JP4456062B2

JP4456062B2 - 流体機械のシール装置

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Publication number: JP4456062B2
Application number: JP2005363622A
Authority: JP
Inventors: 祐治兼森
Original assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: JP2007162655A; US20070280823A1

Description

本発明は、ポンプ、水車、コンプレッサ、ガスタービン等の流体機械において、ケーシングと回転体との間の隙間を通ってケーシング内の高圧領域から低圧領域へ流体が漏洩するのを防止するシール装置に関する。

流体機械の主軸や羽根車等の回転体とケーシングとの間のシール装置として、例えば特許文献１に記載されているようなウエアリングを用いたものが知られている。ケーシング側に固定されたウエアリングの内周面と回転体との外周面との間に隙間が形成され、この隙間を可能な限り微小に設定することにより、流体が隙間を介して高圧側から低圧側へ漏洩するのを防止している。

しかし、従来のこの種のシール装置には以下の問題がある。

まず、流体の漏れを低減するためにウエアリングの内周面と回転体の隙間を過度に狭く設定すると、ウエアリングと回転体を高精度で加工したとしても不可避的に生じる寸法誤差や組立精度誤差により、ウエアリングと回転体の組立が不可能となる場合がある。従って、隙間の寸法は組立を考慮したある程度の大きさに設定する必要があり、流体の漏れ量低減には限界がある。

また、流体機械の運転中に回転体とウエアリングが接触することで振動が生じ、回転体とウエアリングのかじりないしは焼き付けが起こるおそれもある。前述の特許文献１に記載のシール装置では、焼き付け防止のためにウエアリングに有機材料からなるライニングを設けている。しかし、回転体とウエアリングの接触によりライニングが摩耗するので、流体機械を長期間にわたって運転するとライニングに覆われていた金属材料が露出し、その結果焼き付けが起こる可能性がある。

さらに、高圧側からウエアリングと回転体の隙間を通って低圧側に流れる流体の速度は、高圧側と低圧側の圧力差に相当する高い流速を有する。このように高流速の流体が隙間を通過することにより、ウエアリングの摩耗が生じする。また、低圧側の隙間の出口付近では特に高流速となるので急激な圧力低下が起こり、振動や摩耗の原因となるキャビテーションが発生するおそれもある。

実開平６−０１８６９４号公報

本発明は、流体機械のケーシングと回転体との間の隙間を通ってケーシング内の高圧領域から低圧領域へ流体が漏洩するのを防止するシール装置において、比較的簡易な構造による製造やメンテナンスの容易性を実現しつつ、漏れ量の極小化、振動の低減、焼き付け防止、摩耗の抑制、及びキャビテーションの抑制等を図ることを課題とする。

本発明は、流体機械のケーシングと回転体との間の隙間を通って前記ケーシング内の高圧領域から低圧領域へ流体が漏洩するのを防止するシール装置において、前記ケーシングに固定され、前記高圧領域側と前記低圧領域側を貫通して前記回転体が差し込まれた主貫通孔が形成され、かつ前記主貫通孔の孔周壁と前記回転体の外周面との間に第１の隙間が形成されている、金属製で一体構造のウエアリングと、前記主貫通孔の前記孔周壁のうち前記ウエアリングの前記高圧領域側の端面近傍に形成された環状収容溝に収容され、前記回転体が差し込まれる前記主貫通孔の直径よりも小さい直径を有する補助貫通孔が形成され、かつ前記補助貫通孔の孔周壁と前記回転体の前記外周面との間に前記第１の隙間よりも狭い第２の隙間が形成されている、可撓性材料からなる一体構造の薄厚補助リングとを備え、前記ウエアリングの前記主貫通孔の前記孔周壁に表面粗度を増大させる加工が施され、前記環状収容溝の互いに対向する一対の側壁間の距離が前記薄厚補助リングの厚みよりも大きく、前記薄厚補助リングは前記高圧領域と前記低圧領域の差圧により前記環状収容溝の前記低圧領域側の前記側壁に押し付けられる、流体機械のシール装置を提供する。

