JP2008157153A - 高速回転機器用ガスシール装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 オイルミストのガスシールへの侵入を確実に阻止し得て、高速回転機器の長期連続運転を実現することができる高速回転機器用ガスシール装置を提供する。
【構成】 ガスシール５の機外大気領域側においてシールケース２の内周部に形成したシール室１６に軸流シール６を配設してある。軸流シール６は、回転軸３に微小な環状隙間１７，１７を有して嵌挿された一対のカーボン製のシールリング１８，１８と、シールガス１９を環状隙間１７，１７からシール室１６の両側領域Ｂ，Ｃ３に流出させるべくシール室１６にオリフィス２０を介してシールガス１９を供給させるシールガス供給路２１とを具備して、機外大気領域Ｂで発生するオイルミストのガスシール５への侵入を阻止するように構成されている。両シールリング１８，１８の内周面に対向する回転軸３の外周面部分は、超硬合金材のコーティング層２５で構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスを扱う高速の回転機器であって、特に、長期に亘って継続運転される高速コンプレッサ，高速ポンプ等の高速回転機器に装備されるガスシール装置に関するものであり、具体的には、機器ハウジングに取り付けたシールケースとこれを洞貫する回転軸との間に形成されたシール空間に複数の非接触形メカニカルシールを軸線方向に並列配置してなるガスシールにより、機内ガス領域とオイルミストが発生する機外大気領域とを遮蔽シールするように構成された高速回転機器用ガスシール装置に関するものである。

このような高速回転機器用ガスシール装置としては、一般に、シールケース側密封環と回転軸側密封環とをその対向端面間に動圧を発生することにより非接触状態に保持するように構成された複数の非接触形メカニカルシールをタンデム配置してなるガスシールにより、機内ガス領域と機外大気領域とを遮蔽シールするように構成されたものが周知である（例えば、非特許文献１の第５３頁に記載されたタンデムシール又はトリプルシールを参照）。

産業機械（第４９４号 平成３年１１月号）、社団法人 日本産業機械工業会発行、平成３年１１月２０日発行、第５１〜５４頁

しかし、コンプレッサ等の高速回転機器においては、機外大気領域に設けられた軸受部から回転軸の高速回転により潤滑油が飛散してオイルミストが発生し、それがガスシールのシール部（両密封環の対向端面間の部分）に侵入する虞れがあり、このようなオイルミストのシール部への侵入を放置しておくと、ガスシール機能が低下，喪失することになる。一方、オイルミストによるガスシール機能低下を回避するためにはガスシール装置のメンテナンスを頻繁に行う必要があるが、高速コンプレッサや高速ポンプ等の高速回転機器は、その用途上、長期に亘って連続運転することが要求されることが多いため、このような頻繁なメンテンナスを行うことはできず、その対策に苦慮しているのが実情である。なお、軸受部とガスシール装置との間に配して回転軸にスリンガ等の油切りを設けて、潤滑油のガスシール装置への侵入を阻止することも試みられているが、このようなスリンガ等によっては、オイルが液状のままシール部へと侵入するのを阻止できるにすぎず（オイルの飛散液滴の侵入を阻止できるにすぎず）、オイルミストの発生，侵入はこれを阻止することができず、上記問題の解決策たり得ない。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、機外大気領域で発生するオイルミストの侵入を確実に阻止し得て、長期に亘ってメンテナンスを必要とすることなく適正且つ良好なシール機能を発揮することができ、高速回転機器の長期連続運転を実現することができる高速回転機器用ガスシール装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、機器ハウジングに取り付けたシールケースとこれを洞貫する回転軸との間に複数の非接触形メカニカルシールを軸線方向に並列配置してなるガスシールにより、機内ガス領域とオイルミストが発生する機外大気領域とを遮蔽シールするように構成された高速回転機器用ガスシール装置において、ガスシールの機外大気領域側においてシールケースの内周部に形成した環状のシール室に、次のような軸流シールを配設しておくことを提案するものである。すなわち、この軸流シールは、シール室の軸線方向における対向壁面に押圧接触された状態で且つ回転軸にこれとの間に微小な環状隙間を有した状態で嵌挿された一対のシールリングと、シールガスを前記環状隙間からシール室の両側領域に所定流量で流出させるべくシール室にオリフィスを介してシールガスを供給させるシールガス供給路とを具備して、ガスシールへのオイルミストの侵入を阻止するように構成されたものである。

