JPH04266666A - Sealing device - Google Patents
Sealing deviceInfo
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- JPH04266666A JPH04266666A JP4606591A JP4606591A JPH04266666A JP H04266666 A JPH04266666 A JP H04266666A JP 4606591 A JP4606591 A JP 4606591A JP 4606591 A JP4606591 A JP 4606591A JP H04266666 A JPH04266666 A JP H04266666A
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンやガスコ
ンプレッサなどの回転機において、機内のガスをシール
するのに使用されるメカニカルシール装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical seal device used for sealing gas inside a rotating machine such as a gas turbine or a gas compressor.
【0002】0002
【従来の技術】図3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はガスタービンなどの回転
軸であり、その外周部にシールケーシング2が設けられ
ている。そしてシールケーシング2には、固定されたシ
ール板3、一対のシールリングケーシング4およびこの
シールリングケーシング4に保持される浮動リング5、
そして両シールリングケーシング4および浮動リング5
の間に位置するバッファガス供給リング6が内蔵されて
いる。そしてこれらは、シールリングケーシング取付板
7によってシールケーシング2と一体にされるとともに
、本体ケーシング8に取付けられている。なお、浮動リ
ング5は回転軸1の周りに微少隙間をもつように設けら
れているとともに回り止めが施されており、また、シー
ルケーシング2の内周面とシールリングケーシング4の
外周面との接触部には、シール作用を担うようにOリン
グ9が挿入されている。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a sectional view showing a conventional sealing device. In this figure, 1 is a rotating shaft of a gas turbine or the like, and a seal casing 2 is provided on the outer periphery of the shaft. The seal casing 2 includes a fixed seal plate 3, a pair of seal ring casings 4, and a floating ring 5 held by the seal ring casing 4.
and both seal ring casing 4 and floating ring 5
A buffer gas supply ring 6 located between the two is built-in. These are integrated with the seal casing 2 by a seal ring casing mounting plate 7 and are attached to the main casing 8. The floating ring 5 is provided with a small gap around the rotating shaft 1 and is prevented from rotating, and the inner circumferential surface of the seal casing 2 and the outer circumferential surface of the seal ring casing 4 are An O-ring 9 is inserted into the contact portion to perform a sealing action.
【0003】ここで、図3のシールリングケーシング取
付板7より左側の空間aはガスタービンなどの機内側で
あり、シールケーシング2より右側の空間bは大気側で
ある。また、両シールリングケーシング4および浮動リ
ング5の間に位置するバッファガス供給リング6の空間
cは、シール流体としてのバッファガスが供給されるバ
ッファガス流路である。このバッファガス流路cには、
シールケーシング2に設けられたバッファガス供給孔1
0から、高圧の例えば窒素ガスのようなバッファガスが
供給され、シール部の潤滑と冷却を行った後、浮動リン
グ5と回転軸1との間の微少隙間を通して、それぞれ機
内側および大気側へ漏洩する。なお、ガスタービンなど
の機内側の空間aには、高温、高圧のガスが充満してい
るので、バッファガス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。このようにして、機内ガスが大
気側へ漏洩することを防止している。Here, the space a on the left side of the seal ring casing mounting plate 7 in FIG. 3 is inside a machine such as a gas turbine, and the space b on the right side of the seal casing 2 is on the atmosphere side. Further, a space c of the buffer gas supply ring 6 located between both the seal ring casings 4 and the floating ring 5 is a buffer gas flow path to which a buffer gas as a sealing fluid is supplied. In this buffer gas flow path c,
Buffer gas supply hole 1 provided in seal casing 2
0, a high-pressure buffer gas such as nitrogen gas is supplied, and after lubricating and cooling the sealing part, it passes through the small gap between the floating ring 5 and the rotating shaft 1 to the inside of the machine and to the atmosphere, respectively. leak. Note that since the space a inside the machine, such as a gas turbine, is filled with high-temperature, high-pressure gas, the buffer gas is supplied at a pressure higher than the pressure inside the machine. In this way, in-flight gas is prevented from leaking into the atmosphere.
