JPS5943678B2 - 静圧型シ−ルリング軸封装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シールすべき流体の静圧を利用してシールリ
ングを回転軸からこれと非接触浮上させるとともに、高
圧流体を封塞する静圧型シールリング軸封装置に関する
ものである。

従来、この種の軸封装置は第１図および第２図に示すよ
うな構成を有している。

すなわち、同図Ｉこおいて、１は回転軸、２はこの回転
軸に嵌合させたシールリングで、その内周面には、上記
回転軸１を狭い隙間を介して囲繞する滑り面３と、これ
にステップ５を介して拡開連設した絞り面４とが形成さ
れている。６は上記シールリング２とこれを囲む枠体Ｔ
との間に張設してこれらの間のシールを兼ねたベカーで
、シールリング２の半径方向移動を許容し軸方向移動を
拘束している。

なお、Ｐｓは高圧側流体圧、Ｐａは周囲圧力、８は流体
の流れ方向、Ｏは回転軸中心、０’はシールリング中心
、ｅはこれら両中心間の偏心量、Ｆｒはシールリング２
に加わる重力の大きさを示している。したがつて、上記
シールリング２が回転軸１と同心状態にあれば、シール
リング内周面と回転軸１との間の隙間は円周方向で一様
となるため、隙間における圧力分布も均一となり、隙間
内の流体膜はシールリング２を浮上保持すべき負荷能力
を有しない。しかし、いま、シールリング２が第１、２
図に示すような偏心量ｅを有するときには、ステップ５
を具備することにより上記隙間内の圧力分布は円周方向
で非一様となり、これら圧力の合力は重力の方向と逆方
向に生じる。このため、シールリング２に加わる重力等
の外力と圧力の合力とが平衡する偏心位置でシールリン
グ２は浮上保持されることになる。このときの上記隙間
内における流体膜の上記負荷能力Ｆｆおよび隙間からの
漏洩流量Ｑと、偏心量ｅとの関係は第３図に示す如くで
ある。従来の軸封装置は上述のような構成となつている
ため、第２図から明きらかなように、シールリング２の
重量が大となると、これを保持する負荷能力Ｆｆに応じ
て偏心量ｅが大となり、回転軸１とシールリング２との
接触の危険性が増加し、かつ漏洩流量Ｑが増大するなど
、軸封装置としての機能を著しく低減せしめる不都合さ
を有していた。

本発明は、叙上の欠陥を除去するためになされたもので
、シールリングと回転軸とが同心位置にあつた場合にも
隙間内の流体に非一様な圧力分布が生じ得るようにして
隙間内流体膜にシールリングを保持する負荷能力を付与
させるとともに、更にこの負荷能力を軸偏心量によつて
累増させ得るようにすることにより、シールリングを回
転軸に対して同心もしくは微小偏心状態で浮上保持させ
、従来のもののような高偏心に起因する回転軸とシール
リングとの接触の危険性および隙間からの漏洩流量の増
大等を未然に排除しうるようにした静圧型シールリング
軸封装置を提供しようとするものである。以下、第４図
ないし第１０図に示す実施例について本発明を説明する
と、第４，５図はシールリングと回転軸とが同心位置に
ある状態を示し第１，２図の部材に相当する部材には同
一符号を付して表している。

図中、５ａは円周方向において高さを変化させたステツ
プ、Ｏ″は絞り面４の内周円の中心で、シールリング２
に作用する重力等の外力Ｆｒの方向と逆方向に、回転軸
１およびシールリング２の中心０から、ｇだけ偏心して
位置され、絞り面４の回転軸１に対する隙間ｈを第５図
のＤ位置で最大値、Ｃ位置で最小値を採るように構成さ
れている。なお、Ｈはシールリング２の高圧側端、Ｉは
ステツプ部、Ｊは周囲圧力側端の位置をそれぞれ示す。
上述の構成を有するため、回転軸１とシールリング２と
が第４，５図の位置関係にあるとき、回転軸１土のＣ位
置およびＤ位置における流体膜の軸方向圧力分布は第６
図に示すようｉこなる。

