JPS5821147B2 - シ−ルソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はターボ機械用の改良型シール装置に関する。

特に本発明は流体圧に応答してターボ機械ロータ及びハ
ウジングを有する流体シール並に附加的なシャフト支持
を提供し、実際により高い臨；異速度を与えるためにロ
ータシャフトを硬化させる改良型シール装置に係る。

ターボ機械に複数のステージを設けようという要求によ
り比較的長いロータが使用されていた。

かかるターボ機械においてはその機械の回転部分の慣性
を減少させるためシャフト径をできる限り小さくするこ
とが望ましく、多段機械に比較的長いシャフトを用いる
と、比較的長い可撓性シャフトの下で誘起される振動に
よりかなりの難点が招来される。

明らかに、回転速度がシャフトの種々）の臨界速度を通
るように振動を減少させるためシャフトの硬さを保持す
る必要がある。

今日の高シャフト動作速度に鑑みて、できるだけ臨界速
度を増大させることが強く望まれている。

更に問題を複雑にしているのはターボ機械においてはシ
ャフトハウジングの各端に配置されているベアリング間
にシャフト支持ベアリングを設置することが通常実際的
でないことである。

ハウジングとシール間での摩擦係合が生じるようにハウ
ジングに対する圧力をうけている流体によって偏倚力を
うけているシールの使用によってシャフトの硬さがある
程度増大できることが発見された。

かかる力はその圧力によって生じる摩擦力を超過する迄
シャフトが回転されるに従いシャフトの横又は半径方向
の動きに抵抗する。

本発明はシールを半径方向に偏倚させて所定方向にシャ
フト上に半径方向の力を与える装置の使用により、シー
ルとして効果的に作用し且つより確実な仕方においてシ
ャフトに附加的な硬さを与えるような改良型シールを提
供する。

本発明の前記目的及び効果は本発明の改良型シールによ
って達成される。

本シールはハウジングこのハウジング内に軸支されたシ
ャフト及び流体圧印加装置を有するターボ機械において
有用である。

本シールはシャフトを囲むサークル内に置かれ一般にロ
ータシャフトに平行な縦軸、一般にこの軸に垂直に配置
されている本体上の第１及び第２端及び回転可能かつシ
ール可能にロータシャフトを受けるシールの端を介して
延長している穴を有する環状シール体を有する。

一つの表面が、封止的かつ摩擦的にハウジングと係合す
る本体の第１端に設けられる。

シール体はハウジング内において圧力流体に露出されて
おり、本シールはこれによってハウジングの半径方向面
に向って軸方向に偏倚されていて、流体圧に応答してシ
ールを所定半径方向に偏倚させるため偏倚装置がシール
体上に設けられている。

これによりシールは安定化され、再生可能なバイアスを
生じる。

・第１図においてターボ機械１０は本発明
のシール１２を内蔵している。

ただ１個のシール１２が図示されているがシャフト１６
の他端に附加的シール１２が設けられている。

ターボ機械１０はそこに軸支されたロータシャフト１６
を有するハウ。

ジング１４を有する。

第１図は部分断面図であって、シャフト１６によって支
持されるロータも、ハウジング１４内でシャフト１６を
支持するベアリングも図示していない。

ハウジング１４は中空で半径方向に配置された、面２０
を与える空胴１８を有する。

製造及び組立のために、ハウジング１４は多数の部品か
ら成る。

種々の部品に図面では番号を附していない。

ハウジング１４を介して流体、通常は封止流体を圧入又
は後述する目的でハウジング１４から空胴１８；への流
通を滑らかにする通路２２が延長している。

シール１２はハウジング１４内でラジアル面２０に近接
している第１端２６及び空胴１８内に配置されている第
２端２８を有する。

本体２４内の穴３０はロータシャフト１６に対して回転
しシ・−ルする関係においてロータシャフト１６を囲み
端２６及び２８を介して延長している。

本体２４の穴３０内には本体２４を介して延長している
通路３４及び３６を経由して空胴１８と連絡している凹
部３２が設けられている。

第２図に示す如く凹部３２は一般に弧状となっていて本
体２４の内周の一部のみに沿って延長している。

四部３２は穴３０とは異なる径と中心線を有する円の外
周によって形成されている。

ハウジング１４の空胴１８に与えられる流体圧はシャフ
ト１６に対し半径方向にシールを偏倚する四部３２内の
本体２４に力を与えるように、通路３４及び３６を介し
て凹部３２に入る。

再び本体２４の第１端２６に言及する。

ノｚｒ’）ジング１４の面２０に封止的かつ摩擦的に係
合している軸方向に突出している１対の環状フランジ３
８がある。

フランジ３８と面２０との封止的係合に鑑みて空胴１８
内の圧力流体に与えられる差動領域が本体２４上に作ら
れる。

差動領域の効果として空胴１８内の流体はシール１２に
よりフランジ３８を面２０と係合するように軸方向に偏
倚させる偏倚力を本体２４に与える。

その力の大きさは圧力を変えるか又はフランジ３８の位
置を変えることによって変化できる。

位置決めピン４０はシール１２とハウジング１４間の相
対的回転を防ぐため本体２４とハウジング１４間に延長
している。

ピン４０は凹部３２が半径方向の偏倚力を所定方向に与
えるようにおかれる如く配置される。

空胴からの圧力流体の漏洩を防ぐため、回転的かつ封止
的にロータシャフト１６をうける第２即ち内部環状シー
ル４２が設けられている。

シール４２の外面を通る漏洩はシール４２とシールする
ように係合する如くハウジング１４内におかれているオ
ーリング４４によって防止される。

前述した如くロータシャフト１６はロータ（図示せず）
を備えておりハウジング１４の各端におかれているベア
リング（図示せず）によって軸支されている。

シャフト１６が回転するに従いそれはシャフト及びロー
タの質量に応じて半径方向に曲がるようになり、かかる
撓みはシャフト１６の速度の増加に従いシャフト１６の
種々の臨界速度が許容されるように種々の態様で生じる
。

