(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと該ロータの外周側を囲うステータとの間の環状空間に設けられ、該環状空間を前記ロータの軸線方向で低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置であって、
前記ステータに固定されるハウジングと、
該ハウジングから前記ロータの径方向内側に向かって延出する薄板シール片を前記ロータの周方向に複数積層させてなるシール体と、
該シール体の低圧側に沿って配置され、高圧側から低圧側に向かって作用する流体の圧力によって低圧側を向く面が前記軸線方向に対抗する前記ハウジングの内壁面に押し付けられる板状体とを備え、
前記板状体の前記径方向内側に、前記シール体の低圧側に沿って前記径方向内側に向かう流体の流れを遮断する堰き止め部が形成され、
前記ハウジングに、前記堰き止め部によって遮断された前記流体の流れを前記低圧側領域に導く連通路が形成されていることを特徴とする軸シール装置。
【請求項２】
前記堰き止め部は、
前記軸線方向に互いに対向する前記シール体と前記ハウジングの内壁面との少なくとも一方から他方に向かって突出する凸部によって構成されている特徴とする請求項１に記載の軸シール装置。
【請求項３】
前記堰き止め部は、
前記板状体の前記径方向内側の端部からさらに前記径方向内側に向かって延在するリブを介して設けられて、前記ロータの周方向に延在する円弧状部材によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸シール装置。
【請求項４】
前記連通路は、前記周方向に間隔をあけて複数形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の軸シール装置。
【請求項５】
前記ハウジングの前記内壁面に、複数の前記連通路における前記低圧側の開口を互いに接続する溝部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の軸シール装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の軸シール装置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間の環状空間を封止して、この環状空間を低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置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におけるロータの周囲には、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、軸シール装置が設けられている。この軸シール装置の一例として、例えば、以下の特許文献１に記載された軸シール装置が知られている。
【０００３】
この軸シール装置は、ステータに設けられたハウジングと、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、互いに微小間隙をあけて積層されている。各薄板シール片は、その径方向内側の端部（先端）がその径方向外側の端部（後端）よりもロータの回転方向前方側に位置するよう傾斜して配置され、後端が相互に連結され、かつ、先端が自由端とされている。
【０００４】
このように概略構成される軸シール装置においては、ロータが静止している際には各薄板シール片の先端がロータと接触している。そして、ロータが回転すると該ロータの回転によって生じる動圧効果により、薄板シール片の先端が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、この軸シール装置では、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】
さらに、上記軸シール装置には、シール体の低圧側を周方向にわたって覆う低圧側サイドシール板とシール体の高圧側を周方向にわたって覆う高圧側サイドシール板とが設けられている。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、薄板シール片の高圧側の空間及び低圧側の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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、上述した軸シール装置においては、ロータ及びステータの熱変形に伴うロータの偏心や、薄板シール片からロータに対する予圧の減少によって、薄板シール片の先端とロータの外周面との間に予期しない大きさの隙間が生じてしまうことがある。この場合、薄板シール片の低圧側に沿って流通するダウンフローによって、該薄板シール片の先端にフラッタリングが生じる場合があった。
【０００８】
