JP2015090144A - シール装置、および、回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】シールに流入する旋回流を十分に低減させてシール部の動特性の悪化を防ぐことが可能なシール装置、および、回転機械を提供する。
【解決手段】回転体２の外周面２ａと、この外周面２ａに対向する静止体の内周面との間に形成された隙間ｇへの流体Ｇの流入を抑制するシール装置であって、回転体２の外周面２ａに対向して配される環状のシール本体１１と、シール本体１１の上流側端部に配されて回転体２の周方向に流れる旋回流Ｓを抑制するスワールブレーカー１２と、を備え、スワールブレーカー１２は、上流側および回転体２側に開口する周方向に複数並べられた凹部１３を備え、凹部１３と、凹部１３に対向する回転体２の外周面２ａとの少なくとも一方は、回転体２の外周面２ａ側から凹部１３の上流側に向かって流れる縦渦Ｔの発生を促進する縦渦促進機構２０を備える。
【選択図】図４

Description

この発明は、シール装置、および、回転機械に関する。

遠心圧縮機などの回転機械は、一般に、回転軸などの回転体と、その周囲のケーシングなどの静止体との間に隙間がある。そのため、回転体と静止体との隙間には、作動流体が流入することを抑制するシール装置が設けられている場合が多い。遠心圧縮機の場合、シール装置は、例えば、インペラの入口の口金部、多段インペラの各段間、および、多段インペラの最終段に設けられたバランスピストン部などに設けられている。しかし、上記回転機械においては、回転体が回転することにより流体に旋回流が生じる。この旋回流がシール装置に流入する事により、シール部の動特性を悪化させてしまう。

特許文献１には、シール装置の上流端の周方向に複数の凹部を並べて形成することが記載されている。この特許文献１に記載の技術によれば、凹部内のPitch-Chord面に渦を発生させることで、回転体の回転方向とは逆向きの流れを形成して、シール装置に流入する旋回流を打ち消すことが可能となっている。

特開２０１２−１４０９４４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載のシール装置においては、回転体の外周面付近を流れる強い旋回流が回転体の軸方向に移動して、回転体と静止体との間の隙間に直接流入してしまう可能性がある。そのため、旋回流による影響を十分に低減できない可能性がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、旋回流を十分に低減させることが可能なシール装置、および、回転機械を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係るシール装置は、回転体の外周面と、この外周面に対向する静止体の内周面との隙間に流体が流入することを抑制するシール装置であって、前記回転体の外周面に対向して配される環状のシール本体と、前記シール本体の上流側端部に配されて前記回転体の周方向に流れる旋回流を抑制するスワールブレーカーと、を備え、前記スワールブレーカーは、上流側および前記回転体側に開口して周方向に複数並べられた凹部を備え、前記凹部と、前記凹部に対向する前記回転体の外周面との少なくとも一方は、前記回転体の外周面側から前記凹部側の上流側に向かって流れる縦渦の発生を促進する縦渦促進機構を備える。
このように構成することで、回転体の近くを回転体の軸方向に移動する旋回流を、縦渦促進機構によって発生が促進された縦渦により回転体の外周面側から凹部側に向かって導くことができる。そのため、回転体の外周面近くを流れる強い旋回流が直接回転体と静止体との隙間に流入することを抑制できる。その結果、旋回流を十分に低減させることが可能となる。

さらに、この発明に係るシール装置は、上記シール装置における前記縦渦促進機構が、前記回転体の外周面に環状に形成された環状凹部を備えていてもよい。
このように構成することで、スワールブレーカーの凹部内で生じる縦渦を、回転体の外周面側から凹部側の上流側に向かって円滑に流れるように導くことができる。その結果、凹部の縦渦を促進して旋回流を低減させることができる。

さらに、この発明に係るシール装置は、上記シール装置における縦渦促進機構が、前記凹部の内部に設けられて流体を外周側から内周側に向けて案内する案内面を備えていてもよい。
このように構成することで、スワールブレーカーの凹部内を上流側からシール本体側に向かって流れる流体を、シール本体側において外周側から内周側に向けて案内することができる。そのため、凹部内を上流側から下流側に流れる流体の向きを円滑に外周側から内周側に向かって流れるように変化させることができる。この外周側から内周側に向かって流れた流体は、回転体の外周面に衝突して向きを変え、回転体の外周面側から凹部側の上流側に向かって流れる。その結果、凹部内の縦渦を促進して旋回流を低減させることができる。

