(57)【要約】【課題】回転部と非回転部とが軸方向に向って移動し、相対変位差が生じた場合、非回転部を回転部に並動せしめ、非回転部と回転部との隙間を常に適正値にして非接触状態を維持せしめるシール装置および回転機械を提供する。【解決手段】本発明に係るシール装置および回転機械は、カラー１９を備えた回転軸１８とケーシング１７との間に設けられた非回転側移動体２３と、前記回転軸１８の軸方向への移動とともに、前記非回転側移動体２３を並動せしめる一方、前記カラー１９と前記非回転側移動体２３とを非接触状態に維持せしめる非回転側移動体移動機構２６とを備えたものである。【選択図】  図１
2009085336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーを備えた回転軸とケーシングとの間に設けられた非回転側移動体と、前記回転軸の軸方向への移動とともに、前記非回転側移動体を並動せしめる一方、前記カラーと前記非回転側移動体とを非接触状態に維持せしめる非回転側移動体移動機構とを備えたことを特徴とするシール装置。
【請求項２】
前記非回転側移動体は、回転軸と同心状に配置形成された筒体と、この筒体のカラーに対峙する側に設けられたフランジとを備えたことを特徴とする請求項１記載のシール装置。
【請求項３】
前記非回転側移動体移動機構は、定荷重渦巻きばねであることを特徴とする請求項１記載のシール装置。
【請求項４】
前記定荷重渦巻きばねは、非回転側移動体に設けた支持部と、ケーシングに固定する固定手段とを設けたことを特徴とする請求項３記載のシール装置。
【請求項５】
前記定荷重渦巻きばねは、ケーシングに設けた支持部と、非回転側移動体に固定する固定手段とを設けたことを特徴とする請求項３記載のシール装置。
【請求項６】
前記非回転側移動体移動機構は、ベローズと、このベローズに給排させる流体の流量を制御するベローズ制御演算部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のシール装置。
【請求項７】
前記ベローズ制御演算部は、流体供給部からの流体を一旦溜める流体溜め部と、この流体溜め部をベローズに連通させる通路と、前記流体溜め部の入口側、出口側のそれぞれに設けた入口側調整弁および出口側調整弁と、前記流体溜め部の圧力を検出し、検出した実信号と予め設定された設定信号とを突き合せ、偏差が出たとき、偏差に基づいて弁開閉信号を演算して前記入口側調整弁および前記出口側調整弁のそれぞれに弁開閉信号を与える演算部とを備えたことを特徴とする請求項６記載のシール装置。
【請求項８】
前記流体は、ガスおよび蒸気のうち、いずれかであることを特徴とする請求項６記載のシール装置。
【請求項９】
前記非回転側移動体移動機構は、シリンダ機構部と、このシリンダ機構部に給排させるガスの流量を制御するシリンダ機構制御演算部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のシール装置。
【請求項１０】
前記シリンダ機構制御演算部は、高圧ガス供給部からのガスを一旦溜めるガス溜め部と、このガス溜め部をベローズに連通させる通路と、前記ガス溜め部の入口側、出口側のそれぞれに設けたガス入口調整弁およびガス出口調整弁と、前記ガス溜め部の圧力を検出し、検出した実信号と予め設定された設定信号とを突き合せ、偏差が出たとき、偏差に基づいて弁開閉信号を演算して前記ガス入口調整弁および前記ガス出口調整弁のそれぞれに弁開閉信号を与える演算部とを備えたことを特徴とする請求項９記載のシール装置。
【請求項１１】
前記シリンダ機構部は、ピストンを非回転側移動体に対して着脱自在に取り付ける構成にしたことを特徴とする請求項９記載のシール装置。
【請求項１２】
前記非回転側移動体移動機構は、ベローズと、このベローズにガスを給排させるアキュムレータとを備えたことを特徴とする請求項１記載のシール装置。
【請求項１３】
カラーを備えた回転軸とケーシングとの間に設けられた非回転側移動体と、前記回転軸の軸方向への移動とともに、前記非回転側移動体を並動せしめる一方、前記カラーと前記非回転側移動体とを非接触状態に維持せしめるベローズと、このベローズに給排させる流体の流量を制御するベローズ制御演算部と、前記ベローズの作動に協働せしめる定荷重渦巻きばねとを備えたことを特徴とするシール装置。
【請求項１４】
