JPH0450559A - 動圧非接触形メカニカルシール - Google Patents
動圧非接触形メカニカルシールInfo
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- JPH0450559A JPH0450559A JP16046990A JP16046990A JPH0450559A JP H0450559 A JPH0450559 A JP H0450559A JP 16046990 A JP16046990 A JP 16046990A JP 16046990 A JP16046990 A JP 16046990A JP H0450559 A JPH0450559 A JP H0450559A
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- Japan
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- seal
- dynamic pressure
- rotary
- pressure
- sealing surface
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- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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- Mechanical Sealing (AREA)
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。
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、例えばガスタービン、ブロアーおよびニアコ
ンプレッサなどの高圧流体用回転機器の軸封部に適用さ
れる動圧非接触形メカニカルシールに関するものである
。
ンプレッサなどの高圧流体用回転機器の軸封部に適用さ
れる動圧非接触形メカニカルシールに関するものである
。
［従来の技術］
従来より、例えばガスタービン、ブロアーおよびニアコ
ンプレッサなどの高圧流体用回転機器の軸封部に適用さ
れるシール装置として、日本機械学会論文集（０編）５
３巻４９１号、論文Ｎｏ。
ンプレッサなどの高圧流体用回転機器の軸封部に適用さ
れるシール装置として、日本機械学会論文集（０編）５
３巻４９１号、論文Ｎｏ。
８６−０７７８Ａの第１４８７〜１４９３頁に掲載され
た「リバースステップ付きレイリーステップ端面シール
」が知られている。
た「リバースステップ付きレイリーステップ端面シール
」が知られている。
上記文献に記載されたシール装置は、８１図に示すよう
に、被軸封機器の回転部材１（図示例では回転軸ＩＡと
同時回転する回転スリーブＩＢ）と一体に回転する回転
密封環２Ａを設けた回転側シール要素２と、被軸封機器
のケーシング３側に固定されたスプリングリテーナ３Ａ
に、周方向に等間隔で配置した回り止めビン３Ｂを介し
て回転不能に保持され、かつスプリング３Ｃにより回転
密封環２Ａ側に常時移動付勢される静止密封環４Ａを設
けた固定側シール要素４とを有し、上記回転密封環２Ａ
のシール面２ａに、第４図に示すように、円周方向に等
間隔で径方向にのびる幅狭深底の流体導入溝５を複数形
成し、これら流体導入溝５のそれぞれに連通し、かつ円
周方向の一方、例えば矢印ａで示す回転方向の反対側に
のびる浅底の動圧発生グルーブ６を、径方向に一段で発
生動圧を大きくするために径方向に回旋な限り幅広に形
成してなる動圧非接触形メカニカルシールである。
に、被軸封機器の回転部材１（図示例では回転軸ＩＡと
同時回転する回転スリーブＩＢ）と一体に回転する回転
密封環２Ａを設けた回転側シール要素２と、被軸封機器
のケーシング３側に固定されたスプリングリテーナ３Ａ
に、周方向に等間隔で配置した回り止めビン３Ｂを介し
て回転不能に保持され、かつスプリング３Ｃにより回転
密封環２Ａ側に常時移動付勢される静止密封環４Ａを設
けた固定側シール要素４とを有し、上記回転密封環２Ａ
のシール面２ａに、第４図に示すように、円周方向に等
間隔で径方向にのびる幅狭深底の流体導入溝５を複数形
成し、これら流体導入溝５のそれぞれに連通し、かつ円
周方向の一方、例えば矢印ａで示す回転方向の反対側に
のびる浅底の動圧発生グルーブ６を、径方向に一段で発
