(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と静止部との環状空間を通って、前記回転軸の軸方向に流れる流体を阻止する軸シール機構において、
前記静止部の内部に保持されたリーフシールリングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間を開けて設けられ、各外周基端側が前記リーフシールリング内に固定され、各先端が前記回転軸の周面と鋭角を成し、かつ前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板とを有し、前記静止部と前記リーフシールリングとの間には、該リーフシールリングを前記回転軸より離間させる径方向外側に向かって付勢する付勢部材と、
前記各薄板を境として高圧側の流体圧を、前記リーフシールリングの外周面と前記静止部の内周面との間に導き、前記付勢部材の付勢方向とは逆方向に前記流体圧を前記リーフシールリングに作用させるとともに、前記リーフシールリングを低圧側に押圧し、前記リーフシールリングの頭部側面、頭部底面、及び低圧側側板が前記静止部の内周面のうちこれらリーフシールリングの頭部側面、頭部底面、及び低圧側側板に対向する位置で当接するように作用させる導圧溝とが設けられていることを特徴とする軸シール機構。
【請求項２】
前記付勢部材は、前記リーフシールリング側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の軸シール機構。
【請求項３】
前記付勢部材は、前記静止部とは別体の保持部材に保持され、該保持部材が前記静止部側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の軸シール機構。
【請求項４】
前記付勢部材は、前記各薄板を挟んで高圧側と低圧側のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の軸シール機構。
【請求項５】
高温高圧の流体をケーシングに導き、該ケーシング内部に回転可能に支持された回転軸の動翼に吹き付けることで、前記流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生するタービンにおいて、
請求項１〜４の何れか１項記載の軸シール機構を備えたことを特徴とするタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン、蒸気タービン、圧縮機、ポンプなどの大型流体機械の回転軸等に用いて好適な軸シール機構に関する。また、流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるタービンに関し、特にその回転軸に適用される軸シール機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ガスタービンや蒸気タービンには、回転軸の軸周りに、高圧側から低圧側に漏れる燃焼ガスの漏れ量を低減するための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、図１８に示すリーフシール１がある。
【０００３】
このリーフシール１は、回転軸２の軸方向に所定の幅寸法を有する平板状の薄板３を、回転軸２の周方向に多層に配置した構造となっている。
これら薄板３は、その外周基端側が、ろう付け部４を介してリーフシールリング５に固定され、内周側の先端が、回転軸２に所定の予圧で摺接している。各薄板３の先端は、同図及び図１９に示すように、回転軸２の回転方向（図中の矢印ｄに示す方向）に対して、回転軸２の周面と成す角が鋭角となるようして、回転軸２の周面に摺接している。
このようにしてリーフシールリング５に取り付けられた各薄板３は、回転軸２の外周をシールすることによって、回転軸２の周囲空間を高圧側領域と低圧側領域とに分けている。
リーフシールリング５には、各薄板３を間に挟む両側において、高圧領域側には高圧側側板７、低圧領域側には低圧側側板８が、圧力作用方向のガイド板として配置されている。
【０００４】
上記のように構成されたリーフシール１において、回転軸２が回転されると、回転軸２の回転によって生じる動圧効果により、各薄板３の先端が、回転軸２の周面から浮上し、各薄板３の先端と回転軸２との接触が回避される。これにより摩耗が防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記リーフシール１では、回転軸２の回転開始時などの低速回転時には、各薄板３の受ける浮上力が弱く、図２０に示すように、各薄板３の先端が回転軸２に接触したまま回転軸２の周面に対して摺動するため、各薄板３と回転軸２との摩耗が生じる恐れがあった。