この発明に係る回転機械は、上記シール装置を備えている。
このように構成することで、縦渦を促進してシールに流入する旋回流を低減し、シール部の動特性の悪化を防ぐことができる。

この発明に係るシール装置、および、回転機械によれば、旋回流を十分に低減させてシール部の動特性の悪化を防ぐことができる。

この発明の第一実施形態における回転機械の全体構成を示す断面図である。 この発明の第一実施形態におけるシール部の斜視図である。 上記シール部のスワールブレーカーの拡大斜視図である。 この発明の第一実施形態における縦渦促進機構の断面図である。 この発明の第二実施形態における図４に相当する断面図である。 この発明の第三実施形態における図４に相当する断面図である。 この発明の第二実施形態の第一変形例における図５に相当する断面図である。 この発明の第二実施形態の第二変形例における図５に相当する断面図である。 この発明の第一実施形態の変形例における図４に相当する断面図である。

以下、この発明の第一実施形態に係るシール装置、および、回転機械について説明する。
図１は、この実施形態の回転機械の全体構成を示す断面図である。
図１に示すように、回転機械１は、いわゆる多段式の遠心圧縮機である。

回転機械１は、回転軸２と、軸受３と、インペラ４と、シール装置５と、ケーシング６と、をそれぞれ備えている。
回転軸２は、軸線Ｐ方向に延びる円柱状に形成されている。この回転軸２は、軸線Ｐ方向の両端で軸線Ｐ回りに回転可能に支持されている。
軸受３は、回転軸２の軸線Ｐ方向の両端を回転可能に支持する。これら軸受３は、それぞれケーシング６に取り付けられている。

インペラ４は、回転による遠心力を利用してプロセスガス（流体）Ｇを圧縮する。インペラ４は、ディスク４ａと、ブレード４ｂと、カバー４ｃとを備えた、いわゆるクローズ型のインペラである。
ディスク４ａは、それぞれ回転軸２における軸線Ｐ方向の中央位置Ｃに向かって、軸線Ｐの径方向外側に漸次拡径する円盤状に形成されている。
ブレード４ｂは、ディスク４ａから軸線Ｐ方向における中央位置Ｃとは反対側の端部側に突出するように形成されている。ブレード４ｂは、軸線Ｐの周方向に所定間隔をあけて複数形成されている。
カバー４ｃは、軸線Ｐ方向における端部側から複数のブレード４ｂを覆う。カバー４ｃは、ディスク４ａに対向する円盤状に形成されている。

インペラ４は、軸線Ｐ方向両側に配された各軸受３の間の回転軸２に複数取り付けられている。これらインペラ４は、軸線Ｐ方向においてブレード４ｂの向きが互いに反対側を向く二組の三段式インペラ群４Ａ、４Ｂを構成している。これら三段式インペラ群４Ａ、三段式インペラ群４Ｂにおいては、それぞれ軸線Ｐ方向の中央位置Ｃ側のプロセスガスＧの圧力が最も高くなる。つまり、プロセスガスＧは、三段式インペラ群４Ａ、三段式インペラ群４Ｂ各々を軸線Ｐの方向の中央位置Ｃに向かって段階的に圧縮されながら流れる。

ケーシング６は、軸受３を支持するとともに回転軸２、インペラ４、シール装置５をそれぞれ外周側から覆う。ケーシング６は、筒状に形成されている。

ケーシング６は、軸線Ｐ方向の第一端部側（図１中、左側）に、吸込口６ｂＡを備えている。吸込口６ｂＡは、環状に形成された吸込流路６ｃＡに接続されている。吸込流路６ｃＡは、三段式インペラ群４Ａの最も第一端部側に配されるインペラ４の流路と接続されている。つまり、吸込口６ｂＡから流入するプロセスガスＧは、吸込流路６ｃＡを介して三段式インペラ群４Ａへと導入される。

