(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の外周側で該回転軸の周方向に延びるリテーナと、
該リテーナから径方向内側に延出して、周方向に複数積層された薄板シール片を有するシール体と、
前記シール体と前記リテーナとに挟まれるように支持されて、前記シール体の軸方向の高圧側を周方向にわたって覆う高圧側側板と、
前記シール体と前記リテーナとに挟まれるように支持されて、前記シール体の軸方向の低圧側を周方向にわたって覆う低圧側側板と、
前記リテーナの周方向端部からさらに周方向に延びるリテーナ模擬部、及び、該リテーナ模擬部から径方向内側に向かって延び、前記周方向について、前記薄板シール片の３枚以上の厚さを有するブロックであるシール体模擬部を有するブロック体と、
を備え、
前記高圧側側板及び前記低圧側側板が、前記ブロック体における前記シール体模擬部の少なくとも一部を覆っているシールセグメント。
【請求項２】
前記シール体模擬部は、前記径方向内側に向かって延びる接触シールを備える
請求項１に記載のシールセグメント。
【請求項３】
前記接触シールは、ブラシシールを備える
請求項２に記載のシールセグメント。
【請求項４】
前記シール体模擬部は、前記径方向内側に向かって延びるスリットによって、主シール体模擬部と副シール体模擬部とに分割されている請求項１から３のいずれか一項に記載のシールセグメント。
【請求項５】
前記シール体模擬部は、前記主シール体模擬部と前記副シール体模擬部との間に弾性部材を備える請求項４に記載のシールセグメント。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のシールセグメントを備える回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールセグメント及び回転機械に関する。
【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とからなるシール体と、ロータの周方向に複数に分割され、シール体の高圧側、低圧側に沿うようにそれぞれ設けられた高圧側側板、低圧側側板を備えている。そして、これら低圧側側板と高圧側側板とにより、薄板シール片の微小隙間への作動流体の流れを規制し、薄板シール片が浮上しやすい流れを作り出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２８２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、高圧側側板や低圧側側板の分割部では、薄板シール片の微小隙間への流れを規制しにくくなるため、薄板シール片の浮上性能が低下したり、薄板シール片においてフラッタリングが発生したりすることがあった。
【０００６】
本発明は、薄板シール片の浮上特性の性能低下や薄板シール片に発生するフラッタリングを抑制できるシールセグメント及び回転機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様のシールセグメントは、回転軸の外周側で該回転軸の周方向に延びるリテーナと、該リテーナから径方向内側に延出して、周方向に複数積層された薄板シール片を有するシール体と、前記シール体と前記リテーナとに挟まれるように支持されて、前記シール体の軸方向一方側を周方向にわたって覆う高圧側側板と、前記シール体と前記リテーナとに挟まれるように支持されて、前記シール体の軸方向他方側を周方向にわたって覆う低圧側側板と、前記リテーナの周方向端部からさらに周方向に延びるリテーナ模擬部、及び、該リテーナ模擬部から径方向内側に向かって延びるシール体模擬部を有するブロック体と、を備え、前記高圧側側板及び前記低圧側側板が、前記ブロック体における前記シール体模擬部の少なくとも一部を覆っている。
【０００８】
本態様では、フラッタリングが発生しやすい個所において、薄板シール片が浮上しやすい流れを維持しつつ、薄膜シール片の耐フラッタリング性を高めているため、薄板シール片の浮上特性の性能低下や薄板シール片に発生するフラッタリングを抑制できる。
【０００９】
第２の態様のシールセグメントは、前記シール体模擬部は、前記径方向内側に向かって延びる接触シールを備える第１の態様のシールセグメントである。
【００１０】
本態様では、接触シール体模擬部の径方向内側端と回転軸との間には隙間を埋めることができる。
【００１１】
第３の態様のシールセグメントは、前記接触シールは、ブラシシールを備える第２の態様のシールセグメントである。
【００１２】
本態様では、回転軸の軸線ずれに対して追従性の高いシールが可能となる。
【００１３】
第４の態様のシールセグメントは、前記シール体模擬部は、前記径方向内側に向かって延びるスリットによって、主シール体模擬部と副シール体模擬部とに分割されている第１から第３のいずれかの態様のシールセグメントである。
【００１４】
本態様では、副シール体模擬部を薄板シール片の挙動に追従するように変形させることができる。
【００１５】
第５の態様のシールセグメントは、前記シール体模擬部は、前記主シール体模擬部と前記副シール体模擬部との間に弾性部材を備える第４の態様のシールセグメントである。
【００１６】
本態様では、副シール体模擬部が薄板シール片の挙動に追従するように調整することが可能となる。
【００１７】
第６の態様の回転機械は、第１から５のいずれか態様のシールセグメントを備える。
【００１８】
本態様では、回転機械のシールセグメントにおける薄板シール片の浮上特性の性能低下や薄板シール片に発生するフラッタリングを抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のシールセグメント及び回転機械は、薄板シール片の浮上特性の性能低下や薄板シール片に発生するフラッタリングを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一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】本発明の第一実施形態に係る軸シール装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るシールセグメント及びハウジングの周方向の断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るシールセグメントを軸方向から見た要部側面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】本発明の第一実施形態に係るブロック体の斜視図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係るシールセグメントを軸方向から見た要部側面図である。
【図１０】本発明の第三実施形態に係るシールセグメントを軸方向から見た要部側面図である。
【図１１】本発明の第四実施形態に係るシールセグメントを軸方向から見た要部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
「第一実施形態」
以下、本発明の第一実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態においては、軸シール装置１０をガスタービン（回転機械）１に適用した例を示す。
【００２３】
図１に示すガスタービン１は、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する圧縮機２と、圧縮機２にて圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器３と、回動するタービン４と、該タービン４の回動する動力の一部を圧縮機２に伝達して圧縮機２を回動させるロータ５（回転軸）とを有している。
タービン４は、燃焼器３で発生させた燃焼ガスがその内部に導入されるとともに燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換して回動する。
なお、以下の説明においては、特に言及しない限り、ロータ５の軸線Ａｘの延びる方向を単に「軸方向Ｄａ」と、ロータ５の周方向を単に「周方向Ｄｃ」と、ロータ５の径方向を単に「径方向Ｄｒ」、ロータ５の回転方向を単に「回転方向Ｂｃ」という。
【００２４】
上述のような構成のガスタービン１では、タービン４は、ロータ５に設けられた動翼７に燃焼ガスを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する。タービン４には、ロータ５側の複数の動翼７の他に、タービン４のケーシング８側に複数の静翼６が設けられるとともに、これら動翼７と静翼６とが、軸方向Ｄａに交互に配列されている。
動翼７は軸方向Ｄａに流れる燃焼ガスの圧力を受けて軸線回りにロータ５を回転させ、ロータ５に与えられた回転エネルギーは軸端から取り出されて利用される。静翼６とロータ５との間には、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として、軸シール装置１０が設けられている。
【００２５】
圧縮機２はロータ５にてタービン４と同軸で接続されており、タービン４の回転を利用して外気を圧縮して圧縮空気を燃焼器３に供給する。タービン４と同様に、圧縮機２においてもロータ５に複数の動翼７と、圧縮機２のケーシング９側に複数の静翼６が設けられており、動翼７と静翼６とが軸方向Ｄａに交互に配列されている。さらに、静翼６とロータ５との間においても、高圧側から低圧側に漏れる圧縮空気の漏れ量を低減するための軸シール装置１０が設けられている。加えて、圧縮機２のケーシング９がロータ５を支持する軸受け部９ａ、及びタービン４のケーシング８がロータ５を支持する軸受け部８ａにおいても、高圧側から低圧側に圧縮空気又は燃焼ガスが漏れるのを防止する軸シール装置１０が設けられている。
【００２６】
ここで、本実施形態に係る軸シール装置１０は、ガスタービン１への適用に限定されるものではない。例えば蒸気タービン、圧縮機、水車、冷凍機、ポンプ等の大型流体機械のように、軸の回転と流体の流動によりエネルギーを仕事に変換する回転機械全般に広く採用することができる。この場合、軸シール装置１０は、軸方向Ｄａの流体の流動を抑えるために広く用いることも可能である。
【００２７】
次に、上述のように構成されるガスタービン１に設けられる軸シール装置１０の構成について、図面を参照して説明する。図２は、軸方向Ｄａから見た図である。図２に示すように、この軸シール装置１０は、円弧状に延びる複数（本実施形態では８つ）のシールセグメント１１を備えている。複数のシールセグメント１１が、周方向Ｄｃに沿って環状に配置されている。このように配置された隣り合うシールセグメント１１の周方向端部１２，１２間には、隙間ｔが形成される。
【００２８】
各シールセグメント１１の構成について、図３を参照して説明する。図３における軸シール装置１０の断面の切断位置は、図２の軸シール装置１０に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線の位置に対応する。
各シールセグメント１１は、ハウジング（静翼６、動翼７及び軸受け部８ａ，９ａに相当）３０に挿入されて、ロータ５とハウジング３０との間の環状空間における作動流体の漏れを防ぐために設置される。
【００２９】
シールセグメント１１は、シール体１３と、リテーナ２１，２２と、高圧側側板２３と、低圧側側板２４とを備える。
シール体１３は、周方向Ｄｃに沿って互いに微小間隔を空けて多重に配列された、金属製の部材である複数の薄板シール片２０を備える。当該複数の薄板シール片２０は、ロータ５の周方向Ｄｃの一部領域において、周方向Ｄｃ（回転方向Ｂｃ）に沿って積層されており、軸方向Ｄａからみて全体として円弧帯状をなしている。
リテーナ２１，２２は、薄板シール片２０の外周側基端２７において薄板シール片２０を両側から挟持するように構成されている。リテーナ２１，２２の周方向Ｄｃおける断面は略Ｃ字型に形成されている。また、リテーナ２１，２２の軸方向Ｄａおける断面は円弧帯形状に形成されている。
高圧側側板２３は、薄板シール片２０の高圧側領域に対向する一方の縁端とリテーナ２１とによって挟持されている。よって、高圧側側板２３は、複数の薄板シール片２０の高圧側側面を、軸方向Ｄａの高圧側から覆うように径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに延びている。
低圧側側板２４は、薄板シール片２０の低圧側領域に対向する他方の縁端とリテーナ２２とによって挟持されている。よって、低圧側側板２４は、複数の薄板シール片２０の低圧側側面を、軸方向Ｄａの低圧側から覆うように径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに延びている。
【００３０】
上述のように構成されたシール体１３において、薄板シール片２０は外周側基端２７の幅（軸方向Ｄａの幅）に比べて内周側の幅（軸方向Ｄａの幅）が小さくなる略Ｔ字型の薄い鋼板によって構成されている。その両方の側縁には、その幅が小さくなる位置において切り欠き部２０ａ，２０ｂが形成されている。
隣接する複数の薄板シール片２０は、外周側基端２７において、例えば溶接によって互いに固定連結されている。
【００３１】
薄板シール片２０は、周方向Ｄｃにおいて、板厚に基づく所定の剛性を有している。さらに、薄板シール片２０と回転方向Ｂｃに対してロータ５の周面となす角が鋭角となるようにリテーナ２１，２２に固定されている。
したがって、薄板シール片２０は、径方向Ｄｒ内側に向かうにしたがって、回転方向Ｂｃ前方側に延出している。
【００３２】
このように構成されたシールセグメント１１においては、ロータ５が静止している際には各薄板シール片２０の先端がロータ５と接触している。そして、ロータ５が回転すると該ロータ５の回転によって生じる動圧効果により、薄板シール片２０の先端がロータ５の外周から浮上してロータ５と非接触状態となる。このため、このシールセグメント１１では、各薄板シール片２０の磨耗が抑制され、シール寿命が長くなる。
【００３３】
高圧側側板２３及び低圧側側板２４には、軸方向Ｄａの幅において、その外周側が広くなるように嵌込段差部２３ａ，２４ａが設けられており、この嵌込段差部２３ａ，２４ａは、それぞれが薄板シール片２０の切り欠き部２０ａ，２０ｂに嵌め込まれている。
【００３４】
さらに、リテーナ２１は、複数の薄板シール片２０の外周側基端２７における一方の側縁（高圧側）に対面する面に、凹溝２１ａを有している。リテーナ２２は、複数の薄板シール片２０の外周側基端２７における他方の側縁（低圧側）に対面する面に、凹溝２２ａを有している。切り欠き部２０ａ，２０ｂに高圧側側板２３及び低圧側側板２４のそれぞれの嵌込段差部２３ａ，２４ａが嵌め込まれた複数の薄板シール片２０に対し、その外周側における一方の側縁（高圧側）にリテーナ２１の凹溝２１ａが嵌め込まれている。さらに、その外周側における他方の側縁（低圧側）がリテーナ２２の凹溝２２ａに嵌め込まれている。このような構成により、各薄板シール片２０がリテーナ２１，２２に固定される。
【００３５】
ハウジング３０の内周壁面には、環状の凹溝３１が形成されている。環状の凹溝３１は、ロータ５の軸方向において外周側の幅が内周側の幅よりも広くなるように、薄板シール片２０の一方の側縁（高圧側）及び他方の側縁（低圧側）に対向する側面に段差が設けられた形状とされている。そして、この段差における外周側を向く面にリテーナ２１，２２の内周側を向く面が当接するようにして、ハウジング３０の凹溝３１内に、薄板シール片２０、リテーナ２１，２２、高圧側側板２３及び低圧側側板２４が嵌め込まれている。薄板シール片２０の内周側端部２６が高圧側側板２３よりもロータ５側に突出している。一方で、薄板シール片２０の内周側端部２６は低圧側側板２４よりもロータ５側に突出しているが、その突出量は高圧側よりも大きく設定されている。すなわち、薄板シール片２０は高圧側よりも低圧側において作動流体Ｇに対してより大きく露出している。言い換えると、高圧側側板２３は薄板シール片２０の側面におけるより広い範囲を作動流体Ｇから遮蔽している。
【００３６】
高圧側側板２３は、作動流体Ｇの流れによる圧力によって、薄板シール片２０の側面２０ｃに密着することで、作動流体Ｇが複数の薄板シール片２０間の隙間に大きく流れ込むことを防ぐ。よって、高圧側側板２３は、複数の薄板シール片２０間の隙間部分において、内周側端部２６から外周側基端２７へ向かう上向き流れを作り出し、流体力で薄板シール片２０の内周側端部２６を浮上させ、非接触化させている。
また、低圧側側板２４は、高圧側側板２３と薄板シール片２０により押されてハウジング３０の内周壁面の低圧側壁面３２に密着する。低圧側側板２４は、高圧側側板２３よりも内径が大きくなっており、複数の薄板シール片２０間の隙間の流れを浮上しやすい流況にしている。
【００３７】
本実施形態のシールセグメント１１は、シール体１３の回転方向Ｂｃ前方端部にさらにブロック体５０を備える。
ブロック体５０及びその周辺の構造について、図４〜図８を参照して説明する。
【００３８】
ブロック体５０は、金属製の部材である。ブロック体５０は、リテーナ２１，２２の周方向Ｄｃ端部からさらに周方向Ｄｃに延びるリテーナ模擬部５１，５２及びリテーナ模擬部５１，５２から径方向Ｄｒ内側に向かって延びるシール体模擬部５３を有する。
本実施形態では、リテーナ２１，２２の周方向Ｄｃ端部のうち、回転方向Ｂｃ前方側の端部からのみリテーナ模擬部５１，５２が延びている。
また、本実施形態のシールセグメント１１は、リテーナ２１，２２の周方向Ｄｃ端部のうち、回転方向Ｂｃ後方側の端部に、調整用薄板シール片４０を備える。調整用薄板シール片４０はリテーナ２１，２２から露出しており、一部を順に剥がすことができるため、各シールセグメント１１間の分割部の隙間に応じて、必要な薄板シール片の枚数に調整される。枚数調整された調整用薄板シール片４０は、各シールセグメント１１間の分割部の隙間を遮蔽する。
【００３９】
図４に示すように、高圧側側板２３は、上記のとおり複数の薄板シール片２０の高圧側側面を覆うように径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに延びている。さらに高圧側側板２３は、径方向Ｄｒ外側の縁部であって周方向Ｄｃに円弧状に延びる外径側縁部２３ｂと、径方向Ｄｒ内側の縁部であって周方向Ｄｃに円弧状に延びる内径側縁部２３ｃとを有している。
また、高圧側側板２３は、回転方向Ｂｃ前方側の縁部であって、外径側縁部２３ｂから径方向Ｄｒ内側に延びて内径側縁部２３ｃに接続される前側縁部２３ｄを有している。
本実施形態の場合、前側縁部２３ｄは径方向Ｄｒに沿うように延びている。
【００４０】
図４には示していないが、低圧側側板２４も、上記のとおり複数の薄板シール片２０の高圧側側面を覆うように径方向Ｄｒ及び周方向Ｄｃに延びており、径方向Ｄｒ外側の縁部であって周方向Ｄｃに円弧状に延びる外径側縁部と、径方向Ｄｒ内側の縁部であって周方向Ｄｃに円弧状に延びる内径側縁部とを有している。
また、低圧側側板２４も、回転方向Ｂｃ前方側の縁部であって、外径側縁部から径方向Ｄｒ内側に延びて内径側縁部に接続される前側縁部を有している。
【００４１】
高圧側側板２３は、シール体模擬部５３の軸方向Ｄａ高圧側の少なくとも一部を覆っており、低圧側側板２４は、シール体模擬部５３の軸方向Ｄａ低圧側の少なくとも一部を覆っている。
シール体模擬部５３は、径方向Ｄｒについて、高圧側側板２３の内径側縁部２３ｃに揃う位置まで延びている。よって、シール体模擬部５３は、ロータ５と非接触である。
【００４２】
図５及び図６に示すように、リテーナ模擬部５１，５２は、周方向Ｄｃの長さが異なる以外は、リテーナ２１，２２と略同様な形状及び寸法を有している。
すなわち、リテーナ模擬部５１，５２は、シール体模擬部５３の外周側基端５７においてシール体模擬部５３を軸方向Ｄａ両側から挟持するように構成されている。
また、リテーナ模擬部５１，５２の周方向Ｄｃおける断面は略Ｃ字型に形成されていることによって、リテーナ模擬部５１，５２は、それぞれ周方向に延びる凹溝５１ａ，凹溝５２ａ溝を備えている。
さらに、本実施形態では、リテーナ模擬部５１，５２の軸方向Ｄａおける断面は、円弧帯形状に形成されている。
【００４３】
図７及び図８に示すように、シール体模擬部５３は、周方向Ｄｃの長さ及び径方向Ｄｒ内側に延出する長さが異なる以外は、周方向Ｄｃに多重に配列された複数の薄板シール片２０全体の輪郭形状と似た形状をしている。
すなわち、シール体模擬部５３は、周方向Ｄｃに沿って延び、軸方向Ｄａからみて円弧帯状をなしており、周方向Ｄｃ断面について外周側基端５７の幅（軸方向Ｄａの幅）に比べて内周側の幅（軸方向Ｄａの幅）が小さくなる略Ｔ字型である立体形状で構成されている。また、シール体模擬部５３の軸方向Ｄａの両側面には、その幅が小さくなる位置において切り欠き溝５０ａ，５０ｂが形成されている。
【００４４】
シール体模擬部５３は、リテーナ２１，２２の周方向Ｄｃの端部に向かって、高圧側側板２３と低圧側側板２４との間に嵌め込まれると共に、リテーナ模擬部５１，５２の間に嵌め込まれる。したがって、シール体模擬部５３は、シール体１３の回転方向Ｂｃ前方の端面にキャップのように嵌められ、薄板シール片２０を保護している。
また、嵌込段差部２３ａ，２４ａに切り欠き溝５０ａ，５０ｂがそれぞれ嵌っている。よって、シール体模擬部５３は、高圧側側板２３と低圧側側板２４との間に嵌め込まれると共に、リテーナ模擬部５１，５２の間に嵌め込まれる際、径方向Ｄｒに規制されつつ、周方向Ｄｃにスライド可能となっている。
【００４５】
さらに、シール体模擬部５３の周方向Ｄｃを向く両側面は、回転方向Ｂｃに対してロータ５の周面となす角が鋭角となるような傾斜面となっている。
したがって、シール体模擬部５３の周方向Ｄｃを向く両側面は、径方向Ｄｒ内側に向かうにしたがって、回転方向Ｂｃ前方側に延出している。
【００４６】
シール体模擬部５３の周方向Ｄｃを向く両側面の傾斜は、薄板シール片２０の板面の傾斜に概ね沿うような傾斜面であれば、どのような傾斜面でもよいが、変形例として、薄板シール片２０に予圧を与えた際の薄板シール片２０の板面の傾斜に沿うように模擬して傾けてもよい。他の変形例として、シール体模擬部５３の周方向Ｄｃを向く両側面は、薄板シール片２０の板面に沿うようであれば、曲面であってもよい。
【００４７】
シール体模擬部５３を備えたブロック体５０の作用及び効果について説明する。
本実施形態は、シールセグメント１１間の分割部、すなわち、周方向Ｄｃに隣り合うシールセグメント１１の高圧側側板２３の間の分割部であるシール体１３の回転方向Ｂｃ前方の端部に、金属のブロックからなるシール体模擬部５３を備えている。
シール体模擬部５３の摩耗が問題とならないときは、変形例として、シール体模擬部５３を内部に空洞を有する金属としてもよく、他の変形例として、シール体模擬部５３を金属の箱としてもよい。
【００４８】
したがって、シールセグメント１１間の分割部に、薄板シール片ではなく、ロータ５に接触しないシール体模擬部５３を設けることにより、シールセグメント１１間の分割部の薄板シール片をなくすことができ、薄板シール片の摩耗が抑制される。
他方でシールセグメント１１の端部より周方向Ｄｃ内側は、薄板シール片を用いており、薄板シール片の浮上特性の性能が維持される。
また、シール体模擬部５３を、シール体１３の周方向Ｄｃの端面にキャップのように嵌めて、薄板シール片２０を保護している。
【００４９】
さらに、本実施形態のシールセグメント１１は、高圧側側板２３によって、シール体模擬部５３の軸方向Ｄａ高圧側の少なくとも一部を覆っており、低圧側側板２４によって、シール体模擬部５３の軸方向Ｄａ低圧側の少なくとも一部を覆っている。このような構成による作用、効果を次に詳しく説明する。
【００５０】
ここで、シール体１３の回転方向Ｂｃ前方の端部にシール体模擬部５３ではなく、薄板シール片が設けられている場合を考える。この場合、高圧側側板２３の前側縁部２３ｄは、薄板シール片の側面に密着しにくく、高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方の内側にまで作動流体Ｇが回り込んでくる。作動流体Ｇが回り込んでくると、高圧側側板２３で覆われた薄板シール片にも作動流体Ｇの軸方向Ｄaの流れが漏れこむ。
よって、高圧側側板２３の前側縁部２３ｄ付近の薄板シール片において、フラッタリングが発生する虞がある。
これに対し、本実施形態のシールセグメント１１では、上記のとおり、シール体１３の回転方向Ｂｃ前方の端部にシール体模擬部５３が設けられている。すなわち、高圧側側板２３は、複数の薄板シール片２０側面からさらに延びて、シール体模擬部５３の軸方向Ｄａ高圧側の少なくとも一部を覆っている。
シール体模擬部５３の軸方向Ｄａ高圧側の少なくとも一部を覆っていると、高圧側側板２３の軸方向Ｄａ内側にまで作動流体Ｇが回り込んできても、回り込んでくる作動流体Ｇは、シール体模擬部５３周辺に流れ込むだけであり、複数の薄板シール片２０にまで流れ込みにくい。
したがって、本実施形態のシールセグメント１１は、複数の薄板シール片２０に作動流体Ｇが回り込んでくることを抑制できるため、作動流体Ｇの軸方向Ｄaの流れが漏れこみにくく、複数の薄板シール片２０において、フラッタリングが発生することを抑制できる。
【００５１】
加えて、本実施形態は、シール体模擬部５３の軸方向Ｄａ高圧側のうち、回転方向Ｂｃ後方部を高圧側側板２３の回転方向Ｂｃの前方部で覆っている。
シール体模擬部５３の回転方向Ｂｃ後方部を高圧側側板２３の回転方向Ｂｃの前方部で覆えば、高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方部の板面形状の自由度が高くなる。
よって、高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方側の板面形状を、必ずしも複数の薄板シール片の軸方向Ｄａ側面形状やシール体模擬部５３の軸方向Ｄａ側面形状に合わせる必要がない。言い換えると、高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方側の板面形状を、回転方向Ｂｃに対して、前側縁部２３ｄとロータ５の周面となす角が鋭角となる板面形状とする必要がない。
【００５２】
本実施形態の場合、高圧側側板２３の形状を前側縁部２３ｄが径方向Ｄｒに沿うように延びる形状とすることで、回転方向Ｂｃに対して、前側縁部２３ｄとロータ５の周面となす角を大きくした。
したがって、当該板面形状の鋭角を大きくすることで、高圧側側板２３の剛性を大きくできるため、高圧側側板２３にフラッタリングを抑制することができる。
【００５３】
本実施形態のシールセグメント１１は、品質の維持及び生産効率の点においても以下に説明するように優れている。
本実施形態のシールセグメント１１は、通常の製作工程によって製作された大部分のシール体１３に、小部分のシール体模擬部５３を嵌め込むことができる。すなわち、板厚の同じ多数枚の薄板シール片でシールセグメント１１の大部分を製作した後、周方向Ｄｃ端部だけシール体模擬部５３を設けることができる。
したがって、（通常の製作工程である）同じ板厚の薄板シール片を組み立てる製作工程を維持しながら、シールセグメント１１の分割部付近のみシール体模擬部５３を設けることができ、品質の維持及び生産効率の向上を図ることができる。
【００５４】
「第二実施形態」
以下、本発明の第二実施形態について、図９を参照して説明する。
【００５５】
本実施形態のシールセグメントは、第一実施形態と基本的に同じであるが、シール体模擬部が接触シールを備える点が異なっている。
【００５６】
本実施形態のシールセグメント１１１は、シール体１３の回転方向Ｂｃ前方端部にさらにブロック体１５０を備える。
ブロック体１５０及びその周辺の構造について、図９を参照して説明する。
【００５７】
ブロック体１５０は、リテーナ２１，２２の回転方向Ｂｃ前方端部からさらに周方向Ｄｃに延びるリテーナ模擬部５１，５２、リテーナ模擬部５１，５２から径方向Ｄｒ内側に向かって延びるシール体模擬部１５３、及び接触シール１５４を有する。
【００５８】
接触シール１５４は、シール体模擬部１５３に設けられ、シール体模擬部１５３の径方向Ｄｒ内側端から径方向Ｄｒ内側に延出し、シール体模擬部１５３の径方向Ｄｒ内側端とロータ５との間の隙間を埋めている。
本実施形態では、接触シール１５４にブラシシールを用いている。
【００５９】
シール体模擬部１５３はブロック状であるため、ロータ５の周面に直接接触させることはできないので、シール体模擬部１５３の径方向Ｄｒ内側端とロータ５との間には隙間を設ける必要があり、少なからず作動流体Ｇが漏れてしまう。
本実施形態では、接触シール１５４を用いることによって、シール体模擬部１５３の径方向Ｄｒ内側端とロータ５とを接触させることなく、シール体模擬部１５３の径方向Ｄｒ内側端とロータ５との間には隙間を埋めることができる。したがって、作動流体Ｇが漏れを抑制することができる。
【００６０】
また、ロータ５の軸線Ａｘのずれに対して追従性の高いシール方式である薄板シール片を用いたシール方式に、ロータ５の軸線Ａｘのずれに対して追従性の高いシール方式であるブラシシールを用いれば、全体としてロータ５の軸線Ａｘのずれに対して追従性の高いシールが可能となる。変形例として、ロータ５の軸線Ａｘのずれへの追従性が必要ないときは、
接触シール１５４に、ラビリンスシール等を設けることも可能である。
【００６１】
「第三実施形態」
以下、本発明の第三実施形態について、図１０を参照して説明する。
【００６２】
本実施形態のシールセグメントは、第一実施形態と基本的に同じであるが、シール体模擬部が主シール体模擬部と副シール体模擬部とに分割されている点が異なっている。
【００６３】
本実施形態のシールセグメント２１１は、シール体１３の回転方向Ｂｃ前方端部にさらにブロック体２５０を備える。
ブロック体２５０及びその周辺の構造について、図１０を参照して説明する。
【００６４】
ブロック体２５０は、リテーナ２１，２２の回転方向Ｂｃ前方端部からさらに周方向Ｄｃに延びるリテーナ模擬部５１，５２、リテーナ模擬部５１，５２から径方向Ｄｒ内側に向かって延びるシール体模擬部２５３を有する。
【００６５】
シール体模擬部２５３は、外周側基端２５７から突出し、径方向内側へ延びる主シール体模擬部２５３ａ及び副シール体模擬部２５３ｂを備える。シール体模擬部２５３は、外周側基端２５７の径方向Ｄｒ内周端から、径方向Ｄｒ内側に向かって延びるスリットＳＬ２によって、主シール体模擬部２５３ａと副シール体模擬部２５３ｂとに分割されている。
本実施形態では、副シール体模擬部２５３ｂは、主シール体模擬部２５３ａに比べて、例えば周方向Ｄｃの厚さを小さくすることによって、周方向Ｄｃに対する剛性を小さくしている。副シール体模擬部２５３ｂは、周方向Ｄｃに対する剛性を小さくすることによって、外周側基端２５７に対して周方向Ｄｃに沿う搖動方向Ｄｅｌに弾性を有し、撓むことができるため、薄板シール片２０の挙動に追従するように変形する。したがって、薄板シール片２０の浮上を妨げない。
スリットＳＬ２の周方向Ｄｃの幅が大きくなれば、スリットＳＬ２からの作動流体Ｇの漏れが大きくなるため、スリットＳＬ２の周方向Ｄｃの幅はできるだけ小さくする。
【００６６】
本実施形態では、主シール体模擬部２５３ａに比べて副シール体模擬部２５３ｂの周方向Ｄｃの厚さを小さくしていたが、変形例として、副シール体模擬部２５３ｂに比べて、主シール体模擬部２５３ａの周方向Ｄｃの厚さを小さくしてもよい。この場合、主シール体模擬部２５３ａを搖動方向Ｄｅｌに撓むことで、シール体模擬部２５３を、回転方向Ｂｃ前方隣りのシールセグメント２１１の薄板シール片２０の挙動に追従させることができる。
【００６７】
「第四実施形態」
以下、本発明の第四実施形態について、図１１を参照して説明する。
【００６８】
本実施形態のシールセグメントは、第三実施形態と基本的に同じであるが、スリットに弾性部材を備える点が異なっている。
【００６９】
本実施形態のシールセグメント３１１は、シール体１３の回転方向Ｂｃ前方端部にさらにブロック体３５０を備える。
ブロック体３５０及びその周辺の構造について、図１１を参照して説明する。
【００７０】
本実施形態のブロック体３５０は、主シール体模擬部２５３ａ及び副シール体模擬部２５３ｂの間に弾性部材３５５を備える。弾性部材３５５は、例えばバネ要素であって、コイルバネや板バネ等を用いる。
副シール体模擬部２５３ｂ自身の弾性に加え、弾性部材の弾性によって、副シール体模擬部２５３ｂは、外周側基端２５７に対して周方向Ｄｃに沿う搖動方向Ｄｅｌに弾性を有し、撓むことができるため、薄板シール片２０の挙動に追従するように変形する。したがって、薄板シール片２０の浮上を妨げない。
さらに、本実施形態では、弾性部材の弾性係数を調整することで、副シール体模擬部２５３ｂの撓みを、薄板シール片２０の挙動に追従するように調整することが可能となる。
本実施形態では、弾性部材３５５を１箇所しか設けていないが、スリットＳＬ２に沿って複数個所に設けてもよい。
【００７１】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００７２】
本実施形態の軸シール装置が備えるシールセグメントの数は８つであるが、それ限らず、２つから７つのいずれか、さらには９つ以上であってもよい。
【００７３】
本実施形態では、調整用薄板シール片４０を設けているが、各シールセグメント１１間の分割部の隙間の遮蔽が必要ない場合は、調整用薄板シール片４０を設けなくてもよい。
【００７４】
本実施形態では、リテーナ模擬部５１，５２の回転方向Ｂｃ後方側の端部と、リテーナ２１，２２の回転方向Ｂｃ前方側の端部とは、溶接又はろう付けによってそれぞれ接合されているが、ねじ止めによって接合されてもよい。変形例として、リテーナ模擬部５１，５２にリテーナ２１，２２をそれぞれ接合するのではなく、リテーナ模擬部５１とリテーナ２１とを一体形成すると共に、リテーナ模擬部５２とリテーナ２２とを一体形成してもよい。
【００７５】
本実施形態では、リテーナ２１，２２の周方向Ｄｃ端部のうち、回転方向Ｂｃ前方側の端部からリテーナ模擬部５１，５２を延ばし、回転方向Ｂｃ前方側の端部にリテーナ模擬部５１，５２を設けている。変形例として、リテーナ２１，２２の周方向Ｄｃ端部のうち、回転方向Ｂｃ後方側の端部からリテーナ模擬部５１，５２を延ばし、回転方向Ｂｃ後方側の端部にリテーナ模擬部５１，５２を設けてもよい。その場合、回転方向Ｂｃ後方の薄板シール片２０に対して、各種機能を作用させることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１：ガスタービン
２：圧縮機
３：燃焼器
４：タービン
５：ロータ
６：静翼
７：動翼
８：ケーシング
８ａ：軸受け部
９：ケーシング
９ａ：軸受け部
１０：軸シール装置
１１：シールセグメント
１２：周方向端部
１３：シール体
２０：薄板シール片
２０ａ：切り欠き部
２０ｂ：切り欠き部
２０ｃ：側面
２１：リテーナ
２１ａ：凹溝
２２：リテーナ
２２ａ：凹溝
２３：高圧側側板
２３ａ：嵌込段差部
２３ｂ：外径側縁部
２３ｃ：内径側縁部
２３ｄ：前側縁部
２４：低圧側側板
２４ａ：嵌込段差部
２６：内周側端部
２７：外周側基端
３０：ハウジング
３１：凹溝
３２：低圧側壁面
５０：ブロック体
５０ａ：切り欠き溝
５０ｂ：切り欠き溝
５１：リテーナ模擬部
５１ａ：凹溝
５２：リテーナ模擬部
５２ａ：凹溝
５３：シール体模擬部
５７：外周側基端
１１１：シールセグメント
１５０：ブロック体
１５３：シール体模擬部
１５４：接触シール
２１１：シールセグメント
２５０：ブロック体
２５３：シール体模擬部
２５３ａ：主シール体模擬部
２５３ｂ：副シール体模擬部
２５７：外周側基端
３１１：シールセグメント
３５０：ブロック体
３５５：弾性部材
Ａｘ：軸線
Ｂｃ：回転方向
Ｄａ：軸方向
Ｄｃ：周方向
Ｄｅｌ：搖動方向
Ｄｒ：径方向
Ｇ：作動流体
ＳＬ２：スリット
【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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