JP7634704B2 - シール装置及び回転機械並びにシール装置の取付方法 - Google Patents

Description

本開示は、シール装置及び回転機械並びにシール装置の取付方法に関する。
本願は、２０２２年２月１８日に日本国特許庁に出願された特願２０２２－０２３４７０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ガスタービンや蒸気タービン等の回転機械の回転部と静止部との間の隙間を介した流体漏れを低減するためのシール装置として、回転機械の運転状態等に応じてシール部材が径方向に沿って移動可能な構造を有するものが使用されることがある。

特許文献１には、ロータ（回転部）とステータ（静止部）との間に設けられ、径方向に沿って移動可能な可動シール部材を備えた軸シール装置が開示されている。可動シール部材は、ステータに固定されたハウジング（静止部）の溝に部分的に収容されるとともに、弾性部材によって径方向外側に向かって付勢されるようになっている。

特許文献１の軸シール装置では、回転機械の起動停止動作中又は停止中においては、可動シール部材は弾性部材によって径方向外側に向かって付勢されて、ロータと可動シール部材との間のクリアランスが大きく保たれる。一方、回転機械の負荷運転中には、高圧側の作動流体の圧力が可動シール部材の外周面に作用することで、可動シール部材に径方向内向きの力（即ち、弾性部材の付勢力に抗する力）が加わる。これにより、可動シール部材が起動停止動作中等に比べて径方向内側に変位し、ロータと可動シール部材との間のクリアランスが小さく保たれる。

特開２０１８－１４１５２７号公報

ところで、特許文献１記載のシール装置では、可動シール部材が回転機械の静止部の溝に部分的に収容されており、シール部材が径方向に沿って移動するときに、シール部材と静止部とが摺動する。この摺動が繰り返されると、シール部材及び静止部の摺動面に摩耗等が生じ、摺動面の状態（摩擦係数等）が所期の状態から変化する。このように摺動面が所期の状態から変化すると、可動シール部材が意図するタイミングで動かない等、可動シール部材の動作が期待から外れたものとなり、シール装置の動作が不安定なものとなり得る。その結果、回転機械の効率低下や、シール部材の回転部との接触リスクの増大につながるおそれがある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、可動シール部材を含むシール装置の安定的な動作を維持しやすいシール装置及び回転機械並びに該シール装置の取付方法を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係るシール装置は、
回転機械の径方向にて前記回転機械の回転部と静止部との間に設けられるシール部材と、
周方向に沿って延びるように前記静止部に設けられた溝に少なくとも部分的に収容され、前記シール部材を前記径方向に沿って移動可能に支持するための保持部材と、
を備え、
前記保持部材は、
前記溝に収容される基部と、
前記基部から径方向内側に向かって突出する突出部と、を有し、
前記シール部材は、軸方向にて前記突出部に隣接して前記突出部と摺動可能な摺動面を有する。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械は、
回転部及び静止部と、
前記回転部と前記静止部との間の流体の漏れを低減するための上述のシール装置と、
を備える。

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るシール装置の取付方法は、
回転部及び静止部を備える回転機械に上述のシール装置を取り付けるための取付方法であって、
前記シール部材を前記保持部材に組付けた状態で、前記保持部材を前記静止部に設けられた前記溝に周方向に沿って挿入するステップ
を備える。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、可動シール部材を含むシール装置の安定的な動作を維持しやすいシール装置及び回転機械並びに該シール装置の取付方法が提供される。

一実施形態に係る回転機械の部分的な概略断面図である。 一実施形態に係るシール装置の概略的な断面図であり、図１のＡ－Ａに沿った断面図である。 一実施形態に係るシール装置の概略的な断面図であり、図１のＡ－Ａに沿った断面図である。 一実施形態に係るシール装置の概略的な断面図であり、図１のＢ－Ｂに沿った断面図である。 一実施形態に係るシール装置の概略的な断面図であり、図１のＢ－Ｂに沿った断面図である。 一実施形態に係るシール装置の摺動部の模式的な拡大図である。 一実施形態に係るシール装置の摺動部の模式的な拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（回転機械の構成）
図１は、一実施形態に係る回転機械の軸方向に直交する部分的な概略断面図である。図２Ａ及び図２Ｂは、一実施形態に係るシール装置の概略的な断面図であり、図１のＡ－Ａに沿った断面図である。図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態に係るシール装置の概略的な断面図であり、図１のＢ－Ｂに沿った断面図である。ここで、図２Ａ及び図３Ａは、回転機械の起動停止動作中におけるシール装置を示す図である。図２Ｂ及び図３Ｂは、回転機械の負荷運転中におけるシール装置を示す図である。

