專利名稱：軸封機(jī)構(gòu)及具備該軸封機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將轉(zhuǎn)子與定子的間隙密封并將該間隙分為流體低壓區(qū)域和流體高壓區(qū)域的軸封機(jī)構(gòu)以及具備該軸封機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。本申請基于2010年10月27日在日本提出申請的特愿2010 — 241001號主張優(yōu)先權(quán)，在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
在燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子周圍，為了減少從高壓側(cè)向低壓側(cè)流動的動作流體的滲漏量而設(shè)有軸封機(jī)構(gòu)。作為該軸封機(jī)構(gòu)之一例，例如具有在以下的專利文獻(xiàn)I中記載的軸封機(jī)構(gòu)。該軸封機(jī)構(gòu)具備設(shè)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的定子側(cè)的殼體和被收納在該殼體中的密封體。殼體在其外殼的內(nèi)側(cè)具有收納空間，其收納空間的開放部朝向轉(zhuǎn)子的外周而形成。密封體由多個(gè)薄板密封片構(gòu)成。密封體通過將多個(gè)薄板密封片以各自的厚度方向朝向轉(zhuǎn)子的周向的方式相互隔開微小間隙重疊而構(gòu)成。各薄板密封片以其徑向內(nèi)側(cè)端比其徑向外側(cè)端更靠轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向側(cè)的方式傾斜配置。另外，其徑向外側(cè)端側(cè)相互連結(jié)，并且徑向內(nèi)側(cè)端成為自由端。該密封體的徑向外側(cè)被殼體收納支承，使密封體的徑向內(nèi)側(cè)從殼體的開放部向轉(zhuǎn)子的外周延伸。在這樣概略構(gòu)成的軸封機(jī)構(gòu)中，雖然各薄板密封片的徑向內(nèi)側(cè)在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)與轉(zhuǎn)子接觸，但當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用由轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的動壓力效果，從轉(zhuǎn)子的外周浮起而成為與轉(zhuǎn)子非接觸的狀態(tài)。因此，在該軸封機(jī)構(gòu)中，抑制了各薄板密封片的磨損，密封壽命延長。在上述專利文獻(xiàn)I記載的軸封機(jī)構(gòu)中，利用低壓側(cè)側(cè)密封板將密封體的流體低壓區(qū)域側(cè)的軸向一端部覆蓋。利用高壓側(cè)側(cè)密封板將密封體的流體高壓區(qū)域側(cè)的軸向另一端部覆蓋。而且，通過調(diào)節(jié)這些低壓側(cè)側(cè)密封板及高壓側(cè)側(cè)密封板的徑向尺寸，規(guī)定軸向一端部的下游側(cè)空間及軸向另一端部的上游側(cè)空間的大小，以輔助上述的動壓力效果產(chǎn)生的浮起力的方式設(shè)定微小間隙的氣體壓力分布。在上述軸封機(jī)構(gòu)中，密封體等以具有游隙的狀態(tài)被收納在殼體中，利用流體的壓差使密封體在收納空間中沿軸向進(jìn)行位移，覆蓋密封體的一端部的低壓側(cè)側(cè)密封板被壓靠于殼體。即，上述的密封體的上游側(cè)空間及下游側(cè)空間的大小以低壓側(cè)側(cè)密封板被壓靠于殼體的狀態(tài)為前提來設(shè)計(jì)。專利文獻(xiàn)1:專利第3616016號公報(bào)但是，在上述軸封機(jī)構(gòu)中，有時(shí)因混入于殼體的收納空間中的塵埃或者密封體側(cè)的部件及殼體的制造誤差等，限制了密封體的徑向外側(cè)在軸向的位移。該情況下具有如下問題，即，當(dāng)流體的壓力作用時(shí)，密封體的徑向內(nèi)側(cè)成為向流體低壓區(qū)域側(cè)傾斜的姿勢，低壓側(cè)側(cè)密封板的端部和殼體線狀地緊密貼合而形成與流體高壓區(qū)域連通的凹坑，在該凹坑中充滿高壓流體，密封體以傾斜的姿勢被按壓保持于殼體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這種情況而設(shè)立的，其目的在于提供一種軸封機(jī)構(gòu)，即使密封體成為傾斜的姿勢，也可防止密封體被保持為傾斜的姿勢。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下的方式。