(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の回転軸に面するようにホルダーにより保持され、高圧側の第１領域と低圧側の第２領域との間に設置されたシールセグメントと、
前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられ、前記回転軸の回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて前記回転軸との間のすきまが狭くなる浮上片と、
前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられたフィンと、
前記浮上片と前記フィンとが設けられた前記シールセグメントに、前記回転軸に面するように設けられたブラシとを備え、
前記浮上片は、前記回転軸側の面に設けられた溝を備え、
前記溝は、前記第１領域側に開口した開口部を有する第１端部と、前記第１端部に連通し、かつ前記第１領域側にも前記第２領域側にも開口していない行き止まり部を有する第２端部とを有する、
軸シール装置。
【請求項２】
前記フィンは、前記第１領域側に配置された第１のフィンと、前記第２領域側に配置された第２のフィンとを含み、
前記浮上片は、前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間に配置されている、
請求項１に記載の軸シール装置。
【請求項３】
前記浮上片は、前記シールセグメントの重心位置に浮上力が作用する位置に配置されている、請求項１または２に記載の軸シール装置。
【請求項４】
前記浮上片は、前記第１領域側に配置された第１の浮上片と、前記第２領域側に配置された第２の浮上片とを含み、
前記フィンは、前記第１の浮上片と前記第２の浮上片との間に配置されている、
請求項１に記載の軸シール装置。
【請求項５】
前記軸シール装置は、複数の前記シールセグメントを備え、
前記シールセグメントの各々は、前記回転軸の回転方向に沿って並んだ複数の前記浮上片を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の軸シール装置。
【請求項６】
前記回転軸における前記フィンとの接触面には、摩耗層が形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の軸シール装置。
【請求項７】
前記シールセグメントは、前記フィンが前記回転軸に接触可能な強さのばねを介して、前記ホルダーに保持されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の軸シール装置。
【請求項８】
高圧室と低圧室とを有する圧力容器と、
前記高圧室と前記低圧室とを貫通する回転軸と、
前記回転軸に面するようにホルダーにより保持され、高圧側の第１領域と低圧側の第２領域との間に設置されるシールセグメントであって、前記第１領域としての前記高圧室と前記第２領域としての前記低圧室との間、前記第１領域としての前記高圧室と前記第２領域としての前記圧力容器の外部との間、または前記第１領域としての前記低圧室と前記第２領域としての前記圧力容器の外部との間に設置されたシールセグメントと、
前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられ、前記回転軸の回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて前記回転軸との間のすきまが狭くなる浮上片と、
前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられたフィンと、
前記浮上片と前記フィンとが設けられた前記シールセグメントに、前記回転軸に面するように設けられたブラシとを備え、
前記浮上片は、前記回転軸側の面に設けられた溝を備え、
前記溝は、前記第１領域側に開口した開口部を有する第１端部と、前記第１端部に連通し、かつ前記第１領域側にも前記第２領域側にも開口していない行き止まり部を有する第２端部とを有する、
