特許 6831732 軸シール装置、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】6831732

(24)【登録日】2021年2月2日

(45)【発行日】2021年2月17日

(54)【発明の名称】軸シール装置、回転機械

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/16 20060101AFI20210208BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20210208BHJP

   F01D 11/02 20060101ALI20210208BHJP

   F02C 7/28 20060101ALI20210208BHJP

   F16J 15/447 20060101ALI20210208BHJP

   F16J 15/3288 20160101ALI20210208BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/16 B

   F01D25/00 M

   F01D25/00 Q

   F01D11/02

   F02C7/28 B

   F16J15/447

   F16J15/3288

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-57991(P2017-57991)

(22)【出願日】2017年3月23日

(65)【公開番号】特開2018-159454(P2018-159454A)

(43)【公開日】2018年10月11日

【審査請求日】2020年1月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱パワー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(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

(72)【発明者】

【氏名】吉田 亜積

(72)【発明者】

【氏名】尾▲崎▼ 昂平

(72)【発明者】

【氏名】上原 秀和

(72)【発明者】

【氏名】西本 慎

【審査官】 山田 康孝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０６６１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５８５１８９０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第０６２７３４２６（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／１６−１５／３２

Ｆ１６Ｊ １５／４０−１５／４５３

Ｆ１６Ｊ １５／３２４−１５／３２９６

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０１Ｄ １１／０２

Ｆ０２Ｃ ７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータと前記ロータを囲うステータとの間に設けられて、前記ロータと前記ステータとの間の空間を前記ロータの中心軸方向において高圧領域と低圧領域とに仕切る軸シール装置であって、
前記ステータに設けられたハウジングに保持され、前記ロータに向かって突出するシール部と、
前記ステータ又は前記ハウジングに固定され、前記シール部の上流側の高圧領域に設けられて、内部に異物回収空間が形成されているとともに、前記高圧領域の異物を前記異物回収空間に導入する導入孔が形成された異物回収部と、
を備える軸シール装置。

【請求項2】

前記異物回収部は、
前記異物が通過する開口部を複数有したフィルター部をさらに備える請求項１に記載の軸シール装置。

【請求項3】

前記異物回収部は、前記フィルター部を複数備え、
複数の前記フィルター部は、前記開口部の径が互いに異なる請求項２に記載の軸シール装置。

【請求項4】

前記導入孔は、径方向内側を向いて開口し、
前記フィルター部は、前記導入孔の前記径方向内側を塞ぐように配置され、
前記フィルター部の前記開口部は、少なくとも前記径方向内側で前記ロータの回転方向上流側を向いて開口するように傾斜している請求項２又は３に記載の軸シール装置。

【請求項5】

前記フィルター部は、径方向外側を向く外周面に、径方向内側に向かって窪む凹部を有している請求項２から４の何れか一項に記載の軸シール装置。

【請求項6】

前記導入孔は、軸方向高圧側または径方向内側を向いて開口している請求項１から５の何れか一項に記載の軸シール装置。

【請求項7】

前記異物回収空間に、前記異物を捕捉する捕捉部材が設けられている請求項１から６のいずれか一項に記載の軸シール装置。

【請求項8】

前記異物回収空間に回収された前記異物を排出する異物排出孔をさらに有している請求項１から７の何れか一項に記載の軸シール装置。

【請求項9】

請求項１から８の何れか一項に記載の軸シール装置を備えた回転機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、軸シール装置、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は、ロータの周囲で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、軸シール装置を備えている。軸シール装置は、ロータの周囲の高圧領域と低圧領域とを仕切るシール部材を備えている。

【0003】

回転機械においては、回転機械の上流側より配管スケール等の異物が侵入する場合がある。この異物は、シール部材においてロータの外周面に対向するように設けられたシール体に到達する可能性がある。シール体は、このように異物が到達することによって影響を受け、そのシール性能が変化する場合がある。

