JPH11343996A - 流体機械のラビリンスシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体機械の回転体と静止体との隙間通路から
流体の流出を少なくすることのできる流体機械のラビリ
ンスシール構造を提供する。 【解決手段】 回転体と静止体との隙間通路にラビリン
スシールを設けた流体機械において、前記ラビリンスシ
ールを階段状に形成し、凹部を形成する各フィンの上流
側壁面が、対向側の各階段の段差の壁面に対し、所定寸
法下流側へ移動した位置に形成されていることを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体機械のラビ
リンスシール構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ラビリンスシールは、流体機械の回転体
と静止体との隙間通路に絞り片（フィン）を設けるなど
の工夫を施し、前記隙間通路からの流体の漏れを防止し
ようとするものである。このラビリンスシールは、図６
および図７に示すような構造のものが一般的に知られて
いる。図６に示すものは、直通形式のものであり、また
図７に示すものは、階段形式のものである。前記直通形
式のものは、凹部の幅Ｗが隙間通路（隙間）に比べて充
分に広くなければ、流入側からの動圧が失われないうち
に後続の隙間に到達してしまうので効果が低い。また、
前記階段形式のものは、階段からフィンまでの距離が小
さくないので、流入側からの噴流は、段差壁面に当って
も、段に沿って流れ、つぎの隙間通路に流入するまでの
圧力損失が少ない。したがって、噴流が持っている動圧
は、充分に減少せずにつぎの隙間通路に到達するので効
果は低い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記問題
点に鑑み、流体機械の回転体と静止体との隙間通路から
流体の流出を少なくすることのできる流体機械のラビリ
ンスシール構造を提供することを目的とするものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたものであって、請求項１に記載
の発明は、回転体と静止体との隙間通路にラビリンスシ
ールを設けた流体機械において、前記ラビリンスシール
を階段状に形成し、凹部を形成する各フィンの上流側壁
面が、対向側の各階段の段差の壁面に対し、所定寸法下
流側へ移動した位置に形成されていることを特徴として
いる。

【０００５】請求項２に記載の発明は、前記各フィンの
上流側壁面と前記各段差の壁面が同一面に形成されてい
ることを特徴としている。

【０００６】さらに、請求項３に記載の発明は、前記各
凹部を形成する各フィンが前記回転体または前記静止体
のいずれか一方、または両方に形成されていることを特
徴としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて説明すると、この発明の流体機械のラビリンスシ
ール構造は、たとえば遠心式送風機のインペラとケーシ
ングとの隙間通路において実現される。

【０００８】前記遠心式送風機（以下、「送風機」とい
う）は、インペラと、このインペラを収納するケーシン
グ本体と、吸気側ケーシングと、回転軸とにより構成さ
れている。前記インペラは、多数の湾曲した羽根を周方
向に等間隔に配して渦巻状に形成し、中央部に前記回転
軸を挿入する孔を形成している。そして、この発明に係
るラビリンスシールを形成する回転体として、吸気側の
羽根の側板外周壁に摺動部を形成している。前記ケーシ
ング本体は、中央部に前記回転軸の一端を保持する軸受
部を形成し、外周縁に前記吸気側ケーシングを装着する
ことにより、前記インペラを回転自在に収納する。そし
て、外周部の一端に圧力空気の吐出口を設けている。前
記吸気側ケーシングは、中央部に前記回転軸の他端を保
持する軸受部を形成し、前記ケーシング本体に装着する
外周縁と前記軸受部との間に吸気口を開口し、この吸気
口の外側内径部に、この発明に係るラビリンスシールを
形成する静止体としての摺動部を形成している。また、
前記送風機の組立は、前記回転軸の一端を前記ケーシン
グ本体の軸受部に貫入し、先端部に駆動プーリを装着す
る。そして、前記回転軸の他端側に前記インペラを装着
した後、前記吸気側ケーシングの軸受部に他端を挿入
し、前記ケーシング本体の外周縁に前記吸気側ケーシン
グを装着して組立は完了する。

【０００９】この発明に係るラビリンスシール構造は、
前記吸気側ケーシングの摺動部（静止体）と前記インペ
ラの摺動部（回転体）との間に隙間（隙間通路）Ｓを形
成するようにしている。ここで説明するラビリンスシー
ル構造においては、前記吸気側ケーシングの摺動部に階
段状の段差ａ，ａ，…を軸方向に複数（たとえば、３
段）形成する。この段階状の各段差ａは、上流側を最上
段とし、各段差ａおよび各階段幅ｂの寸法を、それぞれ
ａ≧３Ｓおよびｂ≧５Ｓに設定している。一方、前記イ
ンペラの摺動部には、前記各段差ａに対向する位置に階
段状の凹部をそれぞれ形成する。この階段状の各凹部を
形成する各フィンの上流側壁面が、前記各階段状の段差
壁面に対し、所定寸法下流側へ移動した位置に形成す
る。そして、各凹部の深さｄの寸法をｄ≧２Ｓに設定し
ている。なお、前記各フィンの厚さおよび前記隙間Ｓの
寸法は、可能な限り小さい方が望ましい。

