流体的流动(非稳定时流动)所产生的沉降力Fd，各薄板密封片21的径向内侧端21b、即自由端有时不会从旋转轴6上浮。

接下来，参照图8以及图9对非稳定时的本实施方式的轴封装置100的作用进行说明。

在本实施方式中，在非稳定时，对薄板密封片21的束即密封体20以及薄板密封片21的头部22进行保持的保持环30也与比较例相同地在低压区域侧Ls为高压H，因此密封体20、薄板密封片21的头部22以及保持环30一体偏向壳体60的环状凹部61内的高压区域侧Hs。

在本实施方式中，低压侧密封板50也与壳体60的低压侧内表面64分离，而与密封体20的低压区域侧Ls边缘相接。因此，工作流体从薄板密封片21的低压区域侧Ls边缘中的、没有与低压侧密封板50相接的径向内侧的部分向薄板密封片21相互之间流入。

另外，高压侧密封板40与密封体20的高压区域侧Hs边缘分离，而与壳体60的高压侧内表面63相接。因此，薄板密封片21的躯干部25中的高压区域侧Hs边缘的径向整个区域的压力形成为与低压L的高压区域侧Hs的压力实际相同的压力。

其中，在本实施方式的轴封装置100中，在高压侧密封板40与壳体60之间且径向外侧的位置形成有流入槽66。由于在非稳定时高压侧密封板40与密封体20的高压区域侧Hs边缘分离，因此薄板密封片21的相互之间与流入槽66连通。具体来说，薄板密封片21的相互之间经由高压侧密封板40的薄板侧密封部42与形成密封体20的薄板密封片21中的躯干部25的高压区域侧Hs边缘之间、薄板密封片21的颈部23与高压侧密封板40的基底部41之间、以及高压区域侧Hs的保持环30中的径向内侧的侧板31与高压侧密封板40的基底部41之间而与流入槽66连通。

另外，该流入槽66经由连通路69而与低压L的高压区域侧Hs的空间连通。因此，在本实施方式中，在非稳定时，形成从薄板密封片21的相互之间经由流入槽66以及连通路69而到达低压L的高压区域侧Hs的空间的非稳定时流路70。

因此，从多个薄板密封片21的低压区域侧Ls边缘中的、没有与低压侧密封板50相接的径向内侧的部分向多个薄板密封片21的相互之间流入的工作流体，从薄板密封片21的相互之间经由非稳定时流路70而从壳体60的高压区域侧Hs的径向内侧端部与旋转轴6之间向低压L的高压区域侧Hs的空间流出。另外，流入到薄板密封片21的相互之间的工作流体的一部分，在薄板密封片21的相互之间流动而从高压侧密封板40与旋转轴6之间向低压L的高压区域侧Hs的空间流出。因此，在薄板密封片21的相互之间，如图8所示的箭头那样产生朝向径向外侧的工作流体的流动。需要说明的是，图8中的薄板密封片21的躯干部25中描绘的虚线是等压线Li。

在本实施方式的轴封装置100中，在非稳定时，通过各薄板密封片21的相互之间的工作流体的流动中的、经由薄板密封片21的躯干部25中的高压区域侧Hs边缘的径向内侧的部分的流动，在各薄板密封片21的径向内侧端21b侧也产生微小的沉降力。然而，在本实施方式的轴封装置100中，在非稳定时，通过经由非稳定时流路70的工作流体的流动，在各薄板密封片21的径向内侧端21b产生上浮力Fu。

因而，在本实施方式的轴封装置100中，在非稳定时，通过各薄板密封片21的相互之间的工作流体的流动(非稳定时流动)所产生的上浮力Fu，也能够使各薄板密封片21的径向内侧端21b即自由端从旋转轴6上浮。

需要说明的是，在本实施方式的轴封装置100中，如图7所示，在稳定时，高压侧密封板40与密封体20的高压区域侧Hs边缘相接，在非稳定时流路70中，将薄板密封片21的躯干部25中的高压区域侧Hs边缘的径向外侧的部分堵塞。因此，不会产生用于使各薄板密封片21产生沉降力的工作流体的流动。如此，在本实施方式中，在稳定时，利用高压侧密封板40堵塞非稳定时流路70的一部分，从而抑制了在各薄板密封片21的径向内侧端21b作用的沉降力的产生。

以上，在本实施方式中，各薄板密封片21的径向内侧端21b即自由端在稳定时从旋转轴6上浮，在非稳定时从旋转轴6上浮，因此能够防止各薄板密封片21的磨损，能够延长密封寿命。

“轴封装置的第二实施方式”