ケーシング６は、各インペラ４のブレード４ｂ間に形成された流路同士を接続するケーシング流路６ａＡ、６ａＢを備えている。

ケーシング６は、軸線Ｐ方向の中央位置Ｃ側に、排出口６ｅＡを備えている。この排出口６ｅＡは、環状に形成された排出流路６ｄＡに接続されている。排出流路６ｄＡは、三段式インペラ群４Ａの最も第二端部側（図１中、右側）に配されるインペラ４の流路に接続されている。つまり、三段式インペラ群４Ａの最も第二端部側に配されるインペラ４で圧縮されたプロセスガスＧは、排出流路６ｄＡを介して排出口６ｅＡからケーシング６の外部に排出される。

ケーシング６は、中央位置Ｃを境にして、軸線Ｐ方向の第一端部側と第二端部側とが対称に形成されている。ケーシング６の第二端部側には、ケーシング流路６ａＢ、吸込口６ｂＢ、吸込流路６ｃＢ、排出流路６ｄＢ、排出口６ｅＢが形成されている。このケーシング６の第二端部側に配された三段式インペラ群４Ｂは、第一端部側の三段式インペラ群４Ａで圧縮したプロセスガスＧを更に圧縮する。

つまり、ケーシング６の第二端部側においては、排出口６ｅＡから排出されたプロセスガスＧが吸込口６ｂＢに送り込まれる。その後、吸込口６ｂＢから流入したプロセスガスＧは、吸込流路６ｃＢを介して三段式インペラ群４Ｂに供給されて段階的に圧縮される。三段式インペラ群４Ｂによって圧縮されたプロセスガスＧは、排出流路６ｄＢを介して排出口６ｅＢからケーシング６の外部に排出される。

上述したように三段式インペラ群４Ａにおいて圧縮されたプロセスガスＧは、三段式インペラ群４Ｂに導入されて更なる圧縮が行われて中央位置Ｃ付近に到達する。そのため、三段式インペラ群４Ａと三段式インペラ群４Ｂとの間には圧力差が生じている。さらに、中央位置Ｃ付近においては、回転軸２の外周面とケーシング６の内周面との間に、隙間が形成されている。そのため、プロセスガスＧは、隙間を通じて三段式インペラ群４Ｂから三段式インペラ群４Ａに向かって流れようとしてしまう。
そこで、この実施形態におけるシール装置５は、三段式インペラ群４Ｂから三段式インペラ群４ＡへのプロセスガスＧの流れを抑制するために、中央位置Ｃ付近に設けられている。

図２は、この実施形態におけるシール装置５が備えるシール部１０の斜視図である。
図２に示すように、シール部１０は、シール本体１１と、スワールブレーカー１２とを備えている。
シール本体１１は、回転軸２の外周面との間に所定の隙間を有して対向配置される環状部材である。このシール本体１１は、回転軸２の外周面と対向する内周面１１ａに複数の穴（図示せず）を備えたホールパターンシール、内周面１１ａに周方向へ延びる複数のフィン（図示せず）を備えたラビリンスシール、および、これらシールを組み合わせたものなどの非接触型のシール構造になっている。

図３は、スワールブレーカー１２の拡大斜視図である。
スワールブレーカー１２は、回転軸２の周方向に流れるプロセスガスＧの旋回流成分を打ち消す機能を有している。図３に示すように、この実施形態におけるスワールブレーカー１２は、シール本体１１の上流側（換言すれば、三段式インペラ群４Ｂ側）の端部に配されている。スワールブレーカー１２は、シール本体１１と一体に形成されている。

スワールブレーカー１２は、上流側および回転軸２側（換言すれば、径方向内側）に開口する凹部１３を備えている。凹部１３は、シール本体１１の周方向に複数並べられている。これら凹部１３は、周方向の仕切壁１４の内側面１５と、シール本体１１の上流側端面１６と、底面１７とにより形成されている。仕切壁１４は、周方向で隣り合う凹部１３同士を仕切っている。上流側端面１６は、軸線Ｐに対して垂直に形成されている。底面１７はシール部１０の周方向に延びて仕切壁１４の基部同士を繋いでいる。