即ち、薄板シール片の低圧側においては、上述した低圧側サイドシール板及び高圧側サイドシール板による圧力分布に起因して、ロータの径方向内側に向かっての流体の流れ（ダウンフロー）が発生する。この際、薄板シール片の先端とロータの外周面との間に隙間が形成されていると、当該隙間部の流れと上記ダウンフローによる流れとによって乱れが生じ、薄板シール片の先端付近でフラッタリングが生じる懸念がある。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、薄板シール片のフラッタリングを抑制して耐久性を向上させることができる軸シール装置、及び、この軸シール装置を備える回転機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明に係る軸シール装置は、ロータと該ロータの外周側を囲うステータとの間の環状空間に設けられ、該環状空間を前記ロータの軸線方向で低圧側領域と高圧側領域とに分ける軸シール装置であって、前記ステータに固定されるハウジングと、該ハウジングから前記ロータの径方向内側に向かって延出する薄板シール片を前記ロータの周方向に複数積層させてなるシール体と、該シール体の低圧側に沿って配置され、高圧側から低圧側に向かって作用する流体の圧力によって低圧側を向く面が前記軸線方向に対抗する前記ハウジングの内壁面に押し付けられる板状体とを備え、前記板状体の前記径方向内側に、前記シール体の低圧側に沿って前記径方向内側に向かう流体の流れを遮断する堰き止め部が形成され、前記ハウジングに、前記堰き止め部によって遮断された前記流体の流れを前記低圧側領域に導く連通路が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このような特徴の軸シール装置によれば、シール体の低圧側をロータの径方向内側に向かう流れ、即ち、ダウンフローは、板状体の径方向内側に位置する堰き止め部によって遮断される。そして、このように遮断されたダウンフローに基づく流体の流れは、ハウジングに形成された連通路を介して低圧側領域に導かれる。これにより、ダウンフローが薄板シール片におけるロータの径方向内側の端部、即ち、薄板シール片の先端に到達することを回避することができる。
したがって、薄板シール片の先端とロータとの間に予期しない隙間が形成された場合であっても、当該薄板シール片の先端において上記ダウンフローに基づく流れの乱れが発生することを防止できる。
【００１２】
また、本発明に係る軸シール装置において、前記堰き止め部は、前記軸線方向に互いに対向する前記シール体と前記ハウジングの内壁面との少なくとも一方から他方に向かって突出する凸部によって構成されていることを特徴とする。
これによって、薄板シール片の低圧側に沿って流れるダウンフローを確実に遮断することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る軸シール装置において、前記堰き止め部は、前記板状体の前記径方向内側の端部からさらに前記径方向内側に向かって延在するリブを介して設けられて、前記ロータの周方向に延在する円弧状部材であってもよい。
これによっても、薄板シール片の低圧側に沿って流通するダウンフローを確実に遮断することができる。
【００１４】
また、本発明に係る軸シール装置において、前記連通路は、前記周方向に間隔をあけて複数形成されていることが好ましい。
これによって、堰き止め部によって遮断されたダウンフローを効果的に低圧側領域に導くことができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る軸シール装置においては、前記ハウジングの前記内壁面に、複数の前記連通路における前記低圧側の開口を互いに接続する溝部が形成されていることが好ましい。
ここで、連通路が複数設けられている場合、ハウジングの内壁面の周方向に連通路が存在する領域と連通路の存在しない領域とが交互に配置されることになるため、堰き止め部によって遮断されたダウンフローに基づく流れが不均一となり、当該ダウンフローを円滑に低圧側領域に導入することができなくなるという不都合が生じる。
これに対して本発明においては、ハウジングにおけるシール体と対向する内壁面に複数の連通路を接続する溝部が形成されているため、当該内壁面の形状が周方向に一様なものとなり、ダウンフローに基づく流れが不均一となることを回避することができる。
【００１６】
また、本発明に係る回転機械は、上記いずれかの軸シール装置を備えることを特徴とする。
このような特徴の回転機械によれば、上記いずれかの軸シール装置を備えるため、薄板シール片の先端においてダウンフローに基づく流れの乱れが発生することを回避することができる。したがって、軸シール装置が長寿命となってメンテナンス性に優れた回転機械とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る軸シール装置及びこれを備えた回転機械によれば、薄板シール片の低圧側に沿って流通するダウンフローが当該薄板シール片の先端に到達することを回避することで、薄板シール片の先端において上記ダウンフローに基づく流れの乱れが発生することを回避することができる。これによって、薄板シール片にフラッタリングが発生することを防止することができるため、耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービン（回転機械）の概略全体構成図である。
