JPS6116294A - 流体機械の流体漏れ防止装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 不発明は、流体機械の流体漏れ防止装置に係り、特にポ
ンプ、圧縮機などの同心円上の、少なくとも一方が回転
体である機械部品間に構成される環状ｉＩ＋ＩＢｙｊｉ
、部の、流体膜軸受特性を安定化するのに好適な流体機
械の流体漏れ防止装置に関するものである。

〔発明の背景〕

まず、従来の泥棒漏れ防止装置を第１１図を参照して説
明する。

第１１図は、従来の流体機械の流体漏れ防止装置を示す
もので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ矢視
断面図である。

図に示すように、ケーシング２に取付けられた′ライナ
リング１と、回転軸４に取付けられた羽根車３との間に
環状細隙３０が構成されている。

ライナリング１と羽根車ｉとは同心円上にあり、（ｂ）
に示すように、ライナリング１の内周面と羽根車３の外
周面とはいずれも真円であり、ライナリング１は固定側
、羽根車３は回転体である。

環状細隙３０に充満された流体の薄膜すなわち流体膜は
、油潤滑のジャーナル軸受の油膜と同様な一種の軸受作
用を行うが、細隙面形状が真円同志であるとホワール発
生振動数が低いため、回転振動数以上に不ワール発生振
′ｆｄＪ数を制めることは離しく、ホワール発生振動数
が回転振動数以上またはそれ以下となり、自動振動が発
生しやすい欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の従来技術の欠点を解決するためになさ
れたもので、同心円上の、少なくとも一方が回転体であ
る機械部品間に構成される環状細隙の流体膜軸受作用に
より生じる自励振動の発生を防ぎ、変位振幅の小さな安
定した運転を可能とする流体機械の流体漏れ防止装置の
提供を、その目的としている。

〔発明の概要〕

本発明に係る流体機械の流体漏れ防止装置の構成は、同
心円上の、少なくとも一方が回転体である機械部品間に
環状細隙を構成するものであって、これら両機械部品の
内周面と外周面とのいずれか一方、または双方に、複数
の軸方向溝と多円弧溝とのいずれか一刀、または双方を
形設したものである。

なお、本発明を開発した考え方を付記すると、次のとお
りである。

環状細隙に充満された流体の薄膜すなわち流体ｊ摸は、
油潤滑のジャーナル軸受の油膜と同様な一種の軸受作用
を行う。

ポンプが回転されると流体膜の軸受作用により油潤滑の
ジャーナル軸受で見られるオイルホワールと類似の軸自
励振動を発生することがある。このオイルホワール現象
は、回転振動数の０．５以下の振動数で起きやすく、振
動が発生すると回転を上昇しても減少せず変位振幅が増
加する特徴がある。

また、このホワール発生振動数は、ロータの回転数と無
関係にほぼ一定であり、軸系の安に性のためホワール発
生振動数を回転振動数、すなわち回転機械の使用回転数
領域より高くしなければならない。

たとえば、ライナリングと羽根車リングとの間の環状細
隙の流体膜の、流体機械の回転によるふれまわりを小さ
くするため、流体膜に接する側の面に種々の流体膜に抵
抗となる軸方向溝を設け、この抵抗溝形状の変化におけ
るホワール発生振動数や変位振動幅値の変化を調べた結
果、第１２図に示すように変化することが明らかとなっ
た。

第１２図は、環状細隙を構成する機械部品の抵抗溝形状
の変化ごとに、ホワール発生振動数を実測した結果を示
す線図である。

取上げた溝形状は、図に示すような真円、真円軸溝、４
円弧、４円弧軸溝で、これにテイルテイノグバットを加
えて実験し、その結果を、真円は実線、真円軸溝は一点
鎖線、４円弧は二点鎖線、４円弧軸溝は三点鎖線、テイ
ルテイングバットは四点鎖線で示した。

第１２図は、横軸に回転振動数ｆ、に対する振動数ｆ、
の比をとり、縦軸に真円軸受のホワール発生変位振幅Ｃ
ｖに対する変位振幅Ａの比をとって、前記各抵抗溝形状
のホワール発生振動数を○印で示し、変位振幅の変化を
各線で示している。

第１２図から明らかなように、 （１）真円のホワール発生振動数は、回転振動数に対し
著しく小さく、実線で示すように、振動数すなわち回転
数の増加とともに変化振幅が急激に増化するので軸系の
安定性が劣ることがわかる。