また、回転軸２の高速回転時においては、リーフシールリング５及びこのリーフシールリング５が取り付けられる静止部（図示せず）の熱膨張量が、回転軸２の熱膨張量よりも大きい場合、つまり、熱によるリーフシールリング５の径の拡大が回転軸２の径の拡大より大きい場合は、図２１に示すように、各薄板３の先端と回転軸２との間に間隙９が生じてしまうため、ガスの漏れ量が多くなり、シール機能が低下する恐れがあった。
【０００６】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高圧側から低圧側へのガスの漏れ量を低減すると共に、各薄板と回転軸との摩耗の発生を抑えることのできる軸シール機構及びこの軸シール機構を備えたタービンを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の軸シール機構は、回転軸と静止部との環状空間を通って、前記回転軸の軸方向に流れる流体を阻止する軸シール機構において、前記静止部の内部に保持されたリーフシールリングと、前記回転軸の周方向に互いに隙間を開けて設けられ、各外周基端側が前記リーフシールリング内に固定され、各先端が前記回転軸の周面と鋭角を成し、かつ前記回転軸の軸方向に幅を有して前記回転軸の周面に摺接される複数の薄板とを有し、前記静止部と前記リーフシールリングとの間には、該リーフシールリングを前記回転軸より離間させる径方向外側に向かって付勢する付勢部材と、前記各薄板を境として高圧側の流体圧を、前記リーフシールリングの外周面と前記静止部の内周面との間に導き、前記付勢部材の付勢方向とは逆方向に前記流体圧を前記リーフシールリングに作用させるとともに、前記リーフシールリングを低圧側に押圧し、前記リーフシールリングの頭部側面、頭部底面、及び低圧側側板が前記静止部の内周面のうちこれらリーフシールリングの頭部側面、頭部底面、及び低圧側側板に対向する位置で当接するように作用させる導圧溝とが設けられていることを特徴としている。
【０００８】
したがって、シール差圧が小さくかつ各薄板に十分な浮上力が受けられない回転軸の低速回転時には、付勢部材によってリーフシールリングを径方向外側に向かって付勢し、静止部内にて回転軸から離間する方向に浮上させて、このリーフシールリングに設けられた各薄板の各先端と回転軸の周面とを非接触状態に保つので、回転軸の回転に伴う各薄板及び回転軸の摩耗を防止することができる。また、シール差圧が大きい時には、導圧溝より高圧側の流体圧をリーフシールリングの外周面と静止部の内周面との間に導き、この流体圧によって付勢部材の付勢力を打ち消し、リーフシールリングを回転軸に接近する内周側へ移動させ、熱膨張により生じた隙間を減少させることができるので、回転軸と各薄板の各先端との間を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの漏れ量を低減することができる。
【０００９】
請求項２記載の軸シール機構は、請求項１の軸シール機構において、付勢部材が、リーフシールリング側に設けられていることを特徴としている。
したがって、付勢部材の設けられたリーフシールリングを、付勢部材の設けられていない既存の静止部等に取り付けることで、静止部の内部に特別な加工を施すことなく、簡単に静止部とリーフシールリングとの間に付勢部材を設けることができる。また、付勢部材が劣化または破損した場合、これを静止部側に取り付けた場合よりも取り外しの簡単なリーフシールリング側に設けているので、付勢部材のメンテナンス等を容易に行うことができる。
【００１０】
請求項３記載の軸シール機構は、請求項１または請求項２記載の軸シール機構において、付勢部材が、静止部とは別体の保持部材に保持され、この保持部材が静止部側に設けられていることを特徴としている。
したがって、付勢部材を静止部の内部に直接取り付ける必要がなく、付勢部材が保持された保持部材を静止部に取り付けることで、簡単にリーフシールリングと静止部との間に付勢部材を設けることができる。また、ある付勢部材が劣化または破損した場合、その付勢部材が保持された保持部材のみを静止部から取り外すことができるので、付勢部材のメンテナンス等を効率よく行うことができる。
【００１１】
請求項４記載の軸シール機構は、請求項１〜３記載の何れかに記載の軸シール機構において、付勢部材が、各薄板を挟んで高圧側と低圧側のそれぞれに設けられていることを特徴としている。
したがって、リーフシールリングを回転軸の外周側へ安定して浮上させることができ、シール差圧が小さい回転軸の低速回転時において、各薄板の各先端が回転軸の周面に接するのをより確実に防ぐことができる。また、付勢部材が各薄板の片側だけに設けられた場合と比べて、各付勢部材に掛かるリーフシールリングの荷重が半減するため、各付勢部材のリーフシールリングの荷重による劣化を抑えることができる。
【００１２】
