JP5922796B2 - シール装置、および、回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、シール装置、および、回転機械に関する。

タービン、圧縮機、ポンプなどの回転機械には、差圧のある静止側と回転側との隙間からの流体の漏洩量を低減するシール装置が通常設けられている。
上記シール装置としては、非接触型で信頼性の高いシール装置が用いられる場合が多い。代表的な非接触型のシール装置（以下、単に非接触型シールと称する）としては、ラビリンス形状のシール装置が知られている。しかし、このような非接触型シールを備えた回転機械にあっては、ロータの回転による流体の旋回流（以下、単にスワールと称す）によって生じる周方向の非対称圧力分布（以下、圧力分布と称す）のため、ロータに自励もしくは強制振動が生じる場合がある。
そこで、非接触型シールであるラビリンス形状のシール装置の入口に、軸線方向に向く変向板を設けることで、シール装置に流入するスワールを打ち消す技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、シール内の周方向の圧力分布を緩和するために、シールリングの外周に環状のチャンバーを設け、そのチャンバーと、静止体と回転体との隙間（以下、シール隙間と称す）とを周方向に間隔をあけて連通する空隙部を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２−１４０９４４号公報 特開２０１２−１０２８３１号公報

ところで、ラビリンス形状のシール装置以外の非接触型シールとしては、回転機械内で生じる不安定化力を上回る減衰力を付与する観点から、減衰（ダンパー）型のシール装置（以下、単に減衰シールと称する）が用いられる場合がある。減衰シールとしては、ポケット形状のシール装置、ハニカム形状のシール装置、ホールパターン形状のシール装置などがある。これら減衰シールは、シール回転体とシール静止体とのシール隙間を周方向および軸線方向に仕切ることによって、シール装置内のスワールを低減すると共に、高い減衰力を得ることができる。しかし、使用条件によっては、低減された上記スワールによって周方向に非対称な圧力分布が生じ、十分な減衰力を得られなかったり、ロータのジャーナル軸受の負荷を大きく変えてしまいロータの振動耐力を低下させたりする。そのため、シール隙間を広く設定し、これらの悪影響を低減することが必要となる。しかし、シール隙間を広く設定した場合、減衰シールの漏洩量が増大して回転機械の性能を低下させてしまうという課題がある。
また、減衰シールに流れ込む流体自体のスワールが大きいと、減衰シールの減衰力が低下して回転機械の動作が不安定な状況に陥る場合がある。この場合、減衰シールの上流のスワールを低減するためには、一般に、スワールを堰きとめるフィンを設置したり、シール圧より高圧の流体を径方向から噴入したりする。しかしながら、これらの手法では、スワールの低減が十分でなかったり、シール差圧が大きくなりシール漏洩量が増大したりするという課題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、漏洩量の低減、軸振動の要因となるシール隙間を流れる流体からの力の低減および軸振動を抑える減衰の増加を図ることが可能となるシール装置、および、このシール装置を備える回転機械を提供することを目的とする。

本発明に係るシール装置の第一態様は、シール回転体と、該シール回転体の外周面に対して径方向に隙間を有して配されるシール静止体とを備え、これらシール回転体とシール静止体との間の流体の流れを抑制するシール装置であって、前記シール静止体は、前記シール回転体の外周面と対向する内側面に複数の穴部を有するとともに、前記内側面の周方向に溝部を備え、前記シール回転体は、前記溝部へ向かって突出する第一凸部を備え、前記溝部は、軸線方向両側の壁面のうち少なくとも一方に、流体の流れを乱す凹凸部を備え、前記凹凸部は、前記シール回転体の軸線を中心とした径方向から見て、断面円弧状に凹んだ凹部を備える。
このように構成することで、シール静止体とシール回転体との隙間を高圧側から低圧側に向かって流体が流れるときに、第一凸部および溝部によって流体の流れが大きく乱される。この乱れは、流体の流れに対し大きな抵抗となるため、高圧側から低圧側への流体の漏洩量は、溝部や第一凸部が無いシールの漏洩量よりも少なくなり、減衰も増大する。また、シール回転体側の第一凸部とシール静止体側の溝部による流れの乱れによって、シール静止体の複数の穴部におけるスワールを抑制する効果を増大することもできる。そのため、スワールによって生じる周方向の圧力の不均一が低減し、この圧力分布による軸振動量を低減することができる。
さらに、溝部の壁面に形成された凹凸部によって、流体の流れを乱すと共に流体のスワールの一部を堰き止めることができるため、スワールによって生じる周方向の圧力の不均一を更に低減することができる。
さらに、穴部を横断するように溝を形成することで、凹凸部を形成することができるため、溝の壁面に切削等により凹凸を形成する場合と比較して、容易に凹凸部を形成することができる。