この実施形態において、周方向で隣り合う凹部１３同士を仕切る仕切壁１４は、凹部１３の周方向（Pitch）の寸法Ｌ１よりも短い厚さ寸法Ｌ２とされている。また、この実施形態における凹部１３の軸線Ｐ方向（Chord）の寸法Ｌ３は、上記周方向の寸法Ｌ１と同等になっている。さらに、この実施形態における凹部１３の径方向（Height）の寸法Ｌ４は、上記周方向の寸法Ｌ１、および、軸線Ｐ方向の寸法Ｌ３よりも長くなっている。

上述したプロセスガスＧの旋回流Ｓ（図３中矢印で示す）は、回転軸２の回転方向と同方向の流れとなる。この旋回流Ｓは、凹部１３に対して上流側の開口１３ａから斜めに流入する。凹部１３内に流入したプロセスガスＧの旋回流Ｓは、まず旋回流Ｓの進行方向前側に配された仕切壁１４の内側面１５に衝突する。すると、このプロセスガスＧは、凹部１３内で方向を変えて上流側端面１６に沿ってもう一つの内側面１５側に回り込む横渦Ｙ（図３中矢印で示す）となる。その後、横渦ＹとなったプロセスガスＧは、内周面１１ａ側の開口１３ｂから凹部１３の外部に押し出される。この内周面１１ａ側の開口１３ｂから凹部１３の外部に押し出されたプロセスガスＧは、シール部１０と回転軸２との隙間ｇに流入するプロセスガスＧと衝突することとなる。ここで、上記横渦Ｙは、その回転の中心軸が径方向に延びる渦流である。言い換えれば、横渦Ｙは、周方向および軸線Ｐ方向に延びるPitch-Chord面に発生する渦流である。この横渦Ｙによって、シール部１０と回転軸２との隙間ｇに流入するプロセスガスＧの旋回成分の少なくとも一部が打ち消される。

図４は、この実施形態における縦渦促進機構２０の断面図である。
図４に示すように、スワールブレーカー１２は、縦渦促進機構２０を更に備えている。この縦渦促進機構２０は、回転軸２の外周面２ａ側から径方向外側である凹部１３側の上流側に向かって流れる縦渦Ｔ（図４中、矢印で示す）の発生を促進する。この実施形態における縦渦促進機構２０は、凹部１３の底面１７と、シール本体１１の上流側端面１６と、環状凹部２１を備える回転軸２と、により構成されている。凹部１３の底面１７とシール本体１１の上流側端面１６とは、上述した通りであるため詳細説明を省略する。

環状凹部２１は、仕切壁１４と対向する回転軸２の外周面２ａ上に配されている。より具体的には、環状凹部２１は、その軸線Ｐ方向の縁部２１ａが、軸線Ｐ方向において上流側端面１６の近傍に配されている。環状凹部２１は、回転軸２の外周面２ａの全周に渡って円環状に形成されている。

この実施形態における環状凹部２１は、断面円弧状に形成されている。この環状凹部２１の軸線Ｐ方向の寸法Ｌ５、および、環状凹部２１の深さ寸法Ｌ６は、底面１７と回転軸２の外周面２ａとの距離に応じた大きさに設定されている。言い換えれば、環状凹部２１の断面形状は、凹部１３内に生じさせるプロセスガスＧの縦渦Ｔの大きさに応じて、その内面２２が縦渦Ｔに沿うように形成されている。ここで、縦渦Ｔとは、その回転の中心軸が周方向を向く渦流である。この縦渦Ｔの回転方向は、回転軸２側においてシール本体１１側から上流側に流れる回転方向となっている。

次に、縦渦促進機構２０による縦渦Ｔの促進作用について説明する。
まず、上流側から凹部１３内にプロセスガスＧが流れ込む。ここで、プロセスガスＧは、回転軸２に近いほど旋回成分が増加する。つまり、回転軸２の近傍ほど、旋回流Ｓが強くなる。
凹部１３内に流入したプロセスガスＧの少なくとも一部は、底面１７に沿ってシール本体１１側に流れる。すると、このプロセスガスＧは、上流側端面１６に衝突して、その向きを回転軸２側に変える。つまり、上流側端面１６に衝突したプロセスガスＧは、上流側端面１６に沿って回転軸２側に流れる。

