JPS58211098A - クリアランス型潤滑液シ−ル組立体 - 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】 本発明は、回転型流体搬送処理装置の作動室内へｎ滑油
が漏入するのを防止するためのシール装置に関し、特に
、クリアランス型シール装置に関する。。

タービンなどの回転型流体処理装置は、作動流体からエ
ネルギーを回収し、そのエネルギーを作動室から使用部
所へ移送するためにロータを使用する。四−々は、固定
部材に対して回転する回転自在部材であり、例えば、固
定支持体内で回転する回転軸であるか、あるいは、軸を
囲繞して軸方向に延長したハウジングであるか、あるい
は、固定軸を囲繞して軸方向に延長した回転自存の部材
などである。一般に、ロータを心合状郭に保持するため
に軸受が使用される。そのような軸受け、一般に、石油
系の液体潤滑剤によって潤滑される０そのような潤滑剤
が流体処理機械の作動室に流入し、作動流体と混合する
と、作動流体からのエネルギー移送効率を低下させ、潤
滑剤の損失にもなるので、潤滑剤の作動室への漏入を防
止することが肝要である。

潤滑剤が回転機械の作動室へ漏入するのを防止するため
に、潤滑軸受と作動室との間にシール装置を介設するこ
とができる。そのようなシール装置の１つの型式として
、回転部材と固定部材との間に嵌合し、両部材と接触す
る接触型シールがある。しかし、摺擦またはすべり型と
も称されるこの接触聚シールは、摩耗し易く、また、摺
搾表■に生じる高い熱のために回転部材に焼きつくこと
があるので、１０００　ＲＰＭ以上の回転速度で作動す
る高速回転機械には使用することができない０従って、
高速回転機械には、可動表面に接触させる必要のないク
リアランス型シールが一般に使用される。

クリアランス型シールは、回転部材と固定部材との間に
それらの軸方向の全長の少くとも一部分に亘って形成さ
れる狭い間隙から成る。この狭い間隙は、潤滑剤を１…
１された軸受（以下、単に「潤滑軸受」と称する〕と作
動室との間に軸方向に沿って形成される。この狭い間隙
内へシールガスを導入し、潤滑軸受の方に向って流動さ
せる。回転表面と固定表面の両方に沿って流れる軸受か
らの１１１滑剤は、上記間隙から流出するシールガスに
よって該間隙内へ流入するのを阻止される。クリアラン
、ス型シールは、流れ制限を課することによってガスの
漏れを最小限にする一連の溝を軸の周面に設けることに
より一層効果的にすることができる。そのような一連の
溝を用いたシールは、一般にラビリンスシールと称され
ている。

軸受からの潤滑剤は、回転表面および固定表面の両方に
沿ってシールガス流の方に向って流れる。

回転表＋ｆｉ＋上の潤滑剤は、軸とそれを囲繞するノ・
ウジングとの間の狭い間隙内へ流入するのを回転慣性力
によって阻止され、シールガス流に助成されて潤滑剤収
集部（通常はハウジングに設けられた四部）内へ導かれ
、そこから再使用のために回収される。しかしながら、
非回転表器、即ち固定表面に沿って流れる潤滑剤は、狭
い間隙の方に向って流れるのを慣性力によって阻止され
ないので、夕景の潤滑剤がシールガス流に抗して狭い間
隙内へ流入することがある。この液体潤滑剤の非回転表
…１に沿っての毛管作用による移動の結果として、若干
の潤滑剤が流体処理機械の作動室内へ流入することがあ
る。

作動室内への少量の潤滑剤の漏入は、ある種の用例にお
いては重大な問題を提起しないが、流体処理機械を極低
温操作、特に極低湿式空気分離操作に使用する場合には
、そのような潤滑剤の漏入は、重大な問題を惹起する。

例えば、そのような潤滑剤がその機械に使用される低い
温度条件のもとて同化し、その結果熱伝達効率を低下さ
せ、流れ通路を閉塞する可能性すらある。更に、時折性
われる極低温プラントの解凍操作時に潤滑剤がプラント
全体に亘って拡散され、その結果潤滑剤がある区域に堆
積し、相当な火災または爆発の危険が生じる。従って、
−極低温プラントの高速回転型流体処理機械に使用する
ためのものであって、潤滑剤が作動室へ漏入するのを実
質的に完全令に防止するクリアランス型シールを提供す
ることが望ましい。