本発明に係るシール装置の第二態様では、上記第一態様のシール装置において、前記シール回転体の外周面と前記シール静止体との隙間に流入する流体に対して、当該流体に含まれるスワールに抗する方向から流体を吹き付ける旋回流防止機構を備えていてもよい。
シール回転体の外周面とシール静止体との隙間に流入する流体に対してスワールに抗する方向から流体を吹き付けることで、シール静止体とシール回転体との隙間に流入する流体のスワールを打ち消すことができる。

本発明に係るシール装置の第三態様では、上記第二態様の旋回流防止機構が、外周側に向かって延びるフィン部と、該フィン部の外周部から前記隙間に通じる通路を備えていてもよい。
シール回転体の近傍のスワールをフィン部によって外周側に導いて減速させることができると共に、通路を介してシール回転体とシール静止体との隙間に流体を導いて、流れを乱し、隙間に流れる流体に含まれるスワール量を低減することができる。

本発明に係るシール装置の第四態様では、上記第三態様のフィン部が、径方向内側から外側に向かうにつれてロータの回転方向後方から前方に向かうように傾斜するようにしてもよい。
より多くのスワールを傾斜したフィン部によって外周側に導いて減速させることができると共に、通路を介してシール回転体とシール静止体との隙間に流体を導いて、流れを乱し、隙間に流れる流体に含まれるスワール量を低減することができる。

本発明に係るシール装置の第五態様では、上記第三態様又は第四態様の旋回流防止機構が、フィン部の外周部を覆うカバー部を備えてもよい。
カバー部によってフィン部によって導かれた流体の圧力回復により、通路に流れ込む流体量を増加させることができる。

本発明に係るシール装置の第六態様では、上記第三態様から第五態様の何れか一つの旋回流防止機構が、軸線方向で、前記通路の前記隙間側の開口部と、前記フィン部との間に非接触シールを備えてもいてもよい。
スワールを持った流体がシール装置に多量に流れ込むことを防止し、スワールに抗する方向からの流体が、非接触シールの下流に主に流れ込むようにすることができる。また、非接触シールを設けることで、スワールに抗する流体にシール上流の流体圧よりも高い圧の流体を用いる場合には、スワールに抗する流体が上流に流れるのを制限することができる。

本発明に係るシール装置の第七態様では、第六態様の非接触シールが、前記シール回転体の外周面と対向する内側面に減衰穴部を有していてもよい。
フィン部と通路の隙間側の開口部との間で、高圧側から隙間に流入した流体に含まれるスワールを減衰穴部により低減させることができる。

本発明に係るシール装置の第八態様では、上記第一態様から第七態様の何れか一つのシール装置において、前記シール回転体の外周面の前記シール静止体よりも高圧側に、流体の流れを前記隙間に流れ込む前に乱す第二凸部を備えていてもよい。
第二凸部で、隙間に流入する流体の流れを乱すことができるため、この流体のスワール量を抑制することができる。また、シール静止体の高圧側に旋回流防止機構を備えている場合には、第二凸部で流れを乱された流体を旋回流防止機構に供給して、この旋回流防止機構により吹き付けられる流体として有効利用することができる。