シャフト１６の臨界速度を増大させるために圧力流体が
空胴１８内に与えられ本体２４の端に作用してシール１
２をしっかりとシールさせハウジング１４の面２０と摩
擦係合させる。

シール１２はシャフト１６が摩擦力に打ち勝ちかつシー
ル２４を面２０に対して移動せしめるに充分な力を発生
するまでかかる力によって相対的に固定された位置に保
持される。

前述した如く半径方向の力ばかりでなく摩擦力は空胴１
８内の流体圧を変えることによって変化できる。

従ってもしシャフト作動速度において比較的強い振動力
が生ずることが予想されるならば、摩擦力及び半径方向
力を大きくするように圧力を増大させ、シャフト１６を
硬化させてシャフトの臨界速度を上げるようにすること
ができる。

シール１２はシャフト１６を支持するベアリング内に配
置されるので、シャフト１６には、シール１２によって
働らく力により附加的な硬さが与えられる。

半径方向に偏倚されていないシールについて行なわれた
一連の試験においては、シャフトの硬化という効果は得
られるが、成績は幾分予測し得ないものであることがわ
かった。

従って圧力流体１８によって生ずる半径方向の力により
シール１２に凹部３２を附加することによりシール１２
には所定の半径方向に力がかかるので、シール１２によ
ってシャフト１６に与えられる半径方向の力は負荷のか
け方を安定させて予想し得る効果を生じさせる。

第３図は環状シール５０の他の実施例を示す。

シール５０は前述した１２の代りにターボ機械１０で使
用できる。

第３図及び第４図に示すようにシール５０は端５４上の
環状の軸方向に延長しているフランジ５６及び第２端５
８を有するシール体５２を備えている。

穴６０は端５４及び５８に交叉するシール体５２を介し
て延長している。

穴６０はシャフト１６を回転的かつ封止的にうけるよう
な大きさとなっている。

オーリング叉は同様なシール６２がシール体５２の外周
に形成された溝６４におかれている。

シール６２はシール５０がターボ機械１０に設置された
時ハウジング１４に封止的に係合する大きさとなってい
る。

図示したようにシール６２はシール５０の周囲の小領域
を分離している。

分離領域は通路６６によってターボ機械１０内の低圧領
域に通じている。

分離領域への低圧力の印加により空胴１８内の圧力流体
によってシール５０を第３図及び第４図に示す如く上方
に偏倚せしめる。

位置決めピン６８はシール５２内にあってシール５０が
ターボ機械１０に設置される時本体５２とハウジング１
４間の相対的回転を防ぐ機能がある。

ピン６８は偏倚力の方向を所定かつ所望方向に向けるた
めに所望の場所におくことができる。

第３及び第４図に示す実施例の動作はターボ機械１０！
こ設置された時シール１２に関して述べた如く杢質的に
同じ結果を与える。

上述したように本発明の改良型ターボ機械シールはター
ボ機械のロータシャフトを硬化させる装置を提供する。

本発明の改良型シールはシャフトを硬化させるだけでな
くまた半径方向の力を所定方向に与えることができるの
で予想可能な結果を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改良型シールを有するターボ機械の部
分断面図、第２図は第１図の線２−２に沿ってとられた
断面図、第３図は本発明のシールの他の実施例の端面図
、第４図は第３図の線４−４に沿ってとられた第３図の
シールの断面図である。 □ １０・・・・・・ターボ機械、１２・・・・・・シ
ール、１４・・・・・・ハウジング、１６・・・・・・
ロータシャフト、１８・・・・・・空胴、２０・・・・
・・半径面、２２・・・・・・通路、２４・・・・・・
本体、２６．２８・・・・・・端、３０・・・・・・穴
、３２・・・・・・凹部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部半径面を有する中空ハウジング、ハウジング内
   に圧力流体を分配する装置、ハウジング内に軸支された
   ロータシャフト及びハウジング内に配置された環状シー
   ル体を備えたターボ機械等のための改良型シール装置に
   おいて、 （イ）ロータシャフトに一般に平行な縦軸と、（ロ）上
   記軸に一般に垂直に配置された第１及び第２端と、 （ハ）上記ロータシャフトを回転的かつ封止的にうける
   ための、前記端を介して延長する穴と、に）前記ハウジ
   ングの半径面に封止的かつ摩擦的に係合する前記第１端
   上の面、 とを有し、前記第２端は圧力流体に露出されていて前記
   シールがハウジングの半径方向面に向って軸方向に偏倚
   されており、さらに前記本体上の偏倚手段であって、圧
   力流体に応答して前記シールを半径方向に偏倚せしめる
   偏倚手段を有し、それによって前記シールを安定化して
   再生可能な封止及び偏倚結果を生じさせるようにする改
   良型シール装置。