JP6772136B2 - Non-contact annular seal and rotating machine equipped with it - Google Patents

Non-contact annular seal and rotating machine equipped with it Download PDF

Info

Publication number
JP6772136B2
JP6772136B2 JP2017529479A JP2017529479A JP6772136B2 JP 6772136 B2 JP6772136 B2 JP 6772136B2 JP 2017529479 A JP2017529479 A JP 2017529479A JP 2017529479 A JP2017529479 A JP 2017529479A JP 6772136 B2 JP6772136 B2 JP 6772136B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
annular seal
fixed body
seal
contact annular
screw groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017529479A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2017013922A1 (en
Inventor
裕輔 渡邊
裕輔 渡邊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Publication of JPWO2017013922A1 publication Critical patent/JPWO2017013922A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6772136B2 publication Critical patent/JP6772136B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/44Free-space packings
    • F16J15/447Labyrinth packings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

本発明は、非接触環状シール及びこれを備える回転機械に関し、特に、非圧縮性流体を扱う回転機械における、羽根車等とケーシングとの間の流体の漏洩量を低減し且つ振動を少なくし、安定した軸封特性を発揮する非接触環状シール及びこれを備える回転機械に関する。 The present invention relates to a non-contact annular seal and a rotary machine including the same, and particularly reduces the amount of fluid leakage between an impeller or the like and a casing in a rotary machine that handles an incompressible fluid, and reduces vibration. The present invention relates to a non-contact annular seal exhibiting stable shaft sealing characteristics and a rotating machine provided with the non-contact annular seal.

液体を移送する回転機械(以下、「ポンプ」という)は、発電、化学プロセス、下水道、上水道等を目的とするプラント又は設備に幅広く使用されている。ポンプは、ケーシングと、羽根車を装着した回転軸とを有する。回転軸は、ケーシング内部に配置され、軸受により回転可能に支持される。ケーシングの吸込口から吸い込まれた液体は、羽根車の回転により昇圧され、ケーシングの吐出口から吐出される。即ち、ポンプ内部の流路においては、高圧の領域と低圧の領域とが形成され、高圧領域から低圧領域へと流体が流れる。ここで、ケーシング(固定部)と回転軸(回転部)との僅かな隙間において、高圧の領域からこの隙間を介して低圧の領域へと流体が移動(漏洩)すると、ポンプ効率が低下する。このため、ケーシングと回転軸との隙間は非接触環状シールによりシールされる。これにより、昇圧された液体が低圧側へ漏洩することが抑制される。 Rotating machines that transfer liquids (hereinafter referred to as "pumps") are widely used in plants or equipment for the purpose of power generation, chemical processes, sewerage, water supply, and the like. The pump has a casing and a rotating shaft equipped with an impeller. The rotating shaft is arranged inside the casing and is rotatably supported by bearings. The liquid sucked from the suction port of the casing is boosted by the rotation of the impeller and discharged from the discharge port of the casing. That is, in the flow path inside the pump, a high pressure region and a low pressure region are formed, and the fluid flows from the high pressure region to the low pressure region. Here, if the fluid moves (leaks) from the high-pressure region to the low-pressure region through this gap in a slight gap between the casing (fixed portion) and the rotating shaft (rotating portion), the pump efficiency decreases. Therefore, the gap between the casing and the rotating shaft is sealed by the non-contact annular seal. This prevents the pressurized liquid from leaking to the low pressure side.

例えば、図1に示す典型的な多段遠心ポンプ(JISハンドブック ポンプ 第1版 第74頁から引用)では、非接触環状シールは、図中丸で囲まれた部位に用いられる。即ち、羽根車の入口部、前段の羽根車と後段の羽根車との間、最後段の羽根車出口部と低圧側(ポンプ入口圧力)との間等に用いられる。特に、羽根車出口部と低圧側との間は差圧が大きく、流体の漏洩が大きいので、この部分における流体の漏洩はポンプ性能に与える影響が大きい。このため、流体の漏洩量を減らすことができる様々な構造の非接触環状シールが知られている。 For example, in the typical multi-stage centrifugal pump shown in FIG. 1 (quoted from JIS Handbook Pump 1st Edition, page 74), the non-contact annular seal is used in the circled part in the figure. That is, it is used at the inlet of the impeller, between the impeller of the front stage and the impeller of the rear stage, between the outlet of the impeller at the last stage and the low pressure side (pump inlet pressure), and the like. In particular, since the differential pressure between the impeller outlet portion and the low pressure side is large and the fluid leakage is large, the fluid leakage in this portion has a large effect on the pump performance. For this reason, non-contact annular seals having various structures that can reduce the amount of fluid leakage are known.

最も基本的な非接触環状シールとしては、平滑シールが知られている。平滑シールは、平滑な面を有する円筒を二重に配置して形成されたシールである。平滑シールのような非接触環状シールの漏れ量を低減するためには、非接触環状シールの回転側と静止側の径方向の隙間を小さくすることが効果的である。しかしながら、回転軸の振動やたわみ等の実用上の問題から、径方向の隙間を極端に小さくすることはできない。このため、径方向の隙間を小さくすることなく漏れ量を低減する非接触環状シールが必要とされる。このような非接触環状シールとして、平行溝シール、ダンパーシール、ネジ溝シール等が知られている。以下、従来の非接触環状シールの例を説明する。 A smooth seal is known as the most basic non-contact annular seal. A smooth seal is a seal formed by arranging double cylinders having a smooth surface. In order to reduce the amount of leakage of the non-contact annular seal such as the smooth seal, it is effective to reduce the radial gap between the rotating side and the stationary side of the non-contact annular seal. However, due to practical problems such as vibration and deflection of the rotating shaft, the radial gap cannot be made extremely small. Therefore, a non-contact annular seal that reduces the amount of leakage without reducing the radial gap is required. As such non-contact annular seals, parallel groove seals, damper seals, thread groove seals and the like are known. Hereinafter, an example of the conventional non-contact annular seal will be described.

図18は、従来の平行溝シールの部分断面図である。図18においては、固定体131を断面図で示し、回転軸121を側面図で示している。平行溝シール111は、外周面が平滑な回転体である回転軸121と、回転軸121と対向する面に同心円状の溝141が複数設けられた固定体131とを有する。この平行溝シール111は、回転軸121と固定体131との隙間を流れる流体が溝141を通過する際に発生する渦によるエネルギー損失や、流路の急拡大及び急縮小により発生する圧力損失等により、流体の漏洩量(移動量)を低減することができる。 FIG. 18 is a partial cross-sectional view of a conventional parallel groove seal. In FIG. 18, the fixed body 131 is shown in a cross-sectional view, and the rotating shaft 121 is shown in a side view. The parallel groove seal 111 has a rotating shaft 121 having a smooth outer peripheral surface, and a fixed body 131 having a plurality of concentric grooves 141 on the surface facing the rotating shaft 121. The parallel groove seal 111 includes energy loss due to a vortex generated when a fluid flowing in a gap between a rotating shaft 121 and a fixed body 131 passes through a groove 141, pressure loss generated due to rapid expansion and contraction of a flow path, and the like. Therefore, the amount of fluid leakage (movement amount) can be reduced.

図19及び図20は、従来のダンパーシールの部分断面図である。図19はダンパー構造としてハニカムパターンを採用したダンパーシールを示す。図19においては、固定体132を断面図で示し、回転軸122を側面図で示している。ダンパーシール112は、外周面が平滑な回転体である回転軸122と、回転軸122と対向する面に複数の凹部142が設けられた固定体132とを有する。図示の例では、凹部142として六角形状のハニカムパターンが用いられている。このダンパーシール112は、回転軸122と固定体132との隙間を流れる流体が凹部142を流れる際に発生する流体の圧力損失により、流体の漏洩量を低減することができる。 19 and 20 are partial cross-sectional views of a conventional damper seal. FIG. 19 shows a damper seal that employs a honeycomb pattern as a damper structure. In FIG. 19, the fixed body 132 is shown in cross section, and the rotating shaft 122 is shown in side view. The damper seal 112 has a rotating shaft 122 having a smooth outer peripheral surface, and a fixed body 132 having a plurality of recesses 142 provided on a surface facing the rotating shaft 122. In the illustrated example, a hexagonal honeycomb pattern is used as the recess 142. The damper seal 112 can reduce the amount of fluid leakage due to the pressure loss of the fluid generated when the fluid flowing in the gap between the rotating shaft 122 and the fixed body 132 flows through the recess 142.

図20はダンパー構造としてホールパターンを採用したダンパーシールを示す。図20においては、固定体133を断面図で示し、回転軸123を側面図で示している。このダンパーシール113は、外周面が平滑な回転体である回転軸123と、回転軸123と対向する面に複数の凹部143が設けられた固定体133とを有する。図示の例では、凹部143として円形凹状のホールパターンが用いられている。このダンパーシール113は、回転軸123と固定体133との隙間を流れる流体が凹部143を流れる際に発生する流体の圧力損失により、流体の漏洩量を低減することができる。 FIG. 20 shows a damper seal that employs a hole pattern as a damper structure. In FIG. 20, the fixed body 133 is shown in a cross-sectional view, and the rotating shaft 123 is shown in a side view. The damper seal 113 has a rotating shaft 123 having a smooth outer peripheral surface, and a fixed body 133 having a plurality of recesses 143 on the surface facing the rotating shaft 123. In the illustrated example, a circular concave hole pattern is used as the recess 143. The damper seal 113 can reduce the amount of fluid leakage due to the pressure loss of the fluid generated when the fluid flowing in the gap between the rotating shaft 123 and the fixed body 133 flows through the recess 143.

図21は、従来のネジ溝シールの部分断面図である。図21においては、固定体134を断面図で示し、回転軸124を側面図で示している。ネジ溝シール114は、内周面が平滑な円筒状の固定体134と、固定体134と対向する面にネジ溝144が形成された回転軸124とを有する。ネジ溝シール114は、回転軸124が回転すると、回転方向に応じてポンピング効果により流体を高圧側に押し戻し、漏洩量を低減させる効果がある。ネジ溝144はシール入口側(高圧側)からシール出口側(低圧側)までの連続した溝である。ネジ溝シール114の入口側と出口側との圧力差が大きい場合は圧力差による漏れ流れが大きくなるので、リード角を小さくした方が漏れ量を小さくできる場合が多い。 FIG. 21 is a partial cross-sectional view of a conventional thread groove seal. In FIG. 21, the fixed body 134 is shown in a cross-sectional view, and the rotating shaft 124 is shown in a side view. The thread groove seal 114 has a cylindrical fixed body 134 having a smooth inner peripheral surface, and a rotating shaft 124 having a thread groove 144 formed on a surface facing the fixed body 134. When the rotating shaft 124 rotates, the thread groove seal 114 has an effect of pushing the fluid back to the high pressure side by a pumping effect according to the rotation direction and reducing the amount of leakage. The screw groove 144 is a continuous groove from the seal inlet side (high pressure side) to the seal outlet side (low pressure side). When the pressure difference between the inlet side and the outlet side of the thread groove seal 114 is large, the leakage flow due to the pressure difference becomes large. Therefore, it is often possible to reduce the leakage amount by reducing the lead angle.

なお、ターボ分子ポンプ等の流体機械に用いられる非接触環状シールが、実開昭62−98798号公報(特許文献1)等に開示されている。 A non-contact annular seal used in a fluid machine such as a turbo molecular pump is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-98798 (Patent Document 1) and the like.