すなわち、滑り面３の隙間はＣ位置とＤ位置で等しいが
、絞り面４の隙間はＣ位置とＤ位置で異なつているため
、図示の如く、Ｄ部の軸方向圧力分布がＣ部のそれより
も高くなる。また、円周方向の圧力分布はＤ位置で最大
、Ｃ位置に向かうにしたがい漸減してＣ位置で最小とな
り、かつこれらの圧力分布はＣ−Ｄ軸線に関して対称と
なるから、圧力の合力方向は重力等の外力Ｆｒの方向と
逆方向となる。よつて、図示の如く回転軸１とシールリ
ング２とが同心位置にあつても、隙間内の流体膜はシー
ルリングを浮土保持する負荷能力を有することが明きら
かである。次に、第７図は絞り面４の偏心量ｇをパラメ
ータとして、流体膜の上記負荷能力Ｆｆと第１図のもの
と同様なシールリング２の回転軸１に対する偏心量ｅと
の関係を表わしたグラフで、同一の偏心量ｅに対しては
絞り面偏心量ｇが大になるにしたがつて負荷能力Ｆｆが
増大することを示している。

また、第８図は絞り面偏心量ｇをパラメータとして漏洩
流量Ｑと、シールリング２の回転軸１に対する偏心量ｅ
との関係を表わしており、偏心量ｅが大になるにしたが
つて漏洩流量Ｑも増大するが、同一値の偏心量ｅに対し
ては絞り面偏心量ｇ力伏になるにしたがつて漏洩流量Ｑ
は減少することが分かる。したがつて、絞り面４の偏心
量ｇに適当な正の値を与えることにより、シールリング
２を回転軸１に対してｅ−０、すなわち同心状態で浮上
保持させ、漏洩流量を最小限に止めることが可能となる
。

なお、上記第４，５図に示す実施例では、ステツプ高さ
を変化させる手段として、絞り面４の内周円中心をシー
ルリング２の中心に対して偏心させるようにしているが
、第９図および第１０図に示すように、外力Ｆｒ作用方
向の反対側ステツプ高さを種々の形状で局所的に増大さ
せるようにしても良い。

また、以上の実施例では回転軸１を定置したシールリン
グ軸封装置について述べているが、シールリング２側を
固定すればジヤーナル軸受として回転軸を支持すること
ができるので、静圧ステツプ型ジヤーナル軸受として本
発明を構成すれば、回転軸の偏心量および潤滑流体の供
給流量を従来のものに比し著しく減少させうることは明
きらかである。

以上述べたように、本発明によれば、シールリングにお
ける絞り面のステツプ高さを円周方向で変化させること
により、シールリングを回転軸と同心状態で浮上保持さ
せ得るとともに、シールリングと回転軸との接触の危険
性および漏洩流量を併せて低減せしめうる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の静圧型シールリング軸封装置を示す縦断
面図、第２図はその−Ｈ線に沿う側断面図、第３図は従
来の軸封装置におけるシール特性を示す特性線図、第４
図は本発明の実施例に係る静圧型シールリング軸封装置
を示す縦断面図、第５図はそのＶ−Ｖ線に沿う側断面図
、第６図は第４，５図に示す軸封装置のシール部分にお
ける軸方向圧力分布を示す特性線図、第７図および第８
図は同様に第４，５図に示す実施例のそれぞれ異なつた
シール特性を示す特性線図、第９図および第１０図は本
発明に係るシールリングの他の変形例をそれぞれ示す断
面図である。 １・・・・・・回転軸、２・・・・・・シールリング、
３・・・・・・滑り面、４・・・・・・絞り面、５，５
ａ・・・・・・ステツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸とこれに嵌合されたシールリングとを備え、
   このシールリングの内周面には上記回転軸を狭い隙間を
   介して囲繞する滑り面と、この滑り面にステップを介し
   て高圧流体側に拡開連設された絞り面とを形成して、上
   記高圧流体を封塞させる静圧型シールリング軸封装置に
   おいて、上記シールリングもしくは回転軸のいずれか一
   方に加わる重力等の外力の作用方向とは逆方向位置のス
   テップ高さを、それの対向側位置のステップ高さよりも
   、少くとも大となるようにしたことを特徴とする静圧型
   シールリング軸封装置。 ２ シールリングもしくは回転軸のいずれか一方に加わ
   る外力の方向と反対方向に位置するステップの高さを最
   大とし、この位置から離間するにしたがいステップ高さ
   を漸減せしめたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の静圧型シールリング軸封装置。 ３ シールリングもしくは回転軸のいずれか一方に加わ
   る外力の方向と反対方向に位置するステップの高さのみ
   を局部的に大としたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の静圧型シールリング軸封装置。