JP2013204795A - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール装置において、静止体と回転体との間の流れを抑制することで回転体の不安定振動を抑制してシール性能の向上を可能とする。
【解決手段】外周面が静止体１１の内周面１１ａに固定され、内周面と回転体１２の外周面１２ａの間に所定隙間Ｓを確保するシール装置１０を設け、回転体１２側に開口する複数の凹部２１を設けると共に、高圧空間部Ｐ１と各凹部２１を連通する連通路２４をそれぞれ設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、静止側と回転側との間で流体の漏洩を防止するシール装置に関するものである。

ハウジング内に回転体を回転自在に支持する流体機械では、ハウジングと回転体との間における流体の軸方向の漏れ流れを防止するために、ハウジングと回転体との間にシール装置が設けられている。そして、このシール装置として、ラビリンスシールが一般に適用されている。このラビリンスシールは、ハウジングなどの静止側または回転体側の少なくとも一方に複数のシールフィンを設けて構成されており、シールフィンと静止側または回転体側との間に形成される隙間により圧力損失を発生させ、この圧力損失により軸方向における流体の漏れ流れを抑制することで、シール機能を発揮することができる。

しかし、このラビリンスシールでは、回転体の回転運動によりシール部に流体の旋回流れが発生し、これによりシール部で発生する励振力により回転体が不安定振動してしまうという問題がある。そこで、シールフィンをハニカム形状とすることで、回転体の回転運動により誘起される流体の旋回速度を抑制することが考えられている。即ち、ハニカム内部に発生した旋回流（渦）が漏れと干渉することで、漏れ流れの旋回速度を抑えることができる。このようなシール装置としては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

特公平０７−０１１２４３号公報 特開平０８−３３８５３７号公報

特許文献１は、ハニカム状ラビリンスシールであって、ベース部分に各セルが翼に隣接して開放している複数個のハニカム状セル列を設け、各セル同士を接続する溝を形成している。この場合、各ハニカム状セル同士が溝により連通されていることから、シールと回転体との間の流体の漏れを十分に抑制することが困難となる。また、特許文献２は、ラビリンスシールであって、シール本体から回転部側に突出して絞り部を形成すると共にチャンバを形成するラビリンスフィンを設け、シール本体には高圧部からチャンバに向かって流体を導く通路を形成したものである。この場合、自励振動を抑制することができるものの、更なる改善が求められている。

本発明は上述した課題を解決するものであり、静止体と回転体との間の流れを抑制することで回転体の不安定振動を抑制してシール性能の向上を可能とするシール装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のシール装置は、静止体に設けられて回転体との間における流体の流れを抑制するシール装置において、前記回転体側に開口する複数の凹部と、軸心方向空間部と前記凹部の側壁または軸心方向にずれた前記凹部同士の側壁を連通する連通路と、を有することを特徴とするものである。

従って、静止体に対して回転体が回転するとき、両者の間に流れる流体は、その一部が凹部内に入り込むことで運動エネルギが低減されると共に、流体が連通路から凹部内に入って低エネルギ流体となり、静止体と回転体の間に流れる流体と干渉することで運動エネルギが低減されることとなり、静止体と回転体の間に流れる流体の軸心方向成分と旋回方向成分が減衰されて速度が低下し、その結果、静止体と回転体との間の流れを抑制することができ、回転体の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

本発明のシール装置では、前記軸心方向空間部は、シール壁面に軸方向に対向した高圧空間部であって、該高圧空間部と前記凹部とが前記連通路により連通されることを特徴としている。

従って、高圧空間部の高圧流体が連通路から凹部内に入って低エネルギ流体となり、静止体と回転体の間に流れる流体と干渉することで運動エネルギが低減されることとなり、静止体と回転体の間に流れる流体の速度を低下させ、回転体の不安定振動を抑制することができる。

本発明のシール装置では、前記連通路は、前記凹部の中心から径方向にずれた位置に開口することを特徴としている。

従って、流体が連通路から凹部のずれた位置から内部に入ることで、低エネルギ旋回流体を生成することができ、この低エネルギ旋回流体が静止体と回転体の間に流れる流体と干渉することで、この流体の運動エネルギを容易に低減することができる。

本発明のシール装置では、前記連通路は、内部圧力が相違する前記凹部同士を連通することを特徴としている。

従って、内部圧力が相違する凹部同士が連通路により連通されることで、凹部内に容易に低エネルギ流体を生成することができる。

本発明のシール装置では、前記連通路は、流動する流体により前記凹部内で旋回流を生成可能であることを特徴としている。

従って、連通路からの流体により凹部内で旋回流を生成することで、この旋回する低エネルギ流体により静止体と回転体の間に流れる流体の運動エネルギを容易に低減することができる。

また、本発明のシール装置は、静止体に設けられて回転体との間における流体の流れを抑制するシール装置において、前記回転体側に開口する複数の凹部と、軸心方向空間部と前記凹部または軸心方向にずれた前記凹部同士を連通すると共に前記凹部の中心から径方向にずれた位置に開口する連通路と、を有することを特徴とするものである。

