JPH07501605A - フローティングリングシール - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 フローティングリングシール 本発明は請求の範囲第１項の上位概念に記載のフローティングリングシールに関 する。

ポンプから分離されて配置されている駆動装置を有するうず巻ポンプは、吐出媒 体がポンプ内部室から軸に沿って流出するのを防止する少なくとも１つの軸シー ルを有する。さらに付加的なシールが、内部の損失流を制限するためにポンプ内 部室の中に設けられている。

通常はうず巻ポンプにおいて軸シールとして使用可能な滑りリングシールは、５ ０　ｍ　／　ｓのスリップ速度がその使用限界である。この速度領域を越えると 作動耐用時間が非常に不満足なものとなる。従って、より急速に回転するうず巻 ポンプの場合、不動で無接触の絞り間隙又はいわゆるフローティングリングシー ルが一般に使用される。しかし両シール構造は共に、効率損失が大きい欠点があ る。１つの回転する部品と、１つの自転する部品との間の絞り間隙をできるだけ 狭く形成する試みは、技術的な限界により制限される。例えば水平に配置されて いる軸を有し高温媒体を吐出する多段うず巻ポンプは、ポンプ内部の羽根車絞り 間隙が狭すぎるのでケーシング又は回転子の歪により回転子がブロックされるこ とがある。この問題を除去するために非常にコストがかかる構造措置が公知であ る。

大きい絞り間隙の使用によりこの問題を回避することはできるが、しかしその代 りに大きい効率損失を覚悟しなければならない。

複数のフローティングリングがそれぞれ別個のチャンバに配置されている前述の 形式の軸密封のためのフローティングリングシールが米国特許第ＵＳ−Ａ−３２ １３７９８号明細書から公知である。この場合、フローティングリングと軸との 間に絞り間隙が形成され、この絞り間隙の効果は、絞り間隙の数が多数であるの で比較的信頼性が高い。しかし圧力の作用によりこれらの密封リングの端面はそ れらのチャンバ壁面と摩擦し、従って回転数が大きい場合には摩耗が大きくなる 。

同様に自由にそのチャンバの中に配置され羽根車間隙リングとして使用されるフ ローティングリングが米国特許第ＵＳ−Ａ−３７７９６−６７号明細書に開示さ れている。このフローティングリングも、ポンプの中に圧力が印加されているの で、圧力から背いて位置する端面側が所属のケーシング壁面に押圧される。これ により、静止状態では可能な無接触運動が作動状態では制限される。周速が小さ い場合にはこの解決方法は適用可能であるかもしれないが、しかし周速が大きい 場合及び半径方向での回転子振動が大きい場合には適用できない。

本発明の課題は、漏洩流が小さく寿命が長く回転子の歪及び振動により障害を受 けない大きい回転数で駆動可能なうず巻ポンプのための密封装置を提供すること にある。

上記課題は、請求の範囲第１項の特徴部分に記載の特徴により解決される。作動 状態で自由かつ無接触で可動なフローティングリングによるこの解決方法は、ポ ンプの圧力差が発生する回転構成部品と静止構成部品との間で一般的に適用可能 である。調整間隙があるので各フローティングリングは自身を包囲する環状室の 中に無接触で位置を保つ。従って当接しないのでフローティングリングは、周速 が非常にも大きい場合に使用可能である。２つの互いに角度をなす面からなり駆 動回転数で回転する壁面からの回転駆動力と、これらの壁面に対向して位置し静 止している壁面との間の制動力との平衡により、フローティングリングは、回転 する壁面と静止している壁面の間の環状の室の中で、駆動回転数の約１／２に等 しい回転数で回転する。その結果、機械が始動又は停止する際にたとえ接触が発 生してもその際の回転数は、駆動回転数の最大で１／２にすぎない。静止部品と 回転部品との間の相対速度が駆動回転数に等しい公知のフローティングリングに 比して本発明のフローティングリングの耐摩耗性は大幅に高く、大きい回転数の 領域内で支障無く使用できる。