而して、好ましい実施の形態にあって、軸流シールにおける各シールリングの内径は、シールガスの供給状態において前記環状隙間が４０〜１００μｍ（好ましくは５０〜８０μｍ）に保持されるように設定される。すなわち、シールガスの供給状態においては、環状隙間を通過するシールガスによってシールリングの内周面がその全周に亘って回転軸に接触しない状態（以下「環状隙間形成状態」という）に当該シールリングが保持されるように、シールガス供給路に供給されるシールガスの圧力及び流量が設定されるが、かかる環状隙間形成状態においては、シールリングの内周面と回転軸の外周面との半径方向間隔が周方向に均一である場合は勿論、当該半径方向間隔が周方向において不均一である場合（シールリングが回転軸に対して偏心した場合やシールリング等の加工精度や熱変形によってより半径方向間隔に広狭が生じている場合）にも、当該半径方向間隔が４０〜１００μｍ（好ましくは５０〜８０μｍ）の範囲となるように、当該シールリングの内径を回転軸の外径（当該シールリングが嵌挿されている回転軸部分の外径）に応じて設定しておくのである。半径方向間隔が４０μｍ未満であると（シールリングが回転軸に対して偏心している場合においては最小の半径方向間隔が４０μｍ未満であると）、シールリングと回転軸との相対回転部分において急激な温度上昇や摩耗が生じて安定した軸流シール機能を発揮できないが、４０μｍ以上（好ましくは５０μｍ以上）であると、このような問題を生じることなく、長期に亘って適正且つ安定した軸流シール機能が発揮される。また、半径方向間隔が１００μｍを超えると（シールリングが回転軸に対して偏心している場合においては最大の半径方向間隔が１００μｍを超えると）、環状隙間からのシールガス漏洩量が必要以上に多くなるが、１００μｍ以下（好ましくは８０μｍ以下）であると、上記シールガス漏洩量を必要最小限に抑制しつつ、シールガスによる環状隙間形成状態を確保することができる。

また、シールガスの供給量及び供給圧力は、上記した環状隙間形成状態が確保される範囲で適宜に設定されるが、シールガス供給路に配設されたオリフィスにより、環状隙間を通過するシールガス流速が５ｍ／ｓ以上（好ましくは１０ｍ／ｓ以上）となるように調整される。すなわち、環状隙間を通過するシールガス流速が５ｍ／ｓ未満であると、機外大気領域で発生するオイルミストが軸流シールのシール部（環状隙間）に侵入して軸流シール機能を低下させ、その結果、オイルミストがガスシールのシール部まで侵入して機内ガス領域のシールを適正に行い得ない虞れがあるが、オリフィスにより当該シールガス流速が５ｍ／ｓ以上（好ましくは１０ｍ／ｓ以上）となるように調整しておくと、オイルミストの軸流シールへの侵入を確実に防止することができ、オイルミストによるガスシール機能低下を回避することができる。

また、好ましい実施の形態にあって、軸流シールとしてセグメントシールが採用される。かかるセグメントシールにあっては、各シールリングが円弧状セグメントをガータスプリングにより環状に緊縛してなるセグメントリングで構成される。この場合、各シールリングは、一つのセグメントリングで構成される他、必要に応じて、複数のセグメントリングを軸線方向に密着状に並列してなるものに構成しておくことができる。また、ガスシールとしては、一般に、シールケース側密封環と回転軸側密封環とをその対向端面間に動圧を発生することにより非接触状態に保持するように構成された複数の非接触形メカニカルシールをタンデム配置してなるもの（例えば、非特許文献１に示されたタンデムシール，トリプルシール等）が採用される。

