特許 6191844 軸シール装置、及びこれを備える回転機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6191844

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】軸シール装置、及びこれを備える回転機械

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/22 20060101AFI20170828BHJP

   F16J 15/447 20060101ALI20170828BHJP

   F01D 11/12 20060101ALI20170828BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20170828BHJP

   F02C 7/28 20060101ALI20170828BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/22

   F16J15/447

   F01D11/12

   F01D25/00 M

   F02C7/28 B

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-542468(P2015-542468)

(86)(22)【出願日】2013年10月18日

(86)【国際出願番号】JP2013078329

(87)【国際公開番号】WO2015056343

(87)【国際公開日】20150423

【審査請求日】2016年4月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】西本 慎

(72)【発明者】

【氏名】上原 秀和

(72)【発明者】

【氏名】中野 隆

(72)【発明者】

【氏名】篠原 種宏

【審査官】 村山 禎恒

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３７０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１８５８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／１０−１５／５６

Ｆ０１Ｄ １１／１２

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０２Ｃ ７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と前記回転軸の外周側を覆うステータとの間の環状空間を前記回転軸が延びる軸方向で低圧領域側と高圧領域側とに分ける軸シール装置において、
前記回転軸を中心として周方向に延びる環状凹部が形成され、前記ステータに固定されているハウジングと、
前記回転軸の外周に配置され、前記回転軸の径方向外側の部分が前記ハウジングの前記環状凹部に収納されているシール体と、
厚さ方向を前記軸方向に向け、前記ハウジングの前記環状凹部内で前記シール体の前記高圧領域側に沿って配置されている高圧サイドシール板と、
を備え
前記シール体と前記ハウジングと前記高圧サイドシール板とのうち何れか一の部材の前記径方向外側に、前記低圧領域側の流体が前記シール体中の一部を通って流入し得る流入溝が形成され、
前記ハウジングと前記高圧サイドシール板とのうち一方の部材に、前記流入溝と前記高圧領域側の空間とを連通させる連通路が形成されている、
軸シール装置。

【請求項2】

前記低圧領域側の圧力に対する前記高圧領域側の相対圧力変化で変位し、前記低圧領域側が前記高圧領域側よりも高圧である非定常時に、前記シール体から前記流入溝及び前記連通路を経て前記高圧領域側の空間に至る非定常時流路を開放し、前記高圧領域側が前記低圧領域側よりも高圧である定常時に、前記非定常時流路の一部を塞ぐ閉塞材を備えている、
請求項１に記載の軸シール装置。

【請求項3】

前記高圧サイドシール板は、前記ハウジング及び前記シール体に対して、前記軸方向に相対移動可能に前記環状凹部に配置され、
前記閉塞材は、前記定常時に、前記シール体に接して前記非定常時流路の一部を塞ぎ、前記非定常時に、前記シール体に対して非接触状態になって前記非定常時流路を開放する前記高圧サイドシール板である、
請求項２に記載の軸シール装置。

【請求項4】

前記ハウジングには、前記流入溝から前記ハウジング内を貫通して前記高圧領域側の空間に連通する複数の前記連通路が形成されている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の軸シール装置。

【請求項5】

前記ハウジングには、前記流入溝から前記ハウジング内を貫通して前記高圧領域側の空間に連通する複数の前記連通路が形成されていると共に、前記連通路と連通して前記閉塞材を収納し、前記定常時に前記連通路を塞ぐ閉塞位置と、前記非定常時に前記連通路を開放する開放位置との間で、前記閉塞材を移動可能に収納する閉塞材収納部が形成されている、
請求項２に記載の軸シール装置。

【請求項6】

回転軸と前記回転軸の外周側を覆うステータとの間の環状空間を前記回転軸が延びる軸方向で低圧領域側と高圧領域側とに分ける軸シール装置において、
前記回転軸を中心として周方向に延びる環状凹部が形成され、前記ステータに固定されているハウジングと、
前記回転軸の外周に配置され、前記回転軸の径方向外側の部分が前記ハウジングの前記環状凹部に収納されているシール体と、
厚さ方向を前記軸方向に向け、前記ハウジングの前記環状凹部内で前記シール体の前記高圧領域側に沿って配置されている高圧サイドシール板と、
を備え、
前記シール体と前記ハウジングと前記高圧サイドシール板とのうち前記シール体を含む部材には、前記低圧領域側が前記高圧領域側よりも高圧である非定常時に前記低圧領域側の流体が前記高圧領域側に流れる過程で、前記シール体を前記回転軸に対して浮上させる流れを発生させる非定常時流路が形成されている、
軸シール装置。

【請求項7】

前記低圧領域側の圧力に対する前記高圧領域側の相対圧力変化で変位し、前記高圧領域側が前記低圧領域側よりも高圧である定常時に、前記非定常時流路の一部を塞ぎ、前記非定常時に前記非定常時流路を開放する閉塞材を備えている、
請求項６に記載の軸シール装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の軸シール装置と、
前記回転軸と、
前記ステータと、
を備えている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、回転軸の軸方向の流体の流れを抑える軸シール装置、及びこれを備える回転機械に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービン、蒸気タービン等の回転機械の回転軸回りには、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ある。

【0003】

この軸シール装置は、多数の薄板シール片で構成されるシール体を備えている。この軸シール装置では、多数の薄板シール片がそれぞれの厚さ方向を回転軸の周方向に向けて、周方向に積層されている。各薄板シール片は、その径方向内側端がその径方向外側端よりも回転軸の回転方向側に位置するよう傾斜配置されている。

【0004】

この軸シール装置における各薄板シール片の径方向内側端は、自由端である。この自由端は、回転軸が静止している際には、回転軸と接触している。しかしながら、回転軸が回転すると、回転軸の回転によって生じる動圧効果により、各薄板シール片の自由端側には、回転軸の外周面から浮上させる浮上力が発生する。また、この軸シール装置では、回転軸が延びている軸方向の一方側である高圧領域から、各薄板シール片の相互間を低圧領域へ作動流体が流れる過程で、この作動流体が低圧領域側に流れつつ回転軸から離れる側、つまり、径方向外側に流れる。このため、この流れにより、各薄板シール片が浮上する圧力分布になり、各薄板シール片の自由端側には、浮上力が発生する。

【0005】

このように、回転軸が回転すると、各薄板シール片の自由端は、回転軸から浮上して、非接触状態となる。このため、この軸シール装置では、各薄板シール片の磨耗が抑制され、シール寿命が長くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３６１６０１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来の軸シール装置において、各薄板シール片の自由端を回転軸から浮上させるためには、回転軸の軸方向における高圧領域から低圧領域に流れる作動流体の流れを一定の方向にさせる必要がある。しかしながら、回転機械の中には、回転軸の軸方向における作動流体の流れ方向が変化するものがある。ここで、以下の説明では、各薄板シール片の自由端を浮上させるための作動流体の流れを定常時流れとし、定常時流れに対して逆方向の流れを非定常時流れとする。