従って、静止体に対して回転体が回転するとき、両者の間に流れる流体は、その一部が凹部内に入り込むことで運動エネルギが低減されると共に、流体が連通路から凹部内に入って旋回する低エネルギ流体となり、静止体と回転体の間に流れる流体と干渉することで運動エネルギが低減されることとなり、静止体と回転体の間に流れる流体の軸心方向成分と旋回方向成分が減衰されて速度が低下し、その結果、静止体と回転体との間の流れを抑制することができ、回転体の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

本発明のシール装置によれば、回転体側に開口する複数の凹部を設けると共に、軸心方向空間部と凹部または軸心方向にずれた凹部同士を連通する連通路を設けるので、静止体と回転体との間の流れを抑制し、回転体の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

図１は、本発明の実施例１に係るシール装置の断面図である。 図２は、実施例１のシール装置を表す図１のII−II断面図である。 図３は、本発明の実施例２に係るシール装置の断面図である。 図４は、実施例２のシール装置を表す図３のIV−IV断面図である。 図５は、本発明の実施例３に係るシール装置の断面図である。 図６は、実施例３の変形例を表すシール装置の断面図である。 図７は、本発明の実施例４に係るシール装置の断面図である。 図８は、本発明の実施例５に係るシール装置の断面図である。 図９は、本発明の実施例６に係るシール装置の断面図である。 図１０は、本発明の実施例７に係るシール装置の断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るシール装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係るシール装置の断面図、図２は、実施例１のシール装置を表す図１のII−II断面図である。

実施例１において、図１及び図２に示すように、円筒形状をなす内周面１１ａを有する静止体（例えば、ハウジング）１１に対して、所定間隔をあけて円柱形状をなす回転体１２が回転自在に支持されており、シール装置１０は、円筒形状をなし、外周面が静止体１１の内周面１１ａに固定され、内周面１１ａと回転体１２の外周面１２ａとの間に所定隙間Ｓが確保されている。そして、このシール装置１０は、静止体１１と回転体１２との間、具体的には、シール装置１０と回転体１２との間の所定隙間Ｓを流れる流体の流れ（漏洩）Ｆを抑制するものである。

この場合、シール装置１０における一方のシール壁面に軸方向に対向した軸心方向空間部が高圧空間部Ｐ１であり、他方のシール壁面に軸方向に対向した軸心方向空間部が低圧空間部Ｐ２となっている。そのため、シール装置１０と回転体１２との間の所定隙間Ｓには、回転体１２の軸心方向Ａに沿った流体の漏れ流れＦが発生する。但し、静止体１１に対して回転体１２が周方向Ｂに沿って回転することから、シール装置１０と回転体１２との間の所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、回転体１２の周方向Ｂに流れる旋回成分を含んだものとなる。

そのため、シール装置１０と回転体１２との間の所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、回転体１２の軸心方向Ａに沿うと共に回転体１２の周方向Ｂに旋回するものとなり、この流体の漏れ流れＦによりシール装置１０の先端部で励振力が発生し、回転体１２が不安定振動してしまう。本実施例のシール装置１０は、回転体１２の回転運動により誘起される流体の旋回運動を抑制することで、流体の漏れ流れＦを抑制し、シール性能の向上を図ったものである。

即ち、シール装置１０は、内周面に回転体１２側に開口する複数の凹部２１が形成されている。この各凹部２１は、シール装置１０の内周面から放射方向に沿って形成された所定長さ（深さ）の穴であり、全てがほぼ同様の形状をなしている。そして、凹部２１は、回転体１２側に開口する円柱部２２と、この円柱部２２から静止体１１側に先細となる円錐部２３とから構成されている。そして、この各凹部２１は、シール装置１０の周方向（回転体１２の周方向Ｂ）に沿って一定間隔で複数直線状に形成されると共に、シール装置１０の軸方向（回転体１２の軸心方向Ａ）に沿って一定間隔で複数千鳥状に形成されている。

また、シール装置１０は、高圧空間部Ｐ１と凹部２１を連通する複数の連通路２４が設けられている。本実施例では、高圧空間部Ｐ１と最も高圧空間部Ｐ１側に形成された凹部２１とが連通路２４により連通している。そして、各連通路２４は、シール装置１０の軸方向（回転体１２の軸心方向Ａ）に沿っており、一端部がシール装置１０における高圧空間部Ｐ１側の傾斜した側壁１０ａに開口し、他端部が凹部２１における側壁２１ａに開口している。また、各連通路２４は、他端部が凹部２１における円柱部２２の中心Ｏから径方向に所定距離Ｅだけずれた位置に開口している。

また、連通路２４は、内径Ｒ１が凹部２１における円柱部２２の内径Ｒ２に対して小さく設定されている。具体的には、連通路２４の内径Ｒ１を、凹部２１（円柱部２２）の内径Ｒ２の１／３以下に設定することが望ましい。

