JP2811893B2 - ターボ機械の軸振動軽減装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ターボ機械の軸振動軽減装置に関し、回
転軸とケーシングとの間に流入する流体の旋回を防止す
るようにしたものであり、特に高圧の作動流体の場合に
有効なものである。

［従来の技術］ ターボ機械（ターボ形流体機械）には、ポンプや送風
機などの与えられた旋回流を減速して圧力に変える被動
機と、タービンや水車などの圧力の高い流体を圧力の低
い所に流出させ、その間に軸駆動力を発生させる原動機
とがある。

これらいずれのターボ機械にあっても回転する回転軸
と固定側のケーシングとの間に形成される隙間から作動
流体が漏れ出す恐れがあり、通常、シール装置を設けて
シールするようにしている。

例えば、第４図に示す原動機としてのタービンにおい
ても、回転軸１とケーシング２との間の隙間３に非接触
式のシール装置であるラビリンスシール４を設け、ター
ビンの作動流体自体をシールガスとしたり、別のシール
ガスの供給や抽気によってシールし、作動流体の漏洩を
防止するようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ このようなラビリンスシール４を設けたターボ機械に
あっても作動流体が回転軸１に沿って流れ出ようとする
が、この回転軸１に沿って流れる作動流体によってラビ
リンスシール４の内部で周方向において圧力変化が生
じ、回転軸１の振動が生じ、作動流体の圧力が高くなる
程顕著になるという問題がある。

そこで、ラビリンスシール４の端部に放射状の溝５を
形成して作動流体の旋回の防止と流速の低下を図るよう
にしたものもあるが、回転軸１とケーシング２の隙間３
に対してラビリンスシール４の端部は小さく、溝５によ
る抵抗が小さいことから軸振動の低下の効果がほとんど
期待できないというのが現状である。

このため、従来は、ターボ機械の回転軸１の振動を被
接触式のセンサなどで検出し、常時監視しながら運転し
なければならない等の問題がある。

この発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされた
もので、ターボ機械の軸振動を簡単に軽減することがで
き、安全に運転することができるターボ機械の軸振動軽
減装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためこの発明のターボ機械の軸振
動軽減装置は、ターボ機械の回転軸とケーシングとの間
に設けられるラビリンスシールの流体流れ方向上流側
に、ラビリンスシールに流入する流体の旋回を防止する
放射状溝が複数形成された抵抗板を設けたことを特徴と
するものである。

［作 用］ このようなターボ機械の軸振動軽減装置によれば、ケ
ーシングのラビリンスシール入口側に抵抗板を設け、ラ
ビリンスシールの端部に比べて大きい溝を形成し、これ
によって回転軸に沿って流れようとする作動流体の旋回
を防止するとともに、流速を低減し、圧力変化を小さく
して軸振動を軽減するようにしている。

したがって、ターボ機械を安全に運転することができ
る。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明
する。

第１図及び第２図はこの発明のターボ機械の軸振動軽
減装置の一実施例にかかり、第１図は要部の縦断面図、
第２図は抵抗板の正面図である。

この発明のターボ機械の軸振動軽減装置10が設けられ
るターボ機械では、回転軸11とケーシング12との隙間13
にシール装置としてラビリンスシール14が設けられてお
り、ターボ機械の作動流体自体をシールガスとしたり、
別のシールガスを供給するなどしてシールするようにな
っている。

このようなラビリンスシール14が設けられたターボ機
械では、ラビリンスシール14の流体流れ方向上流側のケ
ーシング12に回転軸11と同軸に円形の凹部15が形成され
ており、この円形の凹部15内に回転軸11とケーシング12
との隙間13の環状の入口部分を塞ぐように環状の抵抗板
16がねじ17で取付けられている。

この抵抗板16は、第２図に示すように、内歯歯車に類
似した形状に形成されており、放射状溝18が回転軸11の
挿通部からケーシング12までの距離に対応する深さで複
数、例えば円周方向に10度間隔程度で形成されている。

したがって、ラビリンスシール14の流体流れ方向上流
側の隙間13は放射状溝18で塞がれた状態となっており、
その下流側にラビリンスシール14が位置している。

このように構成されたターボ機械の軸振動軽減装置10
によれば、例えばタービン（原動機）の場合、高圧の作
動流体が羽根車に供給されると、回転軸11が回転駆動さ
れ、動力が取出されるが、これと同時に、作動流体の一
部が回転軸11や羽根車によって旋回しながらラビリンス
シール14に流入しようとする。

ところが、ラビリンスシール14の流体流れ方向上流側
には、抵抗板16がケーシング12に取付けてあるので、そ
の放射状溝18によって回転軸11に沿って流れようとする
作動流体の旋回が止められ、しかも流入速度が低下した
状態でラビリンスシール14内に流入する。

このため、ラビリンスシール14の内部で圧力変化が生
じ難くくなり、軸振動を大幅に軽減できる。

このような抵抗板16を取付けた場合（第３図（ａ））
と抵抗板16を取付けなかった場合（第３図（ｂ））で、
タービンの回転軸の軸振動を計測した結果を第３図に示
した。

この振動計測は、タービンの軸受部分に非接触式の渦
電流センサを回転軸11の円周１箇所に取付けて行ったも
のである。

この振幅測定結果から分かるように、抵抗板16を設け
ることにより回転軸11の振動の振幅を約1/7にすること
ができ、軸振動を軽減することができることが確認でき
た。

なお、上記実施例では、ターボ機械としてタービンに
適用した場合で説明したが、これに限らず、他の被動機
や原動機などターボ機械に広く適用でき、作動流体の圧
力が高いものほど有効である。

また、上記実施例では、抵抗板をケーシングと別体と
したが、ケーシングと一体構造として、ケーシング自体
に放射状溝を形成するようにしても良い。

さらに、放射状溝の形状や個数も実施例のものに限定
するものでなく、作動流体の旋回の抵抗となる形状及び
個数であれば良い。

また、この発明の要旨を変更しない範囲で各構成要素
に変更を加えるようにしても良い。

［発明の効果］ 以上、一実施例とともに具体的に説明したようにこの
発明のターボ機械の軸振動軽減装置によれば、ケーシン
グのラビリンスシール入口側に抵抗板を設け、この抵抗
板に放射状溝を形成したので、この抵抗板の放射状溝に
よって回転軸に沿って流れようとする作動流体の旋回を
防止することができるとともに、流速を低減することが
でき、ラビリンスシール内での圧力変化を小さくして軸
振動を軽減することができる。

また、構造が簡単であり、既存のターボ機械にも容易
に適用できる。

したがって、ターボ機械を安全に運転することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明のターボ機械の軸振動軽減
装置の一実施例にかかり、第１図は要部の縦断面図、第
２図は抵抗板の正面図である。 第３図はこの発明のターボ機械の軸振動軽減装置の有無
による軸振動の振幅測定結果の説明図である。 第４図は従来例の要部断面図である。 10:ターボ機械の軸振動軽減装置、11:回転軸、12:ケー
シング、13:隙間、14:ラビリンスシール、15:凹部、16:
抵抗板、 17:ねじ、18:放射状溝。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターボ機械の回転軸とケーシングとの間に
   設けられるラビリンスシールの流体流れ方向上流側に、
   ラビリンスシールに流入する流体の旋回を防止する放射
   状溝が複数形成された抵抗板を設けたことを特徴とする
   ターボ機械の軸振動軽減装置。