JPH0587716B2 - - Google Patents
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- JPH0587716B2 JPH0587716B2 JP29909790A JP29909790A JPH0587716B2 JP H0587716 B2 JPH0587716 B2 JP H0587716B2 JP 29909790 A JP29909790 A JP 29909790A JP 29909790 A JP29909790 A JP 29909790A JP H0587716 B2 JPH0587716 B2 JP H0587716B2
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3496—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member use of special materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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- F16J15/3464—Mounting of the seal
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Sealing (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、ケーシング壁を貫通して案内された
回転する軸のために軸方向の軸シールとして構成
された乾式ガスシールであつて、シール面を持つ
シール体の支持体として軸と一緒に回転する軸ブ
シユを備えており、かつガスによつてシール面へ
圧着せしめられ、しかもガスで潤滑される滑り面
を持つ定量の滑りリングを備えており、かつシー
ル面と滑り面との間の、ガスを充填される間〓が
維持されるように構成された形式のものに関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The invention relates to a dry gas seal configured as an axial shaft seal for a rotating shaft guided through a casing wall. It has a shaft bushing that rotates together with the shaft as a support for a sealing body having a surface, and a quantitative sliding ring that is pressed against the sealing surface by a gas and has a sliding surface that is lubricated by the gas. and is constructed such that the distance between the sealing surface and the sliding surface is maintained during gas filling.
［従来技術］
上記の形式の軸方向の軸シールは例えばEP−
Ｂ−13678から公知であり、かつこれは一定の圧
力下にあるターボ機械、例えばターボ形圧縮機ま
たはタービンのケーシング内室を軸の貫通ガイド
の所で外部に対して、または中間室に対してシー
ルして内室からの媒体の流出を防止する役割をす
る。これは封止媒体としてガスを用いて行なわ
れ、ガスは滑りリングの滑り面をシール面へ圧着
させ、したがつて内室からのガスの流出を最小に
する。ガスを充填された間〓は同時にシールの無
接触式作業のために形成されている。この場合軸
からの距離に殆ど左右されない、数マイクロメー
タの幅を持つ一様な間〓を維持することが努めら
れている。[Prior art] The above type of axial shaft seal is, for example, EP-
B-13678, which is known from B-13678 and is used to control the housing interior of a turbomachine, e.g. It serves as a seal to prevent the medium from flowing out from the inner chamber. This is done using a gas as the sealing medium, which presses the sliding surface of the sliding ring against the sealing surface, thus minimizing the escape of gas from the interior chamber. The gas-filled chamber is at the same time configured for contactless operation of the seal. In this case, the aim is to maintain a uniform spacing with a width of a few micrometers, which is almost independent of the distance from the axis.
かかる間〓は圧力障害に際して閉じる傾向があ
り、シール面と滑り面との不所望な接触に至るこ
とがある。ガス間〓の剛性を高めるために、シー
ル間〓が外側へ向かつて、すなわち軸から離れる
にしたがつて拡大するようにしたことによつて上
記の欠点を排除することが既に提案された。この
いわゆる“Ｖ”形によつてより大きなガス剛性
（Gassteifigkeit）が達成され、その結果より大き
な反力が形成され、これは両面の接触を阻止す
る。所望の“Ｖ”形は各シール部材の成形とこれ
らの協働によつて得ることが試られた。すなわち
一方ではシール体が内側の、軸に隣接したゾーン
において軸ブシユの環状面に支持されるように軸
ブシユが構成され、他方ではシール体が外側で小
さな間〓を形成している。中央ゾーンにおいてＯ
−パツキンリングが軸ブシユ内へ挿入された。し
かし封止ガス圧の作用時にＯ−リングが間〓内で
押しつぶされるので、損傷の危険があり、それに
よりシール作用が損われる。他方では作用する半
径方向の力が定置の滑りリングを変形させ、その
ために間〓の所望のＶ形が生じる。しかしかかる
Ｖ形のシール間〓は実地で要求される小さな構造
