專利名稱：軸密封機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、泵等大型流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸等的軸密封機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
例如公知有特開2003-113945號公報(bào)公開的軸密封機(jī)構(gòu)。該專利文獻(xiàn)中公開的軸密封機(jī)構(gòu)設(shè)在燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等的旋轉(zhuǎn)軸的軸周圍，具有減少從高壓側(cè)泄漏到低壓側(cè)的氣體的泄漏量的密封片。
但是，在上述專利文獻(xiàn)中公開的軸密封機(jī)構(gòu)中，在組裝完密封片時以及氣壓作用時，構(gòu)成密封片的各薄板的一端部成為自由端(不相互約束)。因此，燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)等的旋轉(zhuǎn)軸因軸心僅移動滑動軸承的動壓力引起的凸出的量而發(fā)生偏心的情況下，或者渦輪機(jī)的外殼發(fā)生熱變形等而導(dǎo)致主機(jī)偏心的情況下，存在薄板的一端部引起顫動現(xiàn)象，從而使薄板疲勞破壞的可能性。
本發(fā)明是鑒于上述問題作出的，其目的在于提供一種軸密封機(jī)構(gòu)，即使在主機(jī)發(fā)生偏心的情況下，也能夠可靠地防止薄板的顫動現(xiàn)象，可以防止薄板的疲勞破壞，并且可以實(shí)現(xiàn)軸密封機(jī)構(gòu)的長壽命化，能夠提高軸密封機(jī)構(gòu)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下的裝置。
本發(fā)明的軸密封機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子和定子之間的環(huán)狀空間排列多張薄板而配置環(huán)狀的薄板群，將所述薄板的外周側(cè)基端部固定到上述定子側(cè)上，并且使所述薄板的內(nèi)周側(cè)前端相對上述轉(zhuǎn)子的圓周面處于不固定狀態(tài)，從而利用上述環(huán)狀的薄板群將上述轉(zhuǎn)子與上述定子之間的環(huán)狀空間分為高壓側(cè)區(qū)域和低壓側(cè)區(qū)域，并通過上述轉(zhuǎn)子與上述定子之間的環(huán)狀空間阻止沿著上述轉(zhuǎn)子的軸方向流動的流體，其中，包括配置在上述多張薄板的高壓側(cè)區(qū)域的高壓側(cè)側(cè)板以及配置在上述多張薄板的低壓側(cè)區(qū)域的低壓側(cè)側(cè)板；上述多張薄板，在固定在上述定子側(cè)的狀態(tài)以及氣壓作用時，其一部分相互抵接。
根據(jù)如上所述的軸密封機(jī)構(gòu)，由于多張薄板總是維持抵接的狀態(tài)，因而即使在主機(jī)發(fā)生較大的偏心的情況下，也能夠可靠地防止薄板的顫動現(xiàn)象，可以防止薄板的疲勞破壞，并且可以實(shí)現(xiàn)軸密封機(jī)構(gòu)的長壽命化，能夠提高軸密封機(jī)構(gòu)的可靠性。
本發(fā)明的流體機(jī)械具有上述軸密封機(jī)構(gòu)。
根據(jù)這種流體機(jī)械，由于具有實(shí)現(xiàn)長壽命化和提高可靠性的軸密封機(jī)構(gòu)，因而可以延長該軸密封機(jī)構(gòu)的保養(yǎng)檢查間隔，從而可以降低保養(yǎng)檢查費(fèi)用，并且可以提高流體機(jī)械的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明，具有如下的效果即使在主機(jī)發(fā)生偏心的情況下，也能夠可靠地防止薄板的顫動現(xiàn)象，可以防止薄板的疲勞破壞，并且可以實(shí)現(xiàn)軸密封機(jī)構(gòu)的長壽命化，能夠提高軸密封機(jī)構(gòu)的可靠性。


圖1是具有本發(fā)明的軸密封機(jī)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示將上述密封片裝入定子上的結(jié)構(gòu)的圖，是通過包含旋轉(zhuǎn)軸的軸線的剖面觀察的剖視圖。
