(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの外周を囲うステータと前記ロータとの隙間を封止して前記隙間を前記ロータの軸方向一方側の流体低圧領域と軸方向他方側の流体高圧領域とに分ける軸シール機構であって、
前記ステータに設けられ、周方向に延びる収容空間が形成されると共に前記収容空間の開放部が前記ロータの外周に向けて形成された収容体と、
前記ロータの周方向に互いに微小間隙を空けて重ねられた複数の薄板シール片からなり、径方向外方端側が前記収容体の収容空間に収容されて径方向内方端を前記開放部から前記ロータの外周に向けて延出させるシール体と、
前記シール体の前記軸方向一端部を被覆すると共に、前記軸方向一方側に向いた板面が前記軸方向に対向する前記収容体の内壁面に前記流体の圧力で押し付けられる板状体とを備え、
前記板状体の板面と前記収容体の内壁面との少なくとも一方に、前記径方向内方側から外方側に向けて延びると共に前記軸方向に凹んだ凹部と、前記径方向内方側において前記凹部よりも他方側に突出する凸部とを有する凹凸部が形成され、
前記凹凸部は、前記凸部が前記他方に当接して前記一方と前記他方との間に前記流体高圧領域に連通するポケットが形成された場合に、前記凹部が前記ポケットと前記流体低圧領域とを連通させることを特徴とする軸シール機構。
【請求項２】
前記板状体の板面と前記収容体の内壁面との少なくとも片方に、前記径方向外方側に形成されると共に、前記凹部に対して前記軸方向に突出する突出部を備え、
前記突出部は、前記板面が前記内壁面に押し付けられた場合に前記残り片方に密接して前記流体高圧領域と前記流体低圧領域との連通を遮断することを特徴とする請求項１に記載の軸シール機構。
【請求項３】
前記凹部は、前記径方向内方側から外方側に向けて延在する径方向延在溝を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸シール機構。
【請求項４】
前記凹部は、前記径方向延在溝よりも前記径方向外方側に形成され、前記周方向に延在して前記径方向延在溝に連通する周方向延在溝を備えることを特徴とする請求項３に記載の軸シール機構。
【請求項５】
前記凹凸部は、前記板状体の板面と前記収容体の内壁面との一方にのみ形成されていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の軸シール機構。
【請求項６】
前記凹凸部は、前記板状体の板面にのみ形成されている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機構。
【請求項７】
前記凹凸部は、前記収容体の内壁面にのみ形成されている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機構。
【請求項８】
前記凹凸部は、前記板状体の板面と前記収容体の内壁面との双方に形成され、双方の前記凸部が互いに当接することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の軸シール機構。
【請求項９】
請求項１から８のうちいずれか一項に記載の軸シール機構を備えることを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータとステータとの隙間を封止して、この隙間を流体低圧領域と流体高圧領域とに分ける軸シール機構及びこれを備える回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン、蒸気タービン等の回転機械のロータ回りには、高圧側から低圧側に流れる作動流体の漏れ量を少なくするために、軸シール機構が設けられている。この軸シール機構の一例として、例えば、以下の特許文献１に記載された軸シール機構がある。
【０００３】
この軸シール機構は、ステータに設けられ、収容空間の開放部がロータの外周に向けて形成されたハウジングと、多数の薄板シール片からなるシール体とを備えている。
シール体は、多数の薄板シール片がそれぞれの厚さ方向をロータの周方向に向け、互いに微小間隙を空けて重ねられている。各薄板シール片は、その径方向内方端がその径方向外方端よりもロータの回転方向側に位置するよう傾斜配置され、径方向外方端側が相互に連結され、かつ、径方向内方端が自由端とされている。
このシール体は、その径方向外方側がハウジングに収容支持されており、その径方向内方側をハウジングの開放部からロータの外周に向けて延出させている。
【０００４】
このように概略構成される軸シール機構においては、各薄板シール片の径方向内方側が、ロータが静止している際にはロータと接触しているものの、ロータが回転すると、ロータの回転によって生じる動圧効果により、ロータの外周から浮上してロータと非接触状態となる。このため、この軸シール機構では、各薄板シール片の磨耗が抑制され、シール寿命が長くなる。
【０００５】
ところで、上記軸シール機構においては、シール体の流体低圧領域側の軸方向一端部を低圧側サイドシール板で覆うと共に、シール体の流体高圧領域側の軸方向他端部を高圧側サイドシール板で覆っている。そして、これら低圧側サイドシール板と高圧側サイドシール板との径方向寸法を調整することで、軸方向一端部の下流側空間及び軸方向他端部の上流側空間の大きさを規定し、上述した動圧効果による浮上力を補助するように微小間隙のガス圧力分布を設定している。