従って、本発明の目的は、改良されたクリアランス型シ
ール、特に、回転型流体処理機械の非回転表面上の潤滑
剤が毛管作用により該非回転表面に沿って流出するのを
防止するクリアランス型シール、を提供することである
。

略述すれば、本発明は、クリアランス型潤滑液シール組
立体において、 （、）軸部材と、 （ｂ）該軸部材の外周Ｕ１１を囲繞して軸線方向に延長
した壁部材と、該軸部材と壁部材とをそれらの軸方向の
全長の少くとも一部分に亘って狭い間隙でもって離隔さ
せ、該両部材の一方を固定し、他方を該一方の固定部材
に対して回転自在としたことと、 （ｅ）前記狭い間隙と潤滑液供給源との間の部位で前記
壁部材に設けられ、該狭い間隙と流体連通ずる四部より
成る潤滑液収集手段と、 （ｄ）シールガスを、それが前記狭い間隙から１滑液供
給源の方に向ってせしめられるように該狭い間隙へ供給
するための手段と、 （ｅ）前記潤滑液収集手段の近辺において前記一方の固
定部材に被覆された疎油性コーチングとから成り、それ
により、該潤滑液収集手段の近辺に進入し、前記一方の
固定部材に沿って流れる潤滑液が該疎油性フーチングの
ためビードの形とされ、該ビードが前記シールガス流に
よって連行され、それによって潤滑液が前記狭い間隙内
へ流入するのを阻止されるように構成されていることを
特徴とするシール組立体を提供する。

ここでいう「潤滑剤」または「潤滑液」とは、作動条件
下では液体であり、表面間の摩擦を減少させるために使
用される流体を意味する。この潤滑剤は、一般に石油派
生物であるが、必ずしもそうでなくてもよく、任意の減
摩性液体であってよい。

「疎油性コーチング」とは、潤滑剤によって実質的に湿
潤されず、その上におかれた潤滑剤を表面張力の作用に
よってビードの形に丸める性質を有するコーチングのこ
とをいう。「疎油性コーチング」す、石油系流体によっ
て湿潤されないどのようなコーチングであってもよい。

「毛管作用」とは、液体向と固体面との間の付着力によ
って誘起される液体の流れ即ち拡散を意味する。

本発明は、固定部材に対して回転自在のロータを備えた
回転型流体処理装置に使用するためのクリアランス型シ
ールである。回転自在部材は、例えば作動流体からの伝
達エネルギーによって回転せしめられる。そのようなエ
ネルギー伝達の代表的な例は、ガスの膨張である。回転
自在部材は、圧縮機や発電機などの動力消費装置に接続
し、後者を駆動させるようにすることができる。

以下に、本発明のクリアランス型シールを添付図を参照
して説明する。

第１図を参照すると、膨張するガスによって駆動される
流体処理装置１が示されている。この装置は、支持体６
に連結された非回転軸２と、ハウジング７内に間隔をお
いて配置された複数の潤滑軸受５によって軸２の周りに
回転しうるように支持されたり一夕４を備えている。図
には軸受５は１つだけしか示されていないが、そのよう
な回転型流体処理装置にはジャーナル軸受やスラスト軸
受のような１つまたはそれ以上の追加の軸受が一般に用
いられることは当左者には周知である。

作動流体は、入１１環状窒間８を通してロータ４のホイ
ール６内へ導入される。ホイール６には、ホイールとハ
ウジング７との間の作動流体の漏れを防止するための環
状シールを装着することができる。作動流体は、ホイー
ルの羽根９．９・・・の間を通り、符号１０で示される
ように軸方向に流出する。作！！！！Ｉ　ＭＥ体がホイ
ール６を通り抜ける際、エネルギーがロータ４へ伝えら
れてロータが回転せしめられ、圧縮機や発１機などの動
力消費装置を駆動することができる。

軸受５は、軸２とロータ４との間に密な半径方向のクリ
アランス５ａを設定し、そのクリアランスへ通路１１を
通して潤滑液が導入されるようになされている。潤滑液
は、通路１１から両方向へ軸２に沿って円周方向に、か
つ、軸方向に流れる。

ホイール６の方に向って流れる潤滑液は、潤滑液収集四
部１２内へ流入する。四部１２内へ流入した潤滑液は、
ロータ４の高速回転によって惹起される遠心力により四
部１２の最外側壁へ押しやられる。そこから潤滑液は、
逃がし通路１３を通って環状基１４へ入り、そこから排
出される。