回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、軸シール装置および回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、ガスタービン、コンプレッサなどの回転機械は、作動流体を密閉する圧力容器内に回転軸を有する。この回転軸は、軸に沿う方向に隣接する高圧室と低圧室とを貫通し、さらに圧力容器の殻を貫通し、発電機、ポンプ、電動機などと連結されている。
【０００３】
よって、回転軸が各圧力室や圧力容器を貫通する部分には、内部の作動流体を密封するための軸シール装置が設けられている。大型の発電システムや給水ポンプシステムなどに利用されるターボ機械では、軸シール装置としてラビリンスシール装置を使用することが一般的である。
【０００４】
ラビリンスシール装置は、回転軸表面と離間して配置されたラビリンスシールリングを備えている。そして、ラビリンスシールリングの回転軸側の面には、回転軸の円周方向に一周分延在するシールフィンが設けられており、高圧側の流体が低圧側へ流出することを防いでいる。
【０００５】
最も古くから使用されているラビリンスシール装置では、回転軸とシールフィン先端との間のシールすきまは、初期組立時に固定される。よって、回転機械の運用中に、シールフィンの位置が変化することはない。
【０００６】
しかしながら、起動停止時などの過渡運転状態では、回転機械のケーシングなど、ラビリンスシールリングを固定している構造に一時的な不等熱膨張が生じることがある。この場合、シールリング中心が移動してしまうことで、シールリング中心と回転軸中心との相対位置が変化してしまう。すなわち、偏芯が発生してしまう。偏芯が著しい場合には、シールフィン先端と回転軸表面が接触し、この摩擦発熱により一時的な回転軸の熱曲がりが生じ、回転軸の振れまわり振動、すなわち、ラビング振動が発生してしまう。
【０００７】
加えて、シールフィン先端と回転軸表面が接触すると、シールフィン先端が磨耗することで、シールすきまが初期組立時より増大し、漏洩量が増加してしまう。そこで、シールフィン先端の接触を防ぐため、過渡運転中の偏芯を見込んでシールすきまを広く設定することが多い。例えば、大型の蒸気タービンでは、シールすきまを０．８〜１．５ｍｍ程度に設定することがある。しかしながら、シールすきまの拡大は漏洩量の増加につながる。
【０００８】
一方、アブレイダブル型やセンシタイズド型などの接触許容型のラビリンスシール装置では、過渡運転中の接触を前提に、初期すきまを０．５ｍｍ程度と狭く設定している。また、接触許容型の装置の中には、一時的に回転軸がシールフィンに接触してもシールリングごと外周側へ押し付け移動させる構造のものや、運転中に摩擦発熱を抑えつつ接触してしまう部分のみシール内面を削り取る構造のものも存在する。
【０００９】
さらには、リトラクタブル型のように、円筒形のラビリンスシールリングを複数の扇形のシールセグメントに分割し、運転中にシールセグメントの移動によりシールすきまを変化させる可変型軸シール装置も知られている。
【００１０】
さらには、ラビリンスシール装置用のシールとして、動圧シールやブラシシールが知られている。
【００１１】
動圧シールは、回転軸の回転速度が速くなると、軸表面付近の流体をシールリング内面と回転軸表面との間に巻き込み、巻き込まれた流体がシールリングを外周側に押し上げることで、流体の巻き込み量に応じてシールリングと回転軸との間に極狭いすきまを形成し、シールを実現する。
【００１２】
ブラシシールは、内巻リングブラシを回転軸を取り囲むように固定し、回転軸表面との間に極狭いすきまを持たせあるいはすきまがないように固定され、接触時の発熱と磨耗の影響を低減するシールである。
【００１３】
以上のように、軸シール装置としては、ラビリンスシール装置を基本に、シールすきまを狭く保つ構造のものが多く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１０−３８２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
多くのラビリンスシール装置では、シールフィン先端と回転軸表面との接触を避けるために、シールすきまを広めに設定する。しかしながら、このような設定には、作動流体の漏洩量が多くなり、漏洩損失が大きくなるという不都合がある。