従って、静止体１１と回転体１２との間の空間は、シール装置１０を挟んで、高圧空間部Ｐ１と低圧空間部Ｐ２が区画されていることから、高圧空間部Ｐ１の流体が各連通路２４を通って各凹部２１内に侵入する。このとき、連通路２４は、他端部が凹部２１の中心Ｏから径方向にずれた位置に開口していることから、高圧空間部Ｐ１から連通路２４を通して凹部２１内に侵入した流体により、凹部２１内で旋回流Ｔが生成される。

ここで、本実施例のシール装置１０の作用について説明する。

静止体１１及びシール装置１０に対して回転体１２が回転すると、高圧空間部Ｐ１からシール装置１０と回転体１２との所定隙間Ｓを通って低圧空間部Ｐ２に流れる流体の漏れ流れＦが発生する。この流体の漏れ流れＦは、回転体１２が周方向Ｂに沿って回転することから、高圧空間部Ｐ１から低圧空間部Ｐ２に向けて回転体１２の軸心方向Ａに沿いながら、徐々に回転体１２の周方向Ｂに旋回していくものとなる。

このとき、シール装置１０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで、この漏れ流れＦが有する運動エネルギが低減される。そのため、このシール装置１０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、軸心方向成分だけでなく旋回方向成分も減衰されることで、その速度が低下する。

また、高圧空間部Ｐ１の流体は、各連通路２４を通って各凹部２１内に侵入することから、各凹部２１内で旋回流Ｔが生成される。この各凹部２１内で生成された旋回流Ｔは、シール装置１０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦに比べて低エネルギ流体（低速度の流体）である。すると、各凹部２１内で生成された旋回流Ｔがシール装置１０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる漏れ流れＦに干渉することで、ここで混合損失が発生して漏れ流れＦの運動エネルギが低減される。そのため、このシール装置１０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、軸心方向成分だけでなく旋回方向成分も減衰されることで、その速度が低下する。

この場合、シール装置１０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦの一部が各凹部２１内に入り込むことで、凹部２１内に旋回流Ｔが生成されるが、このときに生成される旋回流はランダムなものとなっている。一方、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路２４を通って凹部２１内に侵入して生成される旋回流Ｔは、中心Ｏを支点とする水平旋回流であることから、漏れ流れＦにより生成されたランダムな旋回流における水平旋回成分が増幅されるものと考えられる。

その結果、シール装置１０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、この旋回流Ｔによりその速度が低下され、静止体１１と回転体１２との間の漏れ流れＦを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

このように実施例１のシール装置にあっては、外周面が静止体１１の内周面１１ａに固定され、内周面と回転体１２の外周面１２ａの間に所定隙間Ｓを確保するシール装置１０を設け、回転体１２側に開口する複数の凹部２１を設けると共に、高圧空間部Ｐ１と各凹部２１を連通する連通路２４をそれぞれ設けている。

従って、静止体１１に対して回転体１２が回転するとき、両者の間に流れる流体の漏れ流れＦは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで運動エネルギが低減されると共に、高圧空間部Ｐ１の流体が各連通路２４から凹部２１内にそれぞれ入って低エネルギ流体となり、流体の漏れ流れＦと干渉することでこの運動エネルギが低減される。そのため、静止体１１と回転体１２との間に流れる流体の漏れ流れＦは、軸心方向成分と旋回方向成分が減衰されて速度が低下し、その結果、静止体１１と回転体１２との間の漏れ流れＦを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

実施例１のシール装置では、連通路２４は、他端部が凹部２１の側壁２１ａに開口している。従って、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路２４から凹部２１内に適正に入り込むことで、良好な低エネルギ流体を生成することができる。

実施例１のシール装置では、連通路２４は、一端部が高圧空間部Ｐ１に開口し、他端部が凹部２１に開口している。従って、高圧空間部Ｐ１の高圧流体が連通路２４から低圧側の凹部２１内に入り込むことで、容易に低エネルギ流体を生成することができ、静止体１１と回転体１２の間に流れる流体の漏れ流れＦと干渉させることで、この漏れ流れＦの運動エネルギが適正に低減することができる。

実施例１のシール装置では、連通路２４を凹部２１の中心Ｏから径方向にずれた位置に開口している。従って、流体が連通路２４を通して凹部２１のずれた位置から内部に入ることで、低エネルギ旋回流体を容易に生成することができる。

図３は、本発明の実施例２に係るシール装置の断面図、図４は、実施例２のシール装置を表す図３のIV−IV断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２において、図３及び図４に示すように、シール装置３０は、円筒形状をなし、外周面が静止体１１に固定され、内周面と回転体１２との間に所定隙間Ｓが確保されている。そして、このシール装置３０は、静止体１１と回転体１２との間、具体的には、シール装置３０と回転体１２との間の所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦを抑制するものである。

シール装置３０は、内周面に回転体１２側に開口する複数の凹部２１が形成されている。この各凹部２１は、回転体１２側に開口する円柱部２２と、この円柱部２２から静止体１１側に先細となる円錐部２３とから構成されている。

