JP5734052B2 - Rotary shaft seal structure - Google Patents
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Description
本発明は、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に関するものである。 The present invention relates to a rotary shaft seal structure having a rotary shaft and a seal disposed in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the rotary shaft.
ガスタービンや蒸気タービン等の回転機械では、回転軸外周面と回転軸外周側に設けられる静止部との間の隙間を回転軸の軸方向に沿って流れる流体のシール構造の1つとして、ラビリンスシールを用いた回転軸のシール構造が広く知られている。 In a rotary machine such as a gas turbine or a steam turbine, a labyrinth is used as one of the seal structures for a fluid that flows along the axial direction of the rotating shaft through a gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft and a stationary portion provided on the outer peripheral side of the rotating shaft. A seal structure of a rotating shaft using a seal is widely known.
ここで、ラビリンスシールとは、静止部側にフィンを設けることによって、回転軸と静止部の間に凹凸の隙間を複数段形成して、各段ごとに徐々に漏れ圧を下げて漏れ量を低減するものである。 Here, the labyrinth seal is to provide fins on the stationary part side, thereby forming a plurality of uneven gaps between the rotating shaft and the stationary part, and gradually reducing the leakage pressure at each stage to reduce the amount of leakage. It is to reduce.
このようなラビリンスシールを用いた回転軸のシール構造は、回転軸と静止部との間にラビリンスシールを設けるとともに、シール部にシール空気を供給するものであり、シール空気とラビリンスシールとによって回転軸の軸方向に沿って流れる流体をシールするものである。このような回転軸のシール構造は例えば特許文献1などに開示されている。
The seal structure of the rotating shaft using such a labyrinth seal is such that a labyrinth seal is provided between the rotating shaft and the stationary portion, and seal air is supplied to the seal portion. The seal air and the labyrinth seal rotate. The fluid flowing along the axial direction of the shaft is sealed. Such a seal structure of the rotating shaft is disclosed in
ラビリンスシールにおける流体の漏洩量を削減するためには、回転軸とラビリンスシールを形成するフィンとのクリアランスを小さくすることが好ましい。しかしながら、従来のラビリンスシールにおいては、ラビリンスシールを形成するために金属材料を使用している。そのため、流体の漏洩量を削減するために、前記クリアランスを小さくすると、回転軸と前記フィンとが接触して回転軸を損傷する可能性がある。そのため、クリアランスの削減量即ち流体の漏洩量低減によるシール性能向上には限界があり、製作公差を考慮するとクリアランスを大きめに確保する必要がある。 In order to reduce the amount of fluid leakage in the labyrinth seal, it is preferable to reduce the clearance between the rotating shaft and the fins forming the labyrinth seal. However, in the conventional labyrinth seal, a metal material is used to form the labyrinth seal. Therefore, if the clearance is reduced in order to reduce the amount of fluid leakage, the rotating shaft and the fin may come into contact with each other and damage the rotating shaft. For this reason, there is a limit to improving the sealing performance by reducing the amount of clearance, that is, reducing the amount of fluid leakage, and it is necessary to secure a large clearance in consideration of manufacturing tolerances.
ところで、ラビリンスシールは、非接触式のシールであるから、前記シール空気のラビリンスシールからの漏れ量は、ラビリンスシールのクリアランスの設定に依存する。そのため、前記クリアランスを大きめに設定すると、ラビリンスシールからのシール空気の漏れ量が多くなる。 By the way, since the labyrinth seal is a non-contact type seal, the amount of leakage of the sealing air from the labyrinth seal depends on the setting of the clearance of the labyrinth seal. Therefore, if the clearance is set larger, the amount of seal air leaked from the labyrinth seal increases.
つまり、従来のラビリンスシールを用いた回転軸のシール構造においては、回転軸の損傷防止のためには前記クリアランスを削減することには限界がある。そのため、前記クリアランスを大きめに確保する必要があるが、その場合ラビリンスシールからのシール空気の漏れ量が多くなり回転機械の効率が低下する可能性がある。 In other words, in a conventional rotary shaft seal structure using a labyrinth seal, there is a limit to reducing the clearance in order to prevent damage to the rotary shaft. For this reason, it is necessary to secure a large clearance, but in that case, the amount of leakage of seal air from the labyrinth seal increases, and the efficiency of the rotating machine may decrease.
