JPH1113688A - ラビリンスシール装置及びそれを備えた流体機械 - Google Patents
ラビリンスシール装置及びそれを備えた流体機械Info
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- JPH1113688A JPH1113688A JP9165617A JP16561797A JPH1113688A JP H1113688 A JPH1113688 A JP H1113688A JP 9165617 A JP9165617 A JP 9165617A JP 16561797 A JP16561797 A JP 16561797A JP H1113688 A JPH1113688 A JP H1113688A
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- F04D29/165—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps
- F04D29/167—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps of a centrifugal flow wheel
Abstract
械を、長期にわたり安定したシール性能で運転する。 【解決手段】遠心形流体機械において、非接触シールに
ラビリンスシールを用いる。回転軸1側または内側ケー
シング3を含む静止側のいずれかにラビリンスフィン2
a〜2dを複数段設け、この中のラビリンスフィン2
c,2dに対向する内側ケーシング3部分に造隙被削コ
ーティング4を施す。一方、ラビリンスフィン2a、2
bに対向する内側ケーシング3部の先端隙間δ2をコー
ティング4に対向するフィン2c、2dの先端隙間δ1
より大きくする。これにより、最小隙間で運転可能にな
るとともに、コーティング4が剥離等により失われても
前段のフィン2a、2bがラビリンスシール作用をす
る。
Description
間の間の流体の漏れ流れを阻止するシール装置及びそれ
を備えた流体機械に関する。
縮機は、図7にその上半部の縦断面図を示すように、吸
込管7から吸い込まれた作動ガス10が回転軸1に取り
付けられた複数段の羽根車6(6a〜6f)の回転に伴い圧縮
され、出口配管8から機外へ吐出される。つまり、作動
ガス10は吸込管7から流入した後、各段の羽根車6で昇圧
され、次いで各段に設けられたディフューザ13(13a〜13
f)およびリターンチャネル14(14a〜14e)を通過する際に
圧力回復して出口配管8へ導かれる。回転軸1および羽根
車6と静止側ケーシング9との間にはラビリンスシール1
1、12が設けられている。このラビリンスシールには、
羽根車の出口側から入口側へ戻る部分、即ち羽根車の入
口付近に設けられるラビリンスシール11(以下、入口
ラビリンスと呼ぶ)と、相隣る2つの圧縮機段間に設け
られるラビリンスシール12(以下、段間ラビリンスと
呼ぶ)と、バランスドラムの部分に使用されるラビリン
ス(シール)15とがある。
て、従来用いられてきたラビリンスシールの詳細を図8
に示す。図8において、各ラビリンスは、回転軸と平行
な円筒面でシール面を形成する。そして、回転側部材あ
るいは静止側部材のいずれかの部材、本図においては静
止側部材に複数のフィン2を設け、フィン2の先端と対
向する部材との隙間を狭くすることにより、高圧側から
の漏れ流れ5a、5bを抑制している。
が、特開平7ー217595号公報、特開平4ー203
565号公報に記載されている。この中で、特開平7-21
7595号公報に記載のものは、静止側部材にフィンを設
け、その先端に造隙被削コーティングを施し、両者間の
隙間を小さくして漏れ流量の低減を図っている。一方、
特開平4-203565号公報に記載の例では、回転側部材にフ
ィンを設け、静止側部材に造隙被削コーティングを施
し、両者間の隙間を小さくして漏れ流量の低減を図って
いる。
被削コーティングを施し、漏れ流量の低減を図る例は、
三菱重工技報Vol23、No.5(1986-9)やエバラ時報No.154