実開昭62−98798号公報Jikkai Sho 62-98798

ところで、非接触環状シールでは、シール内部を通過する流体が回転軸の外周を旋回することにより、回転軸に不安定振動(自励振動とも呼ばれる)が発生し、回転軸に異常な振動状態が生じる場合がある。この不安定振動の発生のし難さが非接触環状シールの重要な特性の一つとなっている。この不安定振動は、シール内部の回転軸の周方向の旋回流が大きいほど発生し易くなることがわかっている。 By the way, in the non-contact annular seal, the fluid passing through the inside of the seal swirls around the outer circumference of the rotating shaft, so that unstable vibration (also called self-excited vibration) is generated in the rotating shaft, and an abnormal vibration state occurs in the rotating shaft. May occur. The difficulty of generating this unstable vibration is one of the important characteristics of the non-contact annular seal. It is known that this unstable vibration is more likely to occur as the swirling flow in the circumferential direction of the rotating shaft inside the seal is larger.

ネジ溝シールの場合、固定体に適切な溝を設けることで、回転軸の回転に伴うシール内部の流体の旋回流を低減させることができる。このため、固定体にネジ溝を有するネジ溝シールは、不安定振動を抑制する手段としてしばしば用いられる。この固定体に設けられるネジ溝による不安定振動を抑制する作用はネジ溝のリード角が大きいほど顕著であることが分かった。しかしながら、上述したように、ネジ溝のリード角を大きくすると漏れ量が大きくなることが多く、不安定振動を抑制する作用と漏れ量を低減する作用はトレードオフの関係にあるということができる。したがって、漏れ量を低減することと不安定振動を抑制することとを高いレベルで両立させることは困難であった。 In the case of a thread groove seal, by providing an appropriate groove in the fixed body, it is possible to reduce the swirling flow of the fluid inside the seal due to the rotation of the rotating shaft. For this reason, a thread groove seal having a thread groove on the fixed body is often used as a means for suppressing unstable vibration. It was found that the effect of suppressing unstable vibration due to the screw groove provided on the fixed body becomes more remarkable as the lead angle of the screw groove becomes larger. However, as described above, when the lead angle of the screw groove is increased, the amount of leakage often increases, and it can be said that there is a trade-off relationship between the effect of suppressing unstable vibration and the effect of reducing the amount of leakage. Therefore, it has been difficult to achieve both reduction of leakage amount and suppression of unstable vibration at a high level.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、回転軸の周方向の旋回流に起因する不安定振動の抑制効果の向上を図りつつ、シール内部を通過する流体の漏れ量の増加を抑制することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and one of the purposes thereof is to improve the effect of suppressing unstable vibration caused by a swirling flow in the circumferential direction of the rotating shaft, and to improve the inside of the seal. It is to suppress the increase in the amount of leakage of the fluid passing through.

また、本発明の他の目的の一つは、羽根車を取付けた回転軸を回転させ、流体を移送する回転機械において、羽根車によって昇圧された流体が低圧側に漏れることを低減してポンプ効率を上げつつ、シール内部を通過する流体による不安定振動を抑制することである。 Another object of the present invention is to reduce leakage of the fluid boosted by the impeller to the low pressure side in a rotary machine that rotates a rotating shaft to which an impeller is attached and transfers the fluid. This is to suppress unstable vibration caused by the fluid passing through the inside of the seal while increasing the efficiency.

本発明者らは、上記問題点に対して鋭意検討した結果、以下の知見を得た。即ち、ネジ溝のリード角が比較的大きいネジ溝シールにおいては、低圧側(シール出口側)における不安定振動を抑制する作用よりも、高圧側(シール入口側)における不安定振動を抑制する作用が大きいことが分かった。また、ネジ溝のリード角が比較的小さいネジ溝シールは、その低圧側と高圧側とで、ほぼ同等の漏れ量を低減する効果を有することが分かった。 As a result of diligent studies on the above problems, the present inventors have obtained the following findings. That is, in a thread groove seal having a relatively large lead angle of the thread groove, an action of suppressing unstable vibration on the high pressure side (seal inlet side) rather than an action of suppressing unstable vibration on the low pressure side (seal outlet side). Turned out to be large. Further, it was found that the thread groove seal having a relatively small lead angle of the thread groove has almost the same effect of reducing the amount of leakage on the low pressure side and the high pressure side.

本発明は、上記知見に基づきなされた。本発明の一形態によれば、回転機械の回転部に設けられる回転体と、前記回転機械の固定部に設けられる固定体と、を有し、前記回転体と前記固定体との隙間を流れる流体をシールするように構成された非接触環状シールが提供される。この非接触環状シールは、前記隙間を形成する前記回転体の表面及び前記固定体の表面の少なくとも一方に設けられるネジ溝を有し、前記ネジ溝は、前記回転体の軸方向に直交する平面に対する前記ネジ溝のリード角を画定し、シール入口側の前記ネジ溝の前記リード角は、シール出口側の前記ネジ溝の前記リード角よりも大きい。これによれば、不安定化振動を抑制する作用が大きい高圧側(シール入口側)においては、ネジ溝のリード角が相対的に大きくされるので、不安定化振動を抑制する作用を向上させることができる。また、低圧側(シール出口側)においては、ネジ溝のリード角が相対的に小さくされるので、シールを通過する流体の漏れ量の増加を抑制することができる。したがって、本発明の一形態によれば、非接触環状シールの不安定振動を抑制する効果と高い軸封性能とを両立することができる。 The present invention has been made based on the above findings. According to one embodiment of the present invention, it has a rotating body provided in a rotating portion of a rotating machine and a fixed body provided in a fixed portion of the rotating machine, and flows through a gap between the rotating body and the fixed body. A non-contact annular seal configured to seal the fluid is provided. The non-contact annular seal has a screw groove provided on at least one of the surface of the rotating body and the surface of the fixed body forming the gap, and the screw groove is a plane orthogonal to the axial direction of the rotating body. The lead angle of the screw groove is defined with respect to the above, and the lead angle of the screw groove on the seal inlet side is larger than the lead angle of the screw groove on the seal outlet side. According to this, on the high pressure side (seal inlet side), which has a large effect of suppressing destabilizing vibration, the lead angle of the screw groove is relatively large, so that the effect of suppressing destabilizing vibration is improved. be able to. Further, on the low pressure side (seal outlet side), the lead angle of the screw groove is relatively small, so that an increase in the amount of fluid leaking through the seal can be suppressed. Therefore, according to one embodiment of the present invention, it is possible to achieve both the effect of suppressing unstable vibration of the non-contact annular seal and the high shaft sealing performance.

本発明の他の一形態によれば、上記非接触環状シールの一形態において、前記ネジ溝は、前記ネジ溝のリード角がシール入口側からシール出口側に向かって段階的に小さくなるように形成される。これによれば、上記非接触環状シールは、リード角の異なるネジ溝を有する複数の非接触環状シールを互いに接合することで製造され得る。このため、上記非接触環状シールは、例えば、従来から存在する非接触環状シールを利用する等して、容易に製造することができる。 According to another aspect of the present invention, in one form of the non-contact annular seal, the thread groove is formed so that the lead angle of the thread groove gradually decreases from the seal inlet side to the seal outlet side. It is formed. According to this, the non-contact annular seal can be manufactured by joining a plurality of non-contact annular seals having screw grooves having different lead angles to each other. Therefore, the non-contact annular seal can be easily manufactured, for example, by using a conventional non-contact annular seal.

本発明の他の一形態によれば、上記非接触環状シールの一形態において、前記ネジ溝は、前記ネジ溝のリード角がシール入口側からシール出口側に向かって連続的に小さくなるように形成される。これによれば、ネジ溝のリード角を、軸方向位置に応じて適切な角度に細かく設定することができる。ひいては、非接触環状シールの不安定振動を抑制する効果と軸封性能とより向上させることができる。 According to another aspect of the present invention, in one form of the non-contact annular seal, the thread groove has a lead angle of the thread groove continuously reduced from the seal inlet side to the seal outlet side. It is formed. According to this, the lead angle of the screw groove can be finely set to an appropriate angle according to the axial position. As a result, the effect of suppressing unstable vibration of the non-contact annular seal and the shaft sealing performance can be further improved.

本発明の他の一形態によれば、上記非接触環状シールの一形態において、シール入口側の前記ネジ溝の深さは、シール出口側の前記ネジ溝の深さよりも大きい。非接触環状シールにおいて所定の条数を有するネジ溝のリード角を大きくした場合、ネジ溝の幅を大きくせざるを得ず、ネジ溝の断面積の総和が大きくなる。また、所定の幅を有するネジ溝のリード角を大きくした場合は、条数を増加せざるを得ず、ネジ溝の断面積の総和が大きくなる。ネジ溝の断面積の総和が大きくなると、流体がシール間を流れやすくなる。本発明の一形態によれば、非接触環状シールのネジ溝の断面積の総和を小さくすることができるので、シール間を通過する流体の漏れ量をさらに低減することができる。 According to another aspect of the present invention, in one form of the non-contact annular seal, the depth of the thread groove on the seal inlet side is larger than the depth of the thread groove on the seal outlet side. When the lead angle of the screw groove having a predetermined number of threads is increased in the non-contact annular seal, the width of the screw groove must be increased, and the total cross-sectional area of the screw groove becomes large. Further, when the lead angle of the screw groove having a predetermined width is increased, the number of threads must be increased, and the total cross-sectional area of the screw groove becomes large. The larger the sum of the cross-sectional areas of the threads, the easier it is for fluid to flow between the seals. According to one embodiment of the present invention, the total cross-sectional area of the threaded grooves of the non-contact annular seal can be reduced, so that the amount of fluid leaking between the seals can be further reduced.

本発明の他の一形態によれば、上記非接触環状シールの一形態において、前記ネジ溝は、少なくとも前記固定体の前記表面に形成される。ネジ溝が少なくとも固定体の表面に形成されることにより、不安定振動を抑制する作用を向上させつつ、漏れ量の増加を抑制することができる。ところで、非接触環状シールの回転体にもネジ溝を設けた場合、回転体の回転により流体を高圧側に押し戻すポンピング効果が増加する。一方で、回転体の回転により、回転体の周囲の流体が旋回し、不安定振動が助長される可能性がある。ここで、固定体の表面に上記ネジ溝が形成されていれば、回転体の表面にネジ溝が形成されていても、回転体の回転により生じる流体の旋回を固定体の表面のネジ溝により抑制することができる。また、この場合、回転体の表面に形成されたネジ溝によるポンピング効果により、一層流体の漏れ量を低減することができる。したがって、固定体と回転体の両方に上記ネジ溝が形成されている場合は、不安定振動を抑制しつつ、漏れ量を一層抑制することができる。 According to another aspect of the present invention, in one form of the non-contact annular seal, the thread groove is formed at least on the surface of the fixed body. By forming the screw groove at least on the surface of the fixed body, it is possible to suppress an increase in the amount of leakage while improving the action of suppressing unstable vibration. By the way, when the rotating body of the non-contact annular seal is also provided with the screw groove, the pumping effect of pushing the fluid back to the high pressure side by the rotation of the rotating body increases. On the other hand, the rotation of the rotating body may cause the fluid around the rotating body to swirl and promote unstable vibration. Here, if the screw groove is formed on the surface of the fixed body, even if the screw groove is formed on the surface of the rotating body, the swirl of the fluid generated by the rotation of the rotating body is caused by the screw groove on the surface of the fixed body. It can be suppressed. Further, in this case, the amount of fluid leakage can be further reduced due to the pumping effect of the screw groove formed on the surface of the rotating body. Therefore, when the screw groove is formed on both the fixed body and the rotating body, the amount of leakage can be further suppressed while suppressing unstable vibration.