【００１６】
また、アブレイダブル型やセンシタイズド型などの接触許容型のラビリンスシース装置では、接触を伴うため長期的にはシールフィン先端や回転軸表面の磨耗が拡大し、シールすきまが増加する。そのため、経年的に漏洩損失が増加するという不都合がある。
【００１７】
また、リトラクタブル型では、高出力運用時の差圧の増加に伴う押し付け力の増加により、シールセグメントとこれを保持する圧力隔壁との接触面での摩擦抵抗が増加し、シールセグメントの円滑な移動が妨げられる。そのため、シールすきまが広いまま動かなくなる場合があるという不都合がある。
【００１８】
また、動圧シールでは、起動前の暖機準備中や停止後の冷却中のように、回転軸の回転速度が極遅い場合に、シールリング内面と回転軸表面との間に流体を十分に巻き込むことができない。この場合、シールリングと回転軸が接触状態となり、これらの接触面が大きく磨耗することで、シールすきまが拡大するという不都合がある。
【００１９】
また、ブラシシールは、ブラシ毛の曲げ剛さが小さく、わずかな力で大きくたわむので、接触時の摩擦を低減することができる。しかしながら、経年的には接触による摩擦磨耗を避けられず、シールすきまが拡大するという不都合がある。
【００２０】
そこで、本発明は、作動流体の漏洩量を低減可能で、かつフィンや回転軸の経年劣化が少ない軸シール装置および回転機械を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
一の実施形態による軸シール装置は、回転機械の回転軸に面するようにホルダーにより保持され、高圧側の第１領域と低圧側の第２領域との間に設置されたシールセグメントを備える。さらに、前記装置は、前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられ、前記回転軸の回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて前記回転軸との間のすきまが狭くなる浮上片を備える。さらに、前記装置は、前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられたフィンを備える。
【００２２】
また、別の実施形態による回転機械は、高圧室と低圧室とを有する圧力容器と、前記高圧室と前記低圧室とを貫通する回転軸とを備える。さらに、前記機械は、前記回転軸に面するようにホルダーにより保持され、前記高圧室と前記低圧室との間、前記高圧室と前記圧力容器の外部との間、または前記低圧室と前記圧力容器の外部との間に設置されたシールセグメントを備える。さらに、前記機械は、前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられ、前記回転軸の回転方向の上流側から下流側に向かうにつれて前記回転軸との間のすきまが狭くなる浮上片を備える。さらに、前記機械は、前記回転軸に面するように前記シールセグメントに設けられたフィンを備える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の軸シール装置の構造を示す斜視図である。
【図３】浮上片の形状を説明するための断面図である。
【図４】浮上片の形状を説明するための断面図である。
【図５】第２実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。
【図６】第２実施形態の軸シール装置の構造を示す斜視図である。
【図７】第２実施形態の軸シール装置の作用を説明するための断面図である。
【図８】第３実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。
【図９】第４実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。
【図１０】第５実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。
