JP3912926B2 - 回転機械のフローティングシール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転圧縮機、送風機、タービン等の回転機械に関し、特にそこに用いられるフローティングシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機等の回転流体機械においては、取り扱う流体をシールするため、フローティングシールが使用されている。これをタービンを例にして説明すると、図５において、回転体としてのタービンロータ１が、ラジアル軸受３，５により半径方向に支持され、スラスト軸受７によって軸方向に支持されている。タービンロータ１の外面には、多段の動翼９が円周方向に並んで配設されている。そして、動翼９を駆動する作動流体をシールするフローティングシール１１がタービンロータ１の両端側の適所に設けられている。フローティングシール１１の詳細構造が図６に示されているが、タービンロータ１のシール面を取り囲んで円環状のシール部材１３が設けられ、更にシール部材１３の外側部を受け入れる環状溝が形成された保持部材１５が固定側に設けられている。そして、タービンロータ１とシール部材１３の内周面との間に隙間ｈが設けられ、この隙間ｈによって発生する流体圧による浮上力Ｐ（図７参照）によって、求心作用が発生し、タービンロータ１に対しシール部材１３が同軸的に位置される。更に、シール部材１３には、車室内の高圧Ｐ_Iと外部の低圧Ｐ_Oとの流体差圧（Ｐ_I−Ｐ_O）が作用し、保持部材１５の環状端面１７にシール部材１３の一方の側面が押し付けられる。このようにして、シール部材１３と保持部材１５との間には隙間が無く、更に隙間ｈは所定の最小隙間に維持されてシールが為される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シール部材と保持部材の接触端面において、シール部材のフローティング作用に際し摩擦力が発生する。そして、機械の長期間使用などによってその接触端面が荒れ、摩擦係数が増大すると、図７に示すような摩擦力Ｆが浮上力Ｐより大きくなり、シール部材が保持部材の端面に固定された状態となる。このような状態では、タービンロータとシール部材が接触して損傷したり、隙間ｈの量が最適値より大きくなって適正なシール作用が得られないことになる。
本発明は、このような問題を解決するために為されたものであり、長期に亙ってフローティングシール部材のフローティング作用が得られて、シール性能が低下しない回転機械のフローティングシールを提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
如上の課題を解決するため、本発明によれば、回転機械のフローティングシールは、回転機械のロータなどの回転体の外周面に所定の隙間を有して遊嵌された円環状シール部材と、そのシール部材を外側から取り囲む環状保持部材と、前記シール部材の一方の半径方向面に接する支持手段を有し、その支持手段が該シール部材の低圧側側面に正面が当接して密封摺動面を形成する環状ホルダーと、一端が該ホルダーの背面に連接され他端が前記環状保持部材に固定された円筒状弾性スリーブとから形成されていることを特徴とする。なお、前述の円筒状弾性スリーブがベローズ形状に形成されると、円環状のシール部材の半径方向移動を更に容易に許容して有利である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。尚、前述の従来装置に関する図面を含め、全図に亘り同一部材には同一の符号を付すこととする。先ず、図１を参照するに図示しない軸受により回転自在に支持されたタービンロータ１の端部には、フローティングシール面１ａが形成され、これを囲んで円環状のシール部材１３が設けられる。このシール部材１３の内径は、フローティングシール面１ａとの間に好適な隙間が形成されるように僅かに大きい値となっている。図示しないケーシング側に固定された環状保持部材２１内周端側には、環状空間２３が形成され、この中にシール部材１３の外側部分を収容している。環状空間２３は図示のように段付きの形状になっており、支持手段３０の弾性円筒状スリーブ３１の一端部が、シール部材１３から離れた内側面に固定されている。円筒状スリーブ３１の他端は、シール部材１３の側面に当接する摺動面を備えた環状ホルダー３３に繋がっている。
環状ホルダー３３の構造を更に説明すると、シール部材１３の低圧側側面に当接する摺動面３３ａ，シール部材１３の外周面の外側に突出してシール部材１３の半径方向移動を規制するリップ部３３ｂ及び均圧孔３３ｃを有している。更に環状ホルダー３３は、摺動面３３ａの外側に環状凹み３３ｄを有し、均圧孔３３ｃに繋がっている。
【０００６】