本発明に係るシール装置の第九態様は、上記第一態様から第八態様の何れか一つのシール装置における前記シール静止体が、前記穴部に連通し前記穴部よりも流路面積が狭い狭幅通路と、該狭幅通路が複数連通し前記穴部の外周側に配置される環状通路とを備えていてもよい。
スワールによって、シール回転体の周方向に圧力差が生じてしまったとしても、圧力が相対的に高い箇所の狭幅通路から流体が環状通路に流れ込み、圧力が相対的に低い箇所の狭幅通路を介して、圧力が相対的に低い箇所へと流体が流れ出すため、この圧力差を低減できる。その結果、この圧力差で発生する軸振動が低減される。また、これら狭幅通路に流体が出入りするときの抵抗が減衰として作用するので、減衰シール自体の減衰と共に軸振動を低減することができる。

本発明に係る回転機械は、上記第一態様から第九態様の何れか一つのシール装置を備えている。
流体の漏洩量を低減しつつ軸振動を低減できるため、運転性能を向上することができる。

本発明の上記態様に係るシール装置および回転機械によれば、シール隙間を流れる流体の流れを大きく乱すと共にスワール量を低減することで、漏洩量の低減、軸振動の要因となるシール隙間を流れる流体からの力の低減および軸振動を抑える減衰の増加を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態における回転機械である遠心圧縮機を示す正面図である。 同実施形態におけるシール静止体の部分断面を示す斜視図である。 同実施形態におけるシール装置の断面図である。 同実施形態における穴部の配列を示す展開図である。 同実施形態における溝部近傍の拡大断面図である。 同実施形態における図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 同実施形態における旋回流防止機構を軸線方向の高圧側から見た図である。 同実施形態の第一変形例における図７に相当する図である。 同実施形態の第二変形例における図６に相当する図である。 同実施形態の第三変形例における旋回流防止機構の拡大図である。

以下、本発明の実施形態に係るシール装置および、回転機械について説明する。
図１は、本実施形態の回転機械である遠心圧縮機１を示している。
遠心圧縮機１は、軸線Ｏ回りに回転する回転軸２を備えている。回転軸２には、遠心力を利用してプロセスガス（流体）Ｇを圧縮する複数のインペラ３が取り付けられている。また、遠心圧縮機１は、プロセスガスＧを低圧側から高圧側に流す流路４を備えるケーシング５を備えている。

ケーシング５の軸線Ｏ方向の両端部には、軸封装置５ａ、ジャーナル軸受５ｂ、およびスラスト軸受５ｃが設けられている。回転軸２の両端部は、ジャーナル軸受５ｂによって回転可能にケーシング５に支持されている。

本実施形態における遠心圧縮機１のインペラ３は、回転軸２の軸線Ｏ方向においてブレードの向きが互いに反対側を向く２組のインペラ群３Ａ，３Ｂを備えている。インペラ群３Ａ、インペラ群３Ｂは、回転軸２が回転駆動された場合、それぞれ吸込口５ｄ，５ｆから排出口５ｅ，５ｇに向かって、プロセスガスＧを流しつつ圧縮する。

すなわち、遠心圧縮機１は、インペラ群３Ａにおいて、吸込口５ｄから吸込まれたプロセスガスＧを、流路４に流入させて、インペラ群３Ａの１段目から３段目まで流しながら圧縮する。インペラ群３Ａの３段目まで流れて圧縮されたプロセスガスＧは、排出口５ｅから排出される。排出口５ｅから排出されたプロセスガスＧは、排出口５ｅから吸込口５ｆへとつながる図示しない管路を通って吸込口５ｆへと送られる。

次いで、遠心圧縮機１は、インペラ群３Ｂにおいて、吸込口５ｆから吸込まれたプロセスガスＧを、流路４に流入させて、インペラ群３Ｂの１段目から最終段目まで流しながら更に圧縮する。インペラ群３Ｂの最終段目まで流れて圧縮されたプロセスガスＧは、排出口５ｇから排出される。

上述したインペラ群３Ｂの排出口５ｇ近傍のプロセスガスＧは、インペラ群３Ａの排出口５ｅ近傍のプロセスガスＧと比較して、インペラ群３Ｂにより圧縮が行われた分だけ高圧となっている。つまり、軸線Ｏ方向で排出口５ｅ側の回転軸２周りと、軸線Ｏ方向で排出口５ｇ側の回転軸２周りとに存在する各プロセスガスＧには圧力差が生じる。そのため、インペラ群３Ａ，３Ｂの各インペラ３の最終段間には、回転軸２の回転を許容しつつ、回転軸２の軸線Ｏ方向における高圧側と低圧側とを区画してプロセスガスＧの漏洩量を低減するシール装置２０が設けられている。