【0008】

定常時流れ方向となるように設置された従来の軸シール装置において、低圧領域の圧力と高圧領域の圧力とが逆転すると、作動流体は非定常時流れ方向となる。このとき、各薄板シール片の相互間を流れる作動流体は、回転軸に近づく側、つまり、径方向内側に向かって流れる。このような状態になると、従来の軸シール装置は、各薄板シール片を回転軸側に押付ける圧力分布となり、各薄板シール片の自由端が回転軸から浮上しない場合がある。

【0009】

したがって、従来の軸シール装置では、回転軸の軸方向における作動流体の流れ方向が変化すると、シール体を構成する各薄板シール片の自由端が回転軸から浮上せず、シール体が回転軸と接触することで摩耗し、シール寿命が短くなるという課題がある。また、このようにしてシール体が摩耗すると、定常時流れ方向におけるシール性能が低下するという課題もある。

【0010】

そこで、本発明は、回転軸の軸方向における作動流体の流れ方向が変化しても、シール体と回転軸との接触によるシール体の摩耗を防ぎ、シール寿命を長くすることができる軸シール装置、及びこれを備える回転機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記課題を解決するための発明に係る第一態様としての軸シール装置は、
回転軸と前記回転軸の外周側を覆うステータとの間の環状空間を前記回転軸が延びる軸方向で低圧領域側と高圧領域側とに分ける軸シール装置において、前記回転軸を中心として周方向に延びる環状凹部が形成され、前記ステータに固定されているハウジングと、前記回転軸の外周に配置され、前記回転軸の径方向外側の部分が前記ハウジングの前記環状凹部に収納されているシール体と、厚さ方向を前記軸方向に向け、前記ハウジングの前記環状凹部内で前記シール体の前記高圧領域側に沿って配置されている高圧サイドシール板と、を備え、
前記シール体と前記ハウジングと前記高圧サイドシール板とのうち何れか一の部材の前記径方向外側に、前記低圧領域側の流体が前記シール体中の一部を通って流入し得る流入溝が形成され、前記ハウジングと前記高圧サイドシール板とのうち一方の部材に、前記流入溝と前記高圧領域側の空間とを連通させる連通路が形成されている。

【0012】

低圧領域側が高圧領域側よりも高圧になる非定常時において、低圧領域側の流体がシール体中を通って、低圧の高圧領域側の空間に流れ込む。当該軸シール装置では、シール体とハウジングと高圧サイドシール板とのうち何れか一の部材の径方向外側に流入溝が形成されている。このため、非定常時、低圧領域側の流体がシール体中を通る過程で、一部の流体が流入溝に流れ込む。流入溝に流入した流体は、連通路を介して、低圧の高圧領域側の空間に流れ込む。

【0013】

よって、当該軸シール装置では、非定常時において、低圧領域側の流体がシール体中を通る過程で、一部の流体が径方向外向き成分を有する流れになる。当該軸シール装置では、非定常時、この流れによって、シール体の径方向内側には浮上力が発生する。このため、シール体の径方向内側端は、回転軸から浮上する。

【0014】

なお、前記シール体は、薄板状を成す複数の薄板シール片を有し、複数の前記薄板シール片が厚さ方向を前記周方向に向けられて、前記周方向に積層され、複数の前記薄板シール片における径方向内側端が自由端をなし、前記径方向外側の部分が互いに連結されているものであってもよい。

【0015】

前記課題を解決するための発明に係る第二態様としての軸シール装置は、
前記第一態様としての軸シール装置において、前記低圧領域側の圧力に対する前記高圧領域側の相対圧力変化で変位し、前記低圧領域側が前記高圧領域側よりも高圧である非定常時に、前記シール本体から前記流入溝及び前記連通路を経て前記高圧領域側の空間に至る非定常時流路を開放し、前記高圧領域側が前記低圧領域側よりも高圧である定常時に、前記非定常時流路の一部を塞ぐ閉塞材を備えている。

【0016】

定常時において、高圧領域側の流体がシール体中を通って、低圧領域側の空間に流れ込む。仮に、定常時に非定常時流路の一部が塞がれていなければ、高圧領域側の流体の一部は、この非定常時流路を介して、低圧領域側の空間に流れ込む。この際、非定常時流路中のシール体中では、高圧領域側の流体が低圧領域側に向かいつつも径方向内側に向かって流れる。この流れは、各薄板シール片の径方向内側に対して沈降力として作用する。

【0017】

そこで、当該軸シール装置では、定常時に、非定常時流路の一部を閉塞材で塞ぎ、シール体の径方向内側に作用する沈降力の発生を抑えている。

【0018】

前記課題を解決するための発明に係る第三態様としての軸シール装置は、
前記第二態様としての軸シール装置において、前記高圧サイドシール板は、前記ハウジング及び前記シール体に対して、前記軸方向に相対移動可能に前記環状凹部に配置され、前記閉塞材は、前記定常時に、前記シール体に接して前記非定常時流路の一部を塞ぎ、前記非定常時に、前記シール体に対して非接触状態になって前記非定常時流路を開放する前記高圧サイドシール板である。

【0019】

当該軸シール装置では、高圧サイドシール板が閉塞材として機能するので、部品点数を増加させずに、定常時に、非定常時流路の一部を塞ぐことができる。

【0020】

前記課題を解決するための発明に係る第四態様としての軸シール装置は、
前記第一から前記第三のいずれか一態様の軸シール装置において、前記ハウジングには、前記流入溝から前記ハウジング内を貫通して前記高圧領域側の空間に連通する複数の前記連通路が形成されている。

【0021】

前記課題を解決するための発明に係る第五態様としての軸シール装置は、
前記第二態様としての軸シール装置において、前記ハウジングには、前記流入溝から前記ハウジング内を貫通して前記高圧領域側の空間に連通する複数の前記連通路が形成されていると共に、前記連通路と連通して前記閉塞材を収納し、空間であって、前記定常時に前記連通路を塞ぐ閉塞位置と、前記非定常時に前記連通路を開放する開放位置との間で、前記閉塞材を移動可能に収納する閉塞材収納部が形成されている。

【0022】

前記課題を解決するための発明に係る第六態様としての軸シール装置は、
回転軸と前記回転軸の外周側を覆うステータとの間の環状空間を前記回転軸が延びる軸方向で低圧領域側と高圧領域側とに分ける軸シール装置において、前記回転軸を中心として周方向に延びる環状凹部が形成され、前記ステータに固定されているハウジングと、前記回転軸の外周に配置され、前記回転軸の径方向外側の部分が前記ハウジングの前記環状凹部に収納されているシール体と、厚さ方向を前記軸方向に向け、前記ハウジングの前記環状凹部内で前記シール体の前記高圧領域側に沿って配置されている高圧サイドシール板と、を備え、
前記シール体と前記ハウジングと前記高圧サイドシール板とのうち前記シール体を含む部材には、前記低圧領域側が前記高圧領域側よりも高圧である非定常時に前記低圧領域側の流体が前記高圧領域側に流れる過程で、前記シール体を前記回転軸に対して浮上させる流れを発生させる非定常時流路が形成されている。

