DE112017005203T5

DE112017005203T5 - Labyrinthdichtung

Info

Publication number: DE112017005203T5
Application number: DE112017005203.3T
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Morinaka
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-07-04
Also published as: KR20190046969A; JP6623138B2; US11085541B2; KR102218269B1; US20190234416A1; WO2018070279A1; JP2018063005A

Abstract

Bereitgestellt ist eine Labyrinthdichtung, die es möglich macht, ein Ausfließen eines Fluids zu minimieren. Die Labyrinthdichtung (30) ist mit einem gestuften Abschnitt (40), einer Flosse (51) auf der Seite hohen Drucks, eine Flosse (52) auf der Seite niedrigen Drucks und einer ringförmigen Nut (70) bereitgestellt. Der gestufte Abschnitt (40) ist zu einer Seite (X1) hohen Drucks zugewandt und ist auf einem Teil auf einer Seite (Y1) in einer Richtung ausgebildet, die zu einem drehenden Körper (20) zugewandt ist, der ein zweites Element ist. Die Flosse (51) auf der Seite hohen Drucks ist weiter zu der Seite (X1) hohen Drucks hin angeordnet als der gestufte Abschnitt (40). Die Flosse (52) auf der Seite niedrigen Drucks ist weiter zu einer Seite (X2) niedrigen Drucks hin als der gestufte Abschnitt (40) angeordnet. Die ringförmige Nut (70) ist in dem Teil auf der einen Seite (Y1) in der zu dem drehenden Körper (20) zugewandten Richtung ausgebildet und in zumindest einen Teil eines Bereichs weiter zu der Seite (X2) niedrigen Drucks hin als der gestufte Abschnitt (40) und weiter zu der Seite (X1) hohen Drucks hin als die Flosse (52) auf der Seite niedrigen Drucks angeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung.
Stand der Technik
Eine bekannte Labyrinthdichtung ist zum Beispiel in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbart. Die Labyrinthdichtung verhindert, dass ein Fluid durch einen Spalt zwischen zwei Elementen (zum Beispiel einem sich drehenden Körper und einem stationären Körper), die eine drehende Maschine bestimmen, ausfließt. Die in der 1 des Patentdokuments 2 beschriebene Labyrinthdichtung hat einen gestuften Abschnitt und eine Mehrzahl Flossen. Diese Konfiguration ermöglicht die Ausbildung eines Wirbels in einem Raum zwischen Flossen und die Erzeugung eines Fluidenergieverlustes, und reduziert dabei die Ausfließrate des Fluids.
Zitierungsliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP-A-S60-98196
Patentdokument 2: JP-A-2002-228014

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Der in der 1 des Patentdokuments 2 beschriebene Wirbel wird auf ein Element nahe eines Spalts zwischen einer Flosse und dem Element (in dem Patentdokument 2 ein sich drehender Körper) geblasen. Als Ergebnis fließt ein Fluid einfach aus dem Spalt zwischen der Flosse und dem Element aus, und eine Ausfließrate des Fluids kann nicht ausreichend reduziert werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Labyrinthdichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Ausfließrate eines Fluids zu reduzieren.
Lösung des Problems
Die Labyrinthdichtung in der vorliegenden Erfindung soll in einer drehenden Maschine vorhanden sein. Die drehende Maschine hat ein erstes Element, ein zweites Element und einen Spalt. Das zweite Element ist zu dem ersten Element zugewandt (gerichtet). Der Spalt ist zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ausgebildet und ist konfiguriert, einem Fluid zu ermöglichen, von einer Seite hohen Drucks zu einer Seite niedrigen Drucks in einer Strömungsrichtung zu strömen, die eine Richtung rechtwinklig zu einer Richtung ist, in der das erste Element und das zweite Element einander zugewandt sind. In einer zugewandten Richtung (gerichteten Richtung), die die Richtung ist, in der das erste Element und das zweite Element einander zugewandt sind, ist die Seite des ersten Elements relativ zu dem zweiten Element als eine Seite der zugewandten Richtung definiert. In der zugewandten Richtung ist die Seite des zweiten Elements relativ zu dem ersten Element als die andere Seite der zugewandten Richtung definiert. Die Labyrinthdichtung hat einen gestuften Abschnitt, eine Flosse auf einer Seite hohen Drucks, eine Flosse auf einer Seite niedrigen Drucks, und eine ringförmige Nut. Der gestufte Abschnitt ist einem Abschnitt des zweiten Elements auf der einen Seite der zugewandten Richtung ausgebildet und zu der Seite hohen Drucks zugewandt. Die Flosse auf der Seite hohen Drucks ist auf der Seite hohen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt angeordnet und erstreckt sich von einem Abschnitt des ersten Elements auf der anderen Seite der zugewandten Richtung zu der anderen Seite der zugewandten Richtung. Die Flosse auf der Seite niedrigen Drucks ist auf der Seite niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt angeordnet und erstreckt sich von einem Abschnitt des ersten Elements auf der anderen Seite der zugewandten Richtung zu der anderen Seite der zugewandten Richtung. Die ringförmige Nut ist in einem Abschnitt des zweiten Elements auf der einen Seite der zugewandten Seite der zugewandten Richtung ausgebildet und ist in zumindest einem Teil eines Bereichs auf der Seite niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt wie auch auf der Seite hohen Drucks relativ zu der Flosse auf der Seite niedrigen Drucks angeordnet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die voranstehend beschriebene Konfiguration ermöglicht eine Reduktion der Ausfließrate eines Fluids.
Figurenliste

Die 1 ist eine Querschnittsansicht einer drehenden Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die 2 ist eine Querschnittsansicht einer in der 1 dargestellten Labyrinthdichtung und Ähnlichem.Die 3 ist ein Diagramm, dass das Verhältnis zwischen L/G (siehe die 2) und eine Ausfließrate darstellt.
Die 4 ist ein Diagramm, dass das Verhältnis zwischen D/H (siehe die 2) und einer Ausfließrate darstellt.
Die 5 zeigt eine zweite Ausführungsform und entspricht der 2.
Die 6 zeigt eine dritte Ausführungsform und entspricht der 2.
Die 7 zeigt eine vierte Ausführungsform und entspricht der 2.
Die 8 ist eine Querschnittsansicht einer Labyrinthdichtung und ähnlichem gemäß einer fünften Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Eine drehende Maschine 1 der ersten Ausführungsform, die in der 1 dargestellt ist, wird mit Bezug auf die 1 bis zu der 4 beschrieben.
Die drehende Maschine 1 (Fluidmaschine, drehende Fluidmaschine) ist zum Beispiel ein Verdichter und ist zum Beispiel ein Turboverdichter oder Ähnliches. Die drehende Maschine 1 kann zum Beispiel ein Entspanner sein, und kann zum Beispiel eine Expansionsturbine oder Ähnliches sein. Die drehende Maschine 1 ist von der Zentrifugalart. Die drehende Maschine 1 hat einen stationären Körper 10 (erstes Element), einen drehenden Körper 20 (zweites Element), einen Spalt 25, eine Labyrinthdichtung 30 und eine Labyrinthdichtung 130. Der stationäre Körper 10 ist zum Beispiel ein Gehäuse. Der stationäre Körper 10 kann zum Beispiel ein in einem Gehäuse angeordnetes und an dem Gehäuse befestigtes Element sein.
Der drehende Körper 20 ist innerhalb des stationären Körpers 10 angeordnet und dreht um eine Drehachse A (Mittelachse) relativ zu dem stationären Körper 10. Der drehende Körper 20 ist zum Beispiel ein Impeller und ist zum Beispiel ein Impeller mit einem Abdeckblech. Der drehende Körper 20 ist zu dem stationären Körper 10 zugewandt. Die Abschnitte, in denen die Labyrinthdichtung 30 und die Labyrinthdichtung 130 in dem drehenden Körper 20 bereitgestellt sind, sind zu dem stationären Körper 10 zugewandt.
