轴密封装置及旋转机械的制作方法

1.本公开涉及轴密封装置及旋转机械。
2.本技术基于2021年7月30日在日本专利局申请的特愿2021-126309号主张优先权，并将其内容援引于此。


背景技术：

3.通常，在燃气轮机、蒸汽轮机等中，在旋转轴的轴周围设置有用于减少从高压侧向低压侧泄漏的气体的泄漏量的轴密封装置。作为轴密封装置的一例，已知有薄片密封件(leaf seal)(注册商标)(例如，参照专利文献1)。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2005-2995号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.薄片密封件与例如迷宫式密封件等相比能够减少泄漏量。另外，对于薄片密封件，在旋转机械的额定运转时，薄片前端不与对象构件接触，因此寿命比较长。但是，薄片密封件的构成部件的数量较多，成本容易变高。
9.鉴于上述情况，本公开的至少一实施方式的目的在于，降低轴密封装置的成本。
10.用于解决课题的方案
11.(1)本公开的至少一实施方式的轴密封装置具备：
12.多个薄板，其沿旋转轴的周向配置有多个，且在所述旋转轴的轴向上具有宽度；以及
13.密封环，其包括用于安装所述多个薄板的密封件安装槽，
14.所述密封件安装槽的所述轴向的一侧的内壁在所述旋转轴的径向内侧的区域中具有沿着所述周向形成的槽。
15.(2)本公开的至少一实施方式的旋转机械具备：
16.所述旋转轴；以及
17.权利要求1至8中任一项所述的轴密封装置。
18.发明效果
19.根据本公开的至少一实施方式，能够降低轴密封装置的成本。
附图说明
20.图1是示出具备一实施方式的旋转机械的燃气轮机系统的一例的示意图。
21.图2是示出本实施方式的轴密封装置的概要的剖视示意图。
22.图3是示出一实施方式的轴密封装置的概要的剖视示意图。
23.图4是示出另一实施方式的轴密封装置的概要的剖视示意图。
24.图5是相当于图3的v-v向视的剖视图。
25.图6a是图5的vi-vi向视剖视图，示出了槽的一例。
26.图6b是图5的vi-vi向视剖视图，示出了槽的另一例。
27.图7是示出具备多个薄片的以往的轴密封装置的概要的剖视示意图。
具体实施方式
28.以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式所记载的或附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此，而只不过是说明例。
29.例如，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表述不仅表示严格意义上这样的配置，还表示具有公差、或者可得到相同功能的程度的角度、距离而相对位移了的状态。
30.例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物相等的状态的表述不仅表示严格相等的状态，也表示存在公差、或者可得到相同功能的程度的差异的状态。
31.例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
32.另一方面，“具备”、“含有”、“配备”、“包括”或者“具有”一个构成要素这样的表述不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。
33.以下，参照附图对本公开的轴密封装置、及使用该轴密封装置的旋转机械的一实施方式进行说明，但本公开当然并不仅限定解释于此。另外，在本实施方式中，以本公开所应用的旋转机械为燃气轮机系统的涡轮机、压缩机的情况为例进行说明，但也可以应用于蒸汽轮机、水车、冷冻机、泵、飞机用燃气轮机发动机等其他旋转机械的旋转轴等。
34.需要说明的是，对在各实施方式中共通的构成要素标注相同的附图标记，并避免说明的重复。
35.图1是示出具备一实施方式的旋转机械的燃气轮机系统1的一例的示意图。如图1所示，该燃气轮机系统1具备：压缩机(旋转机械)2，其对空气g1进行压缩而形成压缩空气g2；燃烧器3，其向由压缩机2压缩后的压缩空气g2供给并混合燃料而使其燃烧；涡轮机(旋转机械)4，其被供给由燃烧器3燃烧后的燃烧气体g3；以及转子5，其具有将配置于压缩机2内的旋转轴51与配置于涡轮机4内的旋转轴52连接的旋转轴50。