図２は、シール装置２０を構成するシール静止体３０の部分断面を示す斜視図である。また、図３は、シール装置２０上部の子午線断面図である。
図３に示すように、回転軸２には、回転軸２の外周面を覆うように略円環状のスリーブであるシール回転体４０が固定されている。

一方で、回転軸２の外周面２ａと対向するケーシング５の内周面５ｈには、シール回転体４０の外周面４０ａと径方向に隙間を有して、略円環状のシール静止体３０が取り付けられている。シール静止体３０は、例えば、その係合凸部３０ｃが、ケーシング５や仕切板（図示せず）等の内周面に形成された係合凹部５ｉに係合するなどして固定されている。

図２、図３に示すように、シール静止体３０は、いわゆるホールパターン形状の減衰シールリングであって、その内周面３０ａには、径方向内側を向いて円形に開口する複数の穴部３１が形成されている。これら穴部３１の開口部３１ａは、互いに所定間隔をあけて略千鳥状に配置されている。ここで、シール静止体３０の内周面３０ａにおける穴部３１の基本配列を図４に示す。この図４において、左右方向がシール静止体３０の軸線Ｏ方向に相当し、上下方向がシール静止体３０の周方向に相当する。なお、図４においては、以下に述べる溝部３２が形成される位置を一点鎖線で示している。

図２、図３、図５、図６に示すように、シール静止体３０の内周面３０ａには、軸線Ｏ方向に所定幅を有した環状の溝部３２が全周に形成されている。これら溝部３２は、内周面３０ａから径方向外側に向かって凹設され、それぞれシール静止体３０に形成された穴部３１を周方向に横断するように形成される。これにより、溝部３２の、軸線Ｏ方向で向かい合う２つの側壁３２ａには、軸線Ｏ方向の両外側に向かって断面円弧状に凹んだ部分が断続的に形成され、これにより側壁３２ａに凹凸部３２ｂが形成される。図６においては、左右方向がシール静止体３０の軸線Ｏ方向であり、上下方向がシール静止体３０の周方向である。

ここで、図５、図６に示すシール静止体３０の場合、周方向で隣り合う穴部３１の各軸線Ｏ方向の中心を通るような幅寸法で溝部３２が形成される一例について説明した。しかし、溝部３２の幅寸法は、後述するシール回転体の第一凸部３４と溝部３２の側壁３２ａが接触しないように、回転軸２の軸線Ｏ方向の許容移動量よりも大きい幅寸法であり、且つ、側壁３２ａに凹凸部３２ｂが形成されるような幅寸法であればよい。また、側壁３２ａに凹凸部３２ｂが形成されることについて述べたが、溝部３２の幅内に穴部３１が配置されている場合には、溝部３２の底面にも穴部３１の開口部３１ａが形成される。

シール静止体３０の内周面３０ａに対向するシール回転体４０の外周面４０ａには、上記シール静止体３０の溝部３２に向かって突出するように、径方向外側全周に第一凸部３４が形成されている。この第一凸部３４の幅寸法は、強度上必要十分なものであればよく、その高さもシール隙間を漏洩する流体の流れを乱すに必要な高さ（例えば、シール隙間Ｓ程度もしくは多少高い程度）であれば良い。

図２、図３に示すように、シール静止体３０には、軸線Ｏ方向に配列される穴部３１のうち、所定数毎の穴部３１に、狭幅通路３５が接続されている。狭幅通路３５は、穴部３１の底部３１ｂから径方向外側に延びると共に、穴部３１の周方向断面よりも小さい周方向断面（換言すれば、流路面積）となるように形成されている。ここで、上記狭幅通路３５の周方向断面は、使用条件を考慮して適切な大きさとされる。さらに、狭幅通路３５の径方向外側（外周側）には、シール静止体３０の全周に亘り環状通路３６が形成されている。これら環状通路３６には、周方向に並ぶ複数の狭幅通路３５がそれぞれ径方向内側から接続されている。このように狭幅通路３５と環状通路３６とが接続されることで、穴部３１と環状通路３６との内部流路が狭幅通路３５を介して連通されている。