Wie aus der 2 ersichtlich ist, ist der Spalt 25 zwischen dem stationären Körper 10 und dem drehenden Körper 20 ausgebildet und zwischen dem Abschnitt des stationären Körpers 10 auf der anderen Seite Y2 (im Folgenden beschrieben) der zugewandten Richtung und dem Abschnitt des drehenden Körpers 20 auf der einen Seite Y1 (im Folgenden beschrieben) der zugewandten Richtung ausgebildet. Ein Fluid kann durch den Spalt 25 strömen. Der Spalt 25 ist so konfiguriert, um es einem Fluid zu ermöglichen, durch den Spalt 25 von der Seite X1 hohen Drucks in der Strömungsrichtung X zu der Seite X2 niedrigen Drucks in der Strömungsrichtung X zu strömen. Wie aus der 1 ersichtlich ist, ist die Strömungsrichtung X eine Richtung rechtwinklig oder annähernd rechtwinklig zu der Drehachse A. In dem Fall, in dem die drehende Maschine 1 ein Verdichter ist, ist die Seite X1 hohen Drucks eine Seite entfernt von der Drehachse A (die radial äußere Seite ausgehend von der Drehachse A), und die Seite X2 niedrigen Drucks ist eine Seite näher zu der Drehachse A (die radial innere Seite ausgehend von der Drehachse A). In dem Fall, in dem die drehende Maschine 1 eine Entspannungsvorrichtung ist, ist die Seite X1 hohen Drucks eine Seite näher an der Drehachse A, und die Seite X2 niedrigen Drucks ist eine Seite entfernt von der Drehachse A. Im Folgenden wird die Ausführungsform durch Bezug auf den Fall beschrieben, in dem die drehende Maschine 1 ein Verdichter ist. Die Richtung, in der der stationäre Körper 10 und der drehende Körper 20 einander zugewandt sind, ist als eine zugewandte Richtung Y definiert. Die zugewandte Richtung Y ist eine Richtung rechtwinklig zu der Strömungsrichtung X. Die zugewandte Richtung Y ist gleich (oder annähernd gleich) zu der Richtung der Drehachse A. Wie aus der 2 ersichtlich ist, ist in der zugewandten Richtung Y die Seite des stationären Körpers 10 relativ zu dem drehenden Körper 20 als eine Seite Y1 der zugewandten Richtung definiert, und die Seite des drehenden Körpers 20 relativ zu dem stationären Körper 10 ist als die andere Seite Y2 der zugewandten Richtung definiert. In dem Spalt 25 ist ein Bereich zwischen einer Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks (im Folgenden beschrieben) und einer Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks (im Folgenden beschrieben) (der Raum in der Strömungsrichtung X) als ein Raum 25a auf einer Seite einer nach oben gestuften Struktur definiert. In dem Spalt 25 ist der Bereich zwischen der zweiten Flosse 52 und der dritten Flosse 53 (im Folgenden beschrieben) als ein Raum 25a definiert.
Die Labyrinthdichtung 30 verhindert das Ausfließen eines Fluids in dem Spalt 25 von der Seite X1 hohen Drucks zu der Seite X2 niedrigen Drucks. Die Labyrinthdichtung 30 verhindert die Zirkulation des Fluids innerhalb der drehenden Maschine 1 (siehe die 1), in dem sie das voranstehend beschriebene Ausfließen verhindert. Die Labyrinthdichtung 30 ist eine Vorrichtung, die in der Lage ist, die Ausfließströmungsrate (im Folgenden manchmal als „Ausfließrate“ bezeichnet) des Fluids ohne die Berührung des stationären Körpers 10 mit dem drehenden Körper 20 (das heißt, in einer berührungslosen Weise) zu reduzieren. Wie in der 1 dargestellt ist, hat die Labyrinthdichtung 30 einen Mehrzahl Einheitsstrukturen 30a. Die Mehrzahl der Einheitsstrukturen 30a sind konfiguriert, zueinander ähnlich zu sein. In dem Folgenden wird die Ausführungsform mit Bezug auf eine Einheitsstruktur 30a beschrieben. Wie in der 2 dargestellt ist, hat die Labyrinthdichtung 30 (jede der Mehrzahl der Einheitsstrukturen 30a) einen gestuften Abschnitt 40, eine Flosse 50 und eine ringförmige Nut 70.
Der gestufte Abschnitt 40 ist in dem Abschnitt des drehenden Körpers 20 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung ausgebildet. Der gestufte Abschnitt 40 weist eine ringförmige Form (Ringform) auf, die sich auf der Drehachse A zentriert (siehe die 1). Ein Querschnitt der drehenden Maschine 1 in einer Ebene parallel zu der Drehachse A und mit der Drehachse A wird als „Drehachsenquerschnitt“ bezeichnet. Der Drehachsenquerschnitt ist ein Querschnitt von einer Richtung rechtwinklig zu sowohl der zugewandten Richtung Y wie auch der Strömungsrichtung X betrachtet. Die 1 und die 2 sind Ansichten der drehenden Maschinen 1 in dem Drehachsenquerschnitt. Wie aus der 2 ersichtlich ist, ist in dem Drehachsenquerschnitt der gestufte Abschnitt 40 eine gerade Linie, die sich in der zugewandten Richtung Y erstreckt. Noch genauer weist der gestufte Abschnitt 40 eine ringförmige zylindrische Form auf, die sich auf der Drehachse A zentriert. In dem Drehachsenquerschnitt kann der gestufte Abschnitt 40 eine gerade Linie sein, die relativ zu der zugewandten Richtung Y geneigt ist (nicht gezeigt). In diesem Fall weist der gestufte Abschnitt 40 eine ringförmige gekrümmte Oberfläche auf, die sich auf der Drehachse A zentriert (siehe die 1), und weist eine gekrümmte Oberflächenform auf, die das äußere Randteil eines Kegelstumpfs definiert, der sich auf der Drehachse A zentriert. In dem Drehachsenquerschnitt kann der gestufte Abschnitt 40 eine Form einer gekrümmten Linie aufweisen (nicht dargestellt). In diesem Fall weist der gestufte Abschnitt 40 eine ringförmige gekrümmte Form auf, die sich auf der Drehachse A zentriert. Hinsichtlich der ringförmigen Form, die sich auf der Drehachse A zentriert, gilt das gleiche für die Flosse 50 und die ringförmige Nut 70, die in der 2 dargestellt sind.
Der gestufte Abschnitt 40 ist zu der Seite X1 hohen Drucks zugewandt (ist dorthin zugewandt). Eine Oberfläche des gestuften Abschnitts 40 (gestufte Oberfläche) ist zu der Seite X1 hohen Drucks zugewandt. Der gestufte Abschnitt 40 ist so konfiguriert, dass ein Abschnitt (Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks) des drehenden Körpers 20 auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt 40 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung relativ zu einem Abschnitt (Stufe 46 auf der Seite höheren Drucks) des drehenden Körpers 20 auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt 40 angeordnet sein kann. Der gestufte Abschnitt 40 ist mit dem Ende der Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks auf der Seite X2 niedrigen Drucks verbunden. Der gestufte Abschnitt 40 ist mit dem Ende der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks auf der Seite X1 hohen Drucks verbunden.
Die Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks (Ebene auf der Seite hohen Drucks) ist in dem Abschnitt des drehenden Körpers 20 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung ausgebildet. In dem Drehachsenquerschnitt ist die Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks eine gerade Linie, die sich in der Strömungsrichtung X erstreckt. Noch genauer weist die Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks eine ringförmige ebene Form auf, die sich auf der Drehachse A zentriert (siehe die 1). In dem Drehachsenquerschnitt kann die Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks insgesamt oder teilweise eine gerade Linie oder eine Kurve sein, die relativ zu der Strömungsrichtung X geneigt ist. In diesem Fall weist die Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks eine ringförmige gekrümmte Form auf (zum Beispiel eine im Wesentlichen ebene Form), die sich auf der Drehachse A zentriert.