本発明の他の一形態によれば、回転機械が提供される。この回転機械は、電動機と、前記電動機と連結されて回転可能に構成される主軸と、前記主軸に嵌合され、該主軸とともに回転可能に構成される羽根車と、前記羽根車を収容するケーシングと、前記ケーシングに取り付けられ、前記主軸を回転可能に支持する軸受と、を備え、前記主軸は回転部を有し、前記ケーシングは固定部を有し、前記回転部及び前記固定部は、上記非接触環状シールを有する。 According to another embodiment of the present invention, a rotating machine is provided. This rotating machine includes an electric motor, a spindle connected to the electric motor and configured to be rotatable, an impeller fitted to the spindle and configured to be rotatable together with the spindle, and a casing accommodating the impeller. And a bearing that is attached to the casing and rotatably supports the spindle, the spindle has a rotating portion, the casing has a fixing portion, and the rotating portion and the fixing portion are described above. Has a non-contact annular seal.

本発明の一つによれば、回転軸の周方向の旋回流に起因する不安定振動の抑制効果の向上を図りつつ、シール内部を通過する流体の漏れ量の増加を抑制することができる。 According to one of the present inventions, it is possible to suppress an increase in the amount of fluid leaking through the inside of the seal while improving the effect of suppressing unstable vibration caused by a swirling flow in the circumferential direction of the rotating shaft.

また、本発明の一つによれば、羽根車を取付けた回転軸を回転させ、流体を移送する回転機械において、羽根車によって昇圧された流体が低圧側に漏れることを低減してポンプ効率を上げつつ、シール内部を通過する流体による不安定振動を抑制することができる。 Further, according to one of the present inventions, in a rotating machine that rotates a rotating shaft to which an impeller is attached and transfers a fluid, the fluid boosted by the impeller is reduced from leaking to the low pressure side to improve pump efficiency. While raising it, unstable vibration due to the fluid passing inside the seal can be suppressed.

本実施形態に係る非接触環状シールを適用することができる高圧ポンプの断面図を示す。A cross-sectional view of a high-pressure pump to which the non-contact annular seal according to the present embodiment can be applied is shown. 図1に示した高圧ポンプの1段目羽根車の拡大断面図である。It is an enlarged sectional view of the 1st stage impeller of the high pressure pump shown in FIG. 図2に示した非接触環状シールに適用可能な本実施形態の非接触環状シールを示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the non-contact annular seal of this embodiment applicable to the non-contact annular seal shown in FIG. 固定体に形成されるネジ溝の断面形状の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the cross-sectional shape of the screw groove formed in a fixed body. 固定体に形成されるネジ溝の断面形状の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the cross-sectional shape of the screw groove formed in a fixed body. 固定体に形成されるネジ溝の断面形状の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the cross-sectional shape of the screw groove formed in a fixed body. 図3に示した固定体の、中心軸を含む平面で切断した場合の断面図である。It is sectional drawing of the fixed body shown in FIG. 3 when cut in a plane including a central axis. 図3に示した非接触環状シールに使用される固定体の他の例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of a fixed body used for the non-contact annular seal shown in FIG. 図3に示した非接触環状シールに使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal shown in FIG. 図3に示した非接触環状シールに使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal shown in FIG. 図3に示した非接触環状シールに使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal shown in FIG. 図3に示した非接触環状シールに使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal shown in FIG. 図3に示した非接触環状シールに使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal shown in FIG. 図3に示した非接触環状シールに使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal shown in FIG. 図2に示した非接触環状シールに適用可能な他の実施形態の非接触環状シールを示す部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a non-contact annular seal of another embodiment applicable to the non-contact annular seal shown in FIG. 図2に示した非接触環状シールに適用可能な他の実施形態の非接触環状シールを示す部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a non-contact annular seal of another embodiment applicable to the non-contact annular seal shown in FIG. 図2に示した非接触環状シールに適用可能な他の実施形態の非接触環状シールを示す部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a non-contact annular seal of another embodiment applicable to the non-contact annular seal shown in FIG. 図2に示した非接触環状シールに適用可能な他の実施形態の非接触環状シールを示す部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a non-contact annular seal of another embodiment applicable to the non-contact annular seal shown in FIG. 評価試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the evaluation test. 従来の平行溝シールの部分断面図である。It is a partial sectional view of the conventional parallel groove seal. 従来のダンパーシールの部分断面図である。It is a partial cross-sectional view of the conventional damper seal. 従来のダンパーシールの部分断面図である。It is a partial cross-sectional view of the conventional damper seal. 従来のネジ溝シールの部分断面図である。It is a partial sectional view of the conventional screw groove seal.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、以下で説明する実施形態では、本発明の回転機械の一例として高圧ポンプが説明される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings described below, the same or corresponding components are designated by the same reference numerals and duplicate description will be omitted. In the embodiments described below, a high-pressure pump will be described as an example of the rotary machine of the present invention.

図1は、本実施形態に係る非接触環状シールを適用することができる高圧ポンプ(多段遠心ポンプ)の断面図を示す。この高圧ポンプ1は、図示しない電動機に連結されて回転する主軸11と、主軸11に嵌合された羽根車21a,21b,21cと、羽根車21a,21b,21cを収容するケーシング31と、ケーシング31に取り付けられた軸受45a,45bとを備える。軸受45a,45bは、主軸11を回転可能に支持する。高圧ポンプ1を回転駆動するための図示しない電動機は、主軸11の左端に嵌合されたカップリング13を介して主軸11に連結される。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of a high-pressure pump (multistage centrifugal pump) to which the non-contact annular seal according to the present embodiment can be applied. The high-pressure pump 1 includes a spindle 11 that rotates by being connected to an electric motor (not shown), impellers 21a, 21b, 21c fitted to the spindle 11, a casing 31 that houses the impellers 21a, 21b, 21c, and a casing. The bearings 45a and 45b attached to the 31 are provided. The bearings 45a and 45b rotatably support the spindle 11. An electric motor (not shown) for rotationally driving the high-pressure pump 1 is connected to the spindle 11 via a coupling 13 fitted to the left end of the spindle 11.

ケーシング31は水等の非圧縮性流体(以下、単に流体という)を外部から吸い込むための吸込口33と、吸い込んだ流体を吐出するための吐出口37を有する。主軸11に嵌合された1段目羽根車21aは、主軸11の回転に伴って回転し、吸込口33から流体をケーシング31内に吸い込む。1段目羽根車21aにより吸い込まれ、昇圧された流体は、第1流路35aを通過し、2段目羽根車21bへ到達する。2段目羽根車21bによって昇圧された流体は、第2流路35bを通過し、3段目羽根車21cへ到達する。流体は、3段目羽根車21cでさらに昇圧され、吐出口37より吐出され、図示しない配管を通じて移送される。即ち、流体は、1段目羽根車21a、2段目羽根車21b、及び3段目羽根車21cによって昇圧される。 The casing 31 has a suction port 33 for sucking an incompressible fluid such as water (hereinafter, simply referred to as a fluid) from the outside, and a discharge port 37 for discharging the sucked fluid. The first-stage impeller 21a fitted to the spindle 11 rotates with the rotation of the spindle 11, and sucks the fluid into the casing 31 from the suction port 33. The fluid sucked by the first-stage impeller 21a and boosted passes through the first flow path 35a and reaches the second-stage impeller 21b. The fluid boosted by the second stage impeller 21b passes through the second flow path 35b and reaches the third stage impeller 21c. The fluid is further boosted by the third stage impeller 21c, discharged from the discharge port 37, and transferred through a pipe (not shown). That is, the fluid is boosted by the first-stage impeller 21a, the second-stage impeller 21b, and the third-stage impeller 21c.

流体には、各羽根車21a,21b,21cの吸込側と吐出側との間に圧力差が生じる。即ち、吸込側が低圧側になり、吐出側が高圧側になる。この圧力差が生じると、僅かな隙間を通じて、高圧側の流体の一部は低圧側へ漏洩する。本実施形態の非接触環状シールは、その漏洩を低減する。図1に示した高圧ポンプ1では、円で囲んだ部位に本実施形態の非接触環状シールが設けられる。図1に示した高圧ポンプ1は多段遠心ポンプであるので、流体の圧力が単段遠心ポンプに比べて高くなり、流体の漏洩量は必然的に多くなる。漏洩量が多ければ、ポンプ効率は低下する。 In the fluid, a pressure difference is generated between the suction side and the discharge side of each impeller 21a, 21b, 21c. That is, the suction side is the low pressure side, and the discharge side is the high pressure side. When this pressure difference occurs, a part of the fluid on the high pressure side leaks to the low pressure side through a slight gap. The non-contact annular seal of the present embodiment reduces its leakage. In the high-pressure pump 1 shown in FIG. 1, the non-contact annular seal of the present embodiment is provided at a portion surrounded by a circle. Since the high-pressure pump 1 shown in FIG. 1 is a multi-stage centrifugal pump, the pressure of the fluid is higher than that of the single-stage centrifugal pump, and the amount of fluid leakage is inevitably large. If the amount of leakage is large, the pump efficiency will decrease.

図2は、図1に示した高圧ポンプ1の1段目羽根車21aの拡大断面図である。図示のように、1段目羽根車21aは流体を吸い込む吸込口23と、流体を吐出する吐出口25とを有する。ここで、流体の圧力は、吸込口23側が低圧になり、吐出口25側が高圧となる。即ち、吸込口23は低圧部36であり、吐出口25は高圧部38である。ここで、高圧ポンプ1における流体の漏洩箇所は主に、吸込口23の外周面とケーシング31aとの対向部位Xと、羽根車21aの背面の外周面とケーシング31bとの対向部位Yである。これら各対向部位X,Yに形成される隙間に、本実施形態に係る非接触環状シール41,43が設けられる。 FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the first stage impeller 21a of the high pressure pump 1 shown in FIG. As shown in the figure, the first-stage impeller 21a has a suction port 23 for sucking the fluid and a discharge port 25 for discharging the fluid. Here, the pressure of the fluid is low on the suction port 23 side and high on the discharge port 25 side. That is, the suction port 23 is the low pressure portion 36, and the discharge port 25 is the high pressure portion 38. Here, the fluid leakage points in the high-pressure pump 1 are mainly the facing portion X between the outer peripheral surface of the suction port 23 and the casing 31a, and the facing portion Y between the outer peripheral surface on the back surface of the impeller 21a and the casing 31b. The non-contact annular seals 41 and 43 according to the present embodiment are provided in the gaps formed in the opposing portions X and Y.

非接触環状シール41,43は、高圧ポンプ1の回転部である羽根車21aに設けられる回転体41a,43aと、固定部であるケーシング31a,31bに設けられる固定体41b,43bと、を有する。なお、図示の例では回転体41a,43aが羽根車21aとは別の部材として設けられているが、回転体41a,43aは羽根車21aと一体に形成されていてもよい。同様に、図示の例では固定体41b,43bがケーシング31a,31bとは別の部材として設けられているが、固定体41b,43bはケーシング31a,31bと一体に形成されていてもよい。 The non-contact annular seals 41, 43 have rotating bodies 41a, 43a provided on the impeller 21a, which is a rotating portion of the high-pressure pump 1, and fixed bodies 41b, 43b provided on casings 31a, 31b, which are fixing portions. .. In the illustrated example, the rotating bodies 41a and 43a are provided as members separate from the impeller 21a, but the rotating bodies 41a and 43a may be formed integrally with the impeller 21a. Similarly, in the illustrated example, the fixed bodies 41b and 43b are provided as members separate from the casings 31a and 31b, but the fixed bodies 41b and 43b may be integrally formed with the casings 31a and 31b.