（２）軸方向の抵抗溝形状を４円弧、４円弧軸溝、テイ
ルテイングバットとするに従い、回転振動数に対するホ
ワール発生振動数が大きくなり、４円弧、４円弧軸溝、
テイルティングバットのホワール発生振動数は回転振動
数より高く、使用回転頭領での軸系は安定性に段れるも
のとなる。

（３）抵抗溝の形状に関係なくホワール発生振動数から
振動数の増加につれて、急激な変位振幅が発生する。

−このことから環状細隙における流体膜に抵抗となる溝
をつけることによりホワール発生振動数が高まり、かつ
、その溝形状は、４円弧→４円弧軸溝→テイルテイング
バットとなるに従い増加する。

いいかえれば抵抗が大きくなるようにすれば、ホワール
発生振動数を高くでき使用回転・頭載で安定した運転が
可能となるのである。

本発明は、この環状細隙における流体膜に対する抵抗と
変位振幅の関係に着目したものであり、環状細隙を構成
する両機械部品の内周面と外周面とのいずれか一方、ま
たは双方に、複数の軸方向溝と多円弧溝とのいずれか一
方、または双方を設けることにより、壊状細隙内の流体
膜の軸受特性を安定化し、流体機械を高い回転角速度ま
で軸自励振動を起させることなく安定に運転させるもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第１０図を参照
して説明する。

これら各図のうち、第１図ないし第６図は環状細隙を構
成する各側を示し、各図におけるＢ−Ｂ断面の抵抗溝の
形状例を第７図に示している。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係るポンプの流体
漏れ防止装置におけるケーシング部品と羽根車部品とで
構成される環状細隙部の断面図で、（ａ）は対向面が円
周の例、（ｂ）は対向面が二方向の例、（Ｃ）は対向す
る両部品がラビリングを構成している例を示しており、
図中の符号は同等部または同−機能部は同一符号で示し
ている。

第１図（ａ）において、１は、固定体であるケーシング
に取付けたケーシング部品に係るライナリング、５は、
回転体である羽根車に取付けた羽根車リングであり、同
心円上にあるこれらライナリング１と羽根車リング５と
の間に譲状細隙３０が構成されている。

一般に、ケーシング２のライナリング１と、羽根車３の
羽根車リング５とは、ポンプの吐出側の高圧室と反ポン
プ側の低圧バランス室または吸込口との圧力差により生
じる洩れを防止するため、回転体と固定体に生じる間隙
をより小さくシ、かつ、その間隙を小さくしたために生
じる摩耗に耐えることを目的に取付けられたもので、い
わゆる流体漏れ防止装置である。

環状細隙３０を構成するライナリング１の内周面と羽根
車リング５の外周面には、複数の軸方向溝と多円弧のい
ずれか一方、または双方が設けられている。

第７図は、各図のＢ−Ｂ矢視断面における抵抗溝形状の
各側を示す断面図で、（ａ）は、内周面に４本の軸方向
溝２１と４本の円弧溝２０を設け、外周面に４本の軸方
向溝２２を設けた例、（ｂ）は、内周面にのみ４本の円
弧溝２０を設けた例、（Ｃ）は、内周面にのみ４本の軸
方向溝２１を設けた例を示している。

なお、軸方向溝、多円弧溝等の形状９寸法数量などは使
用条件により設計１選択するもので、第７図に示しだも
のに限るものではない。

第１図（ａ）のものは、第７図（ａ）のように、抵抵溝
が形設されているものを図示したと考えてよい。

その効果は、先に述べたように、第１２図に三点鎖線で
示す４円弧軸溝の例のとおりで、これに　−よるホワー
ル発生振動数は、回転振動数より高く、ポンプの使用回
転領域での軸系は安定性に浸れたものとなっている。

すなわち、環状細隙３ｏに充満された流体膜による一種
の軸受作用によって発生するホワールの発生回転数をポ
ンプ回転速度以上に高めることが可能となり、ポンプは
高い回転速度まで安定に運転することができる。

上記の第１図（ａ）の例と同様、第１図（ｂ）の例では
、環状細隙３１を構成す、るライナリングＩＡの内周面
と、回転体に係る羽根車リング５Ａの外周面とに、第７
図（ａ）に示す抵抗溝が形設されており、第１図（Ｃ）
の例では、ラビリンスをなす環状細隙３２を構成するラ
イナリングＩＢと羽根車リング５Ｂの内外周に同様の抵
抗溝が形設されており、いずれも第１図（ａ）の例で説
明したものと同様の効果が期待できる。