幾つかの実施形態に係る回転機械は、タービン（ガスタービン又は蒸気タービン等）、圧縮機又はポンプ等の流体機械である。図１～図３Ｂに示すように、一実施形態に係る回転機械１は、回転部２（ロータ）と、回転部２の外周側に設けられる静止部４（図１において不図示）と、を含む。回転部２は、軸受（不図示）によって中心軸Ｏの周りを回転可能に支持される。静止部４は、回転部２を収容するケーシング、及び、該ケーシングに支持される静止部材を含む。静止部４は、静翼を支持するための翼環、又は、シール部材等を支持するための静止部材（例えば、ダミーリングや保持環等）を含んでもよい。

回転機械１の径方向における回転部２と静止部４との間には、流体の通路（典型的には環状の通路）が形成される。図２Ａ～図３Ｂに示すように、回転機械１は、上述の流体の通路のうち、比較的高圧の流体が流れる通路を含む高圧部６と、高圧部６における流体よりも低圧の流体が流れる通路を含む低圧部８と、を含む。高圧部６と低圧部８とは、軸方向（中心軸Ｏの方向）において互いにずれて位置している。

回転機械１は、回転部２と静止部４との間の隙間を介した流体漏れを低減するためシール装置１０をさらに備えている。以下、幾つかの実施形態に係るシール装置１０についてより詳細に説明する。

（シール装置の構成）
図１～図３Ｂに示すように、シール装置１０は、回転機械１の径方向にて回転部２と静止部４との間に設けられる可動シール部材２０（シール部材）と、可動シール部材２０を径方向に沿って移動可能に支持するための保持部材３０と、を含む。一実施形態では、図１に示すように、可動シール部材２０及び保持部材３０は、周方向に沿って延在する。即ち、可動シール部材２０及び保持部材３０は、円弧形状又はリング形状を有していてもよい。

なお、幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、シール装置１０は、周方向にて可動シール部材２０と隣り合うように設けられる固定シール部材４０を含んでもよい。固定シール部材４０は、基本的には径方向に沿って動かないように構成される。図１に示す例示的な実施形態では、シール装置１０は、上下方向（鉛直方向）において回転部２の上方及び下方にそれぞれ設けられる可動シール部材２０と、回転部２の側方において可動シール部材２０の周方向における端部に隣り合うように設けられる複数の固定シール部材４０と、を含む。

図２Ａ～図３Ｂに示すように、可動シール部材２０は、回転機械１の軸方向にて高圧部６と低圧部８との間に設けられる。図２Ａ～図３Ｂに示す例示的な実施形態では、可動シール部材２０のうち回転部２に対向する面２０ａ（内周面）に、複数のシールフィン２４が設けられる。幾つかの実施形態では、回転部２の外周面（即ち可動シール部材２０に対向する面）に複数のシールフィンが設けられていてもよい。

可動シール部材２０は、静止部４に対向する外周面２０ｂを有し、径方向にて該外周面２０ｂと静止部４との間に高圧部６と連通可能な隙間２１が形成される。即ち、可動シール部材２０の外周面２０ｂには、高圧部６からの流体の圧力が作用するようになっている。

保持部材３０は、周方向に沿って延びるように静止部４に設けられた溝５に少なくとも部分的に収容される。溝５は、静止部４の内周面４ａから径方向外側に凹むように設けられる。溝５は、回転機械１の回転部２を収容するケーシング（静止部４）、又は、該ケーシングに支持される静止部材（静止部４）に設けられたものであってもよい。溝５は、例えば、蒸気タービンのダミーリング（静止部４）、又は、ガスタービンの保持環（静止部４）に設けられたものであってもよい。図２Ａ～図３Ｂに示す例示的な実施形態では、保持部材３０は、溝５に収容される基部３２と、基部３２から径方向内側に向かって突出する突出部３４と、を含む。

保持部材３０のうち、溝５に収容される部分の軸方向における長さ（図示する実施形態では基部３２の軸方向における長さ）は、溝５の軸方向における長さよりも少しだけ短い。したがって、溝５と保持部材３０との間に軸方向の遊びがある状態で、溝５によって保持部材３０の軸方向における位置決めがされる。

