JPS6353364A - 回転する機械部分のための無接触の遠心式シ−ル装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、回転面を有する回転する機械部分のための無
接触の遠心式シール装置であって、前記回転する機械部
分は、よシ低い圧力が支配する所定のスペースに対して
シールしようとするケーシング内で回転可能に軸受けさ
れており、ケーシングと前記所定のスペースとの間で、
種種異なる寸法の直径を有する環状ギャップが形成され
ている形式のものに関する。

この無接触のシール装置は、空気力学的作用に基づいて
おり、その主な使用領域は一般的なターボ機械であるが
、ラジアル圧縮機及びラジアルタービンに使用するのに
も適している。

従来の技術 ターボ機械に一般に使用されているラビリンスシールば
、ギャップに設けた絞りによって、圧縮しようとするか
若しくは膨張させようとする媒体が翼通路から、圧縮機
ロータ若しくはタービンロータとケーシングとの間の遊
びによって形成されたスペース内に達するのをできるだ
け阻止するために用いられる。このスペース内にはＢ通
路内におけるよりも低い圧力が生じてお９、これが漏れ
損失を惹起する原因となっている。

このような漏れ損失をできるだけ小さく維持しようとす
るラビリンスシールの作用は、まず第１に、ラビリンス
突起とラビリンスルームとの間の軸方向のギャップ幅並
びにこのギャップの数に基づいている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながらこれらのギャップ幅は、静的状態における
ように任意に小さく構成できるのではなく、軸、ロータ
及びシール突起と、シールルームを備えたケーシングと
の熱膨張差並びに、回転する機械部分の振動による、運
転中における許容される最大のガタつきを考慮して設計
する必要がある。従ってラビリンスシールにおいては多
かれ少なかれ大きい漏れ損失が生じるのを避けることは
できない。

さらに、前記のようなラビリンスシールは少なからぬ構
造費用を必要とする。シールしようとするギャップの直
径が小さければ、シール突起及び溝状のゾール室は、一
般に、相応に高い費用を必要とする加工作業で十分に切
削される。

これは、シールしようとするギャップの直径が大きい時
に、突起部及びルームがあらかじめ鋳造によって製造さ
れ、次いで仕上げ加工される場合にもあてはまる。また
ラビリンスシールによれば、計算通りのラビリンス遊び
を実際に得て／−ル突起部が接触しないようにするため
に、加工を非常に狭い製造許容誤差で行なわなければな
らず、ロータをケーシングに組み込む際に高い正確さが
必要とされるという別の欠点もある。

問題点を解決するための手段 前記従来のラビリンスシールにおける欠点を解決した本
発明によれば、回転する機械部分の回転面に渦形成ウェ
ブが設けられており、該渦形成ウェブが、直径の小さい
方の環状ギャップから直径の大きい方の環状ギャップま
で延びており、渦形成ウェブを備えた各回転面のために
ケーシング内に渦室が設けられておシ、該渦室内に渦形
成ウェブが突入している。

作用及び効果 本発明の遠心式シール装置は、特に小型の圧縮機及びタ
ービンに使用すると有利である。何故ならば、小型の圧
縮機及びタービンにおいては、媒体の装入量に対するラ
ビリンスシールにおける漏れ損失の割合が、大型の機械
におけるよりも大きいからである。また本発明の遠心式
シール装置は、ギャップをラビリンスシールにおけるよ
うに狭く設計する必要がないので、製造許容誤差が大き
くてもよいという利点を有している。また、ギャップは
、簡単に製造可能な、軸方向の円筒状面によって制限さ
れたものが用いられ、従って、ギャップ範囲の熱膨張を
、ラビリンスシールにおけるように非常に精密に設計す
る必要はない。本発明によれば半径方向に十分な遊びを
確実に設けるだけでよく、この時に、半径方向のギャッ
プ幅は問題ではなくギャップの軸平行な長さが重要であ
る。前記円筒形のギャップ面は加熱すると互いに無関係
に自由にスライドし、ギャップを制限する面が接触する
危険性は避けられる。