(I)本發(fā)明的軸封機(jī)構(gòu)，將環(huán)繞旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子的外周的定子與所述轉(zhuǎn)子的間隙密封，將所述間隙分為所述轉(zhuǎn)子的軸向一側(cè)的流體低壓區(qū)域和軸向另一側(cè)的流體高壓區(qū)域，其中，所述軸封機(jī)構(gòu)具備:收納體，其設(shè)于所述定子，形成有在周向上延伸的收納空間，并且，所述收納空間的開放部朝向所述轉(zhuǎn)子的外周而形成；密封體，其由在所述轉(zhuǎn)子的周向上相互隔開微小間隙而重疊的多個(gè)薄板密封片構(gòu)成，徑向外側(cè)端側(cè)被收納在所述收納體的收納空間，使徑向內(nèi)側(cè)端從所述開放部向所述轉(zhuǎn)子的外周延伸；板狀體，其覆蓋所述密封體的所述軸向一端部，并且，利用所述流體的壓力將朝向所述軸向一側(cè)的板面壓靠在與所述軸向相對的所述收納體的內(nèi)壁面上；凹凸部，其形成在所述板狀體的板面和所述收納體的內(nèi)壁面的至少一方，具有從所述徑向內(nèi)側(cè)向外側(cè)延伸且向所述軸向凹陷的凹部、和在所述徑向內(nèi)側(cè)比所述凹部更向另一側(cè)突出的凸部，所述凹凸部在所述凸部與所述另一方抵接而在所述一方與所述另一方之間形成有與所述流體高壓區(qū)域連通的凹坑的情況下，所述凹部使所述凹坑和所述流體低壓區(qū)域連通。根據(jù)該構(gòu)成，在板狀體的板面與收納體的內(nèi)壁面之間形成有與流體高壓區(qū)域連通的凹坑的情況下，凹部使凹坑和流體低壓區(qū)域連通，因此，密封體向流體低壓區(qū)域側(cè)傾斜而在板面與內(nèi)壁面之間形成凹坑，即使流體從流體高壓區(qū)域流入該凹坑，流體也會經(jīng)由凹部向流體低壓區(qū)域流動。由此，高壓流體不會充滿形成在板面與內(nèi)壁面之間的凹坑，能夠防止密封體傾斜的姿勢被一直保持。( 2)在上述(I)所述的軸封機(jī)構(gòu)中，在所述板狀體的板面和所述收納體的內(nèi)壁面的至少一方具備形成于所述徑向外側(cè)且相對于所述凹部在所述軸向上突出的突出部，所述突出部在將所述板面壓靠在所述內(nèi)壁面的情況下，與所述剩余一方緊密貼合而將所述流體高壓區(qū)域和所述流體低壓區(qū)域的連通截?cái)唷８鶕?jù)該構(gòu)成，由于在板面被壓靠在內(nèi)壁面的情況下，將流體高壓區(qū)域和流體低壓區(qū)域的連通截?cái)?，故而在密封體的傾斜姿勢被解除的情況下，將流體低壓區(qū)域和流體高壓區(qū)域的連通截?cái)?。由此，在密封體傾斜的姿勢下，能夠抑制密封體傾斜的姿勢被保持不變，而在密封體的傾斜姿勢被解除的情況下，能夠?qū)⒘黧w低壓區(qū)域和流體高壓區(qū)域的連通截?cái)?，確保所設(shè)計(jì)的密封性能。(3)在上述(I)或(2)所述的軸封機(jī)構(gòu)中，所述凹部具備從所述徑向內(nèi)側(cè)向外側(cè)延伸的徑向延伸槽。根據(jù)該構(gòu)成，能夠比較簡單地形成凹部和凸部。具備 ( 4)在上述(3 )所述的軸封機(jī)構(gòu)中，所述凹部比所述徑向延伸槽更靠所述徑向外側(cè)形成且在所述周向上延伸而與所述徑向延伸槽連通的周向延伸槽。根據(jù)該構(gòu)成，由于凹部遍及周向的較大范圍形成，故而能夠與在非特定部位形成的凹坑對應(yīng)而容易地使凹坑和流體低壓區(qū)域連通。(5)在上述(I) (4)中任一方面所述的軸封機(jī)構(gòu)中，所述凹凸部僅在所述板狀體的板面和所述收納體的內(nèi)壁面的一方形成。根據(jù)該構(gòu)成，由于凹凸部僅在板狀體的板面和收納體的內(nèi)壁面的一方形成，故而能夠抑制形成凹凸部的時(shí)間及勞力。(6)在上述(I) (5)中任一方面所述的軸封機(jī)構(gòu)中，所述凹凸部僅在所述板狀體的板面形成。根據(jù)該構(gòu)成，由于僅在板狀體的板面形成凹凸部，故而與在收納體的內(nèi)壁面形成凹凸部的情況相比，能夠容易地形成凹凸部。另外，通過僅更換已有的軸封機(jī)構(gòu)的板狀體就能夠得到本發(fā)明的構(gòu)成。(7)在上述(I) (5)中任一方面所述的軸封機(jī)構(gòu)中，所述凹凸部僅在所述收納體的內(nèi)壁面形成。根據(jù)該構(gòu)成，由于僅在收納體的內(nèi)壁面形成凹凸部，故而與在板狀體是形成凹凸部的情況相比，能夠比較容易地確保形成了凹凸部后的剛性，能夠提高凹凸部的形狀(例如凹部的范圍及寬幅)的自由度。(8)在上述(I) (4)中任一方面所述的軸封機(jī)構(gòu)中，所述凹凸部在所述板狀體的板面和所述收納體的內(nèi)壁面雙方形成，雙方的所述凸部相互抵接。根據(jù)該構(gòu)成，由于在板狀體的板面和收納體的內(nèi)壁面雙方形成有凹凸部,故而能夠減小雙方的凹部的深度，另一方面，能夠較大地確保凹坑和流體低壓區(qū)域的連通空間。(9)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其具備上述(I) (8)中任一方面所述的軸封機(jī)構(gòu)。根據(jù)該構(gòu)成，由于具備上述任一方面的軸封機(jī)構(gòu)，故而即使密封體成為傾斜的姿勢，也能夠抑制薄板密封片的浮起力的降低，能夠形成軸封機(jī)構(gòu)為高壽命且維修性優(yōu)異的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。根據(jù)本發(fā)明的軸封機(jī)構(gòu)，即使密封體成為傾斜的姿勢，也能夠防止密封體被保持為傾斜的姿勢，能夠抑制薄板密封片的浮起力的降低。