36.压缩机2具有向内部空间导入空气g1的壳体2k。压缩机2对导入至壳体2k的内部空间的空气进行压缩而形成压缩空气g2。在压缩机2中设置有支承部2s，该支承部2s具有将旋转轴50支承为能够旋转的轴承。
37.涡轮机4具有向内部空间导入燃烧气体g3的壳体4k。涡轮机4将由燃烧器3产生的燃烧气体g3导入壳体4k的内部空间而使其膨胀，从而将燃烧气体g3的热能转换为旋转能量。在涡轮机4中设置有支承部4s，该支承部4s具有将旋转轴50支承为能够旋转的轴承。
38.转子5具有：动叶51a，其设置于在壳体2k的内部空间配置的旋转轴51；以及动叶52a，其设置于在壳体4k的内部空间配置的旋转轴52。
39.压缩机2具有配置于壳体2k的静叶2a。压缩机2的静叶2a和设置于旋转轴51的动叶
51a在与旋转轴50的轴线ax的轴线方向平行的方向上交替地配置有多个。
40.涡轮机4具有配置于壳体4k的静叶4a。涡轮机4的静叶4a和设置于旋转轴52的动叶52a在旋转轴50的轴向上交替地配置由多个。
41.另外，燃气轮机系统1具备：轴密封装置10，其配置于压缩机2的壳体2k内的静叶2a的内周部，对旋转轴51的周围进行密封；以及轴密封装置10，其对配置于涡轮机4的壳体4k内的旋转轴52的周围进行密封。配置于压缩机2的轴密封装置10抑制作为工作流体的压缩空气g2从高压空间侧向低压空间侧漏出。另外，压缩机2的轴密封装置10配置于支承部2s。配置于涡轮机4的轴密封装置10抑制作为工作流体的燃烧气体g3从高压侧向低压侧漏出。涡轮机4的轴密封装置10配置于静叶4a的内周部。另外，涡轮机4的轴密封装置10配置于支承部4s。
42.在燃气轮机系统1中，从燃烧器3导入的燃烧气体g3向涡轮机4内的动叶52a供给。由此，燃烧气体g3的热能转换为机械旋转能量而产生动力。由涡轮机4产生的动力的一部分经由旋转轴50向压缩机2传递。由涡轮机4产生的动力的一部分被利用为压缩机2的动力。
43.接着，参照图2对本实施方式的轴密封装置10进行说明。
44.图2是示出本实施方式的轴密封装置10的概要的剖视示意图。
45.需要说明的是，图2是相当于图1的ii-ii向视的剖视图，仅示出了密封件区段体11。
46.图3是示出一实施方式的轴密封装置10的概要的剖视示意图，示出了包含旋转轴52的轴线ax的截面。
47.图4是示出另一实施方式的轴密封装置10的概要的剖视示意图，示出了包含旋转轴52的轴线ax的截面。
48.在以下的说明中，对分别设置于压缩机2及涡轮机4的轴密封装置10中的、设置于涡轮机4的轴密封装置10进行说明。需要说明的是，设置于压缩机2的轴密封装置10的结构与设置于涡轮机4的轴密封装置10的结构相同。
49.如图2所示，轴密封装置10具有配置于旋转轴52的周围的多个密封件区段体11。各密封件区段体11在与轴线ax正交的平面内具有圆弧状的形状。在本实施方式中，密封件区段体11在旋转轴50的周围例如配置有八个。也将在周向上相邻的两个密封件区段体11中的一方称为第一区段体11a，也将另一方称为第二区段体11b。
50.各密封件区段体11具备：多个薄片(薄板)20，其配置于旋转轴52的周围；高压侧的侧板41；以及密封环30，其包括用于安装多个薄片20的密封件安装槽31。
51.需要说明的是，如以下详细说明那样，在图4所示的另一实施方式的轴密封装置10中，密封环30被分割为低压侧密封环(第一构件)301和高压侧密封环(第二构件)302。
52.在图3所示的一实施方式的轴密封装置10中，各密封件区段体11具备螺旋弹簧43和按压螺栓45。
53.在图4所示的另一实施方式的轴密封装置10中，各密封件区段体11具备填隙片47和紧固螺栓48。紧固螺栓48是用于将低压侧密封环301与高压侧密封环302结合而一体化的螺栓。
54.如图3及图4所示，在本实施方式中，密封件区段体11插入相当于静叶4a的外壳9的凹部9a，且至少一部分配置于外壳9的凹部9a中。凹部9a在径向d3的内侧具有开口9k。凹部
9a沿旋转轴52的周向d2延伸。薄片20的一部分向凹部9a的外侧突出。需要说明的是，外壳9也分别设置于静叶2a、支承部2s及支承部4s。
55.(薄片20)
56.在本实施方式中，多个薄片20分别是旋转轴52的周向d2上的具有挠性的板状构件，能够弹性变形。在本实施方式中，薄片20是薄钢板。薄片20的宽度方向与旋转轴52的轴向d1大致一致。薄片20的表面的法线是相对于旋转轴52的轴线ax正交的方向，且沿相对于周向d2及旋转轴52的径向d3倾斜的方向延伸。即，薄片20的厚度方向沿相对于旋转轴52的轴线ax正交的方向、且相对于周向d2及旋转轴52的径向d3倾斜的方向延伸。