長さでは制限付きでのみ得られるにすぎない。 Such a gap has a tendency to close in the event of a pressure disturbance, which can lead to undesired contact between the sealing surface and the sliding surface. It has already been proposed to eliminate the above-mentioned drawbacks by making the seal gap widen outwards, ie away from the axis, in order to increase the rigidity of the gas gap. This so-called "V" shape achieves a greater gas stiffness, which results in a greater reaction force, which prevents contact between the two sides. Attempts have been made to obtain the desired "V" shape by shaping each seal member and their cooperation. On the one hand, the shaft bushing is constructed in such a way that the sealing body rests on the annular surface of the shaft bushing in a zone adjacent to the shaft on the inside, and on the other hand, the sealing body forms a small gap on the outside. O in the central zone
- The packing ring was inserted into the shaft bushing. However, there is a risk of damage as the O-ring is crushed in the gap when the sealing gas pressure is applied, thereby impairing the sealing effect. On the other hand, the acting radial force deforms the stationary sliding ring, so that the desired V-shape in the gap results. However, such a V-shaped seal gap can only be obtained to a limited extent with the small structural lengths required in practice.
［発明が解決しようとする問題点］
本発明の課題は、冒頭に記載の形式の乾式ガス
シールにおいて外側へ向かつて僅かに拡大したＶ
形のシール間〓を異なる要求と運転条件に合わせ
て得ることができるようにすることであり、しか
もシールが著しい構造上の変化なしに所定のガス
圧および軸の回転数で最適に作業する、すなわち
できる限り大きな運転信頼性が得られると同時に
漏れはできる限り小さくなくてはならない。[Problem to be Solved by the Invention] The problem to be solved by the present invention is to provide a dry gas seal of the type described at the beginning with a V slightly enlarged toward the outside.
The objective is to be able to obtain different shapes of seal spacing to suit different requirements and operating conditions, while ensuring that the seals work optimally at a given gas pressure and shaft rotation speed without significant structural changes. This means that the highest possible operational reliability must be achieved while at the same time leakage must be as small as possible.
［問題点を解決するための手段］
上記の課題を解決するための本発明の手段は、
シール体と軸ブシユとの間であつて、軸からの距
離のほぼ中央の所に弾性のパツキンリングが設け
られており、パツキンリングの内側に直接続いて
シール体が同軸的なウエブを介して軸ブシユに支
持されており、そのためにパツキンリングが直接
ウエブの外面に圧着されており、かつ滑りリング
の内側部分の背面に軸方向に移動可能であつて、
しかも滑りリングおよびケーシング壁もしくはこ
れと結合された構造部材に対してシールされた支
持リングが設けられており、支持リングが内側
の、軸に隣接したゾーンにおいて別の同軸的なウ
エブによつて滑りリングの背面へ押圧されてお
り、かつこのウエブの、支持リングにおける軸か
らの距離が、ガス圧によつて形成された、滑りリ
ングをシール体へ押圧する力が軸から離れるにし
たがつてシール間〓が拡大する方向に作用する合
成力を与えるように選択されていることである。[Means for solving the problems] The means of the present invention for solving the above problems are as follows:
An elastic packing ring is provided between the sealing body and the shaft bushing at approximately the center of the distance from the shaft. supported on an axle bushing, for which a packing ring is crimped directly on the outer surface of the web and is axially movable behind the inner part of the sliding ring;
In addition, a support ring is provided which is sealed against the sliding ring and against the casing wall or a structural member connected thereto, the support ring sliding in an inner zone adjacent to the shaft by means of a further coaxial web. The seal is pressed against the back of the ring and the distance of this web from the axis in the support ring increases as the force created by the gas pressure pressing the sliding ring towards the sealing body moves away from the axis. It is selected so as to give a resultant force acting in the direction of increasing the distance.