ここで、狭幅通路３５および環状通路３６は、例えば、環状通路３６、狭幅通路３５、および、穴部３１をそれぞれ別部品で形成して、各部品同士を結合することで形成できる。

図３、図７に示すように、シール静止体３０には、その高圧側に旋回流防止機構３７が設けられている。この旋回流防止機構３７は、回転軸に取り付けられたシール回転体４０の外周面４０ａとシール静止体３０の内周面３０ａとの間のシール隙間Ｓに流入するプロセスガスＧに対してスワール（旋回流）に抗する方向からプロセスガスＧを吹き付ける。ここで、スワールに抗する方向とは、径方向と、回転方向とは逆方向となる周方向との間の適宜の方向である。

旋回流防止機構３７は、略長方形板状の複数のフィン部３８を備えている。これらフィン部３８は、その短辺３８ａが軸線Ｏ方向を向くとともに、長辺３８ｂが径方向よりもプロセスガスＧの旋回方向に旋回流をすくいあげるよう傾斜して設けられている。さらに、旋回流防止機構３７は、フィン部３８よりも低圧側の径方向外側部（外周部）に、開口部３９ａを備えている。これら開口部３９ａには、軸線Ｏ方向に向かった後に径方向内側に向かって延びる吹出し通路３９ｂの径方向外側の端部が接続されている。これら吹出し通路３９ｂの径方向内側の端部は、シール静止体３０の内周面３０ａとシール回転体４０の外周面４０ａとの間のシール隙間Ｓに臨むと共にスワールに抗する方向を向く開口部３９ｃに接続される。

回転軸２に取り付けられたシール回転体４０の外周面４０ａには、軸線Ｏ方向でシール静止体３０よりも高圧側となる位置に、プロセスガスＧの流れを乱す目的で、シール回転体４０の外周面４０ａに対して第二凸部４２が形成されている。より具体的には、第二凸部４２は、フィン部３８の近傍に配置されている。この第二凸部４２は、周方向に連続して形成されており、フィン部３８の内周側の短辺３８ａとシール回転体４０の外周面４０ａとの間の距離と同等以上の高さ有している。

また、第二凸部４２を設けることによって流れを乱されたプロセスガスＧの一部を、上述したフィン部３８に沿って径方向外側に向かって流すことができる。一般に、回転軸２やインペラ３などの回転体によって発生したプロセスガスＧに含まれるスワールは、回転体の近傍では大きくなる。また、上記スワールは、静止体の近くではその壁面の摩擦損失によって小さくなる。つまり、上記フィン部３８によって回転軸２近傍のスワールの多くを回転軸２の径方向外側に配置される静止体の近くまで導きスワールを減速させることができる。また、シール隙間Ｓに流れ込むプロセスガスＧのスワール量をこれにより低減することができる。

軸線Ｏ方向でフィン部３８と開口部３９ｃとの間には、シール静止体３０の内周面３０ａから径方向内側に向かってラビリンスフィン部３９ｄが突出している。ラビリンスフィン部３９ｄは、シール静止体３０の内周面３０ａの周方向に連続して形成されている。このラビリンスフィン部３９ｄによって、シール静止体３０の内周面３０ａとシール回転体４０の外周面４０ａとのシール隙間Ｓが部分的に狭められている。これにより、このシール隙間Ｓに流れ込むプロセスガス量を低減すると共に、ラビリンスフィン部３９ｄの高圧側と低圧側との圧力差を保持することとなる。この低圧側の圧力は、このラビリンスフィン部３９ｄの漏洩量と吹き出し通路３９ｂからの吹き出し量と、これらの下流にある減衰シール（シール静止体３０およびシール回転体４０）の漏洩量が釣り合う圧力となる。つまり、上述したフィン部３８の外径部のプロセスガスＧの静圧と、この低圧側圧力との圧力差とを利用して、プロセスガスＧを吹出し通路３９ｂからラビリンスフィン部３９ｄの低圧側に吹出させることになっている。ここで、フィン部３８の径方向外側において、図８に示す第一変形例のように、フィン部３８の径方向外側部分を高圧側から覆うようにして環状のカバー部５０を取り付けてもよい。このようにすることで、吹出し通路３９ｂに流れ込むプロセスガスＧの流量をスワールの動圧回復を利用して若干増加させることができる。

