JP2005147216A - Sealing device for rotating machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sealing device 10 to be used in a rotating machine. <P>SOLUTION: The sealing device 10 to be used in the rotating machine comprises a first element 16 and a second element 18 forming an annular part 15, a high pressure region 12 and a low pressure region 14 provided in the annular part 15, and a liquid seal provided between the first element 16 and the second element 18, between the high pressure region 12 and the low pressure region 14, for reducing the leakage of gas from the high pressure region 12 to the low pressure region 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ガスタービンエンジンなどの回転機械で使用されるシール装置に関する。   The present invention relates to a sealing device used in a rotary machine such as a gas turbine engine.

本発明は、2つの同心軸の間の環状部を封止するために検討されている最新の設計における重要な問題点を扱うものであり、このような環状部では、固定された取付箇所がないためにシール要素の回転が要求される。従来の封止法は、ピストンリングなどの中実の二次シールを使用する。シール要素が固定されていない軸の間の用途では、中実の二次シールが受ける慣性力によって二次シールとその支持要素との間に高い摩擦力が生じ、これにより、軸方向の移動が妨げられるか、または少なくとも望ましくない摩耗が生じてしまう。   The present invention addresses an important issue in modern designs that are being considered to seal an annulus between two concentric shafts, where a fixed attachment point is present. Therefore, rotation of the sealing element is required. Conventional sealing methods use a solid secondary seal such as a piston ring. In applications between shafts where the sealing element is not fixed, the inertial force experienced by a solid secondary seal creates a high frictional force between the secondary seal and its support element, which reduces axial movement. It is disturbed or at least undesired wear occurs.

従って、本発明の目的は、回転機械で使用されるシール装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a sealing device for use in a rotating machine.

本発明の他の目的は、同じ方向または反対方向に回転する2つの同心軸の間に形成される環状部を封止することができるシール装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a sealing device that can seal an annulus formed between two concentric shafts that rotate in the same or opposite directions.

本発明のまた他の目的は、軸と固定要素との間に形成される環状部を封止することができるシール装置を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a sealing device capable of sealing an annular portion formed between a shaft and a fixing element.

本発明のさらに他の目的は、高圧領域から低圧領域へのガスの漏れを減少させるシール装置を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a sealing device that reduces gas leakage from a high pressure region to a low pressure region.

上述の目的は、本発明のシールアセンブリによって達成される。   The above objective is accomplished by a seal assembly according to the present invention.

本発明では、回転機械で使用されるシール装置は、環状部を形成する第1の要素および第2の要素と、環状部内の高圧領域および低圧領域と、第1の要素と第2の要素との間でかつ高圧領域と低圧領域との間に設けられるとともに、高圧領域から低圧領域へのガスの漏れを減少させる液体シールと、を有する。   In the present invention, a sealing device used in a rotary machine includes a first element and a second element forming an annular part, a high pressure region and a low pressure region in the annular part, a first element and a second element, And a liquid seal that is provided between the high pressure region and the low pressure region and reduces gas leakage from the high pressure region to the low pressure region.

本発明のガスフィルム液圧シャフトシールの他の詳細、目的、および付随する利点は、以下の最良の形態および添付図面に示されている。   Other details, objects and attendant advantages of the gas film hydraulic shaft seal of the present invention are illustrated in the following best mode and accompanying drawings.

図は、本発明のシャフトシール装置10を示している。このアセンブリでは、第1の要素16と第2の要素18との間に位置する環状部15において、高圧Ph領域12から低圧PL領域14へのガス流れを減少させるために、液体がガスフィルムとともに使用されている。第1の要素16と第2の要素18とは、同じ方向または反対方向に回転するとともに中心線40を有する2つの軸でありうる。また、要素16,18の一方が軸で、他方が固定要素であってもよい。 The figure shows a shaft seal device 10 of the present invention. In this assembly, the liquid is gas in order to reduce gas flow from the high pressure Ph region 12 to the low pressure P L region 14 in the annulus 15 located between the first element 16 and the second element 18. Used with film. The first element 16 and the second element 18 can be two axes that rotate in the same or opposite directions and have a centerline 40. Further, one of the elements 16 and 18 may be a shaft and the other may be a fixed element.