另外，根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，由于即使密封體成為傾斜的姿勢，也能夠防止密封體被保持為傾斜的姿勢，并且能夠抑制薄板密封片的浮起力的降低，故而能夠提供軸封機(jī)構(gòu)高壽命、維修性優(yōu)異的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)(旋轉(zhuǎn)機(jī)械)I的概略整體構(gòu)成圖；圖2是圖1中的SI — SI線剖面圖；圖3是圖2中的S2 — S2線剖面圖；圖4是從軸向一側(cè)向另一側(cè)觀察到的本發(fā)明實(shí)施方式的密封扇形體11的概略圖；圖5是圖3中的S3 — S3線剖面圖；圖6是圖5中的S4 — S4線剖面圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施方式的軸封機(jī)構(gòu)10的第一作用說明圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施方式的軸封機(jī)構(gòu)10的第二作用說明圖9是本發(fā)明實(shí)施方式的軸封機(jī)構(gòu)10的第三作用說明圖；圖10是形成于本發(fā)明實(shí)施方式的密封扇形體11的微小間隙s的動作流體g的氣體壓力分布圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施方式的密封扇形體11中的薄板密封片20的主要部分剖面圖，是表示與旋轉(zhuǎn)軸5的軸向交叉的筒體部22的切斷面且用向量表示作用于筒體部22的壓力的圖；圖12是本發(fā)明第二實(shí)施方式的軸封機(jī)構(gòu)50的主要部分剖面圖，表示與周向交叉的截面；圖13是圖12中的S5 — S5線剖面圖；圖14是圖13中的S6 — S6線剖面圖；圖15是本發(fā)明第二實(shí)施方式的軸封機(jī)構(gòu)70的主要部分剖面圖，表示與周向交叉的斷面；圖16是圖15中的S8 — S8線剖面圖；圖17是圖16中的S9 — S9線剖面圖。標(biāo)記說明1:燃?xì)廨啓C(jī)(旋轉(zhuǎn)機(jī)械)2:壓縮機(jī)(旋轉(zhuǎn)機(jī)械)2A:轉(zhuǎn)子2B:定子4:蝸輪(旋轉(zhuǎn)機(jī)械)4A:轉(zhuǎn)子4B:定子9:殼體(收納體)9a:收納空間9d:開放部9e:內(nèi)壁面10、10c、50、70:軸封機(jī)構(gòu)12:密封體12c:高壓側(cè)端部(一端部)12d:低壓側(cè)端部(另一端部)17、17A:側(cè)密封板(板狀體)20:薄板密封片20a:外側(cè)端(徑向外側(cè)端)20b:內(nèi)側(cè)端(徑向內(nèi)側(cè)端)30、60:凹凸部31,61:凹部31a、61a:徑槽(徑向延伸槽)31b、61b:周槽(周向延伸槽)32、62:凸部
33,63:突出部X:凹坑g (gl、g2):燃燒氣體(流體)s:微小間隙
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。[燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)成]圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)(旋轉(zhuǎn)機(jī)械)I的概略整體結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，燃?xì)廨啓C(jī)I具備:將大量空氣取入內(nèi)部并進(jìn)行壓縮的壓縮機(jī)(旋轉(zhuǎn)機(jī)械)2 ;將燃料與由該壓縮機(jī)2壓縮后的壓縮空氣混合而使其燃燒的燃燒器3 ;將從燃燒器3導(dǎo)入的燃燒氣體的熱能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能的燃?xì)廨啓C(jī)(旋轉(zhuǎn)機(jī)械)4。壓縮機(jī)2及蝸輪4分別具備以按照一體旋轉(zhuǎn)的方式連結(jié)的轉(zhuǎn)子2A、4A、和圍繞轉(zhuǎn)子2A、4A的定子2B、4B。另外，在以下的說明中，只要沒有特別說明，將轉(zhuǎn)子2A、4A的軸向僅稱為“軸向”，將轉(zhuǎn)子2A、4A的周向僅稱為“周向”、將轉(zhuǎn)子2A、4A的徑向僅稱為“徑向”。轉(zhuǎn)子2A、4A具有旋轉(zhuǎn)軸6c、6和在軸向上空開間隔而固定的多個(gè)環(huán)狀動葉片組7c、7。各環(huán)狀動葉片組7c、7在旋轉(zhuǎn)軸6c、6的外周具有在周向上相互隔開間隔固定的多個(gè)動葉片而構(gòu)成。定子2B、4B分別具備殼體2b、4b、在殼體2b、4b內(nèi)在軸向上隔開間隔固定的多個(gè)環(huán)狀靜葉片組5c、5。環(huán)狀靜葉片組5c、5在各殼體2b、4b內(nèi)面具有在周向上相互隔開間隔固定的多個(gè)靜葉片。在各靜葉片的前端形成有輪轂罩，該輪轂罩(定子)在周向連結(jié)，整體成為圓環(huán)狀并圍繞在旋轉(zhuǎn)軸6c、6的外周。該環(huán)狀靜葉片組5c、5在軸向上分別交替地配置有多個(gè)環(huán)狀動葉片組7c、7。在壓縮機(jī)2及蝸輪4中，為了防止動作流體(壓縮空氣或燃燒氣體)g從高壓側(cè)向低壓側(cè)沿軸向漏出，如圖1所示，在各環(huán)狀靜葉片組5c、5的輪轂設(shè)有軸封機(jī)構(gòu)10c、10。另夕卜，殼體2b、4b在支承旋轉(zhuǎn)軸6c、6的軸承部(定子)2c、4c，為了防止動作流體g從高壓側(cè)向低壓側(cè)漏出，設(shè)有軸封機(jī)構(gòu)10c、10。