57.更具体而言，薄片20以随着朝向径向d3的内侧而朝向旋转轴52的旋转方向下游侧的方式倾斜。
58.需要说明的是，在图2中，表示周向d2的箭头的朝向表示旋转轴52的旋转方向。
59.通过这样的结构，薄片20在旋转轴52的轴向d1上具有比较高的刚性。
60.在本实施方式中，薄片20在旋转轴52的周向d2上隔开间隔地配置有多个。在薄片20与和该薄片20相邻的薄片20之间形成有间隙s(参照图2)。通过多个薄片20形成多个薄片20的集合体(层叠体)即薄片层叠体12。
61.在本实施方式中，由多个薄片20构成的薄片层叠体12对旋转轴52的周围进行密封，由此将旋转轴52的周围的空间在旋转轴52的轴向d1上划分为两个空间。在本实施方式中，薄片层叠体12将旋转轴52的周围的空间划分为高压空间(高压侧区域)和与该高压空间相比压力相对低的低压空间(低压侧区域)。
62.在本实施方式中，多个薄片20分别具有相对于旋转轴52的轴线ax正交的径向d3上的外侧的基端部(外侧端部)20a、内侧的前端部(内侧端部)20b、旋转轴52的轴向的两侧缘中的接近高压空间的侧缘即侧端部20c、以及该两侧缘中的接近低压空间的侧缘即侧端部20d。
63.在以下的说明中，也将多个薄片20的基端部20a合在一起称为薄片层叠体12的基端部12a，也将多个薄片20的前端部20b合在一起称为薄片层叠体12的前端部12b，也将多个薄片20的侧端部20c合在一起称为薄片层叠体12的侧端部12c，也将多个薄片20的侧端部20d合在一起称为薄片层叠体12的侧端部12d。基端部12a是多个基端部20a的集合体。前端部12b是多个前端部20b的集合体。侧端部12c是多个侧端部20c的集合体。侧端部12d是多个侧端部20d的集合体。
64.基端部12a朝向旋转轴52的径向d3上的外侧。前端部12b以与旋转轴52的外周面52a对置的方式朝向旋转轴52的径向d3上的内侧。另外，前端部12b(前端部20b)经由开口9k配置于凹部9a的外侧。需要说明的是，前端部12b(前端部20b)配置于以下详细说明的密封件安装槽31的外侧。侧端部12c朝向旋转轴52的轴向d1上的另一侧即高压空间。侧端部12d朝向旋转轴52的轴向d1上的一侧即低压空间。
65.在本实施方式中，多个薄片20的基端部20a如后述那样固定于密封环30而成为固定端。另外，多个薄片20的前端部20b分别成为未被固定的自由端。多个薄片20(薄片层叠体12)在基端部20a被固定了的状态下保持于密封环30。
66.薄片20具有：头部21，其设置有基端部20a；以及主体部22，其设置有前端部20b、侧端部20c及侧端部20d，且能够弹性变形。旋转轴52的轴向d1即薄片20的宽度方向上的主体
部22的尺寸比头部21的尺寸小。薄片20的厚度方向上的主体部22的尺寸比头部21的尺寸小。主体部22在主体部22与头部21的边界部设置有切口部20x及切口部20y。头部21在比切口部20x及切口部20y靠基端部20a侧分别沿宽度方向突出。在本实施方式中，多个薄片20在头部21的径向d3的外侧的端部(基端部20a)和头部21的轴向d1的侧端部21c及侧端部21d通过焊接而相互连接。
67.(侧板41)
68.在本实施方式中，侧板41是沿周向d2延伸的圆弧状的薄板。侧板41的表面的法线沿轴向d1延伸。即，侧板41的厚度方向与旋转轴52的轴向d1大致一致。侧板41在各密封件区段体11中沿周向d2从密封件区段体11的周向d2的一侧的端部延伸至另一侧的端部。
69.侧板41在密封件安装槽31内配置于与朝向薄片20的高压侧空间的侧端部20c相邻的位置。侧板41的轴向d1的一侧(低压空间侧)的表面与薄片20的朝向高压侧空间的侧端部20c对置。
70.(密封环30)
71.在本实施方式中，密封环30支承于外壳9，并保持薄片层叠体12。外壳9具有在凹部9a的内侧保持密封环30的保持部9s。密封环30保持于保持部9s。
72.在图3所示的一实施方式的轴密封装置10中，密封环30是一体形成的一个构件。
73.在图4所示的另一实施方式的轴密封装置10中，密封环30包括低压侧密封环(第一构件)301和高压侧密封环(第二构件)302这两个构件。在图4所示的另一实施方式的轴密封装置10中，如上所述，低压侧密封环301和高压侧密封环302通过紧固螺栓48结合，一体地固定。