請求項５のタービンは、高温高圧の流体をケーシングに導き、このケーシング内部に回転可能に支持された回転軸の動翼に吹き付けることで、流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生するタービンにおいて、請求項１〜４のいずれか１項記載の軸シール機構を備えたことを特徴としている。上記請求項５記載のタービンによれば、上記請求項１〜４の何れかに記載の軸シール機構と同様の作用を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る軸シール機構及びこれを備えたタービンの各実施の形態について説明を行うが、本発明がこれらのみに限定解釈されるものではない。また、本発明に係るタービンを、ガスタービンにおいて説明するが、本発明のタービンは、特にガスタービンに限定されるものではないことは勿論である。
【００１４】
まず、図１〜図７を参照しながら、第１の実施形態について説明を行う。
図１は、ガスタービンの概略構成を示す図である。同図において、符号２０は圧縮機、符号２１は燃焼器、符号２２はタービンである。圧縮機２０は、多量の空気をその内部にとり入れて圧縮するものである。通常、ガスタービンでは、後述する回転軸２３で得られる動力の一部が、圧縮機２０の動力として利用されている。燃焼器２１は、圧縮機２０で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させるものである。タービン２２は、燃焼器２１で発生した燃焼ガス（流体）をその内部に導入して膨張させ、回転軸２３に設けられた動翼２３ｅに吹き付けることで、燃焼ガスの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるものである。
【００１５】
タービン２２には、回転軸２３側の複数の動翼２３ｅの他に、ケーシング２４側に複数の静翼（静止部）２４ａが設けられている。これら動翼２３ｅと静翼２４ａとは、回転軸２３の軸方向に交互に配列されている。動翼２３ｅは、回転軸２３の軸方向に流れる燃焼ガスの圧力を受けて回転軸２３を回転させ、回転軸２３に与えられた回転エネルギーが軸端から取り出されて利用されるようになっている。静翼２４ａと回転軸２３との間には、静翼２４ａと回転軸２３との環状空間を通り、高圧側から低圧側に向かって回転軸２３の軸方向に流れる燃焼ガスを阻止する軸シール機構として、リーフシール２５が設けられている。
【００１６】
このリーフシール２５は、図２に示すように、静翼２４ａの内部に保持されたリーフシールリング２６と、回転軸２３の周方向に互いに隙間２７を開けて設けられ、各外周基端２８ａ側がリーフシールリング２６内に固定され、各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３ａと鋭角を成し、かつ回転軸２３の軸方向に幅を有して回転軸２３の周面２３ａに摺接される複数の薄板２８とを有している。リーフシールリング２６には、各薄板２８を間に挟む両側において、高圧領域側には高圧側側板２９、低圧領域側には低圧側側板３０が、圧力作用方向のガイド板として配置されている。各薄板２８は、回転軸２３の軸方向に、板厚で決まる所定の剛性を有し、回転軸２３の周方向には、柔らかい可撓性を有している。
【００１７】
図３は、リーフシール２５を図２の矢印Ａより見た場合の断面図である。この図に示すように、リーフシールリング２６の横断面及び各薄板２８は、それぞれＴ字型をしている。リーフシールリング２６は、静翼２４ａに形成されたＴ字型の凹部３１内に、外周側の頭部が挿入されて保持されている。静翼２４ａの凹部３１は、リーフシールリング２６の外形よりもやや大きく形成されており、リーフシールリング２６は、この凹部３１内にて、回転軸２３の軸方向及び径方向に移動可能となっている。
静翼２４ａには、リーフシールリング２６の高圧側の頭部底面Ｕに対向する壁面Ｕ’に、穴３２が形成されてる。この穴３２内には、一端が穴３２の底面に固定され、他端がリーフシールリング２６の高圧側の頭部底面Ｕに固定されたスプリング（付勢部材）３３が設けられている。このスプリング３３は、リーフシールリング２６を、回転軸２３より離間させる径方向外側に向かって付勢するものである。
【００１８】
図４は、図３におけるリーフシール２５のＢ−Ｂ’断面図である。同図に示すように、スプリング３３は、回転軸２３の周方向に等間隔をあけて複数個が設けられている。したがって、回転軸２３の停止時及び低速回転時には、各スプリング３３からの付勢力Ｆ１により、リーフシールリング２６を、静翼２４ａの凹部３１内にて浮上させる（リーフシールリング２６を拡大させる）。これにより、回転軸２３の停止時及び低速回転時では、リーフシールリング２６内の各薄板２８の各先端２８ｂが、回転軸２３の周面２３ａと非接触状態となる。
【００１９】
リーフシールリング２６には、高圧側の頭部底面Ｕに、アーチ状の導入溝３４が、リーフシールリング２６の周方向に等間隔をあけて４つ（複数）設けられている。