図から分かるように、第2の要素18と部品22,24によって環状部15内にトラフ(凹溝)20が形成されている。部品22は、径方向に延在する要素を含み、この要素は、第2の要素18から突出するとともに、好ましくは第2の要素18と一体に形成されている。部品24は、V字型断面のリング要素を含み、このリング要素は、第2の要素18に取り付けられた第1のレッグ部25と、第1のレッグ部25と角度を成す第2のレッグ部27とを有する。部品24は、当該技術で周知の適切な手段を使用して第2の要素18に取付可能である。   As can be seen from the figure, a trough (concave groove) 20 is formed in the annular portion 15 by the second element 18 and the parts 22 and 24. The part 22 includes a radially extending element that protrudes from the second element 18 and is preferably formed integrally with the second element 18. The part 24 includes a ring element with a V-shaped cross section, which includes a first leg portion 25 attached to the second element 18 and a second leg angled with the first leg portion 25. Part 27. The part 24 can be attached to the second element 18 using any suitable means known in the art.

トラフ20は、油などの液体26で満たされている。液面の高さ29,31は、圧力Ph,PLによってそれぞれ維持されている。トラフ20には、フィン28が設けられている。図から分かるように、フィン28は、液体26内に突出している。フィン28は、第1の要素すなわち内側の要素16に取り付けられているとともに、フィン28を通って延びる通路33を有する。フィン28は、当該技術で周知の適切な手段を使用して第1の要素16に取り付けることができる。 The trough 20 is filled with a liquid 26 such as oil. The liquid level heights 29 and 31 are maintained by the pressures P h and P L , respectively. The trough 20 is provided with fins 28. As can be seen, the fins 28 protrude into the liquid 26. The fin 28 is attached to the first or inner element 16 and has a passage 33 extending through the fin 28. The fins 28 can be attached to the first element 16 using any suitable means known in the art.

使用時には、高圧領域12からのガスの一部がフィン28の通路33を通り、フィン28の傾斜面32から液体26を分離するガスフィルムすなわちガス−液体混合気30を形成する。ガスフィルムすなわち混合気30は、部品18,22,24よりも摩擦が低く、これにより、液体26が第2の要素18にほぼ等しい速度で回転可能となる。面32は、ガスフィルムすなわち混合気30を面32に沿って保持するために傾斜している。結果的に生じる流体の慣性によって、高圧領域12から低圧領域14へのガスの漏れがほぼ完全に防止される。従って、2つの要素16,18の間でガスの漏れを防止する液体シールが形成される。上述したように、要素16,18は、反対方向または同じ方向に回転する軸でありうる。   In use, a portion of the gas from the high pressure region 12 passes through the passages 33 of the fins 28 to form a gas film or gas-liquid mixture 30 that separates the liquid 26 from the inclined surfaces 32 of the fins 28. The gas film or mixture 30 has less friction than the parts 18, 22, 24, thereby allowing the liquid 26 to rotate at a speed approximately equal to the second element 18. The surface 32 is inclined to hold the gas film or mixture 30 along the surface 32. The resulting fluid inertia almost completely prevents gas leakage from the high pressure region 12 to the low pressure region 14. Thus, a liquid seal is formed between the two elements 16, 18 that prevents gas leakage. As mentioned above, the elements 16, 18 can be axes that rotate in opposite or the same direction.

シール装置内の液体26は、好ましくは油であり、回転機械の動作時に補充される。   The liquid 26 in the sealing device is preferably oil and is refilled during operation of the rotating machine.

本発明によって上述した目的、手段、および利点を完全に満たすガスフィルム液圧シャフトシールが提供されることが明らかである。本発明を具体的な実施例に関連して説明したが、当業者には上述の説明から他の代替物、改良および変更が明らかとなるであろう。従って、請求項の範囲内であるこのような代替物、改良および変更も本発明に含まれる。   It is clear that the present invention provides a gas film hydraulic shaft seal that fully satisfies the objects, means, and advantages described above. Although the present invention has been described with reference to specific embodiments, other alternatives, modifications and changes will become apparent to those skilled in the art from the foregoing description. Accordingly, such alternatives, modifications and variations that fall within the scope of the claims are also encompassed by the invention.