【0004】次に、浮動リング5の作用について説明す
る。浮動リング5の内径は回転軸1の外径よりも若干大
きく形成されており、そのため浮動リング5と回転軸1
との間に微少隙間が形成されている。そこで回転軸1が
高速で回転すると、浮動リング5と回転軸1との間の微
少隙間に、バッファガスの動圧流体潤滑作用が働き、浮
動リング5を回転軸1から浮動させて両者を非接触に保
つことができ、浮動リング5は動圧流体潤滑ガス軸受と
して機能するようになる。そして、浮動リング5は、回
転軸1のラジアル方向の振動に対して、回転軸1と非接
触を保ったままラジアル方向に振動する。Next, the function of the floating ring 5 will be explained. The inner diameter of the floating ring 5 is formed to be slightly larger than the outer diameter of the rotating shaft 1, so that the floating ring 5 and the rotating shaft 1
A small gap is formed between the two. Therefore, when the rotating shaft 1 rotates at high speed, the dynamic pressure fluid lubrication effect of the buffer gas acts on the minute gap between the floating ring 5 and the rotating shaft 1, causing the floating ring 5 to float from the rotating shaft 1 and separating them. can be kept in contact and the floating ring 5 will function as a hydrodynamically lubricated gas bearing. The floating ring 5 vibrates in the radial direction while maintaining non-contact with the rotating shaft 1 in response to the radial vibration of the rotating shaft 1.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このように浮動リング
5のラジアル隙間が小さいので、大きな隙間を有するラ
ビリンスシールよりもバッファガス消費量が少なくてよ
いという特徴を有するが、次のような欠点をもっている
。[Problem to be Solved by the Invention] Since the radial clearance of the floating ring 5 is small as described above, the floating ring 5 has the characteristic that it consumes less buffer gas than a labyrinth seal having a large clearance, but it has the following drawbacks. There is.
【0006】起動、停止時には、回転軸1の回転数がゼ
ロまたは小さいために、浮動リング5と回転軸1との間
に働く動圧流体潤滑作用が小さく、そのため、浮動リン
グ5が回転軸1に直接接触することになる。従って、摩
擦熱を発生させたり摩耗を生じさせるという問題があっ
た。At the time of starting and stopping, since the rotational speed of the rotating shaft 1 is zero or small, the dynamic pressure fluid lubrication effect acting between the floating ring 5 and the rotating shaft 1 is small. will be in direct contact with. Therefore, there are problems in that frictional heat is generated and wear occurs.
【0007】また、回転軸1の定常回転時にあっても、
ガスの粘度は液体に比べて小さいために、動圧流体潤滑
作用が小さく、そのため浮動リング5の浮上能力はあま
り大きくない。従って、回転軸1の振動が大きい場合や
、浮動リング5とシール板3との摩擦、あるいは浮動リ
ング5とシールリングケーシング4との摩擦が大きいと
、浮動リング5が回転軸1に直接接触することになり、
焼付きなどの損傷を生じ易いという問題があった。[0007] Furthermore, even when the rotating shaft 1 is in steady rotation,
Since the viscosity of gas is smaller than that of liquid, the dynamic pressure fluid lubrication effect is small, and therefore the floating ability of the floating ring 5 is not very large. Therefore, when the vibration of the rotating shaft 1 is large, the friction between the floating ring 5 and the seal plate 3, or the friction between the floating ring 5 and the seal ring casing 4 is large, the floating ring 5 comes into direct contact with the rotating shaft 1. As a result,
There was a problem that damage such as seizure was likely to occur.
【0008】本発明はこのような問題を解決することを
目的としてなされたもので、浮動リングの浮上力を高め
、常に、浮動リングと回転軸との間を非接触に保持させ
る構造を提供するものである。The present invention was made with the aim of solving such problems, and provides a structure that increases the levitation force of the floating ring and maintains the floating ring and the rotating shaft without contact at all times. It is something.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明によれば、回転
機の回転軸の周りに微少隙間をもつように浮動リングを
設け、この浮動リングの内周面と回転軸の外周面との間
の隙間へ、回転機の機内ガス圧よりも高い圧力のバッフ
ァガスを供給するようにしたシール装置において、浮動
リングに回転軸の表面に向けて開口する細孔を円周方向
に複数個設け、この細孔からバッファガスを回転軸の表
面に向けて噴出させるような構造としている。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a floating ring is provided around the rotating shaft of a rotating machine with a slight gap between the inner circumferential surface of the floating ring and the outer circumferential surface of the rotating shaft. In a sealing device that supplies buffer gas at a pressure higher than the in-machine gas pressure of a rotating machine to the gap between the two, the floating ring is provided with a plurality of pores opening toward the surface of the rotating shaft in the circumferential direction, The structure is such that buffer gas is ejected from these pores toward the surface of the rotating shaft.