次に前述のような構成のフローティングシール２０の作用を図２を参照して説明する。回転流体機械の運転中、内側には高圧Ｐ_I，外側には低圧Ｐ_Oが発生する。この差圧により、シール部材１３は低圧側に押されて摺動面３３ａに押し付けられ、その面間に隙間は無くなる。環状凹み３３ｄ内の流体は均圧孔３３ｃから外部に流出するので、シール部材１３と環状ホルダー３３との良好な接触は妨害されない。このため、高圧の流体がシール部材１３の内周面とフローティングシール面１ａとの間に入り込み、シール部材１３に芯合わせ作用が生じて、シール部材１３とタービンロータ１とが同軸状態になる。即ち、シール部材１３の内周面とフローティングシール面１ａとの間の隙間量が全円周に亙り一様となり、良好なシールが得られる。摺動面３３ａが円滑な間は、シール部材１３の半径方向変位は阻止されない。しかしながら、運転が進み、摺動面３３ａの摩擦力が大きくなると、浮上力Ｐに対して大きな摩擦抵抗力が作用する。然るに、本実施例によれば、円筒状スリーブ３１が弾性を有するように形成されているので、浮上力Ｐにより２点鎖線の位置から実線位置に移動する。このような円筒状スリーブ３１の変形により、シール部材１３の内周面とタービンロータ１のフローティングシール面１ａとの間の隙間が全円周において一様となり、良好なフローティングシール作用が得られる。
【０００７】
尚、前述の実施形態においては、シール部材に当接する環状ホルダーを支持する支持手段に弾性円筒状スリーブを用いたが、図３及び図４に示すように、ベローズ部材５１を使用しても良い。この場合、支持手段５０は、環状ホルダー５３と薄い金属板から形成されたベローズ部材５１とから形成され、ベローズ部材５１の右端（図において）は前述の円筒状スリーブ３１と同様に保持部材４１に固定される。保持部材４１の環状空間４３と摺動面５３ａ，リップ５３ｂ，均圧孔５３ｃ及び環状凹み５３ｄを持つ環状ホルダー５３は、前述の実施形態の環状空間２３と環状ホルダー３３にそれぞれ対応するものであり、細部の形状寸法は異なるものの同様の機能を有する。そして、ベローズ部材５１は、右側の固定端を基端として半径方向に曲げ変形（撓み変形）を生じ易いばかりでなく軸方向にも凹み易いので、シール部材１３の半径方向及び軸方向の変位を徒に拘束せずに環状ホルダー５３をこれに追従させる。このため、前述の実施形態の場合と同様に、摺動面５３ａの摩擦抵抗力が大きくなっても、適切に変形してシール部材１３の芯合わせ作用を確実に行わしめると共に、摺動面５３ａとシール部材１３の低圧側側面との密着を確実にし、良好なシール性能を確保できる。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タービンロータ等の回転体に浮動状態で設けられるシール部材を、半径方向に撓み易い円筒状スリーブ又はベローズ部材を有する支持手段により半径方向に支持したので、支持手段とシール部材との間に働く摩擦抵抗力が大きくなってもシール部材の芯合わせ作用を妨げないから、長期に亙って良好なフローティングシール性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す部分断面図である。
【図２】前記実施形態の作用状態を示す作用説明図である。
【図３】前記実施形態の一部を改変した改変実施形態を示す部分断面図である。
【図４】前記改変実施形態の作用状態を示す作用説明図である。
【図５】回転機械の一例であるタービンのタービンロータの概念図である。
【図６】前記タービンに使用されている従来構造のフローティングシールを示す部分断面図である。
【図７】従来構造のフローティングシールの不具合状況を説明する作用説明図である。
【符号の説明】
１ タービンロータ
１３ シール部材
２０ フローティングシール
２１ 保持部材
２３ 環状空間
３０ 支持手段
３１ 円筒状スリーブ
３３ 環状ホルダー
３３ａ 摺動面
３３ｂ リップ部
３３ｃ 均圧孔
３３ｄ 環状凹み
４０ フローティングシール
４１ 保持部材
４３ 環状空間
５０ 支持手段
５１ ベローズ部材
５３ 環状ホルダー
５３ａ 摺動面
５３ｂ リップ部
５３ｃ 均圧孔
５３ｄ 環状凹み

Claims (2)

1. 回転体の外周面に所定の隙間を有して遊嵌された円環状シール部材と、該シール部材を外側から取り囲む環状保持部材と、前記シール部材の一方の半径方向面に接する支持手段を有する回転機械のフローティングシールであって、
   前記シール部材の低圧側側面に正面が当接して密封摺動面を形成する環状ホルダーと、一端が該ホルダーの背面に連接され他端が前記環状保持部材に固定された円筒状弾性スリーブとから前記支持手段が形成されていることを特徴とする回転機械のフローティングシール。
2. 前記支持手段の円筒状弾性スリーブがベローズ形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転機械のフローティングシール。

Images