【0023】

当該軸シール装置では、非定常時において、低圧領域側の流体が高圧領域側に流れる過程で、シール体を回転軸に対して浮上させる流れが発生する。このため、当該軸シール装置では、シール体の径方向内側端は、回転軸から浮上する。

【0024】

前記課題を解決するための発明に係る第七態様としての軸シール装置は、
前記第六態様としての軸シール装置において、前記低圧領域側の圧力に対する前記高圧領域側の相対圧力変化で変位し、前記高圧領域側が前記低圧領域側よりも高圧である定常時に、前記非定常時流路の一部を塞ぎ、前記非定常時に前記非定常時流路を開放する閉塞材を備えている。

【0025】

当該軸シール装置では、定常時に、非定常時流路の一部が閉塞材で塞がれる。

【0026】

前記課題を解決するための発明に係る一態様としての回転機械は、
以上のいずれかの態様の軸シール装置と、前記回転軸と、前記ステータと、を備えている。

【発明の効果】

【0027】

本発明に係る一態様では、低圧領域側が高圧領域側より高圧になる非定常時に、シール体の径方向内側端が回転軸から浮上する。よって、本発明に係る一態様によれば、シール体の摩耗を防ぎ、シール寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの模式的断面図である。

【図2】本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの回転軸を含む領域の断面図である。

【図3】本発明に係る第一実施形態における軸シール装置の断面図である。

【図4】本発明に係る第一実施形態における軸シール装置の要部切欠き斜視図である。

【図5】本発明に係る第一実施形態におけるシール体の軸方向視図である。

【図6】本発明に係る第一実施形態における軸シール装置のハウジングを示し、同図（Ａ）は環状凹部側から高圧領域側に向かってハウジングを見た図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図7】本発明に係る第一実施形態における定常時の軸シール装置の断面図である。

【図8】本発明に係る第一実施形態における非定常時の軸シール装置の断面図である。

【図9】本発明に係る第一実施形態における非定常時の軸シール装置の要部拡大断面図である。

【図10】比較例における非定常時の軸シール装置の断面図である。

【図11】本発明に係る第二実施形態における非定常時の軸シール装置の要部拡大断面図である。

【図12】本発明に係る第三実施形態における非定常時の軸シール装置の断面図である。

【図13】本発明に係る第四実施形態における非定常時の軸シール装置の断面図である。

【図14】本発明に係る第五実施形態における非定常時の軸シール装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面を参照し、本発明に係る軸シール装置及びこれを備える回転機械の実施形態について説明する。

【0030】

「回転機械の実施形態」
ガスタービン設備は、図１に示すように、多量の空気を内部に取り入れて圧縮する圧縮機２と、この圧縮機２で圧縮された圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼器３からの燃焼ガスで駆動するタービン４とを備えている。

【0031】

圧縮機２は、回転軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ２ａと、圧縮機ロータ２ａを回転可能に覆う圧縮機ケーシング２ｂと、を備えている。また、タービン４は、回転軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ４ａと、タービンロータ４ａを回転可能に覆うタービンケーシング４ｂと、を備えている。

【0032】

ここで、回転軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａ、回転軸線Ａｒを基準とした周方向を単に周方向Ｄｃ、回転軸線Ａｒを基準とした径方向を単に径方向Ｄｒとする。また、軸方向Ｄａのうちで一方側を上流側、他方側を下流側とし、径方向Ｄｒで回転軸線Ａｒに近づく側を径方向内側、回転軸線Ａｒから遠ざかる側を径方向外側とする。

【0033】

圧縮機ロータ２ａ及びタービンロータ４ａは、いずれも、回転軸線Ａｒを中心として軸方向Ｄａに延びる回転軸６ｂ，６ｄと、この回転軸６ｂ，６ｄの軸方向Ｄａに間隔を開けて固定されている複数の動翼列７ｂ，７ｄと、を有している。各動翼列７ｂ，７ｄは、回転軸６ｂ，６ｄの外周に、周方向Ｄｃに互いの間隔を開けて固定されている複数の動翼を有して構成されている。圧縮機２の回転軸６ｂとタービン４の回転軸６ｄとは、一体回転するよう互いに連結され、ガスタービンの回転軸６を成している。

【0034】

圧縮機ケーシング２ｂ内及びタービンケーシング４ｂ内には、複数の静翼列５ｂ，５ｄが軸方向Ｄａに間隔を開けて固定されている。各静翼列５ｂ，５ｄは、各ケーシング２ｂ，４ｂ内面に、周方向Ｄｃに互いの間隔を開けて固定されている複数の静翼を有して構成されている。

【0035】

以上のように、圧縮機２及びタービン４は、いずれも、回転軸６ｂ，６ｄと、回転軸６ｂ，６ｄの外周側を覆うケーシング２ｂ，４ｂと、静翼列５ｂ，５ｄとを備えている回転機械である。圧縮機２及びタービン４のケーシング２ｂ，４ｂ及び静翼列５ｂ，５ｄは、ステータを成す。

【0036】

圧縮機２は、さらに、軸方向Ｄａの作動流体（空気）ｇの流れを抑える軸シール装置１０ａを備えている。軸シール装置１０ａは、回転軸６ｂと径方向Ｄｒで対向するよう圧縮機ケーシング２ｂの内面であって圧縮機ケーシング２ｂの軸方向Ｄａの端部に設けられている。

【0037】

回転軸６ｂが回転している時、圧縮機ケーシング２ｂ内部の圧力がその外部の圧力よりも高くなる。このため、軸シール装置１０ａにとって、軸方向Ｄａにおける圧縮機ケーシング２ｂの内側が高圧領域側となり、軸方向Ｄａにおける圧縮機ケーシング２ｂの外側が低圧領域側になる。軸シール装置１０ａは、回転軸６ｂに沿って圧縮機ケーシング２ｂの内側（高圧領域側）から圧縮機ケーシング２ｂの外側（低圧領域側）への作動流体ｇの流れを抑制する。

【0038】

タービン４でも、さらに、軸方向Ｄａの作動流体（燃焼ガス）ｇの流れを抑える軸シール装置１０ｂを備えている。軸シール装置１０ｂは、回転軸６ｄと径方向Ｄｒで対向するようタービンケーシング４ｂの内面であってタービンケーシング４ｂの軸方向Ｄａの端部に設けられている。

【0039】

回転軸６ｄが回転している時、タービンケーシング４ｂ内部の圧力がその外部の圧力よりも高くなる。このため、軸シール装置１０ｂにとって、軸方向Ｄａにおけるタービンケーシング４ｂの内側が高圧領域側となり、軸方向Ｄａにおけるタービンケーシング４ｂの外側が低圧領域側になる。軸シール装置１０ｂは、回転軸６ｄに沿ってタービンケーシング４ｂの内側（高圧領域側）からタービンケーシング４ｂの外側（低圧領域側）への作動流体ｇの流れを抑制する。

【0040】

圧縮機２の軸シール装置１０ａやタービン４の軸シール装置１０ｂのように、回転機械に設置される軸シール装置は、設置する箇所により、ガスタービンの運転状況に応じて、低圧領域側の圧力と高圧領域側の圧力とが逆転し、回転軸６ｂ，６ｄの軸方向における作動流体の流れ方向が変化する場合がある。以下、この軸シール装置の実施形態について説明する。