請求の範囲第２項及び第３項に記載の実施例は、調整間隙を小さく保持できる利 点を有する。これにより、いわゆる漏洩率を大幅に小さくでき、ひいては効率を 高め、エネルギー収支を大幅に改善できる。別の１つの利点は、軸に歪が発生し た際に現れる。すなわち、歪により、このように構造化された表面が摩擦されて も、はとんど障害は発生しない、何故ならば表面が多孔性であるので、互いに接 触する部品の間に焼付き効果が発生しないからである。付加的な１つの利点は、 このように形成されたリングの減衰制動効果が非常に高いことにあり、従って回 転系の振動を効果的に克服できる。フローティングリングの内側と外側の半径方 向の間隙幅を加算すると、半径方向での接触に対する回転子の運動自由度が大き くなる。

フローティングリングの寸法は小さいので個々のフローティングリングを羽根車 間隙リングとして使用できる。複数のフローティングリングを順次に配置するこ とにより、知られているように軸シールとして使用できる。さらに、請求の範囲 第４項に記載の実施例ではこのようなフローティングリングシールを回転系の中 の振動減衰素子として使用できる。

壁面又はフローティングリング端面に設けられている突出部が対向面の対応する 凹部の中に入り込む別の１つの実施例では、フローティングリングを羽根車間隙 リングとして使用する場合に付加的に軸方向及び半径方向の絞り間隙を設けて回 転子の軸方向運動を改善する。回転子が軸方向に運動するとき、付加的な軸方向 及び半径方向の絞り間隔により、フローティングリングの間隔リングとしての性 能が向上する。

同様の目的に請求の範囲第６項及び第７項は利用される。

本発明の実施例が図面に示されており、次に詳細に説明される。

第１図はフローティングリングとそれを包囲するケーシング部分を詳細に示す断 面図、 第２図は２重のフローティングリングシールの組込み例を示す断面図、 第３図は羽根車間隙リングの組込み例を示す断面図、第４図及び第５図は回転構 成部品の軸方向遊びが大きい場合の組込み例を示す断面図、 第６図は減衰素子の組込み例を示す断面図である。

第１図にフローティングリングシールの機能原理が示されている。軸又は羽根車 等である回転する構成部品１と、静止しているケーシング２との間に圧力Ｐ１及 びＰ２が存在する。圧力Ｐ１又はＰ２が印加される室の間の圧力差に起因して生 じ得る漏洩流は、できるだけ小さく保持されなければならない。このために回転 構成部品は、自身に密封して固定されているディスク３を有する。ディスク３の フローティングリング４に向いて位置する壁面５は構成部品１の表面と共働して 、フローティングリングシールのリング室６の互いに角度をなして配置されてい る回転する壁面を形成する。すなわち回転子側の壁面は、構成部品１の円筒状表 面１７と回転軸に垂直なディスク３の表面５からなる。回転壁面に対向して位置 し静止ケーシング２の中に配置されている壁面７．８は、リング室６の互いに角 度をなして配置されている静止している壁面を形成する。すなわち静止している 壁面は、ケーシング２の円筒状の内壁面７と回転軸に垂直な内壁面８からなる。

フローティングリング４の端面９．１０には、異なる直径の上に配置されている 突出部１１．１２が配置されている。高圧側Ｐ１に向いて位置する突出部１１は 、より小さい直径の上に配置され、調整間隙１３を形成し、これに対して、低圧 側Ｐ２に向いて位置する突出部１２は壁面５と共働して、より大きい直径の上に 位置する調整間隙１４を形成する。さらに、リング室６の中に自由に可動に配置 され−でいるフローティングリング４はその内径により回転構成部品１に対して 、軸方向で貫流される絞り間隙１５を形成し、その外径によりケーシング壁面７ に対して、軸方向で貫流される絞り間隙１６を形成する。突出部１１．１２は、 壁面５又は８の一部として形成することもできる。