【図１１】第６実施形態の回転機械の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の軸シール装置の構造を示す断面図である。図１は、回転機械を構成する回転軸１と、高圧室２と、低圧室３と、ホルダー４と、圧縮ばね５と、軸シール装置６とを示している。軸シール装置６は、ラビリンスシールセグメント１１と、浮上片１２と、ラビリンスフィン１３と、ポケット溝１４とを備えている。
【００２６】
図１に示すように、回転軸１は、高圧室２と低圧室３を仕切る圧力隔壁であるホルダー４を貫通している。高圧室２と低圧室３は、回転機械の圧力容器内に設けられており、回転軸１は、圧力容器の殻も貫通している。高圧室２と低圧室３はそれぞれ、高圧側の第１領域と、低圧側の第２領域の例である。
【００２７】
なお、図１に示すＸ方向は、回転軸１に平行な方向を示し、図１に示すＹ方向、Ｚ方向は、回転軸１に垂直な方向を示す。Ｙ方向とＺ方向は、互いに垂直である。
【００２８】
ラビリンスシールセグメント１１は、回転軸１の表面に面するようにホルダー４により保持されており、高圧室２と低圧室３との間に設置されている。ラビリンスシールセグメント１１は、円筒形のラビリンスシールリングを複数の扇形のシールセグメント１１に分割した形状を有している。各ラビリンスシールセグメント１１の外周側面とホルダー４の内周面との間には、回転軸１の半径方向に沿うように圧縮ばね５が配置されている。
【００２９】
ラビリンスフィン１３は、回転軸１に面するようにラビリンスシールセグメント１１の内周側面に固定されている。ラビリンスフィン１３の円周方向の長さは、ラビリンスシールセグメント１１の円周方向の長さと同じに設定されている。よって、ラビリンスフィン１３は、ラビリンスシールセグメント１１の一端から他端まで延びており、高圧室２側の流体が低圧室３側へ流出することを防いでいる。回転軸１の表面とラビリンスフィン１３の先端との間には、一定距離のすきまが設けられている。本実施形態のラビリンスフィン１３は、非接触型でも接触許容型でもよい。
【００３０】
浮上片１２は、回転軸１に面するようにシールセグメント１１に固定されている。本実施形態の浮上片１２は、溶接、ねじ締結、ボトル締結などの方法でシールセグメント１１に取り付けられている。ラビリンスフィン１３が、回転軸１の方向から見て、概ね線状の平面形状を有するのに対し、浮上片１２は、回転軸１の方向から見て、概ね四角形の平面形状を有している。なお、浮上片１２は、流体の圧力を受けられる程度の広さの内周側面を有していれば、四角形以外の平面形状（例えば三角形）を有していてもよい。
【００３１】
図１には、符号Ｆ1、Ｆ2で示す２つの浮上片１２と、符号ｆ1〜ｆ4で示す４本のラビリンスフィン１３が示されている。図１では、浮上片Ｆ1、Ｆ2がそれぞれ、高圧室２側、低圧室３側に配置されており、フィンｆ1〜ｆ4が、浮上片Ｆ1と浮上片Ｆ2との間に配置されている。なお、浮上片Ｆ1、Ｆ2とフィンｆ1〜ｆ4の別の配置例については、後述する第２実施形態にて説明する。
【００３２】
図１に示す符号Ｓ1、Ｓ2はそれぞれ、浮上片Ｆ1、Ｆ2の回転軸側の面（すなわち、内周側面）を示す。浮上片Ｆ1、Ｆ2はそれぞれ、面Ｓ1、Ｓ2に設けられたポケット溝１４を有している。ポケット溝１４の形状や作用については、後述する。
【００３３】
図２は、第１実施形態の軸シール装置６の構造を示す斜視図である。図２に示す矢印Ａは、回転軸１の回転方向を示す。
【００３４】
図２は、１つのラビリンスシールセグメント１１に設けられた６つの浮上片Ｆ1〜Ｆ6を示している。高圧室２側では、３つの浮上片Ｆ1、Ｆ3、Ｆ5が回転軸１の回転方向Ａに沿って一列に並んで配置されており、低圧室３側では、３つの浮上片Ｆ2、Ｆ4、Ｆ6が回転方向Ａに沿って一列に並んで配置されている。このように、本実施形態の各ラビリンスシールセグメント１１の浮上片１２は、回転方向Ａに沿って複数個に分割されている。ただし、浮上片１２は、ラビリンスフィン１３と同様に、ラビリンスシールセグメント１１の一端から他端まで延びていてもよい。
【００３５】