【0041】

「軸シール装置の第一実施形態」
本実施形態の軸シール装置１００は、図２に示すように、ガスタービンの回転軸６（以下、単に回転軸６とする）の外周に沿って、周方向Ｄｃに円弧状に延びる複数のシールセグメント１０１を有して構成されている。

【0042】

図３に示すように、ガスタービンのステータ８には、径方向内側から径方向外側に凹み、回転軸線Ａｒを中心として環状を成す取付部９が形成されている。各シールセグメント１０１は、このステータ８の取付部９に取り付けられている。

【0043】

各シールセグメント１０１は、いずれも、図３及び図４に示すように、多数の薄板シール片２１の束であるシール体２０と、断面溝形を成してシール体２０を保持する保持リング３０と、保持リング３０とシール体２０との隙間を埋めるシム３８と、シール体２０における回転軸６の軸方向Ｄａの一方側に配置されている高圧サイドシール板４０と、シール体２０における回転軸６の軸方向Ｄａの他方側に配置されている低圧サイドシール板５０と、保持リング３０の径方向外側に配置される背面スペーサ３９と、これら覆うハウジング６０と、を備えている。ここで、以下の説明では、シール体２０における回転軸６の軸方向Ｄａの一方側を高圧領域側Ｈｓとし、シール体２０における回転軸６の軸方向Ｄａの他方側を低圧領域側Ｌｓとする。

【0044】

薄板シール片２１は、薄い板によって形成された部材である。この薄板シール片２１は、周方向Ｄｃから見てＴ字状に形成され、その幅方向を回転軸６の軸方向Ｄａに向け、言い換えると、その厚さ方向を回転軸６の周方向Ｄｃに向けている。

【0045】

この薄板シール片２１は、頭部２２と、この頭部２２よりも幅寸法及び厚さ寸法が小さく形成されている胴部２５と、頭部２２と胴部２５との間に位置して、これらよりも幅寸法が小さく形成されている首部２３と、を有している。この薄板シール片２１は、径方向外側から径方向内側に向かって、頭部２２、首部２３、胴部２５の順に形成されている。首部２３の高圧領域側Ｈｓの縁は、頭部２２の高圧領域側Ｈｓの縁及び胴部２５の高圧領域側Ｈｓの縁よりも低圧領域側Ｌｓに位置している。よって、頭部２２と胴部２５との間であって高圧領域側Ｈｓの部分は、首部２３を底として低圧領域側Ｌｓに凹んだ凹み２８ａが形成されている。また、首部２３の低圧領域側Ｌｓの縁は、頭部２２の低圧領域側Ｌｓの縁及び胴部２５の低圧領域側Ｌｓの縁よりも高圧領域側Ｈｓに位置している。よって、頭部２２と胴部２５との間であって低圧領域側Ｌｓの部分は、首部２３を底として高圧領域側Ｈｓに凹んだ凹み２８ｂが形成されている。

【0046】

各薄板シール片２１は、その厚さ方向を周方向Ｄｃに向けて、周方向Ｄｃに積層されている。各薄板シール片２１における各頭部２２の径方向外側端２１ａは、互いに接続されている。さらに、各薄板シール片２１の各胴部２５の径方向外側の位置２６も、互いに接続されている。すなわち、各薄板シール片２１は、その径方向外側の部分が互いに接続されている。

【0047】

各薄板シール片２１の胴部２５は、弾性変形可能であり、胴部２５の径方向内側端２１ｂが自由端になっている。各薄板シール片２１は、その径方向内側端２１ｂがその径方向外側端２１ａよりも回転軸６の回転方向側Ｒｓに位置するよう傾斜配置されている。薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂは、回転軸６が停止している際、回転軸６の外周面と接している。

【0048】

薄板シール片２１は、前述したように、頭部２２の厚さ寸法（周方向の寸法）が首部２３及び胴部２５の厚さ寸法よりも大きい。このため、図５に示すように、周方向Ｄｃで隣接する二枚の薄板シール片２１の胴部２５の間に微小間隙ｓが形成される。

【0049】

保持リング３０は、断面溝形を成し、周方向Ｄｃに延びている部材である。保持リング３０は、径方向Ｄｒで互いに対向する一対の側板３１と、一対の側板３１の軸方向Ｄａの端相互を連結する底板３２と、を有する。一対の側板３１及び底板３２は、いずれも周方向Ｄｃに延びている。保持リング３０の一対の側板３１の相互間は、底板３２を溝底とする溝部３３を成している。一対の側板３１の相互間の寸法、つまり、溝幅は薄板シール片２１における頭部２２の径方向Ｄｒの幅寸法より若干大きい。

【0050】

保持リング３０は、薄板シール片２１の頭部２２の高圧領域側Ｈｓと低圧領域側Ｌｓとに配置されている。薄板シール片２１における高圧領域側Ｈｓの頭部２２は、高圧領域側Ｈｓの保持リング３０の溝部３３内に入れられている。また、薄板シール片２１における低圧領域側Ｌｓの頭部２２は、低圧領域側Ｌｓの保持リング３０の溝部３３内に入れられている。保持リング３０の径方向外側の側板３１と、薄板シール片２１の頭部２２との間には、シム３８が嵌め込まれ、薄板シール片２１の頭部２２が保持リング３０により保持されている。この結果、薄板シール片２１の頭部２２は、各保持リング３０に対して移動できないようになっている。

【0051】

高圧サイドシール板４０及び低圧サイドシール板５０は、いずれも、厚さ方向を軸方向Ｄａに向け、軸方向Ｄａから見た形状が円弧帯状を成している。

【0052】

高圧サイドシール板４０は、前述したように、シール体２０の高圧領域側Ｈｓに配置されている。この高圧サイドシール板４０は、径方向外側のベース部４１と、このベース部４１から径方向内側に向かって延びている薄板サイドシール部４２と、を有している。ベース部４１は、その厚さ方向の寸法（軸方向Ｄａの寸法）が薄板サイドシール部４２の厚さ方向の寸法（軸方向Ｄａの寸法）よりも大きく、薄板サイドシール部４２を基準にして低圧領域側Ｌｓに突出している。このベース部４１は、薄板シール片２１の頭部２２と胴部２５との間の高圧領域側Ｈｓの凹み２８ａに入り込んでいる。

【0053】

低圧サイドシール板５０は、前述したように、シール体２０の低圧領域側Ｌｓに配置されている。この低圧サイドシール板５０も、高圧サイドシール板４０と同様、径方向外側のベース部５１と、このベース部５１から径方向内側に向かって延びている薄板サイドシール部５２とを有している。ベース部５１は、その厚さ方向の寸法（軸方向Ｄａの寸法）が薄板サイドシール部５２の厚さ方向の寸法（軸方向Ｄａの寸法）よりも大きく、薄板サイドシール部５２を基準にして高圧領域側Ｈｓに突出している。このベース部５１は、薄板シール片２１の頭部２２と胴部２５との間の低圧領域側Ｌｓの凹み２８ｂに入り込んでいる。

