JPH01255764A - 多段磁性流体シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は大型回転機等に好適な多段磁性流体シールに関
する。

〔従来の技術〕

一般に水車発電機のような大型回転機では、水車に作用
する水圧等で回転軸が径方向および頓方向に振動したり
変位したりするため、ボールベアリング等のような狭い
隙間の軸受を用いて、回転軸と固定部を結合するのは困
難である。このため、比較的に広い隙間を有するすベリ
軸受を使用して上述の振動や変位をある程度逃がすよう
にしている。

この隙間と回転軸の振動振幅を考慮すると、大型回転機
に磁性流体シールを適用する場合、シール部分における
回転軸と固定側ポールピースの機械的な接触が生じない
ように更に余裕を持った広いシール隙間とする必要があ
る。一方、磁性流体シールの特質上、シール隙間におけ
る磁束密度、従って磁性流体の飽和磁化がシール耐圧を
支配するので、シール隙間を広くするほど回部の磁気抵
抗が増大し、磁束密度が減少してシール耐圧が低１・す
る。実験によれば、この割合はほぼシール隙間の値に反
比例するので、多少磁力の強い磁石をｆｊ４つでも補償
しきれず、大型回転機では狭いシール隙間の場合に比較
してシール耐圧の低ドを避は番゛）れない。

しかし多段磁性流体シールは、全体のシール画・１ノｊ
ミが段数倍になるので、広いシール隙間を必要とする場
合でも、段数を増加することによって所望のシール耐圧
を得ることができる。そして、このような多段磁性流体
シールは、例えば特開昭５８−＋２＋：＋２０号公報、
特開昭６２−５２２７５　号公報、むよび時開１１；７
６１〜２３６９７１号公報等に示されている、第２図は
多段磁性流体シールの一例で２段磁性流体シールを示し
ている。

回転軸４に対する固定部５へ２段のポールピース２を固
定し、このポールピース２と回転軸４間に所定のシール
隙間ｇを形成しでいる。ポールピース２はシール隙間の
磁性流体１を介して回転軸４との間で磁路を形成するよ
うに磁石３が設けられている。

ここで大気側と接する最終段の中間室６と大気側とのシ
ール耐圧は、１段シールの耐圧しか？１れない。従って
、このような多段磁性流体シールにおいては、中間室６
の密封された気体温度の変化に起因する中間室６内の圧
力変化を十分小さくして最終段のシール破断を防止する
必要がある。

この点を更に下式（１）で説明する。

中間室６の容積を一定として、ΔＰ・・・・・中間室６
の気体温度変化による大気圧に対する内圧変化（ｍｍＡ
　ｇ）　、　Ｐａ−・＝大気圧１０’（ｍｍΔｑ）、Δ
Ｔ・・・・・・中間室６の気体温度変化分（’Ｋ）、Ｔ
・・・・・磁性流体注入時の気体温度（°Ｋ）とすると
、となる。仮りに、冬期に室温７℃で磁性流体シールの
隙間に磁性流体を注入し、夏期の運転状態で中間室気体
温度が４７℃になった場合、（１）式は、２７３＋７ となる。例えばシール隙間０．１ｍｍでシール耐圧が１
段当り５０００ｍＩＩＩＡｑであるとすると、シール隙
間を５倍の０．５ｍｍ程度に拡大するとシール耐圧は１
段当り１０００１００Ｏ程度となり、先の中間室６の内
圧変化ΔＰはこのシール耐圧を越えてし、まい、シール
破断を生じさせる。最終段のシール破断は、中間室６の
圧力が人気近くまで低Ｆすることになるから、次段も同
様の理由でシール破断じ５結局、多段シール全体が成立
しなくなる。

これを防止するために特開昭６２−５２２７５号公報に
示された多段磁性流体シールは、磁性流体に影響をＬｌ
えない非磁性部材で中間室の一部を埋めてその容積を小
さくし、温度上昇による気体容積の変化を少なくして磁
性流体シールのしみ出し等を防止している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように従来の多段磁性流体シールは、人気側と
接する最終段のシールとその前段のシールによって形成
される中間室の容積を小さくし、密封された中間室の気
体温度に起因する圧力変化を少なくしているが、容積の
大小に関係なく温度変化によって生ずる中間室の圧力変
化を防ぐことができず、シール隙間の大きな大型回転機
への適用や、温度変化が大きい苛酷な使用条件での適用
が鎧しかった。

′本発明は上記課題を解決するもので、その目的とする
ところは、最も大気側に近い中間室の気体温度に起因す
る圧力変化を抑制してシール破断を防止した多段磁性流
体シールを提供するにある。

［，１１１Ｍを解決するための手段〕 本発明は上記目的を達成するために、中間室と大気側間
に容積調整装置を設け、上記中間室内の圧力変化に応動
してその容積を増減するよう上記容積調整装置を作動す
るようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明による多段磁性流体シールは上述の如き構成であ
り、上記容積調整装置は例えば１対の気休出入口間に流
体を満して構成し、一方の気体出入口を上記中間室に連
通し、また他方の気体出入口を大気側としており、Ｌ２
中間室の内部気体温度が変化して気体体積、変化を生ず
ると、この変化圧力が容積調整装置の液体に作用して液
面を変動させる。従って、中間室に連通した容積が変化
し、中間室内の圧力変化が抑制され、シール破断が防止
される。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面によって説明する。

