JPH073099Y2 - ガスシール - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、例えば高速タービンや圧縮機等の軸部分の気
体をシールするガスシールに関する。

（従来の技術） 従来のこの種のガスシールとしては、たとえば第６図お
よび第７図に示すようなものがある。すなわち、回転軸
100に固定されるメィティングリング101と、ハウジング
102に固定されるシールリング103とを備えており、メイ
ティングリング101の摺動面に、両リング101,103の摺動
面間に浮力を働かせるための動圧生成用の螺旋状溝104
が設けられている。そして、回転軸101が回転すると、
螺旋状溝104によって動圧が生じ、摺動面間が浮き上っ
て非接触となり、摩耗抵抗を無くすと共に、隙間を数ミ
クロンの状態に維持してリーク量をコントロールしてい
る。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら上記した従来技術の場合には、螺旋状溝10
4の形状の加工精度や回転速度、あるいはガスの粘性等
のシステム等の外的要因により、浮上力が制約される場
合がある。また、浮上力については、バランス比の設定
や、シールリング103の内周側をシールするＯリング105
の摩擦力等による損失によって設計値を満たす浮上力が
なかなか得られないという欠点がある。浮上力を増すた
めには螺旋状溝104の有効面積を広くすればよいが勢い
大型化し、たとえば取付スペースの制約があるような箇
所には使用できない。

本考案は上記した従来技術の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、螺旋状溝の有効
面積を広くすることなく、ガスの動圧による浮上力を増
大し得るガスシールを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本考案にあっては、 回転軸に取付けられるメイティングリングと、ハウジン
グに取付けられ上記メイティングリングに対して摺動自
在に接触するシールリングとを備え、上記メイティング
リングまたはシールリングの摺動面に、両リングの摺動
面間に浮上力を働かせるための動圧生成用の螺旋状溝を
設けたガスシールにおいて、 前記螺旋状溝の外径側から内径側に向って溝の深さが深
くなる方向に傾斜するテーパー形状に形成し、かつテー
パー形状を上方に凸状に膨らんだ曲面構成としたことを
特徴とする。

（作用） 上記構成のガスシールにあっては、回転軸が回転中は螺
旋状溝内のガスに動圧が生じ、メイティングリングとシ
ールリングの摺動面間に隙間が開いて非接触となる。一
方、ガスは螺旋状溝の作用によって溝の内径側から外径
側に向って流れ、その際に螺旋状溝がテーパー形状に形
成してあるので、そのくさび作用によって動圧が増大す
る。さらに、テーパー部を上方に凸状に膨らんだ構成と
しているので、テーパー部において圧縮される流体は効
率的に圧縮され、より圧縮度合いを大きくすることがで
きる。

（実施例） 以下に本考案を図示の実施例に基づいて説明する。本考
案の一実施例に係るガスシールを示す第１図乃至第５図
において、１はガスシール全体を示しており、概略回転
軸２に固定されるメイティングリング３と、ハウジング
４に取付けられるシールリング５とから構成されてい
る。メイティングリング３が密封対象となるガスＧ側に
配置され、ガスが密封端面の外周側から内周側に漏れる
ように構成されている。

メイティングリング３は保持部材６を介して軸方向およ
び回転方向に固定されるもので、保持部材６とメイティ
ングリング３の背面との間には密封用のＯリング７が装
着されている。

一方シールリング５は回転方向には固定で軸方向には可
動に取付けられ、スプリング８のばね力によってメイテ
ィングリング３に対して押圧されている。このスプリン
グ８の一端にはコンプレッションリング９が設けられ、
コンプレッションリング９を介してばね力がシールリン
グ５に作用する。そして、コンプレッションリング９と
シールリング５との間にシール用のＯリング10が装着さ
れている。

またメイティングリング３とシールリング５との対向面
は軸に対して直交する平坦面となっていて、回転摺動す
る摺動面31,51となっている。この摺動面31,51間にてガ
スがシールされるようになっている。そして、メイティ
ングリング３またはシールリング５のいずれかの摺動
面、この実施例ではメイティングリング３の摺動面31
に、回転軸に動圧を生成する螺旋状溝11が設けられてい
る。この螺旋状溝11はメイティングリング３の外径側か
ら内径側に向けて、その中途まで延びており、摺動面31
の内径端縁の領域は溝のない溝無し面32となっている。
したがって、回転軸２の停止中は溝無し面32がシールリ
ング５の摺動面51と全周にわたって密封していてガスを
シールしており、回転すると螺旋状溝11によって動圧が
生成され、摺動面31,51間に浮上力を働かせるようにな
っている。