図3は、図2に示した非接触環状シール41,43に適用可能な本実施形態の非接触環状シールを示す部分断面図である。図3においては、固定体71を断面図で示し、回転体61を側面図で示している。 FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the non-contact annular seal of the present embodiment applicable to the non-contact annular seals 41 and 43 shown in FIG. In FIG. 3, the fixed body 71 is shown in a cross-sectional view, and the rotating body 61 is shown in a side view.

図示のように、本実施形態の非接触環状シール51は、図2に示した回転部である羽根車21aに設けられる回転体61と、図2に示した固定部であるケーシング31a,31bに設けられる固定体71とを備える。回転体61は、羽根車21aとともに回転可能に構成される。回転体61は、中心軸151を中心として所定の方向に回転する。なお、中心軸151は、例えば、図1及び図2に示した主軸11の軸心と一致する。 As shown, the non-contact annular seal 51 of the present embodiment is attached to the rotating body 61 provided on the impeller 21a which is the rotating portion shown in FIG. 2 and the casings 31a and 31b which are the fixing portions shown in FIG. It is provided with a fixed body 71 provided. The rotating body 61 is configured to be rotatable together with the impeller 21a. The rotating body 61 rotates in a predetermined direction about the central axis 151. The central axis 151 coincides with, for example, the axial center of the main axis 11 shown in FIGS. 1 and 2.

また、固定体71は、その内表面にらせん状に形成されたネジ溝81を備える。即ち、本実施形態の非接触環状シール51はネジ溝シールである。固定体71は略円筒状に形成される。回転体61は、固定体71の内径よりも小さい外径を有する略円筒状の部材である。回転体61は、固定体71の内面に対して所定の隙間を有するように、固定体71の内部に配置される。 Further, the fixed body 71 is provided with a screw groove 81 formed in a spiral shape on the inner surface thereof. That is, the non-contact annular seal 51 of this embodiment is a thread groove seal. The fixed body 71 is formed in a substantially cylindrical shape. The rotating body 61 is a substantially cylindrical member having an outer diameter smaller than the inner diameter of the fixed body 71. The rotating body 61 is arranged inside the fixed body 71 so as to have a predetermined gap with respect to the inner surface of the fixed body 71.

非接触環状シール51が図1に示した高圧ポンプ1に適用されるとき、流体は、固定体71と回転体61との隙間を、高圧側155(シール入口側)から低圧側156(シール出口側)に向かって、即ち図中矢印Aの方向に向かって漏洩する。 When the non-contact annular seal 51 is applied to the high pressure pump 1 shown in FIG. 1, the fluid makes a gap between the fixed body 71 and the rotating body 61 from the high pressure side 155 (seal inlet side) to the low pressure side 156 (seal outlet). It leaks toward the side), that is, toward the arrow A in the figure.

図3に示すように、固定体71に形成されるネジ溝81の断面形状は略矩形である。しかしながら、これに限らず、図4Aに示すようにネジ溝81の断面形状は略三角形であってもよい。また、図4Bに示すように、ネジ溝81の断面形状は略U字形であってもよい。さらに、図4Cに示すように、ネジ溝81の断面形状は略半円形であってもよい。なお、ネジ溝81の断面形状としては、図3及び図4A−4Cに示した断面形状以外の任意の断面形状を採用することもできる。 As shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of the screw groove 81 formed in the fixed body 71 is substantially rectangular. However, the cross-sectional shape of the screw groove 81 may be substantially triangular as shown in FIG. 4A. Further, as shown in FIG. 4B, the cross-sectional shape of the screw groove 81 may be substantially U-shaped. Further, as shown in FIG. 4C, the cross-sectional shape of the screw groove 81 may be substantially semicircular. As the cross-sectional shape of the screw groove 81, any cross-sectional shape other than the cross-sectional shape shown in FIGS. 3 and 4A-4C can be adopted.

上述したように、本発明者らは、鋭意検討により以下の知見を得た。即ち、ネジ溝のリード角が比較的大きいネジ溝シールにおいては、低圧側(シール出口側)における不安定振動を抑制する作用よりも、高圧側(シール入口側)における不安定振動を抑制する作用が大きいことが分かった。また、ネジ溝のリード角が比較的小さいネジ溝シールは、その低圧側と高圧側とで、ほぼ同等の漏れ量を低減する効果を有することが分かった。 As described above, the present inventors have obtained the following findings through diligent studies. That is, in a thread groove seal having a relatively large lead angle of the thread groove, an action of suppressing unstable vibration on the high pressure side (seal inlet side) rather than an action of suppressing unstable vibration on the low pressure side (seal outlet side). Turned out to be large. Further, it was found that the thread groove seal having a relatively small lead angle of the thread groove has almost the same effect of reducing the amount of leakage on the low pressure side and the high pressure side.

このため、図3に示した本実施形態に係る非接触環状シール51では、高圧側155(シール入口側)のネジ溝81のリード角が、低圧側156(シール出口側)のネジ溝81のリード角よりも大きくなるように、ネジ溝81が形成される。即ち、本実施形態に係る非接触環状シール51では、高圧側におけるネジ溝81により不安定振動を効率よく抑制し、且つ低圧側におけるネジ溝81により漏れ量を低減する。したがって、本実施形態に係る非接触環状シール51は、不安定振動を抑制する効果と高い軸封性能とを両立することができる。 Therefore, in the non-contact annular seal 51 according to the present embodiment shown in FIG. 3, the lead angle of the screw groove 81 on the high pressure side 155 (seal inlet side) is set to that of the screw groove 81 on the low pressure side 156 (seal outlet side). The thread groove 81 is formed so as to be larger than the lead angle. That is, in the non-contact annular seal 51 according to the present embodiment, the thread groove 81 on the high pressure side efficiently suppresses unstable vibration, and the screw groove 81 on the low pressure side reduces the amount of leakage. Therefore, the non-contact annular seal 51 according to the present embodiment can achieve both the effect of suppressing unstable vibration and high shaft sealing performance.

図5は、図3に示した固定体71の、中心軸151を含む平面で切断した場合の断面図である。図示のように固定体71は、高圧側155(シール入口側)に位置するネジ溝81Aと、低圧側156(シール出口側)に位置するネジ溝81Cと、ネジ溝81Aとネジ溝81Cとの間に位置するネジ溝81Bとを有する。ここでは、ネジ溝81A,81B,81Cの全体の総称としてネジ溝81と呼ぶ。ネジ溝81A,81B,81Cは、それぞれ、回転体61(図3参照)の軸方向(中心軸151の軸方向)に直交する平面に対するリード角θ1A,θ1B,θ1Cを画定する。また、ネジ溝81A,81B,81Cは、それぞれ、幅W1A,W1B,W1Cを有する。ここで、幅W1A,W1B,W1Cは、ネジ溝81A,81B,81Cの側面の任意の点からの幅方向の最短距離を示す。なお、ネジ溝81A,81B,81Cの深さは全て同一である。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the fixed body 71 shown in FIG. 3 when cut in a plane including the central axis 151. As shown in the figure, the fixed body 71 has a screw groove 81A located on the high pressure side 155 (seal inlet side), a screw groove 81C located on the low pressure side 156 (seal outlet side), and a screw groove 81A and a screw groove 81C. It has a screw groove 81B located between them. Here, the screw groove 81A, 81B, and 81C are collectively referred to as the screw groove 81. The screw grooves 81A, 81B, and 81C define lead angles θ1A, θ1B, and θ1C with respect to a plane orthogonal to the axial direction (axial direction of the central axis 151) of the rotating body 61 (see FIG. 3), respectively. Further, the screw grooves 81A, 81B, and 81C have widths W1A, W1B, and W1C, respectively. Here, the widths W1A, W1B, and W1C indicate the shortest distances in the width direction from arbitrary points on the side surfaces of the screw grooves 81A, 81B, and 81C. The depths of the screw grooves 81A, 81B, and 81C are all the same.

ネジ溝81は、ネジ溝81のリード角が変化する境界部161,162を有する。具体的には、ネジ溝81Aのリード角θ1Aは、境界部161においてネジ溝81Bのリード角θ1Bに変化する。また、ネジ溝81Bのリード角θ1Bは、境界部162においてネジ溝81Cのリード角θ1Cに変化する。境界部161,162は実質的な幅を有していないので、ネジ溝81は、固定体71の表面に連続的に形成される。なお、本実施形態では、境界部161,162は、中心軸151に直交する平面と平行に形成される。しかしながら、この境界部161,162は、平面状又は直線状に形成される場合に限らず、任意の形状であってもよい。また、後述するように、境界部161,162の数は、2つに限らず、1又は3以上であってもよい(図10及び図11参照)。 The thread groove 81 has boundaries 161, 162 in which the lead angle of the thread groove 81 changes. Specifically, the lead angle θ1A of the screw groove 81A changes to the lead angle θ1B of the screw groove 81B at the boundary portion 161. Further, the lead angle θ1B of the screw groove 81B changes to the lead angle θ1C of the screw groove 81C at the boundary portion 162. Since the boundaries 161, 162 do not have a substantial width, the threaded grooves 81 are continuously formed on the surface of the fixed body 71. In the present embodiment, the boundary portions 161, 162 are formed parallel to the plane orthogonal to the central axis 151. However, the boundary portions 161, 162 are not limited to the case where they are formed in a planar shape or a linear shape, and may have any shape. Further, as will be described later, the number of the boundary portions 161, 162 is not limited to two, and may be one or three or more (see FIGS. 10 and 11).

ここで、リード角θ1Aは、リード角θ1Bよりも大きい。また、リード角θ1Bは、リード角θ1Cよりも大きい。したがって、ネジ溝81のリード角は、高圧側155から低圧側156に向かって段階的に小さくなるように形成される。即ち、不安定化振動を抑制する作用が大きい高圧側155においては、ネジ溝81Aのリード角θ1Aが相対的に大きくされるので、不安定化振動を抑制する作用を向上させることができる。また、低圧側156においては、ネジ溝81Bのリード角θ1B及びネジ溝81Cのリード角θ1Cが相対的に小さくされるので、非接触環状シール51を通過する流体の漏れ量の増加を抑制することができる。 Here, the lead angle θ1A is larger than the lead angle θ1B. Further, the lead angle θ1B is larger than the lead angle θ1C. Therefore, the lead angle of the screw groove 81 is formed so as to gradually decrease from the high pressure side 155 to the low pressure side 156. That is, on the high-pressure side 155, which has a large effect of suppressing destabilizing vibration, the lead angle θ1A of the screw groove 81A is relatively large, so that the effect of suppressing destabilizing vibration can be improved. Further, on the low pressure side 156, the lead angle θ1B of the screw groove 81B and the lead angle θ1C of the screw groove 81C are relatively small, so that an increase in the amount of fluid leaking through the non-contact annular seal 51 can be suppressed. Can be done.