74.在图3及图4所示的密封环30中，形成有用于安装多个薄片20的密封件安装槽31。密封件安装槽31具有：供薄片20的头部21配置的第一槽部33；以及供薄片20的主体部22配置的第二槽部34。
75.第一槽部33的轴向d1的尺寸比第二槽部34的轴向d1的尺寸大。因此，在第一槽部33与第二槽部34的边界部存在台阶部35。台阶部35的朝向径向d3外侧的面35a与薄片20的头部21的径向d3的内侧的端部21e抵接，限制薄片20相对于密封环30向径向d3内侧移动。
76.在图3所示的实施方式中，在密封环30的第一槽部33的径向d3的外侧的区域安装有按压螺栓45。按压螺栓45用于从径向d3的外侧按压螺旋弹簧43而对螺旋弹簧43施加压缩力，该螺旋弹簧43用于对薄片20的头部21向径向d3的内侧施力。
77.由此，在图3所示的实施方式中，薄片20的头部21被朝向径向d3的内侧施力。
78.在图4所示的实施方式中，密封环30在第一槽部33的轴向d1的一侧(低压空间侧)的内壁33a与另一侧(高压空间侧)的内壁33b之间，在比双方的内壁33a、33b的轴向d1的中间位置靠另一侧(高压空间侧)的位置被分割为低压侧密封环301和高压侧密封环302。需要说明的是，在图4所示的实施方式中，低压侧密封环301与高压侧密封环302的分割位置303(低压侧密封环301与高压侧密封环302的抵接位置)在比薄片20的轴向d1的中心位置靠轴向d1的一侧的内壁33a的附近。
79.在图4所示的实施方式中，在密封环30的第一槽部33的径向d3的外侧的区域、即低压侧密封环301的第一槽部33的径向d3的外侧的区域配置有填隙片47。填隙片47配置于在第一槽部33中朝向径向d3内侧的内壁33c与薄片20的基端部20a之间的间隙。填隙片47是用
于以台阶部35的面35a与薄片20的头部21的端部21e在径向d3上不分离的方式固定薄片20的头部21的构件。
80.由此，在图4所示的实施方式中，薄片20的头部21被限制向径向d3的外侧移动。
81.需要说明的是，在图4所示的另一实施方式的轴密封装置10中，也可以代替填隙片47而具备螺旋弹簧43。
82.在图3及图4所示的密封环30中，密封件安装槽31的第二槽部34的轴向d1的一侧(低压空间侧)的内壁34a与另一侧(高压空间侧)的内壁34b沿着轴向d1分离地对置。
83.需要说明的是，在图4所示的实施方式中，轴向d1的一侧的内壁34a形成于低压侧密封环301，另一侧的内壁34b形成于高压侧密封环302。
84.在图3及图4所示的密封环30中，在涡轮机4的运转中，由于燃烧气体g3的高压空间中的压力与低压空间中的压力的差，薄片20及侧板41被向低压空间侧施力。因此，在涡轮机4的运转中，薄片20的侧端部20d被向内壁34a按压。
85.需要说明的是，在涡轮机4的运转中，在侧板41的朝向高压侧空间的表面与密封件安装槽31的内壁34b之间产生间隙。
86.图7是示出具备多个薄片20的以往的轴密封装置的概要的剖视示意图，示出了包含旋转轴52的轴线ax的截面。
87.图7所示的以往的轴密封装置10x与上述的本实施方式的轴密封装置10同样地，具有配置于旋转轴52的周围的多个密封件区段体。
88.在图7所示的以往的轴密封装置10x中，各密封件区段体与上述的本实施方式的轴密封装置10同样地，具备配置于旋转轴52的周围的多个薄片(薄板)20及高压侧的侧板41。
89.另外，在图7所示的以往的轴密封装置10x中，各密封件区段体具备包括用于安装多个薄片20的凹槽31x的密封环30x、夹持该薄片20的一对薄片密封件保持器(保持环)91、92、低压侧的侧板42、以及板簧93。另外，在以往的轴密封装置10x中，具备与这些各构件一起配置在形成于密封环30x的凹槽31x内的安装零件95。
90.在图7所示的以往的轴密封装置10x中，一对薄片密封件保持器91、92从轴向d1的一侧和另一侧夹持薄片20的头部21。
91.在图7所示的以往的轴密封装置10x中，侧板42是沿周向d2延伸的圆弧状的薄板。侧板42的厚度方向与旋转轴52的轴向d1大致一致。侧板42在各密封件区段体中从密封件区段体的周向d2的一侧的端部沿周向d2延伸至另一侧的端部。
92.侧板42在凹槽31x内配置于与朝向薄片20的低压侧空间的侧端部20d相邻的位置。侧板42夹在薄片20的侧端部20d与安装零件95的朝向高压侧空间的侧面95a之间。