以下，對蝸輪4的軸封機(jī)構(gòu)10的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，以下對蝸輪4的軸封機(jī)構(gòu)10進(jìn)行說明，但由于壓縮機(jī)2的軸封機(jī)構(gòu)IOc也基本上為同樣的結(jié)構(gòu)，故而省略該說明。[軸封機(jī)構(gòu)的第一實(shí)施方式]圖2是圖1中的S1- SI線剖面圖，圖3是圖2中的S2 — S2線剖面圖。如圖2所示，蝸輪4的軸封機(jī)構(gòu)10通過在分別被環(huán)狀靜葉片組5的輪轂罩和軸承部4c的內(nèi)周面支承的圓環(huán)狀的殼體9內(nèi)，沿周向配置有多個(gè)(本實(shí)施方式中為八個(gè))圓弧狀延伸的密封扇形體11而構(gòu)成。殼體9沿旋轉(zhuǎn)軸6的外周在整個(gè)周向延伸(參照圖2)，形成有圓環(huán)狀的收納空間9a。如圖3所示，殼體9的收納空間9a與周向交叉的截面輪廓為T形，將在徑向外側(cè)較大地形成寬度尺寸(軸向)的外側(cè)空間％、和在徑向內(nèi)側(cè)較小地形成寬度尺寸的內(nèi)側(cè)空間9c連通。而且，該內(nèi)側(cè)空間9c的開放部9d朝向徑向內(nèi)側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸6的外周。
如圖3所示，密封扇形體11包括:由多個(gè)薄板密封片20構(gòu)成的密封體12(參照圖4);形成截面-形且保持多個(gè)薄板密封片20的保持環(huán)13、14 ;配置在多個(gè)薄板密封片20的殼體9側(cè)的背面襯墊15 ;以從軸向夾著密封體12的方式設(shè)置的側(cè)密封板16、17。圖4是從軸向一側(cè)向另一側(cè)觀察到的密封扇形體11的概略圖。如圖4所示，密封體12重疊多個(gè)薄板狀的薄板密封片20 (參照圖2)，將這些多個(gè)薄板密封片20的徑向外側(cè)端20a側(cè)相互連結(jié)。如圖3所示，薄板密封片20是主要由薄鋼板形成的部件，從旋轉(zhuǎn)軸6的周向觀察，形成為T形(倒T形)，使其寬度方向朝向旋轉(zhuǎn)軸6的軸向，換言之，使其厚度方向朝向旋轉(zhuǎn)軸6的周向。該薄板密封片20具有頭部21、寬度尺寸及厚度尺寸形成得比該頭部21小的筒體部23、位于頭部21與筒體部23之間且寬度尺寸形成得比上述部件小的頸部22。該薄板密封片20在旋轉(zhuǎn)軸6的徑向從外側(cè)向內(nèi)側(cè)依次形成有頭部21、頸部22、筒體部23。多個(gè)薄板密封片20將各自的頭部21相互焊接而相互連結(jié)。另外，多個(gè)薄板密封片20的筒體部23可彈性變形，各自的筒體部23的徑向內(nèi)側(cè)端、即該薄板密封片20的徑向內(nèi)側(cè)端20b成為自由端。而且，在旋轉(zhuǎn)軸6停止時(shí)，各薄板密封片20的內(nèi)側(cè)端20b側(cè)以規(guī)定的預(yù)壓力與旋轉(zhuǎn)軸6相接觸。如圖4所示，多個(gè)薄板密封片20在周向上相互隔開微小間隙s排列。多個(gè)薄板密封片20的頭部21的厚度尺寸比頸部22及筒體部23的厚度尺寸大，由此，在各自的厚度方向上相互鄰接的兩個(gè)薄板密封片20的筒體部23之間形成有微小間隙S。由這樣的多個(gè)薄板密封片20構(gòu)成的密封體12使將多個(gè)各薄板密封片20的筒體部23的側(cè)端部20c聚集起來而形成小口狀的高壓側(cè)端部(另一端部)12c朝向流體高壓區(qū)域(軸向另一側(cè))，使將多個(gè)筒體部23的側(cè)端部20d聚集起來而形成小口狀的低壓側(cè)端部12d朝向流體低壓區(qū)域(軸向一側(cè))。保持環(huán)13、14都為截面-形，-形的內(nèi)側(cè)構(gòu)成槽部且在旋轉(zhuǎn)軸6的周向延伸的圓弧狀部件。各保持環(huán)13、14的槽部的寬度(旋轉(zhuǎn)軸6的徑向上的槽部的尺寸)比薄板密封片20的頭部21的、徑向上的尺寸稍大。薄板密封片20的頭部21的流體高壓區(qū)域側(cè)(軸向另一側(cè))進(jìn)入保持環(huán)13的槽部內(nèi)，薄板密封片20的頭部21的流體低壓區(qū)域(軸向一側(cè))進(jìn)入保持環(huán)14的槽部內(nèi)。在各保持環(huán)13、14的槽部的側(cè)壁與薄板密封片20的頭部21之間嵌入有背面襯墊15。由此，多個(gè)薄板密封片20的頭部21由保持環(huán)13、14保持。側(cè)密封板16、17均使厚度方向朝向軸向，從旋轉(zhuǎn)軸6的軸向觀察到的形狀為圓弧帶狀。另外，側(cè)密封板17的徑向尺寸比側(cè)密封板16的徑向尺寸短。這些側(cè)密封板16、17具有徑向外側(cè)的基體部16a、17a和徑向內(nèi)側(cè)的薄板密封部16b、17b?；w部16a、17a的厚度(軸向尺寸)比薄板密封部16b、17b的厚度大，基體部16a、17a以薄板密封部16b、17b為基準(zhǔn)向軸向突出。側(cè)密封板16的基體部16a進(jìn)入薄板密封片20的頭部21與筒體部23之間的高壓側(cè)凹坑，且被夾入薄板密封片20的頸部22與截面-形的保持環(huán)13的“ - ”的臂部前端之間。這樣，側(cè)密封板16的朝向軸向另一側(cè)的板面16c覆蓋密封體12中高壓側(cè)端部12c的大部分，從軸向看，僅使高壓側(cè)端部12c的徑向內(nèi)側(cè)露出。