［発明の効果］
合成力の作用点が支持リングにおけるウエブの
位置によつて、すなわちウエブの、軸またはこの
軸線からの距離によつて決められる。したがつて
この位置の変更によつて故障時における間〓の閉
鎖を妨げるように働く反力を調節することができ
る。特に簡単な方法ではこれは支持リングを異な
る直径のウエブを異なる位置に有する支持リング
と交換することにより可能である。Effects of the Invention The point of application of the resultant force is determined by the position of the web in the support ring, ie by the axis or the distance of the web from this axis. By changing this position, it is therefore possible to adjust the reaction force that acts to prevent the gap from closing in the event of a failure. In a particularly simple manner, this is possible by replacing the support ring with a support ring having webs of different diameters in different positions.
［実施例］
図示された実施例では軸１がシールされて（例
えばターボ機械の）ケーシング壁２を貫通して相
対的に高い圧力piの箇所から相対的に低い圧力pa
の箇所まで案内されている。シールは軸１に嵌込
まれた軸ブシユ３を備えており、軸ブシユは外側
にシール体５を支持している。シール体は外側に
おいて円環状のシール面６を形成している。有利
にはシール体５は硬質金属、例えば炭化ケイ素ま
たは類似の滑り特性を持つ他の物質から製作され
ている。Embodiment In the embodiment shown, the shaft 1 is sealed and passes through a casing wall 2 (for example of a turbomachine) from a relatively high pressure p i to a relatively low pressure p a
You will be guided to this point. The seal includes a shaft bushing 3 fitted onto a shaft 1, and the shaft bushing supports a sealing body 5 on the outside. The sealing body forms an annular sealing surface 6 on the outside. Advantageously, the sealing body 5 is made of a hard metal, for example silicon carbide, or another material with similar sliding properties.
軸ブシユ３はラジアル面の中央部と内側の、軸
に隣接した部分との間に軸１に対して同軸的な、
環状のウエブ１３を備え、ウエブにはシール体５
が背面でもつて支持されており、他方シール体５
は軸ブシユ３との間にウエブ１３の内側と外側の
ゾーンにおいて最小の〓間を形成している。ウエ
ブ１３は外面１３′において軸ブシユ３のみぞ内
に挿入されたＯ−リング状のパツキン８によつて
直接取巻かれている。 The shaft bushing 3 is coaxial with the shaft 1 between the central part of the radial surface and the inner part adjacent to the shaft.
A ring-shaped web 13 is provided, and a seal body 5 is provided on the web.
is also supported on the back side, while the seal body 5
forms a minimum distance between the shaft bushing 3 and the inner and outer zones of the web 13. The web 13 is directly surrounded on its outer surface 13' by an O-ring-shaped seal 8 inserted into a groove in the shaft bushing 3.
ケーシング壁２の軸の貫通ガイドを形成する孔
内へシールホルダ２′が導入されている。シール
ホルダはケーシング壁２の１部分を形成してお
り、かつシールホルダ内には定置の、すなわち回
転しない、ただし軸方向には若干移動可能な滑り
リング７が位置しており、滑りリングは内側を向
いた側に良好な滑り特性を持つ物質、例えば炭素
セラミツク材料製の、対向して位置したシール面
６に向いた滑り面９′を有する滑り体９を支持し
ている。 A sealing holder 2' is introduced into a bore which forms a through guide for the shaft of the housing wall 2. The seal holder forms a part of the casing wall 2 and in the seal holder is located a stationary, i.e. non-rotating, but slightly axially movable sliding ring 7, which is located on the inside. The sliding body 9 has a sliding surface 9' facing the oppositely located sealing surface 6 and made of a material with good sliding properties, for example a carbon ceramic material, on the side facing away.