カラーを備えた回転軸とケーシングとの間に設けられた非回転側移動体と、前記回転軸の軸方向への移動とともに、前記非回転側移動体を並動せしめる一方、前記カラーと前記非回転側移動体とを非接触状態に維持せしめる線型ばねと、この線型ばねの作動に協働せしめる定荷重渦巻きばねとを備えたことを特徴とするシール装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４記載のもののうち、いずれか１項記載のシール装置を備えた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、シール装置および回転機械に係り、特に、運転中、回転部と非回転部との間に相対変位が発生した場合でも、非回転部を回転部の軸方向への移動とともに並動せしめ、非接触状態に維持して安定運転を図る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、空気圧縮機、ポンプ等の水、空気、ガス等の作動流体を取り扱う回転機械においては、作動流体に圧力差が生じる領域において、回転軸に沿って作動流体が漏出することを防止するためのシール装置が設けられており、その構成として図１２に示すものがある。
【０００３】
図１２に示すシール装置は、回転部と非回転部との間に設けられた非接触タイプのものである。
【０００４】
回転部は、回転軸３にボルト等の固定手段または冷しばめ等の嵌合手段で接続させるフランジ状のカラー１を備え、回転軸３と一体にして回転させている。
【０００５】
このカラー１は、非回転側移動体２側の表面に、特許文献１に開示され、図１３および図１４に示される溝７が回転方向と逆方向に向って半径方向内方に螺旋状に設けられ、高圧側Ｈから低圧側Ｌに向う作動流体を案内している。
【０００６】
また、別のカラー１の例では、溝７は、図１５および図１６に示すように、側表面の平坦部８から凹設され、回転方向に下り傾斜する傾斜部９を備え、この傾斜部９の深さが平坦部８から時計方向に向って深くなるようにしたものも提案されている。
【０００７】
一方、回転軸３を収容するケーシング４は、回転軸３の中心軸Ｃに沿って半割れ状に上半部１１と下半部１２とに２分割され、２分割の上半部１１と下半部１２とのそれぞれにばね等の弾性体５で支持せしめたリング状のブロックとしての非回転側移動体２を備えている。
【０００８】
この非回転側移動体２は筒状あるいはスリーブ状に構成され、非回転移動体の外周部とケーシング４の内周面との間に、例えばＯリング等の補助シール６が介装され、作動流体の漏洩を防止している。また、非回転側移動体２にはカラー１に対峙する面に、例えばカーボン、シリコン等で作製され、高圧側Ｈから低圧側Ｌに向う作動流体の流れを抑制するシール部１０とが設けられている。
【０００９】
このような構成のシール装置を備える回転機械の運転中、カラー１に設けた溝７を介して高圧側Ｈの作動流体が流入すると、非回転側移動体２には、静圧、あるいは回転に伴う動圧によって高圧側Ｈから低圧側Ｌの軸方向に向う押圧力が発生する。
【００１０】
この押圧力は、作動流体がカラー１に設けた溝７に沿って流れる間に、徐々に圧力が高まることによって発生するものである。この押圧力の発生に対し、弾性体５から非回転側移動体２に与えられる弾性力でバランスするように、弾性体５には、適正なばね定数が選定されており、非回転側移動体２と回転軸３に設けるカラー１との隙間Ｖを数μｍから数百μｍの範囲にし、非接触状態を維持させている。
【００１１】
ところで、蒸気等の作動流体を取り扱う回転機械においては、運転条件の変化に伴い、熱容量の相違からケーシング４と回転軸３との間で、軸方向に向って大きな相対変位が発生している。
【００１２】
例えば、蒸気タービンに回転電機を接続させた回転機械の場合、起動から定格運転に至るまでに、ケーシング４と回転軸３とが室温から数百度までの温度上昇があり、両者には熱容量の大小の差があるため、熱による伸びに差が出る。このため、起動から定格運転に至るまでに、ケーシング４と回転軸３との間の軸方向に向って数ｍｍ〜数十ｍｍの変位差が出る。
【００１３】
このように、著しく大きな変位差が出ると、弾性体５は弾性力が設定値から大きくずれる。
【００１４】
例えば、非回転側移動体２とカラー１とが互いに離れる方向に変位すると、弾性体５は圧縮され、弾性力が大きくなり、その端面間の隙間が増加し、作動流体の漏洩量の増加につながる。
【００１５】