側(cè)密封板17的基體部17a進(jìn)入薄板密封片20的頭部21與筒體部23之間的低壓側(cè)凹坑，且被夾入薄板密封片20的頸部22與截面-形的保持環(huán)13的“ - ”的臂部前端之間。這樣，側(cè)密封板17的朝向軸向一側(cè)的板面17c覆蓋密封體12的低壓側(cè)端部12d中徑向外側(cè)的大致一半，從軸向看，使低壓側(cè)端部12d的徑向內(nèi)側(cè)的大致一半露出。如圖3所示，該密封扇形體11保持游隙而被收納在殼體9的收納空間9a。更具體地，保持薄板密封片20的頭部21的保持環(huán)13、14被收納在收納空間9a的外側(cè)空間％，側(cè)密封板16、17和薄板密封片20的筒體部23被收納在收納空間9a的內(nèi)側(cè)空間9c。而且，筒體部23的前端(內(nèi)側(cè)端20b)從收納空間9a的開放部9d向旋轉(zhuǎn)軸6突出。就該密封扇形體11而言，保持環(huán)13、14與殼體9的外側(cè)空間9b的壁面相干涉而限制徑向的位移，并且側(cè)密封板16、17與殼體9的內(nèi)側(cè)空間9c的壁面相干涉，將軸向的位移限制在規(guī)定的范圍。另外，該密封扇形體11被配設(shè)在外側(cè)空間9b的彈性體(無圖示)向徑向內(nèi)側(cè)施力。上述的密封扇形體11在使燃?xì)廨啓C(jī)I動作時(shí)，利用燃燒氣體g的壓力向流體低壓區(qū)域側(cè)位移，如圖3所示，側(cè)密封板17的板面17c被壓靠在軸向上相對的殼體9 (內(nèi)側(cè)空間9c)的內(nèi)壁面9e。在該內(nèi)壁面9e形成有凹凸部30。圖5是圖3中的S3 - S3線剖面圖，圖6是圖5中的S4 — S4線剖面圖。凹凸部30具有:從徑向內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)形成并且向軸向一側(cè)凹陷的凹部31、在徑向內(nèi)側(cè)沿周向連續(xù)形成并且相對于凹部31向板面17c側(cè)(軸向另一側(cè))突出的凸部32。凹部31具有:從徑向內(nèi)側(cè)向外側(cè)延伸的多個(gè)徑槽(徑向延伸槽)31a、形成在比多個(gè)徑槽31a更靠徑向外側(cè)且在周向上延伸并與各徑槽31a連通的周槽(周向延伸槽)31b。如圖5所示，徑槽31a的徑向尺寸形成為與槽寬尺寸相同程度的尺寸，如圖3及圖6所示，從比側(cè)密封板17的內(nèi)周端17d更靠徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)端31al向比內(nèi)周端17d更靠徑向外側(cè)的外端31a2延伸。如圖5所示，該徑槽31a在周向上經(jīng)由凸部32等間隔地形成有多個(gè)。周槽31b在周向上延伸，將徑向外側(cè)劃定為突出部33，并且將徑向內(nèi)側(cè)劃定為凸部32，分別與徑槽31a的外端31a2連通。突出部33相對于凹部31的底面在軸向突出并且在周向上連續(xù)形成，如圖3及圖6所示，與板面17c中相當(dāng)于基體部17a的位置相對。該突出部33在軸向上使與軸向交叉的端面形成在與凸部32的端面相同的位置。如圖5所示，凸部32形成圓弧帶狀，在周向與徑槽31a交替形成。這樣的凹凸部30及突出部33，周向上的端部和鄰接的另一密封扇形體11的殼體9的凹凸部30連接，凹部31在周向上連通。接著，主要使用附圖7 11對上述的軸封機(jī)構(gòu)10的作用進(jìn)行說明。燃?xì)廨啓C(jī)I從停止?fàn)顟B(tài)起動時(shí)，流體低壓區(qū)域與流體高壓區(qū)域的壓力差變大，與之成比例，密封扇形體11被燃燒氣體g向流體低壓區(qū)域推壓。此時(shí)，從流體低壓區(qū)域向流體高壓區(qū)域流動的燃燒氣體g除了從密封體12的薄板密封片20的微小間隙s通過之外，如圖7所示，經(jīng)由開放部9d從流體高壓區(qū)域流入殼體9的收納空間9a，沿著側(cè)密封板16在內(nèi)側(cè)空間9c向徑向外側(cè)流動而流入外側(cè)空間％，沿著保持環(huán)13、背面襯墊15、保持環(huán)14流過外側(cè)空間9b后，沿著側(cè)密封板17的板面17c和內(nèi)側(cè)空間9c的內(nèi)壁面9e向徑向內(nèi)側(cè)流動而向流體低壓區(qū)域流動(用標(biāo)記gl表示)。另外,在內(nèi)側(cè)空間9c中向徑向外側(cè)流動而到達(dá)側(cè)密封板16的基體部16a的燃燒氣體g的一部分通過側(cè)密封板16與頭部21及筒體部23的間隙、頸部22的間隙、側(cè)密封板17與頭部21及筒體部23的間隙(用標(biāo)記g2表示)。如圖7所示，在密封扇形體11與殼體9的內(nèi)壁面9e緊密貼合之前，例如，若因混入殼體9的收納空間9a的塵埃D而限制密封扇形體11的徑向外側(cè)的軸向位移時(shí)，如圖8所示，密封扇形體11的徑向內(nèi)側(cè)(徑向內(nèi)側(cè)端20b)被燃燒氣體g推壓而向軸向一偵_斜。傾斜的密封扇形體11由于其徑向內(nèi)側(cè)被燃燒氣體g推壓，從而側(cè)密封板17的內(nèi)周端17與殼體9的內(nèi)壁面9e (凸部31)線狀地緊密貼合。該情況下，在側(cè)密封板17的板面17c與內(nèi)壁面9e之間形成有隨著從徑向外側(cè)向內(nèi)側(cè)前進(jìn)而成為尖銳狀的凹坑X。從殼體9的開放部9d流入到內(nèi)側(cè)空間9c的燃燒氣體g經(jīng)由外側(cè)空間9b流入凹坑X后，經(jīng)由凹部31向流體低壓區(qū)域流出。