[发明专利]轴封装置以及具备该轴封装置的旋转机械

说明书

技术领域

本发明涉及抑制流体在旋转轴的轴向上的流动的轴封装置以及具备该轴封装置的旋转机械。

背景技术

为了减少从高压侧向低压侧流动的工作流体的泄露量，绕燃气轮机、汽轮机等旋转机械的旋转轴设有轴封装置。作为该轴封装置的一例，例如具有以下的专利文献1所记载的轴封装置。

该轴封装置具备由多个薄板密封片构成的密封体。在该轴封装置中，多个薄板密封片以各自的厚度方向朝向旋转轴的周向的方式沿周向层叠。各薄板密封片倾斜配置，使得其径向内侧端位于比其径向外侧端靠旋转轴的旋转方向侧的位置。

该轴封装置中的各薄板密封片的径向内侧端是自由端。该自由端在旋转轴静止时与旋转轴接触。然而，在旋转轴旋转时，通过因旋转轴的旋转而产生的动压效果，在各薄板密封片的自由端侧产生使其从旋转轴的外周面上浮的上浮力。另外，在该轴封装置中，在工作流体从旋转轴延伸的轴向的一方侧即高压区域向低压区域而在各薄板密封片的相互之间流动的过程中，该工作流体向低压区域侧流动，并且向离开旋转轴的一侧也就是径向外侧流动。因此，通过该流动，形成使各薄板密封片上浮的压力分布，在各薄板密封片的自由端侧产生上浮力。

如此，在旋转轴旋转时，各薄板密封片的自由端从旋转轴上浮而成为非接触状态。因此，在该轴封装置中，各薄板密封片的磨损得以抑制，密封寿命变长。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3616016号公报

在现有的轴封装置中，为了使各薄板密封片的自由端从旋转轴上浮，需要使工作流体在旋转轴的轴向上从高压区域流向低压区域的流动为恒定的方向。然而，在旋转机械之中，工作流体在旋转轴的轴向上的流动方向有时发生变化。在此，在以下的说明中，将用于使各薄板密封片的自由端上浮的工作流体的流动设为稳定时流动，将与稳定时流动相反的方向上的流动设为非稳定时流动。

在以使工作流体的流动成为稳定时流动方向的方式设置的现有的轴封装置中，在低压区域的压力与高压区域的压力反转时，工作流体成为非稳定时流动方向。此时，在各薄板密封片的相互之间流动的工作流体朝向靠近旋转轴的一侧也就是径向内侧流动。若成为这样的状态，则现有的轴封装置成为将各薄板密封片向旋转轴侧按压的压力分布，有时无法使各薄板密封片的自由端从旋转轴上浮。

因而，在现有的轴封装置中存在如下课题：若工作流体在旋转轴的轴向上的流动方向发生变化，则构成密封体的各薄板密封片的自由端无法从旋转轴上浮，密封体与旋转轴接触，由此发生磨损，密封寿命缩短。另外，如上所述，还存在当密封体发生磨损时、稳定时流动方向上的密封性能降低这样的课题。

发明内容

对此，本发明的目的在于提供一种轴封装置、以及具备该轴封装置的旋转机械，即使工作流体在旋转轴的轴向上的流动方向发生变化也能够防止密封体与旋转轴的接触所造成的密封体的磨损，并且延长密封寿命。

作为用于解决所述课题的发明的第一方案的轴封装置，将旋转轴与覆盖所述旋转轴的外周侧的定子之间的环状空间在所述旋转轴延伸的轴向上分为低压区域侧与高压区域侧，其中，所述轴封装置具备：壳体，其形成有以所述旋转轴为中心而沿周向延伸的环状凹部，且被固定于所述定子；密封体，其配置在所述旋转轴的外周上，所述密封体的所述旋转轴的径向外侧的部分被收纳于所述壳体的所述环状凹部；以及高压侧密封板，其厚度方向朝向所述轴向，且在所述壳体的所述环状凹部内沿着所述密封体的所述高压区域侧配置，在所述密封体、所述壳体与所述高压侧密封板中的任一构件的所述径向外侧，形成有供所述低压区域侧的流体能够穿过所述密封体中的一部分而流入的流入槽，在所述壳体与所述高压侧密封板中的一方的构件上形成有使所述流入槽与所述高压区域侧的空间连通的连通路。

在低压区域侧比高压区域侧压力高的非稳定时，低压区域侧的流体穿过密封体中，向低压的高压区域侧的空间流入。在该轴封装置中，在密封体、壳体与高压侧密封板中的任一构件的径向外侧形成有流入槽。因此，在非稳定时低压区域侧的流体穿过密封体中的过程，一部分的流体向流入槽流入。流入至流入槽的流体经由连通路而向低压的高压区域侧的空间流入。

因此，在该轴封装置中，在非稳定时低压区域侧的流体穿过密封体中的过程，一部分流体成为具有朝向径向外侧成分的流动。在该轴封装置中，在非稳定时通过该流动在密封体的径向内侧产生上浮力。因此，密封体的径向内侧端从旋转轴上浮。