また、逆に、非回転側移動体２とカラー１とが互いに近付く方向に変位すると、弾性体５は引っ張られ、弾性力が小さくなり、運転中、その端面同士が接触し、摩擦力が大きくなり、シール部１１が損傷したり、あるいは摩擦力（制動力）が増す中で回転軸３を廻し続け、これに伴うエネルギの無駄な消費等、運転上、種々の支障を来す要因になっていた。
【００１６】
このような問題点を解決する一手段として、例えば、特許文献２に見られるように、非回転側移動体２にスラスト軸を設け、さらに回転軸にスラストカラーを設け、回転軸で発生するスラストをスラスト軸受で抑えるとともに、非回転側移動体２とカラー１とを軸方向に向って並動せしめる発明が提案されている。
【特許文献１】実開平５−９００４９号公報
【特許文献２】特開平９−１１２７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図１２に示した非接触タイプのシール装置においては、ケーシング４と回転軸３との間で軸方向に向う大小の変位差が生じた場合、作動流体の漏洩増加、あるいは端面間の摩擦力の増加に基づくシール部の損傷、さらには、摩擦力が増加する中、摩擦力を受けたまま回転軸を廻し続けるための無駄なエネルギの消費等の種々の不都合、不具合がある。
【００１８】
また、特許文献２に見られるように、非回転側移動体２と回転軸３に設けたカラー１とを互いに軸方向に向って並動せしめる場合、数多くの構成部品を設けなければならず、構造の複雑化と相俟って組立作業やメンテナンス作業に多くの労力を必要とし、作業者に多くの労力負担を強いる。
【００１９】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、運転中に回転部と非回転部とが軸方向に向って移動し、相対変位差が生じた場合、非回転部を回転部に並動せしめ、非回転部と回転部との隙間を常に適正値にして非接触状態を維持させ、損傷事故やエネルギの無駄な消費等を抑制し、安定運転を行わせるシール装置および回転機械を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、回転部の非回転部に対する組立、分解の際、作業労力をより一層軽減せしめる構造簡素なシール装置および回転機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係るシール装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、カラーを備えた回転軸とケーシングとの間に設けられた非回転側移動体と、前記回転軸の軸方向への移動とともに、前記非回転側移動体を並動せしめる一方、前記カラーと前記非回転側移動体とを非接触状態に維持せしめる非回転側移動体移動機構とを備えたものである。
【００２２】
また、本発明に係るシール装置は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、カラーを備えた回転軸とケーシングとの間に設けられた非回転側移動体と、前記回転軸の軸方向への移動とともに、前記非回転側移動体を並動せしめる一方、前記カラーと前記非回転側移動体とを非接触状態に維持せしめるベローズと、このベローズに給排させる流体の流量を制御するベローズ制御演算部と、前記ベローズの作動に協働せしめる定荷重渦巻きばねとを備えたものである。
【００２３】
さらに、本発明に係るシール装置は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、カラーを備えた回転軸とケーシングとの間に設けられた非回転側移動体と、前記回転軸の軸方向への移動とともに、前記非回転側移動体を並動せしめる一方、前記カラーと前記非回転側移動体とを非接触状態に維持せしめる線型ばねと、この線型ばねの作動に協働せしめる定荷重渦巻きばねとを備えたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るシール装置および回転機械は、回転部と非回転部との間に設けた非回転側移動体と、この非回転側移動体を作動せしめる非回転側移動体移動機構とを備え、前記回転部の移動とともに、前記非回転側移動体を並動させて非接触状態に維持せしめる構成にしたので、回転部と非回転部との接触による損傷事故等を抑制し、安定運転を行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係るシール装置および回転機械の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係るシール装置および回転機械の第１実施形態を示す概念図である。
