JP2012211615A - 回転軸のシール構造 - Google Patents
回転軸のシール構造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012211615A JP2012211615A JP2011076692A JP2011076692A JP2012211615A JP 2012211615 A JP2012211615 A JP 2012211615A JP 2011076692 A JP2011076692 A JP 2011076692A JP 2011076692 A JP2011076692 A JP 2011076692A JP 2012211615 A JP2012211615 A JP 2012211615A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- seal
- rotating shaft
- fluid
- shaft
- rotary shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Abstract
【解決手段】回転軸と、該回転軸の外周面の周方向に配置されるシールとを有する回転軸のシール構造であって、前記シールの回転軸と対向する面が、軸方向両端に位置する両端面と該両端面間に位置して両端面よりも回転軸からの位置が遠い中間面とを有することで、前記中間面と回転軸との間に空間部が形成され、前記空間部内部に外部から流体を供給する流体供給手段を備え、前記シールは、前記回転軸側に押圧されており、前記空間部内部に供給される流体が所定の圧力以上で前記回転軸から浮上する。
【選択図】 図3
Description
ここで、前記押圧については、例えばバネ等の押圧手段を設けて前記シールを前記回転軸側に押圧してもよく、シールの変形や自重によってシールが回転軸側に押圧されるものであってもよい。
つまり、前記流体の前記空間部内部への供給により、シールと回転軸との間隙を小さく確保することができるため、少ないシール空気でも確実にシール能力を発揮することができ、しかも例えばシール空気等の前記流体の漏れ量を小さく抑えることができる。
これにより、シールと回転軸が接触した場合でも、該接触に起因して回転軸が損傷することを防止できる。前記回転軸が低合金鋼である場合には、前記回転軸よりも硬度が低い材料として弾性材料を使用することが特に好ましい。弾性材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、カーボンナノチューブからなる粘弾性体等を挙げることができる。
弾性材料部は、回転軸に対向する面を含んでいるため、シールと回転軸が接触した場合には弾性材料部が回転軸と接触することとなる。弾性材料部が回転軸と接触するため、該接触により回転軸が損傷することを防止できる。
また、弾性材料部の外側を金属材料で補強することにより、前記空間部内部に前記流体を導入して空間部の内圧が高くなることで弾性材料部が変形することを防止できる。
例えば回転軸の上部と下部とでは、シールに対して回転軸方向にかかる重力が異なる。そのため、前記シールを例えば1つのリング状の形状とした場合は、前記空間部に流体を供給した場合のシールの浮上量が位置によって異なる可能性がある。そこで、前記シールを複数のセグメントより構成することにより、セグメント毎に適切な流体量、流体圧力を調整することで、シール全体の回転軸からの浮上量を均一にすることができる。
これにより、前記空間部への前記流体の非供給時にはシールと回転軸を接触した状態とすることができる。
これにより、ノズルにより空間部内に流体を噴出することで、噴出された流体は膨張により空間部内で温度が低下する。そのため、ノズルを用いて流体温度を低下させることで、ノズルを使用しない場合の流体温度への耐熱性を有さない物質のシールが可能となる。
これにより、空間部内に導入された流体の圧力を、前記傾斜面で回転軸から離れる方向に受けるので、少ない流体量でシールを回転軸から浮上させることができる。
これにより、ガスタービンのジャーナル軸受など従来ラビリンスシールが使用されている箇所でのシール空気の漏れ量を削減できる。また、従来ラビリンスシールが使用されていた箇所にはシール空気が供給されている。そのため、流体としてシール空気を使用することで、既設ガスタービンは流体の供給系統を新たに設けることなく改造することが可能である。また、新設ガスタービンについては従来と大きく設計を変更する必要がなく、設計に係る費用を抑えることができる。
蒸気タービンのグランドシール部には、グランドシール蒸気が供給されている。そのため、そのため、流体として蒸気を使用することで、既設蒸気タービンは流体の供給系統を新たに設けることなく改造することが可能である。また、新設蒸気タービンについては従来と大きく設計を変更する必要がなく、設計に係る費用を抑えることができる。
図1は、実施例に係る回転軸のシール構造が適用されるガスタービン最終ディスク後部のキャビティ部を示す断面図である。
図2は、実施例に係るシール部12を示す概略構成図である。