【０００６】
上記軸シール機構においては、シール体等がハウジングに遊びをもった状態で収容されており、流体の差圧で収容空間をシール体が軸方向に変位して、シール体の一端部を覆う低圧側サイドシール板がハウジングに押し付けられる。つまり、上述したシール体の上流側空間及び下流側空間の大きさは、低圧側サイドシール板がハウジングに押し付けられた状態を前提にして設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６１６０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記軸シール機構においては、ハウジングの収容空間に混入したダスト、あるいは、シール体側の部材やハウジングの製作誤差等によってシール体の径方向外方側が軸方向の変位を拘束されることがある。この場合において、流体の圧力が作用すると、シール体の径方向内方側が流体低圧領域側に傾いた姿勢となり、低圧側サイドシール板の端部とハウジングとが線状に密接して流体高圧領域に連通するポケットが形成され、このポケットに高圧流体が充満して、シール体が傾いた姿勢でハウジングに押圧保持されてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、シール体が傾いた姿勢になったとしても、シール体の傾いた姿勢が保持されることを防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る軸シール機構は、ロータの外周を囲うステータと前記ロータとの隙間を封止して前記隙間を前記ロータの軸方向一方側の流体低圧領域と軸方向他方側の流体高圧領域とに分ける軸シール機構であって、前記ステータに設けられ、周方向に延びる収容空間が形成されると共に前記収容空間の開放部が前記ロータの外周に向けて形成された収容体と、前記ロータの周方向に互いに微小間隙を空けて重ねられた複数の薄板シール片からなり、径方向外方端側が前記収容体の収容空間に収容されて径方向内方端を前記開放部から前記ロータの外周に向けて延出させるシール体と、前記シール体の前記軸方向一端部を被覆すると共に、前記軸方向一方側に向いた板面が前記軸方向に対向する前記収容体の内壁面に前記流体の圧力で押し付けられる板状体とを備え、前記板状体の板面と前記収容体の内壁面との少なくとも一方に、前記径方向内方側から外方側に向けて延びると共に前記軸方向に凹んだ凹部と、前記径方向内方側において前記凹部よりも他方側に突出する凸部とを有する凹凸部が形成され、前記凹凸部は、前記凸部が前記他方に当接して前記一方と前記他方との間に前記流体高圧領域に連通するポケットが形成された場合に、前記凹部が前記ポケットと前記流体低圧領域とを連通させることを特徴とする。
この構成によれば、板状体の板面と収容体の内壁面との間に流体高圧領域に連通するポケットが形成された場合に、凹部がポケットと流体低圧領域とを連通させるので、シール体が流体低圧領域側に傾いて板面と内壁面との間にポケットが形成され、このポケットに流体高圧領域から流体が流入したとしても、流体が凹部を介して流体低圧領域に流れる。これにより、板面と内壁面との間に形成されたポケットに高圧流体が充満することがなく、シール体が傾いた姿勢のまま保持されることを防止することができる。
【００１１】
また、前記板状体の板面と前記収容体の内壁面との少なくとも片方に、前記径方向外方側に形成されると共に、前記凹部に対して前記軸方向に突出する突出部を備え、前記突出部は、前記板面が前記内壁面に押し付けられた場合に前記残り片方に密接して前記流体高圧領域と前記流体低圧領域との連通を遮断することを特徴とする。
この構成によれば、板面が内壁面に押し付けられた場合に流体高圧領域と流体低圧領域との連通を遮断するので、シール体の姿勢の傾きが解消された場合に、流体低圧領域と流体高圧領域との連通を遮断する。これにより、シール体が傾いた姿勢においては、シール体が傾いた姿勢のまま保持されることを抑止することができる一方、シール体の姿勢の傾きが解消された場合に、流体低圧領域と流体高圧領域との連通を遮断して、設計したシール性能を確保することができる。
【００１２】
また、前記凹部は、前記径方向内方側から外方側に向けて延在する径方向延在溝を備えることを特徴とする。
この構成によれば、比較的に簡素に凹部と凸部とを形成することができる。
【００１３】
また、前記凹部は、前記径方向延在溝よりも前記径方向外方側に形成され、前記周方向に延在して前記径方向延在溝に連通する周方向延在溝を備えることを特徴とする。
この構成によれば、凹部が周方向の広い範囲に亘って形成されるので、不特定箇所に形成されるポケットに対応して、ポケットと流体低圧領域とを容易に連通させることができる。
【００１４】
また、前記凹凸部は、前記板状体の板面と前記収容体の内壁面との一方にのみ形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、凹凸部が板状体の板面と収容体の内壁面との一方にのみ形成されているので、凹凸部を形成する手間や労力を抑えることができる。
