JP4099934B2

JP4099934B2 - Labyrinth seal

Info

Publication number: JP4099934B2
Application number: JP2000204667A
Authority: JP
Inventors: 健緒方; 広柴崎
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JP2002022032A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸受及び潤滑油を内蔵する軸受箱と立軸との間をシールするラビリンスシールの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立軸回転機の軸受部には，油漏れを防止する目的で、ラビリンスシールを設ける場合がある。
【０００３】
図１７は立軸回転機の軸受部の一例を示し、軸受箱１は軸受２及び潤滑油３を内部に保有している。立軸４は軸受箱１を貫通し、環状張出部５の側面が軸受２により支持されている。従って、立軸４が回転すると、軸受２の発生熱量により、潤滑油３の温度が上昇し、油しぶきや油露（以下、これらをオイルミストと呼ぶ）が生じる。そのため、軸受箱１内の圧力が周囲より高くなり、この内圧でオイルミストが軸貫通部の隙間から軸受箱１外へ漏れ出ようとする。このオイルミストの漏れを防止するために、ラビリンスシール６が軸貫通部分、つまり、軸受箱１と立軸４との間に設けられている。
【０００４】
ラビリンスシール６は回転ラビリンス７と固定ラビリンス８からなり、回転ラビリンス７は立軸４の環状張出部５の上面に上向きに備えられ、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７に対応して、軸受箱１の蓋部９の下面に下向きに備えられている。回転ラビリンス７は環状凹部と環状凸部を同心に有しており、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７の環状凹凸部と嵌まり合う環状凹部と環状凸部を同心に有している。従って、回転ラビリンス７と固定ラビリンス８は相対的回転が可能であり、その間にできる屈曲した狭い隙間がシール効果を果たす。
【０００５】
しかし、立軸４の回転速度が速くなると、軸受２の発生熱量も増加し、オイルミストがより多く発生するので、軸貫通部分のシール効果を更に上げる必要がある。
【０００６】
この対策として、ラビリンスシール６内に外部から圧力空気を吹き込む構造を採る場合がある。図１８はその構造例を示し、ラビリンスシール６に空気配管１０を設け、空気配管１０からラビリンスシール６内に矢印のように空気を吹き込み、オイルミストの漏れを防止する。
【０００７】
しかし、軸受部という限られたスペースに空気配管１０を設けなければならないため、作業性が悪く、コストも高くなる。
【０００８】
一方、立軸回転機が停止すると回転ラビリンス７の凹部に、オイルミストが集まって潤滑油の状態で溜まるので、運転と停止を繰り返すと、潤滑油の溜まり量が増加する。そのため、停止した時に、溜まっていた潤滑油が内部圧力によって外部へ押し出され、漏れることがある。
【０００９】
この対策として、実開昭５６−１０８０５９号に開示されたラビリンスシール構造が知られている。この構造は、図１９、図２０に示すように、回転ラビリンス７の凸部の根元に貫通孔１１を開けることにより、軸受箱１に開口する連通路を設けたものである。これにより、運転中は回転ラビリンス７凹部の潤滑油が遠心力により貫通孔１１を通して軸受箱１に戻り、溜まり量が低減する。但し、各凸部根元の貫通孔１１を半径方向には一致させず、流出経路を長くしている。これは、オイルミストの大部分が長い経路壁面に付着して、外部へ流出し難くなることを期待したものである。また、運転時には、回転ラビリンス７のラジアルファンファン作用により、オイルミストが軸受箱１へ戻ることも期待されている。
【００１０】
しかし、回転ラビリンス７のラジアルファンファン効果はそれ程でもないので、立軸４の回転速度が速いとオイルミストの漏れが避けられない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、回転ラビリンスに凹凸構造を設けてファン効果を高めることにより、外部から圧力空気を吹き込む空気配管を設けることなく、回転時のオイルミストの漏れを効果的に防止できるラビリンスシールを提供することである。これに加えて、停止時の潤滑油の漏れを効果的に防止できるラビリンスシールを提供することも、本発明の課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のラビリンスシールは、軸受及び潤滑油を内蔵する軸受箱と立軸との間をシールするラビリンスシールにおいて、回転ラビリンスの環状凸部の上面に切欠を複数設け、前記環状凸部の上面に、前記切欠どうしの間にて、回転ラビリンスの回転方向に関して下流端が上流端より低い傾斜面を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明のラビリンスシールは、軸受及び潤滑油を内蔵する軸受箱と立軸との間をシールするラビリンスシールにおいて、回転ラビリンスの環状凸部の上面に切欠を複数設け、回転ラビリンスの回転方向に関し、前記切欠の底面の下流端が上流端より低く、該底面が傾斜していることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１７参照して、本発明の実施形態例を説明する。
【００１７】
［第１参考例］
図１〜図３を参照して、第１参考例に係るラビリンスシールの構造を説明する。図１はラビリンスシールの縦断面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は図２の円弧 III−III 線に沿う断面図である。
【００１８】