【００１０】前記ラビリンスシール構造の作用を説明す
る。上流側から最初の隙間Ｓに流入した噴流（圧力空
気）は、約１０度の広がり角で階段面に沿って流れる。
そして、段差壁面に当ってほぼ直角に向きを変え、凹部
の底面で再び方向を変えるまでの中間は、前記段差壁面
や前記フィン壁面に沿って流れ、圧力が低い。この圧力
が低いところに、つぎの隙間Ｓがあるので、流体は、こ
の隙間Ｓに流入するのが困難となる。その結果、流体の
漏れ量が少なくなる。したがって、ケーシング内から漏
れる空気量を従来のラビリンスシール構造に比較して、
大幅に低減することができる。

【００１１】また、以上に説明した実施の形態において
は、回転体に凹部を設け、静止体に階段状の段差を軸方
向に設けたラビリンスシール構造について説明したが、
この発明に係るラビリンスシール構造は、これに限定さ
れるものではなく、たとえば回転体に階段状の段差を設
け、静止体に凹部を設けた構造とすることもできる。さ
らに、前記回転体および前記静止体の両方にそれぞれ前
記各凹部を設けた構造とすることもできる。そして、前
記各フィンの上流側壁面が、前記各階段状の段差壁面と
同一面となるように形成することもできる。さらにま
た、このラビリンスシール構造を半径方向に設けた構成
とすることもできる。なお、この発明のラビリンスシー
ル構造は、遠心式渦巻ポンプやタービンにおいても適用
することができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、この発明に係る遠心式送
風機の第一実施例の構成を概略的に示す断面説明図であ
り、また図２は、図１のラビリンスシール部（図１のＺ
部）を拡大して示す説明図である。

【００１３】図１において、遠心式送風機１（以下、
「送風機」という）は、インペラ２と、このインペラ２
を収納するケーシング本体３と、吸気側ケーシング４
と、回転軸５とにより構成されている。前記インペラ２
は、多数の湾曲した羽根を周方向に等間隔に配して渦巻
状に形成し、中央部に前記回転軸５を挿入する孔６を形
成している。そして、この第一実施例におけるラビリン
スシールを形成する回転体として、吸気側の羽根の側板
外周壁に摺動部７（図２参照）を形成している。

【００１４】前記ケーシング本体３は、中央部に前記回
転軸５の一端を保持する軸受８を装着し、外周縁に前記
吸気側ケーシング４を装着することにより、前記インペ
ラ２を回転自在に収納する。そして、外周部の一端に圧
力空気の吐出口（図示省略）を設けている。前記吸気側
ケーシング４は、中央部に軸受部９を形成し、この軸受
部９に軸受８を装着して前記回転軸５の他端を保持する
ようにしている。そして、前記ケーシング本体３に装着
する外周縁と前記軸受部９との間に吸気口１０を開口
し、この吸気口１０の外側内径部に、この発明に係るラ
ビリンスシールを形成する静止体としての摺動部１１
（図２参照）を形成している。

【００１５】また、前記送風機１の組立は、前記回転軸
５の一端を図１に示すように、ケーシング本体３の軸受
８に貫入し、先端部に駆動プーリ１２を装着する。この
駆動プーリ１２は、ベルト（図示省略）を介して電動機
（図示省略）に回転自在に接続されている。そして、前
記回転軸５の他端側に前記インペラ２を装着した後、前
記吸気側ケーシング４に装着した軸受８に他端を挿入
し、前記ケーシング本体３の外周縁に前記吸気側ケーシ
ング４の外周縁を適宜の手段（たとえば、ボルト止め）
で装着して組立は完了する。また、前記吸気側ケーシン
グ４の外側には、カバー１３が装着されている。