管路１０を介してケーシング壁２から軸シール
へ圧力psのガスが供給される。このガスはシール
すべき、ターボ機械の圧力piよりも若干高くてよ
い。ターボ機械自体のガスは取出すことができ、
または外部の異種ガスとして供給することができ
る。ガスはシールホルダ２′と滑りリング７との
間の〓間１１を通つて滑りリング７の背面に達
し、この滑りリングをシール体５へ押圧する。し
かし同時に、供給されたガスによつてシール間〓
Ｓ内に厚さ数マイクロメータのガス膜が形成さ
れ、これが無接触シールを行なう。この場合滑り
面の潤滑を公知の形式で、例えば空気力学的に滑
り面またはシール面内のポケツトまたはみぞを介
して、または空気静力学的に滑り体を貫流させて
滑り面へガスを供給することにより行なうことが
できる。シール間〓および種々のパツキンリング
を通過した漏れガスは管路１２を介して外部へ導
出される。 Gas at a pressure ps is supplied from the housing wall 2 to the shaft seal via a line 10. This gas may be slightly higher than the turbomachine pressure p i to be sealed. The gas of the turbomachine itself can be taken out,
Alternatively, it can be supplied as an external foreign gas. The gas passes through the gap 11 between the seal holder 2' and the sliding ring 7 to reach the rear side of the sliding ring 7 and presses this sliding ring against the sealing body 5. However, at the same time, the gas supplied
A gas film several micrometers thick is formed within S, which provides a contactless seal. In this case, the sliding surface is lubricated in a known manner, for example aerodynamically via pockets or grooves in the sliding surface or sealing surface or aerostatically by supplying gas to the sliding surface by flowing through the sliding body. This can be done by Leakage gas that has passed between the seals and the various packing rings is led to the outside via a conduit 12.
滑りリング７の背面の内切欠内に軸１に向けら
れて支持リング４が挿入されており、支持リング
は軸方向に移動可能であり、かつ滑りリング７お
よびシールホルダ２′との間でシールされている。
支持リング４の滑りリング７に面した側に同軸的
な、環状のウエブ１４が設けられており、ウエブ
でもつて支持リング４は滑りリング７へ押圧せし
められている。ウエブ１４の位置と軸１の軸線Ａ
からの距離は、支持リング４の背面によつて受圧
される封止ガスの圧力が比較的十分に内側よりの
箇所で滑りリング７へ伝達されるように選択され
る。滑りリング７および支持リング４の背面へ作
用する圧力からウエブ１４を介して合成力が得ら
れ、この合成力は比較的十分に内側よりで、軸に
隣接した所で作用するので、シール間〓Ｓ内の圧
力の合成力とともに力の対が滑りリング７に対し
て作用してこの滑りリングを、シール間〓が軸１
から相対的に遠い、外よりのゾーン内におけるよ
りも軸１に隣接した相対的に内よりのゾーン内に
おいてより強く圧縮されるように変形させる。こ
の場合滑りリングの、Ｖ形のシール間〓の方向へ
の変形はシール体５の他の方向へ働く変形を上回
る。したがつて運転中外向きに軽く拡大した、す
なわちＶ形の間〓が確実に維持される。 A support ring 4 is inserted in the inner recess on the back side of the sliding ring 7 toward the shaft 1, the support ring being movable in the axial direction and forming a seal between the sliding ring 7 and the seal holder 2'. has been done.
A coaxial, annular web 14 is provided on the side of the support ring 4 facing the sliding ring 7, with which the support ring 4 is pressed against the sliding ring 7. Position of web 14 and axis A of shaft 1
The distance from the support ring 4 is selected such that the pressure of the sealing gas received by the back side of the support ring 4 is transmitted to the sliding ring 7 relatively well from the inside. A resultant force is obtained via the web 14 from the pressure acting on the rear side of the sliding ring 7 and the support ring 4, and this resultant force is relatively fully internal and acts adjacent to the shaft, so that the pressure between the seals A pair of forces together with the resultant force of the pressure in S act on the sliding ring 7 to move it between the seals and the axis 1.