【0054】

図３に示すように、低圧サイドシール板５０の薄板サイドシール部５２における径方向Ｄｒの長さ寸法は、高圧サイドシール板４０の薄板サイドシール部４２における径方向Ｄｒの長さ寸法よりも小さい。このため、低圧サイドシール板５０の薄板サイドシール部５２における径方向内側縁から回転軸６までの距離は、高圧サイドシール板４０の薄板サイドシール部４２における径方向内側縁から回転軸６までの距離より長い。言い換えると、回転軸６と低圧サイドシール板５０の径方向内側縁との間隔は、回転軸６と高圧サイドシール板４０の径方向内側縁との間隔より大きい。

【0055】

以上で説明した薄板シール片２１、高圧サイドシール板４０、低圧サイドシール板５０は、いずれも、弾性変形が可能であり、優れた耐熱性を有するＮｉ基合金であるインコネル（登録商標）系合金や、Ｃｏ基合金であるステライト（登録商標）系合金等で形成されている。

【0056】

ハウジング６０は、環状の取付部９に取り付け可能に、外形が周方向Ｄｃに円弧状を成している。また、このハウジング６０には、径方向内側から径方向外側に向かって凹み、周方向Ｄｃに延びる環状凹部６１が形成されている。環状凹部６１は、環状凹部６１の径方向内側を形成する内側環状凹部６２と、環状凹部６１の径方向外側を形成し内側環状凹部６２とつながっている外側環状凹部６５と、を有する。

【0057】

内側環状凹部６２の軸方向Ｄａの幅寸法は、薄板シール片２１における胴部２５の軸方向Ｄａの幅寸法と、高圧サイドシール板４０の厚さ方向の寸法（軸方向Ｄａの寸法）と、低圧サイドシール板５０の厚さ方向の寸法（軸方向Ｄａの寸法）とを合わせた寸法よりも若干大きい。

【0058】

外側環状凹部６５の軸方向Ｄａの幅寸法は、薄板シール片２１の頭部２２が保持リング３０で保持されている状態での頭部２２と保持リング３０とを含めた軸方向Ｄａの幅寸法よりも若干大きい。このため、外側環状凹部６５の軸方向Ｄａの幅寸法は、内側環状凹部６２の軸方向Ｄａの幅寸法よりも大きい。

【0059】

保持リング３０で保持されている薄板シール片２１は、保持リング３０と共に、ハウジング６０の環状凹部６１に配置されている。なお、薄板シール片２１の胴部２５は、そのほとんどがハウジング６０の内側環状部６２内に配置されている。但し、薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂは、ハウジング６０の内側環状凹部６２から径方向内側へ、つまり、回転軸６側へ突出している。

【0060】

ハウジング６０の外側環状凹部６５を画定する面のうち、径方向内側を向いて回転軸６の外周面と対向している面と保持リング３０との間には、背面スペーサ３９が配置されている。保持リング３０及びこの保持リング３０で保持されている薄板シール片２１の頭部２２は、この背面スペーサ３９により、ハウジング６０に対する径方向Ｄｒの相対位置が固定されている。

【0061】

ハウジング６０には、図３、図４及び図６に示すように、ハウジング６０の内側環状凹部６２を画定する面のうち、周方向Ｄｃに広がる高圧領域側Ｈｓの高圧側内面６３に流入溝６６が形成されている。この流入溝６６は、高圧側内面６３の径方向外側に形成されている。より具体的には、流入溝６６の径方向外側縁の位置は、高圧側内面６３の径方向外側縁（内側環状凹部６２の径方向外側縁）の位置と一致している。また、この流入溝６６の径方向内側縁の位置は、後述する連通溝６８の径方向外側縁の位置と一致している。ハウジング６０と高圧サイドシール板４０との間であって流入溝６６内は流入空間６７を成している。

【0062】

さらに、ハウジング６０には、高圧側内面６３の一部分の凹みにより、流入溝６６から径方向内側に延びる複数の連通溝６８が形成されている。複数の連通溝６８は、周方向Ｄｃに間隔をあけて高圧側内面６３に形成されている。ハウジング６０と高圧サイドシール板４０との間であって複数の連通溝６８内は連通路６９を成している。

【0063】

次に、本実施形態における軸シール装置１００の作用について説明する。

【0064】

まず、図７を参照して、回転軸６が回転して、高圧領域側Ｈｓの作動流体の圧力が低圧領域側Ｌｓの圧力よりも高くなる定常時の作用について説明する。このように、定常時では、高圧領域側Ｈｓが高圧Ｈとなり、低圧領域側Ｌｓが低圧Ｌとなる。

【0065】

定常時において、薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂには、回転軸６の回転によって生じる動圧効果により、回転軸６の外周面から浮上させる浮上力が作用する。

【0066】

また、薄板シール片２１の束であるシール体２０及び薄板シール片２１の頭部２２を保持する保持リング３０は、高圧領域側Ｈｓが高圧Ｈであるため、ハウジング６０の環状凹部６１内の低圧領域側Ｌｓに一体的に片寄る。

【0067】

低圧サイドシール板５０は、ハウジング６０の内側環状凹部６２を画定する面のうち、低圧領域側Ｌｓの低圧側内面６４に接する。一方、この低圧サイドシール板５０は、シール体２０の低圧領域側Ｌｓ縁から離れる。また、高圧サイドシール板４０は、シール体２０の高圧領域側Ｈｓ縁に、より具体的には、薄板シール片２１における胴部２５の高圧領域側Ｈｓ縁に接する。このため、薄板シール片２１の相互間には、薄板シール片２１の高圧領域側Ｈｓ縁のうち、高圧サイドシール板４０と接していない径方向内側の部分から高圧領域側Ｈｓの作動流体が流入する。薄板シール片２１相互間に流入した作動流体は、ここから低圧領域側Ｌｓへと流れる。

【0068】

ところで、低圧サイドシール板５０は、シール体２０の低圧領域側Ｌｓ縁から離れているため、シール体２０を形成する薄板シール片２１の胴部２５の低圧領域側Ｌｓ縁と低圧サイドシール板５０との間に空間が形成されていることになる。この空間は、低圧領域Ｌの圧力と実質的に同じ圧力となる。つまり、薄板シール片２１の胴部２５における低圧領域側Ｌｓ縁の径方向全域での圧力は、低圧領域側Ｌｓの圧力と実質的に同じである。一方、薄板シール片２１の胴部２５における高圧領域側Ｈｓ縁では、高圧領域側Ｈｓの作動流体が流入する部分、つまり、高圧サイドシール板４０が接していない径方向内側の部分の圧力が最も高くなる。

【0069】

よって、薄板シール片２１の相互間では、シール板の胴部２５における高圧領域側Ｈｓ縁の径方向内側の部分の圧力が最も高く、軸方向Ｄａにおける低圧領域側Ｌｓに向かうに連れて圧力が次第に低くなると共に、径方向外側に向かうに連れても圧力が次第に低くなる。なお、図７中の薄板シール片２１の胴部２５中に描かれている点線は等圧線Ｌｉである。