主リングと別体の薄厚補助リングを備えるので、この薄厚補助リングに形成された補助貫通孔の直径を主リングに形成された主貫通孔の直径よりも大幅に小さくし、第２の隙間を第１の隙間よりも大幅に狭くできる。その結果、第１及び第２の隙間を通って高圧領域から低圧領域へ漏洩する流体の漏れ量を極小化できる。この漏れ量の極小化によって漏れ損失を低減し、流体機械の効率を向上できる。
環状収容溝の側壁間の距離と薄厚補助リングの厚みの差に相当する距離だけ回転体の軸線方向に移動可能な状態で、薄厚補助リングは環状収容溝内に収容されている。そして、薄厚補助リングは高圧領域側の面に作用する圧力と低圧領域側（主貫通孔側）の面に作用する圧力の差圧に相当する力で主リングに押圧されている。従って、回転体が薄厚補助リングに接触ないしは衝突すると、この押圧力に比例する摩擦力が薄厚補助リングと主リングとの間に生じ、この摩擦力は薄厚補助リングの径方向の移動に対する抵抗となる。その結果、補助リングは回転体の振動に対して減衰摩擦力として機能し、回転体の振動を低減する。
前記主貫通孔の前記孔周壁に表面粗度を増大させる加工が施されている。主貫通孔の孔周壁と回転体の外周面との間の隙間である第１の隙間における流体摩擦抵抗が増すので、第１及び第２の隙間を通って高圧領域から低圧領域へ漏洩する流体の漏れ量をより一層低減し、漏れ損失をさらに低減して流体機械の効率を一層向上できる。この種の加工としては、例えばローレット加工があるが流体摩擦抵抗を充分に増すことができる加工であれば、特に限定されない。

主リングと別体の薄厚補助リングを備え、主リングに形成された主貫通孔の孔周壁と回転体の外周面の間の隙間（第１の隙間）よりも、薄厚補助リングに形成された補助貫通孔の孔周壁と回転体の外周面の間の隙間（第２の隙間）を狭く設定している。その結果、回転体と主リング（主貫通孔の孔周壁）が接触せず、回転体が主リングに衝突することによる振動の発生を防止できると共に、回転体と主リングのかじりないしは焼き付けを防止できる。

薄厚補助リング側の第２の隙間よりも主リング側の第１の隙間が低圧領域側にあり、第１の隙間は第２の隙間よりも広い。そのため、高圧領域側から低圧領域側に向けて第１の隙間を流れる流体の流速が低減されるので、主リングの摩耗（主貫通孔の孔周壁の摩耗）を防止できる。また、第１の隙間の低圧領域側の出口付近における流体の流速が低減されるので、この部分での急激な圧力低下が生じず、キャビテーションの発生を防止できる。

主リングと薄厚補助リングはいずれも複数の部品を組み立てた構造ではなく、単一の部品からなる一体構造であり、薄厚補助リングを撓ませて主リングの環状収容溝に嵌め込むことで主リングに薄厚補助リングを組み付けることができる。従って、本発明のシール装置は製造が容易である。また、必要があれば薄厚補助リングを撓ませて主リングの環状収容溝から抜き出すだけで主リングから取り外すことができ、交換用の新しい薄厚補助リングも撓ませて環状収容溝に嵌め込むだけで主リングに取り付けることができる。この点で本発明のシール装置は簡単にメンテナンスを行うことができる。