図２に示す各浮上片１２は、内周側面にポケット溝１４を有している。図２に示すように、ポケット溝１４は、高圧室２側に開口部を有しており、回転方向Ａの上流側から下流側へと延びている。そして、ポケット溝１４は、回転方向Ａの下流側で行き止まりとなっている。このような形状のポケット溝１４には、浮上片１２と回転軸表面との間に流体を巻き込み圧力を貯めやすいという利点がある。なお、本実施形態の浮上片１２は、ポケット溝１４を有していなくてもよい。
【００３６】
次に、図３、図４を参照して、浮上片１２の形状について説明する。
【００３７】
図３は、浮上片１２の形状を説明するための断面図である。図３は、浮上片１２を回転軸１に垂直な平面で切断した断面を示している。
【００３８】
図３に示す符号Ｈは、回転軸１の表面と浮上片１２の内周側面との間のすきまの距離を示している。ただし、距離Ｈは、ポケット溝１４の外部における浮上片１２と回転軸１との距離を示している。
【００３９】
図３に示すように、浮上片１２は、回転方向Ａの上流側から下流側に向かうにつれて、距離Ｈが狭くなる形状を有している。このような形状の浮上片１２には、流体が矢印Ｂのように進むにつれて、流体の圧力が高まって行き、その結果、浮上片１２に強い浮上力が作用するという利点がある。
【００４０】
なお、距離Ｈは、図３に示すように、浮上片１２の上流側の端部（上流端）から下流側の端部（下流端）まで狭くなり続けてもよいし、浮上片１２の上流端から途中まで狭くなり、その後一定になり、その後下流端まで狭くなるというように、距離Ｈが狭くなる領域と、距離Ｈが一定の領域とを含んでいてもよい。すなわち、浮上片１２の上流端からの距離Ｌに対する、距離Ｈの変化率（＝ｄＨ／ｄＬ）は、常に負でもよいし、値が負となる領域と、値が０となる領域の両方を含んでいてもよい。
【００４１】
ただし、浮上片１２の上流端から下流端までの区間において、変化率が負の領域の長さの合計は、変化率が０の領域の長さの合計よりも長く設定することが望ましい。理由は、変化率が負の領域を長くすることで、流体の圧力を徐々に高めることが可能となるからである。
【００４２】
図４は、図３と同様、浮上片１２の形状を説明するための断面図である。ただし、図４は、軸シール装置６全体の断面を示している。
【００４３】
図４に示すように、軸シール装置６は、複数のラビリンスシールセグメント１１を備えており、各ラビリンスシールセグメント１１は、回転方向Ａに沿って並んだ複数の浮上片１２を備えている。そして、各浮上片１２は、回転方向Ａの上流側から下流側に向かうにつれて上記のすきまの距離Ｈが狭くなる形状を有している。
【００４４】
なお、本実施形態の軸シール装置６は、６個のシールセグメント１１を備えているが、軸シール装置６のシールセグメント１１の個数は、６個以外でもよい。
【００４５】
（１）第１実施形態の軸シール装置６の作用
次に、再び図３を参照し、第１実施形態の軸シール装置６の作用について説明する。
【００４６】
回転軸１の回転速度が上がると、回転軸１の表面摩擦により、回転軸１の表面付近の流体に回転方向の速度が生じる。そして、速度を持った流体は、回転軸１と浮上片１２との間のすきまに巻き込まれる。さらに、この流体は、ポケット溝１４内にも入り込み、ポケット溝１４内を上流側から下流側へと進むが、ポケット溝１４の行き止まりでせき止められる。その結果、ポケット溝１４内の圧力が上昇する。
【００４７】
ポケット溝１４内の圧力、すなわち、浮上力は、浮上片１２を外周方向に移動させるように作用する。また、浮上片１２は、シールセグメント１１に固定されているため、シールセグメント１１を外周方向に移動させる作用がある。浮上力が圧縮ばね５の圧縮力よりも大きくなると、シールセグメント１１が外周方向に移動して、回転軸１の表面とフィン１３の先端との間のシールすきまが広くなる。
【００４８】
一方、回転軸１の回転速度が一定の場合には、回転軸１と浮上片１２との間のすきまが狭いほど、ポケット溝１４の行き止まりでの流体のせき止め効果が大きくなる。よって、回転軸１と浮上片１２との間のすきまが狭いほど、浮上片１２に作用する浮上力が大きくなる。
【００４９】
過渡運転状態の回転機械では、シールリングを固定している構造の不等熱膨張により、シールリングの固定中心が変位して、シールリングの固定中心が回転軸１の中心に対して偏芯する。その結果、回転軸１の表面とフィン１３の先端との間のシールすきまが初期設定値よりも狭くなる部位が、回転機械内に生ずる。