【００１６】つぎに、この発明に係るラビリンスシール
構造について説明する。このラビリンスシール構造は、
図２に示すように、前記吸気側ケーシング４の摺動部１
１（静止体）と前記インペラ２の摺動部７（回転体）と
の間に隙間Ｓ（隙間通路）を形成するようにしている。
そして、この第一実施例では、前記摺動部１１に階段状
の段差ａ，ａ，…を軸方向に複数（この実施例では３
段）形成する。この階段状の各段差ａは、図２に示すよ
うに、上流側を最上段とし、各段差ａおよび各階段幅ｂ
の寸法を、たとえば段差ａ≧３Ｓおよび階段幅ｂ≧５Ｓ
に設定している。この実施例では、Ｓ＝１mm，ａ＝３mm
およびｂ＝６mmとしている。一方、前記摺動部７には、
前記各段差ａに対向する位置に階段状の凹部Ａ，Ａ，…
を形成する。この階段状の各凹部Ａを形成する各フィン
Ｃ，Ｃ，…の上流側壁面が前記各段差ａの壁面に対し、
所定寸法ｅ（この実施例では１mmとしている）だけ下流
側へ移動した位置に形成している。そして、各凹部Ａの
深さｄを、深さｄ≧２Ｓに設定している。この実施例で
は、ｄ＝２mmとしている。ここにおいて、前記各凹部Ａ
の内幅寸法と前記各フィンＣの根元寸法の和は、前記各
階段幅ｂと同じである。また、前記各フィンＣの先端の
厚さは、可能な限り薄い方が望ましいが、この実施例で
は１mmとしている。そして、前記隙間Ｓが１mmよりも小
さい場合には、前記各部の寸法は、５Ｓ＜ｂ，ｂ／２＜
ａおよびｂ／３＜ｄとするのが標準的な形状である。さ
らに、前記各凹部Ａの隅に充分な丸みを残すこともでき
る。

【００１７】前記ラビリンスシール構造の作用を説明す
る。上流側（図２の左側）から最初の隙間Ｓへ流入した
噴流（圧力空気）は、約１０度の広がり角で階段面に沿
って流れる。そして、最初の段差ａの壁面に当ってほぼ
直角に向きを変え、最初の凹部Ａの底面で再び方向を変
えるまでの中間は、前記段差ａの壁面や最初のフィンＣ
の壁面に沿って流れ、圧力が低い。この圧力が低いとこ
ろに、つぎの隙間Ｓがあるので、流体は、この隙間Ｓへ
流入するのが困難となる。そして、つぎの隙間Ｓから流
入した流体は、前記と同様の作用によってさらに圧力が
低下する。その結果、前記ケーシング内からの流体の漏
れる量が少なくなる。したがって、従来のラビリンスシ
ール構造に比し、流体の漏れを大幅に低減することがで
きる。

【００１８】前記ラビリンスシール構造においては、前
記インペラ２，前記ケーシング本体３，前記吸気側ケー
シング４および前記回転軸５の工作精度や組立精度を勘
案し、予め前記各段差ａの壁面に対し、前記各フィンＣ
の上流側の壁面を下流側へ所定寸法ｅ（この実施例では
１mm）移動させている。しかしながら、前記各段差ａの
壁面に対し、前記各フィンＣの上流側の壁面が、逆に上
流側へ移動した場合は、最初の段差ａの壁面に当ってほ
ぼ直角に向きを変えた圧力空気が、最初のフィンＣの先
端に当って、つぎの隙間Ｓからつぎの凹部Ａへ流入する
ので漏れる空気量が多くなる。したがって、この第一実
施例におけるラビリンスシール構造においては、前記各
フィンＣの上流側壁面が前記各段差ａの壁面よりも上流
側へ出ることは絶対に避けなければならない。

【００１９】つぎに、この発明に係るラビリンスシール
構造の第二実施例を図面に基づいて説明する。図３は、
ラビリンスシール構造の第二実施例を概略的に示す説明
図である。なお、送風機１は、前記第一実施例と同様で
あるので重複する説明は省略する。

【００２０】図３に示す第二実施例は、各段差ａの壁面
に対し、各フィンＣの上流側壁面がそれぞれ同一面に形
成されたものである。したがって、各階段幅ｂの寸法に
対し、各凹部Ａの内幅寸法は、それぞれ前記フィンＣの
厚さ分だけ狭くなる。その他の寸法は、前記第一実施例
と同様に設定している。

【００２１】前記第二実施例の作用は、前記第一実施例
と同様であるが、前記送風機１の組立時において、前記
各フィンＣの上流側壁面が、それぞれ前記各段差ａの壁
面より上流側に出ないように組立てることが肝要であ
る。

【００２２】つぎに、この発明に係るラビリンスシール
構造の第三実施例を図面に基づいて説明する。図４は、
ラビリンスシール構造（図１のＺ部）の第三実施例を概
略的に示す説明図である。なお、送風機１は、前記第一
実施例と同様であるので重複する説明は省略する。