【0004】

これに対し、特許文献１には、シール体の上流側にブラシシールを備えた構成が開示されている。ブラシシールは、ロータの径方向外側に設けられた支持部と、支持部から径方向内側に突出する多数のワイヤとから構成されている。このようなブラシシールをシール体の上流側に設けることで、シール体への異物の流入を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５８５１８９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載されたブラシシールは、長期間にわたる使用にともなってワイヤが摩耗する場合がある。ブラシシールのワイヤが摩耗すると、異物が捕捉できず、シール体への異物の流入の抑制効果が低くなる場合がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シール体の上流側で異物を捕捉し、シール体への異物の影響を低減させることができる軸シール装置、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】

【0007】

この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明の第一態様によれば、軸シール装置は、ロータと前記ロータを囲うステータとの間に設けられて、前記ロータと前記ステータとの間の空間を前記ロータの中心軸方向において高圧領域と低圧領域とに仕切る。前記軸シール装置は、前記ステータに設けられたハウジングに保持され、前記ロータに向かって突出するシール部と、前記ステータ又は前記ハウジングに固定され、前記シール部の上流側の高圧領域に設けられて、内部に異物回収空間が形成されているとともに、前記高圧領域の異物を前記異物回収空間に導入する導入孔が形成された異物回収部と、を備える。

【0008】

このように構成することで、ロータとステータとの間の空間に侵入した異物は、異物回収部の導入孔から異物回収空間に導入される。このようにして、シール部の上流側に設けられた異物回収部で異物を回収することで、異物がシール体に到達することを抑制する。

【0009】

この発明の第二態様によれば、第一態様に係る異物回収部は、前記異物が通過する開口部を複数有したフィルター部をさらに備えるようにしてもよい。
このように構成することで、導入孔から異物回収空間に導入される異物は、フィルター部の開口部を通過することで、高圧領域に戻りにくくなる。

【0010】

この発明の第三態様によれば、第二態様に係る異物回収部は、前記フィルター部を複数備え、複数の前記フィルター部は、前記開口部の径が互いに異なるようにしてもよい。
このように構成することで、導入孔から異物回収空間に導入される異物が、より一層高圧領域に戻りにくくなる。

【0011】

この発明の第四態様によれば、第二又は第三態様に係る導入孔は、径方向内側を向いて開口し、前記フィルター部は、前記導入孔の前記径方向内側を塞ぐように配置され、前記フィルター部の前記開口部は、少なくとも前記径方向内側で前記ロータの回転方向上流側を向いて開口するように傾斜していてもよい。
このように構成することで、ロータの回転にともなってロータ回りに旋回しながら高圧領域から低圧領域に向かって流れる異物を、フィルター部の開口部から異物回収空間に導きやすくなる。

【0012】

この発明の第五態様によれば、第二から第四態様の何れか一つの態様に係るフィルター部は、径方向外側を向く外周面に、径方向内側に向かって窪む凹部を有していてもよい。
このように構成することで、フィルター部の開口部を通過した異物が凹部に入り込むと、この異物は、開口部を通して高圧領域に戻りにくくなる。

【0013】

この発明の第六態様によれば、第一から第五態様の何れか一つの態様に係る導入孔は、軸方向高圧側または径方向内側を向いていてもよい。
ようにしてもよい。
このように構成することで、異物が流れてくる方向に導入孔を開口させ、異物を効率良く異物回収部に導くことができる。

【0014】

この発明の第七態様によれば、第一から第六態様の何れか一つの態様に係る軸シール装置は、前記異物回収空間に、前記異物を捕捉する捕捉部材が設けられていてもよい。
このように構成することで、異物回収空間で回収した異物を捕捉部材で捕捉することで、異物が高圧領域に戻ることを抑える。

【0015】

この発明の第八態様によれば、第一から第七態様の何れか一つの態様に係る軸シール装置は、前記異物回収空間に回収された前記異物を排出する異物排出孔をさらに有していてもよい。
このように構成することで、異物回収空間で回収した異物を回収することができる。これによって、異物回収部で回収した異物が溜まったときに、異物回収部を清掃したり交換したりする手間が掛からない。

【0016】

この発明の第九態様によれば、回転機械は、第一から第八態様の何れか一つの態様における軸シール装置を備える。
このように構成することで、シール部の上流側に設けられた異物回収部で異物を回収し、異物によってシール体が影響を受けることを抑える。