図５は、図４におけるリーフシール２５のＣ−Ｃ’断面図である。同図に示すように、各導圧溝３４は、回転軸２３の軸方向に沿って長く設けられており、静翼２４ａの凹部３１とリーフシールリング２６の高圧側側板２９との隙間３５に連通している。
【００２０】
上記リーフシール２５において、シール差圧が大きくなると、回転軸２３と静翼２４ａとの間の高圧側の燃焼ガスが、静翼２４ａの凹部３１とリーフシールリング２６との隙間３５から入り込み、リーフシールリング２６の頭部底面Ｕと凹部３１の壁面Ｕ’との間及び導圧溝３４を通り、リーフシールリング２６の外周面と凸部３１の内周面との間に達する。すると、この燃焼ガスの圧により、リーフシールリング２６の上面Ｖには、リーフシールリング２６を内周側に押す力Ｆ２が働き、高圧側の頭部側面Ｖ’には、リーフシールリング２６を低圧側に押す力Ｆ３が働く。
【００２１】
リーフシールリング２６の上面Ｖに働く力Ｆ２が、リーフシールリング２６を外周側へ浮上させようとする各スプリング３３の付勢力Ｆ１を打ち消すと、図６に示すように、リーフシールリング２６が内周側に移動し、リーフシールリング２６の高圧側の頭部底面Ｕと低圧側の頭部底面Ｗとが、凹部３１の内周面に当接される。したがって、図７に示すように、リーフシールリング２６に設けられた各薄板２８の各先端２８ｂと回転軸２３の周面２３ａとの隙間が減少し、微少な隙間が形成される。これにより、静翼２４ａと回転軸２３との環状空間を通り、低圧側に向かって回転軸２３の軸方向に流れる燃焼ガスを低減することができる。
【００２２】
また、図６に示したように、リーフシールリング２６の高圧側の頭部側面Ｖ’は、力Ｆ３で低圧側へ押されるため、凹部３１内にて低圧側へと移動し、低圧側の頭部側面Ｘ、低圧側の頭部底面Ｗ及び低圧側側板３０が、それぞれ凹部３１の内周面に当接される。したがって、凹部３１の内周面とリーフシールリング２６の外周面との間に導かれた高圧側の燃焼ガスは、低圧側に抜けることがなく、シールが良好に保たれる。
【００２３】
リーフシールリング２６が完全に内周側に移動した後も、高圧側の燃焼ガスの圧は、凹部３１とリーフシールリング２６との隙間３５に連通する導圧溝３４から、リーフシールリング２６の上面Ｖと高圧側の頭部側面Ｖ’とに導かれる。
【００２４】
上記構造のリーフシール２５によれば、シール差圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられない回転軸２３の低速回転時には、各スプリング３３によってリーフシールリング２６が径方向外側に向かって付勢され、静翼２４ａの凹部３１内にて回転軸２３から離間する方向に浮上されて、このリーフシールリング２６に設けられた各薄板２８の各先端２８ｂと回転軸２３の周面２３ａとが非接触状態に保たれる。したがって、回転軸２３の回転に伴う各薄板２８及び回転軸２３の摩耗が防止される。
【００２５】
また、シール差圧が大きい時には、導圧溝３４より高圧側の燃焼ガスの圧が、リーフシールリング２６の外周面と静翼２４ａの凹部３１の内周面との間に導かれ、この燃焼ガスの圧によって各スプリング３３の付勢力が打ち消されて、リーフシールリング２６が回転軸２３に接近する内周側へ移動されるので、各薄板２８の各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３ａに所定の圧力で接触される。これにより、回転軸２３と各薄板２８の各先端２８ｂとの間を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの漏れ量が低減される。
【００２６】
これより以下、本発明の他の実施形態について、説明する。なお、他の実施形態において、上記第１の実施形態と同様の構成要素については、同符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素についてのみ、新たな符号を付してその説明を行う。また、ガスタービンの概略構成については、上記第１の実施形態と同様であるとして説明を省略する。
【００２７】
本発明の第２の実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。
図８は、回転軸２３の軸方向に沿う面でのリーフシール２５及び静翼２４ａの断面図であり、図９は、図８におけるリーフシール２５及び静翼２４ａのＥ−Ｅ’断面図である。これら図８及び図９中の符号３６は、波形状の板バネ、符号３７は、この板バネ３６を収納するために静翼２４ａの凹部３１に形成された長穴である。
このように、第２の実施形態のリーフシール２５は、第１の実施形態のリーフシール２５において、スプリング３３の代わりに板バネ３６を付勢部材として採用したものである。
【００２８】
第２の実施形態のリーフシール２５によれば、スプリング３３のように各端部をそれぞれ静翼２４ａとリーフシールリング２６とに固定させる必要がなく、静翼２４ａに形成された長穴３７内に板バネ３６を挿入するだけで、簡単に静翼２４ａとリーフシールリング２６との間に板バネ３６を設けることができる。
