JPH04101077U - シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メカニカルシール装置において、低回転域で
のシール性能を向上させること。 【構成】 固定シールリング３の端面にシール面を有す
るシール部１０と、このシール部１０と同一端面にレー
リーステップ軸受１２を周方向に複数個配置した軸受部
１１とを備え、回転軸に設けられた回転リングに摺接す
るよう配置されたシール装置において、深さの異なる少
なくとも２種のレーリーステップ軸受１２ａ，１２ｂを
交互に配置し、浅いレーリーステップ軸受１２ａで低回
転域でのシール性能を受け持たせたもの。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、タービンなどにおいて、流体をシールするのに使用されるメカニカ ルシール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図７は従来のシール装置を示した断面図である。この図において１はタービン などの回転軸であり、その外周部に回転リング２が一体に設けられている。そし て回転リング２の両側の面に摺接するように、一対の固定シールリング３が配置 されている。この固定シールリング３は、それぞれ固定シールリングホルダ４に 支持されているとともに、ばね５によって回転リング２の面に押し付けられてい る。なお、固定シールリング３の内周面と固定シールリングホルダ４の外周面と の接触部には、Ｏリング６が挿入されていて、シール作用を担っている。

【０００３】 ここで、図７の回転リング２を堺として、左側の固定シールリングホルダ４よ り左側の空間ａは大気側であり、右側の固定シールリングホルダ４より右側の空 間ｂはタービンなどの機内側である。また、両方の固定シールリングホルダ４と ケーシング７で囲まれた空間ｃは、シール流体が循環するシール流体路である。 このシール流体路ｃには、ケーシング７に設けられたシール流体供給孔８から、 高圧のシール流体が供給され、シール部の潤滑と冷却を行った後、同じくケーシ ング７に設けられたシール流体吐出孔９から流出する。なお、タービンの機内側 の空間ｂには、高温、高圧のガスが充満しているので、シール流体は機内側の圧 力よりも高い圧力で供給されるものである。

【０００４】 次に、固定シールリング３の詳細について説明する。回転リング２の面に相対 する固定シールリング３の面には、内周側にシール部１０と外周側に軸受部１１ とが形成されている。そして軸受部１１には、複数のレーリーステップ軸受ある いはテーパランド軸受が、周方向に間隔を置いて形成されている。ここでは、レ ーリーステップ軸受１２を設けたものについて説明する。

【０００５】 図８は、軸受部１１にレーリーステップ軸受１２を設けた固定シールリング３ の部分的な軸方向端面図であり、図９は図８のＡ−Ａ線に沿う断面図、図１０は 図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図、そして図１１は図８のＣ−Ｃ線に沿う断面図であ る。これらの図からわかるように、レーリーステップ軸受１２は、ランド１３と ここから延びた外周ランド１４および内周ランド１５から成り、略コの字状に形 成されている。なお、レーリーステップ軸受１２同志の間の底面１６とランド１ ３、１４、１５によって囲まれたレーリーステップ軸受底面１７とは、同一面上 にあり、ランド１３とシール部１０の面も同一面上にある。そして、レーリース テップ軸受底面１７とランド１３との段差は、レーリーステップ軸受１２の負荷 能力の設計により変化するが、通常は０．１ｍｍ程度以下である。