その後、上流側端面１６に沿って流れるプロセスガスＧは、回転軸２に形成された環状凹部２１内に入り込む。この環状凹部２１内に入り込んだプロセスガスＧは、環状凹部２１の内面２２に案内されて、内面２２に沿って上流側に向かって流れる。そして、プロセスガスＧは、環状凹部２１から隙間ｇの上流側に流れ出て、回転軸２の外周面２ａ側から径方向外側すなわち凹部１３側の上流側に向かって流れる。

したがって、上述した第一実施形態におけるシール装置５によれば、回転軸２の近くを回転軸２の軸線Ｐ方向に移動する旋回流Ｓを、縦渦促進機構２０により発生促進された縦渦Ｔによって回転軸２の外周面２ａ側から凹部１３側に向かって導くことができる。そのため、回転軸２の外周面２ａ近くを流れる強い旋回流Ｓが直接回転軸２とケーシング６との隙間ｇに流入することを抑制できる。その結果、旋回流Ｓを十分に低減させることが可能となる。

さらに、回転軸２の外周面２ａに環状に形成された環状凹部２１を設けていることで、スワールブレーカー１２の凹部１３内で生じる縦渦Ｔを、回転軸２の外周面２ａ側から径方向外側の上流側に向かって円滑に流れるように導くことができる。そのため、凹部１３の縦渦Ｔの発生を促進して隙間ｇに直接流れ込む旋回流Ｓを低減させることができる。

次に、この発明の第二実施形態におけるシール装置を図面に基づき説明する。この第二実施形態のシール装置１０５は、上述した第一実施形態のシール装置５と、縦渦促進機構の構成が異なるだけである。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図５は、この実施形態における縦渦促進機構１２０の断面図である。
図５に示すように、スワールブレーカー１２の縦渦促進機構１２０は、上述した第一実施形態の縦渦促進機構２０と同様に、回転軸２の外周面２ａ側から径方向外側の上流側に向かって流れる縦渦Ｔの発生を促進する。
この実施形態における縦渦促進機構１２０は、凹部１３の底面１７と、シール本体１１の上流側端面１１６と、回転軸２の外周面２ａと、により構成されている。

凹部１３は、シール本体１１の周方向に複数並べられている。これら凹部１３は、仕切壁１４の内側面１５と、シール本体１１の上流側端面１１６と、底面１７とにより形成されている。仕切壁１４は、周方向で隣り合う凹部１３同士を仕切っている。底面１７はシール部１０の周方向に延びて仕切壁１４の基部同士を繋いでいる。

上流側端面１１６は、底面１７側から底面１７に対する角度が漸次立ち上がる断面円弧状に形成されている。つまり上流側端面１１６は、凹部１３の内側に向かって凹状の曲面に形成されている。この上流側端面１１６は、断面視でその内周側の縁部１１６ａにおける接線ＴＬと、接線ＴＬよりも上流側の軸線Ｐとの角度θが９０度以下となるように設定されている。ここで、上記接線ＴＬの角度θを９０度よりも大きくした場合、隙間ｇの下流側にプロセスガスＧの流れが向いてしまうため好ましくない。さらに、上記接線ＴＬの角度θは、９０度以下とされつつ、接線ＴＬの延長上に回転軸２の外周面２ａが配置される角度とされる。このようにすることで、上流側端面１１６に案内されたプロセスガスＧを、回転軸２の外周面２ａに径方向内側から衝突させることができる。そのため、外周面２ａに衝突したプロセスガスＧを、外周面２ａ側から径方向外側の上流側に向かって流すことができる。

また、上流側端面１１６が断面円弧状に形成されていることで、底面１７に沿って凹部１３の内部を軸線Ｐ方向に流れるプロセスガスＧは、上流側端面１１６の円弧に案内されて円滑に回転軸２側に向きを変えて流れる。つまり、この上流側端面１１６が、プロセスガスＧを外周側から内周側に向けて案内する案内面となっている。

したがって、上述した第二実施形態におけるシール装置１０５によれば、凹部１３内を上流側からシール本体１１側に向かって流れるプロセスガスＧを、シール本体１１側において外周側から内周側に向けて案内することができる。そのため、底面１７に沿って流れるプロセスガスＧの向きを、円滑に回転軸２側に向くように変化させることができる。その結果、凹部１３の内部に生じる縦渦Ｔを促進して旋回流Ｓを低減させることができる。