図3は実施例に係るシール部12を構成するセグメントの1つを示す斜視図であり、図4は実施例に係るシール部12を構成するセグメントの1つ及びその周辺を示す断面図である。なお、図3及び図4においては回転軸6の上側に配置されるセグメント12aについて示している。セグメント12b〜12gは以下において特に説明する場合を除きセグメント12aと同じ構造であるので、セグメント12aについてのみ説明しセグメント12b〜12gについては説明を省略する。
また、セグメント12aは、図4に示すように、排気側軸受部9のセグメント固定部13に固定されている。
特に、カーボンナノチューブを主成分とする粘弾性材料は、耐熱性に優れ、1000℃程度まで粘弾性を維持できるので、高温の過酷な環境下でも十分に用いることができる。
なお、カーボンナノチューブ(CNT)を主成分とする粘弾性材料は、例えば、スパッタリングによりシリコン基板上に鉄触媒を付着させ、アルゴンイオンによる反応性イオンエッチングにより触媒を調製した後、この基板上にスーパーグロース法によってCNTを合成して得たCNT構造体を圧縮することで作製できる。なお、CNTを主成分とする粘弾性材料は、参考文献「Ming Xu, Don N. Futaba, Takao Yamada, Motoo Yumura and Kenji Hata, "Carbon Nanotubes with Temperature-Invariant Viscoelasticity from -196℃ to 1000℃," Science, Vol. 330, No. 6009, pp.1364-1368 (2010), Published online 3 December 2010. DOI:10.1126/science.1194865」に記載された手法により作製してもよい。
ガスタービン1の非駆動時即ち回転軸6の非回転時や、ガスタービン1の起動時即ち回転軸6が低速回転である段階には、空間部28へのシール空気の供給を遮断又は供給量を微量にする。これにより、セグメント12aはコイルバネ30によって、回転軸6方向に押圧され両端面23aが回転軸6の外表面に接触している状態となる。セグメント12b〜12hも同様である。セグメント12a〜12hと回転軸6が接触することにより、シール部12で確実にシールを行うことができる。また、回転軸6が非回転または低速回転であり、各セグメント12a〜12hの回転軸6と接触する両端面23a〜23hは、前述のように回転軸6よりも硬度の低い弾性材料で形成しているため、各セグメント12a〜12hと回転軸6との接触により回転軸6が損傷することもない。
以上の動作により、回転軸6の定速回転時には、シール空気の空間部28内部への供給により、各セグメント12a〜12hと回転軸6との間隙を小さく確保することができるので、シール空気の漏れ量が少なく、且つ確実にシール能力を発揮することができる。
シール空気として高温の空気を用い、シール部12によりシール空気の高温への耐熱性を有さない物質をシールする場合には、図5に示すようにシール空気供給手段をノズル26’とし、空間部28にシール空気を噴出する機構とすることが好ましい。ノズルにより空間部28内にシール空気を噴出することで、噴出されたシール空気は膨張により空間部28内で温度が低下するからである。なお、38はシール空気用のマニホールドであり、31は板バネであって後述するコイルバネ30と同様の役割を果たすものである。
図6に示した弾性材料部22においては、中間面25aの一部に、軸方向中央側に向けて回転軸6との距離が大きくなる傾斜面27aが形成されている。中間面25aの一部を傾斜面27aとすることで、空間部28内に導入されたシール空気の圧力を傾斜面27aで回転軸から離れる方向に受けるので、少ないシール空気量で弾性部材22(セグメント12a)を回転軸から浮上させることができる。
6 回転軸
12 シール部(シール)
12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h セグメント
22 弾性材料部
24 金属材料部
26 シール空気供給手段(流体供給手段)
26’ ノズル(流体供給手段)
28 空間部
30 コイルバネ(付勢手段)
31 板バネ(付勢手段)
Claims (9)
- 回転軸と、該回転軸の外周面の周方向に配置されるシールとを有する回転軸のシール構造であって、
前記シールの回転軸と対向する面が、軸方向両端に位置する両端面と該両端面間に位置して両端面よりも回転軸からの位置が遠い中間面とを有することで、前記中間面と回転軸との間に空間部が形成され、
前記空間部内部に外部から流体を供給する流体供給手段を備え、
前記シールは、前記回転軸側に押圧されており、前記空間部内部に供給される流体が所定の圧力以上で前記回転軸から浮上することを特徴とする回転軸のシール構造。 - 前記シールは、前記回転軸に対向する面が前記回転軸よりも硬度が低い材料で形成されていることを特徴とする請求項1記載の回転軸のシール構造。
- 前記シールは、
前記回転軸に対向する面を含む弾性材料部と、
前記弾性材料部の外周側を補強する高剛性材料部とから形成されることを特徴とする請求項1又は2記載の回転軸のシール構造。 - 前記シールは、前記回転軸の周方向に分割された複数のセグメントより構成されていることを特徴とする請求項1〜3何れかに記載の回転軸のシール構造。
- 前記シール部を前記回転軸側に付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする請求項1〜4何れかに記載の回転軸のシール構造。