これらの図１〜図３に示すラビリンスシール６は、図１７に示した立軸回転機の軸受部をシールするものであり、同図を参照すれば、軸受２及び潤滑油３を内部に保有する軸受箱１と、この軸受箱１を貫通して環状張出部５の側面が軸受２により支持される立軸４との間（軸貫通部）をシールする。更に、同図を参照すれば、ラビリンスシール６は回転ラビリンス７と固定ラビリンス８からなり、回転ラビリンス７は立軸４の環状張出部５の上面に上向きに形成され、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７に対応して、軸受箱１の蓋部９の下面に下向きに形成されている。回転ラビリンス７は環状凹部と環状凸部を同心に有し、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７の環状凹凸部と嵌まり合う環状凹部と環状凸部を同心に有しており、両ラビリンス７、８は相対回転可能に嵌まり合っている。
【００１９】
本例では、ラビリンスシール６を構成する回転ラビリンス７において、環状凹部の底面１２に、深い穴１３を多数、等間隔に加工してある。
【００２０】
このように、回転ラビリンス７に穴１３を設けたことにより、環状凹部の底面１２に凹凸構造が形成され、この凹凸構造が簡易なファンと同等の作用を持つので、軸回転時にラビリンス６の室内の圧力が高くなり、オイルミストに対するシール効果が向上する。また、回転速度が速いほど圧力が高まりシール効果が高い。従って、従来のような外部から圧力空気を吹き込むための空気配管の配置を省略することができる。言い換えれば、穴ぐり加工のみでシール効果が向上するので、油漏れ防止構造の信頼性が向上し、また、部品（回転ラビリンス７）の製作費用、並びに、ラビリンスシール６を含め軸受部の組立作業コストが低減する。
【００２１】
穴１３を設ける環状凹部の数、環状凹部１つの当たりに設ける穴１３の数、並びに、穴１３の深さは、いずれもラビリンスシール６の室内の圧力をどの程度高めるかによって、適宜設定することができる。
【００２２】
［第２参考例］
図４〜図６を参照して、第２参考例に係るラビリンスシールの構造を説明する。図４はラビリンスシールの縦断面図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図、図６は図５の円弧VI−VI線に沿う断面図である。
【００２３】
図４〜図６に示すラビリンスシール６も、図１７に示した立軸回転機の軸受部において、軸受及び潤滑油を内部に保有する軸受箱１と、この軸受箱を貫通して環状張出部の側面が軸受により支持される立軸４との間（軸貫通部分）をシールするものである。ラビリンスシール６は回転ラビリンス７と固定ラビリンス８からなり、回転ラビリンス７は立軸の環状張出部５の上面に上向きに形成され、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７に対応して、軸受箱の蓋部９の下面に下向きに形成されている。回転ラビリンス７は環状凹部と環状凸部を同心に有し、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７の環状凹凸部と嵌まり合う環状凹部と環状凸部を同心に有しており、両ラビリンス７、８は相対回転可能に嵌まり合っている。
【００２４】
本例では、ラビリンスシール６を構成する回転ラビリンス７において、環状凸部の上面１４に、切欠１５を多数、等間隔に加工してある。この場合、切欠１５を環状凸部上面１４に加工するので、加工時の寸法確認等の作業を極めて容易に行うことができる。切欠１５の深さは、本例では、環状凸部の根元には至らないが、その近くまで達する程度に深くしている。
【００２５】
このように、回転ラビリンス７に切欠１５を設けたことにより、環状凸部の上面１４に凹凸構造が形成され、この凹凸構造が簡易なファンと同等の作用を持つので、軸回転時にラビリンス６の室内の圧力が高くなり、オイルミストに対するシール効果が向上する。また、回転速度が速いほど圧力が高まりシール効果が高い。従って、従来のような外部から圧力空気を吹き込むための空気配管を省略することができる。言い換えれば、切欠加工のみでシール効果が向上するので、油漏れ防止構造の信頼性が向上し、また、部品（回転ラビリンス７）の製作費用、並びに、ラビリンスシール６を含め軸受部の組立作業コストが低減する。
【００２６】
切欠１５を設ける環状凸部の数、並びに、環状凸部１つ当たりに設ける切欠１５の数は、いずれもラビリンスシール６の室内の圧力をどの程度高めるかによって、適宜設定することができる。
【００２７】
［第１実施形態例］
図７を参照して、本発明の第１実施形態例に係るラビリンスシールの構造を説明する。図７は図６に相当する断面図である。
【００２８】
本例は、上述した第２参考例に、図７に示す傾斜面１６を追加したものである。即ち、図７において、回転ラビリンス７の環状凸部上面１４に、切欠１５どうしの間にて、回転ラビリンス７の回転方向１７に関して下流端１６ａが上流端１６ｂより低くなるように傾斜面１６を加工してある。
【００２９】
これにより、回転時に傾斜面１６が空気を切るので、切欠１５だけよりも、ファン効果が向上し、シール効果が向上する。
【００３０】
［第２実施形態例］
図８を参照して、本発明の第２実施形態例に係るラビリンスシールの構造を説明する。図８は図６に相当する断面図である。
【００３１】
本例は、上述した第１実施形態例の変形例であり、図８に示すように、切欠１５の底面１８を傾斜して形成したものである。即ち、回転ラビリンス７の回転方向１７に関し、切欠１５の底面１８の下流端１８ａがその上流端１８ｂより低くなるような、傾斜底面１８となっている。
【００３２】
これにより、回転時に切欠１５の傾斜底面１８が空気を切るので、切欠１５だけよりも、ファン効果が向上し、シール効果が向上する。なお、図６に比べて、切欠１５の回転方向の幅を長くし、また、深さを浅くしてある。
【００３３】