Die Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks (Ebene auf der Seite niedrigen Drucks) ist auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu der Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks angeordnet und auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung relativ zu der Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks angeordnet. Die Form der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks ist die gleiche wie die Form der Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks. Zum Beispiel weist die Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks eine ringförmige ebene Form auf, die sich auf der Drehachse A zentriert (siehe die 1).
Die Flosse 50 ist ein Abschnitt, der einen Spalt 25 unterteilt. Die Flosse 50 ist angeordnet, den Spalt 25 nicht vollständig zu unterteilen, sondern den Spalt 25 zu verengen. Die Flosse 50 erstreckt sich von dem Abschnitt des stationären Körpers 10 auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung und erstreckt sich Nahe zu der Oberfläche des drehenden Körpers 20 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung. Die Flosse 50 ist einstückig mit dem stationären Körper 10 bereitgestellt. Die Flosse 50 kann ein von dem stationären Körper 10 getrennter Körper sein. Die Flosse 50 hat in der Reihenfolge von der Seite X1 hohen Drucks zu der Seite X2 niedrigen Drucks eine Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks und eine Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks.
Die Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks ist auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu den gestuften Abschnitt 40 abgestellt. Die Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks ist an einer Position angeordnet, um zu der Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks in der zugewandten Richtung Y zugewandt zu sein. Die Position des distalen Endes der Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks (Ende auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung) in der zugewandten Richtung Y ist näher zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung als die Position der Oberfläche der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks (Oberfläche auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung) in der zugewandten Richtung Y. Ein Spalt δ1 in der zugewandten Richtung Y ist zwischen dem distalen Ende der Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks und dem drehenden Körper 20 vorhanden. Somit sind die Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks und die Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks so angeordnet, dass die Position des distalen Endes von jeder Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks in der zugewandten Richtung und die Position der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks in der zugewandten Richtung voneinander unterschiedlich sind. Deswegen ist verhindert, dass das Fluid in der Strömungsrichtung X strömt (durchgeht), ohne mit der Flosse 50 und dem gestuften Abschnitt 40 in Berührung zu geraten.
Die Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks ist auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt 40 bereitgestellt. Die Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks ist an einer Position angeordnet, an der sie zu der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks in der zugewandten Richtung Y zugewandt ist, und kann an einer Position angeordnet sein, an der sie in der zugewandten Richtung Y zu der ringförmigen Nut 70 zugewandt ist. Ein Spalt δ2 in der zugewandten Richtung Y ist zwischen dem distalen Ende der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks und dem sich drehenden Körper 20 vorhanden. Der Spalt δ2 ist ein Ausströmanschluss des Fluids aus dem Spalt 25. Die Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks hat eine seitliche Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks, die eine seitliche Oberfläche davon auf der Seite X1 hohen Drucks ist, und eine seitliche Oberfläche 52b auf der Seite niedrigen Drucks, die eine seitliche Oberfläche davon auf der Seite X2 niedrigen Drucks ist. Die seitliche Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks und die seitliche Oberfläche 52b auf der Seite niedrigen Drucks sind oberflächenrechtwinklig zu der Strömungsrichtung X. Der Begriff „rechtwinklig“ schließt „im Wesentlichen rechtwinklig“ ein (im Folgenden ist das als das Gleiche zu verstehen):
Die ringförmige Nut 70 ist eine Nut, um es einem Wirbel V2 zu ermöglichen, dort einzuströmen. Die ringförmige Nut 70 ist auf einem Teil (Stelle) ausgebildet, an der der Wirbel V2 erzeugt wird, und ist konfiguriert, um es dem Wirbel V2 zu ermöglichen, in den Raum einzuströmen, der durch die ringförmige Nut e70 umgebene ist (in das Innere der ringförmigen Nut 70). Die ringförmige Nut 70 ist in dem Abschnitt des sich drehenden Körpers 20 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung ausgebildet. Die ringförmige Nut 70 ist in zumindest einem Teil eines Bereichs auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt 40 wie auch auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks angeordnet. Die ringförmige Nut 70 ist in der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks ausgebildet und ist in der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung relativ zu dem Ende der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung eingedellt. Ein Teil der ringförmigen Nut 70 kann auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks angeordnet sein.
Die Position der Strömungsrichtung X (Position in der Strömungsrichtung X) des Abschnitts, der das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung und das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der Seite X1 hohen Drucks ist, liegt auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem Abschnitt, der das Ende des gestuften Abschnitts 40 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung und das Ende des gestuften Abschnitts 40 auf der Seite X2 niedrigen Drucks ist.
Die Position der Strömungsrichtung X des Abschnitts, der das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung und das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der Seite X2 niedrigen Drucks ist, ist eine beliebige aus der folgenden [Position a1] bis zu der [Position a5]. [a1]: Auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu dem distalen Ende (auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung) der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks. [Position a2]: Die gleiche (oder im Wesentlichen die gleiche) Position der Strömungsrichtung X als das distale Ende der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks. [Position a3]: Auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem distalen Ende der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks wie auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu dem distalen Ende auf der seitlichen Oberfläche 52b auf der Seite niedrigen Drucks. [Position a4]: Die gleiche (oder im Wesentlichen die gleiche) Position der Strömungsrichtung X als das distale Ende der seitlichen Oberfläche 52b auf der Seite niedrigen Drucks. [Position a5]: Auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu der seitlichen Oberfläche 52b auf der Seite niedrigen Drucks.
Die ringförmige Nut 70 weist eine ringförmige Form auf, die sich auf der Drehachse A zentriert (siehe die 1). In dem Drehachsenquerschnitt ist die Form des durch die ringförmige Nut 70 (das Innere der ringförmigen Nut 70) umgebenen Abschnitts rechteckig. In der 2 ist das Ende des „durch die ringförmige Nut 70 umgebenen Abschnitts“ auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung durch eine Strich-Zwei-Punkt-Linie bezeichnet. Die ringförmige Nut 70 hat eine seitliche Oberfläche 70a auf der Seite hohen Drucks, die eine seitliche Oberfläche davon auf der Seite X1 hohen Drucks ist, eine seitliche Oberfläche 70b auf der Seite niedrigen Drucks, die eine seitliche Oberfläche davon auf der Seite X2 niedrigen Drucks ist, und eine Bodenoberfläche 70c. Die seitliche Oberfläche 70a auf der Seite hohen Drucks und die seitliche Oberfläche 70b auf der Seite niedrigen Drucks sind Oberflächen rechtwinklig zu der Strömungsrichtung X.
Die Bodenoberfläche 70c ist eine Oberfläche des Abschnitts der ringförmigen Nut 70 auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung und ist eine Oberfläche, die den Boden der ringförmigen Nut 70 bestimmt (den Boden ausgehend von der Oberfläche der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks). Die Bodenoberfläche 70c ist eine Oberfläche rechtwinklig zu der zugewandten Richtung Y.
Wie in der 1 dargestellt ist, ist die Labyrinthdichtung 130 konfiguriert, annähernd ähnlich zu der Labyrinthdichtung 30 zu sein. Die Anzahl der Einheitsstrukturen 30a der Labyrinthdichtung 30 beträgt 5 und die Anzahl der Einheitsstrukturen 30a der Labyrinthdichtung 130 beträgt 4.
(Erstes Element und zweites Element)
Das „erste Element“ ist ein Element, auf dem die Flosse 50 bereitgestellt ist. Das erste Element ist der stationäre Körper 10 in der Labyrinthdichtung 30 und kann der sich drehende Körper 20 sein. Das „zweite Element“ ist ein Element, auf dem der gestufte Abschnitt 40 und die ringförmige Nut 70 bereitgestellt sind. Das zweite Element ist der sich drehende Körper 20 in der Labyrinthdichtung 30 und kann der stationäre Körper 10 sein.