【００５０】
しかしながら、本実施形態のシールセグメント１１は浮上片１２を備えているため、シールすきまが初期設定値よりも狭くなる部位が生じると、この部位での回転軸１と浮上片１２との間のすきまが狭くなるため、この部位に強い浮上力が発生する。その結果、この部位のシールセグメント１１が外周方向に移動し、シールすきまが広がる。こうして、回転軸１の表面とフィン１３の先端との接触が未然に回避される、あるいは、これらの接触状態が短時間で解消される。
【００５１】
一方、定常運転状態では、シールリングを固定している構造の熱膨張が均一になり、上記の部位のシールすきまが初期設定値に戻る。その結果、この部位での回転軸１と浮上片１２との間のすきまも広くなり、この部位での浮上力が減少する。よって、この部位のシールセグメント１１は圧縮ばねで内周方向に押し戻され、この部位のシールすきまは初期設定値に戻る。
【００５２】
（２）第１実施形態の効果
最後に、第１実施形態の効果について説明する。
【００５３】
以上のように、本実施形態のシールセグメント１１は、回転軸１に面する位置に設置され、回転方向Ａの上流側から下流側に向かうにつれて回転軸１との間のすきまＨが狭くなる浮上片１２を備えている。
【００５４】
よって、本実施形態によれば、回転機械の過渡運転状態において、回転軸１とフィン１３との接触を未然に回避することができる、あるいは、これらの接触状態を短時間で解消することができる。よって、フィン１３の先端の磨耗を防止しつつ、回転機械の定常運転時にはシールすきまを初期設定値に戻して運転を行うことができる。よって、本実施形態によれば、流体の漏洩損失を抑制することが可能となると共に、経年的な漏洩量増加の防止により回転機械の長期運転を行うことが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、シールすきまの初期設定値を、従来では接触が想定される狭い値に設定しても、回転軸１とフィン１３との接触を回避することができる。よって、本実施形態によれば、この観点からも、流体の漏洩量を低減し、流体の漏洩損失を抑制することが可能となる。本実施形態では、シールすきまの初期設定値を、例えば０．５ｍｍ程度に設定する。
【００５６】
以上のように、本実施形態によれば、作動流体の漏洩量を低減可能で、かつフィン１３や回転軸１の経年劣化が少ない軸シール装置６を提供することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の軸シール装置６の構造を示す断面図である。
【００５８】
図５には、符号Ｆ1で示す１つの浮上片１２と、符号ｆ1〜ｆ4で示す４本のラビリンスフィン１３が示されている。図５では、フィンｆ1、ｆ2が高圧室２側、フィンｆ3、ｆ4が低圧室３側に配置されており、浮上片Ｆ1が、フィンｆ1、ｆ2とフィンｆ3、ｆ4との間に配置されている。
【００５９】
このような浮上片１２の配置には、浮上片１２が高圧室２側と低圧室３側の中央に配置されているため、ラビリンスシールセグメント１１の重心位置に浮上力が作用し、ラビリンスシールセグメント１１の傾きを防止できるという利点がある。この作用の詳細については後述する。
【００６０】
なお、浮上片１２は、ラビリンスシールセグメント１１の重心位置に浮上力が作用する位置に配置されていれば、図５と異なる形状を有していてもよいし、図５と異なる位置に配置されていてもよい。
【００６１】
図６は、第２実施形態の軸シール装置６の構造を示す斜視図である。
【００６２】
図６は、１つのラビリンスシールセグメント１１に設けられた２つの浮上片Ｆ1、Ｆ2を示している。これらの浮上片Ｆ1、Ｆ2は、回転方向Ａに沿って並んで配置されている。このように、本実施形態の各ラビリンスシールセグメント１１の浮上片１２は、第１実施形態と同様、回転方向Ａに沿って複数個に分割されている。
【００６３】
（１）第２実施形態の軸シール装置６の作用
次に、図７を参照し、第２実施形態の軸シール装置６の作用について説明する。
【００６４】
図７は、第２実施形態の軸シール装置２の作用を説明するための断面図である。
【００６５】