圖3是表示上述密封片上設(shè)有的襯墊的立體圖。
圖4是表示上述密封片的制造方法的圖，是用于說明環(huán)安裝工序的組裝圖。
圖5A、圖5B以及圖5C是接著表示上述密封片的制造方法的圖，圖5A及圖5B是表示薄板焊接工序后的薄板的圖，并且圖5C是表示彎曲工序后的薄板的圖。
圖6是表示本發(fā)明的軸密封機(jī)構(gòu)的一個實(shí)施方式的圖，是薄板前端部的剖視圖。
圖7是表示本發(fā)明的軸密封機(jī)構(gòu)的另一實(shí)施方式的圖，是薄板前端部的剖視圖。
圖8是用于說明圖7所示的薄板的張數(shù)以及各薄板的尺寸的計(jì)算方法的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照圖1至圖6說明本發(fā)明的軸密封機(jī)構(gòu)的一個實(shí)施方式。
圖1是具有本發(fā)明的軸密封機(jī)構(gòu)的流體機(jī)械(以下稱為“燃?xì)廨啓C(jī)”)100的簡要結(jié)構(gòu)圖，圖1中的標(biāo)號20為壓縮機(jī)、標(biāo)號21為燃燒器、標(biāo)號22為渦輪機(jī)。
首先，在圖1中表示燃?xì)廨啓C(jī)100的簡要結(jié)構(gòu)。在該圖中，標(biāo)號20為壓縮機(jī)、標(biāo)號21為燃燒器、標(biāo)號22為渦輪機(jī)。壓縮機(jī)20用于將大量空氣引入到其內(nèi)部并進(jìn)行壓縮。通常，在燃?xì)廨啓C(jī)中，將利用后述的旋轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)子)23得到的動力的一部分用作壓縮機(jī)的動力。燃燒器21用于使燃料與通過壓縮機(jī)20壓縮的空氣混合而進(jìn)行燃燒。渦輪機(jī)22用于將在燃燒器21產(chǎn)生的燃燒廢氣導(dǎo)入到內(nèi)部而使其膨脹，并通過將其噴射到設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸23上的轉(zhuǎn)動葉片23e上，將燃燒廢氣的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械性的旋轉(zhuǎn)能而產(chǎn)生動力。
在渦輪機(jī)22上，除了配置在旋轉(zhuǎn)軸23側(cè)的多個轉(zhuǎn)動葉片23e以外，還設(shè)有多個配置在定子24側(cè)的定子葉片24a，所述轉(zhuǎn)動葉片23e和定子葉片24a在旋轉(zhuǎn)軸23的軸線方向上交替地排列。各轉(zhuǎn)動葉片23e受到沿著旋轉(zhuǎn)軸23的軸線方向流動的燃燒廢氣的壓力而使旋轉(zhuǎn)軸23旋轉(zhuǎn)，施加到旋轉(zhuǎn)軸23上的旋轉(zhuǎn)能從軸端輸出而被利用。作為用于減少從高壓側(cè)泄漏到低壓側(cè)的燃燒廢氣的泄漏量的軸密封機(jī)構(gòu)，在各定子葉片24a及旋轉(zhuǎn)軸23之間設(shè)有密封片25。
圖2表示該密封片25的放大剖視圖。在該圖中，通過包含旋轉(zhuǎn)軸23的軸線的剖面觀察密封片25。在下述說明中，首先說明密封片25的基本結(jié)構(gòu)，然后接著說明其特征點(diǎn)。
首先，說明密封片25的基本結(jié)構(gòu)。如圖2所示，該密封片25中，在旋轉(zhuǎn)軸23和定子24之間的環(huán)狀空間設(shè)有環(huán)狀的薄板群29A，在所述薄板群29A中，使各板的寬度方向與旋轉(zhuǎn)軸23的軸線方向一致，且在該旋轉(zhuǎn)軸23的圓周方向上相互隔開微小間隔而多重地排列多個薄板29。
各薄板29，在其外周側(cè)基端部上固定到定子24上，并且，在其內(nèi)周側(cè)前端部具有圓周方向的傾斜度而成銳角地配置在旋轉(zhuǎn)軸23的圓周面23a上。由此，由各薄板29形成的環(huán)狀的薄板群29A，將旋轉(zhuǎn)軸23和定子24之間的環(huán)狀空間分為高壓側(cè)區(qū)域和低壓側(cè)區(qū)域。
接著，參照圖2而在以下說明具有上述基本結(jié)構(gòu)的密封片25的特征點(diǎn)。