調整間隙１３．１５及び絞り間隙１５．１６を設けることによりフローティング リング４は、圧力差Ｐ１＞Ｐ２が存在する場合に無接触で壁面８．５の間に位置 する。絞り間隙１５．１６を貫流する僅かな漏洩流の動流体力学的作用に起因し てフローティングリング４は半径方向でも無接触で担持される。回転壁面５及び １７（壁面１７は回転構成部品の表面）によりフローティングリング４は、回転 構成部品１の回転数の約１／２に相当する回転数をとる。この原因は、回転壁面 の駆動トルクと静止壁面の制動トルクとの平衡にある。軸方向で無接触であるこ とは、室１８．１９の中の圧力と面積との積が自動調整により平衡状態となるこ とにより実現される。

調整間隙１４がほぼ零に近い臨界状態の場合、室１８の中の圧力は圧力Ｐ１にほ ぼ等しく、従って低い圧力Ｐ２にほぼ等しい室１９の中の圧力より大きい。その 結果、よりフローティングリング４は軸方向で左方へ壁面８へ向かって動かされ 、これにより調整間隙１４が開放される。逆に調整間隙１３が零へ向かう場合、 室２０の中には高圧Ｐ１が加わり、これに対して室１８の中には圧力Ｐ２にほぼ 等しい低圧が加わる。これによりフローティングリング４は軸方向で右方へ壁面 ５に向かって動かされる。従って作動中に自動的にフローティングリング４は無 接触に調整され、その結果、摩耗が起こらない。

第２図は、例えばうず巻ポンプのケーシングのケーシング終端に取付けられるフ ローティングリングシールの２段形実施例を示す。２段構造の例は、簡単化及び 図の明瞭性のために選択された。しかし段数は、遮断する圧力差に依存して増加 できる。この場合、高圧側Ｐ１はポンプ最終圧力に相当することもある。高温の 吐出媒体の漏洩流を冷却するために、このフローティングリングシール構造は、 例えば第１のポンプ段から取出され熱交換器２２により適切な温度に冷却された 遮断水流２１が圧入される。作動中は、自由に浮動し自動調整されるフローティ ングリング４により漏洩流は最小化される。装置が停止している場合、停止時シ ール２３が液体流出を阻止する。静止壁面によりフローティングリング４に作用 する制動トルクに起因してフローティングリング４は、回転部品１の回転数より 常に小さい回転数をとる。従ってフローティングリング４と回転部品１との間の 相対速度は、公知の装置に比して大幅に小さい。これは、狭い間隙で互いに対し て動かされる部品の材料問題の面で重要な利点を有する。絞り間隙１５．１６を 貫流する媒体を減少するためにフローティングリング４は、外方へ向かって開放 している多孔性の表面構造２４を備える。

第３図は回転部品１がうず巻ポンプの羽根車のネ・ツクの一部である実施例を示 す。回転部品１と一緒にディスク３も回転する。回転部品１及びディスク３に対 向して、静止壁面を有するケーシング２が位置する。

回転部品１及びディスク３とケーシング２との間にリング室６が形成され、リン グ室６の中にフローティングリング４が、前述の実施例のように羽根車間隙とし ての役割で自由に可動に配置されている。

第４図の実施例は、うず巻ポンプに固有の作動条件を考慮している。うず巻ポン プの回転部品は、スラスト軸受の軸受遊び、取付は及び仕上げ公差、熱膨張に起 因する大きい軸方向運動を行う。非常に大きい軸方向運動を補償するために、第 １図に示されている調整間隙１３．１４は比較的大きく形成されなければならな い。これは第４図の実施例により回避できる。この場合、フローティングリング ４の突出部１１．１２は、ケーシング２の凹部２５と回転ディスク３の凹部２６ との中に係合する。調整間隙１３．１４は軸方向で広げられ、調整間隙１３．１ ４には付加的に、軸方向で貫流されフローティングリング４が軸方向で移動する と長さが変化する調整間隙２７．２８が前置接続される。この措置により、回転 部品がそれに固定されているディスク３と一緒に軸方向で移動すると、この移動 が補償されると同時に漏洩流が制限される。軸方向移動の場合に調整間隙２７． ２８がそのままに維持され、軸方向移動の場合にフローティングリング４がそれ を制限する壁面に当接しないように、寸法が選択されることは自明である。この 動作は、第１図の実施例の場合と同様である。