［第３参考例］
図９〜図１１を参照して、第３参考例に係るラビリンスシールの構造を説明する。図９はラビリンスシールの縦断面図、図１０は図９のＸ−Ｘ線断面、図１１は図１０の円弧XI−XI線に沿う断面図である。
【００３４】
図９〜図１１に示すラビリンスシール６も、図１７に示した立軸回転機の軸受部において、軸受及び潤滑油を内部に保有する軸受箱１と、この軸受箱を貫通して環状張出部の側面が軸受により支持される立軸４との間（軸貫通部）をシールするものである。ラビリンスシール６は回転ラビリンス７と固定ラビリンス８からなり、回転ラビリンス７は立軸の環状張出部５の上面に上向きに形成され、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７に対応して、軸受箱の蓋部９の下面に下向きに形成されている。回転ラビリンス７は環状凹部と環状凸部を同心に有し、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７の環状凹凸部と嵌まり合う環状凹部と環状凸部を同心に有しており、両ラビリンス７、８は相対回転可能に嵌まり合っている。
【００３５】
本例では、ラビリンスシール６を構成する回転ラビリンス７において、環状凹部の内周側面１９及び外周側面２０に、上下方向の溝２１をそれぞれ多数、等間隔に加工してある。
【００３６】
このように、回転ラビリンス７に溝２１を設けたことにより、環状凹部の内外周側面１９、２０に凹凸構造が形成され、この凹凸構造が簡易なファンと同等の作用を持つので、軸回転時にラビリンスシール６の室内の圧力が高くなり、オイルミストに対するシール効果が向上する。また、回転速度が速いほど圧力が高まりシール効果が高い。従って、従来のような外部から圧力空気を吹き込むための空気配管を省略することができる。言い換えれば、溝加工のみでシール効果が向上するので、油漏れ防止構造の信頼性が向上し、また、部品（回転ラビリンス７）の製作費用、並びに、ラビリンスシール６を含め軸受部の組立作業コストが低減する。
【００３７】
溝２１を環状凹部の内周側面１９、外周側面２０の両方か、どちらか一方に設けるか、あるいは、溝２１を設ける環状凹部の数、あるいは、１つの内周側面１９当たり又は１つの外周側面２０当たりに設ける溝２１の数は、いずれもラビリンスシール６の室内の圧力をどの程度高めるかによって、適宜設定することができる。
【００３８】
図１２に示すように、溝２１を傾斜させても良い。図１２（ａ）に示す例では、回転ラビリンス７の回転方向１７に関して、溝根元２１ａの方が溝先端２１ｂよりも下流側に位置するように、溝２１を傾斜溝に形成してある。図１２（ｂ）に示すように、溝２１を逆方向に傾斜させることも可能である。このように、溝２１が傾斜していても空気を切るので、ファン効果が得られる。
【００３９】
上述した本発明の第１，第２実施形態例及び第１〜第３参考例では、回転ラビリンス７が上向きの場合でも、下向きの場合でも、ファン作用によるシール効果の向上が得られる。
【００４０】
上記本発明の第１，第２実施形態例及び第１〜第３参考例を、任意のもの同士組み合わせて用いることが可能である。
【００４１】
［第４参考例］
図１３〜図１４を参照して、第４参考例に係るラビリンスシールの構造を説明する。図１３はラビリンスシールの縦断面図、図１４は図１３中の渦巻き状溝を有する環状凹部外周側面を示す斜視図である。
【００４２】
図１３〜図１４に示すラビリンスシール６も、図１７に示した立軸回転機の軸受部において、軸受２及び潤滑油３を内部に保有する軸受箱１と、この軸受箱を貫通して環状張出部５の側面が軸受２により支持される立軸４との間（軸貫通部）をシールするものである。ラビリンスシール６は回転ラビリンス７と固定ラビリンス８からなり、回転ラビリンス７は立軸の環状張出部５の上面に上向きに形成され、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７に対応して、軸受箱の蓋部９の下面に下向きに形成されている。回転ラビリンス７は環状凹部と環状凸部を同心に有し、固定ラビリンス８は回転ラビリンス７の環状凹凸部と嵌まり合う環状凹部と環状凸部を同心に有しており、両ラビリンス７、８は相対回転可能に嵌まり合っている。
【００４３】
本例では、ラビリンスシール６を構成する回転ラビリンス７において、環状凹部の内周側面１９と外周側面２０のうち、全ての外周側面２０にその根元から先端まで、渦巻き状に溝２２を加工してある。この渦巻き状溝（ねじ溝）２２は回転ラビリンス７が右回転するものであれば右ねじ溝とし、左回転するものであれば左ねじ溝とされる。
【００４４】
このように、回転ラビリンス７の環状凹部外周側面２０に渦巻き状溝２２を設けたことにより、この外周側面２０に凹凸構造が形成され、この凹凸構造が簡易なファンと同等の作用を持つので、軸回転時にラビリンスシール６の室内の圧力が高くなり、オイルミストに対するシール効果が向上する。また、回転速度が速いほど圧力が高まりシール効果が高い。従って、従来のような外部から圧力空気を吹き込むための空気配管を省略することができる。言い換えれば、ねじ加工のみでシール効果が向上するので、油漏れ防止構造の信頼性が向上し、また、部品（回転ラビリンス７）の製作費用、並びに、ラビリンスシール６を含め軸受部の組立作業コストが低減する。
【００４５】
更に、立軸回転機を運転後に停止した場合は、軸受箱内の内圧により回転ラビリンス７の環状凹部内に潤滑油が溜まるが、次の運転時に、遠心力により渦巻き状溝２２を通して環状凹部の外部へ掻き出され、最終的に軸受箱内に戻るので、環状凹部内に潤滑油が溜まり続けることがない。従って、立軸回転機を停止しても潤滑油が漏れることはない。これは、回転ラビリンス７が上向きの場合に特に効果的である。
【００４６】
渦巻き状溝２２の溝形状は三角溝や丸溝等、適宜な形状で良い。
【００４７】