【0010】0010
【作 用】上記の手段によれば、浮動リングの細孔か
ら回転軸の表面に向けてバッファガスを噴出させること
により、浮動リングと回転軸との間に静圧流体潤滑作用
が働き、これにより浮動リングを回転軸から浮上させる
。
この静圧流体潤滑作用により、停止時または低速時でも
、浮動リングと回転軸との間に微少隙間を形成して両者
間の直接接触が防止される。そして回転軸が定常回転数
に達したときには、静圧流体潤滑作用に加えて動圧流体
潤滑作用が働くので、浮動リングの浮上力がさらに増大
し、浮動リングと回転軸との非接触化をより強固なもの
にする。[Operation] According to the above means, by blowing out the buffer gas from the pores of the floating ring toward the surface of the rotating shaft, a hydrostatic fluid lubrication effect works between the floating ring and the rotating shaft. The floating ring is floated from the rotating shaft. Due to this hydrostatic fluid lubrication effect, a minute gap is formed between the floating ring and the rotating shaft to prevent direct contact between the two even when stopped or at low speeds. When the rotating shaft reaches a steady rotation speed, dynamic pressure fluid lubrication works in addition to static pressure fluid lubrication, which further increases the floating force of the floating ring and prevents contact between the floating ring and the rotating shaft. make it stronger.
【0011】[0011]
【実施例】以下本発明に係るシール装置の一実施例を、
図1および図2を参照して詳細に説明する。なお、図1
と図2には同一部分に同一符号を付して示してある。[Example] An example of the sealing device according to the present invention will be described below.
This will be explained in detail with reference to FIGS. 1 and 2. Furthermore, Figure 1
In FIG. 2, the same parts are designated by the same reference numerals.
【0012】図1は本発明のシール装置の一実施例を示
したものである。この図において、11はガスタービン
などの回転軸であり、その外周部にシールケーシング1
2が設けられている。そしてシールケーシング12には
、固定されたシール板13とシールリングケーシング1
4が装着されているとともに、浮動リング15が保持さ
れている。そしてこれらは、シールリングケーシング取
付板17によってシールケーシング12と一体にされる
とともに、本体ケーシング18に取付けられている。FIG. 1 shows an embodiment of the sealing device of the present invention. In this figure, 11 is a rotating shaft of a gas turbine, etc., and a seal casing 1 is attached to the outer circumference of the rotating shaft.
2 is provided. The seal casing 12 includes a fixed seal plate 13 and a seal ring casing 1.
4 is attached, and a floating ring 15 is held. These are integrated with the seal casing 12 by a seal ring casing mounting plate 17 and are attached to the main body casing 18.
【0013】浮動リング15は、断面がU字状に形成さ
れた回転軸11の周りに位置するリングで、その内径は
回転軸11の外径よりも若干大きく形成されており、そ
のため浮動リング15と回転軸11との間に微少隙間が
形成されるものである。そして浮動リング15には、回
転軸11の表面に向けて開口する細孔16が円周方向に
複数個設けられている。なお、図示していないが浮動リ
ング15は回り止めが施されており、その一方の面はシ
ール板13に対して、そして他方の面はシールリングケ
ーシング14に対して、それぞれOリング19によって
弾性的に支持されている。また、シールケーシング12
の内周面とシールリングケーシング14の外周面との接
触部には、シール作用を担うようにOリング20が挿入
されている。The floating ring 15 is a ring located around the rotating shaft 11 having a U-shaped cross section, and its inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the rotating shaft 11. A minute gap is formed between the rotary shaft 11 and the rotary shaft 11. The floating ring 15 is provided with a plurality of pores 16 in the circumferential direction that open toward the surface of the rotating shaft 11. Although not shown in the drawings, the floating ring 15 is prevented from rotating, and one surface of the floating ring 15 is elastically prevented from rotating with respect to the seal plate 13 and the other surface thereof with respect to the seal ring casing 14 by an O-ring 19. is widely supported. In addition, the seal casing 12
An O-ring 20 is inserted into the contact portion between the inner circumferential surface of the seal ring casing 14 and the outer circumferential surface of the seal ring casing 14 so as to perform a sealing action.