【００２３】図４に示す第三実施例は、前記第一実施例
においてはインペラ２（回転体）に凹部Ａを設け、吸気
側ケーシング４（静止体）に階段状の段差ａを軸方向に
設けたラビリンスシール構造について説明したが、この
第三実施例は、前記凹部Ａを前記吸気側ケーシング４
（静止体）に設け、前記階段状の段差ａを前記インペラ
２（回転体）に設けた構造としている。すなわち、前記
インペラ２の吸気側の内周壁に回転体としての摺動部７
を形成し、この摺動部７に階段状の段差ａ，ａ…を軸方
向（吸気側の反対方向）に複数（この実施例では３段）
形成する。一方、前記吸気口１０の外周壁に静止体とし
ての摺動部１１を形成し、この摺動部１１には、前記各
段差ａに対向する位置に階段状の凹部Ａ，Ａ…を形成す
る。この階段状の各凹部Ａを形成する各フィンＣ，Ｃ…
の上流側壁面が前記各段差ｄの壁面に対し、所定寸法ｅ
だけ下流側へ移動した位置に形成している。前記摺動部
７と前記摺動部１１との隙間Ｓおよび各段差寸法等は、
前記第一実施例と同様に設定している。

【００２４】前記第三実施例は、前記第一実施例とは反
対に前記各凹部Ａを前記吸気側ケーシング４に設け、前
記階段状の各段差ａを前記インペラ２に設けたものであ
るから、作用は第一実施例と同様である。

【００２５】つぎに、この発明に係るラビリンスシール
構造の第四実施例を図面に基づいて説明する。図５は、
ラビリンスシール構造の第四実施例を概略的に示す説明
図である。なお、送風機１は、前記第一実施例と同様で
あるので重複する説明は省略する。

【００２６】図５に示す第四実施例は、前記第一実施例
で説明したラビリンスシールと前記第三実施例で説明し
たラビリンスシールとを対称に配置し、前記両ラビリン
スシールを連通した構造のものである。すなわち、イン
ペラ２の吸気側の外周壁に前記第一実施例で説明した凹
部Ａを設けるとともに、内周壁に前記第三実施例で説明
した階段状の段部ａを設けている。一方、吸気側ケーシ
ング４の吸気口１０の外側には、前記第一実施例で説明
した階段状の段差ａと前記第三実施例で説明した凹部Ａ
をそれぞれ形成している。そして、前記第一実施例と同
様に形成されたラビリンスシールの下流側端部と、前記
第三実施例と同様に形成されたラビリンスシールの上流
側とを連通する連通部Ｂを形成している。

【００２７】前記構成の第四実施例によれば、複数のラ
ビリンスシールを設けた構造であるので、流体の漏れを
大幅に低減することができる。

【００２８】前記第一〜第四実施例は、インペラ２（回
転体）と吸気側ケーシング４（静止体）の軸方向にラビ
リンスシールを設けた構造について説明したが、この発
明は、これに限定されるものではなく、このラビリンス
シール構造を半径方向に設けた構成とすることもでき
る。また、この発明のラビリンスシール構造は、遠心式
渦巻ポンプやタービンにおいても適用することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、回転体と静止体との隙間通路に所定のラビリンスシ
ールを階段状に形成したので、従来のラビリンスシール
構造に比し、流体の漏れを大幅に低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る遠心式送風機の第一実施例の構
成を概略的に示す断面説明図である。

【図２】図１のラビリンスシール部（図１のＺ部）を拡
大して示す説明図である。

【図３】この発明のラビリンスシール構造の第二実施例
を拡大して示す説明図である。

【図４】この発明のラビリンスシール構造の第三実施例
を拡大して示す説明図である。

【図５】この発明のラビリンスシール構造の第四実施例
を拡大して示す説明図である。

【図６】従来の直通形式のラビリンスシール構造を示す
説明図である。

【図７】従来の階段形式のラビリンスシール構造を示す
説明図である。

【符号の説明】

２ インペラ（回転体） ４ 吸気側ケーシング（静止体） ７ 摺動部（回転体） １１ 摺動部（静止体） Ａ 凹部 Ｃ フィン Ｓ 隙間 ａ 段差 ｂ 階段幅 ｄ 凹部の深さ ｅ 所定寸法

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｊ 15/447 Ｆ１６Ｊ 15/447

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体と静止体との隙間通路にラビリン
   スシールを設けた流体機械において、前記ラビリンスシ
   ールを階段状に形成し、凹部Ａ，Ａ，…を形成する各フ
   ィンＣ，Ｃ，…の上流側壁面が、対向側の各階段の段差
   ａ，ａ，…の壁面に対し、所定寸法ｅ下流側へ移動した
   位置に形成されていることを特徴とする流体機械のラビ
   リンスシール構造。
2. 【請求項２】 前記各フィンＣの上流側壁面と前記各段
   差ａの壁面が同一面に形成されていることを特徴とする
   請求項１に記載の流体機械のラビリンスシール構造。
3. 【請求項３】 前記各凹部Ａを形成する各フィンＣが前
   記回転体または前記静止体のいずれか一方、または両方
   に形成されていることを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載の流体機械のラビリンスシール構造。