93.侧板42的径向d3内侧的端部42a位于比薄片20的径向d3的内侧的前端部(内侧端部)20b及安装零件95的径向d3的内侧的端部95b靠径向d3的外侧的位置。因此，在比侧板42的径向d3内侧的端部42a靠径向d3的内侧的位置，在薄片20的侧端部20d与安装零件95的侧面95a之间，形成有与侧板42的厚度量相当的间隙sx。该间隙sx与后述的槽36同样地，发挥确保薄片20的上浮力的作用。
94.在图7所示的以往的轴密封装置10x中，板簧93用于将薄片20的头部21向径向d3的内侧施力。
95.相对于图7所示的以往的轴密封装置10x，根据上述的几个实施方式的轴密封装置
10，能够省略上述的一对薄片密封件保持器91、92、侧板42、以及安装零件95。由此，能够抑制轴密封装置10的成本。
96.另外，在具备上述的几个实施方式的轴密封装置10的旋转机械中，能够抑制轴密封装置10中的工作流体的泄漏，并且抑制旋转机械的成本。
97.在本实施方式的轴密封装置10中，如图3所示的实施方式那样，密封件安装槽31的轴向d1的一侧(低压空间侧)的内壁34a和另一侧(高压空间侧)的内壁34b也可以形成于相同的构件。
98.由此，与一侧的内壁34a和另一侧的内壁34b形成于不同的构件的情况相比，能够抑制部件个数，也能够抑制组装成本。
99.另外，在本实施方式的轴密封装置10中，如图4所示的实施方式那样，密封件安装槽31的轴向d1的一侧的内壁34a和另一侧的内壁34b也可以形成于不同的构件。
100.由于薄片20从密封件安装槽31的径向d3的内侧的端部朝向径向d3的内侧突出，因此密封环30在径向d3的内侧打开。因此，在密封件安装槽31的一侧的内壁34a和另一侧的内壁34b形成于相同的构件的情况下，在形成密封件安装槽31时，从径向d3的内侧通过切削加工形成密封件安装槽31。但是，对于密封件安装槽31，径向d3的尺寸比轴向d1的尺寸大，因此密封件安装槽31的径向d3的外侧的区域(例如第一槽部33)与径向d3的内侧的区域(例如第二槽部34)相比难以进行切削加工。如上所述，第一槽部33的轴向d1的尺寸比第二槽部34的轴向d1的尺寸大。因此，难以从径向d3的内侧接近第一槽部33并通过切削加工对第一槽部33进行加工。
101.如图4所示的实施方式那样，通过将密封件安装槽31的一侧的内壁34a和另一侧的内壁34b形成于不同的构件，从而密封件安装槽31的径向d3的外侧的区域也容易进行加工。由此，容易确保密封件安装槽31的精度，因此能够减少轴密封装置10中的流体的泄漏量。
102.在本实施方式的轴密封装置10中，如图4所示的实施方式那样，低压侧密封环(第一构件)301和高压侧密封环(第二构件)302也可以构成为一体地固定。低压侧密封环301与高压侧密封环302的抵接位置(分割位置303)优选为相比于薄片20的轴向d1的中心位置向轴向d1的上述一侧偏移。需要说明的是，低压侧密封环301与高压侧密封环302的抵接位置(分割位置303)也可以相比于薄片20的轴向d1的中心位置向轴向d1的另一侧偏移。
103.考虑如下情况：在组装轴密封装置10时，在将低压侧密封环301与高压侧密封环302结合前在低压侧密封环301和高压侧密封环302中任一方的构件配置薄片20，然后，将另一方的构件与一方的构件结合。
104.例如如图4所示，如果分割位置303以接近高压空间的方式向另一侧偏移，则在低压侧密封环301中形成有相当于分割位置303的端面的部位(形成有内壁33c的部位)的沿着轴向d1的长度比高压侧密封环302中的同样的部位长。因此，在将薄片20装配于密封环30时，通过将低压侧密封环301设为下方而从上方配置薄片20，从而低压侧密封环301中的、形成有相当于分割位置303的端面的部位(形成有内壁33c的部位)发挥如薄片20的引导件那样的作用，容易进行薄片20的定位。
105.另外，如图4所示的实施方式那样，容易在形成有相当于分割位置303的端面的部位(形成有内壁33c的部位)与薄片20的基端部20a之间的间隙配置填隙片47。
106.同样地，例如如果分割位置303以接近低压空间的方式向一侧偏移，则在高压侧密
封环302中形成有相当于分割位置303的端面的部位的沿着轴向的长度比低压侧密封环301中的同样的部位长。因此，在将薄片20装配于密封环30时，通过将高压侧密封环302设为下方而从上方配置薄片20及填隙片47，从而容易进行薄片20及填隙片47的定位。
107.需要说明的是，在本实施方式的轴密封装置10中，如图4所示的实施方式那样，分割位置303优选为相比于薄片20的轴向d1的中心位置沿着轴向d1向远离槽36的方向偏移。