【0014】ここで、図1のシールリングケーシング取
付板17より左側の空間aはガスタービンなどの機内側
であり、シールケーシング12より右側の空間bは大気
側である。また、浮動リング15のU字状に形成された
空間cは、シール流体としてのバッファガスが導入され
るバッファガス流路である。このバッファガス流路cに
は、シールケーシング12に設けられたバッファガス供
給孔21から、シールリングケーシング14を経て高圧
のバッファガスが供給される。そして、バッファガスは
、浮動リング15に回転軸11の表面に向けて開口する
ように設けた細孔16から、浮動リング15と回転軸1
1との間の微少隙間へ噴出し、さらにこの微少隙間を通
して、それぞれ機内側および大気側へ漏洩する。なお、
ガスタービンなどの機内側の空間aには、高温、高圧の
ガスが充満しているので、バッファガスは機内側の圧力
よりも高い圧力で供給されるものである。従って機内ガ
スが大気側へ漏洩することがない。Here, the space a on the left side of the seal ring casing mounting plate 17 in FIG. 1 is inside the machine such as a gas turbine, and the space b on the right side of the seal casing 12 is on the atmosphere side. Further, the U-shaped space c of the floating ring 15 is a buffer gas flow path into which a buffer gas as a sealing fluid is introduced. High-pressure buffer gas is supplied to this buffer gas flow path c from a buffer gas supply hole 21 provided in the seal casing 12 via the seal ring casing 14. Then, the buffer gas is supplied to the floating ring 15 and the rotating shaft 1 from the pores 16 provided in the floating ring 15 so as to open toward the surface of the rotating shaft 11.
1, and further leaks into the inside of the machine and the atmosphere through this small gap. In addition,
Since a space a inside a machine such as a gas turbine is filled with high-temperature, high-pressure gas, the buffer gas is supplied at a pressure higher than the pressure inside the machine. Therefore, the cabin gas will not leak into the atmosphere.
【0015】次に本発明の作用を説明する。浮動リング
15のU字状に形成された空間cに導入されたバッファ
ガスは、浮動リング15に設けた細孔16から、浮動リ
ング15と回転軸11との間の微少隙間へ噴出する。こ
のとき、周方向で微少隙間の小さいところでは、細孔1
6から出たところのガス圧は高くなり、逆に微少隙間の
大きいところでは、細孔16から出たところのガス圧は
低くなる。このような周方向ガス圧分布の結果として、
浮動リング15を回転軸11に対して同心に浮上させる
ことができ、これをバッファガスの静圧流体潤滑作用と
いう。Next, the operation of the present invention will be explained. The buffer gas introduced into the U-shaped space c of the floating ring 15 is ejected from the pores 16 provided in the floating ring 15 into the minute gap between the floating ring 15 and the rotating shaft 11. At this time, in areas with small gaps in the circumferential direction, pores 1
The gas pressure at the point where the gas exits from the pore 16 becomes high, and conversely, the gas pressure at the point where the microscopic gap is large becomes low at the point where the gas exits from the pore 16. As a result of such circumferential gas pressure distribution,
The floating ring 15 can be floated concentrically with respect to the rotating shaft 11, and this is called the hydrostatic fluid lubrication effect of the buffer gas.
【0016】このような静圧流体潤滑作用は、回転軸1
1の回転数に関係なく働くものである。従って、タービ
ンなどの発停時や低速時のように、回転軸11の回転数
が定常回転数に達しない低回転数域でも、浮動リング1
5を浮上させて回転軸11との直接接触を防止すること
ができる。そして回転軸11の高速回転時には、回転軸
11の回転によるくさび作用のため、浮動リング15と
回転軸11との間の微少隙間に動圧流体潤滑作用が働き
、これが静圧流体潤滑作用に加わって、浮動リング15
の浮上力は一層大となり、浮動リング15と回転軸11
との接触防止はより強固なものになる。[0016] Such a hydrostatic fluid lubrication effect is applied to the rotating shaft 1.
It works regardless of the number of rotations. Therefore, the floating ring 1
5 can be floated to prevent direct contact with the rotating shaft 11. When the rotating shaft 11 rotates at high speed, hydrodynamic lubrication acts on the minute gap between the floating ring 15 and the rotating shaft 11 due to the wedge effect caused by the rotation of the rotating shaft 11, and this adds to the hydrostatic lubrication. Floating ring 15
The floating force of the floating ring 15 and the rotating shaft 11 becomes even larger.