生動圧を大きくするために径方向に回旋な限り幅広に形
成してなる動圧非接触形メカニカルシールである。
上記構成の動圧非接触形メカニカルシールでは、被軸封
機器の回転部材１の回転にともない回転密封環２Ａが回
転する。この回転により高圧側Ｙの流体が流体導入溝５
から動圧発生グルーブ６に流入して、上記回転密封環２
Ａのシール面２ａど、静止密封環４Ａのシール面４ａと
の間に動圧が発生されて、シール面４ａをシール面２ａ
から離す方向の付勢力が作用し、この付勢力とシール面
４ａをシール面２ａに当接させる方向に移動付勢力して
いるスプリング３Ｃのばね力とのバランス点の圧力によ
って、両シール面２ａ、４ａ間に例えば５〜２０ｐｍ程
度の狭いシール間隙を形成して低圧側Ｘと高圧側Ｙとを
非接触状態でシールするものである。
機器の回転部材１の回転にともない回転密封環２Ａが回
転する。この回転により高圧側Ｙの流体が流体導入溝５
から動圧発生グルーブ６に流入して、上記回転密封環２
Ａのシール面２ａど、静止密封環４Ａのシール面４ａと
の間に動圧が発生されて、シール面４ａをシール面２ａ
から離す方向の付勢力が作用し、この付勢力とシール面
４ａをシール面２ａに当接させる方向に移動付勢力して
いるスプリング３Ｃのばね力とのバランス点の圧力によ
って、両シール面２ａ、４ａ間に例えば５〜２０ｐｍ程
度の狭いシール間隙を形成して低圧側Ｘと高圧側Ｙとを
非接触状態でシールするものである。
［発明が解決しようとする課題］
上記構成の従来の動圧非接触形メカニカルシールでは１
回転密封環２Ａのシール面２ａに、流体導入溝５に連通
させて径方向に幅広の一段の動圧発生グルーブ６が形成
されているだけであるから、両シール面２ａ、４ａが平
行に対面している正常な状態では、第５図（ａ）に示す
ように、発生動圧を十分に大きくし、かつ隙間剛性も高
くできる反面、回転密封環２Ａに径方向に不均等で高い
圧力が付加されることに起因して、この回転密封環２Ａ
が歪むことなどによってシール面２ａ。
回転密封環２Ａのシール面２ａに、流体導入溝５に連通
させて径方向に幅広の一段の動圧発生グルーブ６が形成
されているだけであるから、両シール面２ａ、４ａが平
行に対面している正常な状態では、第５図（ａ）に示す
ように、発生動圧を十分に大きくし、かつ隙間剛性も高
くできる反面、回転密封環２Ａに径方向に不均等で高い
圧力が付加されることに起因して、この回転密封環２Ａ
が歪むことなどによってシール面２ａ。
４ａが相対的に傾いたとき、両シール面２ａ。
４ａの平行性がくずれて発生動圧が対面シール間隙の大
きい側から逃げるために、第５図（ｂ）に示すように、
急激な圧力低下を呈する。これによって、シール面２ａ
、４ａを開けようとする力がスプリング３Ｃのばね力を
含む静止密封環４Ａの背面側からのシール面２ａ、４ａ
を閉じようとする力に対して著しく弱まり、また、シー
ル面２ａ 、４ａを平行な対面姿勢に戻す作用も働かな
い。その結果、シール面２ａ 、４ａ同士が接触してシ
ール破壊やシール面２ａ、４ａの損傷などのトラブルを
生じ易い問題があった。なお、第５図中の実線は、動圧
発生グルーブ６で発生する平均圧力分布を示している。
きい側から逃げるために、第５図（ｂ）に示すように、
急激な圧力低下を呈する。これによって、シール面２ａ
、４ａを開けようとする力がスプリング３Ｃのばね力を
含む静止密封環４Ａの背面側からのシール面２ａ、４ａ
を閉じようとする力に対して著しく弱まり、また、シー
ル面２ａ 、４ａを平行な対面姿勢に戻す作用も働かな
い。その結果、シール面２ａ 、４ａ同士が接触してシ
ール破壊やシール面２ａ、４ａの損傷などのトラブルを
生じ易い問題があった。なお、第５図中の実線は、動圧
発生グルーブ６で発生する平均圧力分布を示している。
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、シ
ール面が傾いたときの動圧の低下を抑制するどともに、
シール面の平行対面姿勢への復元力を働かせて、シール
間隙の確保およびシ・−ル面同士の接触トラブルの回避
を確実なものにできる動圧非接触形メカニカルシールを
提供することを目的としている。
ール面が傾いたときの動圧の低下を抑制するどともに、
シール面の平行対面姿勢への復元力を働かせて、シール
間隙の確保およびシ・−ル面同士の接触トラブルの回避
を確実なものにできる動圧非接触形メカニカルシールを