螺旋状溝11は、この実施例では摺動面31に対面して見た
場合に反時計回りに形成されており、回転軸２は時計回
りに回転する。そして、螺旋状溝11の断面形状は略直角
三角形状で、外径側のエッジ部から内径側に向って溝の
深さが徐々に深くなる方向に傾斜するテーパー形状とな
っており、摺動面31に対して角度θだけ傾斜するテーパ
ー面12が設けられている。テーパー面12の形状として
は、図示例では直線に対してやや上方に凸状に膨んだ曲
面に形成しているが、逆に凹状の曲面としてもよいし、
また階段状のテーパー面としてもよい。

上記構成のガスシールにあっては、回転軸２の停止中は
メイティングリング３とシールリング５の摺動面31,51
が気密に密接しており、ガスの漏洩が阻止されている。
そして、回転軸２が回転すると、メイティングリング３
の摺動面31に形成された螺旋状溝11内に流入するガスに
よって動圧が生じ、この動圧によって摺動面31,51間に
浮上力が生じ、シールリング５がスプリング８のばね力
に抗して軸方向に移動して摺動面31,51間が非接触状態
となり、回転中はこの隙間からのガスのリーク量がコン
トロールされている。

そしてガスは螺旋状溝11の内径側から外径側に向けて流
れる。このとき、ガスＧは螺旋状溝11の外径側のテーパ
ー面12によるくさび作用によって圧縮され、動圧を上昇
させることができる。

第４図（ａ），（ｂ）には従来の断面矩形状の溝104
と、本実施例の三角形状の溝11の圧力分布を比較して示
しており、本実施例の溝11の場合従来に比べて動圧が大
きく上昇している。

摺動面31,51間に発生する浮上力は、第５図（ａ），
（ｂ）に示すように溝深さｈと、受圧面積に依存し、溝
深さｈが小さく、受圧面積が大きいほど有利である。し
たがって、第５図（ａ）に示す形状に加工するために
は、傾斜角度θを小さくとる必要があるが、溝幅が大き
くなるので限界がある。反対に、第５図（ｂ）に示すよ
うに傾斜角度θを大きくすると受圧面積が小さくなるた
め得策ではない。以上の理由により、傾斜角度θの実用
範囲は、５度以下が好ましい。

（考案の効果） 本考案は以上の構成および作用を有するもので、螺旋状
溝の断面形状をテーパー形状としたので、回転軸の回転
中に摺動面間に生成されるガスの動圧がテーパー部のく
さび作用によって増大し、螺旋状溝の有効面積を増大す
ること無く浮上力を増大させることができる。また、テ
ーパー形状を上方に凸状の曲面構成としたので、くさび
作用による流体の圧縮度合は外径側に行くにつれて大き
くなり、単に直線的なテーパー面としたものに比較して
浮上力を格段に増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本考案の一実施例に係るガスシール
を示しており、第１図は螺旋状溝のＡ−Ａ′線に沿う断
面図、第２図は螺旋状溝の形状を示すメイティングリン
グの半平面図、第３図はガスシールの要部縦断面図、第
４図（ａ）は本考案の溝による動圧の圧力分布を示す
図、第４図（ｂ）は従来の矩形溝による動圧の圧力分布
を示す図、第５図（ａ），（ｂ）は本考案の溝形状のテ
ーパー角度による圧力分布の変化を示す図、第６図は従
来のガスシールを示す要部縦断面図、第７図は第６図の
螺旋状溝の形状を示す平面図である。 符号の説明 １…ガスシール、２…回転軸 ３…メイティングリング 31…摺動面、４…ハウジング ５…シールリング、51…摺動面 ８…スプリング、11…螺旋状溝 12…テーパー面

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に取付けられるメイティングリング
   と、ハウジングに取付けられ上記メイティングリングに
   対して摺動自在に接触するシールリングとを備え、上記
   メイティングリングまたはシールリングの摺動面に、両
   リングの摺動面間に浮上力を働かせるための動圧生成用
   の螺旋状溝を設けたガスシールにおいて、 前記螺旋状溝を外径側から内径側に向かって溝の深さが
   深くなる方向に傾斜するテーパー形状に形成し、かつテ
   ーパー形状を上方に凸状に膨らんだ曲面構成としたこと
   を特徴とするガスシール。