(Strömung des Fluids)
Ein durch den Spalt 25 strömendes Fluid, der in der 2 dargestellt ist, strömt wie folgt. Das Fluid tritt durch den Spalt δ1 von der Seite X1 hohen Drucks relativ zu der Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks ein und dringt in den Raum 25a ein und bildet den Wirbel V1 aus. Der Wirbel V1 wird ausgebildet, wie folgt. Das Fluid strömt gerade (dies fließt im Wesentlichen gerade ein) zu der Seite X2 niedrigen Drucks im Wesentlichen entlang der Oberfläche der Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks (Oberfläche auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung), gerät mit dem gestuften Abschnitt 40 in Berührung (stößt damit zusammen), und strömt zu der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung (dreht sich dorthin). Diese Strömung gerät mit der Oberfläche des stationären Körpers 10 auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung in Berührung, und strömt im Wesentlichen entlang der Oberfläche des stationären Körpers 10 auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung zu der Seite X1 hohen Drucks. Dann gerät diese Strömung mit der Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks in Berührung, strömt zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung im Wesentlichen entlang der Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks, gerät mit der Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks in Berührung, und strömt dann zu der Seite X2 niedrigen Drucks. Auf diese Weise wird der Wirbel V1 ausgebildet.
Das mit dem gestuften Abschnitt 40 in Berührung geratende und zu der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung strömende Fluid verzweigt sich in den Wirbel 1 und einen Wirbel V2 auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem Wirbel V1. Der Wirbel V2 wird ausgebildet, wie folgt. Das von dem Wirbel V1 verzweigte Fluid gerät mit der Oberfläche des stationären Körpers 10 auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung in Berührung, und strömt zu der Seite X2 niedrigen Drucks im Wesentlichen entlang der Oberfläche des stationären Körpers 10 auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung. Diese Strömung gerät mit der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks in Berührung und strömt zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung im Wesentlichen entlang der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks. Diese Strömung dringt in geringförmige Nut 70 ein und strömt im Wesentlichen entlang der inneren Oberfläche der ringförmigen Nut 70. Diese Strömung strömt zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung im Wesentlichen entlang der seitlichen Oberfläche 70b niedrigen Drucks, strömt im Wesentlichen entlang der Bodenoberfläche 70c zu der Seite X1 hohen Drucks, strömt im Wesentlichen entlang der seitlichen Oberfläche 70a auf der Seite hohen Drucks zu der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung, und strömt aus der ringförmigen Nut 70 heraus. Auf diese Weise wird der Wirbel V2 ausgebildet.
Das zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung im Wesentlichen entlang der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks strömende Fluid verzweigt sich in den Wirbel V2 und einen Zweigstrom F, der zu dem Spalt δ2 strömt. Der Zweigstrom F tritt durch den Spalt δ2 durch, strömt zu der Seite X2 niedrigen Drucks und strömt aus dem Raum 25a heraus (fließt aus).
Wenn das Fluid, das im Wesentlichen entlang der seitlichen Oberfläche 52a der Seite hohen Drucks zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung strömt, in die ringförmige Nut 70 eindringt, wird die Strömungsrate des Zweigstroms F verringert, und die Ausfließrate des Fluids von dem Raum 25a wird reduziert. Zusätzlich wird durch den Wirbel V1 und den Wirbel V2, der in dem Raum 25a ausgebildet ist, eine Fluidreibung erzeugt, um einen Fluidenergieverlust zu verursachen, und dabei die Ausfließrate des Fluids aus dem Raum 25a zu reduzieren. Die Fluidreibung schließt eine Reibung zwischen Fluiden und eine Reibung zwischen dem Fluid und der Wandoberfläche ein. Die Wandoberfläche kann als ein Fluid mit einer Strömungsgeschwindigkeit von Null betrachtet werden. Als die Wandoberfläche kann zum Beispiel die Oberfläche der ringförmigen Nut 70 beispielhaft angesehen werden.
(Abmessung)
Solange die ringförmige Nut 70 in zumindest einem Teil des Bereichs auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt 40 wie auch auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks vorhanden ist, wird die Wirkung (die Reduktion der Ausfließrate) ausgehend von der ringförmigen Nut 70 erhalten. Darüber hinaus kann die Wirkung ausgehend von der ringförmigen Nut 70 durch das Erfüllen der folgenden Bedingungen stärker verbessert werden.
Die Abmessung betreffend die Strömungsrichtung X in dem Drehachsenquerschnitt hat einen Abstand L, einen Abstand G, eine Öffnungsbreite W, einen Abstand E und eine Dicke T. Diese Abmessungen sind definiert, wie folgt.
Der Abstand L ist ein Abstand (der Minimalabstand, der Abstand dazwischen) in der Strömungsrichtung X von dem gestuften Abschnitt 40 zu dem Abschnitt, der das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung wie auch das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der Seite X2 niedrigen Drucks ist. In dem Fall, in dem der gestufte Abschnitt 40 eine Breite in der Strömungsrichtung X aufweist (zum Beispiel der Fall, in dem der gestufte Abschnitt 40 mit Bezug auf die zugewandte Richtung Y geneigt ist), ist der Anfangspunkt des Abstands L auf der Seite X1 hohen Drucks der Abschnitt, der das Ende des gestuften Abschnitts 40 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung wie auch als das Ende des gestuften Abschnitts 40 auf der Seite X2 niedrigen Drucks ist (das gleiche gilt für den Abstand G und den Abstand E). In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand L ein Abstand in der Strömungsrichtung X zwischen dem gestuften Abschnitt 40 und der seitlichen Oberfläche 70b auf der Seite niedrigen Drucks.
Der Abstand G ist ein Abstand (Minimalabstand) in der Strömungsrichtung X von dem gestuften Abschnitt 40 zu dem Abschnitt, der das distale Ende der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks wie auch das Ende der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks auf der Seite X1 hohen Drucks ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand G ein Abstand in der Strömungsrichtung X von dem gestuften Abschnitt 40 zu der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks.
Die Öffnungsbreite W ist eine Breite der Öffnung der ringförmigen Nut 70 in der Strömungsrichtung X. Noch genauer ist die Öffnungsbreite W die Breite der ringförmigen Nut 70 in der Strömungsrichtung X in dem Ende der ringförmigen Nut 70 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung. Der Abstand E ist ein Abstand in der Strömungsrichtung X von dem gestuften Abschnitt 40 zu dem Abschnitt, der das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung wie auch das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der Seite X1 hohen Drucks ist. Der Abstand E ist ein Abstand, der durch Subtrahieren der Öffnungsbreite W von dem Abstand L erhalten wird.
Die Dicke T ist eine Breite des distalen Endes der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks in der Strömungsrichtung X. Hier ist „das distale Ende der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks“ ein Abschnitt, mit dem der Zweigstrom F direkt in Berührung gerät. In dem in der 5 dargestellten Beispiel, da der Zweigstrom F nicht direkt mit der seitlichen Oberfläche 52b auf der Seite niedrigen Drucks in Berührung gerät, ist die seitliche Oberfläche 52b auf der Seite niedrigen Drucks nicht in der Bedeutung des „distalen Endes der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks“ enthalten.
Wie in der 2 dargestellt ist, schließen in dem Drehachsenquerschnitt die auf die zugewandte Richtung Y bezogenen Abmessungen die Höhe H und die Tiefe D ein. Diese Abmessungen sind definiert, wie folgt.
Die Höhe H ist eine Breite des gestuften Abschnitts 40 in der zugewandten Richtung Y. Noch genauer ist die Höhe H ein Abstand in der zugewandten Richtung Y von dem Ende der Oberfläche der Stufe 46 auf der Seite hohen Drucks auf der Seite X2 niedrigen Drucks (Oberfläche auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung) zu dem Ende der Oberfläche der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks auf der Seite X1 hohen Drucks (Oberfläche auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung).
Die Tiefe D ist eine Breite der ringförmigen Nut 70 in der zugewandten Richtung Y. Noch genauer ist die Tiefe D ein Abstand in der zugewandten Richtung Y von dem Ende der ringförmigen Nut 70 auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung (zum Beispiel der Bodenoberfläche 70c) zu der Oberfläche der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks (Oberfläche auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung).