提供することを目的としている。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するために、本発明に係る動圧非接触形
メカニカルシールは、回転密封環のシール面に円周方向
に等間隔で外端が径外側に開口しかつ内端がシール面内
に存在するように径方向にのびる流体導入溝が複数形成
され、これら流体導入溝にそれぞれ連通しかつ円周方向
の少なくとも一方にのびる動圧発生グルーブが形成され
、これら動圧発生グルーブはそれぞれ径方向に独立して
複数個に分割されたものである。
メカニカルシールは、回転密封環のシール面に円周方向
に等間隔で外端が径外側に開口しかつ内端がシール面内
に存在するように径方向にのびる流体導入溝が複数形成
され、これら流体導入溝にそれぞれ連通しかつ円周方向
の少なくとも一方にのびる動圧発生グルーブが形成され
、これら動圧発生グルーブはそれぞれ径方向に独立して
複数個に分割されたものである。
［作用］
上記構成の本発明によれば、回転密封環の回転により、
流体導入溝に連通ずる動圧発生グルーブに径外側（高圧
側）から流体が侵入して動圧を発生し、この動圧によっ
て所定のシール隙間を形成して非接触状態で所定どおり
のシールを行なわせる。
流体導入溝に連通ずる動圧発生グルーブに径外側（高圧
側）から流体が侵入して動圧を発生し、この動圧によっ
て所定のシール隙間を形成して非接触状態で所定どおり
のシールを行なわせる。
このとき、例えば回転密封環に歪が生じるなどしてシー
ル面が傾き、シール隙間が径方向で不均一になった場合
、そのシール隙間の広い側の動圧発生グルーブでの発生
動圧は著しく低下するものの、シール隙間の狭い側の動
圧発生グルーブでの発生動圧の低下はそのグルーブの幅
が狭いゆえに抑制され、したがって、全体としてシール
面同士が接触しないだけの動圧を確保できるとともに、
径方向での動圧の差によってシール面を平行な対面姿勢
に戻すに十分なモーメントが働き、所定のシール性能を
確保することができる。
ル面が傾き、シール隙間が径方向で不均一になった場合
、そのシール隙間の広い側の動圧発生グルーブでの発生
動圧は著しく低下するものの、シール隙間の狭い側の動
圧発生グルーブでの発生動圧の低下はそのグルーブの幅
が狭いゆえに抑制され、したがって、全体としてシール
面同士が接触しないだけの動圧を確保できるとともに、
径方向での動圧の差によってシール面を平行な対面姿勢
に戻すに十分なモーメントが働き、所定のシール性能を
確保することができる。
［実施例］
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は動圧非接触形メカニカルシールの全体構成を示
す縦断側面図、第２図は本発明の回転密封環の正面図で
あり、本発明では５回転密封環のシール面に形成される
動圧発生グルーブを径方向で複数個に分割した点が従来
例と相違するだけで、この点を除く他の部材および構成
は従来例と同一であるため、第１図は本発明の実施例と
従来例とを共用するものとし、また５第２図において、
第４図に相当する部分には、それぞれ同一の符号を付し
て、それらの詳しい説明を省略する。
す縦断側面図、第２図は本発明の回転密封環の正面図で
あり、本発明では５回転密封環のシール面に形成される
動圧発生グルーブを径方向で複数個に分割した点が従来
例と相違するだけで、この点を除く他の部材および構成
は従来例と同一であるため、第１図は本発明の実施例と
従来例とを共用するものとし、また５第２図において、
第４図に相当する部分には、それぞれ同一の符号を付し
て、それらの詳しい説明を省略する。
第２図において５回転密封環２Ａのシール面２ａには５
円周方向に等間隔で外端がシール面２ａの径外側（高圧
側Ｙ）に開口し、内端がシール面２ａ内に存在するよう
に径方向にのびる流体導入溝５が複数（例えば１２）形
成されている。
円周方向に等間隔で外端がシール面２ａの径外側（高圧
側Ｙ）に開口し、内端がシール面２ａ内に存在するよう
に径方向にのびる流体導入溝５が複数（例えば１２）形
成されている。
この流体導入溝５はシール面２ａの外端から径方向にの
び、その深さは５７ｚｍｘ ｌ ｍｍに設定されている
。
び、その深さは５７ｚｍｘ ｌ ｍｍに設定されている
。
また、上記各流体導入溝５のそれぞれに連通させて、円
周方向の一方（反時計方向）にのび、深さ２〜２、Ｏｇ
ｍに設定された動圧発生グルーブ６が形成されている。
周方向の一方（反時計方向）にのび、深さ２〜２、Ｏｇ