【図２】図１におけるＳ１−Ｓ２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】シールセグメントを軸線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】本発明の実施形態に係るシールセグメントの微小間隙に形成される作動流体のガス圧力分布図である。
【図７】本発明の実施形態に係るシールセグメントにおける薄板シール片の要部断面図であって、回転軸の軸線方向に交差する胴部の切断面を示すと共に胴部に作用する圧力をベクトルで示した図である。
【図８】ハウジングの内壁面に複数の連結孔の開口を接続する溝部を形成した例を説明する図である。
【図９】連結孔がスリット状をなしている例を説明する図である。
【図１０】凸部を別部材として設けた例を説明する図である。
【図１１】シール体に凸部を設けた例を説明する図である。
【図１２】シール体に凸部を設けた例を説明する図である。
【図１３】第二実施形態の軸シール装置の縦断面図である。
【図１４】図１３のＳ４−Ｓ４線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
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。
【００２０】
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の軸線Ｏ方向を単に「軸線Ｏ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。
【００２１】
ロータ２Ａ，４Ａは、回転軸６ｃ，６と、軸線Ｏ方向に間隔をあ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あ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。
【００２２】
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内において軸線Ｏ方向に間隔をあ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あ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、軸線Ｏ方向に交互に配置されている。
【００２３】
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が軸線Ｏ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。
【００２４】
以下、タービン４の軸シール装置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の軸シール装置１０について説明するが、圧縮機２の軸シール装置１０ｃも、基本的に同様の構成なので、この説明を省略する。
【００２５】
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。
タービン４の軸シール装置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を周方向に複数（本実施形態では８つ）配置することで構成されている。
【００２６】
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、その内部には、径方向内側から外側に向かって凹む円環状の収容空間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、その開口側、即ち、径方向内側の部分が、幅寸法（軸線Ｏ方向の寸法）が小さく形成された内方側空間９ｂとされている。また、収容空間９ａの開口から径方向外側に離間した空間、即ち、内方側空間９ｂよりも径方向外側の空間が、幅寸法が大きく形成された外方側空間９ｃとされている。これら内方側空間９ｂと外方側空間９ｃとは互いに連通状態とされている。
【００２７】
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Ｕ字状をな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、シール体１２を径方向内側に向かって付勢する弾性体１５と、シール体１２を軸線Ｏ方向から挟むように設けられた高圧側サイドシール板１６及び低圧側サイドシール板１７とから構成されている。
【００２８】
図４は、シールセグメント１１を軸線Ｏ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が多数積層されてなり（図２参照）、これら多数枚の薄板シール片２０の径方向外側の端部、即ち、薄板シール片２０の後端２０ａ側は互いに連結されている。
この薄板シール片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字状に形成され、その幅方向を回転軸６の軸線Ｏ方向に向けて配置されている。換言すれば、薄板シール片２０は、その厚さ方向を回転軸６の周方向に向けて配置されている。
【００２９】