具體地，從凹坑X流入周槽31b后，從外端31a2到內(nèi)端31al流經(jīng)徑槽31a,再向內(nèi)側(cè)空間9流出，沿內(nèi)壁面9e向徑向內(nèi)側(cè)流動而向流體低壓區(qū)域流出。若流體低壓區(qū)域與流體高壓區(qū)域的壓力差增大至規(guī)定值以上時(shí)，燃燒氣體g整體性地推壓密封體12及側(cè)密封板16，由此，如圖9所示，板面17c和內(nèi)壁面9e緊密貼合。在該狀態(tài)下，突出部33與板面17c緊密貼合，由此將在收納空間9a流動的燃燒氣體gl、g2密封。而且，通過將內(nèi)壁面9e壓靠到板面17c上，密封體12的低壓側(cè)端部12d的下游側(cè)空間L (參照圖10)成為所設(shè)定的大小。另一方面，侵入各微小間隙s中的燃燒氣體g如圖10所示地經(jīng)由微小間隙s沿著相對的上面20P和下面20q從角部rl向角部r2的方向放射狀地流動。S卩，通過使側(cè)密封板17的徑向尺寸比側(cè)密封板16的徑向尺寸大，如圖9所示，形成在薄板密封片20的內(nèi)側(cè)端20b，在位于高壓側(cè)的角部rl，氣體壓力最高，朝向?qū)堑慕遣縭2氣體壓力逐漸減弱的氣體壓力分布40a。如圖10所示，氣體壓力分布40a朝向薄板密封片20的外側(cè)端20a，低壓的區(qū)域擴(kuò)大。因此，如圖10所示，施加在各薄板密封片20的上面20P及下面20q的氣體壓力分布40b,40c成為越接近薄板密封片20的內(nèi)側(cè)端20b越增大，且越朝向外側(cè)端20a越減小的三角分布形狀。如圖11所示，上面20P及下面20q各自的氣體壓力分布40b、40c成為大致相等的形狀，但由于向旋轉(zhuǎn)軸6的外周的切線方向傾斜而配置有各薄板密封片20，故而這些上面20P及下面20q的各氣體壓力分布40b、40c的相對位置錯(cuò)開。因此，薄板密封片20的外側(cè)端20a朝向內(nèi)側(cè)端20b的任意點(diǎn)P的上面20P及下面20q的氣體壓力產(chǎn)生差值，施加在下面20q的氣體壓力比施加在上面20P的氣體壓力更高。由此，在相對于薄板密封片20的內(nèi)側(cè)端20b從旋轉(zhuǎn)軸6浮起的方向產(chǎn)生浮起力FL。如上所述，對薄板密封片20作用浮起力FL，對基于動壓力效果產(chǎn)生的浮起力進(jìn)行輔助。如以上說明，根據(jù)本實(shí)施方式的軸封機(jī)構(gòu)10，在側(cè)密封板17的板面17c與殼體9的內(nèi)壁面9e之間形成有與流體高壓區(qū)域連通的凹坑X的情況下，形成于內(nèi)壁面9e的凹部31使凹坑X和流體低壓區(qū)域連通，故而即使密封扇形體11由于混入到與殼體9的收納空間9a之間的塵埃D而向流體低壓區(qū)域側(cè)傾斜并形成凹坑X，高壓的燃燒氣體g也會經(jīng)由凹坑X而向流體低壓區(qū)域流動。由此，高壓的燃燒氣體g不會充滿形成在板面17c與內(nèi)壁面9e之間的凹坑X，能夠防止密封扇形體11保持傾斜姿勢不變。而且，能夠使密封體12的上游側(cè)空間H及下游側(cè)空間L恢復(fù)至所設(shè)計(jì)的大小，能夠抑制薄板密封片20的浮起力降低。另外，在推壓板面17c和內(nèi)壁面9e的情況下，通過突出部33將流體高壓區(qū)域和流體低壓區(qū)域的連通截?cái)啵识诿芊怏w12的傾斜被解除的情況下，將流體低壓區(qū)域和流體高壓區(qū)域的連通截?cái)?。由此，在密封扇形體11傾斜的姿勢下，能夠抑制密封扇形體11保持傾斜姿勢不變，而在姿勢的傾斜被解除的情況下，能夠確保所設(shè)計(jì)的密封性能。另外，由于僅在內(nèi)壁面9e形成有凹凸部30，故而如后述，與在內(nèi)壁面9e及板面17c雙方形成凹凸部的情況相比，能夠減輕勞力及時(shí)間。另外，由于僅在比側(cè)密封板17更厚(軸向尺寸)的殼體9的內(nèi)壁面9e形成凹凸部30，故而與在板面17c形成凹凸部30的情況相比，能夠比較容易地確保形成凹凸部后的剛性。另外，能夠提高凹凸部30的形狀(凹部31的寬度及深度)的自由度。另外，由于具備抑制了薄板密封片20的浮起力的降低并長壽命的軸封機(jī)構(gòu)10，故而能夠提高燃?xì)廨啓C(jī)的維修性。另外，周槽31b沿周向延伸且遍及周向的較大范圍形成凹部31，故而能夠與在非特定部位形成的凹坑X對應(yīng)而使凹坑X和流體低壓區(qū)域連通。另外，在上述的構(gòu)成中，將密封扇形體11沿周向配置八個(gè)而構(gòu)成軸封機(jī)構(gòu)10，但也可以由單數(shù)或八個(gè)以外的多個(gè)密封扇形體構(gòu)成軸封機(jī)構(gòu)。另外，在上述的構(gòu)成中，周向上的端部和鄰接的另一密封扇形體11的殼體9的凹凸部30連續(xù)，形成凹部31在周向上連通的構(gòu)成，但也可以使在周向上相互鄰接的密封扇形體11的凹部31隔絕。[軸封機(jī)構(gòu)的第二實(shí)施方式]接著，使用附圖對本發(fā)明第二實(shí)施方式的軸封機(jī)構(gòu)50進(jìn)行說明。圖12是軸封機(jī)構(gòu)50的與周向交叉的主要部分剖面圖(圖13中的S7 — S7線剖面圖)，圖13是圖12中的S5 — S5線剖面圖，圖14是圖13中的S6 — S6線剖面圖。另外，在圖12 圖14中,對于與圖1 圖11相同的構(gòu)成要素標(biāo)注同一標(biāo)記并省略其說明。