第１図は多段磁性流体シールとしての２段磁性流体シー
ルを示す縦断面図で、固定側５に取付けた１対のポール
ピース２は、回転軸４に対して所定のシール隙間を有し
ている。１対のポールピース２間には最も大気側に位置
する中間室６が形成され、この中間室６内に磁石３が配
置されている。

また中間室６には、１対の気体出入口を有する容積調整
装置７の一方の気体出入口が連通室９を介して連結され
ている。この容積調整装置７は、容器内に流体８、例え
ば磁性流体を満しており、他方の気体出入口を大気側に
開放している。回転軸４とポールピース２間のシール隙
間に磁性流体１を注入して密封することは従来と同様で
ある。

上述の如く中間室６には容積調整装置７が付加されてお
り、中間室６の内部気体が定常状態の温度であれば、こ
の容積調整装置７の液面が適当な状態を保っている。し
かし、中間室６の内部気体の温度変化によって圧力変化
が生じようとすると、容積調整装置７の両気体出入口を
介して加えられる流体８への圧力に変化が生じ、この液
体の液面を変化させる。この液面変化によって中間室６
に連通ずる容積に変化が生じ、結局、中間室６内におけ
る圧力変化が抑制される。

このときの容積調整装置７の液面変化をみると、Ｔｏ・
・・・・・磁性流体注入時の絶対気温（°Ｋ）、八Ｔ・
・・・・・同上時基準の使用時気温変化（’Ｋ　）　。

Ｖｏ・・・・・・中間室６の容積（ｃｃ）　、ΔＶ・・
・・・液体８の液面変化に相当する容積調整装置７の中
間室側容積変化（ｃｃ）　、Ｓ・・・容積調整装置７の
中間室側断面積（ｃｍ”）、Δｈ・・・・・・液面変化
量（ｃｍ）　、また連通管９の容積は無視し、液体８は
水とすると、Ｔｏ＋ΔＴ　　Ｖｏ＋ΔＶ ΔＶ＝ＳＸΔｈ　　　　　　　　　・・・（３）となり
、Ｔｏ＞ΔＴ、Ｖｏ＞ΔＶとすると、１”ｏ　　’　　
Ｖ。

Ｏ となる。従って、中間室６の内圧は液面変化Δｈと東衡
する。このときの液面変化Δｈは、先の（１）式で述べ
たものと同一条件で考えると、となり、中間室６の容積
Ｖｏの１３％程度であり、極めて小型の容積調整装置７
とすることができる。ｌ上述の実施例では２段磁性流体
シールについて説明したが、これに限定することなく大
気側に最も近い中間室に容積調整装置７を設けることが
できる。また容積調整装置７の液体８として磁性流体を
用いると、その蒸発や混合を防止することができる。い
ずれにしても中間室６の圧力変化を抑制することができ
るから、シール隙間を変えないならシールのための磁石
３を小型にでき、またシールのための磁力を変えないな
らシール隙間を拡大することができる。

〔発明の効果〕

′以上説明したように本発明は、大気側に最も近い中間
室に、この中間室内の気温変化に基づく圧力変化を容積
変化によって防止する容積調整装置を設けたため、中間
室に気温変化が生じても、大気側の最終段シールのシー
ル耐圧以下に中間室内の圧力を抑えることができ、使用
条件がＩ・ｒ酷でも。

また広いシール隙間を必要とする大型回転機にも多段磁
性流体シールを適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による多段磁性流体シールの
縦断面図、第２図は従来の多段磁性流体シールの縦断面
図である。 １・・・磁性流体、２・・・ポールピース、３・・・磁
石、４回転軸、５・・固定側、６・・・中間室、７・・
・容積調・１さ装置、８　・液体。 第　１（２） 疋気側 Ｚ　・小°−ル巳°−ス　　　　　　６１．甲ｒ５１室
３・・磁石　　　　７・容１＠勢ば ４・・■ａ仁　　　　ｇ　大−４本

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸にシール隙間を介して複数のポールピースを
   配置し、これをシール隙間に磁性流体を注入して複数段
   のシールを形成した多段磁性流体シールにおいて、大気
   側に最も近い上記シールとその前段の上記シールとによ
   つて形成された中間室に、この中間室内の圧力変化を容
   積変化によつて抑制する容積調整装置を設けたことを特
   徴とする多段磁性流体シール。 ２、上記特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、上
   記容積調整装置は、１対の気体出入口を有する容器内に
   流体を入れて成り、一方の上記気体出入口を上記中間室
   に連通し、他方の上記気体出入口を大気側に開放したこ
   とを特徴とする多段磁性流体シール。 ３、上記特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、上
   記容積調整装置の液体として磁性流体を用いたことを特
   徴とする多段磁性流体シール。