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の径方向外側から径方向内側に向かって、頭部２１、首部２２、胴部２３の順に連続するように形成されている。
【００３０】
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、弾性変形可能とされており、それぞれの胴部２３の径方向内側の端部、つまり当該薄板シール片２０の先端２０ｂが自由端とされている。そして、回転軸６の停止時においては、各薄板シール片２０の先端２０ｂ側が回転軸６に所定の予圧で接触するようになっている。
【００３１】
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をあ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。
【００３２】
保持リング１３，１４は、回転軸６の周方向に延びる部材であって、いずれも軸線Ｏを含む断面においてＵ字状をなしている。各保持リング１３，１４のＵ字の内側を構成する溝部の幅（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の高圧側の部分は、保持リング１３の溝部内に嵌入され、薄板シール片２０の頭部２１の低圧側の部分は、保持リング１４の溝部内に嵌入されている。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。
【００３３】
高圧側サイドシール板１６及び低圧側サイドシール板１７は、いずれも厚さ方向を軸線Ｏ方向に向け、回転軸６の軸線Ｏ方向から見た形状が円弧帯状をなしている。また、高圧側サイドシール板１６及び低圧側サイドシール板１７は、径方向外側の端部のベース部１６ａ，１７ａと、該ベース部１６ａ，１７ａから径方向内側に向かって延びるシール板部１６ｂ，１７ｂとを有している。ベース部１６ａ，１７ａは、その厚さ（軸線Ｏ方向寸法）がシール板部１６ｂ，１７ｂの厚さよりも厚く、シール板部１６ｂ，１７ｂを基準にして軸線Ｏ方向に突出している。さらに、低圧側サイドシール板１７の径方向寸法は、高圧側サイドシール板１６の径方向寸法よりも短く設定されている。
【００３４】
高圧側サイドシール板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んだ状態で、保持リング１３によって高圧側から押圧されている。
これによって、高圧側サイドシール板１６の低圧側を向く板面１６ｃが、シール体１２の高圧側を覆うように固定されている。
なお、本実施形態においては、高圧側サイドシール板１６の径方向内側の端部、即ち、高圧側サイドシール板１６の先端は、収容空間９ａの径方向内側の開口まで延在している。これによって、収容空間９ａから径方向内側に向かって延出する薄板シール片２０の先端２０ｂは、高圧側サイドシール板１６の先端よりも径方向内側に延出している。
【００３５】
低圧側サイドシール板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んだ状態で、保持リング１３によって低圧側から押圧されている。
薄板シール片２０の首部２２と保持リング１４のとの間で挟み込まれている。
これによって低圧側サイドシール板１７の高圧側を向く板面１７ｃが、シール体１２の低圧側を覆うように固定されている。
なお、本実施形態においては、低圧側サイドシール板１７の径方向内側の端部、即ち、低圧側サイドシール板１７の先端は、収容空間９ａの径方向内側の開口よりも径方向外側に位置している。
【００３６】
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９ｃに収容されており、高圧側サイドシール板１６及び低圧側サイドシール板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９ｂに収容されている。そして、収容空間９ａの開口から回転軸６に向けて胴部２３の先端、即ち、薄板シール片２０の先端２０ｂが突出している。
【００３７】
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９ｃの内壁面に干渉して径方向の変位が制限されているとともに、高圧側サイドシール板１６及び低圧側サイドシール板１７がハウジング９の内方側空間９ｂの内壁面に干渉して軸線Ｏ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９ｃに配設された弾性体１５によって径方向内側に付勢されている。
【００３８】
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の圧力によって低圧側に変位して、図３に示すように、低圧側サイドシール板１７の板面１７ｄが軸線Ｏ方向に対向するハウジング９（内方側空間９ｂ）の内壁面９ｅに押し付けられる。
【００３９】
ここで、本実施形態では、上記ハウジング９の収容空間９ａにおける低圧側を向く内壁面９ｅの径方向内側の端部、即ち、当該内壁面９ｅの先端には、シール体１２に向かって軸線Ｏ方向に突出する凸部（堰き止め部）９ｆが形成されている。つまり、上記内壁面９ｅには、低圧側サイドシール板１７の先端よりも径方向内側においてシール体１２に向かって突出する凸部９ｆが形成されているのである。