そこで、シール空気量を削減することが考えられるが、シール空気量が少ないと、シール構造として充分な性能を発揮することができない場合がある。例えばガスタービンにラビリンスシールが用いられている場合であって前記クリアランスが大きいと、ガスタービン起動時にシール空気の供給圧不足となりラビリンスシール部で流体の逆流が生じる可能性がある。 Thus, it is conceivable to reduce the amount of sealing air. However, if the amount of sealing air is small, sufficient performance as a sealing structure may not be exhibited. For example, when a labyrinth seal is used in a gas turbine and the clearance is large, the supply pressure of the seal air becomes insufficient when the gas turbine is started, and a back flow of fluid may occur in the labyrinth seal portion.
また、ラビリンスシールがガスタービンの軸受シールである場合、前記逆流が生じると、潤滑油が周辺の高温空気に晒されて劣化したり、潤滑油が外部に漏洩して、周辺の汚損や潤滑油量が不足したりする可能性がある。 In addition, when the labyrinth seal is a gas turbine bearing seal, if the backflow occurs, the lubricating oil is exposed to the surrounding high-temperature air and deteriorates, or the lubricating oil leaks to the outside. The amount may be insufficient.
従って、本発明は係る従来技術の問題点に鑑み、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回転軸のシール構造を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotating shaft sealing structure that can reduce the leakage amount of sealing air and can reliably exhibit the sealing ability.
上記の課題を解決するために、本発明においては、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。
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。
In order to solve the above problems, in the present invention, there is provided a rotary shaft seal structure having a rotary shaft and a seal disposed in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the rotary shaft, The opposing surfaces have both end surfaces positioned at both ends in the axial direction and an intermediate surface positioned between the both end surfaces and farther from the rotation shaft than the both end surfaces. A space is formed in the space, and fluid supply means for supplying a fluid from outside to the space is provided. The seal is pressed toward the rotating shaft, and the fluid supplied to the space is predetermined. It floats from the rotating shaft above the pressure.
Here, with respect to the pressing, for example, a pressing means such as a spring may be provided to press the seal toward the rotating shaft, and the seal is pressed toward the rotating shaft due to deformation or its own weight of the seal. Also good.
これにより、前記空間部内部に前記流体供給手段より流体を供給することで、前記シールを回転軸から浮上させることができる。つまり、流体の供給により、回転軸とシールとの非接触状態を作り出すことができる。また、前記流体の供給圧力、供給量を調整することにより、シールの浮上量をコントロールすることができる。
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。
Thereby, the seal can be floated from the rotating shaft by supplying the fluid from the fluid supply means into the space. That is, a non-contact state between the rotating shaft and the seal can be created by supplying the fluid. Further, the floating amount of the seal can be controlled by adjusting the supply pressure and supply amount of the fluid.
That is, since the gap between the seal and the rotating shaft can be kept small by supplying the fluid into the space, the sealing ability can be surely exhibited even with a small amount of sealing air, and for example, sealing air or the like. The amount of leakage of the fluid can be kept small.
また、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とよい。
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。
Moreover, the said seal | sticker is good for the surface facing the said rotating shaft to be formed with the material whose hardness is lower than the said rotating shaft.
Thereby, even when a seal and a rotating shaft contact, it can prevent that a rotating shaft is damaged by this contact. When the rotating shaft is low alloy steel, it is particularly preferable to use an elastic material as a material having a lower hardness than the rotating shaft. Examples of the elastic material include a viscoelastic body made of silicone rubber, fluororubber, and carbon nanotube.
また、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とよい。
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。
The seal may be formed of an elastic material portion including a surface facing the rotation shaft and a high-rigidity material portion that reinforces the outer peripheral side of the elastic material portion.
Since the elastic material portion includes a surface facing the rotation shaft, the elastic material portion comes into contact with the rotation shaft when the seal and the rotation shaft are in contact with each other. Since the elastic material portion comes into contact with the rotating shaft, the contact can prevent the rotating shaft from being damaged.
In addition, by reinforcing the outside of the elastic material portion with a metal material, it is possible to prevent the elastic material portion from being deformed by introducing the fluid into the space portion and increasing the internal pressure of the space portion.
また、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とよい。
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。
Moreover, the said seal | sticker is good to be comprised from the several segment divided | segmented into the circumferential direction of the said rotating shaft.
For example, the gravity applied to the seal in the direction of the rotation axis differs between the upper part and the lower part of the rotation axis. Therefore, when the seal is formed in, for example, one ring shape, the floating amount of the seal when the fluid is supplied to the space may vary depending on the position. Therefore, by forming the seal from a plurality of segments, the amount of floating from the rotating shaft of the entire seal can be made uniform by adjusting the appropriate fluid amount and fluid pressure for each segment.