図７に示す符号Ｇは、ラビリンスシールセグメント１１の重心位置を示す。重心位置Ｇには、ラビリンスシールセグメント１１の自重ＷGと、圧縮ばね５のばね力ＦSが作用している。重心位置Ｇは、これらの作用力ＷG、ＦSの合成中心に相当する。ラビリンスシールセグメント１１は、これらの作用力ＷG、ＦSで内周方向に押し付けられている。
【００６６】
一方、浮上片１２の内周側面には、浮上圧力Ｐdが作用する。この浮上圧力Ｐdは例えば図７に示す分布を有しており、この分布に応じた浮上力中心Ｄに浮上力Ｆdが作用する。そして、浮上力Ｆdの作用線上に重心位置Ｇが存在する場合、浮上力Ｆdは重心位置Ｇに作用することとなる。
【００６７】
本実施形態の浮上片１２は、浮上力Ｆdの作用線上に重心位置Ｇが位置するような形状を有している。具体的には、本実施形態の浮上片１２は例えば、浮上圧力Ｐdの分布が鏡面対称となるように、ほぼ鏡面対称な形状を有している。よって、本実施形態によれば、ラビリンスシールセグメント１１の傾きを防止することができる。
【００６８】
（２）第２実施形態の効果
最後に、第２実施形態の効果について説明する。
【００６９】
以上のように、本実施形態の浮上片１２は、シールセグメント１１の重心位置Ｇに浮上力Ｆdが作用する位置に配置されている。
【００７０】
よって、本実施形態によれば、シールセグメント１１を傾けることなく外周方向へ移動させることが可能となる。よって、本実施形態によれば、フィン１３の傾きを防止して、シールすきまを均一に増減させることが可能となる。よって、過渡運転中のフィン１３の先端の接触磨耗を回避できるため、漏洩量の増加を抑制することが可能となる。
【００７１】
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態の軸シール装置６の構造を示す断面図である。
【００７２】
図８の軸シール装置６は、アブレイダブル型に相当する。よって、回転軸１の表面の一部、具体的には、回転軸１におけるフィン１３との接触面には、摩耗層２１が形成されている。摩耗層２１は、フィン１３との接触により削れやすい材料で形成されている。
【００７３】
本実施形態では、回転軸１とフィン１３が接触すると、回転軸１の摩耗層２１が磨耗される。よって、本実施形態によれば、回転軸１そのものやフィン１３の摩耗を抑制できると共に、回転軸１そのものが摩耗される場合に比べて、摩耗抵抗や発熱を低減することができる。
【００７４】
そして、本実施形態のシールセグメント１１は、上述の浮上片１２を備えている。よって、本実施形態によれば、回転軸１とフィン１３との接触を短時間に限定することが可能となる。よって、本実施形態によれば、磨耗層２１を摩耗を抑えて長期間使用することが可能となり、アブレイダブル型における極狭い初期すきまを長期間維持することが可能となる。
【００７５】
（第４実施形態）
図９は、第４実施形態の軸シール装置６の構造を示す断面図である。
【００７６】
図９の軸シール装置６は、センシタイズド型に相当する。よって、圧縮ばね５のばね力の強さは、フィン１３が回転軸１に接触可能となるよう、限界まで弱く設定されている。よって、本実施形態のシールセグメント１１は、外周方向に移動しやすくなっている。本実施形態のシールセグメント１１は、外周側面に窪み部２２を有し、圧縮ばね５は、この窪み部２２内に配置されている。
【００７７】
センシタイズド型では、フィン１３の先端の接触磨耗を軽減するために、圧縮ばね５のばね力の強さを最小限に設定する。しかしながら、ばね力が最小限といえども、回転軸１とフィン１３との接触が生じるため、円周方向の接触する範囲のフィン１３の先端の磨耗は免れず、長期的にはシールすきまが拡大し、漏洩量が増加する。
【００７８】
そこで、本実施形態では、シールセグメント１１に、上述の浮上片１２を設けている。よって、本実施形態によれば、回転軸１とフィン１３との接触を短時間に限定することが可能となる。よって、本実施形態によれば、経年的なシールすきまの拡大を抑制し、経年的な漏洩量の増加を抑制することが可能となる。
【００７９】
（第５実施形態）
図１０は、第５実施形態の軸シール装置６の構造を示す断面図である。
【００８０】