【発明の効果】

【0017】

上記軸シール装置、回転機械によれば、シール体の上流側で異物を回収し、シール体への異物の影響を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】この発明の一実施形態における、回転機械に設けられた軸シール装置の構成を、ロータの中心軸方向から見た図である。

【図2】上記軸シール装置の実施形態における構成を示す図であり、図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。

【図3】上記軸シール装置に設けられた異物回収部の構成を示す断面図である。

【図4】上記異物回収部の構成を示す図であり、図３のＹ−Ｙ矢視断面図である。

【図5】上記軸シール装置の第１変形例の構成を示す断面図である。

【図6】上記軸シール装置の第２変形例の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、この発明の一実施形態における軸シール装置、回転機械を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の一実施形態における回転機械に設けられた軸シール装置の構成を、ロータの中心軸方向から見た図である。図２は、図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。図３は、上記軸シール装置に設けられた異物回収部の構成を示す断面図である。図４は、上記異物回収部の構成を示す図であり、図３のＹ−Ｙ矢視断面図である。
図１、図２に示すように、蒸気タービンやガスタービン等の回転機械１００は、その車室（図示無し）に取り付けられたステータ１０３と、ステータ１０３の径方向Ｄｒの内側に配置され、軸受（図示無し）によって回転自在に設けられたロータ１０２と、を備えている。

【0020】

軸シール装置１は、ロータ１０２とステータ１０３との間の環状空間に設けられている。
図２に示すように、軸シール装置１は、環状空間を、ロータ１０２の中心軸方向Ｄａの第一の側に形成された低圧領域Ｓ１と、中心軸方向Ｄａの第二の側に形成された高圧領域Ｓ２とを区分する。

【0021】

図１に示すように、軸シール装置１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（シールリング片）２０Ａを備えている。複数のシールセグメント（シールリング片）２０Ａは、周方向Ｄｃに沿って環状に配置されている。軸シール装置１は、これら８つのシールセグメント２０Ａを周方向Ｄｃに配置することで、全体として円環状のシールリング５を構成している。即ち、軸シール装置１のシールリング５は、ロータ１０２の周方向Ｄｃに複数に分割された構造となっている。

【0022】

図２に示すように、シールセグメント２０は、ステータ１０３の径方向Ｄｒの内側に設けられたハウジング１０４に保持されている。ハウジング１０４には、ロータ１０２の中心軸周りの周方向Ｄｃに連続して延びる溝１０５が形成されている。
溝１０５は、収容凹部１０６と、連通部１０７と、を有している。収容凹部１０６は、断面矩形状に形成されている。連通部１０７は、収容凹部１０６とハウジング１０４の内周面１０４ｆとを連通する。連通部１０７に対し、中心軸方向Ｄａの両側には、収容凹部１０６の内壁面１０６ａよりも中心軸方向Ｄａの内側に向かって突出する突出部１０８がそれぞれ形成されている。これら突出部１０８，１０８により、連通部１０７は、中心軸方向Ｄａの開口寸法が、収容凹部１０６の中心軸方向Ｄａの幅寸法よりも小さくなっている。

【0023】

シールセグメント２０は、シール部材本体２１と、薄板シール（シール体）２５と、シールフィン（シール体）２６と、を備えている。

【0024】

シール部材本体２１は、受圧部２２と、ベース部２３と、連結部２４と、を一体に備えている。

【0025】

受圧部２２は、収容凹部１０６内に収容されている。受圧部２２の径方向Ｄｒの外側には、受圧面２２ｆが形成されている。
ここで、シール部材本体２１は、周方向Ｄｃに間隔をあけた複数個所に、切欠き３５を備えている。これら切欠き３５は、受圧面２２ｆと収容凹部１０６の径方向Ｄｒの外側に位置する内周面１０６ｇとの間の空間１０６ｓと、高圧領域Ｓ２とを連通する。

【0026】

ベース部２３は、ハウジング１０４の内周面１０４ｆよりも径方向Ｄｒ内側に配置されている。ベース部２３は、その中心軸方向Ｄａの幅寸法が、連通部１０７の中心軸方向Ｄａの幅寸法よりも大きくなっている。
連結部２４は、連通部１０７を通して受圧部２２とベース部２３とを連結している。