また、シール装置３０は、高圧空間部Ｐ１と凹部２１を連通する複数の連通路３１が設けられると共に、軸方向（回転体１２の軸心方向Ａ）にずれた凹部２１同士を連通する複数の連通路３２が設けられている。本実施例では、高圧空間部Ｐ１と２番目に高圧空間部Ｐ１側に形成された凹部２１とを連通路３１により連通すると共に、２番目と４番目に高圧空間部Ｐ１側に形成された凹部２１同士を連通路３２により連通している。そして、各連通路３１，３２は、シール装置３０の軸方向（回転体１２の軸心方向Ａ）に沿っており、連通路３１は、一端部がシール装置３０における高圧空間部Ｐ１側の傾斜した側壁３０ａに開口し、他端部が凹部２１における側壁２１ａに開口し、連通路３２は、各端部が軸方向にずれた各凹部２１における側壁２１ａにそれぞれ開口している。また、各連通路３１，３２は、端部が凹部２１における円柱部２２の中心から径方向にずれた位置に開口している。

従って、静止体１１と回転体１２との間の空間は、シール装置３０を挟んで、高圧空間部Ｐ１と低圧空間部Ｐ２が区画されていることから、高圧空間部Ｐ１の流体が各連通路３１を通って各凹部２１内に侵入する。このとき、連通路３１は、他端部が凹部２１の中心から径方向にずれた位置に開口していることから、高圧空間部Ｐ１から連通路３１を通して凹部２１内に侵入した流体により、凹部２１内で旋回流Ｔ１が生成される。また、旋回流Ｔ１が生成された凹部２１内の流体は、各連通路３２を通って各凹部２１内に侵入する。このとき、連通路３２は、他端部が凹部２１の中心から径方向にずれた位置に開口していることから、連通路３２を通して凹部２１内に侵入した流体により、凹部２１内で旋回流Ｔ２が生成される。

ここで、本実施例のシール装置３０の作用について説明する。

静止体１１及びシール装置３０に対して回転体１２が回転すると、高圧空間部Ｐ１からシール装置３０と回転体１２との所定隙間Ｓを通って低圧空間部Ｐ２に流れる流体の漏れ流れＦが発生する。この流体の漏れ流れＦは、回転体１２が周方向Ｂに沿って回転することから、高圧空間部Ｐ１から低圧空間部Ｐ２に向けて回転体１２の軸心方向Ａに沿いながら、徐々に回転体１２の周方向Ｂに旋回していくものとなる。

このとき、シール装置３０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで、この漏れ流れＦが有する運動エネルギが低減される。そのため、このシール装置１０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、軸心方向成分だけでなく旋回方向成分も減衰されることで、その速度が低下する。

また、高圧空間部Ｐ１の流体は、各連通路３１を通って各凹部２１内に侵入すると共に、各連通路３２を通って各凹部２１内に侵入することから、各凹部２１内で旋回流Ｔ１，Ｔ２が生成される。この各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ１，Ｔ２は、シール装置３０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦに比べて低エネルギ流体である。すると、各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ１，Ｔ２がシール装置３０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる漏れ流れＦに干渉することで、ここで混合損失が発生して漏れ流れＦの運動エネルギが低減される。そのため、このシール装置３０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、軸心方向成分だけでなく旋回方向成分も減衰されることで、その速度が低下する。

その結果、シール装置３０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、この旋回流Ｔ１，Ｔ２によりその速度が低下され、静止体１１と回転体１２との間の流れを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

このように実施例２のシール装置にあっては、シール装置３０における回転体１２側に開口する複数の凹部２１を設けると共に、高圧空間部Ｐ１と各凹部２１を連通する連通路３１を設けると共に、軸方向にずれた凹部２１同士を連通する複数の連通路３２を設けている。

従って、静止体１１に対して回転体１２が回転するとき、両者の間に流れる流体の漏れ流れＦは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで運動エネルギが低減されると共に、高圧空間部Ｐ１の流体が各連通路３１から凹部２１内にそれぞれ入って低エネルギ流体となり、また、凹部２１内の流体が各連通路３２から凹部２１内にそれぞれ入って低エネルギ流体となり、流体の漏れ流れＦと干渉することでこの運動エネルギが低減される。そのため、静止体１１と回転体１２との間に流れる流体の漏れ流れＦは、軸心方向成分と旋回方向成分が減衰されて速度が低下し、その結果、静止体１１と回転体１２との間の漏れ流れＦを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

この場合、高圧空間部Ｐ１と凹部２１を連通路３１により連通し、連通路３１の他端部が連通した凹部２１と軸方向にずれた凹部２１を連通路３２により連通している。即ち、圧力の相違する高圧空間部Ｐ１及び複数の凹部２１同士を連通路３１，３２により直列に連通している。従って、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路３１から凹部２１内に入り、この凹部２１内の流体が連通路３２から次の凹部２１内に入り込むこととなり、静止体１１と回転体１２とを流れる流体の漏れ流れＦを軸方向に沿って順次低減することができる。

