JP2001200937A - 回転機械のアクティブシール - Google Patents
回転機械のアクティブシールInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/10—Two-dimensional
- F05D2250/15—Two-dimensional spiral
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- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
- Sealing Of Bearings (AREA)
Abstract
自動的回避。 【解決手段】固定体側シール部材9と、回転体側シール
部材3とのうちのいずれかのシール部材9は、その有効
半径が回転体側シール部材の回転に基づく物理的変化に
よる温度変化により変形して定常回転時に、そのいずれ
かのシール部材の固定体側シール部材9と回転体側シー
ル部材3との間のクリアランスが適正化される。回転体
側シール部材9の回転に基づく物理的変化による温度変
化は、両部材の現実の接触・干渉、両部材の近接に基づ
く流体摩擦による温度上昇である。その変形は、熱変形
である。その熱変形の温度依存性の設計は、そのいずれ
かのシール部材が形状記憶合金であり温度依存性形状記
憶化されることが変形制御の点で好ましい。
Description
ィブシールに関し、特に、圧縮機、送風機、回転式ポン
プ、タービンのような回転機械のロータの回転軸部のシ
ール性能の低下を防止する回転機械のアクティブシール
に関する。
ンのような回転機械の回転軸などのロータは、その軸方
向に前後する2位置で流体の圧力差が存在する。その圧
力差を維持するために、そのロータの周囲に固定側でラ
ビリンスシールが配置されている。図5は、そのような
ラビリンスシールを示している。タービンロータ101
の一部分である回転軸102の周囲で、軸方向に並ぶ動
翼103の入側と出側に、複数のラビリンスシール10
4が配置されている。このようなラビリンスシール10
4は、図6に示されるように、回転軸102の外周部と
して形成される凹凸状のシール部位105に外装されて
いる。ラビリンスシール104は、基部106と基部1
06から内側に薄く延びる複数枚のシールフィン107
とから形成されている。シール部位105とシールフィ
ン107との間の微妙な幅のクリアランスがコントロー
ルされて、軸方向流れの漏れ量が制約され、各ラビリン
スシール104の上流側と下流側の間の圧力差が微妙に
保持され得る。
ル性能の向上のために、シール部位105とシールフィ
ン107との間のクリアランスが小さく設定される。そ
のような小さいクリアランスは、その変化がシール性能
に影響する。更には、タービンの発停時にシールフィン
107とシール部位105とが干渉するラビングによ
り、タービンロータ、その回転軸の熱曲がり振動を誘起
する。更に、その干渉による両者の摩耗によりそのクリ
アランスが拡大してシール性能の低下が生じる。
下の回避が望まれる。更に、シールフィンとシール部位
の干渉による熱曲がり振動の回避が求められる。
アランスの変化によるシール性能の低下の回避が可能で
ある回転機械のアクティブシールを提供することにあ
る。本発明の他の課題は、クリアランスの変化によるシ
ール性能の低下の自動的回避が可能である回転機械のア
クティブシールを提供することにある。本発明の更に他
の課題は、シールフィンとシール部位の干渉による熱曲
がり振動の回避が自動的に可能である回転機械のアクテ
ィブシールを提供することにある。
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧()つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも1つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。
は、固定体側シール部材(図1では9)と、固定体側シ
ール部材(9)に対して相対的に回転する回転体側シー
ル部材(図1では3)とを含み、固定体側シール部材
(9)と回転体側シール部材(3)のうちのいずれかの
シール部材は、その有効半径が回転体側シール部材の回
転に基づく物理的変化による温度変化により変形して定
常回転時に、そのいずれかのシール部材の固定体側シー
ル部材(9)と回転体側シール部材(3)との間のクリ
アランスが適正化される。回転体側シール部材(3)の
回転に基づく物理的変化による温度変化は、両部材の現
実の接触・干渉、両部材の近接に基づく流体摩擦による
温度上昇である。その変形は、熱変形である。その熱変
形の温度依存性の設計は、そのいずれかのシール部材が
形状記憶合金であり温度依存性形状記憶化されることが