接下来，参照图11对本发明的轴封装置的第二实施方式进行说明。

在第一实施方式的轴封装置100中，在壳体60的高压侧内表面63形成有流入槽66以及多个连通槽68。另一方面，在本实施方式的轴封装置100a中，在高压侧密封板40a上形成有流入槽66a以及多个连通槽68a。

本实施方式的流入槽66a在高压侧密封板40a的薄板侧密封部42a形成为与壳体60a的高压侧内表面63a对置的面。该流入槽66a形成为在薄板侧密封部42a的径向外侧沿周向Dc延伸。在壳体60a与高压侧密封板40a之间且流入槽66a内形成流入空间67a。

本实施方式的多个连通槽68a形成为，相对于壳体60a的高压侧内表面63通过薄板侧密封部42a的一部分的凹部而从流入槽66a朝径向内侧延伸。该多个连通槽68a沿周向Dc隔开间隔地形成。在壳体60a与高压侧密封板40a之间且多个连通槽68a内形成连通路69a。

在本实施方式中，多个薄板密封片21的相互之间在非稳定时也经由高压侧密封板40a中的薄板侧密封部42a与薄板密封片21中的躯干部25的高压区域侧Hs边缘之间、薄板密封片21的颈部23与高压侧密封板40a的基底部41之间、以及高压区域侧Hs的保持环30中的径向内侧的侧板31与高压侧密封板40a的基底部41之间而与流入槽66a连通。另外，该流入槽66a经由连通路69a而与低压L的高压区域侧Hs的空间连通。因此，在本实施方式中，在非稳定时，也形成从薄板密封片21的相互之间经由流入槽66a以及连通路69a而达到低压L的高压区域侧Hs的空间的非稳定时流路70a。因此，与第一实施方式相同，在非稳定时，也能够使各薄板密封片21的径向内侧端21b即自由端从旋转轴6上浮。

另外，在稳定时，高压侧密封板40a与密封体20的高压区域侧Hs边缘相接，在非稳定时流路70a中，将薄板密封片21的躯干部25中的高压区域侧Hs边缘的径向外侧的部分堵塞。因此，与第一实施方式相同，在稳定时，各薄板密封片21的径向内侧端21b即自由端从旋转轴6上浮。

因而，在本实施方式中，也与第一实施方式相同，能够防止各薄板密封片21的磨损，能够延长密封寿命。

“轴封装置的第三实施方式”

接下来，参照图12对本发明的轴封装置的第三实施方式进行说明。

本实施方式的轴封装置100b是第一实施方式的轴封装置100的变形例。在第一实施方式的轴封装置100中，在壳体60的高压侧内表面63形成流入槽66以及多个连通槽68，高压侧密封板40与壳体60之间且流入槽66内形成流入空间67，多个连通槽68内形成连通路69。

在本实施方式中，也与第一实施方式相同，在壳体60b的高压侧内表面63b形成流入槽66，高压侧密封板40与壳体60b之间且流入槽66内形成流入空间67。然而，本实施方式的连通路69b从流入空间67贯穿壳体60b而与高压区域侧Hs的空间连通。在壳体60b中，该连通路69b沿周向Dc彼此隔开间隔而形成有多个。因此，在本实施方式中，在非稳定时，也可以形成从薄板密封片21的相互之间经由流入槽66以及连通路69b而到达低压L的高压区域侧Hs的空间的非稳定时流路70b。

如此，连通路只要能够使流入槽与高压区域侧Hs的空间连通，也可以不像第一实施方式以及第二实施方式那样形成在高压侧密封板与壳体之间。

需要说明的是，本实施方式虽然是第一实施方式的变形例，但在第二实施方式中，也可以与本实施方式相同，形成从流入槽66a贯穿壳体60a而与在非稳定时成为低压L的高压区域侧Hs的空间连通的连通路。

“轴封装置的第四实施方式”

接下来，参照图13对本发明的轴封装置的第四实施方式进行说明。

在以上的各实施方式中的轴封装置100、100a、100b中，高压侧密封板40、40a在稳定时用作将非稳定时流路70、70a、70b的一部分堵塞的阻塞件。本实施方式的轴封装置100c没有将高压侧密封板40c用作阻塞件，额外设有阻塞件76。

在本实施方式中，在高压侧密封板40c中的薄板侧密封部42c的径向外侧形成有沿轴向Da贯通的贯通孔45。在壳体60c的高压侧内表面63c的、与贯通孔45沿轴向Da对置的位置，形成有沿周向Dc延伸的流入槽66。在本实施方式中，高压侧密封板40c与壳体60c之间且流入槽66内也形成流入空间67。在壳体60c中形成有从流入空间67贯穿壳体60c而与在非稳定时成为低压L的高压区域侧Hs的空间连通的多个连通路69c。

