JP2510397Y2 - シ―ル装置 - Google Patents

シ―ル装置

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JP2510397Y2
JP2510397Y2 JP11642090U JP11642090U JP2510397Y2 JP 2510397 Y2 JP2510397 Y2 JP 2510397Y2 JP 11642090 U JP11642090 U JP 11642090U JP 11642090 U JP11642090 U JP 11642090U JP 2510397 Y2 JP2510397 Y2 JP 2510397Y2
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  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、蒸気タービンやコンプレッサなどの高圧回
転機械に利用されるシール装置に関する。
従来の技術 第10図、第11図は従来のシール装置を示したもので、
実開昭63-51930号公報により公知のものであり、第10図
はシール装置の部分的な断面図で、第11図は第10図の矢
印C方向から見た部分的な平面図である。
これらの図で1は高圧回転機械の回転軸であり、2は
そのケーシングである。そして、回転軸1を取り囲んだ
シールリング3がケーシング2に取付けられている。な
お、シールリング3を挟んで回転軸1の右側が高圧室
A、左側が低圧室Bとなっている。
そして、高圧室A側のシールリング3の内周面に、回
転軸1に面してラビリンスフィン4が形成されていて、
低圧室B側のシールリング3の内周面は、静圧軸受部5
となっている。ケーシング2には、外部の圧力源から高
圧流体を導入するための供給孔6が形成されていて、こ
の供給孔6からの高圧流体を、静圧軸受部5の回転軸1
とシールリング3との間の隙間に供給するように、静圧
軸受部5にも周方向に沿って複数の供給孔7が形成され
ている。
また、外部の圧力源から供給孔6や供給孔7を通して
静圧軸受部5へ供給する高圧流体が、高圧室Aへ流出し
たり逆に高圧室A側から流入しないようにするために、
シール部材8が設けられている。9はシールリング3の
回転を防止するための回り止めピンである。さらに、静
圧軸受部5には軸線方向に沿う排出孔10が、周方向に複
数本貫通して形成されていて、ラビリンスフィン4と回
転軸1との間の半径方向隙間Dを通して流れ出た高圧室
Aの流体を、低圧室B側へ排出するようにしている。
なお、12はケーシング2とシールリング3とが摺接す
る接触面であり、排出孔10の位置よりも半径方向の外側
に設けられており、シールリング3がこの接触面12に、
図示しないばねにより軸方向の高圧室A側から押し付け
るようにして取付けられている。すなわち、シールリン
グ3はこのばねの力と、高圧室Aと低圧室Bとの圧力差
による軸方向の流体力によって、ケーシング2に保持さ
れているのである。
そして、静圧軸受部5の回転軸1とシールリング3と
の間の隙間に、外部の圧力源から供給孔6や供給孔7を
通して供給される高圧流体によって、シールリング3を
回転軸1の半径方向の挙動に対して追随させて動かすこ
とにより、ラビリンスフィン4が回転軸1に接触しない
ようにして、その磨耗を防止するとともにシール性能を
発揮している。
考案が解決しようとする課題 ところで、上記のような従来のシール装置では、回転
軸1の半径方向の挙動に対してラビリンスフィン4が、
回転軸1に接触して摩耗しないように、回転軸1とシー
ルリング3との半径方向隙間に高圧流体を導いて、シー
ルリング3を回転軸1に追随して動かせているが、この
動きがシールリング3とケーシング2との接触面12に作
用する、シールリング3の軸方向合力に比例する摩擦力
のために低減されてしまうという問題があった。そのた
め、静圧軸受部5の回転軸1とシールリング3との間の
隙間に、外部の圧力源から供給する高圧流体の量や圧力
を増加しなければならないという問題があった。
本考案は、このような問題を解決することを目的とし
てなされたものである。
課題を解決するための手段 この考案は、回転軸に面してラビリンスフィンを設け
たシールリングにより構成されるラビリンスシール部
と、同シールリング外方のケーシングの外部より同ケー
シングおよびシールリングの供給孔を経て回転軸とシー
ルリングとの間の隙間に高圧流体を供給する静圧軸受部
とを組合わせて、回転軸に沿った高圧室と低圧室との間
をシールするシール装置において、シールリングに高圧
室側から低圧室側へ通じるバランス孔を貫通させるとと
もに、ラビリンスフィンの内径よりも静圧軸受部の内径
を小さく形成し、これに対応して回転軸の外径を、ラビ
リンスフィンと相対する部分について静圧軸受部に相対
する部分よりも大きく形成したものである。
作用 上記の手段によれば、シールリングに貫通させたバラ
ンス孔によって、軸方向に作用する流体圧による力のう
ち、高圧室側の力と低圧室側の力をバランスさせること
ができ、シールリングとケーシングとの接触面に作用す
る力を軽減し、この接触面にシールリングが半径方向に
微動するときに発生する摩擦力を低減できる。
