CN102434486A - 旋转机械的轴密封装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够比现有技术可靠地减少泄漏量的旋转机械的轴密封装置。具有带阶梯的迷宫式密封构造（15），其由在旋转轴（1）的外周面上沿其轴方向设置的阶梯状的第一阶梯部（2）、在经由环形板（6）安装于壳体（未图示）的迷宫式密封环（3）的内周面上以沿着上述第一阶梯部（2）的阶梯状形状的方式设置的阶梯状的第二阶梯部（14）形成，在第二阶梯部的任一方的阶梯部（14）的各台阶面（16）上，分别设置有减小带阶梯的迷宫式密封构造（15）的间隙的凸片（4），并且在该各凸片（4）的与上述第一阶梯部（2）的各立起面（17）对置侧的各侧面上设置有用于形成间隙的涂层。

Description

旋转机械的轴密封装置

技术领域

本发明涉及一种旋转机械的轴密封装置，特别涉及一种离心压缩机等的旋转机械的轴密封装置。

背景技术

离心压缩机中，在壳体内部借助轴承将安装有叶轮的旋转轴支承为旋转自如，利用由叶轮的旋转带来的离心力对从吸入口吸入的气体进行压缩，并将该气体从排出口排出。而且，在旋转轴和静止侧的壳体之间设置有以减少压缩气体向大气的泄露为目的的迷宫式密封构造。

上述迷宫式密封构造中，将在内周面上设置有凸片的迷宫式密封环安装于静止侧的壳体并令该迷宫式密封环的凸片与旋转轴的间隙尽可能窄小，从而确保密封性。由于上述间隙越小泄露量越小，所以上述间隙要求设计得尽可能小。另一方面，若上述间隙过小，则会由于运转中的离心力导致的旋转轴的移动、热膨胀导致的迷宫式密封环与旋转轴的相对变位而使旋转轴与迷宫式密封环的凸片接触，无法继续进行稳定运转。

因此，以往以来关于迷宫式密封构造的结构提出了各种提案。

例如在专利文献1中，提出有在迷宫式密封环与壳体之间组合设置热膨胀吸收用的间隙和波形弹簧的构造。由此吸收热膨胀，所以需要扩大迷宫环的凸片（迷宫凸片）与旋转轴的间隙，此外，由于波形弹簧令迷宫凸片与旋转轴的间隙的周方向间隙分布均一，所以能够避免迷宫凸片与旋转轴的接触、磨耗。

此外，在专利文献2中，提出有对迷宫凸片的尖端设置用于形成间隙的涂层的构造。由此，即便凸片与旋转轴接触也仅仅是柔软的用于形成间隙的涂层被切去，所以能够令迷宫凸片与旋转轴的间隙最小化。

此外，在专利文献3中，提出有下述构造：在旋转轴侧设置多级迷宫凸片，在与其中后级侧的迷宫凸片对置的内侧壳体部分上设置用于形成间隙的涂层，并且令剩下的前级侧的迷宫凸片和与其对置的内侧壳体部分之间的间隙大于上述后级侧的设置有用于形成间隙的涂层的部分的间隙。由此，即便同于形成间隙的涂层由于剥离等而消失，前级侧的迷宫凸片能够发挥迷宫式密封作用，所以能够长期地得到稳定的密封性能。

上述引用文件1～3所述的密封构造一般被称为直通型迷宫式密封构造，若迷宫凸片与旋转轴（或者壳体）之间的间隙填塞就能够实现一定程度的泄漏量的降低，但是由于泄露流能够沿着轴一直线地流动，所以无法实现一定以上的泄漏量的降低。

与之相对，在引用文件4、5中提出了下述构造：将迷宫式密封构造沿着轴方向阶梯状地形成。在引用文件4中，将迷宫式密封环以能够沿旋转轴的轴方向移动的方式安装于壳体，并且迷宫凸片与旋转轴的间隙能够容易地扩大，启动时自不用说，定常时的间隙调整也变得容易。此外，在引用文件5中，增大在阶梯状的阶梯差部内流动的流体的流动阻力而能够降低泄露流。