前記第２の隙間の寸法と、前記環状収容溝の底壁と前記薄厚補助リングの外周との間に形成された第３の隙間の寸法との和が、前記第１の隙間よりも小さいことが好ましい。

薄厚補助リングは、最大で第３の隙間の寸法に相当する距離だけ環状収容溝内を回転部材の軸線と直交する方向（径方向）に移動できる。回転体が薄厚補助リングに接触ないしは衝突しても、この移動により薄厚補助リングの損傷や摩耗を低減できる。一方、回転体で押された薄型補助リングが回転部材の回転方向に対して直交する方向に移動しても、回転体が主リング（主リング貫通孔の孔周壁）に衝突する前に薄板補助リングの外周が環状収容溝の底壁に当接する。従って、回転体と主リングの衝突による振動の発生や、回転体と主リングの焼き付けは確実に防止できる。

前記環状収容溝の前記高圧領域側の側壁の底壁からの突出量は前記低圧領域側の側壁の前記底壁からの突出量よりも小さいことが好ましい。

前記主リング貫通孔の前記薄厚補助リングの前記低圧側に臨む部分に前記低圧領域側から高圧領域側に向けて拡径する拡径部が形成されていることが好ましい。この拡径部の寸法や形状を変えることで、前述の薄厚補助リングを主リングに押圧する力を調整できる。従って、拡径部の寸法や形状の調節により、回転体の振動に対する減衰摩擦力を調節できる。

本発明の流体機械のシール装置は、比較的簡易な構造で製造やメンテナンスが容易でありながら、漏れ量の極小化、振動の低減、焼き付け防止、摩耗の抑制、及びキャビテーションの抑制等を図ることができる。

図１は本発明の実施形態に係るシール装置を備える２段式の遠心ポンプ１を示す。この遠心ポンプ１のケーシング２内にはインターブシュ３で仕切られた２つの渦巻室４Ａ，４Ｂが形成されている。渦巻室４Ａ，４Ｂには、それぞれ１段目の羽根車５Ａと２段目の羽根車５Ｂが左右対称の姿勢で配置されている。これらの羽根車５Ａ，５Ｂは、水平方向に延びる主軸６に固定されている。主軸６はケーシング２を貫通して延びている。ケーシング２には一対の軸受ブラケット７Ａ，７Ｂが固定され、これらの軸受ブラケット７Ａ，７Ｂに収容された軸受８Ａ，８Ｂにより主軸６の両端が回転自在に支持されている。また、主軸６がケーシング２を貫通する部分には封止用のグランドパッキン９Ａ，９Ｂが配設されている。主軸６の図において右側の端部が原動機（図示せず。）に接続されている。

原動機により主軸６が回転すると、渦巻室４Ａ，４Ｂ内で羽根車５Ａ，５Ｂが回転する。吸込口１１から渦巻室４Ａに流入した水は１段目の羽根車５Ａで加圧された後、模式的に示す流路１２を通って渦巻室４Ｂに流入する。渦巻室４Ｂに流入した水は２段目の羽根車５Ｂでさらに加圧された後、吐出口１３から吐出される。

羽根車５Ａ，５Ｂは、主軸６に固定されたボス部１５と、ボス部１５から主軸６の径方向に延びる円形の主板１６を備える。主板１６には、複数の羽根１７の基端側が固定されている。また、これらの羽根１７の先端側は側板１８で連結されている。側板１８は外周が円形で、その中央には両端開口の円筒状で主板１６から離れる方向に突出するマウスリング部１９を備える。マウスリング部１９で囲まれた開口が羽根車入口２１を構成している。また、主板１６と側板１８の外周に挟まれた部分が羽根車出口２２を構成している。主板１６及び側板１８は主軸６と同軸に配置されている。従って、主軸６の軸線Ｌは主板１６及び側板１８の回転中心でもある。渦巻室４Ａ，４Ｂ内の水は羽根車入口２１から回転する羽根車５Ａ，５Ｂに吸い込まれ、羽根１７で加圧されて羽根車出口２２から吐出される。従って、渦巻室４Ａ，４Ｂは、羽根車入口２１側が低圧領域４ａで羽根車出口２２側が高圧領域４ｂとなっている。