したがって、上述した実施形態のシール装置２０によれば、シール静止体３０とシール回転体４０とのシール隙間Ｓを高圧側から低圧側に向かってプロセスガスＧが流れるときに、第一凸部３４、溝部３２、および、穴部３１によって軸線Ｏ方向・周方向の流れが共に大きく乱される。そのため、プロセスガスＧの流れに対し大きな抵抗となり、シール隙間Ｓを流れるプロセスガスＧのスワールを抑制して、漏洩量の低減、減衰の増大を図ることができる。
また、シール回転体４０側の第一凸部３４とシール静止体３０側の溝部３２とにより生じる流れの乱れによって、シール静止体３０の複数の穴部３１でのスワールを抑制する効果を増大することができる。そのため、スワールによって生じる周方向の圧力の不均一が低減し、この圧力分布による軸振動量を低減することができる。

また、シール静止体３０の溝部３２の側壁３２ａに形成された凹凸部３２ｂによって更に流れを乱し、一部のスワールを堰き止めることができるため、シール静止体３０における更なるスワールの抑制、漏れ量の低減、減衰の増大を図ることが可能となる。

さらに、穴部３１を横断するように溝部３２を形成することで、溝部３２の側壁３２ａに凹凸部３２ｂを形成することができるため、溝部３２の平面状の側壁３２ａに対して切削等により凹凸部３２ｂを形成する場合と比較して、容易に凹凸部３２ｂを形成することができる。

また、旋回流防止機構３７によってシール隙間Ｓに流入するプロセスガスＧに対してスワールに抗する方向からプロセスガスＧを吹き付けることで、スワール量を低減することができるため、シール静止体３０とシール回転体４０とのシール隙間Ｓに流入するプロセスガスＧのスワールを打ち消すことができる。

また、旋回流防止機構３７のフィン部３８によって、シール回転体４０近傍のスワールをフィン部３８によって外周側に導いて減速させることができると共に、吹出し通路３９ｂを介してシール隙間ＳにプロセスガスＧを導いて、流れを乱し、シール隙間Ｓに流れるプロセスガスＧに含まれるスワール量を低減することができる。

さらに、フィン部３８が径方向に対してスワールをすくい上げる方向に傾斜していることで、より多くのスワールをフィン部３８によって外周側に導いて減速させることができる。

また、軸線Ｏ方向で、吹出し通路３９ｂのシール隙間Ｓ側の開口部３９ｃと、フィン部３８との間に、ラビリンスフィン部３９ｄを備えていることで、スワールを持ったプロセスガスＧがシール隙間Ｓに多量に流れ込むことを防止し、スワールに抗する方向からのプロセスガスＧが、ラビリンスフィン部３９ｄの下流に主に流れ込むようにすることができる。また、ラビリンスフィン部３９ｄを設けることで、スワールに抗するプロセスガスＧにシール上流の流体圧よりも高い圧のプロセスガスＧを用いる場合には、スワールに抗するプロセスガスＧが上流に流れるのを制限することができる。

さらに、第二凸部４２で、シール隙間Ｓに流入するプロセスガスＧの流れを乱すことができるため、このプロセスガスＧのスワール量を抑制することができる。また、シール静止体３０の高圧側に旋回流防止機構３７を備えている場合には、第二凸部４２で流れを乱されたプロセスガスＧを旋回流防止機構３７に供給して、この旋回流防止機構３７により吹き付けられるプロセスガスＧとして有効利用することができる。