第５図の実施例では、第４図の付加的な調整間隙２７、２８の代りに２段に形成 されたフローティングリング部分４．１，４．２が使用される。フローティング リング部分４．１，４．２の間の滑りはめ合せ座部２９とばね部材３０とにより 軸方向での大きな変化を補償できる。ばね部材３０は、一体的構成部品として又 は周縁に分散配置されているばね部材として形成できる。

ばね部材３０の強度は、それぞれ遮断すべき圧力に整合される。フローティング リング部分４．１．　４．２の間の相対運動により、大きい軸方向相対運動を許 容でき、しかもその際に調整間隙１３．１４を狭いままに維持でき、従って室Ｐ １及びＰ２の間の漏洩流を可及的最小に保持できる。漏洩流の減少は、多孔性の 表面構造２４により促進される。

第６図の実施例は、長さが高さの数倍であるフローティングリング４を示す。こ の場合、多孔性の表面構造は、ケーシングのフローティングリング４に向いて位 置する側にも取付けられている。フローティングリング４は長さが長く２重間隙 −１５，１６が軸方向で貫流されるので、非常に強い振動制動作用を回転系に加 える。従って、長い軸方向延在長を有する４段ポンプの場合、回転部品の振動動 作全体に良好な影響を与えることができる。

国際調査報告 −１゜、廟−ＰＣＴ／ＥＰ　９３１００７０５国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １． １つ又は複数のフローティングリングを具備し、各前記フローティングリ ングは、それぞれ２つの互いに対向する壁面を有するリング室の中に配置され、 前記両壁面は半径方向平面と軸方向平面から成っている、異なる圧力が印加され る圧力室の間に配置され回転部品を密封するフローティングリングシールにおい て、互いに角度をなして配置されている２つの壁面（５，１７）が回転部品（１ ）の回転数で回転し、回転部品（１）に対向して位置する壁面（７，８）が静止 して形成され、各フローティングリング（４）が、前記壁面（５，７，８，１７ ）により包囲されているリング室（６）の中に自由に可動に配置され、前記フロ ーティングリング（４）の端面（９，１０）と、前記端面（９，１０）に対向し て位置する壁面（５，８）との間に調整間隙（１３，１４；２７，２８）が形成 され、前記調整間隙（１３，１４；２７，２８）が異なる直径の上に配置されて いることを特徴とするフローティングリングシール。
2. ２．　フローティングリング（４）の外側及び／又は内側の周縁面が、表面が開 いている多孔性の表面構造（２４）を備えることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載のフローティングリングシール。
3. ３．　フローティングリング（４）の外側及び／又は内側の周縁面に対向して位 置する壁面が、表面が開いている多孔性の表面構造（２４）を傭えることを特徴 とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のフローティングリングシール。
4. ４．　振動減衰素子として使用され得るフローティングリング（４）の横断面が 、前記フローティングリング（４）の高さの少なくとも３倍に相当する軸方向の 長さを有することを特徴とする請求の範囲請求の範囲第１項から第３項のうちの いずれか１つの項に記載のフローティングリングシール。
5. ５．　壁面（５，８）又はフローティングリング端面（９，１０）に設けられて いる突出部（１１，１２）が、対向面の対応する凹部（２５，２６）の中に入り 込むことを特徴とする請求の範囲第１項から第４項のうちのいずれか１つの項に 記載のフローティングリングシール。
6. ６．　フローティングリング（４，１，４，２）が２つの部品から成り軸方向で 移動可能に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のうち のいずれか１つの項に記載のフローティングリングシール。
7. ７．　フローティングリング半部（４，１，４，２）が１つ又は複数のばね（３ ０）により互いから押し離されることが可能であることを特徴とする請求の範囲 第６項に記載のフローティングリングシール。