なお、第１図の各実施例では、ライナリングの内周面、
羽根車リングの外周面の双方に抵抗溝を設けた例を説明
したが、いずれか一方の面に設けても同様の効果を得る
ことができる。

次に、第２図は、本発明の他の実施例に係る流体機械の
匠体漏れ防止装置で、減圧スリーブと減圧ブシュとで構
成される環状細隙部の断面図である。

第２図においては、回転軸４に嵌着された回転体に係る
減圧スリーブ７と、同心円上の固定体である訊圧ブシュ
６との間に環状細隙３ｏが構成されている。

環状細隙３０を構成する減圧ブシュ６の内周面と減圧ス
リーブ７の外周面には、第７図に示すような複数の軸方
向溝と多円弧溝のいずれか一方、または双方が設けられ
ており、先に説明した第１図（ａ）の例と同様の効果を
得ることができる。

第３図は、本発明のさらに他の実施例に係る流体機械の
流体漏れ防止装置で、つりあいディスク部品と対向部品
とで構成される環状細隙部の断面図である。

＠３図においては、回転軸４に嵌着された回転体に係る
つりあいスリーブ１２と固定体で返るつりあいブシュ１
１との間に環状細隙３０が構成されてあり、また、つり
あいディスク１ｏに取付けた回転体に係るつりあいディ
スクシート９と固定体であるつりあい受はシート８との
間に細隙３３が構成されている。

環状細隙３０を構成するつりあいブシュ１１の内周面と
つりあいスリーブ１２の外周面には、第７図に示すよう
な複数の軸方向溝と多円弧溝のいずれか一力、または双
方が設けられており、先に説明した第１図（ａ）の例と
同様の効果を得ることができる。

また、細隙３３を構成するつりあいディスクシート９の
面とつりあい受はシート８の面には、抵抗溝が設けられ
ていて、環状細隙３０側の効果を助ける役割をする。

第４図は、本発明のさらに他の実施例に係る流体機械の
流体漏れ防止装置で、つりあいピストンリングとつりあ
いリングとで構成される環状細隙部の断面図である。

第４図においては、回転軸４に嵌着されたつりあいピス
トン１５に取付けられた回転体に係るつりあいピスト／
す／グ１４と、同心円上の固定体であるつりあいリング
１３との間に環状細隙３゜が構成されている。

環状細隙３０を構成するつりあいリング１３の内周面と
つりあいピストンリング１４の外周面には、第７図に示
すような複数の軸方向溝と多円弧婢のいずれか一方、ま
たは双方が設けられており、先に説明した第１図（ａ）
の例と同様の効果を得ることができる。

第５図は、本発明のさらに他の実施例に係る斜流ポンプ
の流体漏れ防止装置の断面図である。

第５図においては、回転軸４に嵌着されたオープン羽根
車３Ｃのインペラ３Ｃ，と吐出しケーシング１８に取付
けたケーシングライナ１６との間に細隙３４が構成され
ており、このケーシングラ七すの内周面に抵抗溝が設け
られている。

なお、１７は吸込ケーシングを示す。

また、オープン羽根車の心板部材３Ｃｂが回転軸４と対
向する部分に環状細隙３０’が構成されており、心板部
材３Ｃｂの内周面に、第７図中）１）（Ｃ）に示すよう
な複数の軸方向溝または多円弧溝が設けられている。

第６図は、本発明のさらに他の実施例に係る流体機械の
流体漏れ防止装置の断面図である。

この例は、第１図（ａ）に準じた、羽根車３、ケーシン
グ２に取付けたライナリング１間に構成される譲状細隙
３０と、第２図に準じた、減圧スリーブ７、減圧ブシュ
６間に構成される環状細隙３０との両者が併存するもの
であり、あらためて詳細に説明するまでもない。

次に、環状細隙部の抵抗溝を複数列並列に形設した例を
第８図を参照して説明する。

第８図は、本発明のさらに他の実施例に係るポンプの流
体漏れ防止装置におけるケーシング部品と羽根車部品と
で構成される環状細隙部の断面図で、（ａ）は、複数列
の抵抗溝が内、外周両面にある例、（ｂ）は、複数列の
抵抗溝が内周面側にのみある例、（Ｃ）は、複数列の抵
抗溝が外周面側にのみある例を示している。

第８図（ａ）においては、羽根車３に取付けた回転体に
係る羽根車リング５Ｄと、ケーシング２に取付けた固定
体であるライナリングＩＤとの間に環状細隙３５が構成
されている。