【００２９】
また、第１の実施形態と同様に、シール差圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられない低速回転時には、各板バネ３６によってリーフシールリング２６が静翼２４ａの凹部３１内にて回転軸２３から離間する方向に浮上されて、各薄板２８の各先端２８ｂと回転軸２３の周面２３ａとが非接触状態に保たれるので、回転軸２３の回転に伴う各薄板２８及び回転軸２３の摩耗が防止され、シール差圧が大きい時には、導圧溝３４よりリーフシールリング２６の外周面と静翼２４ａの凹部３１の内周面との間に導かれた燃焼ガスの圧によって、各板バネ３６の付勢力が打ち消されて、各薄板２８の各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３ａに所定の圧力で接触させるので、回転軸２３と各薄板２８との間を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの漏れ量が低減される。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施形態について、図１０及び図１１を参照して、説明する。
第３の実施形態のリーフシール２５は、第１の実施形態のリーフシール２５において、スプリング３３を静翼２４ａとは別体の保持部材に保持させたものである。
以下、その保持部材について詳しく説明する。
【００３１】
図１０中の符号３８が、保持部材である。この保持部材３８は、リングを径方向に複数分割したセグメント状の部材からなり、静翼２４ａに取り付けられることで、静翼２４ａと共にリーフシールリング２６の頭部を保持する凹部３１を形成する。
図１１は、図１０におけるリーフシール２５と保持部材３８とのＦ−Ｆ’断面図である。この図１１及び図１０に示すように、保持部材３８には、静翼２４ａに向かってボルトが挿入される挿入穴３９が、各端部にそれぞれ設けられている。また、各挿入穴３９の間には、２つの穴３８ａが形成され、各穴３８ａ内には、スプリング３３がそれぞれ設けられている。
【００３２】
保持部材３８を静翼２４ａに取り付けるには、挿入穴３９からボルト（図示せず）を挿入し、このボルトの螺子部を静翼２４ａに形成された螺子穴３９ａに螺合させる。これにより、保持部材３８が静翼２４ａに取り付けられる。
同様にして複数の保持部材３８を静翼２４ａに取り付けることで、回転軸２３の周方向に沿って、リーフシールリング２６と静翼２４ａとの間にスプリング３３が設けられる。
【００３３】
上記第３の実施形態のリーフシール２５によれば、静翼２４ａの内部に直接スプリング３３を取り付ける必要がなく、スプリング３３が保持された保持部材３８を静翼２４ａに取り付けることで、簡単にリーフシールリング２６と静翼２４ａとの間にスプリング３３を設けることができる。また、静翼２４ａに穴３２あるいは長穴３７を加工する場合と比べ、穴３８ａの加工を容易に行うことができる。さらに、あるスプリング３３が劣化または破損した場合、そのスプリング３３が保持された保持部材３８のみを静翼２４ａから取り外すことができるので、スプリング３３のメンテナンス等を効率よく行うことができる。
【００３４】
また、第１の実施形態と同様に、シール差圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられない回転軸２３の低速回転時には、各スプリング３３によってリーフシールリング２６が静翼２４ａの凹部３１内にて回転軸２３から離間する方向に浮上されて、各薄板２８の各先端２８ｂと回転軸２３の周面２３ａとが非接触状態に保たれるので、回転軸２３の回転に伴う各薄板２８及び回転軸２３の摩耗が防止され、シール差圧が大きい時には、導圧溝３４よりリーフシールリング２６の外周面と静翼２４ａの凹部３１の内周面との間に導かれた燃焼ガスの圧によって、各スプリング３３の付勢力が打ち消されて、各薄板２８の各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３ａに所定の圧力で接触させるので、回転軸２３と各薄板２８との間を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの漏れ量が低減される。
【００３５】
なお、スプリング３３の代わりとして、第２の実施形態のリーフシール２５と同様に、板バネ３６を用いても良い。また、各保持部材３８に設けられた挿入穴３９及びスプリング３３の個数はそれぞれ２つに限定されるものではなく、必要に応じた個数とすれば良い。同様に、保持部材３８の長さも必要に応じた長さに設定すれば良い。
【００３６】
次に、本発明の第４の実施形態について、図１２及び図１３を参照して説明する。
第４の実施形態のリーフシール２５は、第１の実施形態のリーフシール２５において、各スプリング３３がリーフシールリング２６の高圧側の頭部底面Ｕに設けられたものである。