また、ネジ溝81は、そのリード角が高圧側155から低圧側156に向かって段階的に小さくなるように形成されるので、この固定体71にネジ溝81を容易に加工することができる。具体的には、ネジ溝81は、固定体71の内周面に、一定幅のネジ溝81A,81B,81Cをそれぞれ加工することで形成することができる。又は、例えばネジ溝81Aを有する固定体と、ネジ溝81Bを有する固定体と、ネジ溝81Cを有する固定体とそれぞれ製造し、これらの固定体を組み合わせることで固定体71を容易に製造することができる。 Further, since the thread groove 81 is formed so that the lead angle thereof gradually decreases from the high pressure side 155 to the low pressure side 156, the screw groove 81 can be easily machined in the fixed body 71. Specifically, the screw groove 81 can be formed by processing screw grooves 81A, 81B, and 81C having a constant width on the inner peripheral surface of the fixed body 71, respectively. Alternatively, for example, a fixed body having a screw groove 81A, a fixed body having a screw groove 81B, and a fixed body having a screw groove 81C are manufactured respectively, and the fixed body 71 can be easily manufactured by combining these fixed bodies. Can be done.

ネジ溝81Aの条数と、ネジ溝81Bの条数と、ネジ溝81Cの条数は、それぞれ同一である。ネジ溝81は、条数が一定の場合、リード角が小さくなるに従って、ネジ溝81の幅が小さくなる。このため、境界部161よりも高圧側155のネジ溝81Aの幅W1Aは、境界部161よりも低圧側156のネジ溝81Bの幅W1Bよりも大きい。また、境界部162よりも高圧側155のネジ溝81Bの幅W1Bは、境界部162よりも低圧側156のネジ溝81Cの幅W1Cよりも大きい。即ち、ネジ溝81の幅は、高圧側155から低圧側156に向かって段階的に小さくなるように形成される。なお、後述するように、ネジ溝81Aの条数と、ネジ溝81Bの条数と、ネジ溝81Cの条数は、それぞれ異なっていてもよい(図7参照)。また、後述するように、幅W1Aと、幅W1Bと、幅W1Cとは、互いに同一の大きさであってもよい(図7参照)。 The number of threads of the screw groove 81A, the number of threads of the screw groove 81B, and the number of threads of the screw groove 81C are the same. When the number of threads of the thread groove 81 is constant, the width of the thread groove 81 decreases as the lead angle decreases. Therefore, the width W1A of the screw groove 81A on the high pressure side 155 of the boundary portion 161 is larger than the width W1B of the screw groove 81B on the low pressure side 156 of the boundary portion 161. Further, the width W1B of the screw groove 81B on the high pressure side 155 of the boundary portion 162 is larger than the width W1C of the screw groove 81C on the low pressure side 156 of the boundary portion 162. That is, the width of the screw groove 81 is formed so as to gradually decrease from the high pressure side 155 to the low pressure side 156. As will be described later, the number of threads of the screw groove 81A, the number of threads of the screw groove 81B, and the number of threads of the screw groove 81C may be different from each other (see FIG. 7). Further, as will be described later, the width W1A, the width W1B, and the width W1C may have the same size (see FIG. 7).

図示のように、境界部161において、高圧側155のネジ溝81Aの断面積は、低圧側156のネジ溝81Bの断面積と同一である。同様に、境界部162において、高圧側155のネジ溝81Bの断面積は、低圧側156のネジ溝81Cの断面積と同一である。なお、後述するように、境界部161,162における高圧側155のネジ溝81の断面積は、低圧側156のネジ溝81の断面積と異なっていてもよい(図7参照)。 As shown in the figure, the cross-sectional area of the thread groove 81A on the high pressure side 155 at the boundary portion 161 is the same as the cross-sectional area of the thread groove 81B on the low pressure side 156. Similarly, at the boundary portion 162, the cross-sectional area of the thread groove 81B on the high pressure side 155 is the same as the cross-sectional area of the thread groove 81C on the low pressure side 156. As will be described later, the cross-sectional area of the thread groove 81 on the high pressure side 155 at the boundary portions 161, 162 may be different from the cross-sectional area of the screw groove 81 on the low pressure side 156 (see FIG. 7).

また、図示のように、境界部161,162において、高圧側155のネジ溝81は、低圧側156のネジ溝81に連続して形成される。言い換えれば、境界部161,162において、高圧側155のネジ溝81の断面が、低圧側156のネジ溝81の断面と一致する。具体的には、境界部161において、高圧側155のネジ溝81Aの断面は、低圧側156のネジ溝81Bの断面と一致する。また、境界部162において、高圧側155のネジ溝81Bの断面は、低圧側156のネジ溝81Cの断面と一致する。これにより、ポンピング効果が境界部161,162におけるネジ溝81によって阻害されることを抑制することができる。なお、後述するように、境界部161,162において、高圧側155のネジ溝81は、低圧側156のネジ溝81に連続しないように形成されてもよい(図6、図7参照)。 Further, as shown in the drawing, at the boundary portions 161, 162, the screw groove 81 on the high pressure side 155 is continuously formed in the screw groove 81 on the low pressure side 156. In other words, at the boundary portions 161, 162, the cross section of the thread groove 81 on the high pressure side 155 coincides with the cross section of the thread groove 81 on the low pressure side 156. Specifically, at the boundary portion 161, the cross section of the thread groove 81A on the high pressure side 155 coincides with the cross section of the thread groove 81B on the low pressure side 156. Further, at the boundary portion 162, the cross section of the thread groove 81B on the high pressure side 155 coincides with the cross section of the screw groove 81C on the low pressure side 156. As a result, it is possible to prevent the pumping effect from being hindered by the screw grooves 81 at the boundary portions 161, 162. As will be described later, at the boundary portions 161, 162, the screw groove 81 on the high pressure side 155 may be formed so as not to be continuous with the screw groove 81 on the low pressure side 156 (see FIGS. 6 and 7).

以上で説明したように、図3に示した非接触環状シール51は、高圧側155のネジ溝81のリード角が低圧側156のネジ溝81のリード角よりも大きい固定体71を有する。この非接触環状シール51は、例えば以下で説明するような他の固定体を備えることもできる。 As described above, the non-contact annular seal 51 shown in FIG. 3 has a fixed body 71 in which the lead angle of the screw groove 81 on the high pressure side 155 is larger than the lead angle of the screw groove 81 on the low pressure side 156. The non-contact annular seal 51 may also include, for example, other fixtures as described below.

図6は、図3に示した非接触環状シール51に使用される固定体の他の例を示す断面図である。図6においては、図3に示した中心軸151を含む平面で切断した場合の固定体の断面図を示す。図6に示す固定体72は、図5に示した固定体71に比べて、境界部161,162においてネジ溝81が不連続である点が異なる。固定体72の他の部分については、図5に示した固定体71と同一であり、その効果も同一であるので、詳細な説明は省略する。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the fixed body used for the non-contact annular seal 51 shown in FIG. FIG. 6 shows a cross-sectional view of a fixed body when cut in a plane including the central axis 151 shown in FIG. The fixed body 72 shown in FIG. 6 is different from the fixed body 71 shown in FIG. 5 in that the screw grooves 81 are discontinuous at the boundary portions 161, 162. Since the other parts of the fixed body 72 are the same as those of the fixed body 71 shown in FIG. 5 and their effects are also the same, detailed description thereof will be omitted.

図示のように、境界部161,162において、高圧側155のネジ溝81の断面は、低圧側156のネジ溝81の断面と一致しないように形成される。具体的には、境界部161において、高圧側155のネジ溝81Aの断面は、低圧側156のネジ溝81Bの断面と一致しない。また、境界部162において、高圧側155のネジ溝81Bの断面は、低圧側156のネジ溝81Cの断面と一致しない。 As shown, at the boundary portions 161, 162, the cross section of the thread groove 81 on the high pressure side 155 is formed so as not to match the cross section of the thread groove 81 on the low pressure side 156. Specifically, at the boundary portion 161, the cross section of the thread groove 81A on the high pressure side 155 does not match the cross section of the thread groove 81B on the low pressure side 156. Further, at the boundary portion 162, the cross section of the thread groove 81B on the high pressure side 155 does not match the cross section of the screw groove 81C on the low pressure side 156.

図7は、図3に示した非接触環状シール51に使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。図7においては、図3に示した中心軸151を含む平面で切断した場合の固定体の断面図を示す。図7に示す固定体73は、図5に示した固定体71に比べて、高圧側155のネジ溝81の断面積が低圧側156に比べて異なる点、境界部161,162においてネジ溝81が不連続である点、及びネジ溝81の幅が一定である点が異なる。
固定体73の他の部分については、図5に示した固定体71と同一であり、その効果も同一であるので、詳細な説明は省略する。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal 51 shown in FIG. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the fixed body when cut in a plane including the central axis 151 shown in FIG. The fixed body 73 shown in FIG. 7 is different from the fixed body 71 shown in FIG. 5 in that the cross-sectional area of the screw groove 81 on the high pressure side 155 is different from that on the low pressure side 156, and the screw groove 81 at the boundary portions 161, 162. Is discontinuous, and the width of the thread groove 81 is constant.
Since the other parts of the fixed body 73 are the same as those of the fixed body 71 shown in FIG. 5 and their effects are also the same, detailed description thereof will be omitted.

図示のように、境界部161において、高圧側155のネジ溝81Aの断面積は、低圧側156のネジ溝81Bの断面積と異なる。また、境界部162において、高圧側155のネジ溝81Bの断面積は、低圧側156のネジ溝81Cの断面積と異なる。ネジ溝81の断面積が境界部161,162において変化するようにネジ溝81が形成されるので、境界部161,162の前後においてネジ溝81の条数を変化させることができる。このため、ネジ溝81A,81B,81Cのリード角θ1A,θ1B,θ1Cをより柔軟に設定することができる。 As shown in the figure, the cross-sectional area of the thread groove 81A on the high pressure side 155 at the boundary portion 161 is different from the cross-sectional area of the thread groove 81B on the low pressure side 156. Further, at the boundary portion 162, the cross-sectional area of the screw groove 81B on the high pressure side 155 is different from the cross-sectional area of the screw groove 81C on the low pressure side 156. Since the screw groove 81 is formed so that the cross-sectional area of the screw groove 81 changes at the boundary portions 161, 162, the number of threads of the screw groove 81 can be changed before and after the boundary portions 161, 162. Therefore, the lead angles θ1A, θ1B, and θ1C of the screw grooves 81A, 81B, and 81C can be set more flexibly.

また、境界部161,162において、高圧側155のネジ溝81の断面は、低圧側156のネジ溝81の断面と一致しないように形成される。具体的には、境界部161において、高圧側155のネジ溝81Aの断面は、低圧側156のネジ溝81Bの断面と一致しない。また、境界部162において、高圧側155のネジ溝81Bの断面は、低圧側156のネジ溝81Cの断面と一致しない。 Further, at the boundary portions 161, 162, the cross section of the thread groove 81 on the high pressure side 155 is formed so as not to match the cross section of the screw groove 81 on the low pressure side 156. Specifically, at the boundary portion 161, the cross section of the thread groove 81A on the high pressure side 155 does not match the cross section of the thread groove 81B on the low pressure side 156. Further, at the boundary portion 162, the cross section of the thread groove 81B on the high pressure side 155 does not match the cross section of the screw groove 81C on the low pressure side 156.