如圖2所示，本實(shí)施方式的密封片25，包括多個薄板29，形成對板寬度而言上述外周側(cè)基端部的寬度大于上述內(nèi)周側(cè)前端部的寬度的大致T字形，并且多重地進(jìn)行重疊；一對密封片保持器51、52(薄板保持環(huán))，以環(huán)狀狀態(tài)夾持所述薄板29；環(huán)狀的高壓側(cè)板53，夾在各薄板29的與高壓側(cè)區(qū)域相對的一側(cè)邊緣和一方密封片保持器51之間，并與上述各一側(cè)邊緣抵接；環(huán)狀的低壓側(cè)板54，夾在各薄板29的與低壓側(cè)區(qū)域相對的另一側(cè)邊緣和另一方薄板保持環(huán)52之間，并與上述各另一側(cè)邊緣抵接；和襯墊55，夾持在各密封片保持器51、52之間而用于減少各薄板29相對于所述保持器產(chǎn)生的顫動。
各薄板29為具有可撓性的大致呈T字形的薄鋼板，在其兩側(cè)邊緣形成有切口29a。所述薄板29在其外周基端側(cè)相互焊接固定(在圖4的說明中，說明焊接部位)，從而形成全體具有可撓性的薄板群。
并且，如圖6所示，在各薄板29的上表面36上分別設(shè)有一個俯視圖例如呈圓形狀的半球狀的突起41。各突起41的高度設(shè)定為，在組裝密封片25時使突起41的表面的一點(diǎn)(一部分)與相鄰配置的薄板29的下表面37的一點(diǎn)(一部分)抵接。薄板29分別通過沖壓加工或者蝕刻等方式制成。
如圖2所示，高壓側(cè)板(高壓側(cè)側(cè)板)53為環(huán)狀的薄板，通過包含旋轉(zhuǎn)軸23的軸線的剖面觀察時，具有比內(nèi)周部分壁厚大一段的外周部分，以使其一側(cè)面?zhèn)刃纬呻A梯。同樣地，低壓側(cè)板(低壓側(cè)側(cè)板)54也為環(huán)狀的薄板，通過上述剖面觀察時，具有比內(nèi)周部分壁厚大一段的外周部分，以使其一側(cè)面?zhèn)刃纬呻A梯。對所述高壓側(cè)板53和低壓側(cè)板54，在其階梯部分嵌入到上述各切口29a中而與各薄板29的兩側(cè)面重疊后，進(jìn)一步夾入到各密封片保持器51、52之間而進(jìn)行固定。
密封片保持器51、52為通過包含旋轉(zhuǎn)軸23的軸線的剖面觀察時大致呈“コ”字形狀的、具有可撓性的金屬部件，并在相互重疊時形成的凹部51a、52a中嵌入各薄板29的寬幅度部分和襯墊55。
如圖3所示，襯墊55為在被加壓的情況下因彈性變形產(chǎn)生作用力的形成多個凸起部55a的板簧，如圖2所示，相對于所述凹部51a、52a施加從其外周側(cè)壓入環(huán)狀的薄板群29A的作用力，以防止環(huán)狀的薄板群29A在凹部51a、52a內(nèi)產(chǎn)生顫動。通過在焊接部位y4對該襯墊55的上表面和各密封片保持器51、52之間進(jìn)行焊接，可以固定這些部件之間的相對位置。
下面，參照圖4和圖5說明具有上面說明的結(jié)構(gòu)的密封片25的制造方法。在該密封片25的制造中，大致經(jīng)過薄板焊接工序、彎曲工序以及環(huán)安裝工序而進(jìn)行。
首先，在薄板焊接工序中，如圖5A所示，使將鋼板沖壓成T字形的各薄板29隔開間隙，并且如圖6所示在圓周方向多重且傾斜地重疊而使突起41表面的一點(diǎn)(一部分)與相鄰配置的薄板29的下表面37的一點(diǎn)(一部分)抵接后，對其外周基端側(cè)進(jìn)行焊接。即，如圖4和圖5B所示，在各外周基端側(cè)的外周端與兩側(cè)端，對各薄板29相互進(jìn)行焊接(標(biāo)號y1～y3)。
接著，在彎曲工序中，在相互進(jìn)行焊接的各薄板29和各密封片保持器51、52雙方，進(jìn)行隨后的軸密封機(jī)構(gòu)插入工序之前，預(yù)先施加較大的彎曲。在圖5C中表示彎曲工序后的各薄板29。
接著，在環(huán)安裝工序中，如圖4所示，將進(jìn)行焊接的各薄板29的外周基端側(cè)、高壓側(cè)板53、低壓側(cè)板54以及襯墊55夾入各密封片保持器51、52之間，然后對所述密封片保持器51、52之間進(jìn)行固定。
即，在各薄板29的與高壓側(cè)區(qū)域相對的一側(cè)邊緣與一方密封片保持器51之間，夾入與上述各一側(cè)邊緣抵接的環(huán)狀的高壓側(cè)板53并進(jìn)行固定。同樣地，在各薄板29的與低壓側(cè)區(qū)域相對的另一側(cè)邊緣與另一方密封片保持器52之間，夾入與上述各另一側(cè)邊緣抵接的環(huán)狀的低壓側(cè)板54并進(jìn)行固定。并且，在各薄板29的外周基端側(cè)與各密封片保持器51、52之間，夾入用于限制與所述部件相對應(yīng)的各薄板29的相對動作的襯墊55而進(jìn)行固定。