(Bevorzugte Bedingung betreffend die Öffnungsbreite W und den Abstand E)
Durch das Erhöhen der Öffnungsbreite W dringt der Wirbel V2 einfach in die ringförmige Nut 70 ein, und der Wirbel V2 kann ausgebildet werden, groß zu sein. Als ein Ergebnis kann der Energieverlust weiter verbessert werden. Zum Beispiel ist es bevorzugt, das Verhältnis „W/G > 0,2“ zu erfüllen. Zusätzlich kann durch das Reduzieren des Abstands E der Wirbel V2 ausgebildet werden, groß zu sein. Als ein Ergebnis kann der Energieverlust weiter erhöht werden. Zum Beispiel ist es bevorzugt, das Verhältnis „E/D < 0,8“ zu erfüllen.
(Bevorzugte Bedingung betreffend den Abstand G und den Abstand L)
Die Position der seitlichen Oberfläche 70b auf der Seite niedrigen Drucks in der Strömungsrichtung X relativ zu der Position der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks in der Strömungsrichtung X kann bevorzugt die gleiche (auf der gleichen Oberfläche) oder auf der Seite X2 niedrigen Drucks sein (bevorzugt G ≤ L). Durch das Einstellen, das Verhältnis „G ≤ L“ zu erfüllen, dringt die Strömung V2, die auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung entlang der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks strömt, einfach in die ringförmige Nut 70 ein, sodass die Strömungsrate des Zweigstroms F reduziert werden kann. Da das Fluid einfach in die ringförmige Nut 70 eindringt, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wirbels V2 erhöht werden und als ein Ergebnis kann der Energieverlust weiter erhöht werden.
Die Position der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks, die Position der seitlichen Oberfläche 70b auf der Seite niedrigen Drucks und die Ausfließrate wurden durch rechnergestützte Fluiddynamik - (CFD)- Analyse untersucht. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass die Ausfließrate abhängig von L/ G geändert wird, wie aus der 3 ersichtlich ist. „Vergleichsbeispiel“ in der 3 ist der Fall einer Labyrinthdichtung, die die ringförmige Nut 70 nicht hat, die ind er 2 dargestellt ist. In dem in der 3 gezeigten Diagramm ist die Ausfließrate auf der vertikalen Achse eine dimensionslose Einheit, und insbesondere die Ausfließrate des Falls des Vergleichsbeispiels ist als s1 eingestellt (das gleiche gilt für die 4).
Wenn die seitliche Oberfläche 70b auf der Seite niedrigen Drucks zu weit zu der Seite X1 hohen Drucks relativ zu der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks hin entfernt ist, wie in der 2 dargestellt ist, dringt das Fluid, das zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung entlang der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks strömt, kaum in die ringförmige Nut 70 ein. Als Ergebnis verringert sich die Wirkung des Reduzierens der Ausfließrate. Wenn zusätzlich die seitliche Oberfläche 70b auf der Seite niedrigen Drucks zu weit zu der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu der seitlichen Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks entfernt ist, wird der Spalt δ2 zwischen der Flosse 52 und der Seite niedrigen Drucks und dem drehenden Körper 20 größer, und somit geht das Fluid einfach durch den Spalt δ2 durch, und die Wirkung des Reduzierens der Ausfließrate verringert sich.
Wie in der 3 dargestellt ist, ist es aus diesem Grund bevorzugt, das Verhältnis „0 < L/G < 1,2 + T/G“ zu erfüllen. In diesem Fall kann die Ausfließrate definitiv im Vergleich mit dem Fall des Vergleichsbeispiels reduziert werden. Außerdem ist es bevorzugter, das Verhältnis „0,6 < L/G < 1,2 + T/G“ zu erfüllen. In diesem Fall kann die Ausfließrate weiter reduziert werden.
(Bevorzugte Bedingung betreffend die Höhe H und die Tiefe D)
Die Höhe H, die Tiefe D und die Ausfließrate, die in der 2 gezeigt sind, wurden durch CFD- Analyse untersucht. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass die Ausfließrate abhängig von D/H geändert wird, wie in der 4 dargestellt ist. Wenn die Tiefe D, die in der 2 dargestellt ist, klein ist, wird die Strömung des Wirbels V2, die in der Lage ist, in die ringförmige Nut 70 einzudringen, klein, und die Strömungsrate des Zweigstroms F erhöht sich, und somit wird die Ausfließrate erhöht. Wie in der 4 dargestellt ist, ist es deswegen bevorzugt, das Verhältnis „0,6< D/H“ zu erfüllen. In diesem Fall kann die Ausfließrate definitiv im Vergleich zu dem Fall des Vergleichsbeispiels reduziert werden. Wenn das Verhältnis „0< D/H“ erfüllt ist, wird außerdem die Wirkung des Reduzierens der Ausfließrate im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel weiter erhalten.
(Erste Wirkung der Erfindung)
Die Wirkung ausgehend von der Labyrinthdichtung 30, die in der 2 dargestellt ist, ist wie folgt. Die Labyrinthdichtung 30 ist in der sich drehenden Maschine 1 bereitgestellt. Die sich drehende Maschine 1 hat den stationären Körper 10, den sich drehenden Körper 20 und den Spalt 25. Der sich drehende Körper 20 ist zu dem stationären Körper 10 zugewandt. Der Spalt 25 ist zwischen dem stationären Körper 10 und dem sich drehenden Körper 20 ausgebildet. Der Spalt 25 ist so konfiguriert, dass das Fluid von der Seite X1 hohen Drucks zu der Seite X2 niedrigen Drucks in der Strömungsrichtung X strömt. Die Strömungsrichtung X ist eine Richtung rechtwinklig zu der zugewandten Richtung Y. Die zugewandte Richtung Y ist eine Richtung, in der der stationäre Körper 10 und der sich drehende Körper 20 zueinander zugewandt sind. In der zugewandten Richtung Y ist die Seite des stationären Körpers 10 relativ zu dem sich drehenden Körper 20 als die eine Seite Y1 der zugewandten Richtung definiert. In der zugewandten Richtung Y ist die Seite des sich drehenden Körpers 20 relativ zu dem stationären Körper 10 als die andere Seite Y2 in der zugewandten Richtung definiert. Die Labyrinthdichtung 30 hat den gestuften Abschnitt 40, die Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks, die Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks und die ringförmige Nut 70.
[Konfiguration 1 - 1]
Der gestufte Abschnitt 40 ist in einem Abschnitt des sich drehenden Körpers 20 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung ausgebildet und zu der Seite X1 hohen Drucks zugewandt. Die Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks ist auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt 40 angeordnet und erstreckt sich von einem Abschnitt des stationären Körpers 10 auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung. Die Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks ist auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt 40 angeordnet und erstreckt sich von dem Abschnitt des stationären Körpers 10 auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung.
[Konfiguration 1 - 2]
Die ringförmige Nut 70 ist in einem Abschnitt des sich drehenden Körpers 20 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung ausgebildet, und ist in zumindest einem Teil des Bereichs auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt 40 wie auch auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks angeordnet.
Die Labyrinthdichtung 30 hat hauptsächlich die [Konfiguration 1 - 1] oben. Deswegen wird der Wirbel V2 auf der Seite X2 niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt 40 wenn auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks ausgebildet. In diesem Zusammenhang hat die Labyrinthdichtung 30 auch die [Konfiguration 1 -2] oben. Entsprechend strömt der Wirbel V2 in die ringförmige Nut 70. Deswegen kann im Vergleich mit dem Fall, im dem die ringförmige Nut 70 nicht bereitgestellt ist, der Wirbel V2 ausgedehnt werden, die Strömungsrate des Wirbels V2 kann erhöht werden, und die Strömungsgeschwindigkeit des Wirbels V2 kann angehoben werden. Die Fluidreibung zwischen dem Wirbel V2 und seinem Rand kann erhöht werden, was es möglich macht, den Fluidenergieverlust zu erhöhen. Als Ergebnis kann das Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 verhindert werden.