実施例 以下本考案に係るシール装置の実施例を、第1図ない
し第9図を参照して詳細に説明する。
第1図は、本考案に係るシール装置の一実施例の部分
的な断面図であり、第2図は第1図の矢印E方向から見
たシールリングの内周面の部分的な平面図である。
これらの図において、回転軸1、ケーシング2、シー
ルリング3、ラビリンスフィン4、静圧軸受部5、供給
孔6,7、シール部材8、回り止めピン9、排出孔10、接
触面12、高圧室A、低圧室Bは第10図および第11図と同
様なので同一符号を付して示してあり、その部分の説明
は省略する。
ケーシング2には回転軸1を囲むように周状に溝11が
形成されていて、その中に円周方向に沿って、シールリ
ング3がケーシング2に設けたばね13で、軸方向の低圧
室B側に押し付けるようにして取付けられている。そし
てシールリング3の内径は、ラビリンスフィン4部分よ
りも静圧軸受部5の方が小さく形成されており、これに
対応するように回転軸1の外径を、ラビリンスフィン4
と相対する部分について静圧軸受部5に相対する部分よ
りも大きく形成してある。
これにより高圧室Aと低圧室Bとの流体圧の差による
流体力とばね13の力とにより、シールリング3はケーシ
ング2に接触面12で接触するように押し付けられ、高圧
室A側の流体がラビリンスフィン4と回転軸1との隙間
Dを通らずに、直接低圧室B側へ流出するのを防止して
いる。
すなわち、第3図に高圧室A側と低圧室B側との圧力
差をΔPとするときの、シールリング3に作用する軸方
向力Fの概略的な説明図を示してあるが、軸方向力Fは F=Fs+π(R2 2-R0 2)ΔP−π(R2 2-R1 2)αΔP で表される。
ここで、Fsはばね13により押付け力、R1はシールリン
グ3とケーシング2との軸方向接触部12の内半径、R2
同じく外半径、R0はラビリンスフィン4部の内半径であ
る。また、αは接触部12の圧力分布を補正する係数であ
り、0<α<1である。
ここで、ラビリンスフィン4部の内半径R0を静圧軸受
部5の内半径RBよりも大きくしていくと、第4図に示す
ように軸方向力Fが減少していくので、このようにすれ
ば回転軸1の挙動に対して半径方向に追随しようとする
シールリング3の動きを抑制させる摩擦力を低減するこ
とができる。
またシールリング3には、高圧室A側から低圧室B側
へ通じるようにバランス孔14を貫通させてある。もしこ
のバランス孔14がなければ、ケーシング2、シールリン
グ3、シール部材8および接触部12で囲まれて形成され
る空間G内の圧力は、組立て時の大気圧のままである
が、バランス孔14を設けたことにより、軸方向に作用す
る流体圧による力のうち、高圧室A側の力と低圧室B側
の力がバランスするので、シールリング3とケーシング
2との接触面12に作用する力を軽減し、この接触面12に
シールリング3が半径方向に微動するときに発生する摩
擦力を低減させることができる。
次に本考案の他の実施例について説明する。
第5図および第6図は本考案の第2の実施例を示した
もので、それぞれ第1図および第2図に対応している。
先に説明した実施例では、供給孔6からの高圧流体を、
静圧軸受部5の回転軸1とシールリング3との間の隙間
に供給する供給孔7を、静圧軸受部5に周方向に沿って
1列に形成したものであったが、この実施例では供給孔
7を第5図および第6図に符号7a、7bとして示すよう
に、静圧軸受部5に回転軸1の軸線方向に間隔を置いて
例えば2列に設けたものである。
その他の構成は第1図、第2図に示したものと同様な
ので、同一部分には同一符号を付してその部分の説明は
省略する。
さて、シールリング3の組込み不良などのため、シー
ルリング3が回転軸1に対して傾斜して作動したような
場合、供給孔7が1列の場合には、第7図に示すように
供給孔7から回転軸1表面に作用する高圧流体の圧力分
布は、シールリング3が平行なときの圧力分布Iも傾斜
しているときの圧力分布IIもほぼ同じような形状であ
る。
一方、供給孔7が2列の場合には、第8図に示すよう
に供給孔7から回転軸1表面に作用する高圧流体の圧力
分布は、シールリング3が平行なときの圧力分布Iがほ
ぼフラットなのに対し、傾斜しているときの圧力分布II
は、傾斜した側の供給孔7aでは流れが先端で絞られて圧
力が上昇し、逆側の供給孔7bでは流れが先広がりとなる
ために圧力は低下する。従って、この圧力の変化分(図
中の斜線部分)が復元モーメント荷重Fとなり、復元モ
ーメントMは、M=F・l(lはうでの長さ)となる。
第7図と第8図について復元モーメントMの大きさを
比較すると、第8図の供給孔7を2列にしたときの方が
大きく、そのため供給孔7を2列にすることが、シール
リング3が回転軸1に対して傾斜したときに、その傾斜
を抑えるために復元モーメントを作用させて、シールリ
ング3と回転軸1との接触を防止する上で有効なことが
わかる。なお、供給孔7を2列以上にしてもよいことは
勿論である。
次に第9図は、上述の第1、第2の実施例における排
出孔10に代えて、静圧軸受部5の内周面に軸線方向に沿
う溝16を周方向に複数条設けるようにした実施例を示し
たもので、第2図および第6図に対応する図である。そ
の他の構成は第1図、第2図および第5図、第6図に示
したものと同様である。
さて、ケーシング2やシールリング3の加工精度不良