【0070】

薄板シール片２１の相互間は以上のような圧力分布であるため、薄板シール片２１の胴部２５における高圧領域側Ｈｓ縁の径方向内側の部分から薄板シール片２１の相互間に流入した作動流体は、軸方向Ｄａにおける低圧領域側Ｌｓに向かいつつも径方向外側に向かって流れる。このように、薄板シール片２１の相互間では、図７に示す矢印のように径方向外側に向かう作動流体の流れが生じるため、各薄板シール片２１の径方向内側の部分には、浮上力Ｆｕが発生する。

【0071】

以上のように、定常時には、回転軸６の回転によって生じる動圧効果による浮上力と、各薄板シール片２１の相互間の流体の流れ（定常時流れ）による浮上力Ｆｕとが発生する。このため、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂである自由端は、回転軸６から浮上する。

【0072】

次に、低圧領域側Ｌｓの圧力が高圧領域側Ｈｓの圧力よりも高くなる非定常時の作用について説明する。このように、非定常時では、高圧領域側Ｈｓが低圧Ｌとなり、低圧領域側Ｌｓが高圧Ｈとなる。

【0073】

ここで、本実施形態の軸シール装置１００の作用の理解を深めるために、比較例の軸シール装置１００ｘにおける非定常時の作用について、図１０を参照して説明する。

【0074】

比較例の軸シール装置１００ｘは、ハウジング６０ｘの高圧側内面６３ｘに、第一実施形態における流入溝６６及び連通溝６８が形成されていない点を除いて、本実施形態の軸シール装置１００と同じ構成である。よって、比較例の軸シール装置１００ｘには、本実施形態の軸シール装置１００と異なり、流入溝６６及び連通路６９が形成されていない。

【0075】

非定常時において、薄板シール片２１の束であるシール体２０及び薄板シール片２１の頭部２２を保持する保持リング３０は、低圧領域側Ｌｓが高圧Ｈであるため、ハウジング６０ｘの環状凹部６１内の高圧領域側Ｈｓに一体的に片寄る。

【0076】

低圧サイドシール板５０は、ハウジング６０ｘの低圧側内面６４から離れる一方で、シール体２０の低圧領域側Ｌｓ縁に接する。また、高圧サイドシール板４０は、シール体２０の高圧領域側Ｈｓ縁から離れる一方で、ハウジング６０ｘの高圧側内面６３ｘに接する。このため、薄板シール片２１相互間には、薄板シール片２１の低圧領域側Ｌｓ縁のうち、低圧サイドシール板５０と接していない径方向内側の部分から高圧Ｈの低圧領域側Ｌｓの流体が流入する。

【0077】

ところで、前述したように、回転軸６と低圧サイドシール板５０の径方向内側縁との間隔は、回転軸６と高圧サイドシール板４０の径方向内側縁との間隔より大きい。このため、薄板シール片２１の相互間で、非定常時における最も圧力の高い部分、つまり、薄板シール片２１の低圧領域側Ｌｓ縁のうち、低圧サイドシール板５０と接していない径方向内側の部分は、定常時における最も圧力の高い部分よりも径方向外側に広がっている。

【0078】

したがって、薄板シール片２１の相互間では、シール板の胴部２５における低圧領域側Ｌｓ縁の径方向内側の部分の圧力が最も高く、軸方向Ｄａにおける高圧領域側Ｈｓに向かうに連れて圧力が次第に低くなると共に、低圧サイドシール板５０の径方向内側に向かうに連れても圧力が次第に低くなる。なお、図１０中の薄板シール片２１の胴部２５中に描かれている点線は等圧線Ｌｉである。

【0079】

低圧サイドシール板５０と接していない薄板シール片２１の低圧領域側Ｌｓ縁の径方向内側の部分から流入した作動流体は、以上のような圧力分布であるため、軸方向Ｄａにおける低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓに向かいつつ径方向内側に向かって流れる。また、薄板シール片２１の胴部２５における高圧領域側Ｈｓ縁の径方向全域での圧力は、前述したように、高圧領域側Ｈｓの圧力と実質的に同じ圧力となる。このため、薄板シール片２１の相互間を通ってきた作動流体は、薄板シール片２１における高圧領域側Ｈｓ縁へ流れ、薄板シール片２１の高圧領域側Ｈｓ縁と高圧サイドシール板４０との間を径方向内側に向かって流れる。そして、高圧サイドシール板４０と回転軸６との間から低圧Ｌの領域内に流出する。このように、薄板シール片２１の相互間には、図１０に示す矢印のように径方向内側に向かう作動流体の流れが生じる。

【0080】

以上のように、比較例の軸シール装置１００ｘでは、非定常時、各薄板シール片２１の相互間の流体の流れ（非定常時流れ）による沈降力Ｆｄが作用し、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂである自由端は、回転軸６から浮上しない場合がある。

【0081】

次に、非定常時における本実施形態の軸シール装置１００の作用について、図８及び図９を参照して説明する。

【0082】

本実施形態でも、非定常時において、薄板シール片２１の束であるシール体２０及び薄板シール片２１の頭部２２を保持する保持リング３０は、比較例と同様、低圧領域側Ｌｓが高圧Ｈであるため、ハウジング６０の環状凹部６１内の高圧領域側Ｈｓに一体的に片寄る。

【0083】

本実施形態でも、低圧サイドシール板５０は、ハウジング６０の低圧側内面６４から離れる一方で、シール体２０の低圧領域側Ｌｓ縁に接する。このため、薄板シール片２１相互間には、薄板シール片２１の低圧領域側Ｌｓ縁のうち、低圧サイドシール板５０と接していない径方向内側の部分から作動流体が流入する。

【0084】

また、高圧サイドシール板４０は、シール体２０の高圧領域側Ｈｓ縁から離れる一方で、ハウジング６０の高圧側内面６３に接する。このため、薄板シール片２１の胴部２５における高圧領域側Ｈｓ縁の径方向全域での圧力は、低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの圧力と実質的に同じ圧力となる。

【0085】

ところで、本実施形態の軸シール装置１００には、高圧サイドシール板４０とハウジング６０との間であって径方向外側の位置に流入溝６６が形成されている。薄板シール片２１の相互間は、非定常時において、高圧サイドシール板４０がシール体２０の高圧領域側Ｈｓ縁から離れているため、流入溝６６と連通している。具体的に、薄板シール片２１の相互間は、高圧サイドシール板４０の薄板サイドシール部４２とシール体２０を形成する薄板シール片２１における胴部２５の高圧領域側Ｈｓ縁との間、薄板シール片２１の首部２３と高圧サイドシール板４０のベース部４１との間、及び、高圧領域側Ｈｓの保持リング３０における径方向内側の側板３１と高圧サイドシール板４０のベース部４１との間を介して、流入溝６６と連通している。

【0086】

また、この流入溝６６は、連通路６９を介して、低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの空間と連通している。よって、本実施形態では、非定常時に、薄板シール片２１の相互間から流入溝６６及び連通路６９を経て低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの空間に至る非定常時流路７０が形成される。