(1992-1)にも報告されている。
が、特開平5-36640号公報に記載されている。この特開
平5ー36640号公報に記載のものは、回転軸に垂直
なシール面を持ち、隙間センサで隙間量を検出し、電磁
力を利用して隙間を制御している。
シールは、静止側部材に設けたフィンと回転側部材が原
則接触せず、必ず隙間を有するように設計されているの
で、両部材間の隙間の低減には限界がある。例えば、図
8において、主流10の流量に対して漏れ流れ11a、11bの
流量割合が小さい場合には漏れ流れが性能に及ぼす影響
は小さい。しかしながら、漏れ流れの割合が大きくなる
低比速度段では、漏れ流れにより効率が著しく低下す
る。そして、この種のラビリンスシールにおいて隙間を
小さくしすぎると、例えば圧縮機の場合、旋回失速やサ
ージに起因する不安定振動が発生し、ラビリンスフィン
の接触により回転側部材が損傷する恐れがある。
の隙間をできるだけ小さくし、シール面の一方に造隙被
削コーティングを施こす特開平7-217595号公報や特開平
4-203565号公報に記載のものは、造隙被削コーティング
が経時劣化し、所期の性能を長期にわたって発揮できな
い恐れがある。すなわち、種々のガスを扱うプロセス用
圧縮機等に用いると、腐食性ガスに起因してコーティン
グ材が劣化し、その後サージングや旋回失速などの流体
的不安定現象が生じたときに軸振動が増加してフィンと
コーティング面の接触を生じ、その結果コーティング材
が剥離する恐れがある。この場合、流体機械の性能は大
幅に低下し、さらに信頼性の低下という不具合も生じ
る。
みなされたものであり、その目的とするところは、長期
にわたり安定した性能を保持しうるラビリンスシール装
置及びそれを用いた流体機械を提供することにある。
食等により損傷したり剥離しても漏れ損失の少なく信頼
性の高いラビリンスシール装置及びそれを用いた流体機
械を提供することにある。
ンスフィンの性能を損なうことなく、長寿命なラビリン
スシール装置及びそれを用いた流体機械を提供すること
にある。
の本発明の第1の態様は、回転軸と、この回転軸に取り
付けられた少なくとも1枚の遠心羽根車と、この遠心羽
根車を覆うように設けられたケーシングとを備えた流体
機械において、回転軸または遠心羽根車の少なくとも1
つに複数の第1のフィンとこの第1のフィンと軸方向距
離を置いて複数の第2のフィンとを設け、ケーシングの
第1のフィンに対向する部分に造隙被削コーティングを
施し、ケーシングと第1のフィンとの間に形成される隙
間を、ケーシングと第2のフィンとの間に形成される隙
間よりも小さくしたものである。
態様は、回転軸と、この回転軸に取り付けられた少なく
とも1枚の遠心羽根車と、この遠心羽根車を覆うように
設けられたケーシングとを備えた流体機械において、回
転軸または遠心羽根車の少なくとも1つに複数の第1の
フィンを設けるとともに、ケーシングに複数の第2のフ
ィンを設け、ケーシングは第1のフィンに対向する位置
に造隙被削コーティングが施され、第1のフィンとケー
シングとの間に形成される隙間を、第2のフィンと回転
軸または遠心羽根車との間に形成される隙間より小さく
したものである。
スフィンは、回転軸に垂直で周方向に連続しているこ
と、または、ラビリンスフィンはフィン根本幅がフィン
先端幅より広いこと、第1のフィンを第2のフィンを挟
む軸方向2カ所に設けるとともに、第1のフィンと第2
のフィンとの間のケーシングに周方向に連続する溝を形
成すること、造隙被削コーティングは、ニッケル・グラ
ファイト系コーティング材の溶射、アルミ・シリコン・
ポリエステル系コーティング材の溶射、またはホワイト
メタルのコーティングとすることが好ましい。
態様は、回転軸と静止ケーシングとを有し、この回転軸
または静止ケーシングのいずれかに複数のラビリンスフ
ィンを設けたラビリンスシール装置において、ラビリン
スフィンの中で、少なくとも1個のラビリンスフィンが
対向する回転軸または静止ケーシングとの間に形成する
隙間を、他のラビリンスフィンが形成する隙間よりも小
さく、かつ、隙間の小さいラビリンスフィンに対向する
回転軸または静止ケーシングに造隙被削コーティングを