変形制御の点で好ましい。
は、温度Tを変数とする関数R(T)で表され、そのい
ずれかのシール部材は、起動時から定常運転時に移行す
る際に上流側に曲がることが、スラント効果を得るため
に特に好ましい。そのいずれかのシール部材は、上流側
に渦巻き状に曲がることが更に好ましい。
流側に初めから曲がっていて、定常運転時に半径方向に
まっすぐになってクリアランスが狭くなるように形成さ
れ得る。回転体側シール部材(3)を備える回転体がタ
ービン動翼を備える回転軸(2)である場合に、その効
果がより強く発揮される。いずれかのシール部材がラビ
リンスシールである場合に、その効果は更に強く奏され
る。
回転機械のアクティブシールの実施の形態は、ロータ又
はロータの回転軸にシール手段が設けられている。その
シール手段1は、図1に示されるように、ロータの回転
軸2に形成されるシール部位3と、シール部位3を囲む
ラビリンスシール4とから形成されている。シール部位
3とラビリンスシール4とは、軸方向Dに並び回転軸2
に固着されている前後2つの動翼(図示されず、図5参
照)の間に配置されている。複数の動翼は、軸方向に多
段に並設されている。
り大径に形成される大径部に矩形状の波状凹凸部5とし
て回転軸2に形成されている。凹凸部5は、回転軸2の
回転軸心線Lに直交する放射方向により高い複数の輪環
状山部6とその放射方向により低い輪環状谷部7とから
形成されている。
側の非回転体(図示されず)に固定されて形成されるラ
ビリンスシール本体8と、ラビリンスシール本体8から
放射方向と反対の方向である中心方向に向かって延びる
薄い複数枚の輪環状シールフィン9とから形成されてい
る。各輪環状シールフィン9は、軸方向に薄く形成さ
れ、その内側端部は8の内周面側部に固着されている。
複数の輪環状シールフィン9の1つは輪環状山部6の外
周面に近接し、他の1つは輪環状谷部7の外周面に近接
している。輪環状シールフィン9の内周端又は内周面と
輪環状山部6の外周面との間のクリアランス、及び、輪
環状シールフィン9の内周端又は内周面と輪環状谷部7
の外周面との間のクリアランスは、適正に設計されてい
る。
より形成されている。輪環状シールフィン9は、特に、
その内周側部分が形状記憶合金により形成されている。
その内周側部分である内側円周部分は、任意の部分が温
度変化の推移により連続的に又は間欠的に変態して変形
するように形状記憶化されている。輪環状シールフィン
9は、温度が上がると全体的に又は局所的に温度上昇部
位が高圧側(上流側)に曲がるように形状記憶化されて
いる。
るように、両側のラジアル軸受108と、回転軸102
(又は2)の一部位の鍔109の両側のスラスト軸受1
10により軸方向及び放射方向(半径方向)に安定的に
支持されている。
シールフィン9は、図2(a)に示されるように、全て
の輪環状シールフィン9とシール部位3の外周面との間
には、適正なクリアリンスが与えられている。タービン
動翼と回転軸2を含むタービンの発停時、その回転体
は、その固有値通過(クリティカル通過)又はケーシン
グの熱変形等により、大きな振動応答を示す。その振動
応答に伴って、クリアランスが変動して狭くなることが
ある。
状シールフィン9の内周端とシール部位3の輪環状山部
6又はシール部位3の輪環状谷部7とが接触し、輪環状
シールフィン9の内周端部が発熱する。温度上昇した輪
環状シールフィン9の内周端部の一部(又は全部)は、
図2(b)に示されるように、その内側寄り部分がより
多く軸方向に変形する。その軸方向は、下流側から上流
側に向かう方向であることが好ましい。軸方向上流側に
曲がる変形は、シール性能の低下をより有効に抑制する
ことができるスラント効果がある。
に固有値通過があり、又は、ケーシングの熱変形が拡大
して、やや変形している輪環状シールフィン9の内周端
部が局所的にシール部位3に接触して温度上昇した場合
は、輪環状シールフィン9の内側端部はその形状記憶に
より更に曲がりが進行して、図2(c)に示されるよう
に、渦巻き状に変形して、その内側端部の最内周半径が
更に縮小し、クリアランスが拡大する。その渦巻き状変
形部も全体的には上流側に曲がっていて、既述のスラン
ト効果が維持されている。
ン9は、図2(a)に示されるように定常時の起立状態
に回復し、クリアランスが適正にコントロールされ、シ
ール部位3の両側(軸方向に隣り合う2つの動翼)の間
の流体の漏れ量が適正にコントロールされて、隣り合う
動翼間の圧力差が所定圧力差に維持される。輪環状シー
ルフィン9のこのような曲がりは、シール効果の低下を
防止するとともに、接触しあう両部材、特に、輪環状シ
ールフィン9の摩耗を防ぐことができる。
内周半径がR1とR2で表され、半径R1とR2は、第
1半径関数R1(T)と第2半径関数R2(T)で表さ
れる。形状記憶合金は、シール流体の雰囲気、温度、変