図１２中の符号４０は、リーフシールリング２６の頭部底面Ｕに形成された穴である。この穴４０内に、スプリング３３が設けられている。
この穴４０及びスプリング３３は、図１３に示すように、リーフシールリング２６の周方向に沿って複数個が設けられている。
【００３７】
第４の実施形態のリーフシール２５によれば、スプリング３３の設けられたリーフシールリング２６を、スプリング３３の設けられていない既存の静翼２４ａの凹部３１内に取り付けることで、静翼２４ａの凹部３１内に特別な加工を施すことなく、簡単に静翼２４ａとリーフシールリング２６との間にスプリング３３を設けることができる。また、スプリング３３は、これが静翼２４ａ側に取り付けられた場合よりも取り外しの簡単なリーフシールリング２６側に設けられているので、スプリング３３が劣化または破損した場合、スプリング３３のメンテナンス等が容易に行われる。
【００３８】
また、第１の実施形態と同様に、シール差圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられない回転軸２３の低速回転時には、各スプリング３３によってリーフシールリング２６が静翼２４ａの凹部３１内にて回転軸２３から離間する方向に浮上されて、各薄板２８の各先端２８ｂと回転軸２３の周面２３ａとが非接触状態に保たれるので、回転軸２３の回転に伴う各薄板２８及び回転軸２３の摩耗が防止され、シール差圧が大きい時には、導圧溝３４よりリーフシールリング２６の外周面と静翼２４ａの凹部３１の内周面との間に導かれた燃焼ガスの圧によって、各スプリング３３の付勢力が打ち消されて、各薄板２８の各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３ａに所定の圧力で接触させるので、回転軸２３と各薄板２８との間を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの漏れ量が低減される。
【００３９】
次に、本発明の第５の実施形態について、図１４及び図１５を参照して、説明する。
図１４は、回転軸２３の軸方向に沿う面でのリーフシール２５及び静翼２４ａの断面図であり、図１５は、図１４中におけるリーフシール２５及び静翼２４ａのＨ−Ｈ’断面図である。
これら図１４及び図１５中の符号４１は、リーフシールリング２６の頭部底面Ｕに形成された長穴である。この長穴４１内には、付勢部材である波形状の板バネ３６が設けられている。
つまり、第５の実施形態のリーフシール２５は、第４の実施形態のリーフシール２５において、スプリング３３の代わりに板バネ３６を付勢部材として採用したものである。
【００４０】
第５の実施形態のリーフシール２５にれば、第４の実施形態のリーフシール２５と同様に、板バネ３６の設けられたリーフシールリング２６を、板バネ３６の設けられていない既存の静翼２４ａの凹部３１内に取り付けることで、静翼２４ａの凹部３１内に特別な加工を施すことなく、簡単に静翼２４ａとリーフシールリング２６との間に板バネ３６を設けることができる。また、板バネ３６は、これが静翼２４ａ側に取り付けられた場合よりも取り外しの簡単なリーフシールリング２６側に設けられているので、板バネ３６が劣化または破損した場合、板バネ３６のメンテナンス等が容易に行われる。
さらに、第２の実施形態のリーフシール２５と同様に、スプリング３３の各端部をそれぞれ静翼２４ａとリーフシールリング２６とに固定させる必要がなく、リーフシールリング２６に形成された長穴４１内に板バネ３６を挿入するだけで、簡単に静翼２４ａとリーフシールリング２６との間に板バネ３６を設けることができる。
【００４１】
また、第１の実施形態と同様に、シール差圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられない回転軸２３の低速回転時には、各板バネ３６によってリーフシールリング２６が静翼２４ａの凹部３１内にて回転軸２３から離間する方向に浮上されて、各薄板２８の各先端２８ｂと回転軸２３の周面２３ａとが非接触状態に保たれるので、回転軸２３の回転に伴う各薄板２８及び回転軸２３の摩耗が防止され、シール差圧が大きい時には、導圧溝３４よりリーフシールリング２６の外周面と静翼２４ａの凹部３１の内周面との間に導かれた燃焼ガスの圧によって、各板バネ３６の付勢力が打ち消されて、各薄板２８の各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３ａに所定の圧力で接触させるので、回転軸２３と各薄板２８との間を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの漏れ量が低減される。
【００４２】
