JPH07117165B2 - 非接触形シール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばタービン、ブ
ロワおよびコンプレッサ等の回転形空気機械の軸シール
に用いられるもので、回転軸心に対して垂直な面内での
漏れを制限するようになされた非接触形シール装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の非接触形シール装置で
は、ケーシングを貫通した回転軸とともに回転する回転
シールリングの軸心に垂直な端面と、上記ケーシング側
に保持された静止リングにおける上記端面に対向する端
面とを両者の非接触シール面としている。

【０００３】しかし、このような構成においては、ガス
タービンやコンプレッサのように高速、かつ高圧で運転
されるものでは、上記シール面同志の平行性が不安定に
なり、良好なシール性を発揮させにくい。

【０００４】このため、すでに、特公平１−２２５０９
号公報等に開示されているように、回転シールリングと
静止リングとのシール面に自己整合機能をもたせるよう
に工夫したものがある。すなわち、たとえば、図５に示
すように、回転シールリング５１のシール面５１ａに、
その外周側から内周側へ向かう動圧発生用のスパイラル
状の溝５２を形成し、回転シールリング５１の回転によ
り、そのスパイラル状の溝５２によるポンピング作用に
より、シール面間に高圧の密封流体を強制的に取り込
み、これにより、シール面間に動圧を発生させてシール
面同志を非接触の平行状態に維持しつつ、流体の漏洩を
抑制するといった機能を発揮するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の非接触形シール
装置は、上記のように構成されており、シール面間の安
定化に、動作発生用のスパイラル状溝５２が大きく貢献
している。したがって、上記スパイラル状溝５２がオイ
ルミストや密封流体に混入しているごみなどによって目
詰まりを起こしたり、シール面が摩耗した場合には、ス
パイラル状溝５２毎での発生動圧が異なって、シール面
の平行状態が不安定となり、シール面同志の偏当り現象
などによってシール破壊やシール面の破損を招くという
問題があったた。

【０００６】本発明は上記の実情に鑑みてなされたもの
で、動圧発生用スパイラル状溝の目詰まり等によりシー
ル面の平行状態が不安定になっても、シール面の接触に
よるシール破壊やシール面の破損を防止でき、信頼性の
高いシール機能を保持することができる非接触形シール
装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る非接触形シール装置は、対向するシー
ル面の一方に動圧発生用のスパイラル状の溝を形成した
非接触形シール装置において、上記スパイラル状の溝が
形成された側のシール面に、半径方向へ延びる複数の静
圧バランス用の直線状の溝を周方向に等間隔を隔てて複
数個形成し、これら静圧バランス用の直線状溝の幅を
０．５〜２ｍｍに設定したものである。

【０００８】

【作用】上記構成の本発明によれば、通常はシール面に
形成された動圧発生用のスパイラル状の溝によって高圧
の密封流体がシール面間に取り込まれて動圧が発生さ
れ、これによって、シール面の平行状態が安定的に保持
される。また、この動圧発生用のスパイラル状の溝が目
詰まりなどを起こしてシール面の平行状態が不安定とた
場合、静圧バランス用の溝に導入される高圧の密封流体
のもつ静圧力により対向シール面間に一定の拡開力が確
保されるので、シール面の接触にともなうシール破壊や
シール面の破損を防ぐことが可能である。

【０００９】また、上記静圧バランス用の溝を直線状と
して、動圧発生用のスパイラル状の溝に対し独立して設
けることにより、密封流体による静圧効果と動圧効果と
を各別に設定することが可能となり、シール面間に発生
する静圧および動圧の把握が容易で、信頼性の高いシー
ル装置を得ることができる。さらに、上記静圧バランス
用の直線状溝の幅を０．５〜２ｍｍに設定することによ
り、動圧発生用のスパイラル状の溝内を流れる流体の流
れを乱すことがなくなり、したがって、動圧発生作用が
静圧バランス用の溝の存在により悪影響を受けることも
なくなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。図１は本発明に係る非接触形シール装置の一
例を示す要部の断面図である。同図において、１はケー
シング、２はケーシング１を貫通した回転軸、３は上記
ケーシング１の内壁に固定された固定リングである。４
は上記固定リング３側に保持される静止リングであり、
軸心と垂直な端面４ａを有する。５は上記回転軸２の外
周側に装着されて該回転軸２と共に回転する回転シール
リングであり、上記静止リング４の端面４ａに対向する
端面５ａを有する。これら両端面４ａ，５ａは互いにシ
ール面を構成している。