由此，在各焊接部位y4(參照圖2)，將夾入各部件后的各密封片保持器51、52焊接固定到襯墊55上。由此，進(jìn)行各密封片保持器51、52之間的固定。
根據(jù)本實(shí)施方式的密封片25，通過形成于薄板29的上表面36上的突起41，在組裝完密封片25時以及氣壓作用時，突起41的表面上的一點(diǎn)(一部分)與相鄰配置的薄板29的下表面37上的一點(diǎn)(一部分)總是維持抵接的狀態(tài)。因此，即使主機(jī)發(fā)生較大的偏心也能夠可靠地防止薄板29的顫動現(xiàn)象，能夠防止薄板29的疲勞破壞，并且還可以實(shí)現(xiàn)密封片25的長壽命化，可以提高密封片25的可靠性。
并且，根據(jù)本實(shí)施方式的密封片25的結(jié)構(gòu)以及制造方法，即使密封片25的設(shè)置位置或直徑的大小稍微不同，也不必像以往那樣單獨(dú)準(zhǔn)備專用夾具，從而可以削減該密封片25的制造成本。并且，由于各密封片保持器51、52具有能夠發(fā)揮可撓性的程度的厚度而實(shí)現(xiàn)薄壁化，因而可以減少所述密封片保持器51、52的外形尺寸，從而可以對整個密封片25的緊湊化作出貢獻(xiàn)。
另外，在將組合后的軸密封部件(密封片25)組裝到定子24內(nèi)時，使其根據(jù)形成于該定子24的內(nèi)周面?zhèn)壬系陌疾?1的曲率彎曲的同時插入即可。由此，因可根據(jù)設(shè)置場所而自由改變密封片25的曲率，從而不必單獨(dú)準(zhǔn)備現(xiàn)有的專用夾具。因此，可以削減密封片25的制造成本。
并且，本實(shí)施方式的密封片的制造方法，在上述環(huán)安裝工序中，采用了在各薄板29的一側(cè)邊緣和一方薄板保持環(huán)51之間夾入高壓側(cè)板53并進(jìn)行固定的方法。根據(jù)該方法，可以容易進(jìn)行高壓側(cè)板53的安裝，從而可以進(jìn)一步削減制造成本。
并且，本實(shí)施方式的密封片的制造方法，在上述環(huán)安裝工序中，采用了在各薄板29的另一側(cè)邊緣和另一方薄板保持環(huán)52之間夾入低壓側(cè)板54并進(jìn)行固定的方法。根據(jù)該方法，可以容易進(jìn)行低壓側(cè)板54的安裝，從而可以進(jìn)一步削減制造成本。
根據(jù)具有如上所述的密封片25的燃?xì)廨啓C(jī)，由于即使存在高壓差也能夠維持密封性能，因而可以減少燃?xì)庑孤┮鸬尿?qū)動力的損失。利用圖7和圖8說明本發(fā)明的密封片的另一實(shí)施方式。
本實(shí)施方式的密封片45與前述的實(shí)施方式的密封片的不同點(diǎn)在于如圖7所示，代替突起41，薄板48的上表面46的前端和相鄰配置的薄板48的下表面的前端在組裝結(jié)束時抵接。由于其他構(gòu)成元件與前述的實(shí)施方式相同，因而在此省略對所述構(gòu)成元件的說明。另外，對與前述的實(shí)施方式相同的部件標(biāo)注相同的標(biāo)號。
如圖8所示，可通過幾何學(xué)方法求出在組裝結(jié)束時薄板48的上表面46的前端和相鄰配置的薄板48的下表面的前端抵接的薄板48的張數(shù)以及各薄板48的尺寸(即，薄板48的基端部的厚度t0)。首先，將應(yīng)用密封片45的部位的內(nèi)徑和外徑分別設(shè)定為R1、R2。
接著，指定薄板48的有效長度L時，通過以下式(1)和(2)確定α和β(參照圖8A)。
式(1)(R2)2＝(R1)2+L2-2×R1×L×cos(α+90°)式(2)(R1)2＝(R2)2+L2-2×R2×L×cos(90°-β)指定薄板48的葉片厚度(蝕刻處理后的厚度)t，通過以下式(3)計(jì)算出薄板48的張數(shù)n(參照圖8B)。
式3 n＝(2×π×R1)/(t/sinα)
并且，通過以下式(4)計(jì)算出薄板48的基端部的厚度(蝕刻處理前的厚度)t0(參照圖8C)。
式4 t0＝((2×π×R2)/n)×sinβ最后，通過式(5)計(jì)算出薄板48的蝕刻厚度減少量Δt(參照圖8D)。