【００１５】
また、前記凹凸部は、前記板状体の板面にのみ形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、板状体の板面にのみ凹凸部を形成するので、収容体の内壁面に凹凸部を形成する場合に比べて、凹凸部を容易に形成することができる。また、既存の軸シール機構の板状体のみを交換するだけで本発明の構成を得ることができる。
【００１６】
また、前記凹凸部は、前記収容体の内壁面にのみ形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、収容体の内壁面のみに凹凸部を形成するので、板状体に凹凸部を形成する場合に比べて、凹凸部を形成した後の剛性を比較的に容易に確保することができ、凹凸部の形状（例えば、凹部の範囲や広さ）の自由度を向上させることができる。
【００１７】
また、前記凹凸部は、前記板状体の板面と前記収容体の内壁面との双方に形成され、双方の前記凸部が互いに当接することを特徴とする。
この構成によれば、凹凸部が板状体の板面と収容体の内壁面との双方に形成されているので、双方の凹部の深さを小さくすることができる一方、ポケットと流体低圧領域との連通空間を大きく確保することができる。
【００１８】
また、本発明に係る回転機械は、上記のうちいずれか一に記載の軸シール機構を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上記のうちいずれか一の軸シール機構を備えるので、シール体が傾いた姿勢になったとしても薄板シール片の浮上力の低下が抑制され、軸シール機構が高寿命となってメンテナンス性に優れた回転機械にすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る軸シール機構によれば、シール体が傾いた姿勢になったとしても、シール体の傾いた姿勢が保持されることを防止することができると共に薄板シール片の浮上力の低下を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明に係る回転機械によれば、シール体が傾いた姿勢になったとしてもシール体の傾いた姿勢が保持されることを防止することができると共に薄板シール片の浮上力の低下を抑制することができるので、軸シール機構が高寿命となってメンテナンス性に優れた回転機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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る。
【図２】図１におけるS1−S1線断面図である。
【図３】図２におけるS2−S2線断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るシールセグメント１１を軸方向一方側から他方側に見た概略図である。
【図５】図３におけるS3−S3線断面図である。
【図６】図５におけるS4−S4線断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る軸シール機構１０の第一の作用説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係る軸シール機構１０の第二の作用説明図である。
【図９】本発明の実施形態に係る軸シール機構１０の第三の作用説明図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るシールセグメント１１の微小間隙ｓに形成される作動流体ｇのガス圧力分布図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るシールセグメント１１における薄板シール片２０の要部断面図であって、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。
【図１２】本発明の第二実施形態に係る軸シール機構５０の要部断面図であって、周方向に交差する断面を示している。
【図１３】図１２におけるS5−S5線断面図である。
【図１４】図１３におけるS6−S6線断面図である。
【図１５】本発明の第二実施形態に係る軸シール機構７０の要部断面図であって、周方向に交差する断面を示している。
【図１６】図１５におけるS8−S8線断面図である。
【図１７】図１６におけるS9−S9線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
「ガスタービンの構成」
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る。
ガスタービン１は、図１に示すように、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ガスタービン（回転機械）４とを備えている。
【００２３】
圧縮機２及びタービン４は、それぞれ、一体回転するように連結されたロータ２Ａ，４Ａと、ロータ２Ａ，４Ａを囲うステータ２Ｂ，４Ｂとを備えている。なお、以下の説明においては、特に言及しない限り、ロータ２Ａ，４Ａの軸方向を単に「軸方向」と、ロータ２Ａ，４Ａの周方向を単に「周方向」と、ロータ２Ａ，４Ａの径方向を単に「径方向」という。