保持部材３０は、周方向における少なくとも一部の領域（例えば図２Ａ及び図２Ｂに示す部分）において、静止部４の溝５において軸方向に突出する軸方向突出部７に当接する当接部３６を有してもよい。また、溝５内において、保持部材３０の径方向外側かつ静止部４の径方向内側には、保持部材３０を径方向内側に向かって付勢するための付勢部材４２が設けられてもよい。保持部材３０が付勢部材４２によって径方向内側に向かって付勢されるとともに、当接部３６が軸方向突出部７に当接することで保持部材の径方向における位置が規制されることにより、保持部材３０の径方向における位置決めがされるようになっていてもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図２Ａ及び図２Ｂに示すように、シール装置１０は、保持部材３０に収容される頭部５２と、径方向に沿って延在し、頭部５２と可動シール部材２０とを接続する軸部５４と、を含む。可動シール部材２０は、該可動シール部材２０に接続される軸部５４及び頭部５２を介して、径方向に沿って移動可能に保持部材３０に支持される。頭部５２は、保持部材３０に設けられる収容空間３１の内部に収容される。軸部５４は、収容空間３１に連通するように保持部材３０に設けられる孔３３を貫通するように設けられる。図２Ａ及び図２Ｂに示す例示的な実施形態では、シール装置１０はボルト部５０を含み、上述の頭部５２及び軸部５２は、該ボルト部５０の一部である。幾つかの実施形態では、頭部５２と軸部５４とが別々の部材から構成されていてもよい。頭部５２及び／又は軸部５４はピンを含んでもよい。

ここで、孔３３の軸方向における長さは、頭部５２の径よりも小さく、かつ、軸部５４の径よりも大きい。また、収容空間３１の径方向における長さは、頭部５２の径方向における長さよりも長い。したがって、頭部５２が収容空間３１から抜け出さないまま、頭部５２及び軸部５４（ボルト部５０）が収容空間３１の内部を径方向に沿って移動可能であるとともに、軸部５４（ボルト部５０）に接続される可動シール部材２０は、頭部５２及び軸部５４（ボルト部５０）とともに径方向に沿って移動可能である。なお、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、軸部５４は、ねじ５６が形成された一端部を有し、可動シール部材２０に設けられるねじ孔２６に螺合されるようになっていてもよい。幾つかの実施形態では、軸部５４（例えばピン）は、焼き嵌めや溶接等により可動シール部材２０に接続されていてもよい。

幾つかの実施形態では、周方向における複数の位置の各々に上述の頭部５２及び軸部５４（ボルト部５０）が設けられていてもよい。

幾つかの実施形態では、シール装置１０は、可動シール部材２０を保持部材３０に対して径方向に沿って径方向外側に向かって付勢するように構成された付勢部材６０を含んでもよい（図２Ａ，図２Ｂ参照）。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、付勢部材６０は、頭部５２の径方向内側を向く面５３と、保持部材３０の収容空間３１を形成するの内壁面のうち径方向外側を向く面３７との間に設けられてもよい。図２Ａ及び図２Ｂに示す例示的な実施形態では、付勢部材６０は、複数の皿ばね６２を含む。

幾つかの実施形態では、周方向における複数の位置の各々に上述の付勢部材６０が設けられていてもよい。

なお、周方向において付勢部材６０又は頭部５２及び軸部５４（ボルト部５０）が設けられない位置では、例えば図３Ａ及び図３Ｂに示すように、可動シール部材２０は、静止部４の溝５に部分的に収容されていてもよい。可動シール部材２０は、径方向にて保持部材３０の基部３２と静止部４の軸方向突出部７との間に位置し、該軸方向突出部７と係合可能な係合部２８を含んでもよい。図３Ｂに示すように、係合部２８は、可動シール部材２０が径方向内側に位置するときに、軸方向突出部７と係合するようになっている。