【００２７】
なお、図１は、横断中心線ＣＬを境に上半部分のシール装置を示している。
【００２８】
また、本発明に係るシール装置は、例示として蒸気タービン、回転電機等の回転機械に適用される。
【００２９】
本実施形態に係るシール装置１４は、非接触タイプであり、回転部１５と非回転部１６との間に設けられている。
【００３０】
回転部１５は、非回転部１６の横断中心線（水平継手面）で２分割され、上半部１７ａと下半部とを有する半割れ状のケーシング１７の中央に配置する回転軸（ロータ）１８と、この回転軸１８にボルト等の固定手段または冷しばめ、焼きばめ等の嵌合手段で接続され、回転軸１８の周方向に沿って形成されるフランジ状のカラー１９とを備える。
【００３１】
なお、カラー１９には、図１３および図１４に示す溝７、または図１５および図１６に示す凹状の傾斜部９が設けられる。
【００３２】
また、非回転部１６は、回転部１５の回転軸１８、カラー１９を包囲形成するケーシング１７と、このケーシング１７に支持され、回転軸１８とカラー１９との間に配置されるシール装置１４を備える。
【００３３】
このシール装置１４は、回転軸１８と同心状に配置され、カラー１９に臨む側（高圧側Ｈ）の端部にフランジ２０を備えた筒体２１と、ケーシング１７と筒体２１の半径方向外周面との隙間を介して高圧側Ｈから低圧側Ｌに向う作動流体の流れを防止する、例えばＯリング等の補助シール２２とを組み合せて非回転側移動体２３が構成される。
【００３４】
非回転側移動体２３のフランジ２０または筒体２１のいずれかに支持部２４が設けられ、この支持部２４に定荷重渦巻きばね２５が支持されて非回転側移動体移動機構２６が構成される。定荷重渦巻きばね２５は、非回転側移動体２３にばね自身の引張り、圧縮を自由に作用し、非回転側移動体２５がカラー１９やケーシング１７に非接触に保持される。
【００３５】
なお、フランジ２０は、カラー１９の対峙面にカーボンまたはシリコン等で被着させたシール部２７を備えている。
【００３６】
一方、非回転側移動体移動機構２６としての定荷重渦巻きばね２５は、定荷重ばねと呼ばれることもあり、長尺の薄板を一定の曲率で曲げ、密着巻きにしたものである。この定荷重渦巻きばね２５は、曲げた薄板を引き伸ばすと、引伸し量によらず、一定の戻り力が生じるものであり、変位の大小に拘らず、弾性力を一定に維持する性質を持っている。
【００３７】
ここに、ばね弾性力と変位量との関係を図２および図３に示す。これらの図において、図２は、いわゆる線型ばねの弾性力特性を示すもので、縦軸に弾性力を、横軸に変位量をそれぞれ示す線型ばね弾性力特性線図である。また、図３は、定荷重渦巻きばね２５を示すもので、縦軸に弾性力を、横軸に変位量をそれぞれ示す定荷重渦巻きばね２５の弾性力特性線図である。
【００３８】
これら図２および図３から、線型ばねは、弾性力の変化と変位量の変化とが比例関係にあり、また定荷重渦巻きばね２５は、変位量が一定値を超えると、変位量が増加しても弾性力は常に一定値を維持していることがわかる。
【００３９】
本実施形態は、このような定荷重渦巻きばね２５の弾性力一定の弾性力特性を巧みに利用したものであり、この定荷重渦巻きばね２５を支持部２４を介して非回転側移動体２３に設けるとともに、定荷重渦巻きばね２５の先端Ｆをケーシング１７に溶接等の固定手段で固定させ、回転部１５と非回転部１６とを常に非接触状態に維持させたものである。
【００４０】
すなわち、運転中、高圧側Ｈの作動流体が回転軸１８のカラー１９と非回転側移動体２３のフランジ２０との隙間Ｖを介して低圧側Ｌに向って流れる間に、カラー１９に設けられ、図１３〜図１６で示した溝７等を通過するとき、非回転側移動体２３には、静圧の作用、あるいは回転に伴う動圧の作用により圧力が高くなり、軸方向に押圧力が発生する。
【００４１】
このとき、非回転側移動体２３のフランジ２０への押圧力と、定荷重渦巻きばね２５の弾性力とが等しくなるまで、定荷重渦巻きばね２５が伸び、非回転側移動体２３は、軸方向に向って移動しつつ、やがてバランスし、隙間Ｖの確保の下、非接触状態が維持される。
【００４２】
また、逆に、運転停止時のように冷態に近付くと、熱容量の大小の相違から非回転側移動体２３のフランジ２０が回転軸１８のカラー１９に近付くが、この場合、定荷重渦巻きばね２５は、縮められ、やがてバランスし、隙間Ｖの確保の下、非接触状態が維持される。