実施例 次に図面に示しだ実施例について本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図に示した両吸込み型のラジアル圧縮機において、
圧縮機ケーシングは符号１、両吸込み型の圧縮機のロー
タ（回転する機械部分）は符号２で示されている。左右
対称に配置された２つの吸込み通路３によって吸込まれ
た、圧縮しようとする媒体は、ロータの異通路４内に達
する。この異通路４は、ハブ体５と動翼６とカバー壁７
（回転面）とによって制限されている。

圧縮された媒体の２つの部分流８は、２つの吸込み口の
異通路から出てから一緒になって、らせん状の排出通路
９を通って圧縮機から排出される。

従来の半径流圧縮機においては、外側の吸込み通路制限
部からロータのカバー壁への移行部にラビリンスシール
が設けられている。１つのカバー壁だけを有するロータ
においては、第２のラビリンスシールが、翼とは反対側
の裏側におけるロータの外側のボス外周部に設けられて
いる。この第２のラビリンスシールはここで媒体が圧縮
機の畑室内に漏れるのを阻止する。

第１図では、ラビリンスシールのために設けられた箇所
が符号１０で示されている。本発明によればこの箇所１
０に、ラビリンスの代わりに半径方向の環状ギャップが
設けられておシ、これによってロータがケーシングに接
触することは決してない。この場合に、ギャップの軸平
行方向における長さは問題ではない。

本発明のシール装置のその他の構造的特徴は、渦室１１
及び渦形成ウェブ１２である。これらの渦室１１及び渦
形形成ウェブ１２は、ロータ２の子午線断面でカバー壁
７のほぼ全長にわたってそのつどの渦室１１内に延びて
いる。渦室１１並びに渦形成ウェブ１２は、カバー壁７
に有利には一様に分割して配置されており、その数及び
位置は、第２図に示されているように、動翼６の数及び
向きと一致させることができる。

しかしながらこの渦室１１並びに渦形成ウェブ１２を、
例えばそれぞれ第２の動翼の延長部だけに設けるか又は
、それぞれ隣接し合う２つの動翼の間に設けてもよい。

このシール装置の作用は、動翼の渦形成ウェブ１２によ
って渦室１１内の媒体に渦が伝達されることに基づいて
いる。次に第３図及び第４図を用いてその作用を説明す
る。第３図及び第４図では、円環セクタ状のカバー壁の
区分が符号１３で示されている。このカバー壁１３は第
１図によるカバー壁７と同じである。渦室１４内に突入
する渦形成ウェブ１５若しくは１６は前記渦形成ウェブ
１２に対応する。渦形成ウェブ１６は渦形成ウェブ１５
よシも大きいことが分る。回転数、媒体の特性及び渦室
の寸法とは無関係に、渦形成ウェブの幅すが、媒体への
渦伝達を規定する。

渦の形成が弱い場合、例えば第３図による渦形成ウェブ
の幅ｂ１が短かいと、カバー壁１３に結合された、渦室
内の動翼が、半径方向及び軸方向平面で壁部付近の渦流
１７の形状の二次流を生せしめる。この時に、媒体の主
要部分は、幅ｂユの上限界値まで渦室内でほとんど静止
状態にある。つまシ、媒体の主要部分は、カバー壁１３
よりも著しく遅い角速度で周方向に回転する。

ウェブ長さｂｏの上限界値よりも大きいウェブ長さｂ２
において、渦室内の媒体には、次の程度に強い渦流が加
えられる。つまシ、渦室の壁部における限界層エネルギ
の散逸が、生ぜしめられた渦をもはや消滅させない状態
になる程度に強い渦流が加えられる。これが生じると直
ちに、渦室内の流れ場が完全に変化する。媒体の粒子は
、この強い渦によって軌道にのせられる。つｔ、ｂ、軌
道が安定せしめられる。この時に、渦室内の媒体の主要
部は、あたかも固体のように動翼と共に方位角的（ａｚ
ｉｍｕｔｈａｌ　）方向で移動し、媒体粒子の半径方向
及び軸方向の回転運動は、著しく小さい周速度で厚さｄ
の薄い限界層に縮められる。

第６図及び第４図の２つの実施例の違いは次のようなも
のである。つ−ｉ５、第６図による関係においては箇所
Ａ、Ｂにほぼ同じ静力学的圧力が形成され、これに対し
て第４図に示した実施例では、箇所ＡとＢとの間に、動
翼の回転運動の半径方向の圧力こう配に相当する完全に
静力学的な圧力差が生じる。