なお、第１〜第５の実施形態では、各スプリング３３を、リーフシールリング２６の高圧側の頭部底面Ｕと、この頭部底面Ｕに対向する静翼２４ａ側の壁面Ｕ’との間にそれぞれ設けていたが、図１６に示す第６の実施形態のように、リーフシールリング２６の頭部上面Ｖと、この頭部上面Ｖに対向する凹部３１の内周面との間に設けても良い。あるいは、リーフシールリング２６の低圧側の頭部底面Ｗと、この低圧側の頭部底面Ｗに対向する凹部３１の内周面との間に設けても良い。また、各スプリング３３は、板バネ３６とされても良い。
【００４３】
さらに、各スプリング３３は、各薄板２８を境として高圧側または低圧側のどちらか片側にのみ設けられるものではなく、図１７に示すように、高圧側と低圧側とにそれぞれ設けられても良い。
高圧側と低圧側とにそれぞれスプリング３３が設けられた第７の実施形態のリーフシール２５によれば、リーフシールリング２６が回転軸２３の外周側へ安定して浮上されるため、回転軸２３の低速回転時において、各薄板２８の各先端２８ｂが回転軸２３の周面２３ａに接するのがより確実に防止される。また、各スプリング３３が各薄板２８の片側だけに設けられた場合と比べて、各スプリング３３に掛かるリーフシールリング２６の荷重が半減されるため、各スプリング３３のリーフシールリング２６の荷重による劣化が抑えられる。
各スプリング３３の代わりに板バネ３６を採用した場合においても、同様の効果が得られるのは勿論である。
【００４４】
なお、第６及び第７の実施形態のリーフシール２５において、付勢部材は、保持部３８により静翼２４ａ側に取り付けられるものとしても良い。この場合、第３の実施形態のリーフシール２５と同様に、静翼２４ａの内部に直接付勢部材を取り付ける必要がなく、付勢部材が保持された保持部材３８を静翼２４ａに取り付けることで、簡単にリーフシールリング２６と静翼２４ａとの間に付勢部材を設けることができる。また、ある付勢部材が劣化または破損した場合、その付勢部材が保持された保持部材３８のみを静翼２４ａから取り外すことができるので、付勢部材のメンテナンス等を効率よく行うことができる。
【００４５】
また、付勢部材は、リーフシールリング２６側に設けても良い。この場合、第４及び第５の実施形態と同様に、付勢部材の設けられたリーフシールリング２６を、付勢部材の設けられていない既存の静翼２４ａの凹部３１内に取り付けることで、静翼２４ａの凹部３１内に特別な加工を施すことなく、簡単に静翼２４ａとリーフシールリング２６との間に付勢部材を設けることができる。また、付勢部材は、これが静翼２４ａ側に取り付けられた場合よりも取り外しの簡単なリーフシールリング２６側に設けられているので、付勢部材が劣化または破損した場合、付勢部材のメンテナンス等が容易に行われる。
【００４６】
また、上記の各実施形態において、付勢部材は、スプリング３３または板バネ３６に限定されるものではなく、シール差圧の小さい時に、リーフシールリング２６を径方向外側に付勢し、シール差圧の大きい時に、リーフシールリング２６と静翼２４ａとの間に導かれた燃焼ガスの圧により、その付勢力が打ち消されるものであれば良い。
【００４７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の軸シール機構及びこれを備えたタービンによれば、下記の効果を得ることができる。
請求項１記載の軸シール機構は、静止部とリーフシールリングとの間に、このリーフシールリングを回転軸より離間させる径方向外側に向かって付勢する付勢部材と、各薄板を境として高圧側の流体圧を、リーフシールリングの外周面と静止部の内周面との間に導く導圧溝とを設ける構成を採用した。この構成によれば、シール差圧が小さくかつ各薄板２８に十分な浮上力を受けられない回転軸の低速回転時には、付勢部材によってリーフシールリングを径方向外側に向かって付勢し、静止部内にて回転軸から離間する方向に浮上させ、このリーフシールリングに設けられた各薄板の各先端と回転軸の周面とを非接触状態に保ち、回転軸の回転に伴う各薄板及び回転軸の摩耗を防止することができる。また、シール差圧が大きい時には、導圧溝より高圧側の流体圧をリーフシールリングの外周面と静止部の内周面との間に導き、この流体圧によって付勢部材の付勢力を打ち消し、リーフシールリングを回転軸に接近する内周側へ移動させ、各薄板の各先端を回転軸の周面に所定の圧力で接触させて、回転軸と各薄板の各先端との間を通って高圧側から低圧側へ漏れるガスの漏れ量を低減することができる。
【００４８】
請求項２記載の軸シール機構によれば、請求項１の軸シール機構において、付勢部材が、リーフシールリング側に設けられているので、このリーフシールリングを、付勢部材の設けられていない既存の静止部等に取り付けることで、静止部の内部に特別な加工を施すことなく、簡単に静止部とリーフシールリングとの間に付勢部材を設けることができる。また、付勢部材が劣化または破損した場合、付勢部材は、静止部側に取り付けた場合よりも取り外しの簡単なリーフシールリング側に設けられているので、付勢部材のメンテナンス等を容易に行うことができる。
【００４９】