施したものである。
グを施した部分に対向するラビリンスフィンを複数設
け、このラビリンスフィンの高さを高圧側から低圧側に
向けて順次変えたものである。
態様は、羽根車とケーシングとを有し、この羽根車また
はケーシングのいずれかに複数のラビリンスフィンを設
けたラビリンスシール装置において、ラビリンスフィン
の中で、少なくとも1個のラビリンスフィンが対向する
羽根車またはケーシングとの間に形成する隙間を、他の
ラビリンスフィンが形成する隙間よりも小さく、かつ、
隙間の小さいラビリンスフィンに対向する羽根車または
ケーシングに造隙被削コーティングを施したものであ
る。
て、ラビリンスフィンは、回転軸に垂直で周方向に連続
していること、または、ラビリンスフィンはフィン根本
幅がフィン先端幅より広いこと、造隙被削コーティング
は、ニッケル・グラファイト系コーティング材の溶射、
アルミ・シリコン・ポリエステル系コーティング材の溶
射、ホワイトメタルのコーティングであることが望まし
い。
を図面を用いて説明する。図1〜図6は、本発明に係る
ラビリンスシール装置の一実施例の縦断面図であり、図
7に示した多段形遠心圧縮機に用いる場合の詳細を示す
ものである。回転軸1と静止ケーシング3の間に生じる漏
れ流れ5を小さくするために、軸封装置としてラビリン
スが設けられている。図1は、遠心圧縮機を回転起動し
ていない状態、すなわち静止時の状態を示しており、図
2は同装置の回転軸が回転中の状態を示す図である。こ
れら両図においては、回転軸1にラビリンス装置を形成
するフィン2a〜2dを設けている。また、各フィン2a
〜2dの先端径dfは同一である。対向する内側ケーシ
ング3には軸方向に段差が設けられており、フィン2a
〜2dと内側ケーシング3間の距離である先端隙間は、
漏れ流れ5の上流部(高圧側)で大きく、下流部(低圧
側)で小さくなるように段差を設定している。つまり、
フィン2c,2dの先端隙間δ1はフィン2a、2bの先端隙間δ
2より小さい。そして、内側ケーシング3のフィン2c,2d
の先端に対向する部分には造隙被削コーティング4が施
されている。なお、このコーティングは、別部材の表面
に予め処理しておき、その部材とフィンとの間の間隔が
所定間隔になるように配置してもよいことは言うまでも
ない。
の先端間は、静止時、即ち組立時にはわずかに隙間を有
するように設計される。そして、回転軸1の回転振動や
遠心力により、フィン部が半径方向外方に伸びたとき、
フィン2c,2dの先端がコーティング4に接触するように
設計されている。フィン2c,2dの先端がコーティング4
に接触すると、コーティング面がわずかに被削される。
その結果、回転軸1の回転中、フィン2c,2dの先端隙間
を可能な限り小さくすることができる。
や遠心力により半径方向外方に伸びる。したがって、フ
ィン2a、2bの先端と内側ケーシング3間の距離は、静止
時に比べて運転時には狭くなる。しかしながら、フィン
2a、2bの先端と内側ケーシング3間の隙間を、たとえ回
転軸1が回転しても接触しないように設定する。本実施
例においては、フィン2a、2bの先端隙間を従来の非接触
形のシール手段、例えばラビリンスシールやネジシール
を用いる場合より大きくしている。これにより、通常運
転においては、フィン2a、2bとフィン2a、2bに対向する
内側ケーシング3との間では接触が生ぜず、回転軸とケ
ーシングとの接触を考慮しないで内側ケーシング3の材
質を選定することが可能になる。
対向する面との接触により最小隙間を形成するタイプの
フィン2c、2dと、基本的には接触せずに所定の隙間を有
するタイプのフィン2a、2bによりシールフィンを構成し
ている。漏れ流量はほとんどの場合、最小隙間により決
定されるから、フィン2c,2dのように造隙被削コーティ
ングとの間で最小隙間を形成するフィンを多く備える必
要はない。このように構成した本実施例に記載のラビリ
ンスシールは、造隙被削コーティングを備えていないラ
ビリンスシールに比べて漏れ流量を充分小さくすること
が出来る。
一何らかのトラブルや腐食環境化での長期間使用により
劣化したり剥離したりしても、非接触ラビリンス2a、2b