相對于軸封機(jī)構(gòu)10僅在殼體9的內(nèi)壁面9e形成凹凸部30的構(gòu)成，軸封機(jī)構(gòu)50如圖12所示地僅在側(cè)密封板17的板面17c形成有凹凸部60。如圖13所示，凹凸部60具有凹部61和凸部62。凹部61為與凹部31大致同樣的構(gòu)成，具有從內(nèi)周端17d向徑向外側(cè)放射狀地延伸的多個(gè)徑槽61a、和在比多個(gè)徑槽61a更靠徑向外側(cè)形成并與徑槽61a連通的周槽61b。凸部62成為與凸部32大致同樣的構(gòu)成，在周向上鄰接的兩個(gè)徑槽61a之間形成有多個(gè)。在形成有該凹凸部60的板面17c上,在徑向外側(cè)形成有沿周向延伸且從周槽31b的底面向內(nèi)壁面9e突出而劃定周槽31b的徑向外周側(cè)的突出部63。在軸向上，突出部63的與軸向交叉的端面形成在與凸部62的端面同一位置。根據(jù)該構(gòu)成，在密封扇形體11成為向流體低壓側(cè)傾斜的姿勢且側(cè)密封板17的內(nèi)周端17d與內(nèi)壁面9e抵接的情況下，凹部61 (徑槽61a)使凹坑X和流體低壓區(qū)域連通。另外，如圖13所示，板面17c被壓靠在內(nèi)壁面9e上時(shí)，突出部63與內(nèi)壁面9e緊密貼合，將燃燒氣體gl、g2 (參照圖7、8)密封。由此，能夠得到與上述效果同樣的效果。另外，由于僅在側(cè)密封板17的板面17c形成凹凸部60，故而與殼體9的內(nèi)壁面9e相比，能夠容易地形成凹凸部。另外，通過僅更換現(xiàn)有的軸封機(jī)構(gòu)的側(cè)密封板17就能夠得到本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。[軸封機(jī)構(gòu)的第三實(shí)施方式]接著，使用附圖對本發(fā)明第三實(shí)施方式的軸封機(jī)構(gòu)70進(jìn)行說明。圖15是軸封機(jī)構(gòu)70的與周向交叉的主要部分剖面圖(圖16中的SlO — SlO線剖面圖)，圖16是圖15中的S8 - S8線剖面圖，圖17是圖16中的S9 — S9線剖面圖。另外，在圖15 圖17中，對于與圖1 圖14同樣的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注同一標(biāo)記并省略其說明。軸封機(jī)構(gòu)70在具備突出部33方面和具備側(cè)密封板17A方面與軸封機(jī)構(gòu)10、50不同。側(cè)密封板17A與第二實(shí)施方式的側(cè)密封板17同樣地形成有凹凸部60，但在未形成突出部63這一點(diǎn)上與第二實(shí)施方式的側(cè)密封板17不同。即，相對于第二實(shí)施方式的側(cè)密封板17的凹部61 (周槽61b) —直形成到突出部63的構(gòu)成，側(cè)密封板17A的凹部61 —直形成到側(cè)密封板17A的外末端。如圖15及圖16所示，突出部33從內(nèi)壁面9e向板面17c在軸向上突出與側(cè)密封板17A的凸部62的高度(距凹部31的底面的高度)大致相等的高度。根據(jù)該構(gòu)成，在密封扇形體11成為向流體低壓側(cè)傾斜的姿勢且側(cè)密封板17A的內(nèi)周端17d與內(nèi)壁面9e抵接的情況下，凹部61使凹坑X和流體低壓區(qū)域連通。另外，如圖15及圖17所示，板面17c被壓靠至內(nèi)壁面9e時(shí)，突出部33與凹部61的底面緊密貼合，將燃燒氣體gl、g2 (參照圖7、8)密封。由此，能夠得到與上述效果同樣的效果。另外，在側(cè)密封板17A的板面17c形成凹凸部60，而在內(nèi)壁面9e形成突出部33，故而例如即使因保持環(huán)14及殼體9的大小及形狀的不同等而對凹凸部及突出部的形成位置產(chǎn)生制約，也能夠靈活地應(yīng)對該制約，能夠提高設(shè)計(jì)的自由度。另外，在上述的構(gòu)成中，在側(cè)密封板17A形成凹凸部60、在收納體9形成突出部33，但也可以在收納體9形成凹凸部60而省略突出部33，且在側(cè)密封板17形成突出部63。另外,在上述的實(shí)施方式中所示的動作順序或者各構(gòu)成部件的諸形狀及組合等為一例，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可基于設(shè)計(jì)要求等進(jìn)行各種變更。例如，在上述的實(shí)施方式中，將殼體9與定子(輪轂罩、軸承部2c、4c)分體地形成，但也可以一體形成。另外，在上述各實(shí)施方式中，使用了凹凸部30和凹凸部60的一方，但也可以形成為使用凹凸部30、60雙方使凸部32、62抵接的構(gòu)成。通過形成這樣的構(gòu)成，能夠較小地形成雙方的凹部31、61的深度，并且能夠較大地構(gòu)成凹坑X與低壓側(cè)空間的連通空間。同樣地，也可以構(gòu)成為通過使用突出部33、63雙方使突出部33、63相互緊密貼合而截?cái)嗔黧w高壓區(qū)域與流體低壓區(qū)域的連通的構(gòu)成。另外，在上述的各實(shí)施方式中，凹凸部30及凹凸部60的形狀及構(gòu)成為一例，不限定于上述的形狀及構(gòu)成。例如，徑槽31a不一定將徑向尺寸和槽寬尺寸形成為相同程度的尺寸，或者不一定等間隔地形成。同樣地，也可以不形成多個(gè)徑槽31a而僅形成一個(gè)。另外，在上述的各實(shí)施方式中，形成為在凹凸部30、70分別設(shè)有周槽31b的構(gòu)成，但也可以省略周槽31b，還可以形成多個(gè)。在該情況下，也可以將徑槽31a延長到徑向外側(cè)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性在燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，能夠減少從高壓側(cè)向低壓側(cè)的動作流體的