- 前記流体供給手段は、前記流体を前記空間部内に噴出するノズルを備えたことを特徴とする請求項1〜5何れかに記載の回転軸のシール構造。
- 前記中間面の少なくとも一部は、前記シールの軸方向中央側に向けて前記回転軸との距離が大きくなる傾斜面であることを特徴とする請求項1〜6何れかに記載の回転軸のシール構造。
- 前記回転軸はガスタービンの回転軸であって、
前記流体はシール空気であることを特徴とする請求項1〜7何れかに記載の回転軸のシール構造。 - 前記回転軸は蒸気タービンの回転軸であって、
前記流体は蒸気であり、
蒸気タービンのグランドシールに適用されることを特徴とする請求項1〜7何れかに記載の回転軸のシール構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011076692A JP5734052B2 (ja) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | 回転軸のシール構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011076692A JP5734052B2 (ja) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | 回転軸のシール構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012211615A true JP2012211615A (ja) | 2012-11-01 |
JP5734052B2 JP5734052B2 (ja) | 2015-06-10 |
Family
ID=47265744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011076692A Expired - Fee Related JP5734052B2 (ja) | 2011-03-30 | 2011-03-30 | 回転軸のシール構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5734052B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018173070A (ja) * | 2017-04-01 | 2018-11-08 | 株式会社三井E&Sマシナリー | 炉頂圧回収タービンの回転軸の腐食防止装置 |
CN109083691A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-25 | 浙江巨源动力装备有限公司 | 一种一体化汽轮发电机密封结构 |
CN110615296A (zh) * | 2019-10-12 | 2019-12-27 | 无锡灵鸽机械科技股份有限公司 | 一种圆盘喂料机及其使用方法 |
JP2020023950A (ja) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | 日本製鉄株式会社 | 高炉炉頂圧回収タービンの操業方法、及び高炉炉頂圧回収タービン |
CN111197501A (zh) * | 2018-11-19 | 2020-05-26 | 通用电气公司 | 用于涡轮机的密封组件 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6028656U (ja) * | 1983-08-03 | 1985-02-26 | いすゞ自動車株式会社 | 回転軸のシ−ル装置 |
JPH07242198A (ja) * | 1994-03-04 | 1995-09-19 | Nippon Marine Techno Kk | 船尾管シール装置 |
JPH10252901A (ja) * | 1997-02-12 | 1998-09-22 | Atlas Copco Airpower Nv | ロータ軸をシールする装置とその種の装置を備えたスクリュー型圧縮機 |
JP2003083456A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-19 | Kawasaki Steel Corp | 軸受密封装置 |
-
2011
- 2011-03-30 JP JP2011076692A patent/JP5734052B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6028656U (ja) * | 1983-08-03 | 1985-02-26 | いすゞ自動車株式会社 | 回転軸のシ−ル装置 |
JPH07242198A (ja) * | 1994-03-04 | 1995-09-19 | Nippon Marine Techno Kk | 船尾管シール装置 |
JPH10252901A (ja) * | 1997-02-12 | 1998-09-22 | Atlas Copco Airpower Nv | ロータ軸をシールする装置とその種の装置を備えたスクリュー型圧縮機 |