また、図示のように、固定体73においては、境界部161よりも高圧側155のネジ溝81Aの幅W1Aが、境界部161よりも低圧側156のネジ溝81Bの幅W1Bと同一である。また、境界部162よりも高圧側155のネジ溝81Bの幅W1Bが、境界部162よりも低圧側156のネジ溝81Cの幅W1Cと同一である。これにより、ネジ溝81Aの条数と、ネジ溝81Bの条数と、ネジ溝81Cの条数とが異なっている。具体的には、ネジ溝81Aの条数は、ネジ溝81Bの条数よりも多く、ネジ溝81Bの条数は、ネジ溝81Cの条数よりも多い。 Further, as shown in the drawing, in the fixed body 73, the width W1A of the screw groove 81A on the high pressure side 155 of the boundary portion 161 is the same as the width W1B of the screw groove 81B on the low pressure side 156 of the boundary portion 161. Further, the width W1B of the screw groove 81B on the high pressure side 155 of the boundary portion 162 is the same as the width W1C of the screw groove 81C on the low pressure side 156 of the boundary portion 162. As a result, the number of threads of the screw groove 81A, the number of threads of the screw groove 81B, and the number of threads of the screw groove 81C are different. Specifically, the number of threads of the screw groove 81A is larger than the number of threads of the screw groove 81B, and the number of threads of the screw groove 81B is larger than the number of threads of the screw groove 81C.

図8は、図3に示した非接触環状シール51に使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。図8においては、図3に示した中心軸151を含む平面で切断した場合の固定体の断面図を示す。図8に示す固定体74は、図5に示した固定体71に比べて、境界部161,162が所定の幅を有する点が異なる。固定体74の他の部分については、図5に示した固定体71と同一であり、その効果も同一であるので、詳細な説明は省略する。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal 51 shown in FIG. FIG. 8 shows a cross-sectional view of the fixed body when cut in a plane including the central axis 151 shown in FIG. The fixed body 74 shown in FIG. 8 is different from the fixed body 71 shown in FIG. 5 in that the boundary portions 161, 162 have a predetermined width. Since the other parts of the fixed body 74 are the same as the fixed body 71 shown in FIG. 5 and the effects thereof are also the same, detailed description thereof will be omitted.

図8に示すように、ネジ溝81Aとネジ溝81Bとの間の境界部161が所定の幅を有する。また、ネジ溝81Bとネジ溝81Cとの間の境界部162が所定の幅を有する。言い換えれば、ネジ溝81は、固定体74の表面に間欠的に形成される。このように、ネジ溝81が固定体74の表面に間欠的に形成されても、図5に示した固定体71と同様の作用を奏し得る。 As shown in FIG. 8, the boundary portion 161 between the screw groove 81A and the screw groove 81B has a predetermined width. Further, the boundary portion 162 between the screw groove 81B and the screw groove 81C has a predetermined width. In other words, the thread groove 81 is intermittently formed on the surface of the fixed body 74. As described above, even if the screw groove 81 is intermittently formed on the surface of the fixed body 74, the same operation as that of the fixed body 71 shown in FIG. 5 can be obtained.

図9は、図3に示した非接触環状シール51に使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。図9においては、図3に示した中心軸151を含む平面で切断した場合の固定体の断面図を示す。図9に示す固定体75は、図5に示した固定体71に比べて、ネジ溝81の深さが段階的に浅くなるように形成されている点が異なる。固定体75の他の部分については、図5に示した固定体71と同一であり、その効果も同一であるので、詳細な説明は省略する。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal 51 shown in FIG. FIG. 9 shows a cross-sectional view of the fixed body when cut in a plane including the central axis 151 shown in FIG. The fixed body 75 shown in FIG. 9 is different from the fixed body 71 shown in FIG. 5 in that the depth of the screw groove 81 is formed so as to be gradually shallower. Since the other parts of the fixed body 75 are the same as the fixed body 71 shown in FIG. 5 and the effects thereof are also the same, detailed description thereof will be omitted.

図示のように、ネジ溝81A,81B,81Cは、それぞれ、深さD1A,D1B,D1Cを有する。境界部161より高圧側155のネジ溝81Aの深さD1Aは、境界部161より低圧側156のネジ溝81Bの深さD1Bよりも大きい。また、境界部162より高圧側155のネジ溝81Bの深さD1Bは、境界部162より低圧側156のネジ溝81Cの深さD1Cよりも大きい。 As shown, the screw grooves 81A, 81B, 81C have depths D1A, D1B, D1C, respectively. The depth D1A of the screw groove 81A on the high pressure side 155 from the boundary portion 161 is larger than the depth D1B of the screw groove 81B on the low pressure side 156 from the boundary portion 161. Further, the depth D1B of the screw groove 81B on the high pressure side 155 from the boundary portion 162 is larger than the depth D1C of the screw groove 81C on the low pressure side 156 from the boundary portion 162.

一般的に、非接触環状シールにおいて、所定の条数を有するネジ溝のリード角を大きくする場合、ネジ溝の幅を大きくせざるを得ず、ネジ溝の断面積の総和が大きくなる。また、所定の幅を有するネジ溝のリード角を大きくする場合は、条数を増加せざるを得ず、ネジ溝の断面積の総和が大きくなる。ネジ溝の断面積の総和が大きくなると、流体がシール間を流れやすくなる。 Generally, in a non-contact annular seal, when the lead angle of a screw groove having a predetermined number of threads is increased, the width of the screw groove must be increased, and the total cross-sectional area of the screw groove becomes large. Further, when increasing the lead angle of a screw groove having a predetermined width, the number of threads must be increased, and the total cross-sectional area of the screw groove becomes large. The larger the sum of the cross-sectional areas of the threads, the easier it is for fluid to flow between the seals.

図9に示す固定体75のように、所定の条数を有するネジ溝81のうち、ネジ溝81Aのリード角θ1Aを相対的に大きくした場合、ネジ溝81Aの幅が相対的に大きくなり、ネジ溝81の断面積の総和が大きくなる。そこで、図9に示す固定体75のように、高圧側155から低圧側156に向かって、ネジ溝81の深さを段階的に浅くなるように形成することにより、ネジ溝81の断面積の総和を小さくすることができる。これにより、シール間を通過する流体の漏れ量をさらに低減することができる。 When the lead angle θ1A of the screw groove 81A is relatively large among the screw grooves 81 having a predetermined number of threads as in the fixed body 75 shown in FIG. 9, the width of the screw groove 81A becomes relatively large. The total cross-sectional area of the thread groove 81 becomes large. Therefore, as in the fixed body 75 shown in FIG. 9, the depth of the screw groove 81 is formed so as to be gradually shallower from the high pressure side 155 to the low pressure side 156, so that the cross-sectional area of the screw groove 81 is increased. The sum can be reduced. As a result, the amount of fluid leaking between the seals can be further reduced.

なお、図7に示した固定体73のように、所定の幅を有するネジ溝81のうち、ネジ溝81Aのリード角θ1Aを相対的に大きくした場合、ネジ溝81Aの条数が相対的に多くなる。このような場合にも、シール間を通過する流体の漏れ量をさらに低減するためには、ネジ溝81の深さを段階的に浅くなるように、ネジ溝81を形成することが有効である。 When the lead angle θ1A of the screw groove 81A is relatively large among the screw grooves 81 having a predetermined width as in the fixed body 73 shown in FIG. 7, the number of threads of the screw groove 81A is relatively large. More. Even in such a case, in order to further reduce the amount of fluid leaking between the seals, it is effective to form the screw groove 81 so that the depth of the screw groove 81 is gradually reduced. ..

図10は、図3に示した非接触環状シール51に使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。図10においては、図3に示した中心軸151を含む平面で切断した場合の固定体の断面図を示す。図10に示す固定体76は、図5に示した固定体71に比べて、リード角の変化位置(境界部)が多い点が異なる。固定体76の他の部分については、図5に示した固定体71と同一であり、その効果も同一であるので、詳細な説明は省略する。 FIG. 10 is a cross-sectional view showing still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal 51 shown in FIG. FIG. 10 shows a cross-sectional view of a fixed body when cut in a plane including the central axis 151 shown in FIG. The fixed body 76 shown in FIG. 10 is different from the fixed body 71 shown in FIG. 5 in that the lead angle changes at more positions (boundaries). Since the other parts of the fixed body 76 are the same as those of the fixed body 71 shown in FIG. 5 and the effects thereof are also the same, detailed description thereof will be omitted.

図10に示すように、固定体76は、境界部161,162に加えて、高圧側155に境界部163を有する。したがって、固定体76は、ネジ溝81A,81B,81Cに加えて、高圧側にネジ溝81Dを有する。ネジ溝81Dのリード角θ1Dは、ネジ溝81Aのリード角θ1Aよりも大きい。このように、境界部161,162,163により、ネジ溝81のリード角が、図5に示した固定体71に比べてより多くの位置で変化する。したがって、ネジ溝81のリード角を、軸方向位置に応じて適切な角度に細かく設定することができる。ひいては、非接触環状シール51の不安定振動を抑制する効果と軸封性能とより向上させることができる。なお、境界部161,162,163の数は、3つに限らず、4以上としてもよい。 As shown in FIG. 10, the fixed body 76 has a boundary portion 163 on the high pressure side 155 in addition to the boundary portions 161, 162. Therefore, the fixed body 76 has a screw groove 81D on the high pressure side in addition to the screw grooves 81A, 81B, 81C. The lead angle θ1D of the thread groove 81D is larger than the lead angle θ1A of the thread groove 81A. In this way, the boundary portions 161, 162, 163 change the lead angle of the screw groove 81 at more positions than that of the fixed body 71 shown in FIG. Therefore, the lead angle of the screw groove 81 can be finely set to an appropriate angle according to the axial position. As a result, the effect of suppressing unstable vibration of the non-contact annular seal 51 and the shaft sealing performance can be further improved. The number of boundary portions 161, 162, 163 is not limited to three, and may be four or more.

図11は、図3に示した非接触環状シール51に使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。図11においては、図3に示した中心軸151を含む平面で切断した場合の固定体の断面図を示す。図11に示す固定体77は、図5に示した固定体71に比べて、リード角の変化位置(境界部)が少ない点が異なる。固定体77の他の部分については、図5に示した固定体71と同一であり、その効果も同一であるので、詳細な説明は省略する。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal 51 shown in FIG. FIG. 11 shows a cross-sectional view of a fixed body when cut in a plane including the central axis 151 shown in FIG. The fixed body 77 shown in FIG. 11 is different from the fixed body 71 shown in FIG. 5 in that the change position (boundary portion) of the lead angle is small. Since the other parts of the fixed body 77 are the same as the fixed body 71 shown in FIG. 5 and the effects thereof are also the same, detailed description thereof will be omitted.

図11に示すように、固定体77は、境界部161のみを有する。したがって、固定体77は、図5に示したネジ溝81Cを有さず、ネジ溝81A及びネジ溝81Bのみを有する。このように、固定体71が、少なくとも1つの境界部161を有し、少なくとも2つのネジ溝81A及びネジ溝81Bを有していれば、図5に示した固定体71と同様の作用を奏し得る。 As shown in FIG. 11, the fixed body 77 has only the boundary portion 161. Therefore, the fixed body 77 does not have the screw groove 81C shown in FIG. 5, but has only the screw groove 81A and the screw groove 81B. As described above, if the fixed body 71 has at least one boundary portion 161 and has at least two screw grooves 81A and screw grooves 81B, the same operation as that of the fixed body 71 shown in FIG. 5 is obtained. obtain.