108.本实施方式的轴密封装置10以槽36位于隔着轴密封装置10成为低压侧的区域(低压侧空间)的方式配置于旋转机械。另外，在本实施方式的轴密封装置10中，以与薄片20的两侧缘中的隔着轴密封装置10与高压空间对置的侧缘即侧端部20c接触的方式，配置沿周向d2延伸的侧板41。因此，在组装轴密封装置10时，若以在薄片20的上方配置侧板41的方式进行组装，则容易组装。在该情况下，将具有槽36的低压侧密封环301设为下方，从上方配置薄片20，并从其上方配置侧板41。因此，如果分割位置303相比于上述中心位置向接近高压空间的另一侧偏移，则在低压侧密封环301中形成有相当于分割位置303的端面的部位的沿着轴向d1的长度比高压侧密封环302中的同样的部位长。
109.如果分割位置303相比于上述中心位置沿着轴向d1向远离槽36的方向偏移，则分割位置303相比于上述中心位置向另一侧偏移，因此具有侧板41的轴密封装置10的组装容易进行。
110.(关于槽36)
111.在图3及图4所示的密封环30中，密封件安装槽31的轴向d1的一侧的内壁34a在径向d3的内侧的区域具有沿着周向d2形成的槽36。
112.图5是相当于图3的v-v向视的剖视图，仅示出了密封环30。
113.图6a是图5的vi-vi向视剖视图，示出了槽36的一例。
114.图6b是图5的vi-vi向视剖视图，示出了槽36的另一例。
115.需要说明的是，在图3所示的密封环30和图4所示的密封环30中，槽36的形态相同，因此基于相当于图3的v-v向视的剖视图即图5、以及图6a、图6b，对槽36的形状进行说明。
116.为了方便说明，在图5中，将在周向d2上相邻的两个密封件区段体11以在周向d2上分离的方式进行了图示，但在涡轮机4的运转中，在周向d2上相邻的两个密封件区段体11之间几乎没有间隙。
117.在图6a及图6b中，将在周向d2上相邻的两个密封件区段体11以在周向d2上相互抵接的方式进行了图示。
118.在图5、图6a及图6b中，示出了在周向d2上相邻的两个密封件区段体11中的一方即第一区段体11a、以及另一方即第二区段体11b。
119.在图3及图4所示的本实施方式的密封环30中，如图5、图6a及图6b所示，第一区段体11a及第二区段体11b中的槽36包括：第一区域361，其在轴向d1上的深度具有第一深度d1；以及第二区域362，其比第一区域d1接近第一区段体11a及第二区段体11b中的周向d2的端面11e，具有比第一深度d1深的第二深度d2。
120.在周向上相邻的第一区段体11a及第二区段体11b中的端面11e的附近、即密封环30的周向的分割位置的附近，薄片20的上浮力容易降低而使薄片20与旋转轴52接触。在此，已知如下情况：在薄片20的前端侧(径向内侧)，越增加薄片20的两侧端部20c、20d中的接近低压侧空间的侧端部20d与和该侧端部20d对置的构件(密封环30)的间隔距离，则薄片20的
上浮力越大。
121.根据图3及图4所示的本实施方式的密封环30，通过设置上述的第二区域362，从而在薄片20的上浮力容易降低的密封环30的周向的分割位置的附近，能够确保薄片20的上浮力，抑制薄片20与旋转轴52的接触。
122.在图3及图4所示的本实施方式的密封环30中，如图6a所示，第二区域362的第二深度d2与第二区域362中的周向d2的位置无关地恒定。由此，与第二深度d2根据第二区域362中的周向d2的位置而变化情况相比，容易进行第二区域362的加工。
123.另外，在图3及图4所示的本实施方式的密封环30中，如图6b所示，第二区域362的第二深度d2随着接近上述端面11e而变深。
124.越接近密封环30的周向的分割位置(上述端面11e)，则薄片20的上浮力越容易降低。
125.如图6b所示，随着第二区域362中的周向d2的位置接近上述端面11e而加深第二深度d2，从而能够抑制随着接近上述端面11e而薄片20的上浮力降低的情况，能够抑制薄片20与旋转轴52的接触。
126.在图3及图4所示的本实施方式的密封环30中，第一深度d1例如为0.15mm以上且0.30mm以下，第二深度d2比第一深度d1深，且例如为0.35mm以上且0.60mm以下。需要说明的是，在周向上相邻的第一区段体11a及第二区段体11b中，在隔着端面11e相邻的两个第二区域362的各自中，优选第二深度d2相同。