本発明に係るシャフトシール装置の説明図である。It is explanatory drawing of the shaft seal apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…シャフトシール装置
12…高圧領域
14…低圧領域
15…環状部
16…第1の要素
18…第2の要素
20…トラフ
22,24…部品
25…第1のレッグ部
27…第2のレッグ部
28…フィン
29,31…液面の高さ
30…混合気
32…傾斜面
33…通路
40…中心線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Shaft seal apparatus 12 ... High pressure area | region 14 ... Low pressure area | region 15 ... Annular part 16 ... 1st element 18 ... 2nd element 20 ... Trough 22, 24 ... Parts 25 ... 1st leg part 27 ... 2nd leg Part 28 ... Fins 29 and 31 ... Liquid level height 30 ... Air-fuel mixture 32 ... Inclined surface 33 ... Passage 40 ... Center line

Claims (12)

環状部を形成する第1の要素および第2の要素と、
前記環状部内の高圧領域および低圧領域と、
前記第1の要素と前記第2の要素との間でかつ前記高圧領域と前記低圧領域との間に設けられるとともに、前記高圧領域から前記低圧領域へのガスの漏れを減少させる液体シールと、を有することを特徴とする回転機械用のシール装置。
A first element and a second element forming an annulus;
A high pressure region and a low pressure region in the annular portion;
A liquid seal provided between the first element and the second element and between the high pressure region and the low pressure region and reducing gas leakage from the high pressure region to the low pressure region; A sealing device for a rotating machine, characterized by comprising:
前記第1の要素は、固定要素を含み、前記第2の要素は、軸を含むことを特徴とする請求項1記載の回転機械用のシール装置。   The sealing device for a rotary machine according to claim 1, wherein the first element includes a fixed element, and the second element includes a shaft. 前記第1の要素は、第1の軸を含み、前記第2の要素は、第2の軸を含むことを特徴とする請求項1記載の回転機械用のシール装置。   The sealing device for a rotary machine according to claim 1, wherein the first element includes a first shaft, and the second element includes a second shaft. 前記第1の軸と前記第2の軸とは、同じ方向に回転することを特徴とする請求項3記載の回転機械用のシール装置。   The sealing device for a rotary machine according to claim 3, wherein the first shaft and the second shaft rotate in the same direction. 前記第1の軸と前記第2の軸とは、反対方向に回転することを特徴とする請求項3記載の回転機械用のシール装置。   The sealing device for a rotary machine according to claim 3, wherein the first shaft and the second shaft rotate in opposite directions. 前記液体シールは、液体を含むトラフと、該トラフに含まれる液体内に突出するフィンと、を有することを特徴とする請求項1記載の回転機械用のシール装置。   The sealing device for a rotary machine according to claim 1, wherein the liquid seal includes a trough containing a liquid and a fin protruding into the liquid contained in the trough. 前記トラフは、前記第2の要素、該第2の要素に取り付けられた第1の部品、および該第2の要素に取り付けられた第2の部品から形成されていることを特徴とする請求項6記載の回転機械用のシール装置。   The trough is formed of the second element, a first part attached to the second element, and a second part attached to the second element. 6. A sealing device for a rotary machine according to 6. 前記第1の部品は、前記第2の要素から突出する径方向に延在する要素を含むことを特徴とする請求項7記載の回転機械用のシール装置。   The sealing device for a rotary machine according to claim 7, wherein the first part includes a radially extending element protruding from the second element. 前記第1の部品は、前記第2の要素と一体に形成されていることを特徴とする請求項8記載の回転機械用のシール装置。   9. The sealing device for a rotating machine according to claim 8, wherein the first part is formed integrally with the second element. 前記第2の部品は、前記第2の要素に取り付けられた第1のレッグ部と、該第1のレッグ部と角度を成す第2のレッグ部と、を有することを特徴とする請求項7記載の回転機械用のシール装置。   8. The second part includes a first leg portion attached to the second element and a second leg portion that forms an angle with the first leg portion. The sealing apparatus for rotary machines as described. 前記フィンは、該フィンを通って延びるガス通路を有することを特徴とする請求項6記載の回転機械用のシール装置。   The sealing device for a rotary machine according to claim 6, wherein the fin has a gas passage extending through the fin. 前記フィンは、傾斜面を有し、前記傾斜面には前記液体を該傾斜面から分離するようにガスフィルムが形成されることを特徴とする請求項11記載の回転機械用のシール装置。
12. The sealing device for a rotary machine according to claim 11, wherein the fin has an inclined surface, and a gas film is formed on the inclined surface so as to separate the liquid from the inclined surface.
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US10883607B2 (en) 2017-10-24 2021-01-05 Rolls-Royce Plc Hydraulic seal arrangement

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