【０００６】 さて、回転リング２が図８の矢印Ｎ方向へ回転すると、シール流体路ｃのシー ル流体は、レーリーステップ軸受１２同志の間の底面１６側から、ランド１３、 １４、１５によって囲まれたレーリーステップ軸受１２の空間に流入し、シール 流体の流れは、ランド１３によって堰止められて、流体動圧を発生し、回転リン グ２の面とランド１３との間に、流体膜を形成する。この流体膜の厚みに応じて 、回転リング２の面と固定シールリング３のシール部１０との間に隙間が生じる こととなり、非接触タイプのメカニカルシールとして機能する。なお、左側の固 定シールリング３のシール部１０から大気側ａへのシール流体の漏れ量や、右側 の固定シールリング３のシール部１０から機内側ｂへのシール流体の漏れ量は、 圧力差や軸受部での流体膜厚などによって決まるものである。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、固定シールリング３の軸受部１１は、回転軸１の回転数が定常回転 数に達した場合に、最適流体膜厚を形成するように設計されている。そのため、 定常回転数に達する前の低回転数域では、固定シールリング３の背面に配設され たばね５の力以上の負荷能力を、軸受面では発生せず、流体膜は形成されない。 そのため、回転リング２の面に固定シールリング３のシール部１０および軸受部 １１が、直接接触することになる。従って、摩擦熱でシール面などの温度が上昇 し、また、軸受部にあるシール流体は極めて微量なために、シール流体の温度も 容易に上昇してしまうという問題があった。

【０００８】 シール流体としては、一般に水や油が用いられており、これが高温になると、 粘度が低下してしまい、その結果軸受負荷能力も減少して、ますます流体膜がで きにくくなり、高回転数になるまで回転リング２の面と固定シールリング３のシ ール部１０および軸受部１１とが、直接接触することになって、前述の問題を生 ずるものであった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

この考案は、シールリングの端面にシール面を有するシール部と、このシール 部と同一端面にレーリーステップ軸受あるいはテーパランド軸受などの軸受を複 数個配置した軸受部とを備えたシール装置において、レーリーステップ軸受ある いはテーパランド軸受などの軸受は、深さの異なる少なくとも２種のものを備え るようにしたものである。

【００１０】

【作 用】

上記の手段によれば、タービンの発停時のように、回転軸の回転数が定常回転 数に達しない、低回転数域では、浅いレーリーステップの作用で、負荷能力を発 生して固定シールリングの浮上を開始させて、回転リングの面と固定シールリン グのシール部および軸受部との間に流体膜を形成して、両者間の直接接触が防止 される。一方、高回転数域になると、流体膜厚さが厚くなって、浅いレーリース テップによる負荷能力は低下するが、今度は深いレーリーステップの作用が支配 的となって、ある程度の流体膜厚さを保つことができる。

【００１１】

【実施例】

以下本考案に係るシール装置の実施例を、図１ないし図６を参照して詳細に説 明する。なおこれらの図において、図７ないし図１１と同一部分には同一符号を 付して示してあるので、その部分の説明は省略する。

【００１２】 図１は本考案のシール装置の一実施例を示したものであり、従来の装置の図８ に相当する部分の図である。そして、図１のＤ−Ｄ線に沿う断面を図２に示し、 同じく図１のＥ−Ｅ線に沿う断面を図３に示してあるので、これらの図により本 考案のシール装置について説明する。

【００１３】 さて本考案のシール装置において、回転リング２の面に相対する固定シールリ ング３の面の軸受部１１に、複数のレーリーステップ軸受１２が、周方向に間隔 を置いて形成されている点は従来と同様である。しかし本考案では、レーリース テップ軸受１２の、ランド１３、１４、１５からレーリーステップ軸受底面１７ までのステップ高さＳが、浅いものＳ₁と深いものＳ₂（すなわちＳ₁＜Ｓ₂）とを 交互に配置している。すなわち図１には、浅いステップ高さＳ₁のレーリーステ ップ軸受を１２ａで示し、深いステップ高さＳ₂のレーリーステップ軸受を１２ ｂで示してあり、従って、図２は浅いステップ高さＳ₁のレーリーステップ軸受 １２ａの断面図となり、図３は深いステップ高さＳ₂のレーリーステップ軸受１ ２ｂの断面図を示していることになる。

【００１４】 このように、レーリーステップ軸受１２として、ステップ高さＳの、浅いもの Ｓ₁と深いものＳ₂とを備えるのは、図４に示すように、ステップ高さの浅いもの Ｓ₁は、ステップ高さの深いものＳ₂よりも、タービンの発停時のように、回転軸 の回転数が低回転数域では、大きな負荷能力を発生することが可能なためであり 、ステップ高さの深いものＳ₂単独の場合よりも、低回転数でシール面を浮上さ せて流体膜を形成させることができることによるものである。