【0027】

薄板シール２５は、ロータ１０２の周方向Ｄｃに互いに微少間隔を開けて多重に配列された複数枚の金属製の薄板シール片２７を備える。複数枚の薄板シール片２７は、径方向外側の基端部２７ａが、例えば溶接によって互いに固定されている。これら複数枚の薄板シール片２７は、径方向Ｄｒの外側の基端部２７ａが、保持部材２８を介し、シール部材本体２１に形成された凹溝３０に保持されている。

【0028】

凹溝３０は、外周溝部３１と、内周溝部３２と、を備えている。外周溝部３１は、シール部材本体２１の径方向Ｄｒの中間部に形成され、周方向Ｄｃ（図１参照）に連続して延びている。内周溝部３２は、外周溝部３１から径方向Ｄｒの内側に向かって延び、ベース部２３の内周面（言い換えれば、シール部材本体２１の内周面２１ｆ）に開口している。外周溝部３１は、内周溝部３２よりも、中心軸方向Ｄａの幅寸法が大きく形成されている。保持部材２８は、この外周溝部３１内に収容されている。薄板シール片２７は、その径方向Ｄｒの内側の先端部２７ｂが、内周溝部３２を通してベース部２３から径方向Ｄｒの内側に突出している。各薄板シール片２７は、ロータ１０２の回転方向に対してロータ１０２の外周面となす角が鋭角となるよう保持されている。

【0029】

保持部材２８の径方向Ｄｒの外側には、板バネ３３が設けられている。板バネ３３は、各薄板シール片２７を径方向Ｄｒの内側のロータ１０２に向かって付勢する。

【0030】

このような薄板シール２５は、ロータ１０２の停止時には、各薄板シール片２７の先端部２７ｂが、所定の予圧でロータ１０２に接触する。薄板シール２５は、ロータ１０２の回転時には、ロータ１０２が回転することで生じる動圧効果によって、薄板シール片２７の先端部２７ｂが径方向外側に変位してロータ１０２から浮上する。その結果、薄板シール片２７とロータ１０２とが僅かなシールクリアランスを介して非接触状態となる。これにより、薄板シール片２７及びロータ１０２の磨耗が防止されるとともに高圧領域Ｓ２から低圧領域Ｓ１に向かっての作動流体（蒸気）の漏洩が抑制される。

【0031】

シールフィン２６は、シール部材本体２１のベース部２３に設けられている。シールフィン２６は、ロータ１０２の中心軸方向Ｄａに互いに間隔をあけて複数設けられている。各シールフィン２６は、シール部材本体２１のベース部２３から、径方向Ｄｒの内側に向かって突出している。シールフィン２６は、薄板シール２５を挟んで、中心軸方向Ｄａの両側にそれぞれ複数設けられている。これらのシールフィン２６によって、薄板シール２５の高圧側及び低圧側にラビリンスシールが構成されている。

【0032】

シールセグメント２０は、定格運転時においては、シールセグメント２０に対して中心軸方向Ｄａの両側の低圧領域Ｓ１と高圧領域Ｓ２とで流体の圧力に差が生じる。図２に示すように、高圧領域Ｓ２の高圧流体は、切欠き３５を通して、受圧面２２ｆと収容凹部１０６の径方向外側の内周面１０６ｇとの間の空間１０６ｓに流れ込む。すると、図１に示すように、流れ込んだ高圧流体によって、受圧面２２ｆを径方向Ｄｒの外側から内側に向かって押圧する背面圧力Ｐｈが生じる。この背面圧力Ｐｈによって、シール部材本体２１はロータ１０２側に移動する。これにより、薄板シール２５及びシールフィン２６とロータ１０２の外周面との間のクリアランスが減少し、高圧領域Ｓ２と低圧領域Ｓ１とが仕切られてシール機能が発現する。