なお、この実施例２では、高圧空間部Ｐ１と２番目の凹部２１とを連通路３１により連通すると共に、２番目と４番目の凹部２１同士を連通路３２により連通したが、この組み合わせに限定されるものではない。例えば、４番目の凹部２１と６番目以降の凹部２１とを連通路により連通してもよい。また、実施例１のように、高圧空間部Ｐ１と１番目の凹部２１とを連通路により連通すると共に、１番目と２番目または３番目の凹部２１を連通路により連通してもよい。

図５は、本発明の実施例３に係るシール装置の断面図、図６は、実施例３の変形例を表すシール装置の断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例３において、図５に示すように、シール装置４０は、円筒形状をなし、外周面が静止体に固定され、内周面と回転体との間に所定隙間が確保されている。そして、このシール装置４０は、静止体と回転体との間、具体的には、シール装置４０と回転体との間の所定隙間を流れる流体の漏れ流れＦを抑制するものである。

シール装置４０は、内周面に回転体側に開口する複数の凹部２１が形成されている。また、シール装置４０は、高圧空間部Ｐ１側に最も近い凹部２１と３番目に近い凹部２１とを連通する複数の連通路４１が設けられている。そして、各連通路４１は、シール装置４０の軸方向（回転体の軸心方向Ａ）に沿っており、連通路４１は、各端部が軸方向にずれた各凹部２１における側壁にそれぞれ開口している。また、各連通路４１は、端部が凹部２１の中心から径方向にずれた位置に開口している。この場合、シール装置４０を挟んで軸心方向の一方に高圧空間部Ｐ１が設けられ、他方に低圧空間部が設けられていることから、軸心方向に並んだ各凹部２１内の圧力も高圧空間部Ｐ１から低圧空間部に向けてその圧力が低下したものとなっている。

従って、静止体及びシール装置４０に対して回転体が回転すると、高圧空間部Ｐ１からシール装置４０と回転体との所定隙間を通って低圧空間部に流れる流体の漏れ流れが発生する。この流体の漏れ流れは、回転体が周方向Ｂに沿って回転することから、高圧空間部Ｐ１から低圧空間部に向けて回転体の軸心方向Ａに沿いながら、徐々に回転体の周方向Ｂに旋回していくものとなる。

このとき、シール装置４０と回転体との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで、この漏れ流れが有する運動エネルギが低減される。また、各凹部２１内に入り込んだ流体は、各連通路４１を通って別の各凹部２１内に侵入することから、各凹部２１内で旋回流Ｔが生成される。この各凹部２１内で生成された旋回流Ｔは、シール装置４０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れに比べて低エネルギ流体である。すると、各凹部２１内で生成された旋回流Ｔがシール装置４０と回転体との所定隙間を流れる漏れ流れに干渉することで、ここで混合損失が発生して漏れ流れの運動エネルギが低減される。そのため、このシール装置４０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れは、軸心方向成分だけでなく旋回方向成分も減衰されることで、その速度が低下する。

その結果、シール装置４０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れは、この旋回流Ｔによりその速度が低下され、静止体と回転体との間の流れを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

このように実施例３のシール装置にあっては、シール装置４０における回転体側に開口する複数の凹部２１を設けると共に、内部圧力が相違する凹部２１同士を連通する連通路４１を設けている。

従って、静止体に対して回転体が回転するとき、両者の間に流れる流体の漏れ流れは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで運動エネルギが低減され、凹部２１内の流体が各連通路４１から凹部２１内にそれぞれ入って低エネルギ流体となり、流体の漏れ流れと干渉することでこの運動エネルギが低減される。そのため、流体の漏れ流れは、速度が低下し、この漏れ流れを抑制することができ、回転体の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

この場合、高圧空間部Ｐ１と凹部２１とが連通路により連通していないことから、高圧空間部Ｐ１から連通路を通して凹部２１に流れ、シール装置４０と回転体との間に漏れる流体の流れをなくし、シール性の低下を抑制することができる。

なお、この実施例３では、軸心方向Ａにずれて内部圧力が相違する凹部２１同士を連通路４１により連通したが、この構成に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、シール装置４５は、高圧空間部Ｐ１側に最も近い凹部２１と３番目に近い凹部２１とを連通する複数の連通路４６が設けられている。この各連通路４６は、シール装置４０の軸方向（回転体の軸心方向Ａ）に対して傾斜しており、各端部が凹部２１の中心から逆の径方向にずれた位置に開口している。このような構成を有するシール装置４５であっても、前述と同様の作用効果を奏することができる。

また、連通路により連通する凹部２１同士の組み合わせも、上述したものに限定されるものではない。例えば、１番目の凹部２１と２番目の凹部２１とを連通路により連通したり、実施例２のように、複数の連通路により複数の凹部２１を連通したりしてもよい。