【００１５】 また、図５に示すように、流体膜が薄い場合（流体膜厚さｈ₁）には、ステッ プ高さＳが浅い方が負荷能力が発生し易く、流体膜が厚く（流体膜厚さｈ₂）な ると（すなわちｈ₁＜ｈ₂）、ステップ高さＳがある程度深い方が負荷能力が大き くなる。従って、浅いステップ高さＳ₁のレーリーステップ軸受１２ａと、深い ステップ高さＳ₂のレーリーステップ軸受１２ｂとを交互に配置することにより 、低回転域でも高回転域でも、負荷能力の大きな軸受を構成することが可能とな る。

【００１６】 なお、本考案の別な実施例として、図１には、レーリーステップ軸受１２ａと １２ｂの間の固定シールリング３の面に、円弧状の溝２０を形成したものを示し てある。この溝２０は、レーリーステップ軸受１２ａ、１２ｂ部分から流れ出た シール流体を受け止めて、ここに溜っているシール流体と混合することにより、 シール流体の温度上昇を防止するために設けたものである。すなわち、溝２０に は、固定シールリング３の外周部から導入される低温のシール流体が溜っており 、これでシール部１０や軸受部１１の冷却作用を行っている。そしてこの溝２０ に、レーリーステップ軸受１２ａ、１２ｂ部分から流れ出た温度の高くなったシ ール流体が流入すると、ここに溜っている低温のシール流体と混合するので温度 が下がり、レーリーステップ軸受１２ａ、１２ｂを異常な温度上昇にさらすこと を防止できる。よって、摺動面の焼付きや異常摩耗を防止し、軸受負荷能力を低 回転数域でも十分発揮させることができる。

【００１７】 本考案は上述の実施例に限定されることなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々 変形して実施できることは言うまでもない。例えば、円弧状の溝２０に代えて図 ６に示すように、スパイラル状の溝２１としても同様の効果を発揮することがで きる。また本考案を、レーリーステップ軸受を設けた例について説明したが、テ ーパランド軸受を設けた場合についても同様の効果を得ることができることは言 うまでもない。

【００１８】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案によれば、低回転域でも高回転域でも、負荷能力の 大きな軸受を構成することができて、面の直接接触が避けられるので、焼き付き などの損傷を防止して、摩耗が少なく耐久性に優れたシール装置を提供すること ができ、その実用上の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るシール装置の一実施例としての、
固定シールリングの部分的な回転軸線方向端面図であ
る。

【図２】図１のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

【図３】図１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

【図４】シール面接触時の回転数と負荷能力との関係を
示した特性図である。

【図５】シール面に流体膜が形成されている場合のステ
ップ高さと負荷能力との関係を示した特性図である。

【図６】本考案の他の実施例を示した、固定シールリン
グの部分的な回転軸線方向端面図である。

【図７】従来のシール装置を示した断面図である。

【図８】従来のシール装置における、固定シールリング
の部分的な回転軸線方向端面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図１０】図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図１１】図８のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

２ 回転リング ３ 固定シールリング １０ シール部 １１ 軸受部 １２ レーリーステップ軸受 ２０、２１ 溝 Ｓ₁、Ｓ₂ ステップ高さ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シールリングの端面にシール面を有するシ
   ール部と、このシール部と同一端面にレーリーステップ
   軸受あるいはテーパランド軸受などの軸受を複数個配置
   した軸受部とを備えたシール装置において、前記レーリ
   ーステップ軸受あるいはテーパランド軸受などの軸受
   は、深さの異なる少なくとも２種のものを備えて成るシ
   ール装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のシール装置において、レー
   リーステップ軸受あるいはテーパランド軸受などの軸受
   と軸受との間に溝を形成して成るシール装置。