また、軸流シールにあって、運転開始時又は運転停止時におけるシールリングと回転軸との接触による摩耗，損傷を効果的に防止するために、両シールリングをカーボン製のものとすると共に、両シールリングの内周面に対向する回転軸の外周面部分に超硬合金材をコーティングしておくことが好ましい。この場合において、シールリングの真円度は２０μｍ以下としておくことが好ましい。真円度が２０μｍを超えると、軸流シールのシール部における摩耗や損傷（接触痕）が発生し易い。

本発明の高速回転機器用ガスシール装置によれば、ガスシールへのオイルミスト侵入を軸流シールによって確実に阻止することができ、その結果、ガスシールによるシール機能を長期に亘ってメンテナンスを必要とすることなく適正且つ良好に発揮させることができて、高速回転機器の長期連続運転を実現することができる。

図１は本発明に係る高速回転機器用ガスシール装置の実施の形態を示す上半部の縦断側面図であり、図２は当該ガスシール装置の下半部を示す縦断側面図であり、図３及び図４は夫々図１及び図２の要部（軸流シール）を拡大して示す詳細図であり、図５はシールリングと回転軸との環状隙間が不均一な状態を模式的に示す断面図である。

図１及び図２に示す高速回転機器用ガスシール装置は、高速回転機器（例えば、高速コンプレッサ，高速ポンプ等）の機器ハウジング１に取り付けられたシールケース２とこれを洞貫する回転軸（例えば、タービン軸，ポンプ軸等）３との対向周面間にガスシール５及び軸流シール６を並列配設して、両シール５，６により機内ガス領域（機器ハウジング１内の高圧ガス領域）Ａと機外大気領域（機器ハウジング１外の大気領域）Ｂとの間をシールするように構成されている。機外大気領域Ｂにおいては、回転軸３の軸受部（図示せず）が設けられているが、回転軸３が高速回転するために、当該回転軸３の回転に伴って当該軸受部の潤滑油が飛散してミスト化し、オイルミストが発生する。なお、軸受部から飛散した潤滑油の液状分（液滴）は、当該軸受部と軸流シール６との間に配して回転軸３に設けた油切り部材（スリング）７により、軸流シール６への侵入が阻止される。

ガスシール５は、図１及び図２に示す如く、シールケース２と回転軸３との対向周面間（同心円形をなすシールケース内周面と回転軸外周面との間）に複数の非接触形メカニカルシール（この例では第１及び第２非接触形メカニカルシール）５ａ，５ｂを軸線方向（図１及び図２における左右方向）に並列配置してなるタンデムシールである。機内ガス領域側（図１及び図２における右側）の第１非接触形メカニカルシール５ａと機外大気領域側（図１及び図２における左側）の第２非接触形メカニカルシール５ｂとは、向きを同一とするタンデム配置された同一構成をなすものである。すなわち、各非接触形メカニカルシール５ａ，５ｂは、シールケース２に軸線方向移動可能に保持された静止環８と、静止環８の機内ガス領域側に配して回転軸３に固定された回転軸側密封環たる回転環９と、シールケース２と静止環８との間に介装されたスプリング１０（図２参照）と、両環８，９間に挟圧保持されたケース側密封環たる遊動環１１と、を具備して、回転環９の密封端面（遊動環１１との対向端面）に形成した動圧発生溝９ａにより回転環９と遊動環１１との間に動圧を発生させることにより、両環９，１１間を非接触状態に保持しつつ、両環９，１１の対向面部分（シール部分）の外周側領域と内周側領域とを遮蔽シールするように構成された動圧形のノンコンタクトガスシールである。第１非接触形メカニカルシール５ａは、そのシール部分の外周側領域であって機内ガス領域Ａに連通する第１ケース内領域Ｃ１と当該シール部分の内周側領域であって第２非接触形メカニカルシール５ｂとの間の第２ケース内領域Ｃ２とを、当該シール部分において、第１ケース内領域Ｃ１から第２ケース内領域Ｃ２への微量漏れを許容しつつシールするものであり、第２非接触形メカニカルシール５ｂは、そのシール部分の外周側領域である第２ケース内領域Ｃ２と当該シール部分の内周側領域であって後述する軸流シール６との間の第３ケース内領域Ｃ３とを、当該シール部分において、第２ケース内領域Ｃ２から第３ケース内領域Ｃ３への微量漏れを許容しつつシールするものである。