環状細隙３５を構成するライナリングＩＤの内周面と羽
根車リング５Ｄの外周面には、それぞれ第７図に示すよ
うな複数の軸方向４２１．２２が２列並列して形設され
ている。

これによって、第１図（ａ）に示した単列の場合より更
に大きな抵抗（ｉ−環状細隙３５の流体膜に与えること
になり、ホワール発生振動数を高めるので、ポンプは高
い回転速匿まで安定に運転することが、　できる。

第８図中）は、ライナリングＩＤの内周面に複数の軸方
向溝２１を２列並列して設け、羽根車リング５Ｄ’の外
周面には抵抗溝を設けない例であり、第８図（Ｃ）は、
羽根車リング５Ｄの外周面に複数の軸方向溝２２を２列
並列して設け、ライナリングＬＤ’の内周面には抵抗溝
を設けない例である。

いずれも第８図（ａ）の例と同様の効果が期待される。

なお、本例のような複列の抵抗溝は、第２．３゜４図の
各側に示した環状細隙を構成する各機械部品にも適用で
きることはいうまでもない。

次に、環状細隙部の抵抗溝を複数の軸方向溝に複数の円
周方向溝を交差させた例を第９図および第１０図を参照
して説明する。

第９，１０図は、本発明のさらに他の実施例に係るポン
プの流体漏れ防止装置を構成するライナリングを示し、
それぞれ（ａ）は断面図、第９図（ｂ）は、第９図（ａ
）のＣ−Ｃ矢視展開図、第１０　図（ｂ）Ｌ　第１０図
（ａ）のＤ−Ｄ矢視展開図である。

第９図において、１は固定体であるライナリングで、図
示しない対向する回転体に係る羽根車等とで環状細隙を
構成するものである。

ライナリング１の内周面には複数の軸方向溝２５と、こ
れに交差する円周方向溝２６が設けられていて、環状細
隙の流体膜に大きな抵抗を与えホワーぞ発生振動数を高
めるようになっている。

第１０図の例は、第９図に示した形状の抵抗溝において
複数の円周方向溝２６に交差する複数の軸方向２５′を
、円周方向溝２６と交差するごとに位置を替えて千鳥足
状に配列したものであり、環状細隙の流体膜抵抗を替え
た実施例である。

なお、第９．１０図の実施例は固定体側のライナリング
１の内周面に抵抗溝を設けた例を説明したが、本発明は
これに限るものでなく、回転体側に設けても同様の効果
を得ることができる。

また、上記第８．９．１０図の各側に示す抵抗溝は、環
状細隙の軸方向長さの長い機械部品に適用するのが効果
的である。

上記の各実施例によれば、同心円上の、少なくとも一方
が回転体である機械部品間に環状細隙を構成するもので
あって、これら両機械部品の内周面と外周面とのいずれ
か一方、または双方に、複数の軸方向溝と多円弧溝との
いずれか一方、または双方の抵抗溝を設けることにより
、ホワール発生振動数を高くすることができるので、細
隙内の流体膜の軸受特性を安定化することが可能である
。