127.至少在第二区域362的一部分中，第二深度d2比第一深度d1大，可以为第一深度d1的3倍以下，优选为第一深度d1的2倍左右。
128.需要说明的是，如图6b所示，在第二深度d2随着接近端面11e而变深的情况下，优选极靠近端面11e的周向d2的位置的第二深度d2为上述的范围。
129.在端面11e的附近，为了确保薄片20的充分上浮力，优选至少在第二区域362的一部分中，第二深度比第一深度d1大。另外，对于端面11e的附近的薄片20的上浮力，即使第二深度d2超过第一深度d1的3倍，也与为第一深度d1的3倍的情况基本不变。因此，第二深度d2即使超过第一深度d1的3倍，仅增加用于确保第二深度d2的加工量(切削量)。
130.根据上述的结构，能够有效地确保端面11e的附近的薄片20的上浮力。
131.在工业用的燃气轮机的情况下，槽36的宽度w1(参照图5)、即第一区域361及第二区域362的径向d3的尺寸大致为5.5mm。
132.另外，在工业用的燃气轮机的情况下，第二区域362的周向d2的长度大致为50mm。
133.本公开并不限定于上述的实施方式，也包括对上述的实施方式施加了变形而得到的方式、将这些方式适当组合而得到的方式。
134.上述各实施方式所记载的内容例如如以下那样进行掌握。
135.(1)本公开的至少一实施方式的轴密封装置10具备：多个薄板(薄片20)，其沿旋转轴52(旋转轴50)的周向d2配置有多个，且在旋转轴52(旋转轴50)的轴向d1上具有宽度；以及密封环30，其包括用于安装多个薄板(薄片20)的密封件安装槽31。密封件安装槽31的轴向d1的一侧的内壁34a在旋转轴52(旋转轴50)的径向d3的内侧的区域中具有沿着周向d2形成的槽36。
136.根据上述(1)的结构，能够省略设置于以往的轴密封装置的一对薄片密封件保持
器、配置于轴向d1的一侧(低压空间侧)的环状板、以及安装零件。由此，能够抑制轴密封装置10的成本。
137.(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，密封环30至少包括在周向d2上分割开的第一区段体11a及第二区段体11b。优选的是，第一区段体11a及第二区段体11b中的上述槽36包括：第一区域361，其在轴向d1上的深度具有第一深度d1；以及第二区域362，其比第一区域361接近第一区段体11a及第二区段体11b中的周向d2的端面11e，具有比第一深度d1深的第二深度d2。
138.根据上述(2)的结构，通过设置上述的第二区域362，能够在薄片20的上浮力容易降低的密封环30的周向的分割位置的附近确保薄片20的上浮力，抑制薄片20与旋转轴52(旋转轴50)的接触。
139.(3)在几个实施方式中，在上述(2)的结构的基础上，优选的是，第二深度d2随着接近上述端面11e而变深。
140.薄片20的上浮力越接近密封环30的周向的分割位置(端面11e)则越容易降低。
141.根据上述(3)的结构，通过随着接近端面11e而加深第二深度d2，能够抑制随着接近端面11e而薄片20的上浮力降低，能够抑制薄片20与旋转轴52(旋转轴50)的接触。
142.(4)在几个实施方式中，在上述(2)或(3)的结构的基础上，优选的是，第二深度d2至少在第二区域362的一部分中比第一深度d1大、且为第一深度d1的3倍以下。
143.根据上述(4)的结构，能够有效地确保密封环30的周向的分割位置的附近的薄片20的上浮力。
144.(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一结构的基础上，优选的是，密封件安装槽31的轴向d1的上述一侧的内壁34a和另一侧的内壁34b形成于相同的构件。
145.根据上述(5)的结构，与一侧的内壁34a和另一侧的内壁34b形成于不同的构件的情况相比，能够抑制部件个数，也能够抑制组装成本。
146.(6)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一结构的基础上，可以是，密封件安装槽31的轴向d1的一侧的内壁34a和另一侧的内壁34b形成于不同的构件。
147.根据上述(6)的结构，通过将密封件安装槽31的一侧的内壁34a和另一侧的内壁34b形成于不同的构件，从而密封件安装槽31中的径向d3的外侧的区域也容易进行加工。由此，容易确保密封件安装槽31的精度，因此能够减少轴密封装置10中的流体的泄漏量。