シール装置２５Ａ，２５Ｂは、渦巻室４Ａ，４Ｂ内の水が高圧領域４ｂから低圧領域４ａへ漏洩するのを防止する。具体的には、シール装置２５Ａ，２５Ｂは、ケーシング２と羽根車５のマウスリング部１９の外周面との隙間を通って渦巻室４Ａ，４Ｂ内の高圧領域４ｂの水が低圧領域４ａへ漏洩するのを防止する。１段目の渦巻室４Ａに配設されたシール装置２５Ａと２段目の渦巻室４Ｂに配設されたシール装置２５Ｂは、構造も機能も同一であり、図において左右方向の取り付け姿勢のみが異なる。以下、２段目の渦巻室４Ｂに配設されたシール装置２５Ｂについて詳細に説明する。

図２、図３、及び図５をさらに参照すると、シール装置２５Ｂはその外周がケーシング２にねじ止めで固定されたウエアリング（主リング）３１と、このウエアリング３１に対して主軸６の軸線Ｌに対して直交する方向及び軸線Ｌが延びる方向にある程度移動可能な状態で取り付けられたフローティングリング（薄厚補助リング）３２とからなる。ウエアリング３１は、例えばステンレス鋼、鋳鉄、青銅鋳物等からなり、多数の部品を組み立てた構造ではなく、単一の部品からなる一体構造である。一方、フローティングリング３２は、摺動性能と耐磨耗性に優れ、かつある程度弾性的変形性を有する材料からなる。例えば、４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂やポリエステルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のポリアミド樹脂等の各種の合成樹脂、硬質ゴム、軽金属、皮革等をフローティングリング３２の材料として使用できる。ウエアリング３１と同様に、フローティングリング３２は多数の部品を組み立てた構造ではなく、単一の部品からなる一体構造である。

ウエアリング３１は全体として薄厚の環状であり、低圧領域４ａ側の端面（図において左側の端面）から高圧領域４ｂ側の端面（図において右側の端面）まで貫通する断面円形の貫通孔（主貫通孔）３１ａが形成されている。この貫通孔３１ａには高圧領域４ｂ側から羽根車５Ｂのマウスリング部１９が差し込まれている。また、貫通孔３１ａの高圧領域４ｂ側の部分の孔周壁、詳細には貫通孔３１ａの孔周壁のうちウエアリング３１の高圧領域４ｂ側の端面近傍の部分には、環状収容溝３１ｂが形成されており、この環状収容溝３１ｂにフローティングリング３２が収容されている。貫通孔３１ａのフローティングリング３２の低圧領域４ａ側の端面に臨む部分、すなわち貫通孔３１ａの孔周壁と環状収容溝３１ｂの一対の側壁のうち低圧領域４ａ側の側壁との接続部分には、低圧領域４ａ側から高圧領域４ｂ側に向けて径が漸増する面取部３１ｃが形成されている。符号δで示すように、環状収容溝３１ｂの底壁からの環状収容溝３１ｂの高圧領域４ｂ側の側壁の突出量は、フローティングリング３２の環状収容溝３１ｂからの脱落防止に必要な最小限の量に設定されている。

フローティングリング３２はウエアリング３１よりも大幅に薄厚の環状であり、低圧領域４ａ側の端面（図において左側の端面）から高圧領域４ｂ側の端面（図において右側の端面）まで貫通する断面円形の貫通孔（補助貫通孔）３２ａが形成されている。この貫通孔３２ａを高圧領域４ｂ側から羽根車５Ｂのマウスリング部１９が貫通している。フローティングリング３２は、それ自体を撓ませることでウエアリング３１の高圧領域４ｂ側の端面から環状収容溝３１ｂに嵌め込まれている。

次に、ウエアリング３１及びフローティングリング３２の寸法について詳述する。この寸法の説明では、貫通孔３１ａ、貫通孔３２ａ、及びマウスリング部１９が同軸であるものとする。