請求項３記載の軸シール機構によれば、請求項１または請求項２記載の軸シール機構において、付勢部材が、静止部とは別体の保持部材に保持され、この保持部材が静止部側に設けられているため、付勢部材をリーフシールリングと静止部との間に取り付ける際は、静止部の内部に、直接付勢部材を取り付けるための特別な加工が必要なく、付勢部材が保持された保持部材を静止部に取り付けることで、簡単にリーフシールリングと静止部との間に付勢部材を設けることができる。また、ある付勢部材が劣化または破損した場合、その付勢部材が保持された保持部材のみを静止部から取り外すことができるので、付勢部材のメンテナンス等を効率よく行うことができる。
【００５０】
請求項４記載の軸シール機構によれば、請求項１〜３記載の何れかに記載の軸シール機構において、付勢部材が、各薄板を挟んで高圧側と低圧側のそれぞれに設けられているので、静止部内にて、リーフシールリングを回転軸の外周側へ安定して浮上させることができ、回転軸の低速回転時において、各薄板の各先端が回転軸の周面に接するのをより確実に防ぐことができる。また、付勢部材が各薄板の片側だけに設けられた場合と比べて、各付勢部材に掛かるリーフシールリングの荷重が半減され、各付勢部材のリーフシールリングの荷重による劣化を抑えることができる。
【００５１】
請求項５のタービンによれば、高温高圧の流体をケーシングに導き、該ケーシング内部に回転可能に支持された回転軸の動翼に吹き付けることで、前記流体の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生するタービンにおいて、請求項１〜４の何れかに記載の軸シール機構を備えているので、上記請求項１〜４の何れかに記載の軸シール機構と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る軸シール機構を備えたガスタービンの第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】  同実施形態のリーフシール（軸シール機構）の斜視図である。
【図３】  同実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を通る断面より見た断面図である。
【図４】  同実施形態のリーフシールをＢ−Ｂ’線より見た断面図である。
【図５】  同実施形態のリーフシールをＣ−Ｃ’線より見た断面図である。
【図６】  同実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を通る断面より見た断面図である。
【図７】  同実施形態のリーフシールをＤ−Ｄ’線より見た断面図である。
【図８】  第２の実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を通る断面より見た断面図である。
【図９】  同実施形態のリーフシールをＥ−Ｅ’線より見た断面図である。
【図１０】  第３の実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を通る断面より見た断面図である。
【図１１】  同実施形態のリーフシールをＦ−Ｆ’線より見た断面図である。
【図１２】  第４の実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を通る断面より見た断面図である。
【図１３】  同実施形態のリーフシールをＧ−Ｇ’線より見た断面図である。
【図１４】  第５の実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を通る断面より見た断面図である。
【図１５】  同実施形態のリーフシールをＨ−Ｈ’線より見た断面図である。
【図１６】  第６の実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を通る断面より見た断面図である。
【図１７】  第７の実施形態のリーフシールを回転軸の軸線を通る断面より見た断面図である。
【図１８】  従来の軸シール機構を示す図である。
【図１９】  従来の軸シール機構を矢印Ｉから見た場合の断面図である。
【図２０】  従来の軸シール機構の断面図である。
【図２１】  従来の軸シール機構の断面図である。
【符号の説明】
２３  回転軸
２３ａ  周面
２３ｅ  動翼
２４    ケーシング
２４ａ  静翼（静止部）
２５  リーフシール（軸シール機構）
２６  リーフシールリング
２７  隙間
２８  薄板
２８ａ  外周基端
２８ｂ  先端
３３  スプリング（付勢部材）
３４  導圧溝
３６  板バネ（付勢部材）
３８  保持部材
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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