により、ある程度漏れ流れを抑制できる。したがって、
圧縮機の性能を著しく低下させることなく圧縮機を運転
でき、きわめて信頼性の高いラビリンスシールを提供す
ることが出来る。このラビリンスシールは、図7に示し
た多段圧縮機のどのラビリンスシール部にも適用できる
が、特にバランスピストン部に適している。
ケーシング3のフィンに対向する面がフィン2a、2bに接
触してもフィンが損傷しないように対向面を構成する場
合がある。つまり、対向面がフィンに比べて柔らかい材
料の場合には、このフィンと対向する部分の先端隙間δ
2を従来の非接触タイプのフィンと同程度の隙間にして
もよい。
ビリンスに本発明に係るラビリンスシールを適用した場
合を示した図である。流体機械は、遠心圧縮機や遠心ポ
ンプである。羽根車6で昇圧された流体の主流10は、羽
根車6を出た後半径方向外方にあるディフューザ13に流
入する。このとき流体の一部は漏れ流れ5となって羽根
車5とケーシング9間に形成される隙間を流れ、羽根車
入口側へと流入する。
口)部にはフィン2i、2jが形成されている。一方、ケー
シング9の内径側には内側ケーシング3が取り付けられ
ており、内側ケーシング3このフィン2i、2jに対向する
面には造隙被削コーティング4が施されている。また、
内側ケーシング3の、羽根車6のさらに入口側に対向す
る内周面には、フィン2f、2g、2hが形成されている。フ
ィン2i、2jと造隙被削コーティング4との間に形成され
るフィン先端隙間δ1は、フィン2f、2g、2hと内側ケー
シング3との間に形成される先端隙間δ2より小さい。
したがって、羽根車6が回転すると羽根車の遠心力によ
りフィン2i、2jは伸びて造隙被削コーティング4に接触
し、ここにおいて最小隙間が形成される。
フィン2i、2jとは逆向きになっている。これにより、漏
れ流れ5は半径方向外向きから半径方向内向きに流れ方
向を変えざるを得ず、いわゆる通り抜け流れがなくな
り、より高いシール効果が得られる。
力を考慮して高強度材料を使っており、フィン加工のよ
うな精密加工は工数を多く必要とする。従って本実施例
のように、羽根車には最低限必要な数のフィンを加工
し、残りは加工性の良い材料で製作可能な内側ケーシン
グ3に加工すれば、経済的であるとともに、加工精度の
維持が容易である。
るラビリンスシール部の詳細縦断面図であり、図4は静
止状態の図、図5は運転状態を示す図である。本実施例
が図1に示した実施例と異なる点は、内側ケーシング3
に設けた造隙被削コーティング4とそれに対向するフィ
ン2k、2l、2mとの間に形成される先端隙間δ1k、δ1l、
δ1mが軸方向に変化している点である。このように構成
することにより、軸1が回転を始め所定の回転数に達す
る間に、これらのフィンは同時に造隙被削コーティング
に接触することがない。つまり、全てのフィンが接触す
るような運転においても、フィンは1つづつ時間をおい
て接触していく。そのため、接触による衝撃を小さく抑
えることができ、軸受等を損傷するおそれがない。この
結果、信頼性が高く、漏れ抑制効果の高いラビリンスシ
ールを提供できる。なお、フィン2a、2bはある程度のラ
ビリンス効果を得るため及び衝撃や腐食等によりたとえ
造隙被削コーティング4が剥落または欠損してもラビリ
ンス効果を得るために設けている。
ラビリンスシール部の詳細縦断面図である。ラビリンス
シールの入口出口間の圧力差が大きいときに有効な方法
である。この例としては、バランスピストン15部に設け
た例が考えられる。本実施例が図1に示した実施例と異
なる点は、造隙被削コーティングを軸方向2ヶ所4a、4b
に各々離して設け、その間に溝16を形成した点である。
さらに本実施例では、フィン2d、2cで示した軸1に形成
したフィンの数を他の実施例に比べて多くし、漏れ流れ
抑制効果をより高めている。
も、以下の理由であまり効果がない。つまり、フィン数
に応じて接触による衝撃が大きくなること、および上流
側のフィンの接触に伴い生じた被削粉が下流側の接触部
に敷き込まれて、下流側のフィン先端隙間が増大するお
それがある。この結果、シール効果はフィン数に見合う
