JP5422481B2 - 軸シール装置の製造方法及び軸シール装置の生産治具、並びに、軸シール装置を備える回転機械 - Google Patents
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Description
この軸シール機構100は、ステータ側において回転軸Rを囲繞するハウジング101に収容された軸シール装置102を備えている。
すなわち、本発明に係る軸シール装置の製造方法は、回転軸の周囲に沿って周方向に多数枚の薄板シール片が積層され、これら多数枚の薄板シール片の径方向外方端側が互いに連結されると共に径方向内方端が自由端とされて、相互に隣接する二つの薄板シール片毎に微小間隙が形成された軸シール装置の製造方法であって、前記多数枚の薄板シール片を一方向に積層する積層工程と、前記積層された多数枚の薄板シール片の外方端側を互いに連結してシール片積層体を形成する連結工程と、前記シール片積層体のうち、前記薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部がそれぞれ多数集合してなる二つの小口側面の一方を外部の平面に当接させると共に、他方を平滑加工する第一平滑加工工程とを有することを特徴とする。
この構成によれば、他方の小口側面が平滑になるので、微小間隙の流体流入部の上流側空間及び流体流出部の下流側空間のうち少なくとも一方の大きさが周方向に亘って、より均一的になる。従って、各微小間隙におけるガス圧力分布がより均一的なものとなって、薄板シール片の浮上特性が局所的に相違してしまうことを更に抑止することができる。
この構成によれば、第一平滑加工工程の後にシール片積層体を曲げる曲げ工程を有するので、平滑加工が比較的に容易となる。
この構成によれば、連結工程の後にシール片積層体を曲げるので、曲げ加工によって他方の小口側面に凹凸が生じたとしても、平滑的にすることができる。
この構成によれば、シール片積層体にリテーナ部材を嵌合させた状態で第一平滑加工工程における平滑加工を施すので、径方向外端側がリテーナ部材で保持されることにより、比較的に容易かつ正確に平滑加工をすることができる。
この構成によれば、シール片積層体のうち、多数枚の薄板シール片の内方端が集合してなる小口内方端面を支持した状態で施すので、平滑加工によって薄板シール片の内方端側が撓むことを抑止することができ、比較的に容易かつ正確に平滑加工をすることができる。
この構成によれば、一方の小口側面を平滑加工する第二平滑加工工程を有するので、一方の小口側面が平滑的になる。これにより、両方の小口側面が平滑的なものとなるので、微小間隙の流体流入部の上流側空間及び流体流出部の下流側空間の両方の大きさが均一的なものとなる。従って、各微小間隙におけるガス圧力分布がより均一的なものとなり、局所的に浮上特性が変動することをさらに抑止することができる。従って、シール性の低下をより確実に抑止すると共に、薄板シール片と回転軸との接触磨耗をより確実に抑止することができる。
また、上記のうちのいずれかの軸シール装置の製造方法に用いられる軸シール装置の生産治具であって、前記シール片積層体に嵌合した前記リテーナ部材と嵌合するリテーナ部材嵌合部と、該リテーナ部材嵌合部に前記リテーナ部材が嵌合した状態において、前記多数枚の薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部の一方に当接する当接平面とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、薄板シール片の外方端側と嵌合する外方端嵌合部又はリテーナ部材と嵌合するリテーナ部材嵌合部と、薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部の一方に当接する当接平面とを備えるので、薄板シール片の位置決めを迅速かつ正確に行うことができ、シール片積層体に対する平滑加工を迅速かつ正確に行うことができる。
この構成によれば、薄板シール片の内方端に当接する内方端当接部を備えるので、薄板シール片の位置決めをより迅速かつ正確に行うことができ、積層工程をさらに容易にすることができると共に、シール片積層体に対する平滑加工加工をより迅速かつ正確に行うことができ、第一平滑加工工程をさらに容易にすることができる。
この構成によれば、上記のうちのいずれかの軸シール装置の製造方法によって製造された軸シール装置を備えるので、作動流体に対するシール性を維持させた状態で、かつ、継続的に軸方向のシールがなされる。これにより、メンテナンス性が良好な回転機械を得ることができる。
(ガスタービンの全体構成)
図1は、本発明の実施形態に係るガスタービン(回転機械)1の概略全体構成図であり、図2は、図1におけるI−I線断面図である。
図1に示すように、ガスタービン1は、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する圧縮機(回転機械)2と、この圧縮機2にて圧縮された圧縮空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器3と、燃焼器3から導入された燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン(回転機械)4とを有しており、圧縮機2のローター2aとタービン4のローター4aとが連結されて回転軸5が構成されている。