潤滑液がホイール６の出口端内へ流入するのを防止する
ために、軸受５とホイール６との間の位置で四−夕４と
軸２の間にクリアランス型シール１５を設ける。第１図
に示された実施例では、クリアランス型シールとしてラ
ビリンスシールが示されている。このラビリンスシール
は、軸２とロータ４との界面に沿って制限された流路１
６を創生ずるように軸２の外周面に刻設した一連の溝に
よって形成されている。

シールガスは、シール１５の両端の間の地点で室１８に
連通する通路１７を通してシール１５内へ注入する。こ
のシールガスは、室１８から制限流路１６を通ってシー
ル１５の両端に向って軸方向に流れるのに十分な圧力で
注入する。シールガスは、潤滑液が作動流体内へ漏入す
るのを防止する。

シールガスは、潤滑液に対して不活性で、爆発を起す危
険がなく、機械を腐食したり、傷めたりしない任意のガ
スであってよい。シールガスの例としては、空気、窒素
、酸素またはアルゴンなどがある。あるいはまた、作動
ガスの一部をシールガスとして使用してもよい。その場
合、軸２とロータ４の間を通してホイール６の出口から
漏出させる作動流体をシールガスとして使用することが
できる。その場合、通路１７および室１８を用いる必要
はない。

潤滑液がシールガスの流れに抗して毛管作用により静止
（固定ン部材（第１図の実施例では軸２）に沿ってホイ
ール６の出口側へ流れるのを防止するために、四部１２
の近傍において固定部材２の表向に疎油性のコーチング
１９を被覆する。疎油性コーチング１９は、潤滑油がそ
の上を流れた際潤滑油をビード状に丸めされるのに十分
な有効厚さであれば、どのような厚さであってもよい。

コーチングの有効厚さは、例えば２ミル（５，０４μ）
である。

疎油性コーチング１９は、使用されるＭｆｆｉ油および
シールガスに対して化学的に不活性の任意の有効物質で
あってよく、例えば、テトラフルオロエチレン、弗素化
エチルプロピレン、ポリトリフルオロエチレンなどのフ
ルオロカーボン樹脂、ボリクＵロトリフルオロエチレン
、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリトリフル
オロエチレン、ポリへキサフルオロピレン、テトラフル
オロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体など
のハ四ゲン化重合体、およびシリコーン、燐酸エステル
、ステアリン酸バリウム、シルノく−ストン（商標名）
などのその他の材料を使用することができる。実際、使
用される潤滑液によって実質的に湿潤されず、潤滑油に
対しても、シールガスに対しても化学的に不活性な任意
の材料を疎油性コーチングとして使用することができる
。

疎油性コーチングを使用した本発明のクリアランス型シ
ール組立体は、第２および３図に詳細に示されている。

軸受５から矢印２０の方向に流れ潤滑液が四部１２に対
面した軸２の部分に被覆されている疎油性コーチング１
９上へ流れると、表面張力によって小さいビード即ち液
滴の形に丸められる。これらのビード２１は、制限流路
１６の方に向って移行しようとしても、矢印２２によっ
て示されるシールガスによって取込まれ、逃がし通路１
３へ連行される。

疎油性コーチング１９が存在しなければ、固定軸２の表
面に沿って生じる潤滑液の薄膜とは異り、コーチング１
９の存在によって形成されるビードまたは液滴は、凹部
１２内へのシールガスの流れに相当な抗力を課する。こ
のビードとシールガス流との間の摩擦作用（ストークス
の抗力として知られている）が、シールガスによるビー
ドの連行を確実にする。

本発明のシール組立体を使用すれば、シールガスを音速
でシール１５を通して通流させる必要性がなくなる。

潤滑液は、四−夕４の四部１２の表面上へ堆積い遠心力
により通路１６を通して流出せしめられ、再使用のため
の収集部所へ送られる。四部１２からの潤滑液の抽出を
更に助成するために、四部１２、の回転表面にも疎油性
コーチングを被覆してもよい。そのようなコーチングは
、第５図に点線２３によって例示されている０ 第４図は、本発明のシール組立体の別の実施例を示す。