【0087】

このため、多数の薄板シール片２１の低圧領域側Ｌｓ縁のうち、低圧サイドシール板５０と接していない径方向内側の部分から、多数の薄板シール片２１の相互間に流入した作動流体は、薄板シール片２１の相互間から非定常時流路７０を経て、ハウジング６０の高圧領域側Ｈｓの径方向内側端部と回転軸６との間から低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの空間に流出する。また、薄板シール片２１の相互間に流入した作動流体の一部は、薄板シール片２１の相互間を流れて高圧サイドシール板４０と回転軸６との間から低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの空間に流出する。このため、薄板シール片２１の相互間には、図８に示す矢印のように径方向外側に向かう作動流体の流れが生じる。なお、図８中の薄板シール片２１の胴部２５中に描かれている点線は等圧線Ｌｉである。

【0088】

本実施形態の軸シール装置１００では、非定常時において、各薄板シール片２１の相互間の作動流体の流れのうち、薄板シール片２１の胴部２５における高圧領域側Ｈｓ縁の径方向内側の部分を経る流れによって、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂ側には僅かな沈降力も発生する。しかしながら、本実施形態の軸シール装置１００では、非定常時において、非定常時流路７０を経る作動流体の流れによって、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂには浮上力Ｆｕが発生する。

【0089】

従って、本実施形態の軸シール装置１００では、非定常時であっても、各薄板シール片２１の相互間の作動流体の流れ（非定常時流れ）による浮上力Ｆｕの発生により、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂである自由端を回転軸６から浮上させることができる。

【0090】

なお、本実施形態の軸シール装置１００では、図７に示すように、定常時において、高圧サイドシール板４０がシール体２０の高圧領域側Ｈｓ縁と接しており、非定常時流路７０中で、薄板シール片２１の胴部２５における高圧領域側Ｈｓ縁の径方向外側の部分が塞がっている。このため、各薄板シール片２１に沈降力を発生させるための作動流体の流れは生じない。このように、本実施形態では、定常時において、非定常時流路７０の一部を高圧サイドシール板４０で塞ぎ、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂに作用する沈降力の発生を抑えている。

【0091】

以上、本実施形態では、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂである自由端は、定常時では回転軸６から浮上し、非定常時では回転軸６から浮上するため、各薄板シール片２１の摩耗を防ぐことができ、シール寿命を長くすることができる。

【0092】

「軸シール装置の第二実施形態」
次に、本発明に係る軸シール装置の第二実施形態について、図１１を参照して説明する。

【0093】

第一実施形態の軸シール装置１００では、ハウジング６０の高圧側内面６３に流入溝６６及び複数の連通溝６８が形成されている。一方、本実施形態の軸シール装置１００ａでは、高圧サイドシール板４０ａに流入溝６６ａ及び複数の連通溝６８ａが形成されている。

【0094】

本実施形態の流入溝６６ａは、高圧サイドシール板４０ａの薄板サイドシール部４２ａにおいて、ハウジング６０ａの高圧側内面６３ａと対向する面に形成されている。この流入溝６６ａは、薄板サイドシール部４２ａの径方向外側に周方向Ｄｃに延びて形成されている。ハウジング６０ａと高圧サイドシール板４０ａとの間であって流入溝６６ａ内は、流入空間６７ａを成している。

【0095】

本実施形態の複数の連通溝６８ａは、ハウジング６０ａの高圧側内面６３ａに対して、薄板サイドシール部４２ａの一部分の凹みにより、流入溝６６ａから径方向内側に延びるように形成されている。この複数の連通溝６８ａは、周方向Ｄｃに間隔をあけて形成されている。ハウジング６０ａと高圧サイドシール板４０ａとの間であって複数の連通溝６８ａ内は、連通路６９ａを成している。

【0096】

本実施形態でも、多数の薄板シール片２１の相互間は、非定常時において、高圧サイドシール板４０ａにおける薄板サイドシール部４２ａと薄板シール片２１における胴部２５の高圧領域側Ｈｓ縁との間、薄板シール片２１の首部２３と高圧サイドシール板４０ａのベース部４１との間、及び、高圧領域側Ｈｓの保持リング３０における径方向内側の側板３１と高圧サイドシール板４０ａのベース部４１との間を介して、流入溝６６ａと連通している。さらに、この流入溝６６ａは、連通路６９ａを介して、低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの空間と連通している。よって、本実施形態でも、非定常時において、薄板シール片２１の相互間から流入溝６６ａ及び連通路６９ａを経て低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの空間に至る非定常時流路７０ａが形成される。このため、第一実施形態と同様、非定常時であっても、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂである自由端を回転軸６から浮上させることができる。

【0097】

また、定常時には、高圧サイドシール板４０ａがシール体２０の高圧領域側Ｈｓ縁と接し、非定常時流路７０ａ中で、薄板シール片２１の胴部２５における高圧領域側Ｈｓ縁の径方向外側の部分が塞がる。このため、第一実施形態と同様、定常時において、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂである自由端は、回転軸６から浮上する。

【0098】

したがって、本実施形態でも、第一実施形態と同様、各薄板シール片２１の摩耗を防ぐことができ、シール寿命を長くすることができる。

【0099】

「軸シール装置の第三実施形態」
次に、本発明に係る軸シール装置の第三実施形態について、図１２を参照して説明する。

【0100】

本実施形態の軸シール装置１００ｂは、第一実施形態の軸シール装置１００の変形例である。第一実施形態の軸シール装置１００では、ハウジング６０の高圧側内面６３に流入溝６６及び複数の連通溝６８が形成され、高圧サイドシール板４０とハウジング６０との間であって、流入溝６６内が流入空間６７を成し、複数の連通溝６８内が連通路６９を成している。

【0101】

本実施形態でも、第一実施形態と同様、ハウジング６０ｂの高圧側内面６３ｂに流入溝６６が形成され、高圧サイドシール板４０とハウジング６０ｂとの間であって、流入溝６６内が流入空間６７を成している。しかしながら、本実施形態の連通路６９ｂは、流入空間６７から、ハウジング６０ｂを貫通して、高圧領域側Ｈｓの空間に連通している。ハウジング６０ｂには、この連通路６９ｂが周方向Ｄｃに互いに間隔をあけて複数形成されている。よって、本実施形態でも、非定常時において、薄板シール片２１の相互間から流入溝６６及び連通路６９ｂを経て低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの空間に至る非定常時流路７０ｂが形成される。

【0102】

このように、連通路は、流入溝と高圧領域側Ｈｓの空間とを連通させることができれば、第一及び第二実施形態のように、高圧サイドシール板とハウジングとの間に形成しなくてもよい。

【0103】

なお、本実施形態は、第一実施形態の変形例であるが、第二実施形態においても、本実施形態と同様、流入溝６６ａから、ハウジング６０ａを貫通して、非定常時に低圧Ｌとなる高圧領域側Ｈｓの空間に連通する連通路を形成してもよい。