渦巻き状溝２２のファン作用によるシール効果の向上のみを目的とする場合は、回転ラビリンス７は上向きでも、下向きでも良く、渦巻き状溝２２を環状凹部外周側面２０の根元から先端まで全てに渡って形成しなくても良い。また、渦巻き状溝２２を設ける環状凹部の数、溝ピッチや溝幅も、ラビリンス６の室内の圧力をどの程度高めるかによって、適宜設定することができる。
【００４８】
更に、渦巻き状溝２２よる潤滑油の掻き出効果を目的とする場合も、環状凹部内にどの程度潤滑油が溜まるかによって、溝ピッチや溝幅を適宜設定することができる。
【００４９】
［第５参考例］
図１５〜図１６を参照して、第５参考例に係るラビリンスシールの構造を説明する。図１５はラビリンスシールの縦断面図、図１６は図１５中の渦巻き状溝を有する環状凹部内周側面を示す斜視図である。
【００５０】
図１５〜図１６に示すラビリンスシール６は、図１３〜図１４に示した第４参考例とは逆に、環状凹部の内周側面１９に、渦巻き状に溝２２を加工してある。この場合も、渦巻き状溝（ねじ溝）２２は回転ラビリンス７が右回転するものであれば右ねじ溝とし、左回転するものであれば左ねじ溝とされる。
【００５１】
このように、回転ラビリンス７の環状凹部内周側面１９に渦巻き状溝２２を設けたことにより、この内周側面１９に凹凸構造が形成され、この凹凸構造が簡易なファンと同等の作用を持つので、軸回転時にラビリンスシール６の室内の圧力が高くなり、オイルミストに対するシール効果が向上する。また、回転速度が速いほど圧力が高まりシール効果が高い。従って、従来のような外部から圧力空気を吹き込むための空気配管を省略することができる。
【００５２】
この場合、回転ラビリンス７は上向きでも、下向きでも良く、渦巻き状溝２２を環状凹部内周側面１９の根元から先端まで全てに渡って形成しても、あるいは、一部のみに形成しても良い。更に、渦巻き状溝２２を設ける環状凹部の数、あるいは、溝ピッチや溝幅もラビリンス６の室内の圧力をどの程度高めるかによって、適宜設定することができる。
【００５３】
上述の第４参考例と第５参考例を組み合わせて用いるようにしても良い。また、第４，第５参考例の両方又は一方に、前述の本発明の第１，第２実施形態例及び第１〜第３参考例のうち１つ又は複数を組み合わせて用いる用にしても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のラビリンスシールによれば、回転ラビリンスに凹凸構造が形成され、この凹凸構造がファン作用を持つので、軸回転時にラビリンスシールの室内の圧力が高くなり、オイルミストに対するシール効果が向上する。また、回転速度が速いほどシール効果が高い。従って、従来のような外部から圧力空気を吹き込むための空気配管を省略することができる。また、穴ぐり加工や、切欠加工、溝加工、ねじ加工等でシール効果が向上するので、油漏れ防止構造の信頼性が向上し、また、部品製作費用、並びに、ラビリンスシールや軸受部の組立作業コストが低減する。
【００５５】
また、凹凸構造が持つファン作用に加えて、回転ラビリンスの環状凹部内に溜まった潤滑油が、運転の都度、渦巻き状溝を通して掻き出されて軸受箱内に戻るので、停止時に潤滑油が漏れることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１参考例に係るラビリンスシールの縦断面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】図３は図２の円弧 III−III 線に沿う断面図。
【図４】第２参考例に係るラビリンスシールの縦断面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図。
【図６】図５の円弧VI−VI線に沿う断面図。
【図７】本発明の第１実施形態例に係るラビリンスシールの図６に相当する断面図。
【図８】本発明の第２実施形態例に係るラビリンスシールの図６に相当する断面図。
【図９】第３参考例に係るラビリンスシールの縦断面図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図。
【図１１】図１０の円弧XI−XI線に沿う断面図。
【図１２】溝の傾斜例を示す図。
【図１３】第４参考例に係るラビリンスシールの縦断面図。
【図１４】図１３中の渦巻き状溝を有する環状凹部外周側面を示す斜視図。
【図１５】第５参考例に係るラビリンスシールの縦断面図。
【図１６】図１５中の渦巻き状溝を有する環状凹部内周側面を示す斜視図。
【図１７】立軸回転機の軸受部におけるラビリンスシールを示す断面図。
【図１８】従来のシール効果向上技術の一例を示す断面図。
【図１９】従来のシール効果向上技術の他の例を示す断面図。
【図２０】図１９のXX−XX線断面図。
【符号の説明】
１軸受箱
２軸受
３潤滑油
４立軸
５環状張出部
６ラビリンスシール
７回転ラビリンス
８固定ラビリンス
９蓋部
１０空気配管
１１貫通孔
１２環状凹部の底面
１３穴
１４環状凸部の上面
１５切欠
１６切欠間の傾斜面
１６ａ切欠間傾斜面の下流端
１６ｂ切欠間傾斜面の上流端
１７回転方向
１８切欠の傾斜底面
１８ａ切欠傾斜底面の下流端
１８ｂ切欠傾斜底面の上流端
１９環状凹部の内周側面
２０環状凹部の外周側面
２１溝
２１ａ溝根元
２１ｂ溝先端
２２渦巻き状溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a labyrinth seal that seals between a bearing box and a bearing housing containing lubricating oil and a vertical shaft.
[0002]
[Prior art]
A labyrinth seal may be provided on the bearing part of a vertical shaft rotating machine for the purpose of preventing oil leakage.
