JP2002285802A - 回転機械のラビリンスシール装置 - Google Patents

回転機械のラビリンスシール装置

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JP2002285802A JP2001087435A JP2001087435A JP2002285802A JP 2002285802 A JP2002285802 A JP 2002285802A JP 2001087435 A JP2001087435 A JP 2001087435A JP 2001087435 A JP2001087435 A JP 2001087435A JP 2002285802 A JP2002285802 A JP 2002285802A
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seal fins
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田 竜 朗 内
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    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱膨張差による軸線方向への位置ずれを起こ
した場合でも対向するシールフィン同士のクリアランス
を小さく保って、シール性能を確保する。 【解決手段】 動翼１の端部とケーシング４との間の隙
間部分に、いわゆるくし型のラビリンスシール装置Ｓ１
が設けられている。このシール装置Ｓ１は、当該隙間部
分の両側に互いに対向して設けられた複数のシールフィ
ン２，３を有している。これらのシールフィン２，３
を、それぞれ軸線方向に不等ピッチで配置することで、
ケーシング４とロータ６の熱膨張差による軸線方向への
位置ずれを起こした場合でも、対向するシールフィン
２，３同士のクリアランスが小さくなる部分が生じう
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば軸流タービ
ンのような回転機械における複数のシールフィンによっ
て構成されたラビリンスシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】蒸気タービン、ガスタービンなどの軸流
タービンのような回転機械においては、動翼や静翼の端
部とケーシングやロータとの間の隙間部分から主流へ流
れ込む流量を極力少なくすることが望まれている。
【０００３】従来、この隙間を通過する流量を減らすた
め、隙間部分の一方側（回転側または静止側）に凸部を
設け、他方側には複数のシールフィンを軸線方向へ等間
隔に設けた構造の、いわゆるHi-Lo型ラビリンスシール
が用いられている。また、図４に示すように、隙間部分
の両側に、複数のシールフィン２，３を互いに対向させ
て、それぞれ軸線方向へ等ピッチＰ１，Ｐ２で配置した
構造の、いわゆるくし型ラビリンスシールなども用いら
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、上記のよう
なラビリンスリール装置において、シール性能は「凸部
やシールフィンの段数を増す」、「クリアランスを小さ
くする」などにより上げることができる。
【０００５】ところが、Hi-Lo型のシール装置は、回転
機械の起動から停止までの間に発生するケーシングとロ
ータの熱膨張差（熱伸び差）による軸線方向のずれによ
りフィンと凸部が接触しないよう、これらに軸線方向の
クリアランスを持たせる必要がある。そのため、例えば
軸線方向で４０mmの範囲にフィンと凸部の組合わせを
２、３組程度の段数しか設けることができない。従っ
て、段数を増やすことのできないHi-Lo型は、クリアラ
ンスを小さくしたとしてもシール性能に限界がある。
【０００６】一方、図４に示すようなくし型のシール装
置は、上記の熱膨張差による軸線方向のずれが生じた場
合でもシールフィン２，３同士が接触することは無いの
で、フィン２，３の段数を増やすことができる。従っ
て、Hi-Lo型よりも優れたラビリンスシール装置である
と言える。
【０００７】ところで、このくし型のシール装置は、対
向するシールフィン２，３同士のクリアランスが常に最
小に保たれていればシール性能は高い。しかし、熱膨張
差による軸線方向のずれが生じた場合、対向したフィン
２，３同士のクリアランスが大きくなり、シール性能は
一気に低下してしまうことになる。
【０００８】この熱膨張差による性能低下を吸収するた
め、軸線方向へ多数のシールフィンを配置する手段も考
えられる。しかし、シールフィンの段数が或る数を越え
るとシール部を流れる流体は吹き抜けを起こしてしまう
ため、組み込み可能な段数には限界がある。
【０００９】本発明は、上述のような問題に鑑みてなさ
れたものであり、熱膨張差による軸線方向への位置ずれ
を起こした場合でも対向するシールフィン同士のクリア
ランスを小さく保って、シール性能の低下を抑制するこ
とができるような回転機械のラビリンスシール装置を提
供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、動翼が設