This will strengthen the prevention of contact with
【0017】なお、浮動リング15と回転軸11との間
の微少隙間内のガス圧力は、導入されるバッファガス圧
力よりも低くなるので、微少隙間内のガス圧力を機内ガ
ス圧よりも高くなるように、予め導入されるバッファガ
ス圧を設定しておくことが必要である。これにより、機
内ガスが外部へ漏洩することを防止できる。そして、浮
動リング15の側面の隙間からのガス漏れは、Oリング
19によって防止している。このOリング19に代えて
、図2に示すように、浮動リング15の外周部の両側を
、ピストンリング22で支持するようにしてもガス漏れ
を防止することができる。また、細孔16をオリフィス
としてもよい。Note that the gas pressure in the minute gap between the floating ring 15 and the rotating shaft 11 is lower than the pressure of the introduced buffer gas, so the gas pressure in the minute gap is higher than the in-machine gas pressure. Therefore, it is necessary to set the buffer gas pressure to be introduced in advance. This can prevent in-flight gas from leaking to the outside. Gas leakage from the gap on the side surface of the floating ring 15 is prevented by an O-ring 19. Instead of the O-ring 19, gas leakage can also be prevented by supporting both sides of the outer periphery of the floating ring 15 with piston rings 22, as shown in FIG. Further, the pore 16 may be an orifice.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
タービンなどの起動、停止時や低速回転時のように、回
転軸11の回転数が定常回転数に達しない低回転数域で
も、静圧流体潤滑作用により浮動リング15を浮上させ
て回転軸11と直接接触しないようにすることができ、
摩耗や焼付きを防止することができる。そして、回転軸
11が定常回転数に達したときには、静圧流体潤滑作用
に加えて動圧流体潤滑作用が働くので、浮動リング15
の浮動力を一層増大させることができ、回転軸11のラ
ジアル振動に対しても浮動リング15を追従させて回転
軸11との接触を防止し、信頼性をより向上させること
ができる。[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention,
Even in a low rotational speed range where the rotational speed of the rotating shaft 11 does not reach the steady rotational speed, such as when starting or stopping a turbine or the like, or during low-speed rotation, the floating ring 15 is floated by the hydrostatic fluid lubrication effect, and the rotating shaft 11 You can avoid direct contact with
Abrasion and seizure can be prevented. When the rotating shaft 11 reaches a steady rotation speed, dynamic pressure fluid lubrication works in addition to the static pressure fluid lubrication action, so the floating ring 15
The floating force of the floating ring 15 can be further increased, and the floating ring 15 can also follow the radial vibration of the rotating shaft 11 to prevent contact with the rotating shaft 11, thereby further improving reliability.
【図1】本発明に係るシール装置の一実施例を示した断
面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a sealing device according to the present invention.
【図2】本発明に係るシール装置の変形例を示した断面
図である。FIG. 2 is a sectional view showing a modification of the sealing device according to the present invention.
【図3】従来のシール装置を示した断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a conventional sealing device.
11 回転軸 15 浮動リング 16 細孔 21 バッファガス供給孔 11 Rotation axis 15 Floating ring 16 Pore 21 Buffer gas supply hole
Claims (1)
うに浮動リングを設け、この浮動リングの内周面と前記
回転軸の外周面との間の隙間へ、回転機の機内ガス圧よ
りも高い圧力のバッファガスを供給するようにしたシー
ル装置において、前記浮動リングに前記回転軸の表面に
向けて開口する細孔を円周方向に複数個設け、この細孔
からバッファガスを前記回転軸の表面に向けて噴出させ
るようにしたシール装置。Claim 1: A floating ring is provided around the rotating shaft of a rotating machine with a minute gap, and the in-machine gas of the rotating machine is supplied to the gap between the inner circumferential surface of the floating ring and the outer circumferential surface of the rotating shaft. In a sealing device configured to supply buffer gas at a pressure higher than the pressure, the floating ring is provided with a plurality of pores opening toward the surface of the rotating shaft in the circumferential direction, and the buffer gas is supplied from the pores. A sealing device configured to emit water toward the surface of the rotating shaft.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4606591A JPH04266666A (en) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | Sealing device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4606591A JPH04266666A (en) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | Sealing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04266666A true JPH04266666A (en) | 1992-09-22 |
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Family Applications (1)
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JP4606591A Withdrawn JPH04266666A (en) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | Sealing device |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH04266666A (en) |
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