In der Labyrinthdichtung 30 mit der [Konfiguration 1 - 1] oben wird der Zweigstrom F durch Abzweigen von dem Wirbel V2 zu dem Spalt δ2 zwischen der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks und dem sich drehenden Körper 20 ausgebildet. Hier gerät in dem Fall, in dem die ringförmige Nut 70 nicht bereitgestellt ist, dass zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung entlang der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks strömende Fluid mit der Stufe 47 auf der Seite niedrigen Drucks in Berührung (wird weggeblasen), und es ist somit wahrscheinlich, dass es in den Spalt δ2 strömt (wahrscheinlich der Zweigstrom F zu werden). Um dem zu begegnen, hat die Labyrinthdichtung die ringförmige Nut 70 [Konfiguration 1 - 2] oben. Deswegen ist es wahrscheinlich, dass der Wirbel V2 in die ringförmige Nut 70 eindringt. Entsprechend kann die Größe des Zweigstroms F, der durch Abzweigen von dem Wirbel V2 ausgebildet wird, reduziert werden, und somit kann das Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 verhindert werden.
(Zweite Wirkung der Erfindung)
L, G und T sind wie folgt definiert. L ist ein Abstand in der Strömungsrichtung X von dem gestuften Abschnitt 40 zu dem Abschnitt, der das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung wie auch das Ende der ringförmigen Nut 70 auf der Seite X2 niedrigen Drucks ist. G ist ein Abstand in der Strömungsrichtung X von dem gestuften Abschnitt 40 zu dem Abschnitt, der das distale Ende der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks wie auch das Ende der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks auf der Seite X1 hohen Drucks ist. T ist eine Breite des distalen Endes des Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks in der Strömungsrichtung X.
[Konfiguration 4]
In diesem Fall ist das Verhältnis „0 < L/G < 1,2 + T/W“ erfüllt.
Gemäß der [Konfiguration 4] oben, kann im Vergleich mit dem Fall, in dem das Verhältnis „1,2 + T/G ≤ L/G“ erfüllt ist, der Spalt δ2 zwischen der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks und dem drehenden Körper 20 reduziert werden. Deswegen kann das Ausfließen des Fluids von dem Spalt δ2 weiter verhindert werden, und somit kann ein Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 weiter verhindert werden (siehe die 3).
(Fünfte Wirkung der Erfindung)
[Konfiguration 5]
Das Verhältnis „0,6 < L/G < 1,2 + T/G“ ist erfüllt.
Gemäß der [Konfiguration 5] oben, kann die Strömungsrate des Wirbels V2, der in die ringförmige Nut 70 strömt, im Vergleich mit dem Fall erhöht werden, in dem das Verhältnis „L/G ≤ 0,6“ erfüllt ist. Entsprechend kann der Fluidenergieverlust in dem Wirbel V2 weiter erhöht werden, und somit kann ein Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 weiter verhindert werden (siehe 3).
(Sechste Wirkung der Erfindung)
Die Breite des gestuften Abschnitts 40 in der zugewandten Richtung Y ist durch H definiert. Die Breite der ringförmigen Nut 70 in der zugewandten Richtung Y ist durch D definiert.
[Konfiguration 6]
In diesem Fall ist das Verhältnis „0,6 ≤ D/H“ erfüllt.
Gemäß der [Konfiguration 6], die voranstehend beschrieben wurde, kann die Strömungsrate des Wirbels V2, der in die ringförmige Nut 70 strömt, im Vergleich mit dem Fall erhöht werden, in dem das Verhältnis „D/H ≤ 0,6“ erfüllt ist. Entsprechend kann der Fluidenergieverlust in dem Wirbel V2 weiter erhöht werden, und somit kann ein Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 weiter verhindert werden.
Zweite Ausführungsform
Mit Bezug auf eine Labyrinthdichtung 230 der zweiten Ausführungsform wird der Unterschied zu der ersten Ausführungsform mit Bezug auf die 7 beschrieben. Hinsichtlich der Labyrinthdichtung 230 der zweiten Ausführungsform werden die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform für die Teile verwendet, die mit der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, und die Beschreibung der Teile wird ausgelassen (das Gleiche gilt für die Beschreibung von anderen Ausführungsformen in Hinsicht auf das Auslassen der Beschreibung von gemeinsamen Teilen). Der Unterschied ist die Neigung der Flosse 50 relativ zu der zugewandten Richtung Y.
Das distale Ende der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks ist auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu dem proximalen Ende (Ende auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung) der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks angeordnet. In dem Drehachsenquerschnitt ist die Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks eine gerade Linie, die seitliche Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks ist eine gerade Linie, und die seitliche Oberfläche 52b auf der Seite niedrigen Drucks ist eine gerade Linie. In dem Drehachsenquerschnitt ist die seitliche Oberfläche 52a auf der Seite hohen Drucks mit einem Winkel α2 relativ zu der zugewandten Richtung Y geneigt. Ebenfalls kann in dem Drehachsenquerschnitt die Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks eine gekrümmte Form oder eine gebogene Form wie zum Beispiel eine L-Form aufweisen (das gleiche gilt für die Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks).
Die Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks ist konfiguriert, ähnlich zu der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks zu sein. In dem Drehachsenquerschnitt ist die seitliche Oberfläche der Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks auf der Seite X1 hohen Drucks mit einem Winkel α1 relativ zu der zugewandten Richtung Y geneigt. Der Winkel α1 kann der gleiche sein wie der Winkel α2 oder unterschiedlich von diesem sein. Darüber hinaus können jeder aus dem Winkel α1 oder dem Winkel α2 0° betragen.
(Siebente Wirkung der Erfindung)
Die Wirkung ausgehend von der Labyrinthdichtung 230, die in der 5 dargestellt wird, ist wie folgt.
[Konfiguration 7]
Das distale Ende der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks ist auf der Seite X1 hohen Drucks relativ zu dem proximalen Ende der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks angeordnet.
Gemäß der [Konfiguration 7], die voranstehend beschrieben wurde, ist es wahrscheinlich, dass der Wirbel V2 zu der Seite X1 hohen Drucks strömt, während er zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung entlang der Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks strömt. Entsprechend kann die Größe des Zweigstroms F zu der Seite X2 niedrigen Drucks reduziert werden, und die Strömungsrate des Wirbels V2, der in die ringförmige Nut 70 strömt, kann erhöht werden. Deswegen kann ein Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 weiter verhindert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Mit Bezug auf eine Labyrinthdichtung 330 der dritten Ausführungsform wird der Unterschied von der ersten Ausführungsform durch Bezug auf die 6 beschrieben. Der Unterschied ist, dass die ringförmige Nut 70 einen bogenförmigen Abschnitt 370d aufweist.
Der bogenförmige Abschnitt 370d ist an dem Boden der ringförmigen Nut 70 bereitgestellt. Der Querschnitt (Umriss) des bogenförmigen Abschnitts 370d in den Drehachsenquerschnitt ist ein Bogen, der zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung vorragt, und weist eine Kreisbogenform oder eine Halbkreisbogenform auf (ein mittlerer Winkel des Kreisbogens beträgt 180°). Der mittlere Winkel des Kreisbogens kann weniger als 180° betragen. Die „Kreisbogenform“ schließt den Fall wesentlichen Kreisbogenform (zum Beispiel im Wesentlichen Halbkreisbogenform) ein. Der Querschnitt des bogenförmigen Abschnitts 370d in dem Drehachsenquerschnitt kann eine elliptische Bogenform sein (eine gekrümmte Linie, die einen Teil einer Ellipse bestimmt) oder eine halbelliptische Bogenform. Die „elliptische Bogenform“ schließt den Fall einer im Wesentlichen elliptischen Bogenform ein (zum Beispiel im Wesentlichen halbelliptische Bogenform). Die seitliche Oberfläche 70a auf der Seite hohen Drucks und die seitliche Oberfläche 70b auf der Seite niedrigen Drucks, die in der 2 dargestellt sind, sind so bereitgestellt, dass sie mit dem bogenförmigen Abschnitt 370d kontinuierlich sind, wie aus der 6 ersichtlich ist. In dem Fall des Bereitstellens des bogenförmigen Abschnitts 370d müssen die seitliche Oberfläche 70a auf der Seite hohen Drucks und die seitliche Oberfläche 70b auf der Seite niedrigen Drucks nicht bereitgestellt sein.