滲漏量。
權(quán)利要求
1.一種軸封機(jī)構(gòu)，將環(huán)繞旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子的外周的定子與所述轉(zhuǎn)子的間隙密封，將所述間隙分為所述轉(zhuǎn)子的軸向一側(cè)的流體低壓區(qū)域和軸向另一側(cè)的流體高壓區(qū)域，其中，所述軸封機(jī)構(gòu)具備: 收納體，其設(shè)于所述定子，形成有在周向上延伸的收納空間，并且，所述收納空間的開放部朝向所述轉(zhuǎn)子的外周而形成； 密封體，其由在所述轉(zhuǎn)子的周向上相互隔開微小間隙而重疊的多個(gè)薄板密封片構(gòu)成，徑向外側(cè)端側(cè)被收納在所述收納體的收納空間，使徑向內(nèi)側(cè)端從所述開放部向所述轉(zhuǎn)子的外周延伸； 板狀體，其覆蓋所述密封體的所述軸向一端部，并且，利用所述流體的壓力將朝向所述軸向一側(cè)的板面壓靠在與所述軸向相對的所述收納體的內(nèi)壁面上； 凹凸部，其形成在所述板狀體的板面和所述收納體的內(nèi)壁面的至少一方，具有從所述徑向內(nèi)側(cè)向外側(cè)延伸且向所述軸向凹陷的凹部、和在所述徑向內(nèi)側(cè)比所述凹部更向另一側(cè)突出的凸部， 所述凹凸部在所述凸部與所述另一方抵接而在所述一方與所述另一方之間形成有與所述流體高壓區(qū)域連通的凹坑的情況下，所述凹部使所述凹坑和所述流體低壓區(qū)域連通。
2.按權(quán)利要求1所述的軸封機(jī)構(gòu)，其中， 在所述板狀體的板面和所述收納體的內(nèi)壁面的至少一方具備形成于所述徑向外側(cè)且相對于所述凹部在所述軸向上突出的突出部， 所述突出部在將所述板面壓靠在所述內(nèi)壁面的情況下，與所述剩余一方緊密貼合而將所述流體高壓區(qū)域和所述流體低壓區(qū)域的連通截?cái)唷?br> 3.按權(quán)利要求1或2所述的軸封機(jī)構(gòu)，其中，所述凹部具備從所述徑向內(nèi)側(cè)向外側(cè)延伸的徑向延伸槽。
4.按權(quán)利要求3所述的軸封機(jī)構(gòu)，其中，所述凹部具備比所述徑向延伸槽更靠所述徑向外側(cè)形成且沿所述周向延伸并與所述徑向延伸槽連通的周向延伸槽。
5.按權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的軸封機(jī)構(gòu)，其中，所述凹凸部僅在所述板狀體的板面和所述收納體的內(nèi)壁面的一方形成。
6.按權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的軸封機(jī)構(gòu)，其中，所述凹凸部僅在所述板狀體的板面形成。
7.按權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的軸封機(jī)構(gòu)，其中，所述凹凸部僅在所述收納體的內(nèi)壁面形成。
8.按權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的軸封機(jī)構(gòu)，其中，所述凹凸部在所述板狀體的板面和所述收納體的內(nèi)壁面雙方形成，雙方的所述凸部相互抵接。
9.一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其具備權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的軸封機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種軸封機(jī)構(gòu)以及具有該軸封機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，即使旋轉(zhuǎn)體的軸封構(gòu)造的密封體傾斜，也能夠防止密封體被保持為傾斜的姿勢。本發(fā)明的軸封機(jī)構(gòu)具備設(shè)于定子上的收納體(9)；由在轉(zhuǎn)子的周向上相互隔開微小間隙而重疊的多個(gè)薄板密封片(20)構(gòu)成的密封體(12)；覆蓋密封體(12)的軸向一端部(20d)并且板面(17c)被壓靠在收納體(9)的內(nèi)壁面(9e)上的板狀體(17)，在板狀體(17)的板面(17c)和收納體(9)的內(nèi)壁面(9e)的至少一方形成有從徑向內(nèi)側(cè)向外側(cè)延伸且在軸向凹陷的凹部(31)、和在徑向內(nèi)側(cè)比凹部(31)更向另一側(cè)突出的凸部，在凸部與另一方抵接并在所述一方與所述另一方之間形成有與流體高壓區(qū)域連通的凹坑(X)的情況下，凹部(31)使凹坑(X)和所述流體低壓區(qū)域連通。
文檔編號F01D11/00GK103097780SQ20118004036
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者上原秀和, 篠原種宏, 西本慎, 中野隆, 荒木勝人, 高橋達(dá)治 申請人:三菱重工業(yè)株式會社