【0033】

図２に示すように、軸シール装置１は、上記したようなシールセグメント２０に対して上流側の高圧領域Ｓ２に、異物回収部５０Ａを備えている。
異物回収部５０Ａは、ロータ１０２に対して径方向Ｄｒの外側に配置された円環状をなしている。
図３、図４に示すように、異物回収部５０Ａは、ケーシング５１Ａと、フィルター部５２，５３と、異物回収空間５４と、捕捉部材５５と、を備えている。

【0034】

図３に示すように、この実施形態のケーシング５１Ａは、シールセグメント２０を保持するハウジング１０４の中心軸方向Ｄａにおける高圧側を向く側面１０４ｓに固定されている。ケーシング５１Ａは、一対の側壁部５１ａ，５１ｂと、外周壁部５１ｃと、を備えている。

【0035】

側壁部５１ａは、ハウジング１０４の側面１０４ｓに沿うように形成されている。側壁部５１ｂは、側壁部５１ａに対し、中心軸方向Ｄａに間隔をあけて対向するように形成されている。外周壁部５１ｃは、これら一対の側壁部５１ａ，５１ｂの径方向Ｄｒ外側の縁部同士を連結する。そして、ケーシング５１Ａは、径方向Ｄｒ内側のロータ１０２側に向かって開口する導入孔５１ｄを有している。

【0036】

図３、図４に示すように、フィルター部５２は、ケーシング５１Ａの内側で、径方向Ｄｒ内側の導入孔５１ｄを塞ぐように配置されている。フィルター部５２は、ロータ１０２の中心軸回りの周方向に間隔をあけて複数の開口部５２ｈを備えている。これら開口部５２ｈは、フィルター部５２を径方向Ｄｒに貫通し、フィルター部５２よりも内側の空間とフィルター部５２よりも外側の空間とを連通している。

【0037】

各開口部５２ｈは、ケーシング５１Ａの側壁部５１ａと側壁部５１ｂとを結ぶ中心軸方向Ｄａに延びるスリット状に形成されている。各開口部５２ｈは、ロータ１０２の径方向Ｄｒに対し、径方向Ｄｒの内側から外側に向かうに従って、ロータ１０２の回転方向Ｒの上流側から下流側に向かうように傾斜している。これにより、各開口部５２ｈは、ロータ１０２に近い側である径方向Ｄｒの内側の端部５２ｊが、ロータ１０２の回転方向Ｒの上流側を向いている。これら開口部５２ｈは、径方向Ｄｒの内側から外側に向かうに従って、周方向（言い換えれば、回転方向Ｒ）の開口幅が漸次小さくなるよう形成されている。

【0038】

フィルター部５２は、径方向外側を向く外周面に、径方向内側に向かって窪む凹部５７を備えている。この凹部５７は、各開口部５２ｈの径方向外側の端部５２ｋに対し、ロータ１０２の回転方向Ｒの下流側に隣接して形成されている。凹部５７は、ロータ１０２の回転方向Ｒの上流側に径方向外側に立ち当たる立ち上がり壁５７ｗを有している。この凹部５７は、フィルター部５２の開口部５２ｈを通過した異物を捕捉する。

【0039】

フィルター部５３は、フィルター部５２に対し、径方向Ｄｒの外側に間隔をあけて配置されている。フィルター部５３は、径方向Ｄｒの内側と外側とを貫通する開口部５３ｈを有している。図３に示すように、開口部５３ｈは、中心軸方向Ｄａに間隔をあけて複数が並設されている。中心軸方向Ｄａに複数並設された開口部５３ｈは、図４に示すように、ロータ１０２の中心軸回りの周方向に間隔をあけて複数個所に設けられている。各開口部５３ｈは、ロータ１０２の径方向Ｄｒに延びて形成されている。

【0040】

ここで、複数のフィルター部５２，５３は、開口部５２ｈ，５３ｈの径が互いに異なっている。具体的には、フィルター部５３の開口部５３ｈは、径方向Ｄｒの内側に位置するフィルター部５２の開口部５２ｈに対し、その内径が小さく形成されている。