(Zweite Wirkung der Erfindung)
Die Wirkung ausgehend von der Labyrinthdichtung 330, die in der 6 dargestellt ist, ist wie folgt.
[Konfiguration 2]
Der Querschnitt des Bodens (Bogenförmiger Abschnitt 370d) der ringförmigen Nut 70 weist aus einer Richtung rechtwinklig zu jeder aus der zugewandten Richtung Y und der Strömungsrichtung X betrachtet eine Bogenform auf, die zu der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung vorragt.
Gemäß der [Konfiguration 2], die voranstehend beschrieben wurde, wird im Vergleich mit dem Fall, in dem das Innere der ringförmigen Nut 70 eine rechteckige Form in dem Drehachsenquerschnitt aufweist (siehe die 2), und so weiter, die Form der ringförmigen Nut 70 eine Form nahe der Form der Strömung des Wirbels V2. Entsprechend strömt der Wirbel V2 entlang des Bodens der ringförmigen Nut 70, und somit kann verhindert werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Wirbels V2 in der ringförmigen Nut 70 reduziert wird. Folglich kann der Energieverlust in dem Wirbel V2 weiter erhöht werden, und ein Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 kann weiter verhindert werden.
(Vierte Ausführungsform)
Mit Bezug auf die Labyrinthdichtung 330 der vierten Ausführungsform ist der Unterschied zu der der ersten Ausführungsform durch Bezug auf die 7 beschrieben. Der Unterschied ist die Form der ringförmigen Nut 70. Die ringförmige Nut 70 hat einen abgeschrägten Abschnitt 470e auf der Seite hohen Drucks (abgeschrägter Abschnitt) und einen abgeschrägten Abschnitt 470f auf der Seite niedrigen Drucks (abgeschrägter Abschnitt).
Der abgeschrägte Abschnitt 470e auf der Seite hohen Drucks ist in dem Abschnitt auf der Seite X1 hohen Drucks der ringförmigen Nut 70 bereitgestellt. Das Ende des abgeschrägten Abschnitts 470e der Seite hohen Drucks auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung ist auf der Seite X2 niedrigen Drucks (der mittleren Seite der ringförmigen Nut 70 in der Strömungsrichtung X) relativ zu dem Ende des abgeschrägten Abschnitts 470e auf der Seite hohen Drucks auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung angeordnet. In dem Drehachsenquerschnitt ist der abgeschrägte Abschnitt 470e auf der Seite hohen Drucks eine gerade Linie und ist mit einem Winkel φ relativ zu der zugewandten Richtung Y geneigt.
Der abgeschrägte Abschnitt 470f auf der Seite niedrigen Drucks ist in dem Abschnitt auf der Seite X2 niedrigen Drucks der ringförmigen Nut 70 bereitgestellt. Das Ende des abgeschrägten Abschnitts 470f auf der Seite niedrigen Drucks auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung ist auf der Seite X1 hohen Drucks (der Mittelseite der ringförmigen Nut 70 in der Strömungsrichtung X) relativ zu dem Ende des abgeschrägten Abschnitts 470f auf der Seite niedrigen Drucks auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung angeordnet. In dem Drehachsenquerschnitt ist der abgeschrägte Abschnitt 470f auf der Seite niedrigen Drucks eine gerade Linie und ist in einem Winkel φ relativ zu der zugewandten Richtung Y geneigt. Sowohl der abgeschrägte Abschnitt 470e auf der Seite hohen Drucks wie auch der abgeschrägte Abschnitt 470f auf der Seite niedrigen Drucks können bereitgestellt sein oder lediglich einer der abgeschrägten Abschnitte kann bereitgestellt sein. Zusätzlich kann der Winkel θ der gleiche sein wie der Winkel φ oder unterschiedlich zu diesem sein.
(Dritte Wirkung der Erfindung)
Die Wirkung basierend auf einer Labyrinthdichtung 430, die in der 7 dargestellt ist, ist wie folgt. Die ringförmige Nut 70 hat einen abgeschrägten Abschnitt (zumindest einen aus dem abgeschrägten Abschnitt 470e auf der Seite hohen Drucks und dem abgeschrägten Abschnitt 470f auf der Seite niedrigen Drucks, der auf zumindest einem aus dem Abschnitt der ringförmigen Nut 70 auf der Seite X1 hohen Drucks und dem Abschnitt der ringförmigen Nut 70 auf der Seite X2 niedrigen Drucks bereitgestellt ist. Die Labyrinthdichtung 430 hat zumindest eine aus der [Konfiguration 3-1] und der [Konfiguration 3-2], die im Folgenden beschrieben sind.
[Konfiguration 3-1]
Das Ende des abgeschrägten Abschnitts 470e auf der Seite hohen Drucks auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung ist auf der Mittelseite (der Seite X2 niedrigen Drucks) der ringförmigen Nut 70 in der Strömungsrichtung X relativ zu dem Ende des abgeschrägten Abschnitts 470e auf der Seite hohen Drucks auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung angeordnet.
[Konfiguration 3-2]
Das Ende des abgeschrägten Abschnitts 470f auf der Seite niedrigen Drucks auf der anderen Seite Y2 der zugewandten Richtung ist auf der Mittelseite (der Seite X1 hohen Drucks) der ringförmigen Nut 70 in der Strömungsrichtung X relativ zu dem Ende des abgeschrägten Abschnitts 470f auf der Seite niedrigen Drucks auf der einen Seite Y1 der zugewandten Richtung angeordnet.
In dem Fall, in dem die Labyrinthdichtung 430 die [Konfiguration 3-1] hat wie voranstehend beschrieben wurde, wird im Vergleich mit dem Fall, in dem das Innere der ringförmigen Nut 70 die rechteckige Form in dem Drehachsenquerschnitt aufweist (siehe die 2), und so weiter, die Form der ringförmigen Nut 70 eine Form nahe der Form der Strömung des Wirbels V2. Entsprechend strömt der Wirbel V2 entlang des abgeschrägten Abschnitts 470e auf der Seite hohen Drucks, und somit kann verhindert werden, dass der Wirbel V2 sich in der Strömungsgeschwindigkeit in der ringförmigen Nut 70 reduziert. Deswegen kann der Energieverlust in dem Wirbel V2 weiter erhöht werden, und ein Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 kann weiter verhindert werden. Ähnlich strömt in dem Fall, in dem die Labyrinthdichtung 430 die [Konfiguration 3-2] hat, die voranstehend beschrieben wurde, entlang des abgeschrägten Abschnitts 470f auf der Seite niedrigen Drucks, und somit kann der Energieverlust den Wirbel V2 weiter erhöht werden. Deswegen kann ein Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 weiter verhindert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine Labyrinthdichtung 530 der fünften Ausführungsform wird durch Bezug auf die 8 beschrieben. Die Labyrinthdichtung 530 hat eine Mehrzahl von Einheitsstrukturen 30a, von denen jede die gleiche wie die in der 1 dargestellte Einheitsstruktur 30a ist. Wie in der 8 dargestellt ist, beträgt zum Beispiel die Anzahl der Einheitsstrukturen 30a fünf, und die Anzahl kann geändert werden. Die Einheitsstrukturen 30a sind Seite an Seite in der Strömungsrichtung X angeordnet, in der Strömungsrichtung X kontinuierlich angeordnet, oder angrenzend aneinander in der Strömungsrichtung X angeordnet. Außerdem kann die Einheitsstruktur 30a als eine der zweiten bis vierten Ausführungsformen modifiziert werden.