なお、回転軸３は、図１及び図２に示す如く、本体軸３ａとこれに嵌挿固定された複数のスリーブ３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅとからなる。第１非接触形メカニカルシール５ａの回転環９は本体軸３ａに嵌挿固定した第１スリーブ３ｂに嵌合固定されており、第２非接触形メカニカルシール５ｂの回転環９は第１スリーブ３ｂに嵌挿固定した第２スリーブ３ｃに嵌合固定されている。第２スリーブ３ｃは、図１に示す如く、本体軸３ａに分割リング３ｆ及びピン３ｇを介して相対回転不能に嵌合固定された第３スリーブ３ｄに連結されており、この第３スリーブ３ｄ及び本体軸３ａに嵌挿固定された第４スリーブ３ｅにスリンガ７が固着されている。また、各静止環８は、図１に示す如く、これに取り付けたドライブピン８ａをシールケース２に設けた係合孔に係合させることにより、軸線方向移動を許容しつつシールケース２に対する相対回転を阻止されている。また、各遊動環１１は、図２に示す如く、これに設けた係合孔に静止環８に取り付けたドライブピン８ｂを係合させることにより、静止環８に対する相対回転を阻止されている。また、静止環８と遊動環１１との間は、この間に介装したＯリング１２により二次シールされている。

また、機内ガス領域Ａと第１ケース内領域Ｃ１との連通部分つまりシールケース２における機器ハウジング１への取付部（シールケース２の先端部）と回転軸３との対向周面間には、図１及び図２に示す如く、ラビリンスシール１３が設けられていて、機内ガス領域Ａから第１ケース内領域Ｃ１への異物侵入を可及的に阻止するように工夫されている。また、シールケース２には、図１に示す如く、第１ケース内領域Ｃ１へと開口する圧力調整通路２ａが形成されていて、この通路２ａから加圧ガス１４を供給することによって、ラビリンスシール１３による第１ケース内領域Ｃ１の圧力損失を防止するように工夫されている。すなわち、加圧ガス１４の第１ケース内領域Ｃ１への供給により、第１ケース内領域Ｃ１を機内ガス領域Ａと同一又は略同一の圧力に保持し、これによって、機内ガス領域Ａから第１ケース内領域Ｃ１へのガス漏洩を可及的に防止している。加圧ガス１４としては、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の流体に対して不活性であり機外大気領域Ｂに漏洩して支障ない無害なガス（この例では、窒素ガス）が使用される。また、シールケース２には、図１に示す如く、第２ケース内領域Ｃ２に開口するドレン路２ｂが形成されていて、第１ケース内領域Ｃ１から第２ケース内領域Ｃ２への漏洩流体１５を排除するように工夫されている。

軸流シール６は、図１〜図４に示す如く、ガスシール５の機外大気領域側においてシールケース２の内周部に形成した環状のシール室１６に配設されており、シール室１６の軸線方向における対向壁面たるシール面１６ａ，１６ａに押圧接触された状態で且つ回転軸３にこれとの間に微小な環状隙間１７，１７（図３及び図４を参照）を有した状態で嵌挿された一対のシールリング１８，１８と、シールガス１９を前記環状隙間１７，１７からシール室１６の両側領域たる第３ケース内領域Ｃ１と機外大気領域Ｂとに所定流量で流出させるべくシール室１６にオリフィス２０を介してシールガス１９を供給させるシールガス供給路２１（図１及び図３参照）とを具備して、機外大気領域Ｂで発生するオイルミストのガスシール５への侵入を阻止するように構成されたものである。

シールケース２の内周部には、図１〜図４に示す如く、シール室１６を軸線方向に二分する環状の仕切壁１６ｂが突設されており、各シールリング１８は各シール面１６ａとこれに対向する仕切壁１６ｂの端面との間に装填されている。