さらに、シール隙間Ｓの周方向に、抑制されたスワールによって圧力差が生じてしまったとしても、相対的に圧力が高い箇所の狭幅通路３５からプロセスガスＧが環状通路３６に流れ込み、圧力が相対的に低い箇所の狭幅通路３５を介して、相対的に圧力が低い箇所へとプロセスガスＧを供給することができる。その結果、回転軸２周りのシール隙間Ｓにおける圧力差は低減され、この圧力差によって回転軸２に働く力が低減するので、この回転軸２に働く力に起因する振動の増加を防止することができる。

また、この実施形態の遠心圧縮機１によれば、プロセスガスＧのスワールを抑制、漏洩量を低減、減衰を増加できるため、運転性能を向上することが可能となる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上述した実施形態においては、軸線Ｏ方向に一つのシール装置２０を設ける一例を説明したが、例えば、軸線Ｏ方向に分割して設置してもよい。また、回転機械である遠心圧縮機１内部の複数個所に設置してもよい。

また、回転軸２に第一凸部３４が形成された円管状のシール回転体４０を取り付ける場合について説明したが、回転軸２の外周面２ａに第一凸部３４を形成して回転軸２をシール回転体としても良い。
さらに、上述した実施形態においては、シール静止体３０の穴部３１の配置を千鳥状に配列する場合について説明したが、穴部３１の配列は千鳥状に限られるものではなく、例えば、正方配列などであっても良い。

さらに、上述した実施形態においては、ホールパターン形状のシール静止体３０を一例に説明したが、上記形状のシール静止体３０に限られるものではない。シール静止体３０は、周方向および軸線Ｏ方向に区切られた穴部を有し減衰力を付与可能なシール静止体であればよく、ポケット形状やハニカム形状のシール静止体などでもよい。ポケット形状やハニカム形状のシール静止体を用いた場合も、上記ホールパターン形状のシール静止体３０と同様に、その周方向に溝部３２を形成し、その際に穴部３１を横断するように形成することで、側壁３２ａに凹凸部３２ｂを形成することができる。

更に、上述した実施形態においては、溝部３２の軸線Ｏ方向の両側の側壁３２ａに凹凸部３２ｂを形成する場合について説明したが、何れか一つの側壁３２ａに凹凸部３２ｂを形成するようにしても良い。

さらに、図９に示す第二変形例のように、溝部３２の側壁３２ａに形成されていた上記凹凸部３２ｂを省略してもよい。この場合も、溝部３２と第一凸部３４と穴部３１とによって、プロセスガスＧの流れを乱して、プロセスガスＧに含まれるスワールを低減することができる。

また、上述した実施形態においては、シール静止体３０よりも高圧側に旋回流防止機構３７を設ける場合について説明したが、シール静止体３０の途中に旋回流防止機構３７を設けても良い。また、旋回流防止機構３７は、必要に応じて設ければよく、省略するようにしても良い。同様に、上述した実施形態においては、狭幅通路３５および環状通路３６を形成する場合について説明したが、回転軸２などの回転によるスワールが十分に低減されている場合には省略しても良い。

さらに、上述した実施形態においては、穴部３１を切り欠くことにより断面円弧状に凹む部分を形成して溝部３２の側壁３２ａに凹凸部３２ｂを形成する場合について説明したが、切り欠くこと以外で溝部３２の側壁３２ａに凹凸部３２ｂを形成するようにしてもよい。例えば、溝部３２の側壁３２ａを軸線Ｏ方向に凹ませる加工を行ったり、溝部３２の側壁３２ａから軸線Ｏ方向内側に向かって突出させる加工を行ったりしてもよい。

また、上述した実施形態においては、第一凸部３４に対向する溝部３２の底面にも穴部３１が形成される場合について説明したが、必ずしも設ける必要は無い。また、溝部３２の底面に形成される穴部３１の個数は、所望のシール性能に応じた適宜の個数に設定すればよく、例えば、溝部３２以外のシール静止体３０の穴部３１の周方向の個数よりも少なくしてもよい。