148.(7)在几个实施方式中，在上述(6)的结构的基础上，优选的是，密封环30构成为包括形成有一侧的内壁34a的第一构件(低压侧密封环301)、以及形成有另一侧的内壁34b的第二构件(高压侧密封环302)，第一构件(低压侧密封环301)与第二构件(高压侧密封环302)一体地固定。优选的是，第一构件(低压侧密封环301)与第二构件(高压侧密封环302)的抵接位置(分割位置303)相比于薄板(薄片20)的轴向d1的中心位置向轴向d1的一侧及另一侧中的任一侧偏移。
149.根据上述(7)的结构，在组装轴密封装置10时，容易进行薄片20的定位。
150.(8)在几个实施方式中，在上述(7)的结构的基础上，可以是，上述抵接位置(分割位置303)相比于上述中心位置沿着轴向d1向远离槽36的方向偏移。
151.根据上述(8)的结构，上述抵接位置(分割位置303)与上述中心位置相比向另一侧偏移，因此容易进行具有侧板41的轴密封装置10的组装。
152.(9)本公开的至少一实施方式的旋转机械(压缩机2、涡轮机4)具备：旋转轴50(旋转轴51、旋转轴52)；以及上述(1)至(8)中任一结构的轴密封装置10。
153.根据上述(9)的结构，能够抑制轴密封装置10中的工作流体的泄漏，并且抑制旋转机械(压缩机2、涡轮机4)的成本。
154.附图标记说明：
155.1...燃气轮机系统；
156.2...压缩机(旋转机械)；
157.4...涡轮机(旋转机械)；
158.10...轴密封装置；
159.11...密封件区段体；
160.11a...第一区段体；
161.11b...第二区段体；
162.11e...端面；
163.20...薄片(薄板)；
164.30...密封环；
165.31...密封件安装槽；
166.34a、34b...内壁；
167.41...侧板(高压侧的侧板)；
168.50、51、52...旋转轴；
169.301...低压侧密封环(第一构件)；
170.302...高压侧密封环(第二构件)；
171.303...分割位置。

技术特征：
1.一种轴密封装置，其中，所述轴密封装置具备；多个薄板，其沿旋转轴的周向配置有多个，且在所述旋转轴的轴向上具有宽度；以及密封环，其包括用于安装所述多个薄板的密封件安装槽，所述密封件安装槽的所述轴向的一侧的内壁在所述旋转轴的径向内侧的区域中具有沿着所述周向形成的槽。2.根据权利要求1所述的轴密封装置，其中，所述密封环至少包括在所述周向上分割开的第一区段体及第二区段体，所述第一区段体及所述第二区段体中的所述槽包括：第一区域，其在所述轴向上的深度具有第一深度；以及第二区域，其比所述第一区域接近所述第一区段体及所述第二区段体中的所述周向的端面，具有比所述第一深度深的第二深度。3.根据权利要求2所述的轴密封装置，其中，所述第二深度随着接近所述端面而变深。4.根据权利要求2或3所述的轴密封装置，其中，所述第二深度至少在所述第二区域的一部分中比所述第一深度大、且为所述第一深度的3倍以下。5.根据权利要求1至3中任一项所述的轴密封装置，其中，所述密封件安装槽的所述轴向的所述一侧的内壁和另一侧的内壁形成于相同的构件。6.根据权利要求1至3中任一项所述的轴密封装置，其中，所述密封件安装槽的所述轴向的所述一侧的内壁和另一侧的内壁形成于不同的构件。7.根据权利要求6所述的轴密封装置，其中，所述密封环包括形成有所述一侧的内壁的第一构件、以及形成有所述另一侧的内壁的第二构件，所述第一构件与所述第二构件一体地固定，所述第一构件与所述第二构件的抵接位置相比于所述薄板的所述轴向的中心位置向所述轴向的一侧及另一侧中的任一侧偏移。8.根据权利要求7所述的轴密封装置，其中，所述抵接位置相比于所述中心位置沿着所述轴向向远离所述槽的方向偏移。9.一种旋转机械，其中，所述旋转机械具备：权利要求1至3中任一项所述的轴密封装置；以及所述旋转轴。

技术总结
本公开的至少一实施方式的轴密封装置具备：多个薄板，其沿旋转轴的周向配置有多个，且在旋转轴的轴向上具有宽度；以及密封环，其包括用于安装多个薄板的密封件安装槽。密封件安装槽的轴向的一侧的内壁在旋转轴的径向内侧的区域中具有沿着周向形成的槽。的区域中具有沿着周向形成的槽。的区域中具有沿着周向形成的槽。


技术研发人员：尾崎昂平 吉田亚积 古庄达郎 西本慎
受保护的技术使用者：三菱重工业株式会社
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2023/8/4