ウエアリング３１の貫通孔３１ａの直径Ｄ_ｍ１は、羽根車５Ｂのマウスリング部１９の直径（外径）Ｄ_ｒよりも大きく設定されている。従って、貫通孔３１ａの孔周壁とマウスリング部１９の外周面との間には、直径Ｄ_ｍ１と直径Ｄ_ｒの差に相当する幅Ｃ_２を有する環状の隙間（第１の隙間）３５が形成されている。また、面取部３１ｃの高圧領域４ｂ側の端部は、貫通孔３１ａの直径Ｄ_ｍ１よりも大きい直径Ｄ_ｃを有する。さらに、前述のように環状収容溝３１ｂの高圧領域４ｂ側の側壁の突出量δは最小限に設定されているので、ウエアリング３１の高圧領域４ｂ側の端面における貫通孔３１ａの開口部は、貫通孔３１ａの他の部分（面取部３１ｃを含む）の直径Ｄ_ｍ１，Ｄ_ｃよりも大幅に大きい直径Ｄ_ｍ３を有する。

フローティングリング３２の貫通孔３２ａの直径Ｄ_ａ１は、羽根車５Ｂのマウスリング部１９の直径Ｄ_ｒよりも大きく設定されている。従って、貫通孔３２ａの孔周壁とマウスリング部１９の外周面との間には、直径Ｄ_ａ１と直径Ｄ_ｒの差に相当する幅Ｃ_１を有する環状の隙間（第２の隙間）３６が形成されている。貫通孔３２ａの直径Ｄ_ａ１は貫通孔３１ａの直径Ｄ_ｍ１よりも小さく設定されている。従って、隙間３６の幅Ｃ_１は隙間３５の幅Ｃ_２よりも狭い。

フローティングリング３２の外径（直径）Ｄ_ａ２は、ウエアリング３１に形成された環状収容溝３１ｂの底壁の直径Ｄ_ｍ２よりも小さく設定されている。従って、環状収容溝３１ｂの底壁とフローティングリング３２の外周との間には幅Ｃ_ｓ（隙間３６の幅Ｃ_１よりも充分大きい。）を有する環状の隙間（第３の隙間）３７が形成されている。従って、フローティングリング３２は、最大で隙間３７の幅Ｃ_ｓに相当する距離だけ軸線Ｌに直交する方向（フローティングリング３２自体の径方向）に移動できる。隙間３５の幅Ｃ_２は、隙間３６の幅Ｃ_１と隙間３７の幅Ｃ_ｓの和よりも大きく設定されている。換言すれば、幅Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_ｓには以下の式（１）の関係がある。

環状収容溝３１ｂの互いに対向する一対の側壁間の距離ｔ_１はフローティングリング３２の厚みｔ_２よりも大きく設定されている。従って、フローティングリング３２は距離ｔ_１と厚みｔ_２の差に相当する距離だけ軸線Ｌ方向（フローティングリング３２自体の厚み方向）に移動できる。

図３を参照すると、貫通孔３１ａの孔周壁、具体的には貫通孔３１ａの孔周壁のうち面取部３１ｃよりも低圧領域４ａの部分には、ローレット加工３８を施して表面粗度を増大させ、隙間３５を通る水に作用する流体摩擦抵抗を増大させている。なお、図３では図示の単純化のために貫通孔３１ａの孔周壁の周方向の一部にのみローレット加工３８を図示しているが、実際には貫通孔３１ａの孔周壁の周方向の全体にローレット加工３８が施されている。このローレット加工３８は図４Ａに示すように四角形の凹部３８ａを線状の突起３８ｂが取り囲むものでも、図４Ｂに示すように三角形の凹部３８ａを線状の凸部が取り囲むものでもよい。また、隙間３５を通る水に作用する流体摩擦抵抗を充分に増大できれば、ローレット加工３８以外の加工で貫通孔３１ａの孔周壁の表面粗度を増大させてもよい。