但是，在上述引用文件4、5所记载的密封构造中，没有提出用于避免定常运转时迷宫凸片与旋转轴接触的构造，无法将这些间隙最小化而持续稳定运转。

专利文献1：日本特开2010-14051号公报

专利文献2：日本特开平4-203565号公报

专利文献3：日本特开平11-13688号公报

专利文献4：日本特开平8-35499号公报

专利文献5：日本特许第4513432号公报。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种旋转机械的轴密封装置，能够比上述现有技术更为可靠地降低泄漏量。

为了实现上述目的，本发明的旋转机械的轴密封装置具有带阶梯的迷宫式密封构造，其由在旋转轴的外周面上沿其轴方向设置的阶梯状的第一阶梯部、在安装于壳体的迷宫式密封环的内周面上以沿着上述第一阶梯部的阶梯状形状的方式设置的阶梯状的第二阶梯部形成，所述旋转机械的轴密封装置的特征在于，在上述第一阶梯部以及第二阶梯部的任一方的阶梯部的各台阶面上，分别设置有减小上述带阶梯的迷宫式密封构造的间隙的凸片，并且在另一方的阶梯部的各立起面、以及/或者上述各凸片的两侧面中与上述另一方的阶梯部的各立起面对置侧的各侧面的各面上设置有用于形成间隙的涂层。

而且，在上述旋转机械的轴密封装置中，在上述旋转轴的轴方向投影面上，上述另一方的阶梯部的各立起面和与其对置的凸片的上述旋转轴的径向上的重叠长度优选大于等于该凸片的尖端与上述另一方的阶梯部的台阶面的最短距离。

根据本发明，形成阶梯状的带阶梯迷宫密封构造，并且在没有设置凸片侧的阶梯部的各立起面、以及凸片的两侧面中与没有设置上述凸片侧的阶梯部的各立起面对置的各侧面的至少某一方的各面上形成有用于形成间隙的涂层，所以在带阶梯的迷宫式密封构造的间隙中流动的泄露流弯曲，能够降低泄漏量，并且即便旋转轴在运转中沿轴方向移动而凸片与立起面接触，也仅仅是用于形成间隙的涂层被切去，所以之后能够继续稳定的运转。

附图说明

图1是本发明的实施方式的旋转机械的轴密封装置的要部剖视图。

图2是上述图1所示的轴密封装置的局部放大剖视图。

图3是示意地表示在本发明的带阶梯的迷宫式密封构造内泄露流流动的情况的图。

图4是示意地表示在以往的直线型迷宫式密封构造内泄露流流动的情况的图。

图5是本发明的另外的实施方式的旋转机械的轴密封装置的局部放大剖视图。

图6是表示应用了本发明的轴密封装置的离心压缩机的实施例的局部剖视图。

图7是表示应用了本发明的轴密封装置的离心压缩机的其他的实施例的局部剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

（实施方式）

图1是本发明的实施方式的旋转机械的轴密封装置的要部剖视图。该图中，在旋转轴1的外周面上沿其轴方向而设置有阶梯状的第一阶梯部2。此外，在经由环形板6而安装在壳体（未图示）上的迷宫式密封环3的内周面上，以沿着上述第一阶梯部2的阶梯状形状的方式设置阶梯状的第二阶梯部14。而且，由第一阶梯部2和第二阶梯部14形成带阶梯的迷宫式密封构造15。此外，第二阶梯部14的各台阶面16上分别设置有用于减小上述带阶梯的迷宫式密封构造15的间隙的凸片4。另外，凸片4通常借助机械加工而形成。

进而，在第一阶梯部2的各立起面17上，设置有用于形成间隙的涂层5。用于形成间隙的涂层5优选为例如镍·石墨类涂层材料的喷镀、铝·硅·聚酯材料的喷镀、或者白铜合金的涂层。