図１０の軸シール装置６は、ブラシシールを構成するブラシ２３と、背板２４と、保持板２５と、取り付け座２６とを備えている。これらの部材は、ブラシ２３が回転軸１に面するように、ボルト２７によりシールセグメント１１に取り付けられている。ブラシシールには、回転軸１との接触時に回転軸１に与える影響が少ないという利点がある。
【００８１】
本実施形態のシールセグメント１１は、上述の浮上片１２を備えている。よって、本実施形態によれば、回転軸１との距離が極狭く設定されるブラシ２３の先端の接触磨耗を軽減することができる。よって、回転軸１とブラシ２３との間のシールすきまの経年的な拡大を抑制し、経年的な漏洩量の増加を抑制することが可能となる。
【００８２】
なお、ブラシシールは、シールセグメント１１そのものに取り付けてもよいし、シールセグメント１１の浮上片１２に取り付けてもよい。
【００８３】
（第６実施形態）
図１１は、第６実施形態の回転機械の構造を示す断面図である。図１１の回転機械は、蒸気タービンである。
【００８４】
図１１の回転機械は、高圧室２と低圧室３を有する圧力容器３１と、高圧室２に設けられた蒸気入口３２と、低圧室３に設けられた蒸気出口３３と、高圧室２と低圧室３との間に設けられた圧力隔壁３５を備えている。図１１に示す符号Ｃは、蒸気入口３２から供給され、蒸気出口３３から排出される蒸気の流れを示す。
【００８５】
図１１の回転機械はさらに、高圧室２と低圧室３とを貫通する回転軸１と、回転軸１に取り付けられた回転体３４を備えている。回転軸１はさらに、高圧室２側と低圧室３側において、圧力容器３１の殻を貫通している。
【００８６】
図１１では、第１〜第５実施形態のいずれかの軸シール装置６が、高圧室２と低圧室３との間と、高圧室２と圧力容器３１の外部との間と、低圧室３と圧力容器３１の外部との間に設置されている。これらの軸シール装置６の各シールセグメント１１は、回転軸１に面するようにホルダー４により保持されている。
【００８７】
ただし、高圧室２と低圧室３との間の軸シール装置６のホルダー４が、圧力隔壁３５に設けられているのに対し、高圧室２または低圧室３と外部との間の軸シール装置６のホルダー４は、圧力容器３１の殻に設けられている。後者の場合、高圧室２や低圧室３は、高圧側の第１領域の例であり、圧力容器３１の外部は、低圧側の第２領域の例である。
【００８８】
本実施形態によれば、過渡運転時において回転軸１とフィン１３との一時的な接触を回避または低減し、漏洩量の経年的な増加を抑制することができる。よって、蒸気タービンの熱効率の劣化を抑制することが可能となる。
【００８９】
また、本実施形態によれば、シールすきまを狭く設定しても一時的な接触を回避または低減できるため、漏洩量をさらに低減し、蒸気タービンの熱効率をさらに向上させることが可能となる。
【００９０】
なお、本実施形態は、ガスタービンやコンプレッサなど、蒸気タービン以外の回転機械にも適用可能である。
【００９１】
以上、第１から第６実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施することができる。また、これらの実施形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことにより、様々な変形例を得ることもできる。これらの形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれており、特許請求の範囲及びこれに均等な範囲には、これらの形態や変形例が含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１：回転軸、２：高圧室、３：低圧室、４：ホルダー、５：圧縮ばね、
６：軸シール装置、１１：ラビリンスシールセグメント、
１２：浮上片、１３：ラビリンスフィン、１４：ポケット溝、
２１：摩耗層、２２：窪み部、２３：ブラシ、２４：背板、
２５：保持板、２６：取り付け座、２７：ボルト、
３１：圧力容器、３２：蒸気入口、３３：蒸気出口、３４：回転体、３５：圧力隔壁
【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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