ｍに設定された動圧発生グルーブ６が形成されている。
これら動圧発生グルーブ６は、回転密封環２Ａのシール
面２ａでその径方向に等間隔を隔てて各々独立的に分割
形成された複数個（図示例では３債で示すが、４個以上
であってもよい）の狭幅グルーブ６Ａ、６Ｂ、６Ｃから
構成され、それらのグルーブの幅の和は、シール面２ａ
の面幅Ｗ（径方向の寸法）に対して、３０〜７０％の割
合（図示例では約５９％）に設定されている。
面２ａでその径方向に等間隔を隔てて各々独立的に分割
形成された複数個（図示例では３債で示すが、４個以上
であってもよい）の狭幅グルーブ６Ａ、６Ｂ、６Ｃから
構成され、それらのグルーブの幅の和は、シール面２ａ
の面幅Ｗ（径方向の寸法）に対して、３０〜７０％の割
合（図示例では約５９％）に設定されている。
上記のような構成であれば、回転密封環２Ａを矢印ａ方
向に回転させることによって、流体導入溝５から高圧側
Ｙの流体が動圧発生グルーブ６の各分割狭幅グルーブ６
Ａ 、６Ｂ 、６Ｃに流入して、回転密封環２Ａのシー
ル面２ａと、静圧密封環４Ａのシール面４ａとの間に動
圧を発生させ、その動圧によりシール面２ａをシール面
４ａから離す方向に付勢して、この付勢力とスプリング
３Ｃのばね力とのバランス点の圧力によって、シール面
２ａ 、４ａ間に例えば５〜２０ｐｍ程度の狭いシール
隙間を形成して、低圧側又と高圧側Ｙとを非接触状態で
シールする。
向に回転させることによって、流体導入溝５から高圧側
Ｙの流体が動圧発生グルーブ６の各分割狭幅グルーブ６
Ａ 、６Ｂ 、６Ｃに流入して、回転密封環２Ａのシー
ル面２ａと、静圧密封環４Ａのシール面４ａとの間に動
圧を発生させ、その動圧によりシール面２ａをシール面
４ａから離す方向に付勢して、この付勢力とスプリング
３Ｃのばね力とのバランス点の圧力によって、シール面
２ａ 、４ａ間に例えば５〜２０ｐｍ程度の狭いシール
隙間を形成して、低圧側又と高圧側Ｙとを非接触状態で
シールする。
ここで、例えば回転密封環２Ａが既述のような理由によ
り歪を生じるなどして、対面するシール面２ａ、４ａが
第３図のように、相対的に傾いた場合、シール隙間の広
い側、つまり、径方向内方側の分割狭幅グルーブ６Ｂ、
６Ｇでの発生動圧は低下するものの、径方向外方側の分
割狭幅グルーブ６Ａでの発生動圧の低下は抑制され、両
シール面２ａ、４ａ同士を接触させないだけの十分な動
圧を発生させることができるとともに、両シール面２ａ
、４ａを互いに平行な対面姿勢に復元させようとする
モーメン）Ｍが発生されるので、所定のシール隙間が確
保されてシール破壊やシール面２ａ、４ａの損傷を確実
に防止することができる。
り歪を生じるなどして、対面するシール面２ａ、４ａが
第３図のように、相対的に傾いた場合、シール隙間の広
い側、つまり、径方向内方側の分割狭幅グルーブ６Ｂ、
６Ｇでの発生動圧は低下するものの、径方向外方側の分
割狭幅グルーブ６Ａでの発生動圧の低下は抑制され、両
シール面２ａ、４ａ同士を接触させないだけの十分な動
圧を発生させることができるとともに、両シール面２ａ
、４ａを互いに平行な対面姿勢に復元させようとする
モーメン）Ｍが発生されるので、所定のシール隙間が確
保されてシール破壊やシール面２ａ、４ａの損傷を確実
に防止することができる。
［発明の効果］
以上のように、本発明によれば、動圧発生グルーブを径
方向で複数個の独立したものに分割することにより、シ
ール面が傾いたときでも、シール隙間の狭い側の幅狭グ
ルーブで発生する動圧の低下を抑制して、シール面同士
の接触トラブルを確実に回避させることができるととも
に、シール面同士を平行な対面姿勢に復元させようとす
るモーメントを発生させて所定のシール隙間に戻すこと
ができる。したがって、簡単な構成改良を施すだけで、
シール破壊およびシール面の損傷を防止し、長期に亘っ
て信頼性および安全性の高いシール性能を確保すること
ができる。
方向で複数個の独立したものに分割することにより、シ
ール面が傾いたときでも、シール隙間の狭い側の幅狭グ
ルーブで発生する動圧の低下を抑制して、シール面同士
の接触トラブルを確実に回避させることができるととも
に、シール面同士を平行な対面姿勢に復元させようとす
るモーメントを発生させて所定のシール隙間に戻すこと
ができる。したがって、簡単な構成改良を施すだけで、
シール破壊およびシール面の損傷を防止し、長期に亘っ
て信頼性および安全性の高いシール性能を確保すること
ができる。
第１図は本発明および従来例を共用して示す全体構成の