在壳体60c中，在各连通路69c中的位置还形成有直径比连通路69c的内径大的阻塞件收纳部75。在该阻塞件收纳部75内，配置有阻塞件76与弹簧等弹性体77。该阻塞件76在阻塞件收纳部75内能够在堵塞连通路69c的关闭位置与打开连通路69c的打开位置之间移动。弹性体77将阻塞件76从打开位置朝向关闭位置施力。

在本实施方式中，多个薄板密封片21的相互之间、高压侧密封板40c的贯通孔45、在壳体60c上形成的流入空间67、连通路69c以及阻塞件收纳部75形成非稳定时流路70c。

在非稳定时，从低压区域L向多个薄板密封片21的相互之间流入的流体的一部分经由高压侧密封板40c的贯通孔45向流入空间67流入。流入到流入空间67的流体的压力大于将阻塞件76从打开位置朝向关闭位置施力的作用力。因此，阻塞件76在非稳定时位于阻塞件收纳部75内的打开位置，连通路69c被打开。因此，流入到流入空间67的流体通过连通路69c而向低压L的高压区域侧Hs的空间流入。

另一方面，阻塞件76在稳定时从流入空间67侧不受到压力，因此通过弹性体77的作用力而位于阻塞件收纳部75内的关闭位置，连通路69c的一部分堵塞。

如上所述，在本实施方式中，在非稳定时，流体的一部分也从高压H的低压区域侧Ls经由非稳定时流路70c而向低压L的高压区域侧Hs的空间流入，因此能够使各薄板密封片21的径向内侧端21b即自由端从旋转轴6上浮。另外，在稳定时，非稳定时流路70c中的一部分堵塞，因此各薄板密封片21的径向内侧端21b即自由端从旋转轴6上浮。

“轴封装置的第五实施方式”

接下来，参照图14对本发明的轴封装置的第五实施方式进行说明。

本实施方式的轴封装置100d是第四实施方式的轴封装置100c的变形例。在第四实施方式的轴封装置100c中，在壳体60c的高压侧内表面63c形成流入槽66，高压侧密封板40c与壳体60c之间且流入槽66内形成流入空间67。

在本实施方式中，薄板密封片21d中的躯干部25d的径向外侧部分形成有从高压区域侧Hs边缘向低压区域侧Ls凹陷的凹部。因此，在薄板密封片21d的束即密封体20d的径向外侧的部分，形成有从高压区域侧Hs边缘向低压区域侧Ls凹陷且沿周向Dc延伸的流入槽66d。密封体20d与高压侧密封板40d之间且流入槽66d内形成流入空间67d。

在高压侧密封板40d中的与薄板侧密封部42d的流入槽66d对置的位置，形成有沿轴向Da贯通的贯通孔45d。在壳体60d上形成有从与高压侧密封板40d的贯通孔45d对置的位置贯穿壳体60d而与在非稳定时成为低压L的高压区域侧Hs的空间连通的多个连通路69d。在本实施方式中，也与第四实施方式相同，在壳体60d上，在各连通路69d中的位置还形成有直径大于连通路69d的内径的阻塞件收纳部75。在该阻塞件收纳部75内配置有阻塞件76与弹簧等弹性体77。

在本实施方式中，多个薄板密封片21d的相互之间、在密封体20d上形成的流入空间67d、高压侧密封板40d的贯通孔45d、在壳体60d上形成的连通路69d以及阻塞件收纳部75形成非稳定时流路70d。

如上所述，流入空间67d不仅可以形成在壳体与高压侧密封板之间，也能够形成在高压侧密封板40d与密封体20d之间。

需要说明的是，以上说明了将轴封装置应用于燃气轮机的情况，但本发明的轴封装置不限于此，例如也能够应用于汽轮机、压缩机、水轮机、冷冻机、泵等各种旋转机械。

工业实用性

根据本发明的一技术方案，在低压区域与高压区域相比成为高压的非稳定时，能够降低各薄板密封片的自由端与旋转轴的接触压力，延长密封寿命。

附图标记说明：

2：压缩机；2a：压缩机转子；2b：压缩机外壳；3：燃烧器；4：涡轮；4a：涡轮转子；4b：涡轮外壳；6、6b、6d：旋转轴；8：定子；9：安装部；10a、10b、10c、10d、100、100a、100b、100c、100d：轴封装置；20、20d：密封体；21、21d：薄板密封片；21b：径向内侧端部；22：头部；23：颈部；25、25d：躯干部；30：保持环；40、40a、40c、40d：高压侧密封板；50：低压侧密封板；60、60a、60b、60c、60d：壳体；61：环状凹部；63、63a、63b、63c：高压内侧面；64：低压内侧面；66、66a、66d：流入槽；67、67a、67d：流入空间；68、68a：连通槽；69、69a、69b、69c、69d：连通路；70、70a、70b、70c、70d：非稳定时流路；75：阻塞件收纳部；76：阻塞件；77：弹性体。