軸流シール６は、各シールリング１８を周方向に複数部分（円弧状セグメント）に分割された一つのセグメントリング１８ａで構成したセグメントシールとされている。各セグメントリング１８ａは、図１〜図４に示す如く、複数の円弧状セグメントをガータスプリング２２でリング状に緊縛してなるものであり、回転軸３（シール室１６内に位置する回転軸部分である第４スリーブ３ｅ）に嵌挿されている。両シールリング１８，１８は、図４に示す如く、その間に介装した適当数（一つのみ図示）のスプリング（圧縮コイルスプリング）２３により軸線方向に離間すべく附勢されている。すなわち、各シールリング１８つまりセグメントリング１８ａの側端面は、スプリング２３によってシール面１６ａに押圧接触されている。仕切壁１６ｂには、図４に示す如く、後述するシールガス供給路２１と交差することなく軸線方向に貫通するスプリング保持孔１６ｃが形成されており、このスプリング保持孔１６ｃにスプリング２３が挿通保持されている。また、仕切壁１６ｂには、図４に示す如く、当該シールガス供給路２１と交差することなく軸線方向に延びる適当数（一つのみ図示）のドライブピン２４が貫通支持されており、このドライブピン２４の両端部を両セグメントリング１８ａ，１８ａの対向面に形成した係合孔１８ｃ，１８ｃに係合させることにより、各セグメントリング１８ａのシールケース２に対する相対回転を阻止している。

各セグメントリング１８ａはカーボン製のものである。一方、回転軸３はＳＵＳ４０３等の金属製のものであるが、両セグメントリング１８ａ，１８ａの内周面に対向する回転軸３の外周面部分つまり第４スリーブ３ｅの外周面部分には、図３及び図４に示す如く、超硬合金材２５を溶射等によりコーティングしてある。

各シールリング１８つまり各セグメントリング１８ａの内径は、シールガス１９の供給状態おいて、つまり環状隙間１７にシールガス１９が供給されることによって当該リング１８ａがその内周面の全周に亘って回転軸３に対して非接触に保持された環状隙間形成状態において、環状隙間１７が４０〜１００μｍ（好ましくは５０〜８０μｍ）に保持されるように設定されている。すなわち、環状隙間形成状態においては、シールリングの内周面と回転軸の外周面との半径方向間隔が周方向に均一である場合は勿論、当該半径方向間隔が周方向において不均一である場合（シールリングが回転軸に対して偏心した場合やシールリング等の加工精度や熱変形によってより半径方向間隔に広狭が生じている場合）にも、当該半径方向間隔が４０〜１００μｍ（好ましくは５０〜８０μｍ）の範囲となるように、当該シールリング１８の内径を回転軸３の外径（超硬合金コーティング層２５が形成された回転軸部分の外径）に応じて設定してある。例えば、環状隙間１７に図５に示す広狭がある場合において、当該シールリング１８と回転軸３との対向周面間における半径方向間隔の最小値δ１がδ１≧４０μｍ（好ましくはδ１≧５０μｍ）となり且つ当該半径方向間隔の最大値δ２がδ２≦１００μｍ（好ましくはδ２≦８０μｍ）となるように、シールリング１８（セグメントリング１８ａ）の内径は設定される。

シールガス供給路２１は、図１及び図３に示す如く、シールケース２及び仕切壁１６ｂを径方向に貫通して仕切壁１６ａの内周部に開口されており、シール室１６の両側領域Ｂ，Ｃ３より高圧のシールガス１９をシール室１６に供給するようになっている。シールガス１９としては、前記加圧ガス１４と同様に、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の流体に対して不活性であり機外大気領域Ｂに漏洩して支障ない無害なガス（この例では、窒素ガス）が使用される。

シールガス１９の圧力及び供給量は、前記環状隙間形成状態（環状隙間１７を通過するシールガス１９によってシールリング１８の内周面がその全周に亘って回転軸３に接触しない状態）を維持しうる範囲において、前記した如く設定される環状隙間１７に応じて適宜に設定されるが、シールガス供給路２１には、環状隙間１７を通過するシールガス流速が５ｍ／ｓ以上（好ましくは１０ｍ／ｓ以上）となるように調整するためのオリフィス２０が配設されている。すなわち、図３に示す如く、シールガス供給路２１の適所であって仕切壁１６ｂを貫通するシールガス供給路部分の近傍上流側の部位に環状板２０ａを配して、その中心孔で形成されるオリフィス２０により、当該シールガス流速を上記した如くに調整するようになっている。