なお、この凸部９ｆの内壁面９ｅからの突出高さは、シールセグメント１１が燃焼ガスｇの圧力によって低圧側に変位した際に、シール体１２の低圧側にとの間に僅かな間隙が形成される程度に設定されている。
【００４０】
図５は図３のＳ３−Ｓ３断面図である。
上記ハウジング９の内壁面９ｅにおける凸部９ｆよりも径方向内側、かつ、低圧側サイドシール板１７の先端よりも径方向外側の部分には、連通路９ｇが開口されている。この連通路９ｇは、一端側開口が内壁面９ｅに開口するとともに、他端側が低圧側領域に開口している。この連通路９ｇは、軸線Ｏ方向に延在するようにハウジング９に穿設されており、該連通路９ｇの延在方向に直交する断面形状は略円形をなしている。そして、このような連通路９ｇは図５に示すように、周方向に間隔をあけて複数形成されている。
【００４１】
次に、上述した軸シール機構１０の作用について説明する。
ガスタービン１が停止状態から起動されると、低圧側領域と高圧側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が低圧側領域に向けて燃焼ガスｇに押圧される。この際、高圧側領域から低圧側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。
そして、低圧側領域と高圧側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及び低圧側サイドシール板１７を全体的に押圧することで、該低圧側サイドシール板１７の低圧側を向く板面１７ｄが内壁面９ｅに対して密着する。
【００４２】
一方、各微小間隙ｓに侵入した燃焼ガスｇは、図６及び図７に示すように、微小間隙ｓを介して周方向に対向する上面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、低圧側サイドシール板１７の径方向寸法が、高圧側サイドシール板１６の径方向寸法よりも大きく設定されていることに起因して、図６に示すように、薄板シール片２０の先端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。
【００４３】
図６に示すように、ガス圧力分布４０ａは、薄板シール片２０の後端２０ａに向かって低圧の領域が広がる。そのため、図７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の先端２０ｂに近いほど大きくなるとともに後端２０ａに向かうほど小さくなる三角分布形状となる。
【００４４】
図７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の外周面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の後端２０ａから先端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の先端２０ｂに対して回転軸６より浮かせる方向に浮上力ＦＬ（図６参照）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。
【００４５】
ここで、図６に示すガス圧力分布４０ａに基づいて角部ｒ１から該角部ｒ１の対角に位置する角部ｒ２に向かう燃焼ガスｇは、径方向内側に向かって徐々に旋回し、最終的には薄板シール片２０の低圧側に抜け出ていく。このように薄板シール片２０から低圧側に抜け出た燃焼ガスｇは、薄板シール片２０の低圧側に沿って径方向内側に向かう流れ、即ち、ダウンフローｄとなって流通する。
このようなダウンフローｄが径方向内側に向かって流通した結果、薄板シール片２０の先端に到達し、この際、薄板シール片２０の先端２０ｂと回転軸６の外周面との間に隙間が生じていると、流れの乱れによって薄板シール片の先端２０ｂにフラッタリングが発生する要因となる。
【００４６】
これに対して本実施形態においては、ハウジング９の内壁面９ｅの径方向内側の端部に凸部９ｆが形成されているため、上記ダウンフローｄは、この凸部９ｆによってその流れが遮断される。即ち、凸部９ｆがダウンフローｄを遮断する堰き止め部として作用する。
そして、このように遮断されたダウンフローｄに基づく流体の流れは、ハウジング９に形成された連通路９ｇを介して低圧側領域に導かれる。これにより、ダウンフローｄが薄板シール片の先端に到達することを回避することができる。
【００４７】
したがって、薄板シール片２０の先端２０ｂと回転軸６の外周面との間に予期しない隙間が形成された場合であっても、当該薄板シール片２０の先端２０ｂにおいて上記ダウンフローｄに基づく流れの乱れが発生することを防止できる。これによって、薄板シール片２０にフラッタリングが発生することを防止することができるため、耐久性を向上させることが可能となる。
また、このような軸シール装置１０を備えたガスタービン１によれば、当該軸シール装置１０が高寿命となるため、メンテナンス性を向上させることが可能となる。
【００４８】