【００４３】
このように、本実施形態は、非回転側移動体２３に、非回転側移動体移動機構２６としての定荷重渦巻きばね２５を設け、この定荷重渦巻きばね２５の弾性力特性を巧みに利用し、回転軸１８が軸方向に向って移動する場合であっても、非回転側移動体２３も並動させ、回転軸１８のカラー１９との隙間を適正値に確保して非接触状態を維持させる構成にしたので、作動流体の漏洩量増加や回転部１５と非回転部１６との接触による摩擦増加に伴うシール部２７の損傷事故を防止することができ、摩擦増加に伴って制動力を受けたまま回転軸１８が回転することによる無駄なエネルギの消費を抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態は、非回転側移動体２３を回転軸１８と並動させる非回転側移動体移動機構２６としての定荷重渦巻きばね２５を用い、構造を簡素化させる構成にしたので、組立、分解等を容易に行うことができる。
【００４５】
なお、本実施形態は、定荷重渦巻きばね２５を支持する支持部２４を非回転側移動体２３に設け、定荷重渦巻きばね２５の先端Ｆをケーシング１７に溶接等の固定手段で固定させたが、この例に限らず、例えば図４に示すように、定荷重渦巻きばね２５の先端Ｆを非回転側移動体２３のフランジ２０に溶接等の固定手段で固定させ、定荷重渦巻きばね２５の支持部２４をケーシング１７に設けてもよい。定荷重渦巻きばね２５の支持部２４の設置位置が確保できない場合や、定荷重渦巻きばね２５の伸び、縮みの長さの伸縮を短くさせる場合に好都合である。
【００４６】
図５は、本発明に係るシール装置および回転機械の第３実施形態を示す概念図である。
【００４７】
なお、第１実施形態と同一構成要素または対応する要素には、同一符号を付す。
【００４８】
例えば、蒸気タービン、回転電機等の回転機械に適用される本実施形態に係るシール装置１４は、筒体２１にフランジ２０を設けた非回転側移動体２３に、非回転側移動体移動機構２６としての伸縮自在なベローズ２８を設けるとともに、回転部１５の回転軸１８の軸方向への移動に対して非回転部１６の非回転側移動体２３を適正位置に並動させ、回転部１５と非回転部１６とを非接触状態に維持せしめる際、ベローズ２８に適正量の高圧ガスを給排させて流量を制御するベローズ制御演算部２９を設けたものである。
【００４９】
このベローズ制御演算部２９は、ガス入口調整弁３０を介装し、高圧ガス供給部３１からの高圧ガスを一旦溜め、通路３２を介してベローズ２８に高圧ガスを供給するとともに、ベローズ２８内のガスを通路３２、ガス出口調整弁３３を介して外部に排出させるようになっている。通路３２の途中にガス溜め部３４が設けられ、このガス溜め部３４内のガス圧を圧力検出器３５で検出し、検出した実信号と予め設定した設定器３６からの設定信号とを突き合せ、偏差が出ると、演算部３７は偏差信号に基づいて弁開閉信号を演算してガス入口調整弁３０またはガス出口調整弁３３に付与するようになっている。
【００５０】
このような構成を備えるシール装置１４において、例えば、起動運転時、高圧側Ｈの作動流体が回転軸１８のカラー１９と非回転側移動体２３のフランジ２０との隙間Ｖを介して低圧側Ｌに流れる際、カラー１９に設けた溝（図示せず）を通過するとき、圧力が高まって押圧力が発生し、この押圧力によってフランジ２０を低圧側Ｌに移動させ、カラー１９から引き離そうとする。
【００５１】
この押圧力に抗して非回転側移動体２３のフランジ２０を回転軸１８のカラー１９に対して適正な隙間Ｖを確保させるには、ベローズ２８からの反力を必要とする。この反力は、ベローズ２８の内圧と横断面積との積であらわせる。
【００５２】
このため、本実施形態においては、通路３２を介してベローズ２８と連通するガス溜め部３４の圧力を圧力検出器３５で検出し、検出した実信号と設定器３６からの設定信号とを演算部３７で突き合せ、偏差が出ると、この偏差を基に開弁信号を演算し、この開弁信号をガス入口調整弁３０に与え、高圧ガス供給部３１からの高圧ガスをベローズ２８に供給して反力を発生させ、フランジ２０を高圧側Ｈに移動させ、フランジ２０とカラー１９とを適正な隙間Ｖに維持させる。なお、このとき、ガス出口調整弁３３は閉弁している。
【００５３】
他方、例えば、運転停止時、非回転部１６の非回転側移動体２３と回転部１５の回転軸１８との熱容量の大小の相違から、フランジ２０がカラー１９に近付く。