ここで、上述のシール装置１０の動作について簡単に説明する。回転機械１の起動停止動作中又は停止中においては、可動シール部材２０は付勢部材６０によって径方向外側に向かって付勢されて、回転部２と可動シール部材２０（又はシールフィン２４）との間のクリアランスが大きく保たれる（図２Ａ及び図３Ａ参照）。回転機械１の負荷上昇時には、高圧部６と低圧部８との圧力差が増大し、これにより可動シール部材２０の外周面２０ｂに作用する圧力（高圧部６における高圧流体の圧力）と内周面２０ａに作用する圧力（高圧側から低圧側に向かうに従い小さくなる圧力）との間に差が生じる。この圧力差により可動シール部材２０に加わる径方向内側向きの力が付勢部材６０による径方向外側向きの付勢力に打ち勝つと、可動シール部材２０は径方向内側の位置に移動し、回転部２と可動シール部材２０（又はシールフィン２４）との間のクリアランスが小さくなる（図２Ｂ及び図３Ｂ参照）。回転機械１の負荷運転中（定格負荷運転中等）には、可動シール部材２０の外周面２０ｂに高圧部６の高圧流体の圧力が作用し続け、上述の圧力差が保たれるため、回転部２と可動シール部材２０（又はシールフィン２４）との間のクリアランスが小さいまま維持される（図２Ｂ及び図３Ｂ参照）。

幾つかの実施形態では、例えば図２Ａ～図３Ｂに示すように、可動シール部材２０は、軸方向にて保持部材３０の突出部３４に隣接するとともに、該突出部３４と摺動可能な摺動面２２を有する。突出部３４は、軸方向にて可動シール部材２０の摺動面２２に対向する対向面３５を有する。即ち、可動シール部材２０の摺動面２２と突出部３４の対向面３５とが互いに摺動可能である。

なお、図２Ａ～図３Ｂに示す実施形態では、保持部材３０の突出部３４は、軸方向において、可動シール部材２０の摺動面２２よりも低圧部８寄りに位置する（即ち、可動シール部材２０の摺動面２２は、突出部３４よりも高圧部６寄りに位置する）。したがって、回転機械１の運転時には、高圧部６と低圧部８との圧力差によって、軸方向にて高圧部６側から低圧部８側へ向かう力が可動シール部材２０に加わるため、可動シール部材２０が保持部材３０の突出部３４に向けて押し付けられた状態で、可動シール部材２０と保持部材３０とが摺動することになる。

従来のシール装置、即ち、可動シール部材が回転機械の静止部（例えばダミーリングや保持環等の静止部材）の溝に収容されるシール装置（即ち保持部材を含まないシール装置）では、可動シール部材が径方向に沿って移動するときに、シール部材と静止部（シール部材を収容する溝を有する静止部材）とが摺動する。この摺動が繰り返されると、シール部材及び静止部の摺動面に摩耗等が生じ、摺動面の状態（摩擦係数等）が所期の状態から変化する。このように摺動面が所期の状態から変化すると、可動シール部材が意図するタイミングで動かない等、可動シール部材の動作が期待から外れたものとなり、シール装置の動作が不安定なものとなり得る。その結果、回転機械の効率低下や、シール部材の回転部との接触リスクの増大につながるおそれがある。なお、摩耗が生じた部品を交換することで摺動面の状態を所期の状態に維持することも考えられるが、摩耗が生じる部品（例えばダミーリングや保持環）は回転機械の静止部を構成する大型部品であり、このような大型部品は、コスト面等から容易に交換することができない場合がある。

この点、上述の実施形態では、静止部４に設けられた溝５に収容される保持部材３０の突出部３４と、径方向に移動可能に保持部材３０に支持される可動シール部材２０の摺動面２２とが軸方向において互いに隣接する。したがって、可動シール部材２０が径方向に沿って移動するとき、可動シール部材２０の摺動面２２と、保持部材３０の突出部３４とが互いに摺動する。このため、摺動部（可動シール部材２０の摺動面２２及び保持部材３０の突出部３４）に摩耗が生じた場合には、保持部材３０及び／又は可動シール部材２０を交換することで、摺動部の表面を所期の状態（例えば所期の摩擦係数を有する状態）に維持することができる。このように摺動部の表面を所期の状態に維持しやすいため、回転機械１において可動シール部材２０が安定的に動作する状態を維持しやすい。すなわち、回転機械１におけるシール装置１０の安定的な動作を維持しやすい。

また、上述の実施形態では、可動シール部材２０は、付勢部材６０によって、静止部４の溝５に収容される保持部材３０に対して径方向外側に向かって付勢される。このように、付勢部材６０によって、可動シール部材２０に径方向外向きの力が与えられるため、回転機械１の運転状態に応じて可動シール部材２０が径方向に沿って円滑に移動することができる。