また、圧縮機ケーシング2bが回転軸5を支持する軸受け部2c、及び、タービンケーシング4bが回転軸5を支持する軸受け部4cにおいても、作動流体gが高圧側から低圧側に漏れるのを防止するために軸シール機構10が配設されている。
図3は、回転軸5の軸線に沿った断面における軸シール機構10の概略構成断面図であり、図4は、シールセグメント11の分解構成図である。
図3に示すように、各シールセグメント11は、ハウジング(環状静翼群6及び軸受け部2c,4cに相当)9に挿入されている。
薄板シール片20は、図3に示すように、薄い鋼板によって形成された部材であり、回転軸5の接線方向から見てT字状に形成され、その幅方向を回転軸5の軸方向に向けている。この薄板シール片20は、図4に示すように、外方端20a側の頭部21と、頭部21よりも幅寸法及び厚さ寸法が小さく形成されると共に頭部21の径方向内縁のおける軸方向中央から延出する胴部22とを備えている。
このような薄板シール片20は、胴部22が頭部21と鈍角を形成するように傾いて延出しており(図5参照)、図4に示すように、胴部22のうち頭部21との境界部分(径方向外方側)において、切り欠き部20x,20yが形成されている。
このような薄板シール片20は、上述したように、頭部21の厚さ寸法が胴部22の厚さ寸法よりも大きいことにより、積層状態すると相互に隣接する二つの薄板シール片20の胴部22毎に微小間隙s(図8,図12参照)が形成されている。
このような構成により、小口側面12dのうち径方向外方側を覆うと共に径方向内方側を高圧側サイドシール板17よりも大きく露出させている。
保持リング13は、図3及び図4に示すように、複数の薄板シール片20の頭部21の側方突出部21cに対向する面に、凹溝13aが形成されている。
保持リング14は、図3及び図4に示すように、複数の薄板シール片20の頭部21の側方突出部21dに対面する面に、凹溝14aが形成されている。
背面スペーサ15は、薄板シール片20の頭部21と保持リング13,14との間に介挿されている。
次に、本発明の実施形態に係るシールセグメント11の製造に用いる治具について説明する。
図5は、上記構成からなるシールセグメント11の製造に用いる生産治具30の平面図であり、図6は、生産治具30の側面図である。
治具本体31は、図6に示すように、断面が略L字状のブロック状部材であり、底面31aからの厚さ寸法が大きく形成された外方端当接部32と、底面31aからの厚さ寸法が小さく形成された当接平面部33とを備えている。
続いて、本発明の実施形態に係るシールセグメントの製造方法(軸シール装置の製造方法)について説明する。
図7は、シールセグメントの製造方法F1を示すフローチャートであり、図8は、シールセグメントの製造方法F1の製造工程の概略図である。
上述したように、シールセグメント11は、シール片積層体12と、保持リング13,14と、背面スペーサ15と、高圧側サイドシール板16と、低圧側サイドシール板17とから構成されている。
この際、直線状に積層した際に胴部22間に微小間隙sが形成されるように、頭部21を折り返して頭部21のみを二枚重ねの構成とし、胴部22に対して頭部21の厚さを大きくする。
この際にも、溶接の歪みにより、薄板シール片20の一部が僅かに上方に突出して小口側面12dに凸が生じる場合がある。
このようにして、多数枚の薄板シール片20のうち上方に突出していた薄板シール片20を他の薄板シール片20と平面を構成するまで研削することで、凸凹になっていた小口側面12dを平滑にする。なお、第一研削工程S14における研削加工に代えて、他の加工方法(例えば放電加工)により小口側面12dを平滑にすることも可能である。
このようにしてシールセグメント11が完成する。
続いて、上記のように製造されたシールセグメント11の作用について説明する。図9は、微小間隙sに形成される作動流体gのガス圧力分布図であり、図10は、回転軸5の軸方向に交差する胴部22の切断面を示すと共に胴部22に作用する圧力をベクトルで示した図である。以下、図10に示すように、薄板シール片20の回転軸5に面した面を下面20qとし、その裏側を上面20pとする。
高圧側領域と低圧側領域が形成されると、シールセグメント11が高圧側領域から低圧側領域に向けて圧力を受けて、低圧側サイドシール板17がハウジング9に密着する。
この際、各微小間隙sのガス圧力分布40aが設計されたガス圧力分布と略同一のものとなるため、浮上力FLも設計されたものと略同一になる。
図11は、上述したシールセグメントの製造方法F1の変形例であるシールセグメントの製造方法F2のフローチャートであり、図12は、これに用いる生産治具50の平面図である。なお、上述した実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