[0003]
FIG. 17 shows an example of a bearing portion of a vertical shaft rotating machine, and the bearing housing 1 has a bearing 2 and a lubricating oil 3 therein. The vertical shaft 4 passes through the bearing housing 1, and the side surface of the annular projecting portion 5 is supported by the bearing 2. Therefore, when the vertical shaft 4 rotates, the temperature of the lubricating oil 3 rises due to the amount of heat generated by the bearing 2, and oil splash and oil dew (hereinafter referred to as oil mist) are generated. Therefore, the pressure in the bearing housing 1 becomes higher than the surroundings, and the oil mist tends to leak out of the bearing housing 1 from the clearance of the shaft penetrating portion with this internal pressure. In order to prevent the oil mist from leaking, a labyrinth seal 6 is provided between the shaft penetrating portion, that is, between the bearing housing 1 and the vertical shaft 4.
[0004]
The labyrinth seal 6 includes a rotating labyrinth 7 and a fixed labyrinth 8. The rotating labyrinth 7 is provided upward on the upper surface of the annular projecting portion 5 of the upright shaft 4, and the fixed labyrinth 8 corresponds to the rotating labyrinth 7, A lower surface of the lid portion 9 is provided downward. The rotating labyrinth 7 has an annular concave portion and an annular convex portion concentrically, and the fixed labyrinth 8 has an annular concave portion and an annular convex portion that fit into the annular concave and convex portion of the rotating labyrinth 7 concentrically. Therefore, the rotating labyrinth 7 and the fixed labyrinth 8 can be rotated relative to each other, and a bent narrow gap formed therebetween provides a sealing effect.
[0005]
However, when the rotational speed of the upright shaft 4 is increased, the amount of heat generated by the bearing 2 is also increased, and more oil mist is generated. Therefore, it is necessary to further improve the sealing effect of the shaft penetrating portion.
[0006]
As a countermeasure, there is a case where a structure in which pressurized air is blown into the labyrinth seal 6 from the outside is employed. FIG. 18 shows an example of the structure in which an air pipe 10 is provided on the labyrinth seal 6 and air is blown into the labyrinth seal 6 from the air pipe 10 as shown by an arrow to prevent oil mist from leaking.
[0007]
However, since the air pipe 10 must be provided in a limited space of the bearing portion, the workability is poor and the cost is increased.
[0008]
On the other hand, when the vertical axis rotating machine stops, oil mist collects in the concave portion of the rotating labyrinth 7 and accumulates in the state of lubricating oil. Therefore, when the operation and stop are repeated, the amount of accumulated lubricating oil increases. Therefore, when it stops, the accumulated lubricating oil may be pushed out by the internal pressure and leak.
[0009]
As a countermeasure, a labyrinth seal structure disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 56-108059 is known. As shown in FIGS. 19 and 20, this structure is provided with a communication path that opens to the bearing housing 1 by opening a through hole 11 at the base of the convex portion of the rotating labyrinth 7. Thus, during operation, the lubricating oil in the concave portion of the rotating labyrinth 7 returns to the bearing housing 1 through the through hole 11 by centrifugal force, and the amount of accumulation is reduced. However, the through holes 11 at the bases of the respective convex portions are not made to coincide with each other in the radial direction, and the outflow path is lengthened. This is expected because most of the oil mist adheres to the long path wall surface and hardly flows out to the outside. Further, during operation, it is also expected that the oil mist returns to the bearing housing 1 due to the radial fan fan action of the rotating labyrinth 7.
[0010]
However, since the radial fan fan effect of the rotating labyrinth 7 is not so much, leakage of oil mist is inevitable if the rotating speed of the vertical shaft 4 is fast.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a labyrinth seal that can effectively prevent leakage of oil mist during rotation without providing an air pipe for blowing pressurized air from the outside by providing an uneven structure on the rotation labyrinth to enhance the fan effect. Is to provide. In addition to this, it is also an object of the present invention to provide a labyrinth seal that can effectively prevent leakage of lubricating oil when stopped.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The labyrinth seal of the invention according to claim 1 is a labyrinth seal that seals between a bearing and a bearing box containing lubricating oil and a vertical shaft , wherein a plurality of notches are provided on the upper surface of the annular convex portion of the rotating labyrinth, and the annular convex portion An inclined surface having a downstream end lower than an upstream end with respect to the rotation direction of the rotation labyrinth is provided between the cutouts.
[0013]
A labyrinth seal according to a second aspect of the invention is a labyrinth seal that seals between a bearing and a bearing box containing lubricating oil and a vertical shaft, and a plurality of cutouts are provided on the upper surface of the annular convex portion of the rotating labyrinth to rotate the rotating labyrinth. Regarding the direction, the downstream end of the bottom surface of the notch is lower than the upstream end, and the bottom surface is inclined.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0017]
[ First Reference Example ]
With reference to FIGS. 1-3, the structure of the labyrinth seal which concerns on a 1st reference example is demonstrated. 1 is a longitudinal sectional view of the labyrinth seal, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along the arc III-III line in FIG.
[0018]
The labyrinth seal 6 shown in FIGS. 1 to 3 seals the bearing portion of the vertical shaft rotating machine shown in FIG. 17, and the bearing 2 and the lubricating oil 3 are held inside as shown in FIG. The space between the bearing box 1 and the upright shaft 4 penetrating through the bearing box 1 and supported by the bearing 2 at the side surface of the annular projecting portion 5 is sealed. Further, referring to the figure, the labyrinth seal 6 is composed of a rotating labyrinth 7 and a fixed labyrinth 8, and the rotating labyrinth 7 is formed upward on the upper surface of the annular projecting portion 5 of the upright shaft 4, and the fixed labyrinth 8 is Is formed on the lower surface of the lid portion 9 of the bearing housing 1 downward. The rotating labyrinth 7 has an annular concave portion and an annular convex portion concentrically, and the fixed labyrinth 8 has an annular concave portion and an annular convex portion that fit into the annular concave and convex portion of the rotating labyrinth 7. Are fitted so that they can rotate relative to each other.