ほど得られないばかりか、逆に低下するおそれも生じ
る。
グ4aの下流に比較的深い溝16を設けている。これにより
造隙被削コーティング4aで削られた被削粉の中で大きく
て重い被削粉をこの溝16に留め下流へ流出するのを防止
している。その結果、下流側の造隙被削コーティング4b
へは上流側の造隙被削コーティング4aの塵埃が流入せ
ず、シール性能が同等の造隙被削ラビリンスが2ヶ所形
成されており、より高いシール効果が得られる。
被削コーティングとして、ニッケル・グラファイト系コ
ーティング材、アルミ・シリコン・ポリエステル系コー
ティング材、ホワイトメタル等のいずれかを用いればよ
い。また、本発明は多段の遠心圧縮機を例に取り説明し
たが、単段の遠心圧縮機、多段の遠心ポンプ、単段の遠
心ポンプ当本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々適用可
能である。さらに、本発明に示したいくつかの実施例は
例示的なものであり、限定的なものではない。発明の範
囲は特許請求の範囲によって示されており、本発明の真
の精神及び範囲内に存在する変形例は、全て特許請求の
範囲に含まれる。
に対向するフィンと通常のフィンとを組み合わせて使用
しているので、大幅に漏れ流量を低減したラビリンスシ
ール及びそれを用いた流体機械を提供できる。また、造
隙被削コーティング部が腐食等により損傷や剥離を起こ
しても、シール性能の低下の少ないラビリンスシール及
びそれを用いた流体機械を提供できる。
れによる損失が少なく、また万一トラブルが発生しても
シール性能の低下が少ない軸封手段及びそれを備えた流
体機械を提供できる。
き、その結果、振動を小さく抑えたきわめて信頼性の高
いラビリンスシール及びそれを備えた流体機械を提供で
きる。
す図であり、静止時の状態を示す縦断面図である。
す図であり、運転中の状態を示す縦断面図である。
詳細縦断面図である。
示す図であり、静止時の状態を示す縦断面図である。
示す図であり、運転時の状態を示す縦断面図である。
施例の縦断面図である。
である。
スシールを示した図である。
隙被削コーティング部、 5…漏れ流れの方向、 6…羽
根車、7…吸込ケーシング、 8…吐出ケーシング、 9
…ケーシング、10…主流の方向、 11,11a,11b…入口ラ
ビリンス、 12…段間ラビリンス、13…ディフューザ、
14…戻り流路、 15…バランスドラム膨張部材、16…
溝。
Claims (12)
- 【請求項1】回転軸と、この回転軸に取り付けられた少
なくとも1枚の遠心羽根車と、この遠心羽根車を覆うよ
うに設けられたケーシングとを備えた流体機械におい
て、 前記回転軸または前記遠心羽根車の少なくとも1つに複
数の第1のフィンとこの第1のフィンと軸方向距離を置
いて複数の第2のフィンとを設け、前記第1のフィンに
対向する前記ケーシング部に造隙被削コーティングを施
し、前記ケーシングと前記第1のフィンとの間に形成さ
れる隙間を、前記ケーシングと前記第2のフィンとの間
に形成される隙間よりも小さくしたことを特徴とする流
体機械。 - 【請求項2】回転軸と、この回転軸に取り付けられた少
なくとも1枚の遠心羽根車と、この遠心羽根車を覆うよ
うに設けられたケーシングとを備えた流体機械におい
て、 前記回転軸または前記遠心羽根車の少なくとも1つに複
数の第1のフィンを設けるとともに、前記ケーシングに
複数の第2のフィンを設け、前記ケーシングは前記第1
のフィンに対向する位置に造隙被削コーティングが施さ
れ、前記第1のフィンとケーシングとの間に形成される
隙間を、前記第2のフィンと回転軸または前記遠心羽根
車との間に形成される隙間より小さくしたことを特徴と
する流体機械。 - 【請求項3】前記ラビリンスフィンは、回転軸に垂直で
周方向に連続していることを特徴とする請求項1または
2に記載の流体機械。 - 【請求項4】前記ラビリンスフィンはフィン根本幅がフ
ィン先端幅より広いことを特徴とする請求項3に記載の
流体機械。 - 【請求項5】前記第1のフィンを前記第2のフィンを挟
む軸方向2カ所に設け、前記第1のフィンと前記第2の
フィンとの間の前記ケーシングに周方向に連続する溝を