これにより、連結工程S13の後であって第一研削工程S25の前にシール片積層体12´を曲げるので、曲げ工程S24によって小口側面12dに凹凸が生じたとしても第一研削工程S25により小口側面12dを平滑的にすることができる。
なお、この場合には、生産治具50の溝部33aを保持リング13,14と嵌合可能に構成すればよく、組立工程S16においては、高圧側サイドシール板16と、低圧側サイドシール板17とを周方向の一端部から挿入してシールセグメント11を組み立てればよい。
例えば、上述した実施の形態では、本発明に係るシールセグメント11をガスタービン1へ適用する場合について説明したが、例えば、蒸気タービン、圧縮機、水車、冷凍機、ポンプ等の回転機械全般に広く採用することができる。
2…圧縮機(回転機械)
4…タービン(回転機械)
5…回転軸
11…シールセグメント(軸シール装置)
12…シール片積層体
12b…小口内方端面
12c,12d…小口側面
13,14…保持リング(リテーナ部材)
20…薄板シール片
20a…外方端
20b…内方端
20c,20d…側端部
30,50…生産治具(軸シール装置の生産治具)
33a…溝部(外方端嵌合部)
33b…当接平面
35…内方端当接部
F1,F2…シールセグメントの製造方法(軸シール装置の製造方法)
s…微小間隙
S11…薄板シール片製作工程
S12…積層工程
S13…連結工程
S14,S25…第一研削工程(第一平滑加工工程)
S15,S24…曲げ工程
S16…組立工程
S26…予組付工程(リテーナ部材装着工程)
S30…第二研削工程(第二平滑加工工程)
Claims (11)
- 回転軸の周囲に沿って周方向に多数枚の薄板シール片が積層され、これら多数枚の薄板シール片の径方向外方端側が互いに連結されると共に径方向内方端が自由端とされて、相互に隣接する二つの薄板シール片毎に微小間隙が形成された軸シール装置の製造方法であって、
前記多数枚の薄板シール片を一方向に積層する積層工程と、
前記積層された多数枚の薄板シール片の外方端側を互いに連結してシール片積層体を形成する連結工程と、
前記シール片積層体のうち、前記薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部がそれぞれ多数集合してなる二つの小口側面の一方を外部の平面に当接させると共に、他方を平滑加工する第一平滑加工工程とを有することを特徴とする軸シール装置の製造方法。 - 前記第一平滑加工工程は、前記外部の平面から一定の間隔を空けて前記他方の小口側面を平滑加工することを特徴とする請求項1に記載の軸シール装置の製造方法。
- 前記第一平滑加工工程の後に前記シール片積層体を曲げる曲げ工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の軸シール装置の製造方法。
- 前記連結工程の後に前記シール片積層体を曲げる曲げ工程を有し、
前記第一平滑加工工程は、曲率を有した前記シール片積層体に対して施すことを特徴とする請求項1又は2に記載の軸シール装置の製造方法。 - 前記連結工程の後に、前記シール片積層体の外方端側の少なくとも一部に嵌合可能なリテーナ部材を装着するリテーナ部材装着工程を有し、
前記第一平滑加工工程は、前記シール片積層体に前記リテーナ部材を嵌合させた状態で施すことを特徴とする請求項4に記載の軸シール装置の製造方法。 - 前記第一平滑加工工程は、前記シール片積層体のうち、前記多数枚の薄板シール片の内方端が集合してなる小口内方端面を支持した状態で施すことを特徴とする請求項1から5のうちいずれか一項に記載の軸シール装置の製造方法。
- 前記第一平滑加工工程において前記平面に当接させた一方の小口側面を平滑加工する第二平滑加工工程を有することを特徴とする請求項1から6のうちいずれか一項に記載の軸シール装置の製造方法。
- 請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の軸シール装置の製造方法に用いられる軸シール装置の生産治具であって、
前記多数枚の薄板シール片の外方端側と嵌合する外方端嵌合部と、
前記薄板シール片の外方端側が前記外方嵌合部に嵌合した状態において、前記多数枚の薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部の一方に当接する当接平面とを備えることを特徴とする軸シール装置の生産治具。 - 請求項4に記載の軸シール装置の製造方法に用いられる軸シール装置の生産治具であって、
前記シール片積層体に嵌合した前記リテーナ部材と嵌合するリテーナ部材嵌合部と、
該リテーナ部材嵌合
部に前記リテーナ部材が嵌合した状態において、前記多数枚の薄板シール片の自由端側における幅方向両側端部の一方に当接する当接平面とを備えることを特徴とする軸シール装置の生産治具。 - 前記多数枚の薄板シール片の内方端に当接する内方端当接部を備えることを特徴とする請求項8又は9に記載の軸シール装置の生産治具。
- 請求項1から7のうちいずれか一項に記載の軸シール装置の製造方法によって製造された軸シール装置を前記回転軸の周囲に備えたことを特徴とする回転機械。
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