【００２４】
ロータ２Ａ，４Ａは、回転軸６ｃ，６と、軸方向に間隔を空けて固定されている複数の環状動翼群７ｃ，７と、を有している。各環状動翼群７ｃ，７は、回転軸６ｃ，６の外周に、周方向に互いの間隔を空けて固定されている複数の動翼を有して構成されている。
ステータ２Ｂ，４Ｂは、それぞれ、ケーシング２ｂ，４ｂと、ケーシング２ｂ，４ｂ内において軸方向に間隔を空けて固定された複数の環状静翼群５ｃ，５とを備えている。環状静翼群５ｃ，５は、各ケーシング２ｂ，４ｂ内面に、周方向に互いの間隔を空けて固定されている複数の静翼とを有している。各静翼の先端には、ハブシュラウドが形成されており、このハブシュラウド（ステータ）が周方向に連結されて全体として円環状になって回転軸６ｃ，６の外周を囲んでいる。
この環状静翼群５ｃ，５は、それぞれ、複数の環状動翼群７ｃ，７と、軸方向に交互に配置されている。
【００２５】
圧縮機２及びタービン４には、高圧側から低圧側に作動流体（圧縮空気又は燃焼ガス）ｇが軸方向に漏出するのを防止するため、図１に示すように、各環状静翼群５ｃ，５のハブシュラウドに軸シール機構１０ｃ，１０が設けられている。また、ケーシング２ｂ，４ｂが回転軸６ｃ，６を支持する軸受け部（ステータ）２ｃ，４ｃにおいても、作動流体ｇが高圧側から低圧側に漏出するのを防止するため、軸シール機構１０ｃ，１０が設けられている。
【００２６】
以下、タービン４の軸シール機構１０の実施形態について説明する。なお、以下では、タービン４の軸シール機構１０について説明するが、圧縮機２の軸シール機構１０ｃも、基本的に同様の構成なので、この説明を省略する。
【００２７】
「軸シール機構の第一実施形態」
図２は図１におけるS1−S1線断面図であり、図３は図２におけるS2−S2線断面図である。
図２に示すように、タービン４の軸シール機構１０は、環状静翼群５のハブシュラウドと軸受け部４ｃの内周面とにそれぞれ支持された円環状のハウジング９内に、円弧状に延びるシールセグメント１１が、周方向に複数（本実施形態では八つ）配置されることで構成されている。
【００２８】
ハウジング９は、回転軸６の外周に沿って周方向全周に延びており（図２参照）、円環状の収容空間９ａが形成されている。図３に示すように、ハウジング９の収容空間９ａは、周方向に交差する断面輪郭がＴ字状になっており、径方向外方側において幅寸法（軸方向）が大きく形成された外方側空間９ｂと、径方向内方側において幅寸法が小さく形成された内方側空間９ｃとが連通している。そして、この内方側空間９ｃの開放部９ｄが径方向内方側の回転軸６の外周に向いている。
【００２９】
シールセグメント１１は、図３に示すように、多数の薄板シール片２０からなるシール体１２（図４参照）と、断面コ字状を成して多数の薄板シール片２０を保持する保持リング１３，１４と、多数の薄板シール片２０のハウジング９側に配置される背面スペーサ１５と、シール体１２を軸方向から挟むように設けられたサイドシール板１６，１７と、から構成されている。
【００３０】
図４は、シールセグメント１１を軸方向一方側から他方側に見た概略図である。
シール体１２は、図４に示すように、薄板状の薄板シール片２０が多数重ねられ（図２参照）、これら多数枚の薄板シール片２０の径方向外方端２０ａ側が互いに連結されてなっている。
薄板シール片２０は、図３に示すように、主に薄い鋼板によって形成された部材であり、回転軸６の周方向から見てＴ字状（逆Ｔ字状）に形成され、その幅方向を回転軸６の軸方向に向け、言い換えると、その厚さ方向を回転軸６の周方向に向けている。
【００３１】
この薄板シール片２０は、頭部２１と、この頭部２１よりも幅寸法及び厚さ寸法が小さく形成されている胴部２３と、頭部２１と胴部２３の間に位置して、これらよりも幅寸法が小さく形成されている首部２２と、を有している。この薄板シール片２０は、回転軸６の径方向において、外側から内側に向かって、頭部２１、首部２２、胴部２３の順に形成されている。
【００３２】
多数の薄板シール片２０は、それぞれの頭部２１が互いに溶接されて、相互に連結されている。また、多数の薄板シール片２０の胴部２３は、弾性変形可能であり、それぞれの胴部２３の径方向内方端、つまり当該薄板シール片２０の径方向内方端２０ｂが自由端になっている。そして、回転軸６の停止時においては、各薄板シール片２０の内方端２０ｂ側が回転軸６に所定の予圧で接触する。
【００３３】
多数の薄板シール片２０は、図４に示すように、互いに周方向に微小間隙ｓを空けて配列されている。多数の薄板シール片２０は、頭部２１の厚さ寸法が首部２２及び胴部２３の厚さ寸法よりも大きいことにより、それぞれの厚さ方向で相互に隣接する二つの薄板シール片２０の胴部２３間に微小間隙ｓが形成される。
【００３４】
このような多数の薄板シール片２０からなるシール体１２は、各薄板シール片２０の胴部２３の側端部２０ｃが多数集合して小口状となった高圧側端部（他端部）１２ｃが流体高圧領域（軸方向他方側）に向けられ、胴部２３の側端部２０ｄが多数集合して小口状となった低圧側端部１２ｄが流体低圧領域（軸方向一方側）に向けられている。
【００３５】