The deformation is made to be more compressed in a relatively inner zone adjacent to axis 1 than in an outer zone relatively far from the axis. In this case, the deformation of the sliding ring in the direction between the V-shaped seals exceeds the deformation of the sealing body 5 in the other direction. Therefore, during operation, a slight outward expansion, ie a V-shape, is reliably maintained.
上記のような、軸ブシユ３のラジアル面に形成
された段部の代りに第１のウエブ１３はシール体
５に、かつ別のウエブ１４は支持リング４に設け
る代りに滑りリング７に設けてもよい。 Instead of the step formed on the radial surface of the shaft bushing 3 as described above, the first web 13 is provided on the sealing body 5, and instead of providing it on the support ring 4, a further web 14 is provided on the sliding ring 7. Good too.
シール間〓Ｓの形は支持リング４の環状のウエ
ブ１４の位置、すなわち軸１からの距離によつて
調節することができる。運転条件の変更への適合
は簡単な形式で支持リング４を他の位置にウエブ
１４を有する支持リングと交換することによつて
達成することができる。したがつてガスシールは
簡単な形式で構造上の変更なしに異なる運転条件
と要求、すなわち異なるガス圧と軸の回転数に適
合させることができ、滑りリングの、シール体へ
の圧着力の調節可能な合成力によつて可能な限り
大きな信頼性を持つ、漏れの可能な限り僅かな間
〓形状が達成される。 The shape of the seal distance S can be adjusted by the position of the annular web 14 of the support ring 4, ie the distance from the axis 1. Adaptation to changing operating conditions can be achieved in a simple manner by replacing the support ring 4 with a support ring having webs 14 in other positions. The gas seal can therefore be easily adapted to different operating conditions and requirements, i.e. to different gas pressures and shaft speeds, without structural changes, and by adjusting the pressure force of the sliding ring on the sealing body. Owing to the possible resultant forces, a shape with as little leakage as possible is achieved with the greatest possible reliability.
上記のガスシールの他に、更に改善されたシー
ル作用の達成のために、または故障時の非常用シ
ールとして第２の同様の構成の無接触式シール１
５が設けられているが、このシールは場合によつ
ては省略することができる。 In addition to the gas seal described above, a second contactless seal of similar construction 1 can be used to achieve a further improved sealing action or as an emergency seal in case of a failure.
5, but this seal can be omitted in some cases.
第１図は本発明による乾式の軸方向の軸シール
の実施例の軸線に沿つた断面図、第２図は第１図
の部分拡大図である。
１…軸、２…ケーシング壁、２′…軸ブシユ、
４…支持リング、５…シール体、６…シール面、
７…滑りリング、８…パツキン、９…滑り体、
９′…滑り面、１０，１２…管路、１１…〓間、
１３，１４…ウエブ、１３′…外面、１５…シー
ル。
FIG. 1 is a sectional view along the axis of an embodiment of a dry axial shaft seal according to the invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1...shaft, 2...casing wall, 2'...shaft bush,
4...Support ring, 5...Seal body, 6...Seal surface,
7...Sliding ring, 8...Patzkin, 9...Sliding body,
9′...sliding surface, 10, 12...pipeline, 11...〓between,
13, 14...web, 13'...outer surface, 15...seal.