なお、第一実施形態の変形例として、例えば図８に示すように、ハウジング９の収容空間９ａにおける内壁面９ｅに溝部９ｈを形成してもよい。即ち、この溝部９ｈは、軸線Ｏを中心とした円環状に凹む環状溝であって、周方向に間隔をあけて複数形成された連通路９ｇの低圧側の開口を互いに接続している。
【００４９】
ここで、連通路９ｇが複数設けられている場合、ハウジング９の内壁面９ｅにおいては、その周方向に連通路９ｇが存在する領域と連通路９ｇの存在しない領域とが交互に配置されることになる。これにより、内壁面９ｅが周方向に不均一な形状となるため、凸部９ｆによって遮断されたダウンフローｄに基づく流れが不均一となり、当該ダウンフローｄを円滑に低圧側領域に導入することができなくなるという不都合が生じる。
これに対して本変形例においては、複数の連通路９ｇの高圧側の開口を接続する上記溝部９ｈが形成されているため、当該内壁面９ｅの形状を周方向に一様なものとすることができる。これによって、内壁面９ｅによってダウンフローｄが乱されることを回避することができるため、ダウンフローｄに基づく流れが不均一となることを防止して当該流れを円滑に低圧側領域に導入することが可能となる。
【００５０】
また、第一実施形態においては、連通路９ｇの軸線Ｏに直交する断面形状を円形としたが、これに限定されることはなく、例えば図９に示すように、周方向に延在するスリット状をなしていてもよい。即ち、この連通路９ｇは、軸線Ｏに直交する断面形状が周方向の所定範囲にわたるように長尺状に延在している。
この場合、連通路９ｇの断面形状が円形の場合に比べて、内壁面９ｅの形状を周方向に均一とすることができる。これによって、上記変形例同様、内壁面９ｅによってダウンフローｄが乱されることを回避することができ、ダウンフローｄに基づく流れが不均一となることを防止して当該流れを円滑に低圧側領域に導入することが可能となる。
なお、連通路９ｇをスリット状に形成し、かつ、上記溝部９ｈを形成した場合には、両構造の相乗効果により、ダウンフローｄに基づく流れをより円滑に低圧側領域に導くことができる。
【００５１】
さらに、例えば図１０に示すように、凸部１８をハウジング９とは別部材によって構成してもよい。即ち、この別部材としての凸部１８は、ハウジング９の収容空間９ａにおける内壁面９ｅの先端に装着可能な構成をなしており、例えば図１０に示すように、一部が連通路９ｇの低圧側の開口から挿入されることによってハウジング９に固定されている。
【００５２】
このように凸部１８を別部材として構成した場合、ハウジング９の内壁面９ｅに対して凸部１８を形成するための加工を別途施す必要はない。したがって、ハウジング９の内壁面９ｅの加工工程をより簡易なものとすることができる。
なお、この別部材としての凸部１８としては、ハウジング９と同様の材質から形成してもよいし、異なる材質から形成してもよい。また、凸部１８の材質としては、線膨張係数の小さい金属から形成することが好ましい。
さらに、この凸部１８は、例えば、溶接やネジ止め等によってハウジング９に固定された構成であってもよい。
【００５３】
また、第一実施形態においては凸部９ｆをハウジング９の内壁面９ｅに設けたが、例えば図１１に示すように、シール体１２に凸部１２ａを形成してもよい。即ち、シール体１２を構成する各薄板シール片２０の低圧側の端部に、さらに低圧側に向かって、即ち、ハウジング９の内壁面９ｅに向かって突出する凸部１２ａを一体に形成した構成であってもよい。
この場合も、シール体１２の凸部１２ａがダウンフローｄを遮断する堰き止め部として作用することで、第一実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、大掛かりなハウジング９自体に加工を施すことなく、シール体１２を構成する薄板シール片２０に凸部１２ａを形成する加工を施しさえすればよいため、より容易にダウンフローｄを遮断する堰き止め部を設けることができる。
【００５４】
なお、このようにシール体１２に形成する凸部１２ａは、図１１に示すように径方向の一部のみをハウジング９の内壁面９ｅ側に突出させるのみならず、例えば図１２に示すように、ハウジング９の内壁面９ｅの先端に対向する箇所から径方向内側全域にわたって突出させた構成であってもよい。これによっても、ダウンフローｄを確実に遮断することができる。
【００５５】
次に、本発明の第二実施形態の軸シール装置ついて、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３及び図１４においては、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第一実施形態がハウジング９に設けられた凸部９ｆによってダウンフローｄを遮断する堰き止め部が構成されていたのに対して、本実施形態においては、低圧側サイドシール板１７にリブ５１を介して設けられた円弧状部材５２によって堰き止め部が構成されている。
【００５６】
即ち、本実施形態の低圧側サイドシール板１７の先端、即ち、径方向内側の端部には、当該先端からさらに径方向内側に向かって延在する複数のリブ５１が周方向に間隔をあけて設けられている。これらリブ５１は低圧側サイドシール板１７に対して一体に形成されており、各リブ５１の軸線Ｏ方向の厚みは、低圧側サイドシール板１７の軸線Ｏ方向の厚みと同一もしくは低圧側サイドシール板１７の軸線Ｏ方向の厚みよりも小さく形成されている。また、複数のリブ５１の径方向の寸法は全て同一とされている。