[0019]
In this example, in the rotating labyrinth 7 constituting the labyrinth seal 6, a large number of deep holes 13 are processed at equal intervals on the bottom surface 12 of the annular recess.
[0020]
Thus, by providing the hole 13 in the rotating labyrinth 7, an uneven structure is formed on the bottom surface 12 of the annular recess, and this uneven structure has the same action as a simple fan. Increases the sealing effect against oil mist. Also, the higher the rotation speed, the higher the pressure and the higher the sealing effect. Accordingly, it is possible to omit the arrangement of the air pipe for blowing the pressure air from the outside as in the conventional case. In other words, since the sealing effect is improved only by drilling, the reliability of the oil leakage prevention structure is improved, the manufacturing cost of the part (rotary labyrinth 7), and the assembly work of the bearing part including the labyrinth seal 6 are improved. Cost is reduced.
[0021]
The number of the annular recesses provided with the holes 13, the number of the holes 13 provided per one annular recess, and the depth of the holes 13 are all set as appropriate depending on how much the pressure inside the labyrinth seal 6 is increased. Can do.
[0022]
[ Second Reference Example ]
With reference to FIGS. 4-6, the structure of the labyrinth seal which concerns on a 2nd reference example is demonstrated. 4 is a longitudinal sectional view of the labyrinth seal, FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV of FIG. 4, and FIG. 6 is a sectional view taken along the arc VI-VI line of FIG.
[0023]
The labyrinth seal 6 shown in FIGS. 4 to 6 also includes a bearing box 1 that holds the bearing and lubricating oil therein, and an annular projecting portion that penetrates the bearing box in the bearing part of the vertical shaft rotating machine shown in FIG. This seals the side surface between the vertical shaft 4 supported by the bearing (shaft penetrating portion). The labyrinth seal 6 is composed of a rotating labyrinth 7 and a fixed labyrinth 8, and the rotating labyrinth 7 is formed upward on the upper surface of the annular projecting portion 5 of the vertical shaft. 9 is formed downward on the lower surface of 9. The rotating labyrinth 7 has an annular concave portion and an annular convex portion concentrically, and the fixed labyrinth 8 has an annular concave portion and an annular convex portion that fit into the annular concave and convex portion of the rotating labyrinth 7. Are fitted so that they can rotate relative to each other.
[0024]
In this example, in the rotating labyrinth 7 constituting the labyrinth seal 6, a large number of notches 15 are processed at equal intervals on the upper surface 14 of the annular convex portion. In this case, since the notch 15 is machined into the upper surface 14 of the annular convex portion, operations such as dimension confirmation during machining can be performed very easily. In this example, the depth of the notch 15 does not reach the root of the annular convex portion, but is deep enough to reach the vicinity thereof.
[0025]
Thus, by providing the notch 15 in the rotation labyrinth 7, an uneven structure is formed on the upper surface 14 of the annular protrusion, and this uneven structure has the same action as a simple fan. The pressure in the room increases, and the sealing effect against oil mist is improved. Also, the higher the rotation speed, the higher the pressure and the higher the sealing effect. Therefore, the conventional air piping for blowing in pressure air from the outside can be omitted. In other words, since the sealing effect is improved only by the notch processing, the reliability of the oil leakage prevention structure is improved, the manufacturing cost of the parts (rotary labyrinth 7), and the assembly work cost of the bearing portion including the labyrinth seal 6 are improved. Is reduced.
[0026]
The number of annular projections provided with the notches 15 and the number of notches 15 provided per annular projection can be appropriately set depending on how much the pressure in the chamber of the labyrinth seal 6 is increased.
[0027]
[ First Embodiment ]
With reference to FIG. 7, the structure of the labyrinth seal according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to FIG.
[0028]
In this example, an inclined surface 16 shown in FIG. 7 is added to the above-described second reference example . That is, in FIG. 7, the inclined surface 16 is processed on the upper surface 14 of the annular labyrinth 7 so that the downstream end 16a is lower than the upstream end 16b with respect to the rotational direction 17 of the rotational labyrinth 7 between the notches 15. It is.
[0029]
Thereby, since the inclined surface 16 cuts air at the time of rotation, a fan effect improves rather than only the notch 15, and a sealing effect improves.
[0030]
[ Second Embodiment ]
The structure of the labyrinth seal according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG.
[0031]
This example is a modification of the above-described first embodiment , and is formed by inclining the bottom surface 18 of the notch 15 as shown in FIG. That is, with respect to the rotational direction 17 of the rotating labyrinth 7, the inclined bottom surface 18 is such that the downstream end 18a of the bottom surface 18 of the notch 15 is lower than the upstream end 18b.
[0032]
Thereby, since the inclined bottom surface 18 of the notch 15 cuts air at the time of rotation, a fan effect improves rather than only the notch 15, and a sealing effect improves. In addition, compared with FIG. 6, the width | variety of the rotation direction of the notch 15 is lengthened, and the depth is made shallow.
[0033]
[ Third reference example ]
With reference to FIGS. 9-11, the structure of the labyrinth seal which concerns on a 3rd reference example is demonstrated. 9 is a longitudinal sectional view of the labyrinth seal, FIG. 10 is a sectional view taken along the line XX of FIG. 9, and FIG. 11 is a sectional view taken along the arc XI-XI of FIG.
[0034]
The labyrinth seal 6 shown in FIG. 9 to FIG. 11 also includes a bearing box 1 that holds a bearing and lubricating oil inside the bearing part of the vertical shaft rotating machine shown in FIG. Is sealed between the vertical shaft 4 supported by the bearing (shaft penetrating portion). The labyrinth seal 6 is composed of a rotating labyrinth 7 and a fixed labyrinth 8, and the rotating labyrinth 7 is formed upward on the upper surface of the annular projecting portion 5 of the vertical shaft. 9 is formed downward on the lower surface of 9. The rotating labyrinth 7 has an annular concave portion and an annular convex portion concentrically, and the fixed labyrinth 8 has an annular concave portion and an annular convex portion that fit into the annular concave and convex portion of the rotating labyrinth 7. Are fitted so that they can rotate relative to each other.