態点などが考慮され、公知の多様な材料の中から適宜に
適正な材料が選択され得る。
している。形状記憶合金で製作されている輪環状シール
フィン9は、静止時に、その内周端部が上流側に曲がっ
ている。シール部位3の凹凸面と内周端部が曲がってい
る輪環状シールフィン9の最内周端との間のクリアラン
スは、大きい目に設計されている。このようにクリアラ
ンスが大きいので、タービンの始動時の回転体の振動は
ラビングを発生させない。この始動時は、クリアランス
が大きくても、起動時の時間帯は短く、且つ、上流側に
曲がる部分のスラント効果が発揮されて、シール性能の
低下は小さく流体の漏れによる動損は微量に抑えられて
いる。
体による雰囲気温度は450゜C)は、起動時の状態
(例示:その状態時の流体による雰囲気温度は350゜
C)を示す図4(a)から図4(b)に示される状態に
移行して、輪環状シールフィン9の曲がった部分は、ま
っすぐに起立して、輪環状シールフィン9の内周端部の
最小半径が大きくなる。このように大きくなる最小半径
は、輪環状シールフィン9がシール部位3に接触しない
程度に(ラビングが起きない程度に)適正に大きい半径
に設計されている。
より相殺されないように、温度変化により変形するラビ
リンスシールの変形側は、固定側、回転体側、内周端
側、外周端側から適正に選択され得る。
ルは、物理的変化によりクリアランスが適正に維持さ
れ、シール性能の低下が回避され、特に、自動的に回避
される。
ールの実施の形態を示す断面図である。
の物理的状態変化をそれぞれに示す断面図である。
ールの実施の他の形態を示す断面図である。
理的状態変化をそれぞれに示す断面図である。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】固定体側シール部材と、 前記固定体側シール部材に対して相対的に回転する回転
体側シール部材とを含み、 前記固定体側シール部材と前記回転体側シール部材のう
ちのいずれかのシール部材は、その有効半径が前記回転
体側シール部材の回転に基づく物理的変化による温度変
化により変形して定常回転時に、前記固定体側シール部
材と前記回転体側シール部材との間のクリアランスが適
正化される回転機械のアクティブシール。 - 【請求項2】請求項1において、 前記いずれかのシール部材は、形状記憶合金により形成
され、 前記いずれかのシール部材の有効直径Rは、温度Tを変
数とする関数R(T)で表される回転機械のアクティブ
シール。 - 【請求項3】請求項2において、 前記いずれかのシール部材は、起動時から定常運転時に
移行する際に上流側に曲がる回転機械のアクティブシー
ル。 - 【請求項4】請求項3において、 前記いずれかのシール部材は、上流側に渦巻き状に曲が
る回転機械のアクティブシール。 - 【請求項5】請求項2において、 前記いずれかのシール部材は、起動時に上流側に初めか
ら曲がっていて、定常運転時に半径方向にまっすぐにな
って前記クリアランスが狭くなる回転機械のアクティブ
シール。 - 【請求項6】請求項2において、 前記回転体側シール部材を備える回転体は、タービン動
翼を備える回転軸である回転機械のアクティブシール。 - 【請求項7】請求項2において、 前記いずれかのシール部材は、ラビリンスシールである
回転機械のアクティブシール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000008250A JP2001200937A (ja) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | 回転機械のアクティブシール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000008250A JP2001200937A (ja) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | 回転機械のアクティブシール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001200937A true JP2001200937A (ja) | 2001-07-27 |
Family
ID=18536557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000008250A Pending JP2001200937A (ja) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | 回転機械のアクティブシール |
Country Status (1)
Country | Link |
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