【0041】

異物回収空間５４は、ケーシング５１Ａ内において、外周壁部５１ｃと、フィルター部５３との間に形成されている。異物回収空間５４は、フィルター部５２の開口部５２ｈと、フィルター部５３の開口部５３ｈとを通過した異物を回収する。
この異物回収空間５４の径方向外側に位置するケーシング５１Ａの外周壁部５１ｃには、異物排出孔５８が形成されていても良い。異物排出孔５８は、異物回収空間５４に回収された異物をケーシング５１Ａの外部に排出する。そのため、異物排出孔５８には、バキューム装置（図示無し）等を接続し、異物回収空間５４に回収された異物を吸引して回収するようにすることもできる。

【0042】

また、異物回収部５０Ａは、異物回収空間５４に、異物を捕捉する捕捉部材５５が設けられている。捕捉部材５５は、板状に形成され、中心軸方向Ｄａの両端部がケーシング５１Ａの側壁部５１ａと側壁部５１ｂとに固定されている。捕捉部材５５は、ロータ１０２の径方向Ｄｒに対し、径方向Ｄｒの内側から外側に向かうに従って、ロータ１０２の回転方向Ｒの上流側から下流側に向かうように傾斜している。このような捕捉部材５５は、金属製の板材、またはメタルウール等から形成することができる。
このような捕捉部材５５は、その径方向外側の縁部に、外周壁部５１ｃに向かって延びるツバ部５９を設けて、異物を回収するようにしてもよい。

【0043】

このような異物回収部５０Ａにおいては、ロータ１０２とステータ１０３との間の高圧領域Ｓ２に侵入した異物は、異物回収部５０Ａのフィルター部５２，５３の開口部５２ｈ，５３ｈを経て異物回収空間５４に導入される。このように、異物は、２段階のフィルター部５２，５３の開口部５２ｈ，５３ｈを通過することで、高圧領域Ｓ２に戻り難くなる。また、開口部５２ｈを通過した異物の一部は、フィルター部５２に形成された凹部５７に入り込むことで、開口部５２ｈを通して高圧領域Ｓ２に戻ることを抑える。異物回収空間５４に到達した異物の一部は、捕捉部材５５によって捕捉される。さらに、ケーシング５１Ａの径方向外側に形成された異物排出孔５８を通して、異物回収空間５４に回収された異物が外部に排出される。

【0044】

したがって、上述した第一実施形態によれば、シールセグメント２０の上流側に設けられた異物回収部５０Ａで異物を回収することで、異物によって薄板シール２５が影響を受けることを低減できる。

【0045】

また、フィルター部５２，５３には、開口部５２ｈ、５３ｈが形成されており、開口部５２ｈ，５３ｈを経て異物回収空間５４に到達した異物は、高圧領域Ｓ２に戻り難くなる。
さらに、複数のフィルター部５２，５３は、開口部５２ｈ，５３ｈの径が互いに異なるようにしたので、これによっても、開口部５２ｈ，５３ｈを経て異物回収空間５４に到達した異物は、より一層高圧領域Ｓ２に戻りにくくなる。

【0046】

また、異物回収空間５４で回収した異物を捕捉部材５５で捕捉することで、異物が高圧領域Ｓ２に戻ることを低減できる。
また、フィルター部５２の開口部５２ｈを通過した異物が凹部５７に入り込むことで、この異物が開口部５２ｈを通して高圧領域Ｓ２に戻ることを低減できる。

【0047】

また、開口部５２ｈは、ロータ１０２側を向く径方向内側が、ロータ１０２の回転方向上流側に向くよう傾斜している。このように構成することで、ロータ１０２の回転にともなってロータ１０２回りに旋回しながら高圧領域Ｓ２から低圧領域Ｓ１に向かって流れる異物を、開口部５２ｈから異物回収空間５４に導きやすくなる。

【0048】

また、異物回収空間５４に回収された異物を排出する異物排出孔５８が設けられているので、異物回収部５０Ａで回収した異物が溜まることによる、異物回収部５０Ａの清掃や交換の手間が掛からない。