次に、この発明の第三実施形態におけるシール装置を図面に基づき説明する。この第三実施形態のシール装置２０５は、上述した第二実施形態のシール装置１０５の縦渦促進機構の構成が異なるだけである。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図６は、この実施形態における縦渦促進機構２２０の断面図である。
図６に示すように、スワールブレーカー１２の縦渦促進機構２２０は、上述した第一実施形態の縦渦促進機構２０と同様に、回転軸２の外周面２ａ側から径方向外側の上流側に向かって流れる縦渦Ｔの発生を促進する。

この実施形態における縦渦促進機構２２０は、凹部１３の底面１７と、シール本体１１の上流側端面１１６と、回転軸２の環状凹部２１と、により構成されている。つまり、上述した第一実施形態の環状凹部２１と、第二実施形態の上流側端面１１６とを両方とも備えている。

したがって、上述した第三実施形態のシール装置２０５によれば、上流側端面１１６と環状凹部２１との相乗効果により、縦渦Ｔの発生をより一層促進することができる。その結果、旋回流Ｓを十分に低減させることができる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上述した第二、第三実施形態においては、上流側端面１１６の断面形状が円弧状とされる一例を説明した。しかし、案内面として機能する上流側端面１１６の形状は、断面円弧状に限られない。

図７は、この発明の第二実施形態の第一変形例における図５に相当する断面図である。
図７に示すように、この第一変形例のシール装置３０５の上流側端面２１６は、傾斜面２１６ａと、送出面２１６ｂとを備えている。
傾斜面２１６ａは、上流側の底面１７から、下流側のシール本体１１の内周側に向かうように傾斜する面である。この実施形態における傾斜面２１６ａのシール本体１１側の端縁２１６ｃは、凹部１３の深さ方向における中間位置Ｃ１に至っている。また、傾斜面２１６ａは、底面１７からの立ち上がり角度θ１が４０から５０度、より好ましくは４５度程度となっている。なお、傾斜面２１６ａのシール本体１１側の端縁２１６ｃの位置、および、傾斜面２１６ａの角度θ１は上述した位置および角度に限られるものではない。

送出面２１６ｂは、傾斜面２１６ａの端縁２１６ｃから回転軸２側に向かって延びる平面である。軸線Ｐに対する送出面２１６ｂは、上述した第二実施形態の上流側端面１１６の接線ＴＬと同様に上流側の軸線Ｐに対して９０度以下の角度となるように設定されている。

上記図７に示す第一変形例のシール装置３０５によれば、上記第二、第三実施形態の上流側端面１１６と同様に、底面１７に沿って凹部１３の内部を軸線Ｐ方向に流れるプロセスガスＧが、上流側端面１１６の傾斜面２１６ａおよび送出面２１６ｂに案内されて円滑に回転軸２側に向きを変えて流れる。その結果、凹部１３の内部に生じる縦渦Ｔを促進して旋回流Ｓを低減させることができる。

図７においては、回転軸２に環状凹部２１が形成されていない場合を例示した。しかし、回転軸２に環状凹部２１を形成しても良い。このように上流側端面２１６と環状凹部２１とを両方設けることで、第三実施形態と同様に、相乗効果による更なる縦渦Ｔの促進を図ることができる。また、図７においては、上流側端面２１６が傾斜面２１６ａと送出面２１６ｂとの２面により形成される場合を一例にして説明した。しかし、上流側端面２１６を形成する面数は、２面に限られない。例えば、傾斜面２１６ａと底面１７とを繋ぐ傾斜平面又は曲面（図示せず）や、傾斜面２１６ａと送出面２１６ｂとを繋ぐ傾斜平面又は曲面（図示せず）を設けるなど、３面以上の平面や曲面を組み合わせて上流側端面２１６を形成しても良い。

また、第二実施形態の第二変形例として図８に示すように、上流側端面２１６が、送出面２１６ｂの回転軸２側に上流側に向かって傾斜する傾斜面２１６ｄを備えていても良い。このように構成することで、縦渦Ｔを隙間ｇの上流側に向かうように円滑に案内することができる。そのため、図７に示す場合よりも隙間ｇへ流入する旋回流Ｓを低減できる。