また、上述の実施形態では、頭部５２及び軸部５４（ボルト部）５０を介して、可動シール部材２０が径方向に移動可能に保持部材３０に支持されるとともに、頭部５２と保持部材３０の内壁面（面３７）との間に設けられる付勢部材６０によって、頭部５２及び軸部５４（ボルト部５０）を介して可動シール部材２０に径方向外側向きの力が与えられる。このように、頭部５２及び軸部５４（ボルト部５０）を用いた簡素な構成で、可動シール部材２０を径方向に沿って移動可能に支持しながら、径方向外向きの付勢力を可動シール部材２０に与えることができる。

また、従来のシール装置（即ち、保持部材を含まないシール装置）では、可動シール部材を径方向外側に向かって付勢するための付勢部材が径方向にて可動シール部材と静止部材との間に設けられる。このため、シール装置の回転機械への設置時において、可動シール部材を溝に周方向に沿って挿入することが、付勢部材に与えられるプリロード（径方向に沿った力）によって阻害される場合があった。

この点、上述の実施形態では、可動シール部材２０が保持部材３０によって支持されるとともに、可動シール部材２０を径方向外側に向かって付勢するための付勢部材６０が保持部材３０に収容されている。したがって、可動シール部材２０及び付勢部材６０を保持部材３０に組付けた状態で、保持部材３０を静止部４の溝５に周方向に挿入することで、可動シール部材２０を含むシール装置１０を回転機械１に設置することができる。したがって、付勢部材６０に比較的大きなプリロードを与えた状態であっても、該プリロードによってシール装置１０の溝への挿入を阻害されることなく、シール装置１０を回転機械１に円滑に設置することができる。

図４及び図５は、それぞれ、一実施形態に係るシール装置１０の摺動部（保持部材３０の突出部３４及び可動シール部材２０の一部）の模式的な拡大図である。図４及び図５に示すように、幾つかの実施形態では、シール装置１０は、可動シール部材２０の摺動面２２、又は、保持部材３０の突出部３４の対向面３５の少なくとも一方に設けられ、摺動面２２と対向面３５との摩擦を低減するための摩擦低減部６３を備える。

上述の実施形態によれば、可動シール部材２０の摺動面２２又は保持部材３０の対向面３５の少なくとも一方に、摺動面２２と対向面３５との摩擦を低減するための摩擦低減部６３（後述のコーティング部６４，６６又はテクスチャリング部６８等）を設けたので、保持部材３０又は可動シール部材２０を交換しなくても、摺動部の表面を、より長期にわたり所期の状態に維持することができる。また、可動シール部材２０及び保持部材３０は、静止部４を構成する静止部材に比べて小型であるため、コーティング、テクスチャリング、又は表面硬化処理（ブラスト又はショットピーニング等）等の処理を施しやすく、摩擦低減部６３を設けやすい。よって、摺動部の表面をより一層所期の状態に維持しやすいため、回転機械１において可動シール部材２０が安定的に動作する状態をより一層維持しやすくなる。

図４に示す例示的な実施形態では、摩擦低減部６３は、可動シール部材２０の摺動面２２の少なくとも一部に設けられたコーティング部６４と、突出部３４の対向面３５の少なくとも一部に設けられたコーティング部６６と、を含む。幾つかの実施形態では、摩擦低減部６３は、可動シール部材２０の摺動面２２又は突出部３４の対向面３５の一方に設けられたコーティング部を含んでもよい。

可動シール部材２０の摺動面２２又は突出部３４の対向面３５に設けられるコーティング部は、水、炭化水素、クロロホルム又は四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素、アセトニトリルなどのシアン化炭化水素、アセトン等のケトン類、ジオキサン等のエーテル類、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、又は、メタノール又はグリセリン等のアルコール類を含む材料から形成されていてもよい。あるいは、上述のコーティング部は、例えば窒化ホウ素等の固体潤滑剤を含んでもよい。

図４に示すように可動シール部材２０の摺動面２２及び突出部３４（保持部材３０）の対向面３５の両方にコーティング部６４，６６が設けられる場合、コーティング部６６，６６は、硬質コーティング材を含む材料から形成されてもよい。硬質コーティング材は、Ｔ８００等のＣｏ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金又はクロムカーバイドであってもよい。