次に、遠心ポンプ１の運転中にシール装置２５Ｂがどのようにシール機能を発揮するかを説明する。

前述のようにフローティングリング３２は径方向にある程度移動可能であるので、回転するマウスリング部１９に対して流体静力学的な釣り合い位置に自律的に移動してこの位置を維持する。この釣り合い位置では、フローティングリング３２の貫通孔３２ａの孔周壁とマウスリング部１９の外周面との間には、全周にほぼ等しい幅Ｃ_１の隙間３６が形成される。

また、前述のようにフローティングリング３２は厚み方向にも移動可能であり、高圧領域４ｂ側の端面と低圧領域４ａ側の端面に作用する圧力の圧力差により生じる押圧力Ｆａにより、高圧領域４ｂ側から低圧領域側４ａへ向けて押圧される。その結果、図６に示すように、フローティングリング３２は環状収容溝３１ｂの一方の側壁（図において左側の側壁）に押し付けられる。押圧力Ｆ_ａは以下の式（２）で表される。

この式（２）において、Ｐ_Ｈは高圧領域４ｂの圧力で、Ｐ_Ｃは面取部３１ｃの圧力である。

式（２）を参照すれば明らかなように、押圧力Ｆ_ａは面取部３１ｃの圧力Ｐ_ｃを変えることで調節できる。また、面取部３１ｃの圧力は面取部３１ｃの図において右端部の直径Ｄ_ｃ（低圧領域４ａ側から高圧領域４ｂ側へ向けての拡径の割合）を変えることで調節できる。従って、押圧力Ｆａは面取部３１ｃの寸法や形状を変更することで簡単に調節できる。

高圧領域４ｂの圧力Ｐ_Ｈと低圧領域４ａの圧力Ｐ_Ｌの差圧により、高圧領域４ｂから低圧領域４ａに向けて水の漏れが生じる。この漏洩する水は、高圧領域４ｂからまずフローティングリング３２の貫通孔３２ａとマウスリング部１９との間の隙間３６に流入し、さらに面取部３１ｃからウエアリング３１の貫通孔３１ａとマウスリング部１９との間の隙間３５を通って低圧領域４ａへ流れる。シール装置２５Ｂは、ウエアリング３１とは別体のフローティングリング３２を備え、このフローティングリング３２に形成された第２貫通孔の直径Ｄ_ａ１をウエアリング３１に形成された貫通孔３１ａの直径Ｄ_ｍ１よりも小さく設定し、隙間３６を隙間３５よりも狭く設定している（幅Ｃ_１，Ｃ_２）。その結果、高圧領域４ｂから隙間３６と隙間３５を経て低圧領域４ａへ漏洩する流体の漏れ量を極小化できる。この漏れ量の極小化によって漏れ損失を低減し、遠心ポンプ１の効率を向上できる。また、貫通孔３１ａの孔周壁にローレット加工３８を施すことで隙間３５を流れる水に作用する流体摩擦抵抗を増大させているので、高圧領域４ｂから低圧領域４ａへ漏洩する水の漏れ量をより一層低減できる。その結果、漏れ損失がさらに低減され、効率が一層向上する。

高圧領域４ｂ側に位置するフローティングリング３２の隙間３６の幅Ｃ_１よりも、低圧領域４ａ側に位置するウエアリング３１の隙間３５の幅Ｃ_２が広いので、隙間３５を流れる水の流速が低減される。この点について説明すると、一般に流体の流速Ｖは単位時間当たりの体積流量Ｑを断面積Ａで除した商であるので（Ｖ＝Ｑ／Ａ）、隙間３６における流速Ｖ_１と隙間３５における流速Ｖ_２には以下の式（３）の関係がある。