【0049】

（実施形態の第１変形例）
上述した実施形態においては、異物回収部５０Ａを、シールセグメント２０に対して上流側の高圧領域Ｓ２に設けたが、その具体的な設置位置は、叙述した実施形態で例示したものに限定されない。
図５は、上記軸シール装置の第１変形例の構成を示す断面図である。
図５に示すように、異物回収部５０Ｂは、上述した異物回収部５０Ａに対し、その内周端部５１ｓを、より径方向Ｄｒ内側に突出させるように設けている。
この場合、異物回収部５０Ｂは、ケーシング５１Ｂ内に異物を導入する導入孔６０を、中心軸方向Ｄａの上流側を向くように開口させている。

【0050】

この異物回収部５０Ｂは、ケーシング５１Ｂと、フィルター部５２，５３と、異物回収空間５４と、捕捉部材５５と、を備えている。
ケーシング５１Ｂは、シールセグメント２０を保持するハウジング１０４において、中心軸方向Ｄａにおいて高圧側を向く側面１０４ｓに固定され、径方向Ｄｒ内側の内周端部５１ｓが、ロータ１０２の外周面に近接して対向するよう設けられている。

【0051】

ケーシング５１Ｂは、一対の側壁部５１ｅ，５１ｆと、外周壁部５１ｇと、内周壁部５１ｈと、を有している。側壁部５１ｅは、ハウジング１０４の側面１０４ｓに沿うよう形成されている。側壁部５１ｆは、側壁部５１ｅに対し、中心軸方向Ｄａに間隔をあけて対向して設けられている。外周壁部５１ｇは、これら一対の側壁部５１ｅ，５１ｆの径方向Ｄｒ外側の端部同士を連結する。内周壁部５１ｈは、一対の側壁部５１ｅ，５１ｆの径方向Ｄｒ内側の端部同士を連結する。
このようなケーシング５１Ｂには、中心軸方向Ｄａの上流側を向く側壁部５１ｆに、ケーシング５１Ｂの内外を連通する導入孔６０が形成されている。

【0052】

フィルター部５２，５３は、ケーシング５１Ｂの内側で、導入孔６０よりも径方向Ｄｒの外側に配置されている。

【0053】

この異物回収部５０Ｂにおいては、ロータ１０２とステータ１０３との間の高圧領域Ｓ２に侵入した異物は、導入孔６０からケーシング５１Ｂ内に導入される。この異物は、ケーシング５１Ｂ内で、フィルター部５２，５３の開口部５２ｈ，５３ｈを経て径方向Ｄｒ外側の異物回収空間５４に導入される。

【0054】

このような異物回収部５０Ｂによれば、導入孔６０が、中心軸方向Ｄａの上流側、つまり異物が流れてくる方向に開口しているので、異物をケーシング５１Ｂ内に効率良く導いて回収することが可能となる。
さらに、シールセグメント２０の上流側に設けられた異物回収部５０Ｂで異物を捕捉することで、異物によって薄板シール２５が悪影響を受けることを抑えることができる。

【0055】

（実施形態の第２変形例）
図６は、上記軸シール装置の第２変形例の構成を示す断面図である。
図６に示すように、異物回収部５０Ｃは、シールセグメント２０の上流側において、径方向Ｄｒ内側から外側に向かって延びる流路１１０の外周端部１１０ｓに設けるようにしても良い。

【0056】

異物回収部５０Ｃは、上記実施形態と同様、ケーシング５１Ｃと、フィルター部５２，５３と、異物回収空間５４と、捕捉部材５５と、を備えている。

【0057】

ケーシング５１Ｃは、上記実施形態のケーシング５１Ａと同様、一対の側壁部５１ａ，５１ｂと、外周壁部５１ｃと、を備え、径方向Ｄｒ内側のロータ１０２側に向かって開口する導入孔５１ｄを有している。
このケーシング５１Ｃは、径方向Ｄｒ内側から外側に向かって延びる流路１１０の外周端部１１０ｓにおいて、ステータ１０３に固定されている。これにより、異物回収部５０Ｃは、導入孔５１ｄが、流路１１０の径方向Ｄｒ内側に向いて開口している。

【0058】

上述した異物回収部５０Ｃにおいては、ロータ１０２とステータ１０３との間の高圧領域Ｓ２に侵入した異物は、流路１１０に沿って径方向Ｄｒの内側から外側に向かって流れ、導入孔５１ｄに形成されたフィルター部５２の開口部５２ｈからケーシング５１Ｃ内に導入される。ケーシング５１Ｃ内に導入された異物は、フィルター部５２，５３の開口部５２ｈ，５３ｈを経て異物回収空間５４に回収される。