図５に示す例示的な実施形態では、摩擦低減部６３は、可動シール部材２０の摺動面２２の少なくとも一部に設けられたテクスチャリング部６８を含む。テクスチャリング部６８は、摺動面２２に設けられた微細な凹凸を含んでもよい。幾つかの実施形態では、摩擦低減部６３は、突出部３４の対向面３５に設けられたテクスチャリング部（微細な凹凸）を含んでもよい。

幾つかの実施形態では、摩擦低減部６３は、可動シール部材２０の摺動面２２又は突出部３４の対向面３５の一方に設けられたコーティング部と、可動シール部材２０の摺動面２２又は突出部３４の対向面３５の他方に設けられたテクスチャリング部を含んでもよい。

幾つかの実施形態では、摩擦低減部６３は、可動シール部材２０の摺動面２２の少なくとも一部に設けられた表面硬化処理部（不図示）を含んでもよい。表面硬化処理部は、可動シール部材２０の摺動面２２の少なくとも一部をブラスト処理又はショットピーニング処理することで得られるものであってもよい。ブラスト処理又はショットピーニング処理等の表面硬化処理が施された表面は、このような処理がされていない表面に比べて硬くなり、より小さい摩擦係数を有する。

（シール装置の取付方法）
幾つかの実施形態では、可動シール部材２０を保持部材３０に組付けた状態で、静止部４に設けられた溝５に保持部材３０を周方向に沿って挿入することで、シール装置１０を回転機械１に取り付けることができる。

このように、可動シール部材２０を保持部材３０に組付けた状態で、保持部材３０を静止部４の溝５に周方向に沿って挿入することで、可動シール部材２０を含むシール装置１０を回転機械１に適切に設置することができる。

幾つかの実施形態では、回転機械１の静止部４の溝５（周方向に沿って延びる溝）に設けられていた既存のシール装置を取り外し、その後、既存のシール装置とは別の可動シール部材２０を保持部材３０に組付けた状態で、溝５（既存のシール装置が設けられていた溝）に保持部材３０を周方向に沿って挿入してシール装置１０を取り付けてもよい（即ち、シール装置を交換してもよい）。既存のシール装置は、上述の実施形態に係るシール装置１０でなくてもよく、例えば、保持部材を含まず、可動シール部材が保持部材に保持されていないシール装置であってもよい。

幾つかの実施形態では、既存の回転機械１の静止部４に周方向に沿って延びる溝５を加工し、その後、可動シール部材２０を保持部材３０に組付けた状態で、静止部４に加工した溝５に保持部材３０を周方向に沿って挿入してシール装置１０を取り付けてもよい（即ち、回転機械を改造してもよい）。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るシール装置（１０）は、
回転機械（１）の径方向にて前記回転機械の回転部（２）と静止部（４）との間に設けられるシール部材（例えば上述の可動シール部材２０）と、
周方向に沿って延びるように前記静止部に設けられた溝（５）に少なくとも部分的に収容され、前記シール部材を前記径方向に沿って移動可能に支持するための保持部材（３０）と、
を備え、
前記保持部材は、
前記溝に収容される基部（３２）と、
前記基部から径方向内側に向かって突出する突出部（３４）と、を有し、
前記シール部材は、軸方向にて前記突出部に隣接して前記突出部と摺動可能な摺動面（２２）を有する。

上記（１）の構成では、静止部に設けられた溝に収容される保持部材の突出部と、径方向に移動可能に保持部材に支持されるシール部材の摺動面とが軸方向において互いに隣接する。したがって、シール部材が径方向に沿って移動するとき、シール部材の摺動面と、保持部材の突出部とが互いに摺動する。このため、摺動部（シール部材の摺動面及び保持部材の突出部）に摩耗が生じた場合には、保持部材及び／又はシール部材を交換することで、摺動部の表面を所期の状態に維持することができる。このように摺動部の表面を所期の状態に維持しやすいため、回転機械において可動シール部材が安定的に動作する状態を維持しやすい。すなわち、回転機械におけるシール装置の安定的な動作を維持しやすい。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記シール装置は、
前記保持部材に収容され、前記シール部材を前記保持部材に対して前記径方向に沿って径方向外側に向かって付勢するように構成された付勢部材（６０）を備える。