旋转轴1伴随运转中轴向力的变化等而沿其轴方向移动，其移动幅度为A。迷宫式密封环3的第二阶梯部14与设置于旋转轴1的外周面的第一阶梯部2对置地设置，以基本上运转中凸片4尖端不与第一阶梯部2的台阶面18以及立起面17接触的方式在旋转轴1的半径方向以及轴方向保持间隙。旋转轴1在运转中也向半径方向移动，但若凸片4作为迷宫式密封环3的一部分而由比旋转轴1软的材料制成，则即便凸片4与旋转轴1的第一阶梯部2的台阶面18接触，仅凸片4的尖端的圆周方向的一部分与旋转轴1的第一阶梯部2的台阶面18点接触，所以仅仅是凸片4的尖端变形或者被切去，之后还能够继续运转。

此外，在该图所示的带阶梯的迷宫式密封构造（以下也称密封构造）15中，凸片4与第一阶梯部2的立起面17之间的旋转轴方向的间隙X尽可能小对于降低通过密封件15的泄露流的量而言是有效的。但是若该间隙X过挤（过小），则在旋转轴1沿其轴方向向上述间隙X减小的方向移动而变成X＜A时，第一阶梯部2的立起面17与凸片4的侧面面接触，有可能导致机械性的严重损伤。因此，在立起面17上设置有用于形成间隙的涂层5，即便引起这样的接触也能够使得仅仅涂层材料被部分切去，从而能够令凸片4与立起面17的间隙X比现有技术小，能够进一步降低通过密封件15的泄露流的量。

图2是用于说明图1中的第一阶梯部2与凸片4的位置关系的放大剖视图。该图中，Y1是凸片4尖端与台阶面18的旋转轴1的半径方向的间隙，Y2是旋转轴1的轴方向投影面上（即从旋转轴1的轴方向看）立起面17与凸片4的旋转轴1的径向上的重叠长度即叠合幅度。

在运转中，旋转轴1由于失衡及作用于旋转轴1的外力而也会沿其轴的半径方向移动，因此通常设定与该移动量对应的旋转轴半径方向的间隙Y1。

图3是示意地表示泄露流a在本发明的带阶梯的迷宫式密封构造15内流动的情况的图。如该图所示，若立起面17与凸片4叠合（具有叠合幅度）则泄露流b在凸片4附近流动的朝向不得不改变，流动的轨迹弯曲，阻力增加。另一方面，图4是示意地表示泄露流b在以往的直通型迷宫式密封构造7内流动的情况的图。此时如该图所示，在凸片24的尖端与台阶面28之间形成一条直线上的间隙，在该间隙流动的泄露流b也为直线状，阻力小。因此，在图3所示的带阶梯的迷宫式密封构造15中，泄露流的量小于图4所示的直通型迷宫式密封构造。

此外，在图2中，若以Y2≥Y1的方式设定立起面17的高度，则即便在运转中旋转轴1向其半径方向移动，由于其移动量被限制在Y1以下的范围，所以总是能够维持叠合的状态（即具有叠合幅度的状态），泄露流a总是为图3所示那样的具有弯曲的流动，不会成为图4所述那样的直线的流动。其结果，能够将泄漏量总是保持为低值。

（变形例）

在上述实施方式中，表示了仅在第一阶梯部2的各立起面17上设置有用于形成间隙的涂层的例子，但是不限定于此，也可以如例如图5所示那样，取代各立起面17而仅在各凸片4的两侧面中与第一阶梯部2的各立起面17对置侧的各侧面上设置有用于形成间隙的涂层8。由此，在用于形成间隙的涂层8被切去或者由于常年劣化等而剥落时，能够仅取下迷宫式密封环3而修补用于形成间隙的涂层8或进行再次涂层。此外，虽未图示，但是也可以在各立起面17、和各凸片4的两侧面中与第一阶梯部2的各立起面17对置侧的各侧面的双方上都设置有用于形成间隙的涂层。