保持リング１３，１４は、いずれも、断面コ字状で、コ字の内側が溝部を成し、且つ回転軸６の周方向に延びる円弧状部材である。各保持リング１３，１４の溝部の幅（回転軸６の径方向における溝部の寸法）は、薄板シール片２０の頭部２１の、径方向における寸法よりも若干大きい。薄板シール片２０の頭部２１の流体高圧領域側（軸方向他方側）は、保持リング１３の溝部内に入れられ、薄板シール片２０の頭部２１の流体低圧領域（軸方向一方側）は、保持リング１４の溝部内に入れられている。各保持リング１３，１４の溝部の側壁と、薄板シール片２０の頭部２１との間には、背面スペーサ１５が嵌め込まれている。これにより、多数の薄板シール片２０の頭部２１は、保持リング１３，１４により保持されている。
【００３６】
サイドシール板１６，１７は、いずれも厚さ方向を軸方向に向け、回転軸６の軸方向から見た形状が円弧帯状になっている。また、サイドシール板１７の径方向寸法は、サイドシール板１６の径方向寸法よりも短くなっている。
【００３７】
これらサイドシール板１６，１７は、径方向外方側のベース部１６ａ，１７ａと、径方向内方側の薄板シール部１６ｂ，１７ｂとを有している。
ベース部１６ａ，１７ａは、その厚さ（軸方向寸法）が薄板シール部１６ｂ，１７ｂの厚さよりも厚く、薄板シール部１６ｂ，１７ｂを基準にして軸方向に突出している。
【００３８】
サイドシール板１６のベース部１６ａは、薄板シール片２０の頭部２１と胴部２３との間の高圧側の凹みに入り込み、薄板シール片２０の首部２２と断面コ字状の保持リング１３の「コ」の腕部先端との間で挟み込まれている。
このようにして、サイドシール板１６の軸方向他方側を向いた板面１６ｃが、シール体１２のうち高圧側端部１２ｃの大部分を覆って、軸方向に見て高圧側端部１２ｃの径方向内方側を僅かに露出させている。
【００３９】
サイドシール板１７のベース部１７ａは、薄板シール片２０の頭部２１と胴部２３との間の低圧側の凹みに入り込み、薄板シール片２０の首部２２と断面コ字状の保持リング１４の「コ」の腕部先端との間で挟み込まれている。
このようにして、サイドシール板１７の軸方向一方側を向いた板面１７ｃが、シール体１２の低圧側端部１２ｄのうち径方向外方側の略半分を覆っており、軸方向に見て低圧側端部１２ｄの径方向内方側の略半分を露出させている。
【００４０】
このシールセグメント１１は、図３に示すように、ハウジング９の収容空間９ａに遊びをもって収容されている。
より具体的には、薄板シール片２０の頭部２１を保持した保持リング１３，１４が収容空間９ａの外方側空間９ｂに収容されており、サイドシール板１６，１７と、薄板シール片２０の胴部２３とが収容空間９ａの内方側空間９ｃに収容されている。そして、収容空間９ａの開放部９ｄから回転軸６に向けて胴部２３の先端（内方端２０ｂ）が突出している。
【００４１】
このシールセグメント１１は、保持リング１３，１４がハウジング９の外方側空間９ｂの壁面に干渉して径方向の変位が制限されていると共に、サイドシール板１６，１７がハウジング９の内方側空間９ｃの壁面に干渉して軸方向の変位が所定の範囲に制限されている。なお、このシールセグメント１１は、外方側空間９ｂに配設された弾性体（不図示）によって径方向内方側に付勢されている。
【００４２】
上述したシールセグメント１１は、ガスタービン１を稼働させると、燃焼ガスｇの圧力によって流体低圧領域側に変位して、図３に示すように、サイドシール板１７の板面１７ｃが軸方向に対向するハウジング９（内方側空間９ｃ）の内壁面９ｅに押付けられる。
この内壁面９ｅには、凹凸部３０が形成されている。
【００４３】
図５は、図３におけるS3−S3線断面図であり、図６は、図５におけるS4−S4線断面図である。
凹凸部３０は、径方向内方側から外方側に向けて形成されると共に軸方向一方側に凹んだ凹部３１と、径方向内方側において周方向に連続して形成されると共に凹部３１に対して板面１７ｃ側（軸方向他方側）に突出する凸部３２とを有する。
凹部３１は、径方向内方側から外方側に向けて延在する複数の径溝（径方向延在溝）３１ａと、複数の径溝３１ａよりも径方向外方側に形成され、周方向に延在して各径溝３１ａに連通する周溝（周方向延在溝）３１ｂとを有している。
【００４４】
図５に示すように、径溝３１ａは、径方向寸法が溝幅寸法と同程度の寸法に形成されており、図３及び図６に示すように、サイドシール板１７の内周端１７ｄよりも径方向内方に位置する内端３１ａ１から、内周端１７ｄよりも径方向外方に位置する外端３１ａ２に向けて延在している。この径溝３１ａは、図５に示すように、周方向に凸部３２を介して等間隔に複数形成されている。
【００４５】
周溝３１ｂは、周方向に延在しており、径方向外方側を突出部３３に画定されていると共に、径方向内方側を凸部３２に画定されており、各径溝３１ａの外端３１ａ２にそれぞれ連通している。
【００４６】
突出部３３は、凹部３１の底面に対して軸方向に突出すると共に周方向に連続して形成されており、図３及び図６に示すように、板面１７ｃのうちベース部１７ａに相当する位置に対向している。この突出部３３は、軸方向において、軸方向に交差する端面が凸部３２の端面と同一の位置に形成されている。
【００４７】
凸部３２は、図５に示すように、円弧帯状に形成されており、周方向において径溝３１ａと交互に形成されている。