上記（２）の構成によれば、シール部材は、付勢部材によって、静止部の溝に収容される保持部材に対して径方向外側に向かって付勢される。これにより、シール部材に径方向外向きの力が与えられ、回転機械の運転状態に応じてシール部材が径方向に沿って円滑に移動することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記保持部材に収容される頭部（５２）と、
前記径方向に沿って延在し、前記頭部と前記シール部材とを接続する軸部（５４）と、
をを備え、
前記付勢部材は、前記頭部の前記径方向内側を向く面（５３）と、前記保持部材の内壁面のうち径方向外側を向く面（３７）との間に設けられる。

上記（３）の構成によれば、頭部及び軸部を介して、シール部材が径方向に移動可能に保持部材に支持されるとともに、頭部と保持部材の内壁面との間に設けられる付勢部材によって、頭部及び軸部を介してシール部材に径方向外側向きの力が与えられる。このように、頭部及び軸部を用いた簡素な構成で、シール部材を径方向に沿って移動可能に支持しながら、径方向外向きの付勢力をシール部材に与えることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記シール部材は、前記軸方向において、前記回転機械のうち高圧流体が流れる高圧部（６）と、前記高圧流体よりも低圧の低圧流体が流れる低圧部（８）との間に設けられ、
前記保持部材の前記突出部は、前記軸方向において、前記シール部材の前記摺動面よりも前記低圧部寄りに位置する。

回転機械の運転時には、高圧部と低圧部との圧力差によって、軸方向にて高圧部側から低圧部側へ向かう力がシール部材に加わる。この点、上記（４）の構成によれば、保持部材の突出部がシール部材の摺動面よりも低圧部寄りに位置するので、回転機械の運転時には、シール部材が保持部材の突出部に向けて押し付けられた状態で、シール部材と保持部材とが摺動することになる。このように、保持部材に押し付けられた状態のシール部材と保持部材とが摺動する場合であっても、上記（１）で述べたように、摺動部の表面を所期の状態に維持しやすいため、回転機械において可動シール部材が安定的に動作する状態を維持しやすい。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記シール部材は、前記軸方向において、前記回転機械のうち高圧流体が流れる高圧部と、前記高圧流体よりも低圧の低圧流体が流れる低圧部との間に設けられ、
前記シール部材は、前記高圧部からの流体の圧力が作用する外周面（２０ｂ）を有する。

上記（５）の構成によれば、シール部材は、高圧部からの流体の圧力が作用する外周面を有するので、回転機械の運転時に、高圧部からの流体の圧力がシール部材の外周面に作用する。これにより、シール部材に径方向内向きの力が与えられ、回転機械の運転状態に応じてシール部材が径方向に沿って円滑に移動することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記シール装置は、
前記シール部材の前記摺動面、又は、前記突出部のうち前記摺動面に対向して該摺動面と摺動する対向面の少なくとも一方に設けられ、前記摺動面と前記対向面との摩擦を低減するための摩擦低減部（６３）を備える。

上記（６）の構成によれば、シール部材の摺動面又は保持部材の対向面の少なくとも一方に、摺動面と対向面との摩擦を低減するための摩擦低減部を設けたので、保持部材又はシール部材を交換しなくても、摺動部の表面を、より長期にわたり所期の状態に維持することができる。よって、摺動部の表面をより一層所期の状態に維持しやすいため、回転機械において可動シール部材が安定的に動作する状態をより一層維持しやすくなる。

（７）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械（１）は、
回転部（２）及び静止部（４）と、
前記回転部と前記静止部との間の流体の漏れを低減するための上記（１）乃至（６）の何れか一項に記載のシール装置（１０）と、
を備える。

上記（７）の構成では、静止部に設けられた溝に収容される保持部材の突出部と、径方向に移動可能に保持部材に支持されるシール部材の摺動面とが軸方向において互いに隣接する。したがって、シール部材が径方向に沿って移動するとき、シール部材の摺動面と、保持部材の突出部とが互いに摺動する。このため、摺動部（シール部材の摺動面及び保持部材の突出部）に摩耗が生じた場合には、保持部材及び／又はシール部材を交換することで、摺動部の表面を所期の状態に維持することができる。このように摺動部の表面を所期の状態に維持しやすいため、回転機械において可動シール部材が安定的に動作する状態を維持しやすい。すなわち、回転機械におけるシール装置の安定的な動作を維持しやすい。