図７は、本発明の実施例４に係るシール装置の断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例４において、図７に示すように、シール装置５０は、円筒形状をなし、外周面が静止体に固定され、内周面と回転体との間に所定隙間が確保されている。そして、このシール装置５０は、静止体と回転体との間、具体的には、シール装置５０と回転体との間の所定隙間を流れる流体の漏れ流れＦを抑制するものである。

シール装置５０は、内周面に回転体側に開口する複数の凹部２１が形成されている。また、シール装置５０は、高圧空間部Ｐ１と凹部２１とを連通する複数の連通路５１，５２が設けられている。連通路５１は、シール装置５０の軸方向（回転体の軸心方向Ａ）に対して所定角度傾斜しており、連通路５２は、連通路５１とは逆方向に傾斜しており、各連通路５１，５２は、端部が凹部２１の中心から径方向にずれた位置に開口している。

従って、静止体及びシール装置５０に対して回転体が回転すると、高圧空間部Ｐ１からシール装置５０と回転体との所定隙間を通って低圧空間部に流れる流体の漏れ流れが発生する。このとき、シール装置５０と回転体との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで、この漏れ流れが有する運動エネルギが低減される。また、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路５１，５２を通って各凹部２１内に侵入することから、各凹部２１内で旋回流Ｔ３，Ｔ４が生成される。この各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ３，Ｔ４は、シール装置５０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れに比べて低エネルギ流体である。すると、各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ３，Ｔ４がシール装置５０と回転体との所定隙間を流れる漏れ流れに干渉することで、ここで混合損失が発生して漏れ流れの運動エネルギが低減される。そのため、このシール装置５０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れは、軸心方向成分だけでなく旋回方向成分も減衰されることで、その速度が低下する。

その結果、シール装置５０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れは、この旋回流Ｔ３，Ｔ４によりその速度が低下され、静止体と回転体との間の流れを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

このように実施例４のシール装置にあっては、シール装置５０における回転体側に開口する複数の凹部２１を設けると共に、高圧空間部Ｐ１と凹部２１とを連通する複数の連通路５１，５２を設け、各連通路５１，５２を軸心方向Ａに対して傾斜させている。

従って、静止体に対して回転体が回転するとき、両者の間に流れる流体の漏れ流れは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで運動エネルギが低減され、高圧空間部Ｐ１の流体が各連通路５１，５２から各凹部２１内にそれぞれ入って低エネルギ流体となり、流体の漏れ流れと干渉することでこの運動エネルギが低減される。そのため、流体の漏れ流れは、速度が低下し、この漏れ流れを抑制することができ、回転体の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

図８は、本発明の実施例５に係るシール装置の断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例５において、図８に示すように、シール装置６０は、円筒形状をなし、外周面が静止体に固定され、内周面と回転体との間に所定隙間が確保されている。そして、このシール装置６０は、静止体と回転体との間、具体的には、シール装置６０と回転体との間の所定隙間を流れる流体の漏れ流れを抑制するものである。

シール装置６０は、内周面に回転体側に開口する複数の凹部２１が形成されている。また、シール装置６０は、高圧空間部Ｐ１と凹部２１とを連通する複数の連通路６１が設けられると共に、凹部２１同士を連通する複数の連通路６２が設けられている。各連通路６１，６２は、シール装置５０の軸方向（回転体の軸心方向Ａ）に沿って設けられており、端部が凹部２１の中心に向けた位置に開口している。

従って、静止体及びシール装置６０に対して回転体が回転すると、高圧空間部Ｐ１からシール装置６０と回転体との所定隙間を通って低圧空間部に流れる流体の漏れ流れが発生する。このとき、シール装置６０と回転体との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで、この漏れ流れが有する運動エネルギが低減される。また、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路６１を通って各凹部２１内に侵入すると共に、上流側の各凹部２１から連通路６２を通って下流側の各凹部２１内に侵入することから、各凹部２１内で左右に旋回する旋回流Ｔ５，Ｔ６が生成される。この各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ５，Ｔ６は、シール装置６０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れに比べて低エネルギ流体である。すると、各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ５，Ｔ６がシール装置６０と回転体との所定隙間を流れる漏れ流れに干渉することで、ここで混合損失が発生して漏れ流れの運動エネルギが低減される。そのため、このシール装置６０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れは、軸心方向成分だけでなく旋回方向成分も減衰されることで、その速度が低下する。

その結果、シール装置６０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れは、この旋回流Ｔによりその速度が低下され、静止体と回転体との間の流れを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

このように実施例５のシール装置にあっては、シール装置６０における回転体側に開口する複数の凹部２１を設けると共に、高圧空間部Ｐ１と凹部２１とを連通する複数の連通路６１を設けると共に、軸方向にずれた凹部２１同士を連通する連通路６２を設けている。

