KR102126246B1

KR102126246B1 - 래비린스 시일

Info

Publication number: KR102126246B1
Application number: KR1020187034292A
Authority: KR
Inventors: 슌스케 모리나카; 스케 모리나카
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2020-06-24
Also published as: JP2017214984A; US11060615B2; KR20180137559A; WO2017209018A1; JP6637385B2; DE112017002729T5; US20190136863A1

Abstract

유체의 누설량을 억제할 수 있다. 래비린스 시일(30)은, 고압측(X1) 단차부인 직경 확대 단차부(41)와, 저압측(X2) 단차부인 직경 축소 단차부(42)와, 저압측(X2) 단차부인 직경 축소 단차부(42)보다 저압측(X2)에 배치되는 제3 핀(53)과, 환형 홈(70)을 구비한다. 환형 홈(70)은, 고압측(X1) 단차부인 직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2) 또한 제3 핀(53)보다 고압측(X1)인 영역의 적어도 일부에 배치된다.

Description

래비린스 시일

본 발명은, 래비린스 시일에 관한 것이다.

예를 들어, 특허문헌 1(도 7 참조)에 종래의 래비린스 시일이 개시되어 있다. 이 래비린스 시일은, 회전 기계를 구성하는 회전체와 정지체 사이의 간극으로부터 유체가 누설되는 것을 억제하는 것이다. 이 래비린스 시일은, 회전체의 외주부에 형성된 단차부와, 정지체의 내주부에 마련된 복수의 핀(fin)을 구비하고 있다. 이 구성에 의해, 핀 사이의 공간에 소용돌이를 발생시켜, 유체의 에너지 손실을 발생시킴으로써, 유체의 누설량을 억제하는 것이 도모되어 있다.

일본 특허 공개 제2015-108301호 공보

상기 특허문헌의 도 7에는, 2개의 큰 소용돌이와, 2개의 작은 소용돌이가 기재되어 있다. 큰 소용돌이에 비해 작은 소용돌이에서는, 유체의 에너지 손실의 효과가 작다. 그 때문에, 유체의 누설량을 충분히 억제할 수 없을 우려가 있다.

그래서 본 발명은, 유체의 누설량을 억제할 수 있는 래비린스 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 래비린스 시일은, 회전 기계에 마련된다. 상기 회전 기계는, 정지체와, 회전체와, 간극을 구비한다. 상기 회전체는, 상기 정지체보다 직경 방향 내측에 마련되고, 회전축 주위로 회전한다. 상기 간극은, 상기 정지체의 내주부와 상기 회전체의 외주부 사이에 형성되고, 고압측으로부터 저압측으로 축 방향으로 유체가 흐르도록 구성된다. 래비린스 시일은, 상기 회전체의 외주부에 형성되는 단차부와, 상기 정지체의 내주부로부터 직경 방향 내측으로 연장되는 핀과, 상기 회전체의 외주부에 형성되는 환형 홈을 구비한다. 상기 단차부는, 고압측의 직경보다 저압측의 직경이 커지도록 구성되는 직경 확대 단차부와, 고압측의 직경보다 저압측의 직경이 작아지도록 구성되는 직경 축소 단차부를 구비한다. 상기 직경 확대 단차부 및 상기 직경 축소 단차부 중 고압측에 배치되는 쪽을 고압측 단차부라고 하고, 저압측에 배치되는 쪽을 저압측 단차부라고 한다. 상기 핀은, 상기 고압측 단차부보다 고압측에 배치되는 제1 핀과, 상기 고압측 단차부보다 저압측이면서 상기 저압측 단차부보다 고압측에 배치되는 제2 핀과, 상기 저압측 단차부보다 저압측에 배치되는 제3 핀을 구비한다. 상기 환형 홈은, 상기 고압측 단차부보다 저압측이면서 상기 제3 핀보다 고압측인 영역의 적어도 일부에 배치된다.