図12は、図3に示した非接触環状シール51に使用される固定体のさらに他の例を示す断面図である。図12においては、図3に示した中心軸151を含む平面で切断した場合の固定体の断面図を示す。図12に示す固定体78は、図5に示した固定体71に比べて、ネジ溝81のリード角θ1が連続的に小さくなる点が異なる。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing still another example of the fixed body used for the non-contact annular seal 51 shown in FIG. FIG. 12 shows a cross-sectional view of the fixed body when cut in a plane including the central axis 151 shown in FIG. The fixed body 78 shown in FIG. 12 is different from the fixed body 71 shown in FIG. 5 in that the lead angle θ1 of the screw groove 81 is continuously smaller.

図12に示すように、固定体78には、リード角θ1が高圧側155から低圧側156に向かって連続的に小さくなるようにネジ溝81が形成される。したがって、固定体78は、図3に示した境界部161,162のような、リード角θ1が変化する境界部は有していない。 As shown in FIG. 12, a screw groove 81 is formed in the fixed body 78 so that the lead angle θ1 continuously decreases from the high pressure side 155 to the low pressure side 156. Therefore, the fixed body 78 does not have a boundary portion in which the lead angle θ1 changes, such as the boundary portions 161, 162 shown in FIG.

図12に示す固定体78においては、高圧側155から低圧側156の間で、ネジ溝81の条数が変化することはなく、ネジ溝81の幅が高圧側155から低圧側156に向かって連続的に小さくなるように、ネジ溝81が形成される。 In the fixed body 78 shown in FIG. 12, the number of threads of the screw grooves 81 does not change between the high pressure side 155 and the low pressure side 156, and the width of the screw grooves 81 increases from the high pressure side 155 to the low pressure side 156. The thread groove 81 is formed so as to be continuously reduced.

図12に示す固定体78によれば、ネジ溝81のリード角θ1が、図5に示した固定体71に比べてより多くの位置で変化する。したがって、ネジ溝81のリード角θ1を、軸方向位置に応じて適切な角度に細かく設定することができる。ひいては、非接触環状シール51の不安定振動を抑制する効果と軸封性能とより向上させることができる。なお、図12に示すネジ溝81のようにリード角が連続的に変化する部分を、図5−図11に示した固定体に組み込むことも可能である。 According to the fixed body 78 shown in FIG. 12, the lead angle θ1 of the screw groove 81 changes at more positions than the fixed body 71 shown in FIG. Therefore, the lead angle θ1 of the screw groove 81 can be finely set to an appropriate angle according to the axial position. As a result, the effect of suppressing unstable vibration of the non-contact annular seal 51 and the shaft sealing performance can be further improved. It is also possible to incorporate a portion where the lead angle changes continuously like the screw groove 81 shown in FIG. 12 into the fixed body shown in FIGS. 5 to 11.

以上で説明したネジ溝81は、固定体に設けられるものとして説明したが、これに限らず、図3に示した回転体62の外周面に設けられてもよい。しかしながら、上記ネジ溝81は、少なくとも固定体の表面に形成されることが好ましい。ネジ溝81が少なくとも固定体の表面に形成されることにより、不安定振動を抑制する作用を向上させつつ、漏れ量の増加を抑制することができる。 The screw groove 81 described above has been described as being provided on the fixed body, but the present invention is not limited to this, and the screw groove 81 may be provided on the outer peripheral surface of the rotating body 62 shown in FIG. However, the thread groove 81 is preferably formed at least on the surface of the fixed body. By forming the screw groove 81 at least on the surface of the fixed body, it is possible to suppress an increase in the amount of leakage while improving the action of suppressing unstable vibration.

次に、図3に示した非接触環状シール51とは異なる非接触環状シールの例を説明する。図13は、図2に示した非接触環状シール41,43に適用可能な他の実施形態の非接触環状シールを示す部分断面図である。図13に示す非接触環状シール52は、図3に示した非接触環状シール51に比べて、回転体62の構成が異なる。非接触環状シール52の他の部分については、図3に示した非接触環状シール51と同一であり、その効果も同一であるので、詳細な説明は省略する。なお、図13に示す非接触環状シール52は、固定体71に代えて、図6ないし図12に示した固定体72,73,74,75,76,77,78のいずれかを有してもよい。 Next, an example of a non-contact annular seal different from the non-contact annular seal 51 shown in FIG. 3 will be described. FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing a non-contact annular seal of another embodiment applicable to the non-contact annular seals 41 and 43 shown in FIG. The non-contact annular seal 52 shown in FIG. 13 has a different configuration of the rotating body 62 than the non-contact annular seal 51 shown in FIG. Since the other parts of the non-contact annular seal 52 are the same as those of the non-contact annular seal 51 shown in FIG. 3 and their effects are also the same, detailed description thereof will be omitted. The non-contact annular seal 52 shown in FIG. 13 has any of the fixed bodies 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78 shown in FIGS. 6 to 12 instead of the fixed body 71. May be good.

非接触環状シール52は、その表面にネジ溝91A,91B,91Cが形成された回転体62を有する。ここでは、ネジ溝91A,91B,91Cの全体の総称としてネジ溝91と呼ぶ。ネジ溝91A,91B,91Cは、固定体71に形成されたネジ溝81A,81B,81Cと同様の形状を有する。即ち、ネジ溝91は、ネジ溝91のリード角が変化する境界部164,165を有し、ネジ溝91のリード角は、高圧側155から低圧側156に向かって段階的に小さくなるように形成される。 The non-contact annular seal 52 has a rotating body 62 having thread grooves 91A, 91B, 91C formed on its surface. Here, the screw grooves 91A, 91B, and 91C are collectively referred to as the screw grooves 91. The screw grooves 91A, 91B, 91C have the same shape as the screw grooves 81A, 81B, 81C formed in the fixed body 71. That is, the screw groove 91 has boundary portions 164 and 165 in which the lead angle of the screw groove 91 changes, and the lead angle of the screw groove 91 is gradually reduced from the high pressure side 155 to the low pressure side 156. It is formed.

非接触環状シール52の回転体62にネジ溝91を設ける場合、回転体62の回転により流体を高圧側155に押し戻すポンピング効果が増加する。一方で、回転体62の回転により、回転体62の周囲の流体が旋回し、不安定振動が助長される可能性がある。しかしながら、ネジ溝81が固定体71の表面に形成されることにより、回転体62の表面にネジ溝91が形成されていても、回転体62の回転により生じる流体の旋回を固定体71の表面のネジ溝91により抑制することができる。また、この場合、回転体62の表面に形成されたネジ溝91によるポンピング効果により、流体の漏れ量をより低減することができる。したがって、固定体71と回転体62に、それぞれ、高圧側155のリード角が低圧側156リード角よりも大きいネジ溝81,91が形成されている場合は、不安定振動を抑制しつつ、漏れ量を一層抑制することができる。 When the thread groove 91 is provided in the rotating body 62 of the non-contact annular seal 52, the pumping effect of pushing the fluid back to the high pressure side 155 by the rotation of the rotating body 62 increases. On the other hand, due to the rotation of the rotating body 62, the fluid around the rotating body 62 may swirl and unstable vibration may be promoted. However, since the screw groove 81 is formed on the surface of the fixed body 71, even if the screw groove 91 is formed on the surface of the rotating body 62, the swirling of the fluid generated by the rotation of the rotating body 62 is caused by the rotation of the fluid on the surface of the fixed body 71. It can be suppressed by the screw groove 91 of. Further, in this case, the amount of fluid leakage can be further reduced by the pumping effect of the screw groove 91 formed on the surface of the rotating body 62. Therefore, when the fixed body 71 and the rotating body 62 are formed with screw grooves 81 and 91 having a lead angle of 155 on the high pressure side larger than the lead angle of 156 on the low pressure side, respectively, leakage occurs while suppressing unstable vibration. The amount can be further suppressed.

また、非接触環状シール52は、図14に示すように、回転体62の表面に平行溝92を有してもよい。さらに、非接触環状シール52は、図15に示すように、回転体62の表面にハニカムパターンを採用したダンパーシール93を有してもよく、図16に示すように、回転体62の表面にホールパターンを採用したダンパーシール94を有してもよい。 Further, as shown in FIG. 14, the non-contact annular seal 52 may have a parallel groove 92 on the surface of the rotating body 62. Further, the non-contact annular seal 52 may have a damper seal 93 having a honeycomb pattern on the surface of the rotating body 62 as shown in FIG. 15, and as shown in FIG. 16, the non-contact annular seal 52 may have a damper seal 93 on the surface of the rotating body 62. It may have a damper seal 94 that employs a hole pattern.

次に、本実施形態に係る非接触環状シールを用いたポンプにおける不安定化力と漏れ量の評価試験の結果について説明する。本評価試験では、図3に示した非接触環状シール51を使用したポンプ(実施例)を運転したときの不安定化力(不安定振動)と、シール間を漏洩する液体量(漏れ量)を評価した。評価試験の条件は以下の通りである。なお、固定体71の最小内径とは、固定体71のネジ山位置における内径を意味する。
固定体71の軸方向長さ/固定体71の最小内径:0.817
固定体71の内周面と回転体61の外周面との隙間/固定体71の最小内径:0.004
ネジ条数:8
ポンプ回転数:3000rpm
シール入口側とシール出口側との差圧:1.0MPa
Next, the results of the evaluation test of the destabilizing force and the amount of leakage in the pump using the non-contact annular seal according to the present embodiment will be described. In this evaluation test, the destabilizing force (unstable vibration) when operating a pump (example) using the non-contact annular seal 51 shown in FIG. 3 and the amount of liquid leaking between the seals (leakage amount). Was evaluated. The conditions of the evaluation test are as follows. The minimum inner diameter of the fixed body 71 means the inner diameter of the fixed body 71 at the thread position.
Axial length of fixed body 71 / minimum inner diameter of fixed body 71: 0.817
Gap between the inner peripheral surface of the fixed body 71 and the outer peripheral surface of the rotating body 61 / Minimum inner diameter of the fixed body 71: 0.004
Number of threads: 8
Pump rotation speed: 3000 rpm
Differential pressure between the seal inlet side and the seal outlet side: 1.0 MPa

ネジ溝81Aと、ネジ溝81Bと、ネジ溝81Cの軸方向長さは同一である。即ち、固定体71の内周面の高圧側155の1/3の領域にネジ溝81Aが、低圧側156の1/3の領域にネジ溝81Cが、残りの1/3の中間領域にネジ溝81Bが形成されている。また、固定体71のネジ溝81Aのリード角θ1Aと、ネジ溝81Bのリード角θ1Bと、ネジ溝81Cのリード角θ1Cの関係は、以下の通りとした。
リード角θ1B=1/2×リード角θ1A=2×リード角θ1C
The screw groove 81A, the screw groove 81B, and the screw groove 81C have the same axial length. That is, the screw groove 81A is in the region of 1/3 of the high pressure side 155 of the inner peripheral surface of the fixed body 71, the screw groove 81C is in the region of 1/3 of the low pressure side 156, and the screw is in the intermediate region of the remaining 1/3. A groove 81B is formed. The relationship between the lead angle θ1A of the screw groove 81A of the fixed body 71, the lead angle θ1B of the screw groove 81B, and the lead angle θ1C of the screw groove 81C is as follows.
Lead angle θ1B = 1/2 x lead angle θ1A = 2 x lead angle θ1C

比較例として、図3に示した非接触環状シール51のネジ溝81のリード角を一定に形成した非接触環状シールを使用したポンプを運転したときの不安定化力と漏れ量を評価した。比較例1は、ネジ溝81のリード角がリード角θ1Bである非接触環状シールを使用したポンプである。比較例2は、ネジ溝81のリード角がリード角θ1Aである非接触環状シールを使用したポンプである。比較例3は、ネジ溝81のリード角がリード角θ1Cである非接触環状シールを使用したポンプである。 As a comparative example, the destabilizing force and the amount of leakage when the pump using the non-contact annular seal in which the lead angle of the thread groove 81 of the non-contact annular seal 51 shown in FIG. 3 was formed to be constant was evaluated were evaluated. Comparative Example 1 is a pump using a non-contact annular seal in which the lead angle of the thread groove 81 is a lead angle θ1B. Comparative Example 2 is a pump using a non-contact annular seal in which the lead angle of the thread groove 81 is a lead angle θ1A. Comparative Example 3 is a pump using a non-contact annular seal in which the lead angle of the thread groove 81 is a lead angle θ1C.