Claims (8)

1.一种轴封装置，其将旋转轴与覆盖所述旋转轴的外周侧的定子之间的环状空间在所述旋转轴延伸的轴向上分为低压区域侧与高压区域侧，其中，

所述轴封装置具备：

壳体，其形成有以所述旋转轴为中心而沿周向延伸的环状凹部，且被固定于所述定子；

密封体，其配置在所述旋转轴的外周上，所述密封体的所述旋转轴的径向外侧的部分被收纳于所述壳体的所述环状凹部；以及

高压侧密封板，其厚度方向朝向所述轴向，且在所述壳体的所述环状凹部内沿着所述密封体的所述高压区域侧配置，

在所述密封体、所述壳体与所述高压侧密封板中的任一构件的所述径向外侧，形成有供所述低压区域侧的流体能够穿过所述密封体中的一部分而流入的流入槽，

在所述壳体与所述高压侧密封板中的一方的构件上形成有使所述流入槽与所述高压区域侧的空间连通的连通路。

2.根据权利要求1所述的轴封装置，其中，

所述轴封装置具备阻塞件，该阻塞件通过所述高压区域侧的相对于所述低压区域侧的压力的相对压力变化而进行位移，在所述低压区域侧比所述高压区域侧压力高的非稳定时，打开从所述密封体经由所述流入槽以及所述连通路而到达所述高压区域侧的空间的非稳定时流路，在所述高压区域侧比所述低压区域侧压力高的稳定时，堵塞所述非稳定时流路的一部分。

3.根据权利要求2所述的轴封装置，其中，

所述高压侧密封板以相对于所述壳体以及所述密封体而能够沿所述轴向相对移动的方式配置于所述环状凹部，

所述阻塞件是如下所述的所述高压侧密封板：在所述稳定时，与所述密封体相接而堵塞所述非稳定时流路的一部分；在所述非稳定时，相对于所述密封体成为非接触状态而打开所述非稳定时流路。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴封装置，其中，

在所述壳体中形成有从所述流入槽贯穿所述壳体内而与所述高压区域侧的空间连通的多个所述连通路。

5.根据权利要求2所述的轴封装置，其中，

在所述壳体中形成有从所述流入槽贯穿所述壳体内而与所述高压区域侧的空间连通的多个所述连通路，并且形成有与所述连通路连通而收纳所述阻塞件的阻塞件收纳部，该阻塞件收纳部以使所述阻塞件能够在所述稳定时堵塞所述连通路的关闭位置与所述非稳定时打开所述连通路的打开位置之间移动的方式对所述阻塞件进行收纳。

6.一种轴封装置，其将旋转轴与覆盖所述旋转轴的外周侧的定子之间的环状空间在所述旋转轴延伸的轴向上分为低压区域侧与高压区域侧，其中，

所述轴封装置具备：

壳体，其形成有以所述旋转轴为中心而沿周向延伸的环状凹部，并被固定于所述定子；

密封体，其配置在所述旋转轴的外周上，所述密封体的所述旋转轴的径向外侧的部分被收纳于所述壳体的所述环状凹部；以及

高压侧密封板，其厚度方向朝向所述轴向，且在所述壳体的所述环状凹部内沿着所述密封体的所述高压区域侧配置，

在所述密封体、所述壳体与所述高压侧密封板中的包含所述密封体的构件中形成有如下所述的非稳定时流路：在所述低压区域侧比所述高压区域侧压力高的非稳定时，在所述低压区域侧的流体向所述高压区域侧流动的过程中，产生使所述密封体相对于所述旋转轴上浮的流动。

7.根据权利要求7所述的轴封装置，其中，

所述轴封装置具备阻塞件，该阻塞件通过所述高压区域侧的相对于所述低压区域侧的压力的相对压力变化而进行位移，在所述高压区域侧比所述低压区域侧压力高的稳定时，堵塞所述非稳定时流路的一部分，在所述非稳定时，打开所述非稳定时流路。

8.一种旋转机械，其特征在于，

所述旋转机械具备：

权利要求1至7中任一项所述的轴封装置；

所述旋转轴；以及

所述定子。