この実施例の回転型流体処理装置（タービン）１におい
ては、軸２が回転部材であり、／％ウジング４が固定部
材である。即ち、回転型流体処理装Ｍ１は、ホイール６
に一体的に連結した回転自在の軸２と、軸２を潤滑軸受
５によって回転自在に支持した固定ハウジング４を備え
ている０作動流体は、入口環状空間８を通して半径方向
内方へ導入され、ホイール６の羽根９．９・・・の聞を
通り、符号１０で示されるように軸方向に流出する。作
動流体がホイール６を通り抜ける際、エネルギーがロー
タ即ちホイー／Ｌ／６および軸２へ伝えられ、ロータが
回転せしめられる。

軸受５のための潤滑液は、通路１１を通して導入され、
通路１１から両方向へ軸２に沿って円周方向に、かつ、
軸方向に流れ、それによって軸２を固定部材４に対し離
隔した状態に保持する。軸受５からホイール６の方に向
って流れる潤滑液は、潤滑液収集凹部１２内へ流入する
。また、軸２上の潤滑液は、軸２の高速回転によって惹
起される遠心力により該軸から振りきられ、凹部１２内
へ投入される。潤滑液は、凹部１２から通路１５を通っ
て排出される。

軸受５とホイール６の間にラビリンスシール１５を設け
る。シールガスは、シール１５の両端の間の地点で室１
８に連通ずる通路１７を通してシール１５内へ注入する
。このシールガスは、室１８から制限流路１６を通って
シール１５の両端に向って軸方向に流れ、潤滑液がシー
ル１５を通って流出し作動流体と混合するのを防止する
。

潤滑油収集四部１２の近傍において固定部材４の、軸２
を囲繞する部分の表面に疎油性のコーチング１９を被覆
する。疎油性コーチング１９は、先に第２および３図を
参照して説明したように、毛管作用により流れてくる潤
滑液をビード状に丸めてシールガスによって連行される
ようにする。

第４図に示されるように、疎油性コーチング１９、を被
覆した固定ハウジングの表面に対向する軸２の表向にも
疎油性コーチング１９を被覆するのが好ましい。軸２上
に付着する潤滑液の液体シール１５から凹部１２内へ流
れるシールガスと、軸２の高速回転によって惹起される
強い遠心力との組合せ作用によって凹部１２内へ半径方
向外方に排出され、通路１３を通して除去される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシール組立体の一実施例の断面図、第
２図は第１図のシール組立体の一部分の詳細断面図、第
３図は第１図のシール組立体の一部を変更した構成を示
す詳細断面図、第４図は、別の実施例によるシール組立
体の断面図である。 ２：非回転軸または回転軸 ４：四−夕または固定部材 ５：軸受 ６８ホイール １１：通路 １２＋潤滑液収集四部 １３：逃がし通路 １５：クリアランス型シール １６：制限流路 １７：通路 １９；疎油性コーチング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）クリアランス型１＄１？＃液シール組立体において
   、偵）軸部材と、 （ｂ）該軸部材の外周向を囲繞して軸線方向に延長した
   壁部材と、該軸部材と壁部材とをそれらの軸方向の全長
   の少くとも一部分に亘って狭い間隙でもって離隔させ、
   該両部材の一方を固定し、他方を該一方の固定部材に対
   して回転自在としたことと、 （ｅ）前記狭い間隙と潤滑液供給源との間の部位で前記
   壁部材に設けられ、該狭い間隙と流体連通ずる四部より
   成る潤滑液収集手段と、 （ｄ）シールガスを、それが前記狭い間隙から潤滑液供
   給源の方に向ってせしめられるように該狭い間隙へ供給
   するための手段と、 （＠）前記潤滑液収集手段の近傍において前記一方の固
   定部材に被覆された疎油性コーチングとから成り、それ
   により、該潤滑液収集手段の近辺に進入し、前記一方の
   固定部材に沿って流れる潤滑液が該疎油性コーチングの
   ためにビードの形とされ、該ビードが前記シールガス流
   によって連行され、それによって？ｒ！４？＃液が前記
   狭い間隙内へ流入するのを阻止されるように構成されて
   いることを特徴とするシール組立体。 ２）前記軸部材が固定であり、前記壁部材が回転自在で
   ある特許請求の範囲第１項記載のシール組立体。 ３）前記壁部材が固定であり、前記軸部材が回転自在で
   ある特許請求の範囲第１項記載のシール組立体。 ４）前記疎油性コニチングが前記潤滑液収集手段の近辺
   において前記他方の回転自在部材にも被覆されている特
   許請求の範囲第１項記載のシール組立体。