【００５４】
このとき、検出器３５からの実信号と設定器３６からの設定信号との間に偏差があると、演算部３７はこの偏差に基づいて開弁信号を演算し、この開弁信号をガス出口調整弁３３に与え、ベローズ２８内のガスを通路３２を介して引き抜き、外部に排出させ、ベローズ２８の内の圧力を下げ、フランジ２０を低圧側Ｌに移動させ、フランジ２０とカラー１９とを適正な隙間Ｖに維持せしめる。なお、このとき、ガス入口調整弁３０は閉弁している。
【００５５】
このように、本実施形態は、非回転側移動体２３に、非回転側移動体移動機構２６としてのベローズ２８と、このベローズ２８に給排させるガス量を制御するベローズ制御演算部２９とを設け、回転軸１８が軸方向に向って移動する場合であっても、非回転側移動体２３も並動させ、回転軸１８のカラー１９との隙間Ｖを適正値に確保して非接触状態を維持せしめる構成にしたので、作動流体の漏洩量増加や回転部１５と非回転部１６との接触による摩擦増加に伴うシール部２７の損傷事故を防止することができ、摩擦増加に伴って制動力を受けたまま回転軸１８が回転することによる無駄なエネルギの消費を抑制することができる。
【００５６】
なお、本実施形態は、ベローズ２８に給排させる流体として高圧ガスを用いたが、この例に限らず、例えば図６に示すように、ベローズ２８に給排させる流体として蒸気等を用いてもよい。この場合、ベローズ２８には、例えば蒸気等の流体を供給する流体供給部３１ａを備える。
【００５７】
図７は、本発明に係るシール装置および回転機械の第５実施形態を示す概念図である。
【００５８】
なお、第１実施形態および第３実施形態と同一構成要素または対応する要素には、同一符号を付す。
【００５９】
例えば、蒸気タービン、回転電機等の回転機械に適用される本実施形態に係るシール装置１４は、筒体２１にフランジ２０を設けた非回転側移動体２３に、非回転側移動体移動機構２６としてのシリンダ機構部３８を設けるとともに、回転部１５の回転軸１８の軸方向への移動に対して非回転部１６の非回転側移動体２３を適正位置に並動させ、回転部１５と非回転部１６とを非接触状態に維持せしめる際、シリンダ機構部３８の適正量のガスを給排させて流量を制御するシリンダ機構制御演算部３９を設けたものである。
【００６０】
このシリンダ機構部３８は、非回転側移動体２３のフランジ２０に、ボルト４０によりプレート４１を介して、着脱自在に取り付けられる。シリンダ機構部３８はシリンダ４２内に摺動自在に収容されるピストン４３を備える。ピストン４３にはシールとしてのピストンリング４４が備えられ、このピストン４３の軸方向の摺動（往復動）により高圧ガスを給排させるようになっている。
【００６１】
また、シリンダ機構制御演算部３９は、第３実施形態で示したベローズ制御演算部２９の構成と同様に、ガス入口調整弁３０を介装し、高圧ガス供給部３１からの高圧ガスを一旦溜め、通路部３２を介してシリンダ４２内に供給するともに、シリンダ４２内のガスを通路３２、ガス出口調整弁３３を介して外部に排出させるガス溜め部３４と、このガス溜め部３４内のガス圧を圧力検出器３５で検出し、検出した実信号と予め設定した設定器３６からの設定信号とを突き合せ、偏差が出ると、偏差信号に基づいて弁開閉信号を演算してガス入口調整弁３０またはガス出口調整弁３３に与える演算部３７を備えている。
【００６２】
このような構成を備える本実施形態は、非回転側移動体２３が、回転軸１８のカラー１９との隙間Ｖを通過する作動流体の押圧力によって低圧側Ｌに移動するとき、演算部３７からの指令によってガス入口調整弁３０を開弁させ（このとき、ガス出口調整弁３３は閉弁）、高圧ガス供給部３１からのガスをガス溜め部３４、通路３２を介してシリンダ機構部３８のシリンダ４２に供給し、ピストン４３をカラー１９側に摺動させる。
【００６３】
ピストン４３がカラー１９側に摺動すると、高いピストン力が発生する。このピストン力は、非回転側移動体２３のフランジ２０を上述の押圧力に抗してカラー１９側に移動させ、隙間Ｖを確保しつつ、回転部１５と非回転部１６とを非接触状態に維持せしめる。
【００６４】
また、本実施形態は、非回転側移動体２３のフランジ２０が回転軸１８のカラー１９に近付いて接触しようとするとき、演算部３７ａからの指令によってガス出口調整弁３３を開弁させ（このとき、ガス入口調整弁３０は閉弁）、シリンダ４２内のガスを通路３２、ガス溜め部３４を介して外部に排出し、ピストン４３を低圧側Ｌに摺動させ、隙間Ｖを確保して回転部１５と非回転部１６とを非接触状態に維持せしめる。