Claims (1)
る軸１のために軸方向の軸シールとして構成され
た乾式ガスシールであつて、シール面６を持つシ
ール体５の支持体として軸１と一緒に回転する軸
ブシユ３を備えており、かつガスによつてシール
面６へ圧着せしめられ、しかもガスで潤滑される
滑り面９′を持つ定量の滑りリング７を備えてお
り、かつシール面６と滑り面９′との間の、ガス
を充填される間〓Ｓが維持されるように構成され
た形式のものにおいて、シール体５と軸ブシユ３
との間であつて、軸１からの距離のほぼ中央の所
に弾性のパツキンリング８が設けられており、パ
ツキンリング８の内側に直接続いてシール体５が
同軸的なウエブ１３を介して軸ブシユ３に支持さ
れており、そのためにパツキンリング８が直接ウ
エブ１３の外面１３′に圧着されており、かつ滑
りリング７の内側部分の背面に軸方向に移動可能
であつて、しかも滑りリング７およびケーシング
壁２もしくはこれと結合された構造部材２′に対
してシールされた支持リング４が設けられてお
り、支持リングが内側の、軸１に隣接したゾーン
において別の同軸的なウエブ１４によつて滑りリ
ング７の背面へ押圧されており、かつこのウエブ
１４の、支持リング４における軸１からの距離
が、ガス圧psによつて形成された、滑りリング７
をシール体５へ押圧する力が軸１から離れるにし
たがつてシール間〓Ｓを拡大させる方向に作用す
る合成力を与えるように選択されていることを特
徴とする、乾式ガスシール。 ２ 滑り面９′が滑りリング７によつて支持され
た滑り体９に設けられている、請求項１記載のガ
スシール。 ３ 支持リング４が滑りリング７の軸１に向けら
れた内切欠に設けられている、請求項１または２
記載のガスシール。 ４ 滑りリング７がケーシング壁２と固定的に結
合されていて、しかもその部分を形成する構成部
材としてのシールホルダ２′内に軸方向に移動可
能に配置されている、請求項１から３までのいず
れか１項記載のガスシール。 ５ 軸ブシユ３とシール体５との間のウエブ１３
が軸ブシユ３またはシール体５のラジアル面の段
部として構成されている、請求項１から４までの
いずれか１項記載のガスシール。 ６ 支持リング４が別の位置に環状のウエブ１４
を備えた別の支持リングと交換可能である、請求
項１から５までのいずれか１項記載のガスシー
ル。Claims: 1. Dry gas seal configured as an axial shaft seal for a rotating shaft 1 guided through a casing wall 2, supporting a sealing body 5 with a sealing surface 6. It comprises a shaft bushing 3 which rotates together with the shaft 1 as a body, and a quantitative sliding ring 7 having a sliding surface 9' which is pressed against the sealing surface 6 by means of a gas and which is lubricated by the gas. In this type of structure, the seal body 5 and the shaft bush 3
An elastic sealing ring 8 is provided at approximately the center of the distance from the shaft 1 between the sealing ring 8 and the sealing body 5 directly following the inner side of the sealing ring 8 via a coaxial web 13. It is supported on the shaft bushing 3, for which the packing ring 8 is pressed directly onto the outer surface 13' of the web 13, and is movable in the axial direction on the back side of the inner part of the sliding ring 7. 7 and a support ring 4 sealed against the casing wall 2 or the structural element 2' connected thereto, which supports in the inner zone adjacent to the axis 1 a further coaxial web 14. , and the distance of this web 14 from the axis 1 in the support ring 4 is such that the sliding ring 7 is pressed against the back side of the sliding ring 7 by the gas pressure p s
A dry gas seal, characterized in that the force pressing the seal member 5 on the seal member 5 is selected to provide a resultant force that acts in a direction that increases the distance between the seals 〓S as the distance from the shaft 1 increases. 2. Gas seal according to claim 1, characterized in that the sliding surface (9') is provided on a sliding body (9) supported by a sliding ring (7). 3. Claim 1 or 2, characterized in that the support ring (4) is provided in an internal recess of the sliding ring (7) directed towards the axis (1).
Gas seal as described. 4. Claims 1 to 3, characterized in that the sliding ring (7) is fixedly connected to the housing wall (2) and is arranged axially displaceably in a seal holder (2') forming a part thereof. Gas seal according to any one of the above. 5 Web 13 between shaft bush 3 and seal body 5
5. The gas seal according to claim 1, wherein the seal is formed as a step on the radial surface of the shaft bushing (3) or the sealing body (5). 6 The support ring 4 is attached to the annular web 14 in another position.
6. Gas seal according to claim 1, wherein the gas seal is replaceable with a further support ring.
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