[0035]
In this example, in the rotating labyrinth 7 constituting the labyrinth seal 6, a large number of vertical grooves 21 are processed at equal intervals on the inner peripheral side surface 19 and the outer peripheral side surface 20 of the annular recess.
[0036]
Thus, by providing the groove 21 in the rotating labyrinth 7, an uneven structure is formed on the inner and outer peripheral side surfaces 19 and 20 of the annular recess, and this uneven structure has the same function as a simple fan. The pressure inside the labyrinth seal 6 is increased, and the sealing effect against oil mist is improved. Also, the higher the rotation speed, the higher the pressure and the higher the sealing effect. Therefore, the conventional air piping for blowing in pressure air from the outside can be omitted. In other words, since the sealing effect is improved only by the groove processing, the reliability of the oil leakage prevention structure is improved, the manufacturing cost of parts (rotary labyrinth 7), and the assembly work cost of the bearing portion including the labyrinth seal 6 are improved. Is reduced.
[0037]
The groove 21 is provided on either or both of the inner peripheral side surface 19 and the outer peripheral side surface 20 of the annular recess, or the number of the annular recesses provided with the groove 21, or one inner peripheral side surface 19 or one outer peripheral side surface. The number of grooves 21 provided per 20 can be set as appropriate depending on how much the pressure inside the labyrinth seal 6 is increased.
[0038]
As shown in FIG. 12, the groove 21 may be inclined. In the example shown in FIG. 12A, the groove 21 is formed as an inclined groove so that the groove base 21 a is positioned downstream of the groove tip 21 b with respect to the rotation direction 17 of the rotating labyrinth 7. As shown in FIG. 12B, the groove 21 can be inclined in the reverse direction. Thus, since the air is cut even if the groove 21 is inclined, a fan effect can be obtained.
[0039]
In the first and second embodiment examples and the first to third reference examples of the present invention described above , the improvement of the sealing effect by the fan action can be obtained regardless of whether the rotating labyrinth 7 is upward or downward.
[0040]
Any of the first and second embodiments and the first to third reference examples of the present invention can be used in combination.
[0041]
[ Fourth Reference Example ]
The structure of the labyrinth seal according to the fourth reference example will be described with reference to FIGS. 13 is a longitudinal sectional view of the labyrinth seal, and FIG. 14 is a perspective view showing the outer peripheral side surface of the annular recess having the spiral groove in FIG.
[0042]
The labyrinth seal 6 shown in FIGS. 13 to 14 also includes a bearing box 1 that holds the bearing 2 and the lubricating oil 3 therein, and an annular tension penetrating through the bearing box in the bearing portion of the vertical rotary machine shown in FIG. The side surface of the protruding portion 5 is sealed between the vertical shaft 4 supported by the bearing 2 (shaft penetrating portion). The labyrinth seal 6 is composed of a rotating labyrinth 7 and a fixed labyrinth 8, and the rotating labyrinth 7 is formed upward on the upper surface of the annular projecting portion 5 of the vertical shaft. 9 is formed downward on the lower surface of 9. The rotating labyrinth 7 has an annular concave portion and an annular convex portion concentrically, and the fixed labyrinth 8 has an annular concave portion and an annular convex portion that fit into the annular concave and convex portion of the rotating labyrinth 7. Are fitted so that they can rotate relative to each other.
[0043]
In this example, in the rotating labyrinth 7 constituting the labyrinth seal 6, the groove 22 is processed in a spiral shape from the root to the tip on all the outer peripheral side surfaces 20 of the inner peripheral side surface 19 and the outer peripheral side surface 20 of the annular recess. is there. The spiral groove (thread groove) 22 is a right thread groove if the rotating labyrinth 7 rotates to the right, and a left thread groove if it rotates to the left.
[0044]
As described above, by providing the spiral groove 22 on the outer circumferential side surface 20 of the annular recess of the rotating labyrinth 7, a concavo-convex structure is formed on the outer peripheral side surface 20, and this concavo-convex structure has the same action as a simple fan. When the shaft rotates, the pressure inside the labyrinth seal 6 increases, and the sealing effect against oil mist is improved. Also, the higher the rotation speed, the higher the pressure and the higher the sealing effect. Therefore, the conventional air piping for blowing in pressure air from the outside can be omitted. In other words, since the sealing effect is improved only by threading, the reliability of the oil leakage prevention structure is improved, the manufacturing cost of the parts (rotary labyrinth 7), and the assembly work cost of the bearing portion including the labyrinth seal 6 are improved. Is reduced.
[0045]
Further, when the vertical shaft rotating machine is stopped after operation, the lubricating oil is accumulated in the annular recess of the rotary labyrinth 7 due to the internal pressure in the bearing box. However, during the next operation, the lubricating oil accumulates outside the annular recess through the spiral groove 22 by centrifugal force. Therefore, the lubricating oil does not continue to accumulate in the annular recess. Therefore, the lubricating oil does not leak even when the vertical shaft rotating machine is stopped. This is particularly effective when the rotating labyrinth 7 is upward.
[0046]
The groove shape of the spiral groove 22 may be an appropriate shape such as a triangular groove or a round groove.