【００６５】
このように、本実施形態は、非回転側移動体２３が、回転軸１８のカラー１９との隙間Ｖを通過する作動流体の押圧力によって低圧側Ｌに移動するとき、演算部３７からの指令によってガス入口調整弁３０を開弁させ、高圧ガス供給部３１からのガスをガス溜め部３４、通路３２を介してシリンダ機構部３８のシリンダ４３に供給し、ピストン４３をカラー１９側に摺動させる。
【００６６】
ピストン４３がカラー１９側に摺動すると、高いピストン力が発生する。このピストン力は、非回転側移動体２３のフランジ２０を上述の押圧力に抗してカラー１９側に移動させ、隙間Ｖを確保しつつ、回転部１５と非回転部１６とを非接触状態に維持せしめる。
【００６７】
また、本実施形態は、非回転側移動体２３のフランジ２０が回転軸１８のカラー１９に近付いて接触しようとするとき、演算部３７からの指令によってガス出口調整弁３３を開弁させ、シリンダ４２内のガスを通路３２、ガス溜め部３４を介して外部に排出し、ピストン４３を低圧側Ｌに摺動させ、隙間Ｖを確保して回転部１５と非回転部１６とを非接触状態に維持せしめる。
【００６８】
このように、本実施形態は、非回転側移動体２３に、非回転側移動体移動機構２６としてのシリンダ機構部３８と、このシリンダ機構部３８に給排させるガス量を制御するシリンダ機構制御演算部３９とを設け、回転軸１８が軸方向に向って移動する場合であっても、非回転側移動体２３も並動させ、回転軸１８のカラー１９との隙間Ｖを適正値に確保して非接触状態を維持せしめる構成にしたので、作動流体の漏洩量増加や回転部１５と非回転部１６との接触による摩擦増加に伴うシール部２７の損傷事故等を防止することができる。
【００６９】
図８は、本発明に係るシール装置および回転機械の第６実施形態を示す概念図である。
【００７０】
なお、第１実施形態および第３実施形態と同一構成要素または対応する要素には、同一符号を付す。
【００７１】
例えば、蒸気タービン、回転電機等の回転機械に適用される本実施形態に係るシール装置１４は、筒体２１にフランジ２０を設けた非回転側移動体２３に、非回転側移動体移動機構２６として、伸縮自在なベローズ２８を設けるとともに、このベローズ２８に通路３２を介して連通させ、内容積がベローズ２８に較べてより一層大きなアキュムレータ４６を設け、このアキュムレータ４６に充填されたガスを、例えばポンプ等のガス給排手段（図示せず）によってベローズ２８に給排させ、このガスの給排によって回転軸１８のカラー１９の高圧側Ｈ、低圧側Ｌへの移動に対して並動させ、非回転側移動体２３のフランジ２０と回転軸１８のカラー１９との隙間Ｖを確保し、回転部１５と非回転部１６とを非接触状態に維持させたものである。
【００７２】
このように、本実施形態は、非回転側移動体２３を回転軸１８と並動させる非回転側移動体移動機構２６としてのベローズ２８を用い、構造を簡素化させる構成にしたので、組立、分解等を容易に行うことができる。
【００７３】
図９は、本発明に係るシール装置および回転機械の第７実施形態を示す概念図である。
【００７４】
なお、第１実施形態および第３実施形態と同一構成要素または対応する要素には、同一符号を付す。
【００７５】
例えば、蒸気タービン、回転電機等の回転機械に適用される本実施形態に係るシール装置１４は、筒体２１にフランジ２０を設けた非回転側移動体２３に、非回転側移動体移動機構２６として伸縮自在なベローズ２８と、このベローズ２８にガスを給排させる際、給排させるガス量を制御するベローズ制御演算部２９とを設けるとともに、これらベローズ２８およびベローズ制御演算部２９に定荷重渦巻きばね２５を組み合せたものである。
【００７６】
最近の、例えば発電プラントにおいては、蒸気タービンおよび回転電機の容量がより一層大きくなる傾向にある。この場合、蒸気タービン、回転電機に組み込むシール装置１４の高圧側Ｈと低圧側Ｌとの圧力差もより一層大きくなる。
【００７７】
本実施形態は、このような傾向に対処させたものであり、非回転側移動体移動機構２６としてのベローズ２８と定荷重渦巻きばね２５とを組み合せ、非回転側移動体２３の軸方向への移動力を確実に確保させ、強化したものである。
【００７８】
なお、ベローズ２８、ベローズ制御演算部２９、定荷重渦巻きばね２５のそれぞれの作用については既に説明したので、ここでは説明を省略する。