また、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るとよい。
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。
Moreover, it is good to provide the urging means which urges | biases the said seal part to the said rotating shaft side.
Thereby, a seal | sticker and a rotating shaft can be made into the contact state at the time of the non-supply of the said fluid to the said space part.
また、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るとよい。
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。
The fluid supply means may include a nozzle that ejects the fluid into the space.
Thereby, by ejecting the fluid into the space by the nozzle, the temperature of the ejected fluid decreases in the space due to expansion. Therefore, by reducing the fluid temperature using the nozzle, it becomes possible to seal a substance that does not have heat resistance to the fluid temperature when the nozzle is not used.
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とよい。
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。
At least a part of the intermediate surface may be an inclined surface whose distance from the rotation shaft increases toward the axially central side of the seal.
As a result, the pressure of the fluid introduced into the space is received in the direction away from the rotating shaft by the inclined surface, so that the seal can be lifted from the rotating shaft with a small amount of fluid.
また、前記回転軸はガスタービンの回転軸であって、前記流体をシール空気とすることができる。
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。
The rotating shaft is a rotating shaft of a gas turbine, and the fluid can be sealed air.
As a result, it is possible to reduce the amount of seal air leakage at a location where a conventional labyrinth seal is used, such as a journal bearing of a gas turbine. Moreover, the seal air is supplied to the location where the labyrinth seal has been conventionally used. Therefore, by using seal air as the fluid, the existing gas turbine can be modified without newly providing a fluid supply system. In addition, it is not necessary to change the design of the newly installed gas turbine as compared with the conventional one, and the cost related to the design can be suppressed.
また、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とよい。
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。
The rotating shaft may be a rotating shaft of a steam turbine, and the fluid may be steam, and may be applied to a ground seal of the steam turbine.
Gland seal steam is supplied to the ground seal portion of the steam turbine. Therefore, by using steam as the fluid, the existing steam turbine can be modified without newly providing a fluid supply system. In addition, it is not necessary to change the design of the newly-installed steam turbine as much as before, and the cost for the design can be suppressed.
本発明によれば、シールに用いる流体の漏れ量が少なく、且つ確実にシール能力を発揮することができる回転軸のシール構造を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sealing structure of the rotating shaft which can exhibit the sealing capability reliably can be provided with few leaks of the fluid used for a seal | sticker.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
まず、図1を用いて、本発明のシール構造が適用される一例であるガスタービンの構成について説明する。
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。
First, the configuration of a gas turbine as an example to which the seal structure of the present invention is applied will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a cavity portion at the rear of a gas turbine final disk to which a rotary shaft seal structure according to an embodiment is applied.
図1に示すように、ガスタービン1の最終段のディスク2の周縁に植設されたブレード2aの後端部と隙間10を介して、タービン軸6方向にやや傾斜を設けて配設された円環状のディフューザ4が設けられている。ディフューザ4とディフューザ4の内周側のタービン軸6外周面上に配設された排気側軸受部9で周囲が包囲されたキャビティ部Aには、軸シール用空気管14の一端側が開口している。また、軸シール用空気管14からキャビティAに圧縮空気が供給されるように構成されており、該供給された圧縮空気の一部を、前端のシール部12を介してシール部7に供給できるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the turbine 2 is disposed with a slight inclination in the direction of the
図1に示す構成においては、キャビティ部Aには、軸シール用空気管14が取付けられていて、高温排気ガスE/Gの圧力PG より高圧のシール空気を送り込めるようになっている。そのため、シール空気によって、排気側軸受部9を構成する軸受8、軸受油切り11、シール部7などの部品は、高温排気ガスE/Gから隔離されている。
In the configuration shown in FIG. 1, a shaft
以上の構成において、本発明の回転軸のシール構造は、シール部7、シール部12に適用されるものである。
In the above configuration, the seal structure of the rotating shaft of the present invention is applied to the
次に、図2を用いて本発明のシール構造の構成の概略について説明する。
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。
Next, the outline of the structure of the seal structure of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating the
図2に示すように、回転軸6の周方向にはシール部12が設けられている。シール部12は、回転軸6の周に沿って配置される8つのセグメント12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g及び12hから構成されている。また、各セグメント12a〜12hは、それぞれ幅aの間隙13を有して配置されている。ここで、幅aについては、後述するシール空気を排出することができる幅であればよい。また、各セグメント12a〜12hの回転軸6と対向する面であって軸方向両端に位置する両端面23a〜23hは、対向する回転軸6の外表面に沿って形成されている。
As shown in FIG. 2, a
次に、図3及び図4を用いてシール部12を構成するセグメントの構成について説明する。
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。
Next, the structure of the segment which comprises the
FIG. 3 is a perspective view showing one of the segments constituting the
図3及び図4に示すように、セグメント12aは、弾性材料部22、高剛性材料部24及びシール空気供給手段26とを有して構成されている。
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。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
Moreover, the
弾性材料部22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を主成分とする粘弾性体などのガスタービン1の仕様に耐えうる耐熱性を有し、且つ回転軸6よりも例えばビッカース硬さなどの硬度が低い弾性材料で形成されている。
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。
The
In particular, a viscoelastic material containing carbon nanotubes as a main component has excellent heat resistance and can maintain viscoelasticity up to about 1000 ° C., so that it can be sufficiently used even in a severe environment of high temperature.