従って、静止体に対して回転体が回転するとき、両者の間に流れる流体の漏れ流れは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで運動エネルギが低減され、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路６１を通って凹部２１内に侵入すると共に、一方の凹部２１の流体が連通路６２を通って他方の凹部２１内に侵入して低エネルギ流体となり、流体の漏れ流れと干渉することでこの運動エネルギが低減される。そのため、流体の漏れ流れは、速度が低下し、この漏れ流れを抑制することができ、回転体の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

図９は、本発明の実施例６に係るシール装置の断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例６において、図９に示すように、シール装置７０は、円筒形状をなし、外周面が静止体１１に固定され、内周面と回転体１２との間に所定隙間Ｓが確保されている。そして、このシール装置７０は、静止体１１と回転体１２との間、具体的には、シール装置７０と回転体１２との間の所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦを抑制するものである。

シール装置７０は、内周面に回転体１２側に開口する複数の凹部２１が形成されている。シール装置７０は、高圧空間部Ｐ１と凹部２１を連通する複数の連通路７１が設けられると共に、軸方向（回転体１２の軸心方向Ａ）にずれた凹部２１同士を連通する複数の連通路７２，７３が設けられている。本実施例では、高圧空間部Ｐ１と１番目に高圧空間部Ｐ１側に形成された凹部２１とを連通路７１により連通し、１番目と２番目に高圧空間部Ｐ１側に形成された凹部２１同士を連通路７２により連通し、２番目と３番目に高圧空間部Ｐ１側に形成された凹部２１同士を連通路７３により連通している。そして、連通路７１は、一端部がシール装置７０における高圧空間部Ｐ１側の傾斜した側壁７０ａに開口し、他端部が凹部２１における側壁２１ａに開口し、連通路７２，７３は、各端部が軸方向にずれた各凹部２１における側壁２１ａにそれぞれ開口している。また、連通路７１，７２，７３は、下流側の端部が流体の漏れ流れＦ方向に向けて静止体１１側に傾斜している。

また、シール装置７０は、連通路７１，７２，７３の中間部における分割ラインＬで流体の漏れ流れＦ方向に複数のリング部材に分割形成されている。従って、連通路７１，７２，７３を効率良く形成することができ、製造コストを低減することができる。

従って、静止体１１及びシール装置８０に対して回転体１２が回転すると、高圧空間部Ｐ１からシール装置７０と回転体１２との所定隙間Ｓを通って低圧空間部Ｐ２に流れる流体の漏れ流れＦが発生する。このとき、シール装置７０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで、この漏れ流れＦが有する運動エネルギが低減される。また、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路７１を通って各凹部２１内に侵入すると共に、各凹部２１から連通路７２，７３を通って下流側の各凹部２１内にそれぞれ侵入することから、各凹部２１内で旋回流Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９が生成される。この各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９は、シール装置７０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦに比べて低エネルギ流体である。すると、各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９がシール装置７０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる漏れ流れＦに干渉することで、ここで混合損失が発生して漏れ流れＦの運動エネルギが低減される。そのため、このシール装置７０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、軸心方向成分だけでなく旋回方向成分も減衰されることで、その速度が低下する。

その結果、シール装置７０と回転体１２との所定隙間Ｓを流れる流体の漏れ流れＦは、この旋回流Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９によりその速度が低下され、静止体１１と回転体１２との間の流れを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

このように実施例６のシール装置にあっては、シール装置７０における回転体１２側に開口する複数の凹部２１を設けると共に、高圧空間部Ｐ１と凹部２１とを連通する複数の連通路７１を設けると共に、軸方向にずれた凹部２１同士を連通する連通路７２，７３を設けている。

従って、静止体１１に対して回転体１２が回転するとき、両者の間に流れる流体の漏れ流れＦは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで運動エネルギが低減され、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路７１を通って凹部２１内に侵入すると共に、一方の凹部２１の流体が連通路７２，７３を通って他方の凹部２１内に侵入して低エネルギ流体となり、流体の漏れ流れＦと干渉することでこの運動エネルギが低減される。そのため、流体の漏れ流れＦは、速度が低下し、この漏れ流れＦを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

また、実施例６のシール装置では、連通路７１，７２，７３は、下流側の端部が流体の漏れ流れＦ方向に向けて静止体１１側に傾斜している。即ち、連通路７１，７２，７３は、凹部２１の円錐部２３側に向けて傾斜している。従って、連通路７１，７２，７３から凹部２１内に入り込んだ流体は、この凹部２１内で長期間にわたって滞留してから漏れ流れＦに干渉することとなり、この漏れ流れＦを効率良く抑制することができる。

図１０は、本発明の実施例７に係るシール装置の断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例７において、図１０に示すように、シール装置８０は、円筒形状をなし、外周面が静止体に固定され、内周面と回転体との間に所定隙間が確保されている。そして、このシール装置８０は、静止体と回転体との間、具体的には、シール装置８０と回転体との間の所定隙間を流れる流体の漏れ流れを抑制するものである。