【００７９】
このように、本実施形態は、非回転側移動体２３に、非回転側移動体移動機構２６としてのベローズ２８、ベローズ制御演算部２９、定荷重渦巻きばね２５を組み合せて設け、非回転側移動体２３の移動力を確実に確保させる構成にしたので、シール装置１４の高圧側Ｈと低圧側Ｌとの圧力差がより一層大きくなっても十分に対処させることができる。
【００８０】
図１０は、本発明に係るシール装置および回転機械の第８実施形態を示す概念図である。
【００８１】
なお、第１実施形態と同一構成要素または対応する要素には、同一符号を付す。
【００８２】
例えば、蒸気タービン、回転電機等の回転機械に適用される本実施形態に係るシール装置１４は、筒体２１にフランジ２０を設けた非回転側移動体２３に、非回転移動体移動機構２６として螺旋状に形成された線型ばね４５と、定荷重渦巻きばね２５とを組み合せて設けたものである。
【００８３】
なお、定荷重渦巻きばね２５は、狭い設置場所を考慮して支持部２４をケーシング１７に取り付けるとともに、定荷重渦巻きばね２５の先端Ｆを非回転側移動体のフランジ２０に溶接等の固定手段で固定させる。
【００８４】
定荷重渦巻きばね２５に線型ばね４５を組み合せると、その弾性力は、図１１に示すように、ばねの変化量に応じてより一層大きな値が確保される。
【００８５】
このように、本実施形態は、非回転側移動体移動機構２６としての定荷重渦巻きばね２５に線型ばね４５を組み合せ、より一層大きな弾性力を確保する構成にしたので、蒸気タービン等の回転機械のより一層の大形化に伴って高圧側Ｈと低圧側Ｌとの圧力差が高くなっても、高いシール性の確保に十分に対処させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係るシール装置および回転機械の第１実施形態を示す概念図。
【図２】線型ばねの弾性力を示す弾性力特性線図。
【図３】本発明に適用する定荷重渦巻きばねの弾性力を示す弾性力特性線図。
【図４】本発明に係るシール装置および回転機械の第２実施形態を示す概念図。
【図５】本発明に係るシール装置および回転機械の第３実施形態を示す概念図。
【図６】本発明に係るシール装置および回転機械の第４実施形態を示す概念図。
【図７】本発明に係るシール装置および回転機械の第５実施形態を示す概念図。
【図８】本発明に係るシール装置および回転機械の第６実施形態を示す概念図。
【図９】本発明に係るシール装置および回転機械の第７実施形態を示す概念図。
【図１０】本発明に係るシール装置および回転機械の第８実施形態を示す概念図。
【図１１】本発明に適用する定荷重渦巻きばねと線型ばねとを組み合せたときの弾性力を示す弾性力特性線図。
【図１２】従来のシール装置を示す概念図。
【図１３】図１２のＡ−Ａ矢視方向から見た正面図。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ線に沿って切断した部分断面図。
【図１５】回転軸のカラーに溝を設けたことを示す概念図。
【図１６】図１５のＣ−Ｃ線に沿って切断した部分断面図。
【符号の説明】
【００８７】
１  カラー
２  非回転側移動体
３  回転軸
４  ケーシング
５  弾性体
６  補助シール
７  溝
８  平坦部
９  傾斜部
１０  シール部
１１  上半部
１２  下半部
１４  シール装置
１５  回転部
１６  非回転部
１７  ケーシング
１７ａ  上半部
１８  回転軸
１９  カラー
２０  フランジ
２１  筒体
２２  補助シール
２３  非回転側移動体
２４  支持部
２５  定荷重渦巻きばね
２６  非回転側移動体移動機構
２７  シール部
２８  ベローズ
２９  ベローズ制御演算部
３０  ガス入口調整弁
３１  高圧ガス供給部
３１ａ  流体供給部
３２  通路
３３  ガス出口調整弁
３４  ガス溜め部
３５  圧力検出器
３６  設定器
３７  演算部
３８  シリンダ機構部
３９  シリンダ機構制御演算部
４０  ボルト
４１  プレート
４２  ピストンリング
４３  ピストン
４４  シリンダ
４５  線型ばね
４６  アキュムレータ
【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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