このような凹凸部３０及び突出部３３は、周方向における端部が、隣接する他のシールセグメント１１におけるハウジング９の凹凸部３０と連続しており、凹部３１が周方向に連通している。
【００４８】
続いて上述した軸シール機構１０の作用について、主に図７〜１１を用いて説明する。
ガスタービン１が停止状態から起動されると、流体低圧領域と流体高圧領域との圧力差が大きくなっていき、これに比例してシールセグメント１１が流体低圧領域に向けて燃焼ガスｇに押圧される。
この際、流体低圧領域から流体高圧領域に流れる燃焼ガスｇは、シール体１２の薄板シール片２０の微小間隙ｓを通過する他、図７に示すように、開放部９ｄを介して流体高圧領域からハウジング９の収容空間９ａに流入し、サイドシール板１６に沿って内方側空間９ｃを径方向外方側に流れて外方側空間９ｂに流入し、保持リング１３、背面スペーサ１５、保持リング１４に沿って外方側空間９ｂを流れた後に、サイドシール板１７の板面１７ｃと内方側空間９ｃの内壁面９ｅに沿って径方向内方側に流れて流体低圧領域に流出する（符号ｇ１で示す）。なお、内方側空間９ｃを径方向外方に流れてサイドシール板１６のベース部１６ａに到達した燃焼ガスｇの一部は、サイドシール板１６と頭部２１及び胴部２３との隙間、首部２２の隙間、サイドシール板１７と頭部２１及び胴部２３との隙間を通過する（符号ｇ２で示す）。
【００４９】
図７に示すように、シールセグメント１１がハウジング９の内壁面９ｅに密接する前に、例えば、ハウジング９の収容空間９ａに混入したダストＤにより、シールセグメント１１の径方向外方側の軸方向の変位が拘束されると、図８に示すように、シールセグメント１１の径方向内方側（径方向内方端２０ｂ）が燃焼ガスｇによって押圧されて軸方向一方側に傾斜する。
傾斜したシールセグメント１１は、その径方向内方側が燃焼ガスｇによって押圧されることで、サイドシール板１７の内周端１７ｄがハウジング９の内壁面９ｅ（凸部３１）に線状に密接する。この場合、サイドシール板１７の板面１７ｃと内壁面９ｅとの間に径方向外方側から内方側に進むに従って先鋭状となったポケットＸが形成される。
【００５０】
ハウジング９の開放部９ｄから内方側空間９ｃに流入した燃焼ガスｇは、外方側空間９ｂを経由してポケットＸに流入した後に凹部３１を介して流体低圧領域に流出する。具体的には、ポケットＸから周溝３１ｂに流入した後に、外端３１ａ２から内端３１ａ１まで径溝３１ａを流れて再び内方側空間９ｃに流出し、内壁面９ｅに沿って径方向内方側に流れて流体低圧領域に流出する。
【００５１】
流体低圧領域と流体高圧領域との圧力差が所定値以上に大きくなると、燃焼ガスｇがシール体１２及びサイドシール板１６を全体的に押圧することで、図９に示すように、板面１７ｃと内壁面９ｅとが密接する。この状態においては、突出部３３が板面１７ｃに密接することで、収容空間９ａを流れる燃焼ガスｇ１，ｇ２を封止する。
そして、板面１７ｃに内壁面９ｅが押付けられることで、シール体１２の低圧側端部１２ｄの下流側空間Ｌ（図１０参照）が設定された大きさになる。
【００５２】
一方、各微小間隙ｓに侵入した燃焼ガスｇは、図１０に示すように、微小間隙ｓを介して対向する上面２０ｐと下面２０ｑとに沿って、角部ｒ１から角部ｒ２の方向へ放射状に流れる。
つまり、サイドシール板１７の径方向寸法が、サイドシール板１６の径方向寸法よりも大きくされることで、図９に示すように、薄板シール片２０の内方端２０ｂにおいて高圧側に位置する角部ｒ１で最もガス圧が高く、対角の角部ｒ２に向かって徐々にガス圧が弱まるガス圧力分布４０ａが形成される。
【００５３】
図１０に示すように、ガス圧力分布４０ａは、薄板シール片２０の外方端２０ａに向かって低圧の領域が広がる。そのため、図１０に示すように、各薄板シール片２０の上面２０ｐ及び下面２０ｑに加わるガス圧力分布４０ｂ，４０ｃは、薄板シール片２０の内方端２０ｂに近いほど大きくなると共に外方端２０ａに向かうほど小さくなる三角分布形状となる。
【００５４】
図１１に示すように、上面２０ｐ及び下面２０ｑのそれぞれにおけるガス圧力分布４０ｂ，４０ｃは略等しい形状となるが、回転軸６の外周の接線方向に傾くようにして各薄板シール片２０が配置されているので、これら上面２０ｐ及び下面２０ｑにおける各ガス圧力分布４０ｂ，４０ｃの相対位置がずれる。よって、薄板シール片２０の外方端２０ａから内方端２０ｂに向かう任意の点Ｐにおける上面２０ｐ及び下面２０ｑのガス圧に差が生じ、下面２０ｑに加わるガス圧が上面２０ｐに加わるガス圧よりも高くなる。これによって、薄板シール片２０の内方端２０ｂに対して回転軸６より浮かせる方向に浮上力ＦＬが発生する。
以上のようにして、薄板シール片２０に浮上力ＦＬが作用し、動圧効果による浮上力を補助する。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の軸シール機構１０によれば、サイドシール板１７の板面１７ｃとハウジング９の内壁面９ｅとの間に流体高圧領域に連通するポケットＸが形成された場合に、内壁面９ｅに形成された凹部３１がポケットＸと流体低圧領域とを連通させるので、ハウジング９の収容空間９ａとの間に混入したダストＤによってシールセグメント１１が流体低圧領域側に傾いてポケットＸが形成されたとしても、高圧の燃焼ガスｇがポケットＸを介して流体低圧領域に流れる。これにより、板面１７ｃと内壁面９ｅとの間に形成されたポケットＸに高圧の燃焼ガスｇが充満することがなく、シールセグメント１１が傾いた姿勢のまま保持されることを防止することができる。そして、シール体１２の上流側空間Ｈ及び下流側空間Ｌを設計した大きさに復帰させることができ、薄板シール片２０の浮上力が低下することを抑制することができる。