【0059】

したがって、上述した実施形態の第二変形例によれば、上記実施形態と同様、シールセグメント２０の上流側に設けられた異物回収部５０Ｃで異物を回収することで、異物によって薄板シール２５が影響を受けることを低減できる。
また、導入孔５１ｄが、径方向Ｄｒの内側から外側に向かって延びる流路１１０に対向する方向、つまり異物が流れてくる方向に開口しているので、異物をケーシング５１Ｃ内に効率良く導いて回収することが可能となる。

【0060】

（その他の変形例）
この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、異物回収部５０Ａ〜５０Ｃは、２つのフィルター部５２，５３を備えるようにしたが、１つのみ、あるいは３つ以上のフィルター部を備えるようにしてもよい。
また、異物回収部５０Ｃは、開口部５２ｈ，５３ｈの構成が互いに異なる２種類のフィルター部５２，５３を備えるようにしたが、１種類のみ、あるいは３種類以上のフィルター部を備えるようにしてもよい。

【0061】

さらに、異物回収空間５４に、捕捉部材５５を備えるようにしたが、異物回収空間５４内で異物を回収することができるのであれば、その構成は他のいかなるものであってもよい。さらには、捕捉部材５５を備えない構成とすることも可能である。

【0062】

また、異物回収部５０Ａ〜５０Ｃは、ステータ１０３又はハウジング１０４に対して着脱可能とし、異物回収部５０Ａ〜５０Ｃを取り外し他状態で異物回収空間５４に溜まった異物を除去したり、新たな異物回収部５０Ａ〜５０Ｃと交換したりするようにしてもよい。

【0063】

さらに、軸シール装置１において、例えばシールセグメント２０の構成等については、高圧領域Ｓ２と低圧領域Ｓ１との間でシール機能を発揮できるのであれば、適宜他のシール構造を採用してもよい。

【0064】

また、例えば、軸シール装置１は、薄板シール２５とシールフィン２６とを備えるようにしたが、高圧領域Ｓ２と低圧領域Ｓ１との間でシール機能を発揮できるのであれば、適宜他のシール構造を採用してもよい。
さらに、上記実施形態及び変形例の軸シール装置１は、蒸気タービンや、ガスタービン以外の回転機械にも適用可能である。

【符号の説明】

【0065】

１ 軸シール装置
５ シールリング
２０ シールセグメント
２１ シール部材本体
２２ 受圧部
２２ｆ 受圧面
２３ ベース部
２４ 連結部
２５ 薄板シール
２６ シールフィン
２７ 薄板シール片
２７ａ 基端部
２７ｂ 先端部
２８ 保持部材
３０ 凹溝
３１ 外周溝部
３２ 内周溝部
３３ 板バネ
３５ 切欠き
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 異物回収部
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ ケーシング
５１ａ，５１ｂ，５１ｅ，５１ｆ 側壁部
５１ｃ，５１ｇ 外周壁部
５１ｄ，６０ 導入孔
５１ｈ 内周壁部
５１ｓ 内周端部
５２ フィルター部
５２ｈ 開口部
５２ｊ 端部
５２ｋ 端部
５３ フィルター部
５３ｈ 開口部
５４ 異物回収空間
５５ 捕捉部材
５７ 凹部
５７ｗ 立ち上がり壁
５８ 異物排出孔
５９ ツバ部
１００ 回転機械
１０２ ロータ
１０３ ステータ
１０４ ハウジング
１０４ｆ 内周面
１０４ｓ 側面
１０５ 溝
１０６ 収容凹部
１０６ａ 内壁面
１０６ｇ 内周面
１０６ｓ 空間
１０７ 連通部
１０８ 突出部
１１０ 流路
１１０ｓ 外周端部
Ｄａ 中心軸方向
Ｄｃ 周方向
Ｄｒ 径方向
Ｐｈ 背面圧力
Ｒ 回転方向
Ｓ１ 低圧領域
Ｓ２ 高圧領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】