【００１１】上記固定リング３はストッパ部材６等で軸
方向の位置決めがなされており、ケーシング１との間は
Ｏリング７によりリークが防止されている。上記固定リ
ング３の軸心に垂直な面には、周方向に等間隔を隔てた
位置に複数のめくら孔８が形成されている。これら各め
くら孔８には、それぞればね部材９が着座されており、
これらばね部材９は上記静止リング４に重合・固定され
ている断面Ｌ形のディスク１０を介して上記静止リング
４に軸心方向へのばね力を付勢している。上記固定リン
グ３とディスク１０との間はＯリング１１によりシール
されている。１２は上記回転軸２に嵌装された第１のス
リーブ、１３は第１のスリーブ１２に嵌装された第２の
スリーブであり、第１のスリーブ１２のフランジ部１２
ａと上記第２のスリーブ１３とにより上記回転シールリ
ング５を軸方向に位置決めしている。１４は第１のスリ
ーブ１２と回転軸２との間からのリークを防止するため
のＯリング、１５，１６は回転シールリング５と第１の
スリーブ１２との間からのリークを防止するためのＯリ
ングである。１７は上記回転シールリング５を上記回転
軸２に対して廻り止めさせるピン、１８は補助シール
（ラビリンスシール）である。

【００１２】上記静止リング４および回転シールリング
５の各シール面４ａ，５ａのうち、一方のシール面５ａ
には、図２に示すように、その外周側から内周側へ向か
うスパイラル状の複数の動圧発生用の溝１９が形成され
ている。この例では、周方向で２つの溝１９，１９を１
組とする複数組のものが周方向に等間隔で形成されてい
る。この動圧発生用のスパイラル状の溝１９の深さは、
５〜１０μｍであり、高圧側よりシール面５ａの幅の
０．２〜０．５倍の長さに設定されている。

【００１３】さらに、上記シール面５ａには、図２に示
すように、その外周面から半径方向へ延びる複数の静圧
バランス用の直線状の溝２０がそれぞれ上記スパイラル
状の溝１９の各組間に配置されて形成されている。この
静圧バランス用の溝２０はその深さが０．１〜１ｍｍ、
幅が０．５〜２ｍｍであり、また、半径方向の長さは、
高圧側よりシール面５ａの幅の０．６〜０．８倍に設定
されている。

【００１４】このような構成の非接触形シール装置にお
いて、回転軸２が回転すると、これに伴って回転シール
リング５が回転する。この回転シールリング５のシール
面５ａには、動圧発生用のスパイラル状の溝１９が形成
されているので、この溝１９のポンピング作用により、
シール面４ａ，５ａ間に流体が強制的に流入される。そ
の結果、両シール面４ａ，５ａ間に一定の密封流体圧
（図３）の膜が確保されて微小ギャップによる所望リー
クが許容される。

【００１５】上記スパイラル状の溝１９によって流体圧
の変動があった場合でも、自己整合機能によって両シー
ル面４ａ，５ａの接触が抑制化されて安定した非接触シ
ール運転が行なえる。このスパイラル状溝１９に関する
３つのパラメータ、すなわち、溝１９の深さ、シールバ
ランスおよびダム幅を特定することにより、良好な自己
整合機能をもたせることができ、この結果、シール面４
ａ，５ａ間は、小さいギャップとリークのもとに十分平
行な整合状態に保たれる。