図17は、本評価試験の結果を示すグラフである。本評価試験の結果を比較するために、比較例1の不安定化力及び漏れ量を100%として、比較例2、比較例3、及び実施例の不安定化力及び漏れ量を示す。 FIG. 17 is a graph showing the results of this evaluation test. In order to compare the results of this evaluation test, the destabilizing force and the leak amount of Comparative Example 1 are set to 100%, and the destabilizing force and the leak amount of Comparative Example 2, Comparative Example 3 and Example are shown.

図17に示すように、相対的に大きいリード角θ1Aの比較例2において、不安定化力は31%に抑制されており、比較例1に比べて不安定振動が低減されているが、漏れ量が128%に増加している。また、相対的に小さいリード角θ1Cの比較例3においては、漏れ量が92%に減少しており、比較例1に比べて漏れ量は抑制されているが、不安定化力が200%に増加していることが分かる。 As shown in FIG. 17, in Comparative Example 2 having a relatively large lead angle θ1A, the destabilizing force is suppressed to 31%, and unstable vibration is reduced as compared with Comparative Example 1, but leakage occurs. The amount has increased to 128%. Further, in Comparative Example 3 having a relatively small lead angle θ1C, the leakage amount was reduced to 92%, and the leakage amount was suppressed as compared with Comparative Example 1, but the destabilizing force was reduced to 200%. It can be seen that it is increasing.

一方で、実施例においては、不安定化力が42%であり、漏れ量が100%である。即ち、実施例においては、不安定振動が効果的に抑制されつつ、シール内部を通過する流体の漏れ量の増加も抑制することができていることが分かる。 On the other hand, in the examples, the destabilizing force is 42% and the leakage amount is 100%. That is, in the embodiment, it can be seen that while the unstable vibration is effectively suppressed, the increase in the amount of fluid leaking through the inside of the seal can also be suppressed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments of the invention are for facilitating the understanding of the present invention and do not limit the present invention. The present invention can be modified and improved without departing from the spirit thereof, and it goes without saying that the present invention includes an equivalent thereof. In addition, any combination or omission of the claims and the components described in the specification is possible within the range in which at least a part of the above-mentioned problems can be solved or at least a part of the effect is exhibited. is there.

1 高圧ポンプ
155 高圧側
156 低圧側
161,162,163,164 境界部
61,62 回転体
71,72,73,74,75,76,77,78 固定体
51,52 非接触環状シール
81,81A,81B,81C,81D,91,91A ネジ溝
θ1,θ1A,θ1B,θ1C,θ1D リード角
W1A,W1B,W1C 幅
D1A,D1B,D1C 深さ
11 主軸
21a,21b,21c 羽根車
31,31,31b ケーシング
45a,45b 軸受
1 High-pressure pump 155 High-pressure side 156 Low-pressure side 161,162,163,164 Boundary 61,62 Rotating body 71,72,73,74,75,76,77,78 Fixed body 51,52 Non-contact annular seal 81,81A , 81B, 81C, 81D, 91, 91A Thread groove θ1, θ1A, θ1B, θ1C, θ1D Lead angle W1A, W1B, W1C Width D1A, D1B, D1C Depth 11 Main shaft 21a, 21b, 21c Impeller 31, 31, 31b Casing 45a, 45b bearing

Claims (6)

回転機械の回転部に設けられる回転体と、前記回転機械の固定部に設けられる固定体と、を有し、前記回転体と前記固定体との隙間を流れる流体をシールするように構成された非接触環状シールであって、
前記隙間を形成する前記回転体の表面及び前記固定体の表面の少なくとも一方に設けられるネジ溝を有し、
前記ネジ溝は、前記回転体の軸方向に直交する平面に対する前記ネジ溝のリード角を画定し、
シール入口側の前記ネジ溝の前記リード角は、シール出口側の前記ネジ溝の前記リード角よりも大きい、非接触環状シール。
It has a rotating body provided in the rotating portion of the rotating machine and a fixed body provided in the fixed portion of the rotating machine, and is configured to seal the fluid flowing in the gap between the rotating body and the fixed body. It is a non-contact annular seal
It has screw grooves provided on at least one of the surface of the rotating body and the surface of the fixed body forming the gap.
The thread groove defines a lead angle of the thread groove with respect to a plane orthogonal to the axial direction of the rotating body.
A non-contact annular seal in which the lead angle of the thread groove on the seal inlet side is larger than the lead angle of the thread groove on the seal outlet side.
請求項1に記載された非接触環状シールにおいて、
前記ネジ溝は、前記ネジ溝のリード角がシール入口側からシール出口側に向かって段階的に小さくなるように形成される、非接触環状シール。
In the non-contact annular seal according to claim 1,
The thread groove is a non-contact annular seal formed so that the lead angle of the thread groove gradually decreases from the seal inlet side to the seal outlet side.
請求項1に記載された非接触環状シールにおいて、
前記ネジ溝は、前記ネジ溝のリード角がシール入口側からシール出口側に向かって連続的に小さくなるように形成される、非接触環状シール。
In the non-contact annular seal according to claim 1,
The thread groove is a non-contact annular seal formed so that the lead angle of the thread groove is continuously reduced from the seal inlet side to the seal outlet side.
請求項1ないし3のいずれか一項に記載された非接触環状シールにおいて、
シール入口側の前記ネジ溝の深さは、シール出口側の前記ネジ溝の深さよりも大きい、非接触環状シール。
In the non-contact annular seal according to any one of claims 1 to 3.
A non-contact annular seal in which the depth of the thread groove on the seal inlet side is larger than the depth of the thread groove on the seal outlet side.
請求項1ないし4のいずれか一項に記載された非接触環状シールにおいて、
前記ネジ溝は、少なくとも前記固定体の前記表面に形成される、非接触環状シール。
In the non-contact annular seal according to any one of claims 1 to 4.
The thread groove is a non-contact annular seal formed at least on the surface of the fixed body.
電動機と、
前記電動機と連結されて回転可能に構成される主軸と、
前記主軸に嵌合され、該主軸とともに回転可能に構成される羽根車と、
前記羽根車を収容するケーシングと、
前記ケーシングに取り付けられ、前記主軸を回転可能に支持する軸受と、を備え、
前記主軸は回転部を有し、
前記ケーシングは固定部を有し、
前記回転部及び前記固定部は、請求項1ないし5のいずれか一項に記載された非接触環状シールを有する、回転機械。
With an electric motor
A spindle that is connected to the electric motor and is rotatable
An impeller that is fitted to the spindle and is rotatable together with the spindle,
The casing that houses the impeller and
A bearing attached to the casing and rotatably supporting the spindle is provided.
The spindle has a rotating part and
The casing has a fixed portion and
A rotating machine having the rotating portion and the fixing portion having the non-contact annular seal according to any one of claims 1 to 5.
JP2017529479A 2015-07-17 2016-05-02 Non-contact annular seal and rotating machine equipped with it Active JP6772136B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015142967 2015-07-17
JP2015142967 2015-07-17
PCT/JP2016/063530 WO2017013922A1 (en) 2015-07-17 2016-05-02 Non-contact annular seal and rotary machine provided with same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017013922A1 JPWO2017013922A1 (en) 2018-04-26
JP6772136B2 true JP6772136B2 (en) 2020-10-21

Family

ID=57833951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017529479A Active JP6772136B2 (en) 2015-07-17 2016-05-02 Non-contact annular seal and rotating machine equipped with it

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6772136B2 (en)
CN (1) CN107850221B (en)
WO (1) WO2017013922A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107830179A (en) * 2017-11-16 2018-03-23 江苏大学 A kind of annular seal assembly that can effectively improve rotor dynamic behavior
CN108747611A (en) * 2018-04-25 2018-11-06 科德数控股份有限公司 It can high-speed rotating tool-broaching mechanism
JP2023134235A (en) * 2022-03-14 2023-09-27 三菱重工業株式会社 Sealing device, rotary machine, and design method of sealing device
CN114893434A (en) * 2022-05-12 2022-08-12 鞍钢集团北京研究院有限公司 Non-contact sealing method for low-pressure rotary fluid pump

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55155961A (en) * 1979-05-22 1980-12-04 Mitsubishi Electric Corp Shaft sealing device
JPS5729856A (en) * 1980-07-25 1982-02-17 Hitachi Ltd Screw seal
JPS6298798U (en) * 1985-12-13 1987-06-23
JP2005344610A (en) * 2004-06-03 2005-12-15 Boc Edwards Kk Evacuation device
CN104520540B (en) * 2012-07-11 2016-08-24 三菱日立电力系统株式会社 Axial flow turbomachine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017013922A1 (en) 2017-01-26
CN107850221B (en) 2020-01-24
CN107850221A (en) 2018-03-27
JPWO2017013922A1 (en) 2018-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6772136B2 (en) Non-contact annular seal and rotating machine equipped with it
JP6403848B2 (en) Sliding parts
JP6910371B2 (en) Sliding parts
KR102020138B1 (en) Labyrinth Seal
US20180347382A1 (en) Centrifugal compressor and turbocharger
WO2013128539A1 (en) Rotary machine
WO2016030952A1 (en) Seal mechanism and rotating machine
WO2017221771A1 (en) Labyrinth seal
JP2019035374A (en) Centrifugal rotary machine
US8469654B2 (en) Fluid machine
JPWO2018181855A1 (en) Exhaust chamber of steam turbine and steam turbine
WO2017010146A1 (en) Non-contact annular seal and rotary machine provided therewith
JP6850790B2 (en) Centrifugal pump
TW201740032A (en) Center bushing to balance axial forces in multi-stage pumps
JP2017160861A (en) Turbo machine
JP6510983B2 (en) Noncontact annular seal and rotary machine equipped with the same
JP2017075621A (en) Circular seal structure and fluid machine mounted with the same
JP2014219023A (en) Non-contact annular seal
WO2013115361A1 (en) Seal structure and rotary machine provided with same
JP6393386B2 (en) Non-contact annular seal
JP2020033962A (en) Multistage centrifugal pump
JP2015135083A (en) Sealing device and rotary machine
JP7225076B2 (en) labyrinth seal
JP6824862B2 (en) Labyrinth seal and labyrinth seal structure
JP2014088802A (en) Rotary machine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190423

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200406

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200907

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200930

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6772136

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250