【００５７】
そして、これら複数のリブ５１の先端、即ち、径方向内側の端部には、これら端部を互いに連結するようにして周方向にわたって延在する円弧状部材５２が一体に設けられている。この円弧状部材５２は、軸線Ｏを中心とした円弧状をなしており、その軸線Ｏ方向の厚みは低圧側サイドシール板１７の軸線Ｏ方向の厚みよりも小さく形成されている。例えば、円弧状部材５２の軸線Ｏ方向の厚みを低圧側サイドシール板１７の軸線Ｏ方向の厚みの一割程度小さい寸法に設定することが好ましい。なお、本実施形態においては、上記円弧状部材５２の径方向内側の端部とハウジング９の収容空間９ａの径方向内側の端部とは、略同一の径方向位置に配置されている。
【００５８】
このように低圧側サイドシール板１７の先端にリブ５１と円弧状部材５２とが形成されることによって、低圧側サイドシール板１７の先端、リブ５１及び円弧状部材５２によって囲まれた空間であるぬすみ部５３が画成されている。このようなぬすみ部５３は、図１４に示すようにリブ５１を介して周方向に間隔をあけて配置されている。
なお、ハウジング９に形成された連通路９ｇの低圧側の開口の径方向の位置は、低圧側サイドシール板１７の先端と円弧状部材５２との間に配置されており、これにより、連通路９ｇはぬすみ部５３と低圧側領域とを連通している。
また、低圧側サイドシール板１７、リブ５１及び円弧状部材５２は、例えば一枚の板材にエッチング加工を施すことにより容易に成形することができる。
【００５９】
以上のような構成の第二実施形態の軸シール装置１０においては、低圧側サイドシール板１７の先端にリブ５１を介して設けられた上記円弧状部材５２がダウンフローｄの堰き止め部として機能する。即ち、シール体１２の低圧側に沿って流通するダウンフローｄは、円弧状部材５２によってその流れが遮断され、このダウンフローに基づく流れが連通路９ｇを介して低圧側領域に導入される。
【００６０】
これによって、第一実施形態同様、ダウンフローｄが薄板シール片２０の先端に到達することを回避することができ、薄板シール片２０の先端２０ｂと回転軸６の外周面との間に予期しない隙間が形成された場合であっても、当該薄板シール片２０の先端２０ｂにおいて上記ダウンフローｄに基づく流れの乱れが発生することを防止できる。したがって、薄板シール片２０にフラッタリングが発生することを防止することができるため、耐久性を向上させることが可能となる。
【００６１】
なお、第二実施形態においても、第一実施形態と同様、ハウジング９の収容空間９ａにおける内壁面９ｅに連通路９ｇの低圧側の開口を接続する溝部９ｈが形成されていてもよい。
また、連通路の軸線Ｏに直交する断面形状は、円形であってもよいし、スリット状をなしていてもよい。
さらに、第二実施形態においては、リブ５１及び円弧状部材５２がそれぞれ低圧側サイドシール板１７に一体に設けられている例について説明したが、これらリブおよび円弧状部材５２が低圧側サイドシール板１７に別体として装着された構成であってもよい。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
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。
また、実施形態においては、連通路９ｇが軸線Ｏと平行に延びている例について説明したが、連通路９ｇは軸線Ｏに傾斜して延びていてもよい。また、連通路９ｇが直線上に延びているのみならず、屈曲して延びている構成であってもよい。即ち、連通路９ｇの一端がハウジング９の内壁面９ｅに開口し、他端が低圧側領域に向けて開口しているならば他の構成であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…ガスタービン、２       …圧縮機、２Ａ…ロータ、２Ｂ…ステータ、３…燃焼器、４…タービン、４Ａ…ロータ、４Ｂ…ステータ、５…環状静翼群、５ｃ…環状静翼群、６…回転軸、６ｃ…回転軸、７…環状動翼群、７ｃ…環状動翼群、９…ハウジング、９ａ…収容空間、９ｂ…内方側空間、９ｃ…外方側空間、９ｅ…内壁面、９ｆ…凸部（堰き止め部）、９ｇ…連通路、９ｈ…溝部、１０…軸シール装置、１０ｃ…軸シール装置、１１…シールセグメント、１２…シール体、１２ａ…凸部（堰き止め部）、１３…保持リング、１４…保持リング、１５…弾性体、１６…高圧側サイドシール板、１６ａ…ベース部、１６ｂ…シール板部、１６ｃ…板面、１７…低圧側サイドシール板、１７ａ…ベース部、１７ｂ…シール板部、１７ｃ…板面、１７ｄ…板面、１８…凸部（堰き止め部）、２０…薄板シール片、２０ａ…後端、２０ｂ…先端、２０ｐ…上面、２０ｑ…下面、２１       …頭部、２２  …首部、２３…胴部、４０ａ…ガス圧力分布、４０ｂ…ガス圧力分布、４０ｃ…ガス圧力分布、５１…リブ、５２…円弧状部材、５３…ぬすみ部、ｒ１…角部、ｒ２…角部、ｇ…燃焼ガス、ｄ…ダウンフロー、Ｏ…軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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