なお、シールケース２には、図１及び図３に示す如く、第３ケース内領域Ｃ３に連通するシールガス排出路２ｃが形成されていて、このシールガス排出路２ｃから、非接触形メカニカルシール５ｂから第３ケース内領域Ｃ３に漏洩する流体（ガス）を同伴しつつ、環状隙間１７から第３ケース内領域Ｃ３に漏洩するシールガス１９が排出されるようになっている。

以上のように構成された高速回転機器用ガスシール装置によれば、機内ガス領域Ａの流体（被密封流体たる高圧ガス）がタンデムシール５によってシールすることができ、且つ機外大気領域Ｂで発生するオイルミストのタンデムシール５への侵入を軸流シール６によって確実に阻止することができる。

すなわち、軸流シール６にあっては、両セグメントリング１８ａ，１８ａがシール面１６ａ，１６ａに押圧接触された状態で回転軸３に嵌挿されており、機外大気領域Ｂ及び第３ケース内領域Ｃ３より高圧のシールガス１９がシールガス供給路２１からシール室１６に供給される。このとき、シール室１６に供給されたシールガス１９は、両セグメントリング１８ａ，１８ａと回転軸３との対向周面間から両領域Ｂ，Ｃ３へと分流して漏洩することになる。したがって、機外大気領域Ｂと第３ケース内領域Ｃ３との間が確実に遮蔽シールされることになる。このとき、環状隙間１７を通過するシールガス流速をオフィリス２０により５ｍ／ｓ以上（好ましくは１０ｍ／ｓ以上）に調整しておくことにより、機外大気領域Ｂで発生するオイルミストの軸流シール６への侵入が確実に阻止されることになる。また、セグメントリング１８ａの内径を環状隙間１７が４０〜１００μｍ（好ましくは５０〜８０μｍ）となるように設定しておくことにより、両領域Ｂ，Ｃ３へのシールガス漏洩量を必要最小限に抑制しつつ、軸流シール６のシール部における急激な温度上昇や摩耗を回避することができる。さらに、運転開始時等においてカーボン製のセグメントシール１８ａと回転軸３とが接触するような場合にも、セグメントシール１８ａが接触する回転軸外周面が超硬合金コーティング層２５で形成されているから、両者３，１８ａの接触による摩耗や損傷（接触痕の発生）が可及的に防止される。

また、シールガス１９はシールガス供給路２１に配設したオリフィス２０によって絞られた上でシール室１６に供給されることから、シール室１６の両側領域Ｂ，Ｃ３の差圧や圧力が変動する等の不安定なシール条件下においても、シールガス供給路２１からシール室１６に供給されるシールガス量（シールガス供給量）が過大になったり、逆に過少となって第３ケース内領域Ｃ３（又は機外大気領域Ｂ）からシール室１６への逆流現象が生じたりするようなことがなく、常にシール室１６には適正量のシールガス１９が供給されることになり、軸流シール６によるシール機能が良好に発揮されることになる。すなわち、シールガス供給量が過大となると、当該シールガス供給量とシール室１６からのシールガス漏洩量（環状隙間１７，１７から両領域Ｂ，Ｃ３に流出するシールガス量）とが不均衡となって、シール室１６内の圧力つまりシールガス供給路２１におけるオリフィス２０より下流側部分の圧力が上昇して、オリフィス２０を通過するガス量が減少し、シールガス供給量が適正に調整（減少）される。逆に、シールガス供給量が過少となった場合、シールガス供給量とシールガス漏洩量とが不均衡となって、シール室１６内の圧力（シールガス供給路２１におけるオリフィス２０より下流側部分の圧力）が減少して、オリフィス２０を通過するガス量が増大し、シールガス供給量が適正に調整（増加）される。このように、シールガス供給量がオリフィス２０の機能により自動的に調整制御されて、常に、適正なシールガス供給量が得られ、軸流シール６によるシール機能が良好に発揮される。