したがって、流体機械を高い回転速度まで、自励振動を
おこさせることなく安定に運転することができる。

〔発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、同心円上の、少な
くとも一方が回転体である機械部品間に構成される環状
細隙の流体膜軸受作用により生じる自励振動の発生を防
ぎ、変位振幅の小さい安定した運転を可能とする流体機
械の流体漏れ防止装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るポンプの流体漏れ防
止装置における、ケーシング部品と羽根車部品とで構成
される環状細隙部の断面図で、（ａ）は対向面が円周の
例、（ｂ）は対向面が二方向の例、（Ｃ）は対向する両
部品がラビリンスを構成している例、第２図は、本発明
の他の実施例に係る流体機械の流体漏れ防止装置で、減
圧スリーブと減圧ブシュとで構成される環状細隙部の断
面図、第３図は、本発明のさらに他の実施例に係る流体
漏れ防止装置で、つりあいディスク部品と対向部品とで
構成される環状細隙部の断面図、第４図は、同じくつり
あいピストンリングとつりあいリングとで構成される環
状細隙部の断面図、第５図は、本発明のさらに他の実施
例に係る斜流ポンプの流体漏れ防止装置の断面図、第６
図は、本発明のさらに他の実施例に係る流体機械の流体
漏れ防止装置の断面図、第７図は、各図のＢ−Ｂ矢視断
面における抵抗溝形状の各側を示す断面図で、（ａ）は
、内周面に４本の軸方向溝と４本の円弧溝を設け、外周
面に４本の軸方向溝を設けた例、（ｂ）は、内周面にの
み４本の円弧溝を設けた例、（Ｃ）は、内周面にのみ４
本の一１方向溝を設けた例、第８図は、本発明のさらに
他の実施例に係るポンプの流体漏れ防止装置におけるケ
ーシング部品と羽根車部品とで構成される環状細隙部の
断面図で、（ａ）は、複数列の抵抗溝が内、外周面にあ
る例、（ｂ）は、複数列の抵抗溝が内周面側にのみある
例、（Ｃ）は、複数列の抵抗溝が外周面側にのみある例
、第９，１ｏ図は、本発明のさらに多の実施例に係るポ
ンプの流体漏れ防止装置を構成するライナリングを示し
、それぞれ（ａ）は断面図、第９図（ｂ）は、第９図（
ａ）　（７）　Ｃ−Ｃ矢視展開図、第１０図（ｂ）は、
第１０図（ａ）のＤ−Ｄ矢視展開図、第１１図は、従来
の流体機械の流体漏れ防止装置を示すもので、（ａ）は
縦断面図、（′ｂ）は、（ａ）のＡ矢視断面図、第１２
図は、環状細隙を構成する機械部品の抵抗溝形状の変化
ごとにホワール発生振動数を実測した結果を示す線図で
ある。 １、ＬＡ、ＩＢ；　　ＩＤ、ＩＤ’・・・ライナリング
、２・・・ケーシング、３．３Ｃ・・・羽根Ｊ　３Ｃｂ
・・・心板部材、４・・・回転軸、５，５Ａ、５Ｄ、５
Ｄ’・・・羽根車リング、６・・・減圧ブツシュ、７・
・・減圧スリーブ、１０・・・つりあいディスク、１１
・・・つりあいブツシュ、１２・・・つりあいスリーブ
、１３・・・つりあいリング、１４・・・つりあいピス
トンリング、１５・・・つりあいピストン、２ｏ・・・
円弧溝、２１゜２２．２５，２５’・・・軸方向溝、２
６・・・円周方向溝、３０．３０’　、３１，３２．３
５・・・環状細隙。 第　１　口 （α） （Ｃ） 第　Ｚ［２］ 第　５　（２） ６Ｉ２１ 第　７　図 第３　図 （ｂ） 葛　９　（２） （α） 兄　１０　　図 （ｃＬ） （ｂン 兄　１１　　図 （α） （ｂ） 第　１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同心円上の、少なくとも一方が回転体である機械部
   品間に環状細隙を構成するものであつて、これら両機械
   部品の内周面と外周面とのいずれか一方、または双方に
   、複数の軸方向溝と多円弧溝とのいずれか一方、または
   双方を形設したことを特徴とする流体機械の流体漏れ防
   止装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、環状細
   隙は、回転体に係る羽根車部品の外周面と固定体である
   ケーシング部品の内周面との間に構成されるものである
   流体機械の流体漏れ防止装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、環状細
   隙は、回転体に係る減圧スリーブの外周面と固定体であ
   る減圧ブシユの内周面との間に構成されるものである流
   体機械の流体漏れ防止装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、環状細
   隙は、回転体に係るつりあいディスク部品の外周面と、
   対向する固定部材の内周面との間に構成されるものであ
   る流体機械の流体漏れ防止装置。 ５、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、環状細
   隙は、回転軸の外周面と、対向する羽根車の心板部材の
   内周面との間に構成されるものであつて、前記心板部材
   の内周面にのみ複数の軸方向溝または多円弧を形設した
   ものである流体機械の流体漏れ防止装置。 ６、特許請求の範囲第１項ないし第４項記載のもののい
   ずれかにおいて、環状細隙を構成する両機械部品の内周
   面と外周面とのいずれか一方、または双方に、複数の軸
   方向溝を複数列並列して形設したものである流体機械の
   流体漏れ防止装置。 ７、特許請求の範囲第１項ないし第４項記載のもののい
   ずれかにおいて、複数の軸方向溝に複数の円周方向溝を
   交差させて形設したものである流体機械の流体漏れ防止
   装置。 ８、特許請求の範囲第７項記載のものにおいて、複数の
   軸方向溝を、円周方向溝と交差するごとに位置を替えて
   千鳥足状に配列したものである流体機械の流体漏れ防止
   装置。