【００５６】
また、板面１７ｃと内壁面９ｅとが押付けられた場合に流体高圧領域と流体低圧領域との連通を突出部３３によって遮断するので、シール体１２の傾きが解消された場合に流体低圧領域と流体高圧領域との連通を遮断する。これにより、シールセグメント１１が傾いた姿勢においては、シールセグメント１１が傾いた姿勢のまま保持されることを抑止することができる一方、姿勢の傾きが解消された場合に、設計したシール性能を確保することができる。
【００５７】
また、凹凸部３０が内壁面９ｅにのみ形成されるので、後述するように、内壁面９ｅ及び板面１７ｃの双方に凹凸部を形成する場合に比べて、労力及び手間を軽減することができる。
また、サイドシール板１７よりも厚い（軸方向寸法）ハウジング９の内壁面９ｅのみに凹凸部３０を形成するので、凹凸部３０を板面１７ｃに形成する場合に比べて、凹凸部を形成した後の剛性を比較的に容易に確保することができる。また、凹凸部３０の形状（凹部３１の広さや深さ）の自由度を向上させることができる。
【００５８】
また、薄板シール片２０の浮上力の低下が抑制されて長寿命となる軸シール機構１０を備えるので、ガスタービンのメンテナンス性を向上させることができる。
【００５９】
また、周溝３１ｂが周方向に延在して凹部３１が周方向の広い範囲に亘って形成されるので、不特定箇所に形成されるポケットＸに対応して、ポケットＸと流体低圧領域とを連通させることができる。
【００６０】
なお、上述した構成においては、シールセグメント１１を周方向に八つ配置させて軸シール機構１０を構成したが、単数又は八つ以外の複数のシールセグメントで軸シール機構を構成してもよい。
【００６１】
また、上述した構成においては、周方向における端部が、隣接する他のシールセグメント１１におけるハウジング９の凹凸部３０と連続しており、凹部３１が周方向に連通する構成としたが、互いに周方向に隣接するシールセグメント１１の凹部３１を隔絶させてもよい。
【００６２】
「軸シール機構の第二実施形態」
次に、本発明の第二実施形態に係る軸シール機構５０について図を用いて説明する。
図１２は、軸シール機構５０の周方向に交差する要部断面図（図１３におけるS7-S7線断面図）であり、図１３は、図１２におけるS5−S5線断面図であり、図１４は、図１３におけるS6−S6線断面図である。なお、図１２〜図１４において、図１〜図１１と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
軸シール機構５０は、軸シール機構１０がハウジング９の内壁面９ｅにのみ凹凸部３０を形成したのに対して、図１２に示すように、サイドシール板１７の板面１７ｃにのみ凹凸部６０を形成している。
【００６４】
図１３に示すように、凹凸部６０は、凹部６１と凸部６２とを有している。
凹部６１は、凹部３１とほぼ同様の構成となっており、内周端１７ｄから径方向外方側に向けて放射状に延在する複数の径溝６１ａと、複数の径溝６１ａよりも径方向外方側に形成されて径溝６１ａに連通する周溝６１ｂとを有している。
凸部６２は、凸部３２とほぼ同様の構成となっており、周方向に隣接する二つの径溝６１ａの間に複数形成されている。
【００６５】
この凹凸部６０が形成された板面１７ｃには、径方向外方側において周方向に延在すると共に、周溝３１ｂの底面から内壁面９ｅに向けて突出して周溝３１ｂの径方向外周側を画定する突出部６３が形成されている。
突出部６３は、軸方向において、軸方向に交差する端面が凸部６２の端面と同一の位置に形成されている。
【００６６】
この構成によれば、シールセグメント１１が流体低圧側に傾斜した姿勢になってサイドシール板１７の内周端１７ｄが内壁面９ｅに当接した場合に、ポケットＸと流体低圧領域とを凹部６１（径溝６１ａ）が連通させる。また、図１３に示すように、板面１７ｃが内壁面９ｅに押付けられると突出部６３が内壁面９ｅに密接して、燃焼ガスｇ１，ｇ２（図７，８参照）を封止する。
これらにより、上述した効果を同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、サイドシール板１７の板面１７ｃにのみ凹凸部６０を形成するので、ハウジング９の内壁面９ｅに比べて凹凸部を容易に形成することができる。また、既存の軸シール機構のサイドシール板１７のみを交換するだけで本発明の構成を得ることができる。
【００６８】
「軸シール機構の第三実施形態」
次に、本発明の第三実施形態に係る軸シール機構７０について図を用いて説明する。
図１５は、軸シール機構７０の周方向に交差する要部断面図（図１６におけるS10-S10線断面図）であり、図１６は、図１５におけるS8−S8線断面図であり、図１７は、図１６におけるS9−S9線断面図である。なお、図１５〜図１７において、図１〜図１４と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