けられたロータと、このロータを囲み、静翼が設けられ
たケーシングとを備えた回転機械において、前記動翼の
端部と前記ケーシングとの間と、前記静翼の端部と前記
ロータとの間の少なくとも一方の隙間部分に設けられる
ラビリンスシール装置であって、前記隙間部分の両側に
複数のシールフィンを互いに対向させて設けると共に、
前記隙間部分の少なくとも一方側のシールフィンを軸線
方向に不等ピッチで配置した、ことを特徴とする回転機
械のラビリンスシール装置である。
【００１１】この第１の発明によれば、隙間部分の少な
くとも一方側のシールフィンを軸線方向に不等ピッチで
配置することで、熱膨張差による軸線方向への位置ずれ
を起こした場合でも、対向するシールフィン同士のクリ
アランスが小さくなる部分が生じうる。
【００１２】第２の発明は、第１の発明において、前記
シールフィンよりも軸線方向の幅が大きい凸部を、前記
シールフィンの一部と対向させて設けたものである。
【００１３】この第２の発明によれば、熱膨張差による
軸線方向への位置ずれを起こした場合に、互いに対向す
る凸部とシールフィンとの間では、シールフィン同士の
間よりもクリアランスが小さく保たれる可能性が高くな
る。
【００１４】第３の発明は、第２の発明において、前記
凸部と対向するシールフィンのピッチが、その他のシー
ルフィンのピッチよりも狭くなっているものである。
【００１５】この第３の発明によれば、クリアランスが
小さく保たれる可能性の高い部分でのシールフィンの段
数を増やすことで、シール性能の向上を図ることができ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１乃至図３は本発明によ
る回転機械のラビリンスシール装置の実施の形態を示す
図である。なお、図１乃至図３に示す本発明の実施の形
態において、図４に示す従来例と同一の構成部分には同
一符号を付して説明する。
【００１７】［第１の実施形態］まず、図１により、本
発明による回転機械のラビリンスシール装置の第１の実
施形態について説明する。
【００１８】図１には、動翼１が設けられたロータ６
と、このロータ６を囲み、静翼（図示せず）が設けられ
たケーシング４とを備えた回転機械（例えば軸流タービ
ン）が示されている。この回転機械において、動翼１の
端部とケーシング４との間の隙間部分に、いわゆるくし
型のラビリンスシール装置Ｓ１が設けられている。
【００１９】このラビリンスシール装置Ｓ１は、当該隙
間部分の両側に互いに対向して設けられた複数のシール
フィン２，３を有している。これらのシールフィン２，
３は、それぞれ軸線方向に不等ピッチで配置されてい
る。具体的には、本実施形態のシールフィン２，３は、
それぞれ軸線方向の一側から他側に向かって次第にピッ
チが広がるように配置されている。
【００２０】本実施形態によれば、シールフィン２，３
を軸線方向に不等ピッチで配置することで、ケーシング
４とロータ６の熱膨張差による軸線方向への位置ずれを
起こした場合でも、対向するシールフィン２，３同士の
クリアランスが小さくなる部分が生じうる。このため、
従来のように全てのシールフィンを等間隔で配置する場
合に比べて、上記熱膨張差による軸線方向への位置ずれ
に伴うシール性能の低下を抑制することができる。
【００２１】また、従来のラビリンスシール装置に対し
てシールフィンの配置を変更するだけなので、それほど
製造コストを高くせずに、シール性能を改善して、回転
機械の性能を向上させることが可能となる。
【００２２】［第２の実施形態］次に、図２により、本
発明による回転機械のラビリンスシール装置の第２の実
施形態について説明する。
【００２３】本実施形態のラビリンスシール装置Ｓ２
は、シールフィン２，３の具体的な配置において上記第
１の実施形態と異なり、その他の構成は図１に示す上記
第１の実施形態の装置Ｓ１と同様である。
【００２４】すなわち、本実施形態における動翼１側の
シールフィン２は、軸線方向の一側から他側に向かって
ピッチが一旦狭まった後、再び広がって行くような不等
ピッチで配置されている。一方、ケーシング４側のシー
ルフィン３は、軸線方向の一側から他側に向かってピッ
チが狭まって行き、中央部で一旦広がってから再び狭ま
り、その後また広がって行くような不等ピッチで配置さ
れている。
【００２５】本実施形態によっても、上記第１の実施形
態の場合と同様、シールフィン２，３を軸線方向に不等
ピッチで配置することで、上記のような熱膨張差による
軸線方向への位置ずれに伴うシール性能の低下を抑制す
ることができる。
【００２６】［第３の実施形態］次に、図３により、本
発明による回転機械のラビリンスシール装置の第３の実
施形態について説明する。
【００２７】本実施形態のラビリンスシール装置Ｓ３
は、シールフィン２，３よりも軸線方向の幅が大きい凸
部５を、シールフィン３の一部と対向させて動翼１の端
部に設けた点で上記第１の実施形態と異なり、その他の
構成は図１に示す上記第１の実施形態の装置Ｓ１と略同
様である。
【００２８】但し、本実施形態においては、凸部５の設
けられた動翼１側のシールフィン２は略等ピッチで配置
されている。また、ケーシング４側のシールフィン３
は、凸部５と対向するフィン３のピッチが、その他のフ
ィン３のピッチよりも狭くなるように配置されている。