縦断側面図、第２図は本発明の回転密封環の拡大正面図
、第３図は本発明のシール面が傾いた場合の圧力分布特
性図、第４図は従来の回転密封環の拡大正面図、第５図
（ａ）、（ｂ）は従え＠、）エカ分布特性ＩＮ？（ａ）
！よ工常ヶ□動状態における圧力分布特性図、（ｂ）は
シール面が傾いた場合の圧力分布特性図である。また、
第３図、第５図において、２点鎖線はシール面に対応す
る連続的な圧力分布であり、実線はシール面をグルーブ
領域とその他の領域に分割した場合の平均圧力分布であ
る。 １・・・回転部材、２・・・回転側シール要素、２Ａ・
・・回転密封環、２ａ・・・シール面、３Ｃ・・・スプ
リング１４・・・固定側シール要素、４Ａ・・・静止密
封環、５・・・流体導入溝、６・・・動圧発生グルーブ
、６Ａ。 ６Ｂ 、６Ｃ・・・分割狭幅グルーブ。 特許 出願人 日本ビラーエ業株式会社代理人 弁
理士 鈴 江 孝 − （ほか１名） 一一一シーーー、 ■ −Ｊ
縦断側面図、第２図は本発明の回転密封環の拡大正面図
、第３図は本発明のシール面が傾いた場合の圧力分布特
性図、第４図は従来の回転密封環の拡大正面図、第５図
（ａ）、（ｂ）は従え＠、）エカ分布特性ＩＮ？（ａ）
！よ工常ヶ□動状態における圧力分布特性図、（ｂ）は
シール面が傾いた場合の圧力分布特性図である。また、
第３図、第５図において、２点鎖線はシール面に対応す
る連続的な圧力分布であり、実線はシール面をグルーブ
領域とその他の領域に分割した場合の平均圧力分布であ
る。 １・・・回転部材、２・・・回転側シール要素、２Ａ・
・・回転密封環、２ａ・・・シール面、３Ｃ・・・スプ
リング１４・・・固定側シール要素、４Ａ・・・静止密
封環、５・・・流体導入溝、６・・・動圧発生グルーブ
、６Ａ。 ６Ｂ 、６Ｃ・・・分割狭幅グルーブ。 特許 出願人 日本ビラーエ業株式会社代理人 弁
理士 鈴 江 孝 − （ほか１名） 一一一シーーー、 ■ −Ｊ
Claims (1)
- 被軸封機器の回転部材と一体回転する回転密封環を設け
た回転側シール要素と、被軸封機器のケーシング側に回
転不能に保持され、かつスプリングにより上記回転密封
環側に常時、移動付勢される静止密封環を設けた固定側
シール要素とを有するメカニカルシールにおいて、上記
回転密封環のシール面に円周方向に等間隔で外端が径外
側に開口しかつ内端がシール面内に存在するように径方
向にのびる流体導入溝が複数形成され、これら流体導入
溝にそれぞれ連通しかつ円周方向の少なくとも一方にの
びる動圧発生グルーブが形成され、これら動圧発生グル
ーブはそれぞれ径方向に独立して複数個に分割されてい
ることを特徴とする動圧非接触形メカニカルシール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16046990A JPH0660690B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 動圧非接触形メカニカルシール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16046990A JPH0660690B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 動圧非接触形メカニカルシール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0450559A true JPH0450559A (ja) | 1992-02-19 |
| JPH0660690B2 JPH0660690B2 (ja) | 1994-08-10 |
Family
ID=15715625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16046990A Expired - Lifetime JPH0660690B2 (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 動圧非接触形メカニカルシール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0660690B2 (ja) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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