【００１６】ところで、上記動圧発生用のスパイラル状
の溝１９の深さは、上述したように５〜１０μｍ程度の
浅いものであり、この溝１９がオイルミストや密封流体
に混入のごみなどにより目詰まりを起こしたり、シール
面５ａが長期の使用のうちに摩耗したりすると、スパイ
ラル状の溝１９毎での発生動圧が異なって、シール面４
ａ，５ａの平行状態が不安定になる。

【００１７】ここで、上記シール面４ａには、半径方向
に向けて静圧バランス用の直線状の溝２０が周方向に等
間隔を隔てて形成されているので、これら直線状の溝２
０を通じて上記シール面４ａ，５ａ間に高圧の密封流体
が導入されており、その静圧力によって上記シール面４
ａ，５ａ間にシール面積で平均化した程度の拡開力が確
保される（図４）。したがって、上記スパイラル状の溝
１９毎での発生動圧が異なって、シール面４ａ，５ａの
平行状態が不安定になっても、シール面４ａ，４ｂ間の
平行状態を静圧力によって保ち、シール面４ａ，４ｂの
接触によるシール破壊やシール面４ａ，５ａの破損を生
じることが防止される。

【００１８】なお、上記の実施例では、回転シールリン
グ５のシール面５ａに動圧発生用のスパイラル状溝１９
および静圧バランス用の溝２０を形成したもので示した
が、これらの溝１９，２０を静圧リング４のシール面４
ａに形成しても、同様の効果を奏する。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
静止リングおよび回転シールリングのシール面のいずれ
か一方に、動圧発生用のスパイラル状の溝を形成するだ
けでなく、半径方向へ延びる静圧バランス用の直線状の
溝を設けたので、動圧発生用のスパイラル状の溝が目詰
まりなどを起こしてシール面の平行状態が不安定とた場
合でも、静圧バランス用の溝に導入される高圧の密封流
体のもつ静圧力により対向シール面間に一定の拡開力を
確保させて、シール面の接触にともなうシール破壊やシ
ール面の破損を防ぐことができる。

【００２０】また、上記静圧バランス用の溝が直線状
で、かつ動圧発生用のスパイラル状の溝に対し独立して
設けられているので、密封流体による静圧効果と動圧効
果とを各別に設定することが可能となり、シール面間に
発生する静圧および動圧の把握も容易で、信頼性の高い
シール装置を容易に得ることができる。その上、上記静
圧バランス用の直線状溝の幅を０．５〜２ｍｍに設定す
ることにより、動圧発生用のスパイラル状の溝内を流れ
る流体の流れを乱すことがなくなり、したがって、動圧
発生作用が静圧バランス用の溝の存在により悪影響を受
けることもなく、所定の非接触シール機能を安定的に保
つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による非接触形シール装置の
要部を示す断面図である。

【図２】回転シールリングのシール面を示す正面図であ
る。

【図３】動圧発生用のスパイラル状の溝のみによってシ
ール面に作用する平均流体圧力分布を示す図である。

【図４】静圧バランス用の溝が付加されたシール面に作
用する平均流体圧力分布を示す図である。

【図５】従来のシール面を示す正面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 回転軸 ４ 静止リング ４ａ，５ａ シール面 ５ 回転シールリング １９ 動圧発生用のスパイラル状溝 ２０ 静圧バランス用の直線状溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングを貫通した回転軸と共に回転
   する回転シールリングにおける軸心に垂直な端面と、上
   記ケーシング側に保持された静止リングにおける上記端
   面に対向する端面とを両者のシール面とし、上記シール
   面のいずれか一方に、高圧流体を外周側から内周側へ取
   り込む動圧発生用のスパイラル状の溝を形成した非接触
   形シール装置において、上記スパイラル状の溝が形成さ
   れた側のシール面に、半径方向へ延びる複数の静圧バラ
   ンス用の直線状の溝を周方向に等間隔を隔てて複数個形
   成し、これら静圧バランス用の直線状溝の幅を０．５〜
   ２ｍｍに設定したことを特徴とする非接触形シール装
   置。