や、シールリング3の組込み不良などのために、シール
リング3が回転軸1に対して傾斜して作動したような場
合、接触面12は片当り状態となり、そのため接触面12の
摩擦力が大きくなる。通常シールリング3は接触面12の
摩擦力よりも静圧軸受部5での負荷能力が大きくなるよ
うに設計されて、シールリング3のフローティング機能
を維持するようにしている。そのため、接触面12の摩擦
力が静圧軸受部5での負荷能力を越えると、そのフロー
ティング機能が保持されず、シールリング3が回転軸1
に接触する恐れがある。
そこで、静圧軸受部5の内周面に軸線方向に沿う溝16
を周方向に複数条設けることにより、シール隙間内の流
れを軸方向以外の周方向にも流すようにして、流量を多
くし、反偏心側の供給孔7内の圧力の低下の度合いを大
きくする。そうすることによって、偏心側と反偏心側と
の圧力差が大きくなり、負荷能力を向上させることにな
るので、接触面12の摩擦力が大きくなってもシールリン
グ3のフローティング機能が維持されるようになる。
なお、接触面12の材料は通常同じ部材同志の組合わせ
であるが、接触面12の片方に低摩擦材料を貼り付けた
り、またはセラミックスコーティングを施したりする
と、ケーシング2とシールリング3との接触面で発生す
る摩擦力が低減され、回転軸1とシールリング3の隙間
へ流出する圧力を小さくして、回転軸1とシールリング
3の隙間を通して外部へ流出する流体の量を軽減するこ
とができる。
考案の効果 以上詳述したように本考案によれば、シールリングと
ケーシングとの接触面に作用する力を軽減して、この接
触面にシールリングが半径方向に微動するときに発生す
る摩擦力を低減させることができるとともに、回転軸と
シールリングのシールフィンとの接触を防止することの
できる実用上の効果の大きなシール装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案に係るシール装置の一実施例の部分的な
断面図、第2図は第1図の矢印E方向から見たシールリ
ングの内周面の部分的な平面図、第3図および第4図は
本考案のシール装置の作用を説明するために示した説明
図、第5図は本考案の他の実施例を示したシール装置の
部分的な断面図、第6図は第5図の矢印H方向から見た
シールリングの内周面の部分的は平面図、第7図および
第8図は第5図、第6図に示した実施例の作用を説明す
るために示した説明図、第9図は本考案の他の実施例の
シールリングの内周面の部分的な平面図、第10図は従来
のシール装置の部分的な断面図、第11図は第10図の矢印
C方向から見た部分的な平面図である。 1……回転軸、2……ケーシング、3……シールリン
グ、4……ラビリンスフィン、5……静圧軸受部、6,7
……供給孔、10……排出孔、12……接触面、15……バラ
ンス孔、A……高圧室、B……低圧室。

Claims (4)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転軸に面してラビリンスフィンを設けた
    シールリングにより構成されるラビリンスシール部と、
    同シールリング外方のケーシングの外部より同ケーシン
    グおよびシールリングの供給孔を経て前記回転軸とシー
    ルリングとの間の隙間に高圧流体を供給する静圧軸受部
    とを組合わせて、前記回転軸に沿った高圧室と低圧室と
    の間をシールするシール装置において、前記シールリン
    グに高圧室側から低圧室側へ通じるバランス孔を貫通さ
    せるとともに、前記ラビリンスフィンの内径よりも前記
    静圧軸受部の内径を小さく形成し、これに対応して前記
    回転軸の外径を、前記ラビリンスフィンと相対する部分
    について前記静圧軸受部に相対する部分よりも大きく形
    成して成るシール装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のシール装置において、前記
    回転軸とシールリングとの間の隙間に高圧流体を供給す
    るために前記静圧軸受部に形成される高圧流体供給孔
    を、回転軸の軸線方向に複数設けて成るシール装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2記載のシール装置におい
    て、前記静圧軸受部の内周面に軸線方向に沿う溝を周方
    向に複数条設けて成るシール装置。
  4. 【請求項4】請求項1ないし3のいずれか1項に記載の
    シール装置において、摺動部を形成する一方の部材の摺
    動面に低摩擦部材を設けて成るシール装置。
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CN1117217C (zh) * 1998-03-13 2003-08-06 株式会社日立制作所 离心压缩机以及其所用的轴封装置
US7726661B2 (en) * 2002-06-21 2010-06-01 Inpro/Seal Llc Pressure balanced shaft seal assembly

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