この式（３）において、Ａ_１は隙間３６の断面積で、Ａ_２は隙間３５の断面積である。前述のように隙間３６の幅Ｃ_１は隙間３５の幅Ｃ_２よりも小さく、断面積Ａ_１は断面積Ａ_２よりも小さいので、隙間３５における流速Ｖ_２は隙間３６における流速Ｖ_１よりも遅い。このように隙間３５における流速Ｖ_２を低減することにより、ウエアリング３１の貫通孔３１ａの孔周壁の摩耗を防止できる。一般に摩耗量は流速の５乗に比例するので、流速Ｖ_１の低減によりウエアリング３１の摩耗を効果的に防止できる。また、隙間３５の低圧領域側の出口付近における水の流速が低減されるので、この部分で急激な圧力低下が生じず、キャビテーションの発生を防止できる。

ウエアリング３１の隙間３５の幅Ｃ_２よりもフローティングリング３２の隙間３６の幅Ｃ_１を狭く設定しているので、マウスリング部１９はウエアリング３１に接触する前に、まずフローティングリング３２に接触する。しかし、フローティングリング３２は前述のように最大で隙間３７の幅Ｃ_ｓに相当する距離だけ径方向に移動できるので、この移動によるフローティングリング３２の損傷や摩耗を低減できる。一方、隙間３５の幅Ｃ_２は、隙間３６の幅Ｃ_１と隙間３７の幅Ｃ_ｓの和よりも大きく設定しているので、マウスリング部１９で押されたフローティングリング３２が径方向に移動しても、図７に示すように、マウスリング部１９がウエアリング３１の貫通孔３１ａの孔周壁に衝突する前に、フローティングリング３２の外周が環状収容溝３１ｂの底壁に当接する。従って、マウスリング部１９とウエアリング３１の衝突よる振動の発生や、マウスリング部１９とウエアリング３１のかじりないし焼き付けを確実に防止できる。

フローティングリング３２は高圧領域４ｂと低圧領域４ａの差圧による押圧力Ｆ_ａで環状収容溝３１ｂの側壁に押し付けられているので、マウスリング部１９がフローティングリング３２に接触すると、この押圧力Ｆ_ａに比例する摩擦力Ｆ_ν（Ｆ_ν＝μ×Ｆ_ａ：μは摩擦係数）がフローティングリング３２とウエアリング３１との間に生じ、この摩擦力Ｆ_νはフローティングリング３２の径方向の移動に対する抵抗となる。その結果、フローティングリング３２はマウスリング部１９の振動に対して減衰摩擦力として機能し、マウスリング部１９の振動を低減する。また、フローティングリング３２がマウスリング部１９の回転により、いわゆる連れ回りするのをこの摩擦力Ｆ_νで自動的に防止できる。前述のように押圧力Ｆ_ａは面取部３１ｃの寸法や形状で調節できるので、摩擦力Ｆ_νも面取部３１ｃの寸法や形状で簡単に調節できる。

ウエアリング３１とフローティングリング３２はいずれも複数の部品を組み立てた構造ではなく、単一の部品からなる一体構造であり、フローティングリング３２を撓ませてウエアリング３１の環状収容溝３１ｂに嵌め込むことでウエアリング３１にフローティングリング３２を組み付けることができる。従って、シール装置２５Ｂは製造が容易である。また、必要があればフローティングリング３２を撓ませてウエアリング３１の環状収容溝３１ｂから抜き出すだけでウエアリング３１から取り外すことができ、交換用の新しいフローティングリング３２も撓ませて環状収容溝３１ｂに嵌め込むだけでウエアリング３１に取り付けることができる。この点でシール装置２５Ｂは簡単にメンテナンスを行うことができる。