軸シール機構７０は、突出部３３を備える点と、サイドシール板１７Ａを備える点で、軸シール機構１０，５０と異なる。
【００７０】
サイドシール板１７Ａは、第二実施形態のサイドシール板１７と同様に凹凸部６０が形成されているが、突出部６３が形成されていない点で第二実施形態のサイドシール板１７と異なる。すなわち、第二実施形態のサイドシール板１７の凹部６１（周溝６１ｂ）が突出部６３まで形成されていたのに対して、サイドシール板１７Ａの凹部６１はサイドシール板１７Ａの外終端まで形成されている。
【００７１】
突出部３３は、図１５及び図１６に示すように、サイドシール板１７Ａの凸部６２の高さ（凹部３１の底面からの高さ）と、略等しい高さだけ内壁面９ｅから板面１７ｃに向けて軸方向に突出している。
【００７２】
この構成によれば、シールセグメント１１が流体低圧側に傾斜した姿勢になってサイドシール板１７Ａの内周端１７ｄが内壁面９ｅに当接した場合に、ポケットＸと流体低圧領域とを凹部６１が連通させる。また、図１５及び図１７に示すように、板面１７ｃが内壁面９ｅに押付けられると突出部３３が凹部６１の底面に密接して、燃焼ガスｇ１，ｇ２（図７，８参照）を封止する。
これらにより、上述した効果を同様の効果を得ることができる。
【００７３】
また、サイドシール板１７Ａの板面１７ｃに凹凸部６０を形成する一方、突出部３３を内壁面９ｅに形成するので、例えば、保持リング１４やハウジング９の大きさや形状等によって凹凸部及び突出部の形成位置に制約が存在したとしても、この制約に柔軟に対応することができ、設計の自由度を向上させることができる。
【００７４】
なお、上述した構成においては、サイドシール板１７Ａに凸凹部６０を、収容体９に突出部３３を形成したが、収容体９に凸凹部３０を形成する一方、突出部３３を省略し、かつ、サイドシール板１７に突出部６３を形成してもよい。
【００７５】
なお、上述した実施形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した実施の形態においては、ハウジング９をステータ（ハブシュラウド，軸受け部２ｃ，４ｃ）と別体としたが一体に形成してもよい。
【００７６】
また、上述した各実施形態においては、凹凸部３０と凹凸部６０との一方を用いたが、凹凸部３０，６０の双方を用いて凸部３２，６２を当接させる構成としてもよい。このような構成にすることで、双方の凹部３１，６１の深さを小さく形成しつつ、ポケットＸと低圧側空間との連通空間を大きく構成することができる。
同様に、突出部３３，６３の双方を用いて、突出部３３，６３を相互に密接させることにより流体高圧領域と流体低圧領域との連通を遮断する構成にしてもよい。
【００７７】
また、上述した各実施形態において、凹凸部３０及び凹凸部６０の形状や構成は一例であって、上述した形状や構成に限定されない。例えば、径溝３１ａは、必ずしも径方向寸法と溝幅寸法とを同程度の寸法に形成する必要はないし、必ずしも等間隔に形成されている必要はない。同様に、径溝３１ａを複数形成せずに、一つだけ形成してもよい。
【００７８】
また、上述した各実施形態においては、凹凸部３０，７０にそれぞれ周溝３１ｂを設ける構成としたが、周溝３１ｂを省略してもよいし、複数形成してもよい。この場合には、径溝３１ａを径方向外方側まで延長してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１…ガスタービン（回転機械）
２…圧縮機（回転機械）
２Ａ…ロータ
２Ｂ…ステータ
４…タービン（回転機械）
４Ａ…ロータ
４Ｂ…ステータ
９…ハウジング（収容体）
９ａ…収容空間
９ｄ…開放部
９ｅ…内壁面
１０，１０ｃ，５０，７０…軸シール機構
１２…シール体
１２ｃ…高圧側端部（一端部）
１２ｄ…低圧側端部（他端部）
１７，１７Ａ…サイドシール板（板状体）
２０…薄板シール片
２０ａ…外方端（径方向外方端）
２０ｂ…内方端（径方向内方端）
３０，６０…凹凸部
３１，６１…凹部
３１ａ，６１ａ…径溝（径方向延在溝）
３１ｂ，６１ｂ…周溝（周方向延在溝）
３２，６２…凸部
３３，６３…突出部
Ｘ…ポケット
ｇ（ｇ１，ｇ２）…燃焼ガス（流体）
ｓ…微小間隙
【図１】
0005631155.tif 000002
【図２】
0005631155.tif 000003
【図３】
0005631155.tif 000004
【図４】
0005631155.tif 000005
【図５】
0005631155.tif 000006
【図６】
0005631155.tif 000007
【図７】
0005631155.tif 000008
【図８】
0005631155.tif 000009
【図９】
0005631155.tif 000010
【図１０】
0005631155.tif 000011
【図１１】
0005631155.tif 000012
【図１２】
0005631155.tif 000013
【図１３】
0005631155.tif 000014
【図１４】
0005631155.tif 000015
【図１５】
0005631155.tif 000016
【図１６】
0005631155.tif 000017
【図１７】
0005631155.tif 000018