また、旋回流防止機構３７の高圧側に第二凸部４２を設ける場合について説明したが、シール装置２０の高圧側のスワールの状況に応じて省略するようにしてもよい。

さらに、図１０に示す第三変形例のように、旋回流防止機構３７が、軸線Ｏ方向で、吹出し通路（通路）３９ｂのシール隙間Ｓ側の開口部３９ｃとフィン部３８との間のシール回転体の外周面と対向する内側面に複数の減衰穴部４５を形成してもよい。この減衰穴部４５は、上述した穴部３１と同様の構成であり、フィン部３８と吹出し通路３９ｂのシール隙間Ｓ側の開口部３９ｃとの間で、高圧側からシール隙間Ｓに流入したプロセスガスＧに含まれるスワールを減衰穴部４５により低減させることができる。なお、減衰穴部４５の軸線Ｏ方向の列数は、図１０の個数に限られるものではなく、少なくとも一列形成されていればよい。また、開口部３９ｃとフィン部３８との間のフィン部３８、すなわちラビリンスフィン部３９ｄの代わりに、他の非接触シール（例えば、ポケット形状やハニカム形状の非接触シールなど）を用いても良い。

本発明は、回転体の外周面上での軸線方向への流体の流れを低減するシール装置として、また、ロータの振動耐力を向上させるために減衰を付加するシール装置として適用可能である。また、このシール装置を備える回転機械に適用可能である。

２ 回転軸
２ａ 外周面
２０ シール装置
３１ 穴部
３０ シール静止体
３２ 溝部
３２ａ 側壁（壁面）
３２ｂ 凹凸部
３４ 第一凸部
３５ 狭幅通路
３６ 環状通路
３７ 旋回流防止機構
４０ シール回転体
４２ 第二凸部
Ｇ プロセスガス（流体）
Ｓ シール隙間

Claims (10)

1. シール回転体と、該シール回転体の外周面に対して径方向に隙間を有して配されるシール静止体とを備え、これらシール回転体とシール静止体との間の流体の流れを抑制するシール装置であって、
   前記シール静止体は、
   前記シール回転体の外周面と対向する内側面に複数の穴部を有するとともに、前記内側面の周方向に溝部を備え、
   前記シール回転体は、
   前記溝部へ向かって突出する第一凸部を備え、
   前記溝部は、軸線方向両側の壁面のうち少なくとも一方に、流体の流れを乱す凹凸部を備え、
   前記凹凸部は、前記シール回転体の軸線を中心とした径方向から見て、断面円弧状に凹んだ凹部を備えるシール装置。
2. 請求項１に記載したシール装置であって、
   前記シール回転体の外周面と前記シール静止体との隙間に流入する流体に対して、当該流体に含まれるスワールに抗する方向から流体を吹き付ける旋回流防止機構を備えるシール装置。
3. 請求項２に記載したシール装置であって、
   前記旋回流防止機構は、外周側に向かって延びるフィン部と、該フィン部の外周部から前記隙間に通じる通路を備えるシール装置。
4. 請求項３に記載したシール装置であって、
   前記フィン部は、
   径方向内側から外側に向かうにつれてロータの回転方向後方から前方に向かうように傾斜しているシール装置。
5. 請求項３又は４に記載したシール装置であって、
   前記旋回流防止機構は、前記フィン部の外周部を覆うカバー部を備えるシール装置。
6. 請求項３から５の何れか一項に記載したシール装置であって、
   前記旋回流防止機構は、軸線方向で、前記通路の前記隙間側の開口部と、前記フィン部との間に非接触シールを備えるシール装置。
7. 請求項６に記載したシール装置であって、
   前記非接触シールは、前記シール回転体の外周面と対向する内側面に減衰穴部を有するシール装置。
8. 請求項１から７の何れか一項に記載したシール装置であって、
   前記シール回転体の外周面の前記シール静止体よりも高圧側に、流体の流れを前記隙間に流れ込む前に乱す第二凸部を備えるシール装置。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載したシール装置であって、
   前記シール静止体は、前記穴部に連通し前記穴部よりも流路面積が狭い狭幅通路と、該狭幅通路が複数連通し前記穴部の外周側に配置される環状通路とを備えるシール装置。
10. 前記請求項１から９の何れか一項に記載のシール装置を備える回転機械。

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