（８）本発明の少なくとも一実施形態に係るシール装置の取付方法は、
回転部及び静止部を備える回転機械に上記（１）乃至（６）の何れか一項に記載のシール装置を取り付けるための取付方法であって、
前記シール部材を前記保持部材に組付けた状態で、前記保持部材を前記静止部に設けられた前記溝に周方向に沿って挿入するステップ
を備える。

上記（８）の構成によれば、シール部材を保持部材に組付けた状態で、保持部材を静止部の溝に周方向に沿って挿入することで、シール部材を含むシール装置を回転機械に適切に設置することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 回転機械
２ 回転部
４ 静止部
４ａ 内周面
５ 溝
６ 高圧部
７ 軸方向突出部
８ 低圧部
１０ シール装置
２０ 可動シール部材
２０ａ 内周面
２０ｂ 外周面
２１ 隙間
２２ 摺動面
２４ シールフィン
２６ ねじ孔
２８ 係合部
３０ 保持部材
３１ 収容空間
３２ 基部
３３ 孔
３４ 突出部
３５ 対向面
３６ 当接部
３７ 面
４０ 固定シール部材
４２ 付勢部材
５０ ボルト部
５２ 頭部
５３ 面
５４ 軸部
５６ ねじ
６０ 付勢部材
６２ 皿ばね
６３ 摩擦低減部
６４ コーティング部
６６ コーティング部
６８ テクスチャリング部
Ｏ 中心軸

Claims (7)

1. 回転機械の径方向にて前記回転機械の回転部と静止部との間に設けられるシール部材と、
   周方向に沿って延びるように前記静止部に設けられた溝に少なくとも部分的に収容され、前記シール部材を前記径方向に沿って移動可能に支持するための保持部材と、
   を備え、
   前記保持部材は、
   前記溝に収容される基部と、
   前記基部から径方向内側に向かって突出する突出部と、を有し、
   前記シール部材は、軸方向にて前記突出部に隣接して前記突出部と摺動可能な摺動面を有し、
   前記保持部材に収容され、前記シール部材を前記保持部材に対して前記径方向に沿って径方向外側に向かって付勢するように構成された付勢部材を備える
   シール装置。
2. 前記保持部材に収容される頭部と、
   前記径方向に沿って延在し、前記頭部と前記シール部材とを接続する軸部と、
   を備え、
   前記付勢部材は、前記頭部の前記径方向内側を向く面と、前記保持部材の内壁面のうち径方向外側を向く面との間に設けられる
   請求項１に記載のシール装置。
3. 前記シール部材は、前記軸方向において、前記回転機械のうち高圧流体が流れる高圧部と、前記高圧流体よりも低圧の低圧流体が流れる低圧部との間に設けられ、
   前記保持部材の前記突出部は、前記軸方向において、前記シール部材の前記摺動面よりも前記低圧部寄りに位置する
   請求項１又は２に記載のシール装置。
4. 前記シール部材は、前記軸方向において、前記回転機械のうち高圧流体が流れる高圧部と、前記高圧流体よりも低圧の低圧流体が流れる低圧部との間に設けられ、
   前記シール部材は、前記高圧部からの流体の圧力が作用する外周面を有する
   請求項１又は２に記載のシール装置。
5. 前記シール部材の前記摺動面、又は、前記突出部のうち前記摺動面に対向して該摺動面と摺動する対向面の少なくとも一方に設けられ、前記摺動面と前記対向面との摩擦を低減するための摩擦低減部を備える
   請求項１又は２に記載のシール装置。
6. 回転部及び静止部と、
   前記回転部と前記静止部との間の流体の漏れを低減するための請求項１又は２に記載のシール装置と、
   を備える回転機械。
7. 回転部及び静止部を備える回転機械にシール装置を取り付けるための取付方法であって、
   前記シール装置は、
   前記回転機械の径方向にて前記回転部と前記静止部との間に設けられるシール部材と、
   周方向に沿って延びるように前記静止部に設けられた溝に少なくとも部分的に収容され、前記シール部材を前記径方向に沿って移動可能に支持するための保持部材と、
   を備え、
   前記保持部材は、
   前記溝に収容される基部と、
   前記基部から径方向内側に向かって突出する突出部と、を有し、
   前記シール部材は、軸方向にて前記突出部に隣接して前記突出部と摺動可能な摺動面を有し、
   前記シール部材を前記保持部材に組付けた状態で、前記保持部材を前記静止部に設けられた前記溝に周方向に沿って挿入するステップ
   を備えたシール装置の取付方法。

Images