Note that a viscoelastic material mainly composed of carbon nanotubes (CNT) is prepared by, for example, depositing an iron catalyst on a silicon substrate by sputtering, preparing the catalyst by reactive ion etching with argon ions, and then superposing the catalyst on the substrate. It can be produced by compressing a CNT structure obtained by synthesizing CNTs by the growth method. In addition, the viscoelastic material mainly composed of CNT is described in the reference "Ming Xu, Don N. Futaba, Takao Yamada, Motoo Yumura and Kenji Hata," Carbon Nanotubes with Temperature-Invariant Viscoelasticity from -196 ° C to 1000 ° C, " Science, Vol. 330, No. 6009, pp. 1364-1368 (2010), Published online 3 December 2010. DOI: 10.1126 / science.1194865 ”.
また、弾性材料部22は、回転軸6と対向する面が、回転軸の軸方向両端に位置する両端面23aと該両端面23a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25aとを有することで、中間面25aと回転軸6との間に空間部28が形成されるように構成されており、その断面は図4に示すようにΩ状の形状である。
Further, the
高剛性材料部24は、金属材料などの高剛性材料で形成されており、弾性材料部22の外周側に弾性材料部22を補強して取り付けられている。
The high-
シール空気供給手段26は、軸シール用空気管14からのシール空気を空間部28に供給するために設けられている。シール空気手段26は、セグメント固定部13内に形成されるキャビティ32と、空間部28とを連通するように、セグメント固定部13に固定されている。また、キャビティ32には、軸シール用空気管14からのシール空気が供給される供給路34が設けられている。なお、本実施例においては、軸シール用空気管14からのシール空気をシール空気供給手段26より空間部28に供給しているが、軸シール用空気管14からのシール空気とは別系統の空気をシール空気供給手段26より空間部28に供給してもよい。
The seal air supply means 26 is provided to supply seal air from the shaft
また、図4において、付勢手段であるコイルバネ30が設けられている。コイルバネ30は、セグメント12aを回転軸6側に押圧するものである。コイルバネ30は、空間部28へのシール空気非供給時にセグメント12aの両端面23aが回転軸6の外表面に接触し、空間部28へのシール空気供給時に空間部28内の空気圧、空間部28内の前記空気の受圧面積、セグメント12aの自重を考慮してセグメント12aの両端面23aが回転軸6の外表面から浮上する程度のバネ力を有するコイルバネを採用する。なお、例えばセグメント12aや12hのように回転軸6の上部に位置するセグメントにおいては、その重さによっては、自重によってコイルバネ30を設けなくても空間部28へのシール空気非供給時にセグメントの回転軸対向面が回転軸6の外表面に接する場合がある。この場合にはコイルバネ30は設けなくてもよい。
In FIG. 4, a
以上の構成のシール部12を例にした本発明の回転軸のシール構造の動作について説明する。
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。
The operation of the seal structure of the rotary shaft of the present invention taking the
When the
そして、ガスタービン1が駆動され回転軸6が高速の定速回転の状態になると、軸シール用空気管14からのシール空気が、供給路34及びキャビティ32を介してシール空気供給手段26より空間部28内へ連続的に導入される。空間部28内にシール空気が連続的に導入されると、空間部28内部の圧力が高まり、セグメント12aが回転軸6から浮上する。セグメント12aの空間部28へのシール空気の供給圧力、供給量を調整することにより、シールの浮上量をコントロールすることができる。セグメント12aが浮上すると、空間部28に連続的に供給されたシール空気は、前記浮上により形成されたセグメント12aと回転軸6との間の隙間及び各セグメント間の隙間13より排出されるため、空間部28における圧力は低下するので、セグメント12aが回転軸6から一定の浮上量を保った状態でバランスする。なお、該浮上量を、回転軸6の回転によってもセグメント12aと回転軸6が接触しない範囲で出来る限り小さくするようにコントロールすると、シール空気の使用量が少なくなり、またシール空気の漏洩量が少なくなるため好ましい。また、セグメント12aの空間部28から排出されたシール空気は、セグメント12aの浮上により両端面23aと回転軸6の形成された隙間やセグメント間の隙間13から空間部28外に排出されエアカーテンの役割を果たす。なお、セグメント12b〜12hについても同様である。
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。
When the
With the above operation, when the
ここで、図5はシール部12を構成するセグメントの1つを示す別の例の断面図である。図5において、図4と同一の符号は図4と同様の構成のものであるから説明を省略する。
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。
Here, FIG. 5 is a cross-sectional view of another example showing one of the segments constituting the
When high-temperature air is used as the seal air and a substance that does not have heat resistance to the high temperature of the seal air is sealed by the
また、図6はセグメント23aを構成する弾性材料部22を示す別の例の断面図である。図6において、図4と同一の符号は図4と同様の構成のものであるから説明を省略する。
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。
Moreover, FIG. 6 is sectional drawing of another example which shows the
In the