本発明は実施形態のものに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明は遠心ポンプ以外の他の方式ポンプや、コンプレッサ、ガスタービン等のポンプ以外の他の流体機械にも適用できる。また、本発明は、ブッシュの内部のシール、回転軸がケーシングを貫通する部分等にも適用できる。さらに、フローティングリング３２を複数個設けてもよい。さらにまた、図８に示すように実施形態の面取部３１ｃに代えて、貫通孔３１ａの環状収容溝３１ｂと接続する部分に段差部３１ｄを設けてもよい。

本発明の実施形態にかかるシール装置を備える遠心ポンプを示す断面図。図１の部分IIの部分拡大図。ウエアリング及びフローティングリングを示す分解斜視図。ウエアリングのローレット加工の一例を示す部分拡大図。ウエアリングのローレット加工の他の例を示す部分拡大図。図３の矢印Ｖから見たウエアリングの部分拡大図。シール装置の部分拡大図（フローティングリングがウエアリングに押圧された状態）。シール装置の部分拡大図（フローティングリングの外周がウエアリングに当接した状態）。シール装置の代案を示す部分拡大断面図。

符号の説明

１遠心ポンプ
２ケーシング
３インターブシュ
４Ａ，４Ｂ渦巻室
４ａ低圧領域
４ｂ高圧領域
５Ａ，５Ｂ羽根車
６主軸
７Ａ，７Ｂ軸受ブラケット
８Ａ，８Ｂ軸受
９Ａ，９Ｂグランドパッキン
１１吸込口
１２流路
１３吐出口
１５ボス部
１６主板
１７羽根
１８側板
１９マウスリング部
２１羽根車入口
２２羽根車出口
２５Ａ，２５Ｂシール装置
３１ウエアリング（主リング）
３１ａ貫通孔（主貫通孔）
３１ｂ環状収容溝
３１ｃ面取部
３２フローティングリング（薄厚補助リング）
３２ａ貫通孔（補助貫通孔）
３５隙間（第１の隙間）
３６隙間（第２の隙間）
３７隙間（第３の隙間）
３８ローレット加工
３８ａ凹部
３８ｂ凸部

Claims

流体機械のケーシングと回転体との間の隙間を通って前記ケーシング内の高圧領域から低圧領域へ流体が漏洩するのを防止するシール装置において、
前記ケーシングに固定され、前記高圧領域側と前記低圧領域側を貫通して前記回転体が差し込まれた主貫通孔が形成され、かつ前記主貫通孔の孔周壁と前記回転体の外周面との間に第１の隙間が形成されている、金属製で一体構造のウエアリングと、
前記主貫通孔の前記孔周壁のうち前記ウエアリングの前記高圧領域側の端面近傍に形成された環状収容溝に収容され、前記回転体が差し込まれる前記主貫通孔の直径よりも小さい直径を有する補助貫通孔が形成され、かつ前記補助貫通孔の孔周壁と前記回転体の前記外周面との間に前記第１の隙間よりも狭い第２の隙間が形成されている、可撓性材料からなる一体構造の薄厚補助リングと
を備え、
前記ウエアリングの前記主貫通孔の前記孔周壁に表面粗度を増大させる加工が施され、
前記環状収容溝の互いに対向する一対の側壁間の距離が前記薄厚補助リングの厚みよりも大きく、前記薄厚補助リングは前記高圧領域と前記低圧領域の差圧により前記環状収容溝の前記低圧領域側の前記側壁に押し付けられる、流体機械のシール装置。
前記第２の隙間の寸法と、前記環状収容溝の底壁と前記薄厚補助リングの外周との間に形成された第３の隙間の寸法との和が、前記第１の隙間よりも小さい、請求項１に記載の流体機械のシール装置。
前記環状収容溝の前記高圧領域側の側壁の底壁からの突出量は前記低圧領域側の側壁の前記底壁からの突出量よりも小さい、請求項１に記載の流体機械のシール装置。
前記主リング貫通孔の前記薄厚補助リングの前記低圧側に臨む部分に前記低圧領域側から高圧領域側に向けて拡径する拡径部が形成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流体機械のシール装置。