JP2003083456A (ja) * | 2001-09-10 | 2003-03-19 | Kawasaki Steel Corp | 軸受密封装置 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018173070A (ja) * | 2017-04-01 | 2018-11-08 | 株式会社三井E&Sマシナリー | 炉頂圧回収タービンの回転軸の腐食防止装置 |
JP2020023950A (ja) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | 日本製鉄株式会社 | 高炉炉頂圧回収タービンの操業方法、及び高炉炉頂圧回収タービン |
JP7143673B2 (ja) | 2018-08-08 | 2022-09-29 | 日本製鉄株式会社 | 高炉炉頂圧回収タービンの操業方法、及び高炉炉頂圧回収タービン |
CN109083691A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-25 | 浙江巨源动力装备有限公司 | 一种一体化汽轮发电机密封结构 |
CN111197501A (zh) * | 2018-11-19 | 2020-05-26 | 通用电气公司 | 用于涡轮机的密封组件 |
CN110615296A (zh) * | 2019-10-12 | 2019-12-27 | 无锡灵鸽机械科技股份有限公司 | 一种圆盘喂料机及其使用方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5734052B2 (ja) | 2015-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10161259B2 (en) | Flexible film-riding seal | |
JP5734052B2 (ja) | 回転軸のシール構造 | |
JP6047236B2 (ja) | 回転機械のためのフィルムライディングシール | |
US7261300B2 (en) | Hydrodynamic foil face seal | |
US8845282B2 (en) | Seal plate with cooling passage | |
US8167545B2 (en) | Self-balancing face seals and gas turbine engine systems involving such seals | |
JP3616016B2 (ja) | 軸シール機構及びガスタービン | |
JP5174241B2 (ja) | 軸シール及びこれを備えた回転機械 | |
KR20150074036A (ko) | 유연성 댐퍼를 구비한 유체막 유체 동압적 플랙셔 피벗 틸팅 패드 반부동식 링 저널 베어링 | |
EP1116906A2 (en) | A seal arrangement | |
KR100826994B1 (ko) | 발전기용 축봉장치 | |
US20120211944A1 (en) | Self-adjusting seal for rotating turbomachinery | |
CN102667269B (zh) | 迷宫式密封装置和用于制造迷宫式密封装置的方法 | |
US9677669B2 (en) | Shaft seal device and rotary machine | |
JP2017145917A (ja) | スラストカラーおよびスラスト軸受装置 | |
KR102240987B1 (ko) | 베어링 장치 및 회전기계 | |
JP5812973B2 (ja) | ジャーナル軸受及び蒸気タービン | |
JP6674351B2 (ja) | 軸シール装置および回転電機 | |
JP2014095421A (ja) | 発電機 | |
JP6270053B2 (ja) | 軸シール機構 | |
JP5178385B2 (ja) | 回転軸シール装置 | |
JP2006077871A (ja) | 軸受構造 | |
WO2016098755A1 (ja) | 軸シール機構 | |
JP2009144842A (ja) | メカニカルシール | |
JP2009204073A (ja) | 軸受装置及び回転機械 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140110 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140813 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140815 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141008 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150320 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150414 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5734052 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |