(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の径方向内側に向かうにしたがって該回転軸の回転方向前方側に延出するとともに前記回転軸の周方向一部領域に複数積層された薄板シール片を有するシール体と、
該シール体を前記回転軸の軸方向高圧側から覆うように周方向に延びる高圧側側板と、を備え、
前記高圧側側板は、
径方向外側の縁部であって周方向に円弧状に延びる外径側縁部と、
径方向内側の縁部であって周方向に円弧状に延びる内径側縁部と、
前記回転方向前方側の縁部であって、前記外径側縁部側から径方向内側に向かうに従って前記回転方向前方側に延びて前記内径側縁部に接続される前側縁部と、を有し、
前記高圧側側板の前記回転方向前方側の領域のみに補強部をさらに備えるシールセグメント。
【請求項２】
前記外径側縁部の前記回転方向前方側の端部から径方向に沿って前記内径側縁部に向かう線分を境界線と定義した際に、
前記補強部は、前記前側縁部側から回転方向後方側に延びて前記境界線を跨ぐように設けられた請求項１に記載のシールセグメント。
【請求項３】
前記補強部は、前記高圧側側板の前記回転方向前方側の領域のみに、前記前側縁部側から回転方向後方側に延びて前記境界線を跨ぐように設けられた厚板部を備える
請求項２に記載のシールセグメント。
【請求項４】
前記補強部は、前記高圧側側板の前記回転方向前方側の領域のみに、前記前側縁部側から回転方向後方側に延びて前記境界線を跨ぐように設けられたリブ構造を備える
請求項２又は３に記載のシールセグメント。
【請求項５】
回転軸の径方向内側に向かうにしたがって該回転軸の回転方向前方側に延出するとともに前記回転軸の周方向一部領域に複数積層された薄板シール片を有するシール体と、
該シール体を前記回転軸の軸方向高圧側から覆うように周方向に延びる高圧側側板と、を備え、
前記高圧側側板は、
径方向外側の縁部であって周方向に円弧状に延びる外径側縁部と、
径方向内側の縁部であって周方向に円弧状に延びる内径側縁部と、
前記回転方向前方側の縁部であって、前記外径側縁部から径方向内側に向かうに従って前記回転方向前方側に延びて前記内径側縁部に接続される前側縁部と、を有し、
前記高圧側側板の前記回転方向前方側の領域のみに曲がり板部をさらに備えるシールセグメント。
【請求項６】
前記外径側縁部の前記回転方向前方側の端部から径方向に沿って前記内径側縁部に向かう線分を境界線と定義した際に、
前記曲がり板部は、前記前側縁部から前記境界線に至って互いに重ねられるように曲がっている請求項５に記載のシールセグメント。
【請求項７】
前記曲がり板部は、前記前側縁部で折れ曲がっている
請求項５又は６に記載のシールセグメント。
【請求項８】
請求項１から７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ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０６２０４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、回転機械では回転方向に旋回流が発生することがある。このような旋回流の速度の速い箇所に上述した軸シール装置を適用すると、流体高圧領域側の旋回流及び高圧側側板や低圧側側板の分割部分近傍における不均一な流れにより、高圧側側板に圧力変動が生じる。その結果、高圧側側板にフラッタリングが生じる場合があった。
【０００６】
本発明は、フラッタリングを抑制することが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、回転軸の径方向内側に向かうにしたがって該回転軸の回転方向前方側に延出するとともに前記回転軸の周方向一部領域に複数積層された薄板シール片を有するシール体と、該シール体を前記回転軸の軸方向一方側から覆うように周方向に延びる高圧側側板とを備え、前記高圧側側板は、径方向外側の縁部であって周方向に円弧状に延びる外径側縁部と、径方向内側の縁部であって周方向に円弧状に延びる内径側縁部と、前記回転方向前方側の縁部であって、前記外径側縁部側から径方向内側に向かうに従って前記回転方向前方側に延びて前記内径側縁部に接続される前側縁部と、を有し、前記外径側縁部の前記回転方向前方側の端部から径方向に沿って前記内径側縁部に向かう線分を境界線と定義した際に、前記高圧側側板の前記回転方向前方側の領域のみに、前記前側縁部側から回転方向後方側に延びて前記境界線を跨ぐように設けられた補強部をさらに備える。
【０００８】
本態様では、高圧側側板のうちフラッタリングが発生しやすい高圧側側板の回転方向前方側の領域のみ剛性が補強されるため、薄板シール片によるシール性能を維持できると共に、フラッタリングを抑制することができる。
【０００９】
第２の態様のシールセグメントは、前記補強部が、前記高圧側側板の前記回転方向前方側の領域のみに、前記前側縁部側から回転方向後方側に延びて前記境界線を跨ぐように設けられた厚板部を備える第１の態様のシールセグメントである。
【００１０】
本態様では、厚板部の厚さ、面積によって剛性を調整できるため、補強部の剛性を比較的簡単に調整することができる。
【００１１】
第３の態様のシールセグメントは、前記補強部が、前記高圧側側板の前記回転方向前方側の領域のみに、前側縁部側から回転方向後方側に延びて前記境界線を跨ぐように設けられたリブ構造を備える第１又は第２の態様のシールセグメントである。
【００１２】
本態様では、高圧側側板の加工後であっても、補強部における剛性を大きくすることができる。
【００１３】
第４の態様のシールセグメントは、回転軸の径方向内側に向かうにしたがって該回転軸の回転方向前方側に延出するとともに前記回転軸の周方向一部領域に複数積層された薄板シール片を有するシール体と、該シール体を前記回転軸の軸方向一方側から覆うように周方向に延びる高圧側側板とを備え、前記高圧側側板は、径方向外側の縁部であって周方向に円弧状に延びる外径側縁部と、径方向内側の縁部であって周方向に円弧状に延びる内径側縁部と、前記回転方向前方側の縁部であって、前記外径側縁部から径方向内側に向かうに従って前記回転方向前方側に延びて前記内径側縁部に接続される前側縁部と、を有し、前記外径側縁部の前記回転方向前方側の端部から径方向に沿って前記内径側縁部に向かう線分を境界線と定義した際に、前記高圧側側板の前記回転方向前方側の領域のみに、前記前側縁部から前記境界線に至って互いに重ねられるように曲がっている曲がり板部をさらに備える。
【００１４】
本態様では、高圧側側板の曲がり板部による補強及び復元力によって、薄板シール片によるシール性能を維持できると共に、フラッタリングを抑制することができる。
【００１５】
第５の態様のシールセグメントは、前記曲がり板部が、前記前側縁部で折れ曲がっている第４の態様のシールセグメントである。
【００１６】
本態様では、曲がり板部を薄く構成できる一方で、薄板シール片によるシール性能を維持できると共に、フラッタリングを抑制することができる。
【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によるシール性能が維持されると共に、フラッタリングが抑制される。
【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、フラッタリングを抑制することができる。
【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】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８】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９】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。
【図１０】本発明の第四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。
【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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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に示すシールセグメント１１の断面の切断位置は、図２のシールセグメント１１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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
本実施形態のシールセグメント１１の高圧側側板２３の詳細な構造を、図４〜図６を参照して説明する。
図４は、各シールセグメント１１のうち、説明の都合上、複数の薄板シール片２０及び高圧側側板２３のみを示す。
他方、図５及び図６は、各シールセグメント１１の複数の薄板シール片２０、リテーナ２１，２２、高圧側側板２３及び低圧側側板２４を示す。
【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内側に向かうに従って回転方向Ｂｃ前方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。
【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内側に向かうに従って回転方向Ｂｃ前方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、さらに補強部として厚板部４０を備える。厚板部４０は、高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方側の領域のみに、前側縁部２３ｄ側から回転方向Ｂｃ後方側に延びて境界線Ｌｂを跨ぐように設けられている。なお、本実施形態の境界線Ｌｂは、外径側縁部２３ｂの回転方向Ｂｃ前方側の端部２３ｂｆから径方向Ｄｒに沿って内径側縁部２３ｃに向かう線分と定義される。
【００４２】
本実施形態では、図４及び図５に示すように、厚板部４０は、径方向Ｄｒについて、嵌込段差部２３ａより径方向Ｄｒ内側から、内径側縁部２３ｃにわたって設けられている。
厚板部４０は、回転方向Ｂｃ後方側の板厚に比べて、板厚が大きくなっており、前側縁部２３ｄ側から回転方向Ｂｃ後方側に延びて境界線Ｌｂを跨ぐように設けられている。
よって、高圧側側板２３は、高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方側の領域のみに厚板部４０を備えている。
【００４３】
他方、図４及び図６に示すように、高圧側側板２３は、厚板部４０より後方側の領域において、厚板部４０よりも板厚が小さくなっている。よって、高圧側側板２３は、厚板部４０より後方側の領域において小さな板厚で構成されており、薄板シール片２０の側面２０ｃに密着しやすくなっている。
図５及び図６に示すように、厚板部４０の板厚ｔ２は、厚板部４０周辺の板厚ｔ１に比べて大きくなっている。
【００４４】
厚板部４０を設けた高圧側側板２３の作用、効果について説明する。
高圧側側板２３は、上記のとおり、複数の薄板シール片２０とリテーナ２１とによって保持されている。
高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方側の部分は、複数の薄板シール片２０の側面２０ｃに密着しにくい。さらに、高圧側側板２３のうち、境界線Ｌｂから回転方向Ｂｃ前方側の部分は、嵌込段差部２３ａを有さないため、リテーナ２１や複数の薄板シール片２０に保持されない。
そのため、高圧側側板２３全体を、薄板シール片２０の側面２０ｃに密着しやすいように、板厚の小さな板で構成した場合、高圧側側板２３のうち、境界線Ｌｂから回転方向Ｂｃ前方側の部分は、フラッタリングが発生しやすい。
本実施形態では、高圧側側板２３のうち、高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方側の領域のみに、前側縁部２３ｄ側から回転方向Ｂｃ後方側に延びて境界線Ｌｂを跨ぐように、板厚を大きくした厚板部４０を設けている。よって、高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方側の領域のみを剛性が大きくなるように補強している。
他方で、高圧側側板２３の補強された領域より回転方向Ｂｃの後方側の領域は、複数の薄板シール片２０の側面２０ｃに密着しやすいように、板厚の小さな板で構成されているため、高圧側側板２３の密着性能は保たれる。
したがって、薄板シール片２０によるシール性能を維持できると共に、フラッタリングを抑制することができる。
【００４５】
本実施形態では、厚板部の剛性を利用して補強するため、厚板部の厚さ、面積によって剛性を調整できるため、補強部の剛性を比較的簡単に調整することができる。
【００４６】
本実施形態では、厚板部４０を設ける高圧側側板２３の回転方向Ｂｃ前方側の領域の周方向Ｄｃ長さを、内径側縁部２３ｃと前側縁部２３ｄとが接続される点から境界線Ｌｂまでの距離の３倍以下３倍以下としている。ただし、薄板シール片２０によるシール性能を維持し、フラッタリングを抑制できるなら、３倍以下に限られない。最適値は２倍程度である。
【００４７】
本実施形態の厚板部４０は、前側縁部２３ｄを含め、前側縁部２３ｄから回転方向Ｂｃ後方側に延びているが、変形例として、前側縁部２３ｄを含まない構成としてもよい。すなわち、厚板部は、前側縁部２３ｄより回転方向Ｂｃ後方側かつ境界線Ｌｂより回転方向Ｂｃ前方側から、境界線Ｌｂを跨ぐように設けられてもよい。
【００４８】
また、本実施形態では、径方向Ｄｒについて、嵌込段差部２３ａより径方向Ｄｒ内側から内径側縁部２３ｃにわたって厚板部４０としているが、変形例として、径方向Ｄｒについて、嵌込段差部２３ａを除く全体にわたって厚板部４０を設けてもよい。別の変形例として、径方向Ｄｒについて、嵌込段差部２３ａを含む全体にわたって厚板部４０を設けてもよい。
【００４９】
本実施形態の厚板部４０は、回転方向Ｂｃ後方側から前方側に向かって板厚が一定となっているが、変形例として、回転方向Ｂｃ後方側から前方側に向かって板厚が少しずつ大きくなる漸増部を介して板厚が一定の厚板部４０を設けてもよい。他の変形例として、回転方向Ｂｃ後方側から前方側に向かって、厚板部４０自身の板厚を一定ではなく、少しずつ大きくなるように形成してもよい。
【００５０】
「第二実施形態」
以下、本発明の第二実施形態について、図７を参照して説明する。
【００５１】
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、高圧側側板の補強部の構造が異なっている。
【００５２】
本実施形態のシールセグメント１１１の高圧側側板１２３の詳細な構造を、図７を参照して説明する。
図７は、各シールセグメント１１１のうち、説明の都合上、複数の薄板シール片２０及び高圧側側板１２３のみを示す。
高圧側側板１２３は、補強部としてリブ構造１４０を備える。リブ構造１４０は、１本の棒形状を有し、高圧側側板１２３主表面に溶接、ろう付け等によって貼り付けることができる。溶接、ろう付け等による貼り付けであれば、高圧側側板１２３自身の形成時であってもリブ構造１４０を設けることができる。高圧側側板１２３自身の形成時にリブ構造１４０を設けてもよいなら、高圧側側板１２３主表面にリブ構造１４０を一体形成してもよい。
リブ構造１４０は、高圧側側板１２３の回転方向Ｂｃ前方側の領域のみに、前側縁部１２３ｄ側から回転方向Ｂｃ後方側に延びて境界線Ｌｂを跨ぐように設けられている。なお、本実施形態の境界線Ｌｂは、外径側縁部１２３ｂの回転方向Ｂｃ前方側の端部１２３ｂｆから径方向Ｄｒに沿って内径側縁部１２３ｃに向かう線分と定義される。
さらに、本実施形態のリブ構造１４０は、図７に示すように、内径側縁部１２３ｃと前側縁部１２３ｄの交差部から、回転方向Ｂｃ後方側の嵌込段差部１２３ａの内径側の段差縁部１２３eまで、周方向Ｄｃに対して斜めに延びている。
【００５３】
本実施形態では、高圧側側板１２３に、リブ構造１４０を設けることによって、高圧側側板１２３の回転方向Ｂｃ前方側の部分の剛性が大きくなるように補強されている。特にリブ構造１４０の棒形状に沿った方向について、高圧側側板１２３の回転方向Ｂｃ前方側の部分の剛性を大きくすることができ、境界線Ｌｂから回転方向Ｂｃ前方側の高圧側側板１２３のフラッタリングを抑制することができる。
【００５４】
本実施形態では、リブ構造１４０を設ける高圧側側板１２３の回転方向Ｂｃ前方側の領域の周方向Ｄｃ長さを、内径側縁部１２３ｃと前側縁部１２３ｄとが接続される点から境界線Ｌｂまでの距離の３倍以下としている。ただし、薄板シール片２０によるシール性能を維持し、フラッタリングを抑制できるなら、３倍以下に限られない。最適値は２倍程度である。
【００５５】
本実施形態のリブ構造１４０は、前側縁部１２３ｄを含む位置から回転方向Ｂｃ後方側に延びているが、変形例として、前側縁部１２３ｄを含まない構成としてもよい。すなわち、リブ構造１４０は、前側縁部１２３ｄより回転方向Ｂｃ後方側かつ境界線Ｌｂより回転方向Ｂｃ前方側から、境界線Ｌｂを跨ぐように設けられてもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、径方向Ｄｒについて、嵌込段差部１２３ａを除く径方向Ｄｒ全体にわたってリブ構造１４０を設けているが、変形例として、径方向Ｄｒについて、嵌込段差部１２３ａより径方向Ｄｒ内側から内径側縁部１２３ｃにわたってリブ構造１４０を設けてもよい。別の変形例として、径方向Ｄｒについて、嵌込段差部１２３ａを含む径方向Ｄｒ全体にわたってリブ構造１４０を設けてもよい。
【００５７】
「第三実施形態」
以下、本発明の第三実施形態について説明する。
【００５８】
本実施形態のシールセグメントは、第二実施形態と基本的に同じであるが、リブ構造が異なっている。
【００５９】
本実施形態のシールセグメント２１１の高圧側側板２２３の詳細な構造を、図８を参照して説明する。
図８は、各シールセグメント２１１のうち、説明の都合上、複数の薄板シール片２０及び高圧側側板２２３のみを示す。
本実施形態の高圧側側板２２３は、補強部としてリブ構造２４０を備える。リブ構造２４０は、１本の棒形状を有するメインリブ部２４０ａ、及び棒形状を有し、メインリブ部２４０ａの延びる方向の両側に延びる複数のサブリブ部２４０ｂを備えている。
【００６０】
メインリブ部２４０ａは、高圧側側板２２３の回転方向Ｂｃ前方側の領域のみに、前側縁部２２３ｄ側から回転方向Ｂｃ後方側に延びて境界線Ｌｂを跨ぐように設けられている。
またメインリブ部２４０ａは、内径側縁部２２３ｃと前側縁部２２３ｄの交差部から、回転方向Ｂｃ後方側の嵌込段差部２２３ａの内径側の段差縁部２２３eまで、周方向Ｄｃに対して斜めに延びている。
本実施形態では、１本のメインリブ部２４０ａ及び３本のサブリブ部２４０ｂを設けている。
本実施形態のように、補強部としてメインリブ部２４０ａ及び複数のサブリブ部２４０ｂを備えれば、異なる複数の方向について、高圧側側板２２３の回転方向Ｂｃ前方側の部分の剛性を大きくでき、異なる複数の方向のフラッタリングを抑制することができる。
【００６１】
本実施形態では、リブ構造２４０を設ける高圧側側板２２３の回転方向Ｂｃ前方側の領域の周方向Ｄｃ長さを、内径側縁部２２３ｃと前側縁部２２３ｄとが接続される点から境界線Ｌｂまでの距離の３倍以下３倍以下としている。ただし、薄板シール片２０によるシール性能を維持し、フラッタリングを抑制できるなら、３倍以下に限られない。最適値は２倍程度である。
【００６２】
図８に示すように、本実施形態のリブ構造２４０は、サブリブ部２４０ｂが、メインリブ部２４０ａに貫通して交差する構造となっている。メインリブ部２４０ａは、高圧側側板２２３主表面に溶接、ろう付け等によって固定してもよいし、リブ構造２４０を高圧側側板２２３主表面に一体形成してもよい。
変形例として、メインリブ部が、サブリブ部を貫通して交差する構造としてもよい。他の変形例として、メインリブ部と複数のサブリブ部とを一体形成した構成としてもよい。
メインリブ部とサブリブ部とを一体形成してリブ構造を構成する場合、リブ構造を高圧側側板主表面に溶接、ろう付け等によって固定してもよいし、リブ構造を高圧側側板主表面に一体形成してもよい。
【００６３】
本実施形態では、１本のメインリブ部２４０ａ及び３本のサブリブ部２４０ｂを設けているが、変形例として、１本のメインリブ部２４０ａに対して、２本のサブリブ部２４０ｂ又は４本以上のサブリブ部２４０ｂを設けてもよい。
他の変形例として、前側縁部２２３ｄ側から回転方向Ｂｃ後方側に並んで延びて境界線Ｌｂを跨ぐように設けられた複数のメインリブ部２４０ａと、当該複数のメインリブ部２４０ａに交差して延びるサブリブ部２４０ｂを備えたリブ構造を設けてもよい。
【００６４】
「第四実施形態」
以下、本発明の第四実施形態について、図９を参照して説明する。
【００６５】
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、高圧側側板の補強部の構造が異なっている。
【００６６】
本実施形態のシールセグメント３１１の高圧側側板３２３の詳細な構造を、図９及び図１０を参照して説明する。
図９は、各シールセグメント３１１のうち、説明の都合上、複数の薄板シール片２０及び高圧側側板３２３のみを示す。
高圧側側板３２３は、補強部として曲がり板部３４０を備える。曲がり板部３４０は、高圧側側板３２３の回転方向Ｂｃの前方側の領域のみに、曲がり板部３４０の一部と他部が、前側縁部３２３ｄから境界線に至って互いに重ねられるように曲がっている。
【００６７】
以下、具体的な構成について説明する。
曲がり板部３４０は、曲がっている前側縁部３２３ｄを境界として、境界線Ｌｂ、内径側縁部３２３ｃ及び前側縁部３２３ｄで囲まれた三角形の板で構成される被重畳部３４１と、当該三角形に相当する三角形の板で構成される重畳部３４２を備える。
本実施形態の曲がり板部３４０は、前側縁部３２３ｄで、重畳部３４２が、回転方向Ｂｃの後方側へ折れ曲がった形状を有している。曲がり板部３４０は、前側縁部３２３ｄでの折れ曲がりによって、重畳部３４２の三角形面が被重畳部３４１の三角形面に沿うように重ねられている。
本実施形態では、前側縁部３２３ｄでの折れ曲がりによって、曲がり板部３４０を構成することで、曲がり板部３４０を薄く構成できる。
【００６８】
高圧側側板３２３は、曲がり板部３４０を有することによって、高圧側側板３２３の回転方向Ｂｃ前方側の部分の剛性が大きくなるように補強されている。
加えて、高圧側側板３２３の曲がり板部３４０は、前側縁部３２３ｄの折れ曲がりにおけるばねの働き（復元力）によって、次のような作用を有する。
図１０に示すシールセグメント３１１の断面の切断位置は、図３に示すシールセグメント１１の断面の切断位置と同様の位置である。
図１０に示すように、高圧側側板３２３の曲がり板部３４０の重畳部３４２は、ハウジング３０の内周壁面の高圧側壁面３３を押圧する一方で、高圧側側板３２３の被重畳部３４１を薄板シール片２０の側面２０ｃに押圧する。したがって、押圧された被重畳部３４１は変形しにくくなり、剛性が大きくなる。
さらに、押圧された曲がり板部３４０は、薄板シール片２０の側面２０ｃに密着するため、シール性能もよくなる。
したがって、高圧側側板３２３の回転方向Ｂｃ前方側の部分が、剛性が大きくなるように補強されると共にシール性能もよくなるため、境界線Ｌｂから回転方向Ｂｃ前方側の高圧側側板３２３のフラッタリングを抑制することができる。
【００６９】
このような折れ曲がった形状を有する曲がり板部３４０は、例えば、図９の余剰部３４２´を前側縁部３２３ｄで回転方向Ｂｃの後方側へ折り曲げることによって形成されているが、曲がり板を溶接、ろう付け等によって取り付けて形成されてもよい。
【００７０】
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。
【００７１】
本実施形態の軸シール装置１０が備えるシールセグメント１１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。
【００７２】
各実施形態及び各変形では、厚板部、リブ、曲がり板によって、高圧側側板の回転方向前方側の領域を補強しているが、厚板部、リブ、曲がり板の組み合わせによって、補強してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
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
２３ｂｆ：端部
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
３３：高圧側壁面
４０：厚板部
１１１：シールセグメント
１２３：高圧側側板
１２３ａ：嵌込段差部
１２３ｂ：外径側縁部
１２３ｂｆ：端部
１２３ｃ：内径側縁部
１２３ｄ：前側縁部
１２３ｅ：段差縁部
１４０：リブ構造
２１１：シールセグメント
２２３：高圧側側板
２２３ａ：嵌込段差部
２２３ｃ：内径側縁部
２２３ｄ：前側縁部
２２３ｅ：段差縁部
２４０：リブ構造
２４０ａ：メインリブ部
２４０ｂ：サブリブ部
３１１：シールセグメント
３２３：高圧側側板
３２３ｃ：内径側縁部
３２３ｄ：前側縁部
３４０：曲がり板部
３４１：被重畳部
３４２：重畳部
３４２´：余剰部
Ａｘ：軸線
Ｂｃ：回転方向
Ｄａ：軸方向
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｇ：作動流体
Ｌｂ：境界線
ｔ：隙間
ｔ１：板厚
ｔ２：板厚
【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】
0006675262.tif 000007
【図７】
0006675262.tif 000008
【図８】
0006675262.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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