【００２９】本実施形態によれば、上記のような熱膨張
差による軸線方向への位置ずれを起こした場合に、互い
に対向する凸部５とシールフィン３との間では、シール
フィン２，３同士の間よりもクリアランスが小さく保た
れる可能性が高くなる。従って、上記第１および第２の
実施形態の場合よりもさらに、熱膨張差による軸線方向
への位置ずれに伴うシール性能の低下を抑制することが
可能となる。
【００３０】また、凸部５と対向するフィン３のピッチ
が、その他のフィン３のピッチよりも狭くなるように配
置されているので、クリアランスが小さく保たれる可能
性の高い部分でのシールフィン３の段数を増やすこと
で、シール性能の向上を図ることができる。
【００３１】以上、凸部５を動翼１側に１つだけ設ける
場合について説明したが、動翼１側またはケーシング４
側に複数の凸部５を設けてもよい。また、図３では３本
のシールフィン３が凸部５と対向するようになっている
が、凸部５と対向するシールフィン２または３の数は任
意に定めることができる。
【００３２】［変形例］上記第１および第２の実施形態
において、隙間部分の両側のシールフィン２および３を
それぞれ不等ピッチで配置する場合について説明した
が、隙間部分の一方側のシールフィン２または３のみを
不等ピッチで配置するだけでも、本発明による効果を得
ることが可能である。
【００３３】また、以上の実施形態では、隙間部分の各
側におけるシールフィン２，３の配置は、それぞれフィ
ン間隔の密な領域が１ヶ所または２ヶ所存在するような
配置であったが、そのような密な領域がそれより多く存
在するような配置であってもよい。さらに、シールフィ
ン２，３の不等ピッチ配置は、例えば指数関数や三角関
数等の初等関数に従って定めたものであってもよい。な
お、指数関数を用いる場合は、その指数係数を１.０以
上１０未満とすることが望ましい。
【００３４】また、以上の実施形態では、動翼１の端部
とケーシング４との間の隙間部分に本発明によるラビリ
ンスシール装置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を用いる場合について
説明したが、静翼（図示せず）の端部とロータ６との間
の隙間部分に本発明によるラビリンスシール装置を用い
ても同様な効果が得られる。
【００３５】さらに、以上の実施形態では軸線方向に対
して直角に配置されたシールフィン２，３を示したが、
シールフィン２，３を軸線方向に対して上流側へ傾けて
配置することで、さらなるシール性能の向上を図ること
ができる。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、隙間部分の少なくとも
一方側のシールフィンを軸線方向に不等ピッチで配置す
ることで、熱膨張差による軸線方向への位置ずれを起こ
した場合でも、対向するシールフィン同士のクリアラン
スが小さくなる部分が生じうる。このため、全てのシー
ルフィンを等間隔で配置する場合に比べて、熱膨張差に
よる軸線方向への位置ずれに伴うシール性能の低下を抑
制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転機械のラビリンスシール装置
の第１の実施形態を模式的に示す断面図。
【図２】本発明による回転機械のラビリンスシール装置
の第２の実施形態を模式的に示す断面図。
【図３】本発明による回転機械のラビリンスシール装置
の第３の実施形態を模式的に示す断面図。
【図４】従来の回転機械のラビリンスシール装置を模式
的に示す断面図。
【符号の説明】
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ ラビリンスシール装置 １ 動翼 ２ シールフィン ３ シールフィン ４ ケーシング ５ 凸部 ６ ロータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】動翼が設けられたロータと、 このロータを囲み、静翼が設けられたケーシングとを備
    えた回転機械において、前記動翼の端部と前記ケーシン
    グとの間と、前記静翼の端部と前記ロータとの間の少な
    くとも一方の隙間部分に設けられるラビリンスシール装
    置であって、 前記隙間部分の両側に複数のシールフィンを互いに対向
    させて設けると共に、 前記隙間部分の少なくとも一方側のシールフィンを軸線
    方向に不等ピッチで配置した、ことを特徴とする回転機
    械のラビリンスシール装置。
  2. 【請求項２】前記シールフィンよりも軸線方向の幅が大
    きい凸部を、前記シールフィンの一部と対向させて設け
    た、ことを特徴とする請求項１記載の回転機械のラビリ
    ンスシール装置。
  3. 【請求項３】前記凸部と対向するシールフィンのピッチ
    が、その他のシールフィンのピッチよりも狭くなってい
    る、ことを特徴とする請求項２記載の回転機械のラビリ
    ンスシール装置。
JP2001087435A 2001-03-26 2001-03-26 回転機械のラビリンスシール装置 Withdrawn JP2002285802A (ja)

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