(Achte Wirkung der Erfindung)
Die Wirkung ausgehend von der Labyrinthdichtung 530, die in der 8 dargestellt ist, ist wie folgt.
[Konfiguration 8]
Eine Mehrzahl von Strukturen (Einheitsstrukturen 30a) sind Seite an Seite in der Strömungsrichtung X angeordnet, und jede Struktur hat den gestuften Abschnitt 40, die Flosse 51 auf der Seite hohen Drucks, die Flosse 52 auf der Seite niedrigen Drucks und die ringförmige Nut 70.
Gemäß der [Konfiguration 8], die voranstehend beschrieben wurde, kann im Vergleich mit dem Fall, in dem eine Einheitsstruktur 30a bereitgestellt ist, ein Ausfließen des Fluids in dem Spalt 25 weiter verhindert werden.
(Modifikationen)
Jede der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen kann verschiedentlich modifiziert werden. Ein Teil der bestimmenden Elemente der Ausführungsform (en), die voranstehend beschrieben wurden, muss nicht bereitgestellt sein. Die Anzahl der bestimmenden Elemente der Ausführungsform (en), die voranstehend beschrieben wurde (n), kann geändert sein. Bestimmende Elemente der Ausführungsform (en), die voneinander unterschiedlich sind, können kombiniert werden. Zum Beispiel kann zumindest entweder der abgeschrägte Abschnitt 470e auf der Seite hohen Drucks oder der abgeschrägte Abschnitt 470f auf der Seite niedrigen Drucks, die in der 7 dargestellt sind, zu der ringförmigen Nut 70 hinzugefügt werden, die den bogenförmigen Abschnitt 370d aufweist, der in der 6 dargestellt ist.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nummer 2016-201949 , die am 13. Oktober 2016 eingereicht wurde, deren Inhalte hiermit durch Bezug aufgenommen sind.
Bezugszeichenliste
Bezugszeichenliste

1:: Drehende Maschine
10:: Stationärer Körper (erstes Element)
20:: Drehender Körper (zweites Element)
25:: Spalt
30, 230, 330, 430, 530:: Labyrinthdichtung
40:: Gestufter Abschnitt
50:: Flosse
51:: Flosse auf der Seite hohen Drucks
52:: Flosse auf der Seite niedrigen Drucks
70:: Ringförmige Nut
370d:: Bogenförmiger Abschnitt
470e:: Abgeschrägter Abschnitt auf der Seite hohen Drucks (abgeschrägter Abschnitt)
470f:: Abgeschrägter Abschnitt auf der Seite niedrigen Drucks (abgeschrägter Abschnitt)
X:: Strömungsrichtung
X1:: Seite hohen Drucks
X2:: Seite niedrigen Drucks
Y:: Zugewandte Richtung
Y1:: Eine Seite der zugewandten Richtung
Y2:: Andere Seite der zugewandten Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP S6098196 A [0002]
JP 2002228014 A [0002]
JP 2016201949 [0081]

Claims

Labyrinthdichtung, die in einer drehenden Maschine vorzusehen ist, wobei die drehende Maschine umfasst: ein erstes Element; ein zu dem ersten Element zugewandtes zweites Element; und einen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ausgebildeten Spalt, der konfiguriert ist, einem Fluid zu ermöglichen, in einer Strömungsrichtung von einer Seite hohen Drucks zu einer Seite niedrigen Drucks zu strömen, die eine Richtung rechtwinklig zu einer Richtung ist, in der das erste Element und das zweite Element einander zugewandt sind, wobei in einer zugewandten Richtung, die die Richtung ist, in der das erste Element und das zweite Element einander zugewandt sind, die Seite des ersten Elements relativ zu dem zweiten Element als eine Seite der zugewandten Richtung definiert ist, in der zugewandten Richtung die Seite des zweiten Elements relativ zu dem ersten Element als die andere Seite der zugewandten Richtung definiert ist, und die Labyrinthdichtung umfasst: einen gestuften Abschnitt, der in einem Abschnitt des zweiten Elements auf der einen Seite der zugewandten Richtung ausgebildet ist und der Seite hohen Drucks zugewandt ist; eine Flosse auf der Seite hohen Drucks, die auf der Seite hohen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt angeordnet ist und sich von einem Abschnitt des ersten Elements auf der anderen Seite der zugewandten Richtung zu der anderen Seite der zugewandten Richtung erstreckt; eine Flosse auf der Seite niedrigen Drucks, die auf der Seite niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt angeordnet ist und sich von einem Abschnitt des ersten Elements auf der anderen Seite der zugewandten Richtung zu der anderen Seite der zugewandten Richtung erstreckt; eine ringförmige Nut, die in einem Abschnitt eines zweiten Elements auf der einen Seite der zugewandten Richtung angeordnet ist und in zumindest einem Teil eines Bereichs auf der Seite niedrigen Drucks relativ zu dem gestuften Abschnitt wie auch auf der Seite hohen Drucks relativ zu der Flosse auf der Seite niedrigen Drucks angeordnet ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt eines Bodens der ringförmigen Nut von einer Richtung rechtwinklig zu jeder aus der zugewandten Richtung und der Strömungsrichtung aus betrachtet eine Bogenform aufweist, die zu der anderen Seite der zugewandten Richtung vorragt.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Nut einen abgeschrägten Abschnitt hat, der in zumindest aus einem Abschnitt aus der ringförmigen Nut auf der Seite hohen Drucks und einem Abschnitt der ringförmigen Nut auf der Seite niedrigen Drucks ausgebildet ist, und ein Ende des abgeschrägten Abschnitts auf der anderen Seite der zugewandten Richtung nahe an einer Mittelseite der ringförmigen Nut in der Strömungsrichtung relativ zu einem Ende des abgeschrägten Abschnitts auf der einen Seite der zugewandten Richtung angeordnet ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 2, wobei die ringförmige Nut einen abgeschrägten Abschnitt hat, der in zumindest einem aus einem Abschnitt der ringförmigen Nut auf der Seite hohen Drucks und einem Abschnitt der ringförmigen Nut auf der Seite niedrigen Drucks ausgebildet ist, und ein Ende des abgeschrägten Abschnitts auf der anderen Seite der zugewandten Richtung nahe an einer Mittelseite der ringförmigen Nut in der Strömungsrichtung relativ zu einem Ende des abgeschrägten Abschnitts auf der einen Seite der zugewandten Richtung angeordnet ist.
Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das folgende Verhältnis erfüllt ist: $0 < L / G < 1,2 + T / G,$
wobei L ein Abstand in der Strömungsrichtung von dem gestuften Abschnitt zu einem Abschnitt ist, der ein Ende der ringförmigen Nut auf der Innenseite der zugewandten Richtung und dem Ende der ringförmigen Nut auf der Seite niedrigen Drucks ist, G ein Abstand in der Strömungsrichtung von dem gestuften Abschnitt zu einem Abschnitt ist, der ein distales Ende der Flosse auf der Seite niedrigen Drucks und dem Ende der Flosse auf der Seite niedrigen Drucks auf der Seite hohen Drucks ist, T eine Breite des distalen Endes der Flosse auf der Seite niedrigen Drucks in der Strömungsrichtung ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 5, wobei das folgende Verhältnis erfüllt ist: $0,6 < L / G < 1,2 + T / G .$
Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das folgende Verhältnis erfüllt ist: $D / H > 0,6,$
wobei H eine Breite des gestuften Abschnitts in der zugewandten Richtung ist, und D eine Breite der ringförmigen Nut in der zugewandten Richtung ist.
Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein distales Ende der Flosse auf der Seite niedrigen Drucks auf der Seite hohen Drucks relativ zu einem proximalen Ende der Flosse auf der Seite niedrigen Drucks angeordnet ist.
Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Mehrzahl von Strukturen Seite an Seite in der Strömungsrichtung angeordnet ist, und jede Struktur den gestuften Abschnitt, die Flosse auf der Seite hohen Drucks, die Flosse auf der Seite niedrigen Drucks und die ringförmige Nut hat.