形成したことを特徴とする請求項2に記載の流体機械。 - 【請求項6】前記造隙被削コーティングは、ニッケル・
グラファイト系コーティング材の溶射、アルミ・シリコ
ン・ポリエステル系コーティング材の溶射、またはホワ
イトメタルのコーティングのいずれかであることを特徴
とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の流体機
械。 - 【請求項7】回転軸と静止ケーシングとを有し、この回
転軸または静止ケーシングのいずれかに複数のラビリン
スフィンを設けたラビリンスシール装置において、 前記ラビリンスフィンの中で、少なくとも1個のラビリ
ンスフィンが対向する回転軸または静止ケーシングとの
間に形成する隙間を、他のラビリンスフィンが形成する
隙間よりも小さく、かつ、前記隙間の小さいラビリンス
フィンに対向する前記回転軸または前記静止ケーシング
に造隙被削コーティングを施したことを特徴とするラビ
リンスシール装置。 - 【請求項8】前記造隙被削コーティングを施した部分に
対向するラビリンスフィンを複数設け、このラビリンス
フィンの高さを高圧側から低圧側に向けて順次変えたこ
とを特徴とする請求項7に記載のラビリンスシール装
置。 - 【請求項9】羽根車とケーシングとを有し、この羽根車
またはケーシングのいずれかに複数のラビリンスフィン
を設けたラビリンスシール装置において、 前記ラビリンスフィンの中で、少なくとも1個のラビリ
ンスフィンが対向する羽根車またはケーシングとの間に
形成する隙間を、他のラビリンスフィンが形成する隙間
よりも小さく、かつ、前記隙間の小さいラビリンスフィ
ンに対向する前記羽根車または前記ケーシングに造隙被
削コーティングを施したことを特徴とするラビリンスシ
ール装置。 - 【請求項10】前記ラビリンスフィンは、回転軸に垂直
で周方向に連続していることを特徴とする請求項7ない
し9のいずれかに記載のラビリンスシール装置。 - 【請求項11】前記ラビリンスフィンはフィン根本幅が
フィン先端幅より広いことを特徴とする請求項10に記
載のラビリンスシール装置。 - 【請求項12】前記造隙被削コーティングは、ニッケル
・グラファイト系コーティング材の溶射、アルミ・シリ
コン・ポリエステル系コーティング材の溶射、またはホ
ワイトメタルのコーティングのいずれかであることを特
徴とする請求項7ないし11のいずれか1項に記載のラ
ビリンスシール装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16561797A JP3567064B2 (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | ラビリンスシール装置及びそれを備えた流体機械 |
US09/102,562 US6039535A (en) | 1997-06-23 | 1998-06-23 | Labyrinth sealing device, and fluid machine providing the same |
US09/505,191 US6302645B1 (en) | 1997-06-23 | 2000-02-16 | Labyrinth sealing device, and fluid machine providing the same |
US09/864,148 US6435822B1 (en) | 1997-06-23 | 2001-05-25 | Labyrinth sealing device, and fluid machine providing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16561797A JP3567064B2 (ja) | 1997-06-23 | 1997-06-23 | ラビリンスシール装置及びそれを備えた流体機械 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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