十分な幅（ウェブ長さｂｚ　）を有する渦形成ウェブ７
若しくは１６において、この渦形成ウェブ７若しくは１
６は、渦室内で、あたかも固体のように動翼と共に回転
する渦を形成する。その結果、第１図による圧縮機ロー
タの異通路４における半径方向の圧力上昇は、第４図に
よる渦室１４内におけるよりも大きくならない。従って
、漏れ流は、従来のようにラビリンスシールが設けられ
ている、第４図に示しだ箇所Ａ。

Ｂ及び第１図に示した対応する箇所１０並びに、ロータ
２のカバー壁７の外周と圧縮機１との間のギャップ１８
で完全に阻止される。しかもこの場合、渦室内の限界層
損失は最小である。

実際には、この状態を得るために必要な、渦形成ウェブ
の長さｂ２は、渦室内の゛圧力を箇所ｉｏ、ｉａで測定
することによって試験的に見つけ出され、この時に、運
転回転数で種種異なる長さのウェブを有するロータがテ
ストされる。

損失をできるだけ少なく維持するだめに、前記好都合な
圧力こう配を有する渦流が生じる、渦形成ウェブ１２の
最小可能な長さｂ２が見つけ出される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例による、両吸込み型のラジ
アル圧縮機のロータ部分の概略的な軸方向断面図、第２
図は、第１図の■−■線に沿った断面図、第６図及び第
４図は、本発明の詳細な説明するための、それぞれ異な
る実施例による渦形成ウェブ部分の概略的な破断した斜
視図である。 １・・・圧縮機ケーシング、２・・・ロータ、３・・・
吸込み通路、４・・・異通路、５・・・ハブ体、６・・
・動翼、７・・・カバー壁、８・・・部分流、９・・・
排出通路、１０・・・箇所、１１・・・渦室、１２・・
・渦形成ウェブ、１３・・・カバー壁、１４・・・渦室
、１５．１６・・・渦形成ウェブ、１７・・・渦流、１
８・・・環状ギャップＦ！３．２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転面を有する回転する機械部分（２）のための無
   接触の遠心式シール装置であつて、前記回転する機械部
   分（２）は、より低い圧力が支配する所定のスペースに
   対してシールしようとするケーシング（１）内で回転可
   能に軸受けされており、ケーシング（１）と前記スペー
   スとの間で、種種異なる寸法の直径を有する環状ギャッ
   プ（１０；１８）が形成されている形式のものにおいて
   、回転する機械部分（２）の前記回転面に渦形成ウェブ
   （１２）が設けられており、該渦形成ウェブ（１２）が
   、直径の小さい方の環状ギャップ（１０）から直径の大
   きい方の環状ギャップ（１８）まで延びており、渦形成
   ウェブ（１２）を備えた各回転面のためにケーシング（
   １）内に渦室（１１）が設けられており、該渦室（１１
   ）内に渦形成ウェブ（１２）が突入していることを特徴
   とする、回転する機械部分のための無接触の遠心式シー
   ル装置。 ２、前記遠心式シール装置が、両吸込み型の圧縮機ロー
   タとしての回転する機械部分（２）を備えたラジアル圧
   縮機に設けられており、渦形成ウェブを受容するための
   前記回転面が、圧縮機ロータ（２）の２つのカバー壁（
   ７）によつて形成されていて、該カバー壁（７）が、ハ
   ブ体（５）及び動翼（６）と共に翼通路（４）を制限し
   ており、渦形成ウェブ（１２）が方形横断面形状を有し
   ていて、前記カバー壁（７）の外周に一様に分割配置さ
   れており、渦形成ウェブ（１２）が、半径方向及び軸方
   向の平面で、直径の小さい方の内側の環状ギャップ（１
   ０）から直径の大きい方の外側の環状ギャップ（１８）
   まで延びており、渦室（１１）が截頭円錐形に形成され
   ていて、該渦室（１１）によつて生ぜしめられた渦がカ
   バー壁の外側面に対してほぼ平行に延びる、特許請求の
   範囲第１項記載の遠心式シール装置。 ３、渦形成ウェブ（１２）が、２つのカバー壁（７）を
   越えて動翼（６）の延長部を形成している、特許請求の
   範囲第２項記載の遠心式シール装置。