【0104】

「軸シール装置の第四実施形態」
次に、本発明に係る軸シール装置の第四実施形態について、図１３を参照して説明する。

【0105】

以上の各実施形態における軸シール装置１００，１００ａ，１００ｂでは、高圧サイドシール板４０，４０ａを定常時に非定常時流路７０，７０ａ，７０ｂの一部を塞ぐ閉塞材として用いている。本実施形態の軸シール装置１００ｃは、高圧サイドシール板４０ｃを閉塞材として用いず、別途、閉塞材７６を設けたものである。

【0106】

本実施形態では、高圧サイドシール板４０ｃにおける薄板サイドシール部４２ｃの径方向外側には、軸方向Ｄａに貫通した貫通孔４５が形成されている。ハウジング６０ｃの高圧側内面６３ｃで、貫通孔４５と軸方向Ｄａで対向する位置には、周方向Ｄｃに延びている流入溝６６が形成されている。本実施形態でも、高圧サイドシール板４０ｃとハウジング６０ｃとの間であって、流入溝６６内が流入空間６７を成している。ハウジング６０ｃには、流入空間６７からハウジング６０ｃを貫通して、非定常時に低圧Ｌとなる高圧領域側Ｈｓの空間に連通している複数の連通路６９ｃが形成されている。

【0107】

ハウジング６０ｃには、さらに、各連通路６９ｃ中の位置に、連通路６９ｃの内径よりも大きな径の閉塞材収納部７５が形成されている。この閉塞材収納部７５内には、閉塞材７６とバネ等の弾性体７７が配置されている。この閉塞材７６は、閉塞材収納部７５内で、連通路６９ｃを塞ぐ閉塞位置と連通路６９ｃを開放する開放位置との間で移動可能である。弾性体７７は、閉塞材７６を開放位置から閉塞位置の向きに付勢する。

【0108】

本実施形態では、多数の薄板シール片２１の相互間、高圧サイドシール板４０ｃの貫通孔４５、ハウジング６０ｃに形成されている流入空間６７、連通路６９ｃ及び閉塞材収納部７５が非定常時流路７０ｃを形成する。

【0109】

非定常時において、低圧領域側Ｌｓから多数の薄板シール片２１の相互間に流入した流体の一部は、高圧サイドシール板４０ｃの貫通孔４５を経由して、流入空間６７に流入する。流入空間６７に流入した流体の圧力は、閉塞材７６を開放位置から閉塞位置の向きに付勢する付勢力に増さっている。このため、閉塞材７６は、非定常時では、閉塞材収納部７５内の開放位置に位置し、連通路６９ｃは開放されている。よって、流入空間６７に流入した流体は、連通路６９ｃを通過して、低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの空間に流れ込む。

【0110】

一方、閉塞材７６は、定常時、流入空間６７側から圧力を受けないため、弾性体７７の付勢力により、閉塞材収納部７５内の閉塞位置に位置し、連通路６９ｃの一部は塞がる。

【0111】

以上のように、本実施形態でも、非定常時であっても、高圧Ｈの低圧領域側Ｌｓから流体の一部が非定常時流路７０ｃを介して、低圧Ｌの高圧領域側Ｈｓの空間に流れ込むので、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂである自由端を回転軸６から浮上させることができる。また、定常時には、非定常時流路７０ｃ中の一部が塞がるため、各薄板シール片２１の径方向内側端２１ｂである自由端は、回転軸６から浮上する。

【0112】

「軸シール装置の第五実施形態」
次に、本発明に係る軸シール装置の第五実施形態について、図１４を参照して説明する。

【0113】

本実施形態の軸シール装置１００ｄは、第四実施形態の軸シール装置１００ｃの変形例である。第四実施形態の軸シール装置１００ｃでは、ハウジング６０ｃの高圧側内面６３ｃに流入溝６６が形成され、高圧サイドシール板４０ｃとハウジング６０ｃとの間であって、流入溝６６内が流入空間６７を成している。

【0114】

本実施形態では、薄板シール片２１ｄにおける胴部２５ｄの径方向外側部分が高圧領域側Ｈｓ縁から低圧領域側Ｌｓに凹む凹みが形成されている。このため、薄板シール片２１ｄの束であるシール体２０ｄの径方向外側の部分には、高圧領域側Ｈｓ縁から低圧領域側Ｌｓに凹み周方向Ｄｃに延びる流入溝６６ｄが形成されている。シール体２０ｄと高圧サイドシール板４０ｄとの間であって、流入溝６６ｄ内は、流入空間６７ｄを成す。

【0115】

高圧サイドシール板４０ｄにおける薄板サイドシール部４２ｄの流入溝６６ｄと対向する位置には、軸方向Ｄａに貫通する貫通孔４５ｄが形成されている。ハウジング６０ｄには、高圧サイドシール板４０ｄの貫通孔４５ｄと対向する位置からハウジング６０ｄを貫通して、非常時に低圧Ｌとなる高圧領域側Ｈｓの空間に連通している複数の連通路６９ｄが形成されている。本実施形態でも、第四実施形態と同様、ハウジング６０ｄには、さらに、各連通路６９ｄ中の位置に、連通路６９ｄの内径よりも大きな径の閉塞材収納部７５が形成されている。この閉塞材収納部７５内には、閉塞材７６とバネ等の弾性体７７とが配置されている。

【0116】

本実施形態では、多数の薄板シール片２１ｄの相互間、シール体２０ｄに形成されている流入空間６７ｄ、高圧サイドシール板４０ｄの貫通孔４５ｄ、ハウジング６０ｄに形成されている連通路６９ｄ及び閉塞材収納部７５が非定常時流路７０ｄを形成する。

【0117】

以上のように、流入空間６７ｄは、ハウジングと高圧サイドシール板との間のみならず、高圧サイドシール板４０ｄとシール体２０ｄとの間に形成することも可能である。

【0118】

なお、以上では、軸シール装置をガスタービンに適用する場合について説明したが、本発明の軸シール装置はこれに限定されるものではなく、例えば、蒸気タービン、圧縮機、水車、冷凍機、ポンプ等、各種回転機械にも適用できる。

【産業上の利用可能性】

【0119】

本発明に係る一態様によれば、低圧領域が高圧領域より高圧になる非定常時に、各薄板シール片の自由端と回転軸との接触圧が低下して、シール寿命を長くすることができる。

【符号の説明】

【0120】

2：圧縮機、２ａ：圧縮機ロータ、２ｂ：圧縮機ケーシング、３：燃焼器、４：タービン、４ａ：タービンロータ、４ｂ：タービンケーシング、６，６ｂ，６ｄ：回転軸、８：ステータ、９：取付部、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ：軸シール装置、２０，２０ｄ：シール体、２１，２１ｄ：薄板シール片、２１ｂ：径方向内側端部、２２：頭部、２３：首部、２５，２５ｄ：胴部、３０：保持リング、４０，４０ａ，４０ｃ，４０ｄ：高圧サイドシール板、５０：低圧サイドシール板、６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ：ハウジング、６１：環状凹部、６３，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ：高圧内側面、６４：低圧内側面、６６，６６ａ，６６ｄ：流入溝、６７,６７ａ，６７ｄ：流入空間、６８，６８ａ：連通溝、６９,６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｄ：連通路、７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ：非定常時流路、７５：閉塞材収納部、７６：閉塞材、７７：弾性体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】