シール装置８０は、内周面に回転体側に開口する複数の凹部２１が形成されている。この各凹部２１は、シール装置８０の周方向（回転体の周方向Ｂ）に沿って一定間隔で複数直線状に形成されると共に、シール装置８０の軸方向（回転体の軸心方向Ａ）に沿って一定間隔で複数直線状に形成されている。即ち、複数の凹部２１は、シール装置８０の内周面に格子状に形成されている。また、シール装置８０は、高圧空間部Ｐ１と凹部２１とを連通する複数の連通路８１が設けられると共に、凹部２１同士を連通する複数の連通路８２が設けられている。各連通路８１，８２は、シール装置８０の軸方向（回転体の軸心方向Ａ）に沿って設けられており、端部が凹部２１の中心から径方向にずれた位置に開口している。

従って、静止体及びシール装置８０に対して回転体が回転すると、高圧空間部Ｐ１からシール装置８０と回転体との所定隙間を通って低圧空間部に流れる流体の漏れ流れが発生する。このとき、シール装置８０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで、この漏れ流れが有する運動エネルギが低減される。また、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路８１を通って各凹部２１内に侵入すると共に、上流側の各凹部２１から連通路８２を通って下流側の各凹部２１内に侵入することから、各凹部２１内で左右に旋回する旋回流Ｔ１０，Ｔ１１が生成される。この各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ１０，Ｔ１１は、シール装置８０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れに比べて低エネルギ流体である。すると、各凹部２１内で生成された旋回流Ｔ１０，Ｔ１１がシール装置８０と回転体との所定隙間を流れる漏れ流れに干渉することで、ここで混合損失が発生して漏れ流れの運動エネルギが低減される。そのため、このシール装置８０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れは、軸心方向成分だけでなく旋回方向成分も減衰されることで、その速度が低下する。

その結果、シール装置８０と回転体との所定隙間を流れる流体の漏れ流れは、この旋回流Ｔ１０，Ｔ１１によりその速度が低下され、静止体と回転体との間の流れを抑制することができ、回転体１２の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

このように実施例７のシール装置にあっては、シール装置８０における回転体側に開口する複数の凹部２１を格子状に設けると共に、高圧空間部Ｐ１と凹部２１とを連通する複数の連通路８１を設けると共に、軸方向にずれた凹部２１同士を連通する連通路８２を設けている。

従って、静止体に対して回転体が回転するとき、両者の間に流れる流体の漏れ流れは、その一部が各凹部２１内に入り込むことで運動エネルギが低減され、高圧空間部Ｐ１の流体が連通路８１を通って凹部２１内に侵入すると共に、一方の凹部２１の流体が連通路８２を通って他方の凹部２１内に侵入して低エネルギ流体となり、流体の漏れ流れと干渉することでこの運動エネルギが低減される。そのため、流体の漏れ流れは、速度が低下し、この漏れ流れを抑制することができ、回転体の不安定振動を抑制してシール性能を向上することができる。

なお、本発明のシール装置は、軸心方向空間部と凹部、または、軸心方向にずれた凹部同士を連通路により連通することが特徴であり、連通路の数、方向、形状、組み合わせなど、各実施例で限定されるものではなく、また、各実施例を組み合わせて構成してもよい。

また、上述した各実施例では、凹部２１を円柱部２２と円錐部２３とで構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、凹部を円柱形状としたり、多角柱形状としたり、円錐形状、円錐台形状などとしてもよい。

１０，３０，４０，４５，５０，６０，７０，８０ シール装置
１１ 静止体
１２ 回転体
２１ 凹部
１０ａ，２１ａ，３０ａ，７０ａ 側壁
２４，３１，３２，４１，４６，５１，５２，６１，６２，７１，７２，７３，８１，８２ 連通路
Ｆ 漏れ流れ
Ｐ１ 高圧空間部（軸心方向空間部）
Ｓ 所定隙間
Ｔ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９，Ｔ１０，Ｔ１１ 旋回流

Claims (6)

1. 静止体に設けられて回転体との間における流体の流れを抑制するシール装置において、
   前記回転体側に開口する複数の凹部と、
   軸心方向空間部と前記凹部の側壁または軸心方向にずれた前記凹部同士の側壁を連通する連通路と、
   を有することを特徴とするシール装置。
2. 前記軸心方向空間部は、シール壁面に軸方向に対向した高圧空間部であって、該高圧空間部と前記凹部とが前記連通路により連通されることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
3. 前記連通路は、前記凹部の中心から径方向にずれた位置に開口することを特徴とする請求項１または２に記載のシール装置。
4. 前記連通路は、内部圧力が相違する前記凹部同士を連通することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のシール装置。
5. 前記連通路は、流動する流体により前記凹部内で旋回流を生成可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のシール装置。
6. 静止体に設けられて回転体との間における流体の流れを抑制するシール装置において、
   前記回転体側に開口する複数の凹部と、
   軸心方向空間部と前記凹部または軸心方向にずれた前記凹部同士を連通すると共に前記凹部の中心から径方向にずれた位置に開口する連通路と、
   を有することを特徴とするシール装置。

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