（实施例1）

图6是表示应用了本发明的轴密封装置的离心压缩机的实施例的局部剖视图。旋转轴1的尖端上安装有叶轮9，另一方面，迷宫式密封环3经由环状板6而安装于壳体10。旋转轴1的外周面上以朝向安装有叶轮9的尖端侧其外径依次扩大的方式形成阶梯状的第一阶梯部，另一方面在迷宫式密封环3的内周面上，以沿着上述第一阶梯部的阶梯形状的方式（即，以随着朝向旋转轴1的叶轮9安装尖端侧其内径顺次扩大的方式）形成第二阶梯部。这样，以朝向叶轮9安装侧阶梯部的直径扩大（换言之，从叶轮9侧朝向外壳11侧阶梯部的直径缩小）的方式构成，从而能够令从高压的叶轮9侧向低压的外壳11侧流动的泄露流的阻力越朝向下游侧越大而其泄露流的量越少。

该迷宫式密封环3例如为能够上下对半分割的构造，并且构成为能够从与叶轮9安装侧相反的方向将各对半分割件嵌入固定于环形板6的下端，进而，环形板6和外壳11之间设置有能够取出放入迷宫式密封环3的各对半分割件的密封构造维护用空间12。由此，无需将装置分解而能够进行迷宫式密封环3的组装拆卸，能够大幅降低维护所需要的时间。

（实施例2）

图7是表示上述图6的另外的实施例的局部剖视图。本实施例中，与上述实施例1不同，旋转轴1在其自身的外周面上没有形成阶梯部，在旋转轴1的外周面上，嵌入形成有阶梯状的第一阶梯部的旋转轴套筒13而构成。该情况下，为了令泄露流的量从叶轮9侧向外壳11侧减小，阶梯部形成为从叶轮9侧朝向外壳11侧而直径缩小。因此，以迷宫式密封环3、旋转轴套筒13、叶轮9的顺序进行组装。通过这样地构成，在维护时需要叶轮9和旋转轴套筒13的取下以及组装，但是能够将迷宫式密封环3作为一体件来制作，能够消除上述实施例1那样的从分割面的泄露，并且能够降低迷宫式密封环3的制作成本。进而，无需在上述实施例1中必须的密封构造维护用空间12，相应地能够缩短旋转轴1的长度，能够实现装置整体的小型化，并且能够进一步提高旋转轴1及其轴承等的稳定性。

附图标记说明

1：旋转轴、2：第一阶梯部、3：迷宫式密封环、4：凸片、5：用于形成间隙的涂层、6：环形板、7：直通型密封构造、8：用于形成间隙的涂层、9：叶轮、10：壳体、11：外壳、12：密封构造维护用空间、13：旋转轴套筒、14：第二阶梯部、15：迷宫式密封构造、16：台阶面、17：立起面、18：台阶面、24：凸片、28：台阶面、A：旋转轴的轴方向移动量、X：凸片417和立起面之间的旋转轴方向间隙、Y1：凸片4与台阶面18之间的旋转轴半径方向间隙、Y2：凸片4与立起面之间的叠合幅度、a：带阶梯的迷宫式密封构造内的泄露流、b：直通型迷宫式密封构造内的泄露流。

Claims (2)

1.一种旋转机械的轴密封装置，具有带阶梯的迷宫式密封构造，所述带阶梯的迷宫式密封构造具有：在旋转轴的外周面上沿其轴方向设置的阶梯状的第一阶梯部、在安装于壳体的迷宫式密封环的内周面上以沿着上述第一阶梯部的阶梯状形状的方式设置的阶梯状的第二阶梯部，

所述旋转机械的轴密封装置的特征在于，

在上述第一阶梯部以及第二阶梯部的任一方的阶梯部的各台阶面上，分别设置有减小上述带阶梯的迷宫式密封构造的间隙的凸片，

并且在另一方的阶梯部的各立起面、以及/或者上述各凸片的两侧面中的与上述另一方的阶梯部的各立起面对置侧的各侧面的各面上设置有用于形成间隙的涂层。

2.如权利要求1所述的旋转机械的轴密封装置，其特征在于，

在上述旋转轴的轴方向投影面上，上述另一方的阶梯部的各立起面和与其对置的凸片在上述旋转轴的径向上的重叠长度大于等于该凸片的尖端与上述另一方的阶梯部的台阶面的最短距离。

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