したがって、軸流シール５によるシール機能を、長期に亘ってメンテナンスフリーで安定且つ適正に発揮させることができる。その結果、オイルミストがガスシール５に悪影響を及ぼすことがなく、ガスシール５によるシール機能を、長期に亘ってメンテナンスフリーで安定且つ適正に発揮させることができる。これらのことから、本発明の高速回転機器用ガスシール装置を装備しておくことによって、高速コンプレッサ等の高速回転機器を長期に亘って良好に継続することが可能となる。

なお、本発明に係る高速回転機器用ガスシール装置は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。

例えば、軸流シール６がセグメントシールである場合にあっては、図６に示す如く、各シールリング１８を軸線方向に密接する一対のセグメントリング１８ａ，１８ａで構成しておくことも可能である。また、軸流シール６としては、上記したセグメントシール（フローティングリングシール）の他、サーカムファレンシャルシール，固定ブッシュシール，レイリーステップシール等を採用することもできる。また、ガスシール５を構成する非接触形メカニカルシールの数は任意であり、当該非接触形メカニカルシールの構成も、上記した誘導環型に限定されるものではない。

本発明に係る高速回転機器用ガスシール装置の上半部を示す縦断側面図である。 同ガスシール装置の下半部を示す縦断側面図である。 図１の要部（軸流シール）の拡大詳細図である。 図２の要部（軸流シール）の拡大詳細図である。 回転軸とシールリングとの関係を示す模式的断面図である。 本発明に係る高速回転機器用ガスシール装置の変形例を示す図３相当の縦断側面図である。

符号の説明

１ 機器ハウジング
２ シールケース
３ 回転軸
５ ガスシール
５ａ 第１非接触形メカニカルシール
５ｂ 第２非接触形メカニカルシール
６ 軸流シール
８ 静止環
９ 回転環
１１ 遊動環
１６ シール室
１６ａ シール面（シール室の対向壁面）
１６ｂ 仕切壁
１７ 環状隙間
１８ シールリング
１８ａ セグメントリング
１９ シールガス
２０ オリフィス
２１ シールガス供給路
２２ ガータスプリング
２５ 超硬合金コーティング層
Ａ 機内ガス領域
Ｂ 機外大気領域
Ｃ３ 第３ケース内領域

Claims (6)

1. 機器ハウジングに取り付けたシールケースとこれを洞貫する回転軸との間に複数の非接触形メカニカルシールを軸線方向に並列配置してなるガスシールにより、機内ガス領域とオイルミストが発生する機外大気領域とを遮蔽シールするように構成された高速回転機器用ガスシール装置において、ガスシールの機外大気領域側においてシールケースの内周部に形成した環状のシール室に軸流シールを配設してあり、この軸流シールは、シール室の軸線方向における対向壁面に押圧接触された状態で且つ回転軸にこれとの間に微小な環状隙間を有した状態で嵌挿された一対のシールリングと、シールガスを前記環状隙間からシール室の両側領域に所定流量で流出させるべくシール室にオリフィスを介してシールガスを供給させるシールガス供給路とを具備して、ガスシールへのオイルミストの侵入を阻止するように構成されたものであることを特徴とする高速回転機器用ガスシール装置。
2. 各シールリングの内径を、シールガスの供給状態において前記環状隙間が４０〜１００μｍに保持されるように設定してあることを特徴とする、請求項１に記載する高速回転機器用ガスシール装置。
3. シールガス供給路に配設されたオリフィスにより、前記環状隙間を通過するシールガス流速が５ｍ／ｓ以上となるように調整するように構成したことを特徴とする、請求項２に記載する高速回転機器用ガスシール装置。
4. 軸流シールがセグメントシールであって、各シールリングが円弧状セグメントをガータスプリングにより環状に緊縛してなるセグメントリングで構成されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載する高速回転機器用ガスシール装置。
5. 両シールリングがカーボン製のものであり、両シールリングの内周面に対向する回転軸の外周面部分に超硬合金材をコーティングしてあることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載する高速回転機器用ガスシール装置。
6. ガスシールが、シールケース側密封環と回転軸側密封環とをその対向端面間に動圧を発生することにより非接触状態に保持するように構成された複数の非接触形メカニカルシールをタンデム配置してなるものであることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載する高速回転機器用ガスシール装置。

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