また、上述した第一実施形態においては、環状凹部２１の形状を、断面円弧状に形成する場合について説明した。しかし、環状凹部２１の形状は断面円弧状に限られるものではない。例えば、図９に示す第一実施形態の変形例のシール装置４０５のように、上述した第二実施形態の第一変形例の上流側端面２１６と同様に、環状凹部２１を、複数の面２１ｂ〜２１ｅを組み合わせた断面多角形状に形成しても良い。ここで、図８においては、環状凹部２１を３つの面２１ｂ〜２１ｅにより形成する場合について説明したが、３面以上の平面や曲面を適宜組み合わせてもよい。

さらに、上述した各実施形態においては、シール装置５，１０５，２０５，３０５，４０５が、三段式インペラ群４Ｂと三段式インペラ群４Ａとの間の回転軸２周りに設けられる場合について説明した。しかし、この発明に係るシール装置の配置は、上述した配置に限られない。例えば、インペラ４の入口の口金部、および、多段式インペラの最終段に設けられたバランスピストン部などに設けてもよい。
また、インペラ４はクローズ型のインペラに限られず、オープン型のインペラであっても良い。

さらに、インペラ群は三段式に限られるものではない。また、上述した各実施形態においては、シール装置を設ける回転機械として遠心圧縮機を一例に説明した。しかし回転機械は遠心圧縮機に限られるものではない。この発明のシール装置は、例えば、軸流圧縮機、半径流タービン、軸流タービン、各種産業用圧縮機、および、ターボ冷凍機などにも適用可能である。

１ 回転機械
２ 回転軸（回転体）
２ａ 外周面
３ 軸受
４ インペラ
４Ａ 三段式インペラ群
４Ｂ 三段式インペラ群
４ａ ディスク
４ｂ ブレード
４ｃ カバー
５ シール装置
６ ケーシング（静止体）
６ａＡ ケーシング流路
６ｂＡ 吸込口
６ｃＡ 吸込流路
６ｄＡ 排出流路
６ｅＡ 排出口
６ａＢ ケーシング流路
６ｂＢ 吸込口
６ｃＢ 吸込流路
６ｄＢ 排出流路
６ｅＢ 排出口
１０ シール部
１１ シール本体
１１ａ 内周面
１２ スワールブレーカー
１３ 凹部
１３ａ 開口
１３ｂ 開口
１４ 仕切壁
１５ 内側面
１６ 上流側端面
１７ 底面
２０ 縦渦促進機構
２１ 環状凹部
２１ａ 縁部
２１ｂ 面
２１ｃ 面
２１ｄ 面
２２ 内面
１０５ シール装置
１１６ 上流側端面
１２０ 縦渦促進機構
２０５ シール装置
２１６ 上流側端面
２１６ａ 傾斜面
２１６ｂ 送出面
２１６ｃ 端縁
２２０ 縦渦促進機構
３０５ シール装置
４０５ シール装置
Ｇ プロセスガス
Ｓ 旋回流
Ｔ 縦渦
Ｙ 横渦
ｇ 隙間

Claims (4)

1. 回転体の外周面と、この外周面に対向する静止体の内周面との隙間に流体が流入することを抑制するシール装置であって、
   前記回転体の外周面に対向して配される環状のシール本体と、
   前記シール本体の上流側端部に配されて前記回転体の周方向に流れる旋回流を抑制するスワールブレーカーと、を備え、
   前記スワールブレーカーは、
   上流側および前記回転体側に開口して周方向に複数並べられた凹部を備え、
   前記凹部と、前記凹部に対向する前記回転体の外周面との少なくとも一方は、前記回転体の外周面側から前記凹部側の上流側に向かって流れる縦渦の発生を促進する縦渦促進機構を備えるシール装置。
2. 前記縦渦促進機構は、
   前記回転体の外周面に環状に形成された環状凹部を備える請求項１に記載のシール装置。
3. 縦渦促進機構は、
   前記凹部の内部に設けられて流体を外周側から内周側に向けて案内する案内面を備える請求項１又は２に記載のシール装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のシール装置を備える回転機械。

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