[0047]
When the purpose is only to improve the sealing effect by the fan action of the spiral groove 22, the rotating labyrinth 7 may be upward or downward, and the spiral groove 22 extends from the root to the tip of the outer circumferential side surface 20 of the annular recess. It does not have to be formed. Further, the number of annular recesses provided with the spiral groove 22, the groove pitch, and the groove width can be appropriately set depending on how much the pressure in the room of the labyrinth 6 is increased.
[0048]
Furthermore, also when aiming at the effect of scraping the lubricating oil by the spiral groove 22, the groove pitch and groove width can be appropriately set depending on how much lubricating oil is accumulated in the annular recess.
[0049]
[ Fifth Reference Example ]
With reference to FIGS. 15-16, the structure of the labyrinth seal which concerns on a 5th reference example is demonstrated. FIG. 15 is a longitudinal sectional view of the labyrinth seal, and FIG. 16 is a perspective view showing the inner peripheral side surface of the annular recess having the spiral groove in FIG.
[0050]
In the labyrinth seal 6 shown in FIGS. 15 to 16, the grooves 22 are processed in a spiral shape on the inner peripheral side surface 19 of the annular recess, contrary to the fourth reference example shown in FIGS. 13 to 14 . Also in this case, the spiral groove (thread groove) 22 is a right-hand thread groove if the rotating labyrinth 7 rotates to the right, and a left-hand thread groove if it rotates left.
[0051]
As described above, by providing the spiral groove 22 on the inner peripheral side surface 19 of the annular recess of the rotating labyrinth 7, the concave / convex structure is formed on the inner peripheral side surface 19, and this concave / convex structure has the same function as a simple fan. As a result, the pressure in the chamber of the labyrinth seal 6 increases during shaft rotation, and the sealing effect against oil mist is improved. Also, the higher the rotation speed, the higher the pressure and the higher the sealing effect. Therefore, the conventional air piping for blowing in pressure air from the outside can be omitted.
[0052]
In this case, the rotating labyrinth 7 may be upward or downward, and the spiral groove 22 may be formed from the root to the tip of the inner circumferential side surface 19 of the annular recess or only partially. . Furthermore, the number of the annular recesses provided with the spiral groove 22, or the groove pitch and the groove width can be appropriately set depending on how much the pressure in the labyrinth 6 is increased.
[0053]
The fourth reference example and the fifth reference example described above may be used in combination. Also, one or more of the first and second embodiments of the present invention and the first to third reference examples described above may be used in combination with one or more of the fourth and fifth reference examples. good.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the labyrinth seal of the present invention , the concave / convex structure is formed in the rotating labyrinth, and this concave / convex structure has a fan action. The sealing effect is improved. Moreover, the higher the rotational speed, the higher the sealing effect. Therefore, the conventional air piping for blowing in pressure air from the outside can be omitted. In addition, since the sealing effect is improved by drilling, notching, grooving, screwing, etc., the reliability of the oil leakage prevention structure is improved, the cost of manufacturing parts, and the assembly of labyrinth seals and bearings Work cost is reduced.
[0055]
In addition to the fan action of the concavo-convex structure, the lubricating oil accumulated in the annular recess of the rotating labyrinth is scraped through the spiral groove and returned to the bearing box at every operation, so that the lubricating oil leaks when stopped. There is nothing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a labyrinth seal according to a first reference example .
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along arc III-III in FIG.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a labyrinth seal according to a second reference example .
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
6 is a cross-sectional view taken along a line VI-VI in FIG.
7 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 of the labyrinth seal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 of a labyrinth seal according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a labyrinth seal according to a third reference example .
10 is a sectional view taken along line XX in FIG.
11 is a cross-sectional view taken along a line XI-XI in FIG.
FIG. 12 is a diagram showing an example of groove inclination.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view of a labyrinth seal according to a fourth reference example .
14 is a perspective view showing an outer peripheral side surface of an annular recess having a spiral groove in FIG. 13;
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a labyrinth seal according to a fifth reference example .
16 is a perspective view showing an inner peripheral side surface of an annular recess having a spiral groove in FIG. 15;
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a labyrinth seal in a bearing portion of a vertical shaft rotating machine.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing an example of a conventional sealing effect improving technique.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing another example of a conventional sealing effect improving technique.
20 is a sectional view taken along line XX-XX in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bearing case 2 Bearing 3 Lubricating oil 4 Vertical shaft 5 Annular overhanging part 6 Labyrinth seal 7 Rotating labyrinth 8 Fixed labyrinth 9 Lid part 10 Air piping 11 Through hole 12 Bottom face of annular recess 13 Hole 14 Upper face of annular convex part 15 Notch 16 Notch Inclined surface 16a Downstream end 16b between notched inclined surfaces Upstream end 17 between notched inclined surfaces Rotation direction 18 Inclined bottom surface 18a Notched inclined bottom surface 18b Notched inclined bottom surface upstream end 19 Inner circumferential side surface 20 of annular recess The outer peripheral side surface 21 of the annular recess groove 21a groove root 21b groove tip 22 spiral groove

Claims

In the labyrinth seal that seals between the bearing housing and the bearing housing containing the lubricating oil and the vertical shaft,
A plurality of notches are provided on the upper surface of the annular convex portion of the rotating labyrinth,
A labyrinth seal characterized in that an inclined surface whose downstream end is lower than the upstream end in the rotational direction of the rotational labyrinth is provided on the upper surface of the annular convex portion between the notches.

In the labyrinth seal that seals between the bearing housing and the bearing housing containing the lubricating oil and the vertical shaft,
Provide multiple notches on the upper surface of the annular convex part
The labyrinth seal characterized in that the downstream end of the bottom surface of the notch is lower than the upstream end with respect to the rotational direction of the rotational labyrinth, and the bottom surface is inclined.