以上に説明した本実施例によれば、少ないシール空気の供給量で、確実にシール能力を発揮することができる。 According to the present embodiment described above, the sealing ability can be surely exhibited with a small supply amount of sealing air.
また、回転軸6と接触する可能性のある両端面23a〜23hを回転軸よりも硬度の低い弾性材料で形成することにより、両端面23a〜23hと回転軸6が接触した場合でも、該接触に起因して回転軸6が損傷することを防止できる。
Moreover, even if both
また、弾性材料部22の外側を高剛性材料部24で補強することにより、空間部28内部にシール空気を導入し、空間部28の内圧が高くなることで弾性材料部22が変形することを防止できる。
In addition, by reinforcing the outer side of the
また、シール部12を複数(本実施例においては8つ)のセグメント12a〜12hより構成することによって、例えばセグメント毎にシール空気の供給量、供給圧力を調整することで、シール12全体の回転軸からの浮上量を均一にすることができる。
Further, by forming the
なお、本実施例においては、発明の回転軸のシール構造をガスタービンに適用した場合について説明したが、蒸気タービンのグランドシール部に適用することもできる。この場合、空間部にシール空気でなく蒸気を供給するとよい。 In the present embodiment, the case where the rotary shaft seal structure of the invention is applied to a gas turbine has been described. However, it can also be applied to a ground seal portion of a steam turbine. In this case, it is preferable to supply steam to the space instead of sealing air.
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回転軸のシール構造として利用することができる。 The present invention can be used as a seal structure for a rotating shaft that has a small amount of seal air leakage and can reliably exhibit a sealing ability.
1 ガスタービン
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)
1
12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h
26 'nozzle (fluid supply means)
28
31 Leaf spring (biasing means)
Claims (8)
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ように構成されているとともに、
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回転軸のシール構造。 A rotary shaft seal structure having a rotary shaft and a seal disposed in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the rotary shaft,
The surface facing the rotation axis of the seal has both end surfaces located at both ends in the axial direction and an intermediate surface located between the both end surfaces and farther from the rotation axis than both end surfaces. And a space is formed between the rotary shaft and
Fluid supply means for supplying fluid from outside into the space part;
The seal is pressed toward the rotating shaft, and is configured such that the fluid supplied into the space portion floats from the rotating shaft at a predetermined pressure or higher .
The said seal is comprised from the some segment divided | segmented into the circumferential direction of the said rotating shaft, The sealing structure of the rotating shaft characterized by the above-mentioned.
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。 The seal is
An elastic material portion including a surface facing the rotation axis;
The rotary shaft seal structure according to claim 1, wherein the rotary shaft seal structure is formed of a high-rigidity material portion that reinforces the outer peripheral side of the elastic material portion.
前記流体はシール空気であることを特徴とする請求項1〜6何れかに記載の回転軸のシール構造。 The rotating shaft is a rotating shaft of a gas turbine,
Seal structure of the rotary shaft according to any one of claims 1-6, wherein said fluid is a sealing air.
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1〜6何れかに記載の回転軸のシール構造。 The rotating shaft is a rotating shaft of a steam turbine,
The fluid is steam;
The rotary shaft seal structure according to any one of claims 1 to 6 , wherein the rotary shaft seal structure is applied to a ground seal of a steam turbine.
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