式(5)Δt＝t0-t根據(jù)本實(shí)施方式的密封片45，在組裝完密封片45時以及氣壓作用時，薄板48的上表面46的前端與相鄰配置的薄板48的下表面47的前端總是維持抵接的狀態(tài)。因此，即使主機(jī)發(fā)生較大的偏心，也能夠可靠地防止薄板48的顫動現(xiàn)象，能夠防止薄板48的疲勞破壞，并且可以實(shí)現(xiàn)密封片45的長壽命化，可以提高密封片45的可靠性。
并且，由于其他作用效果與前述的實(shí)施方式相同，因而在此省略其說明。
另外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，只要在組裝完密封片時以及氣壓作用時能夠防止各薄板的顫動(擺動或振動)，可以采用任意方式。
因此，利用圖6說明的突起41也可以設(shè)在薄板28的下表面37側(cè)上，也可以設(shè)在薄板的上表面36和下表面37兩側(cè)上。
并且，在上述實(shí)施方式中，作為一個具體例而說明了俯視圖呈圓形的半球狀的突起41，但本發(fā)明并不限定于此，例如也可以是俯視圖呈圓形狀的圓錐狀結(jié)構(gòu)，也可以是俯視圖呈多角形的多角錐狀。
并且，在上述實(shí)施方式中，將應(yīng)用本發(fā)明的大型流體機(jī)械為燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)的情況作為例子進(jìn)行了說明，但也可以應(yīng)用于蒸汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、水輪機(jī)、冷凍機(jī)、泵、航空器用燃?xì)廨啓C(jī)引擎等其他大型流體機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸等上。
另外，薄板的有效長度L和葉片厚度(蝕刻處理后的厚度)t可以分別設(shè)計(jì)成在氣壓作用時(運(yùn)轉(zhuǎn)時)通過動壓力保持平衡。
權(quán)利要求
1.一種軸密封機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子和定子之間的環(huán)狀空間排列多張薄板而配置環(huán)狀的薄板群，將所述薄板的外周側(cè)基端部固定到所述定子側(cè)上，并且使所述薄板的內(nèi)周側(cè)前端相對所述轉(zhuǎn)子的圓周面處于不固定狀態(tài)，從而利用所述環(huán)狀的薄板群將所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的環(huán)狀空間分為高壓側(cè)區(qū)域和低壓側(cè)區(qū)域，并通過所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的環(huán)狀空間阻止沿著所述轉(zhuǎn)子的軸方向流動的流體，其中，包括配置在所述多張薄板的高壓側(cè)區(qū)域的高壓側(cè)側(cè)板以及配置在所述多張薄板的低壓側(cè)區(qū)域的低壓側(cè)側(cè)板；所述多張薄板，在固定在所述定子側(cè)的狀態(tài)以及氣壓作用時，其一部分相互抵接。
2.一種流體機(jī)械，其具有權(quán)利要求1所述的軸密封機(jī)構(gòu)。
全文摘要
提供一種軸密封機(jī)構(gòu)，即使在主機(jī)發(fā)生偏心的情況下，也能夠可靠地防止薄板的顫動現(xiàn)象，可以防止薄板的疲勞破壞，并且可以實(shí)現(xiàn)軸密封機(jī)構(gòu)的長壽命化，并提高可靠性。本發(fā)明的軸密封機(jī)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)子與定子之間的環(huán)狀空間阻止沿著上述轉(zhuǎn)子的軸方向流動的流體，其中，包括配置在多張薄板的高壓側(cè)區(qū)域的高壓側(cè)側(cè)板以及配置在多張薄板的低壓側(cè)區(qū)域的低壓側(cè)側(cè)板；上述多張薄板，在固定在上述定子側(cè)的狀態(tài)以及氣壓作用時，其一部分相互抵接。
文檔編號F16J15/00GK1963270SQ20061014288
公開日2007年5月16日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者上原秀和, 筱原種宏, 中野隆, 西本慎, 白井廣和, 淺田俊夫 申請人:三菱重工業(yè)株式會社