상기 구성에 의해, 유체의 누설량을 억제할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태의 회전 기계를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 회전 기계에 관한 치수 등을 나타내는 단면도이다.
도 3은 La/Ga(도 2 참조)와 누설량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 Da/Ha(도 2 참조)와 누설량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 Gb(Gb/Lb)(도 2 참조)와 누설량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제2 실시 형태의 도 1에 상당하는 도면이다.
도 7은 제3 실시 형태의 도 1에 상당하는 도면이다.
도 8은 제4 실시 형태의 도 1에 상당하는 도면이다.
도 9는 제5 실시 형태의 도 1에 상당하는 도면이다.
도 10은 제6 실시 형태의 도 1에 상당하는 도면이다.
도 11은 제7 실시 형태의 도 1에 상당하는 도면이다.
도 12는 제8 실시 형태의 도 1에 상당하는 도면이다.
도 13은 제9 실시 형태의 도 1에 상당하는 도면이다.
도 14는 제10 실시 형태의 도 1에 상당하는 도면이다.
도 15는 누설량의 해석이 행해진 회전 기계를 나타내는 단면도이다.
도 16은 4종류의 구조 각각의 누설량을 나타내는 그래프이다.

(제1 실시 형태)

도 1 내지 도 5를 참조하여, 도 1에 나타낸 제1 실시 형태의 회전 기계(1)에 대해 설명한다.

회전 기계(1)는, 예를 들어 압축기이며, 예를 들어 터보 압축기 등이다. 회전 기계(1)는, 정지체(10)와, 회전체(20)와, 래비린스 시일(30)을 구비한다. 정지체(10)는, 케이싱(도시하지 않음) 내에 배치되고, 케이싱에 고정된다.

회전체(20)는, 정지체(10)보다 직경 방향 내측(Y2)에 마련되고, 정지체(10)와의 사이에 간극(25)을 두고 배치된다. 회전체(20)는, 베어링(도시하지 않음)을 통해 케이싱에 회전 가능하게 설치되고, 정지체(10)에 대해 회전축 주위로 회전한다. 축 방향(X)(고압측(X1), 저압측(X2)), 직경 방향(Y)(직경 방향 외측(Y1), 직경 방향 내측(Y2)) 및 둘레 방향(회전체 둘레 방향)은, 회전체(20)의 회전축을 기준으로 한다. 회전체(20)는, 고압측(X1)으로부터 저압측(X2)의 순으로, 고압측 소직경부(21)와, 대직경부(22)와, 저압측 소직경부(23)를 구비한다. 대직경부(22)는, 고압측 소직경부(21)보다 대직경이다. 저압측 소직경부(23)는, 대직경부(22)보다 소직경이다. 저압측 소직경부(23)는, 고압측 소직경부(21)와 예를 들어 동일 직경이며, 고압측 소직경부(21)보다 소직경이어도 되고, 고압측 소직경부(21)보다 대직경이어도 된다.

간극(25)은, 정지체(10)의 내주부(직경 방향 내측(Y2) 부분)와 회전체(20)의 외주부(직경 방향 외측(Y1) 부분) 사이에 형성된다. 간극(25)은, 고압측(X1)으로부터 저압측(X2)으로 유체가 간극(25)을 흐르도록 구성된다. 간극(25) 중, 제1 핀(51)(하기)과 제2 핀(52)(하기) 사이의 영역을, 직경 확대측 공간(25a)이라고 한다. 간극(25) 중, 제2 핀(52)과 제3 핀(53)(하기) 사이의 영역을, 직경 축소측 공간(25b)이라고 한다.

래비린스 시일(30)은, 고압측(X1)으로부터 저압측(X2)으로의, 간극(25)에서의 유체의 누설을 억제한다. 래비린스 시일(30)은, 정지체(10)와 회전체(20)를 접촉시키는 일 없이(비접촉으로), 유체의 누설 흐름의 양(이하, 누설량이라고도 함)을 억제하기 위한 축봉 장치이다. 래비린스 시일(30)은, 단차부(40)와, 핀(50)과, 환형 홈(70)을 구비한다.

단차부(40)는, 회전체(20)의 외주부에 형성된다. 단차부(40)는, 단차부(40)보다 고압측(X1)의 회전체(20)의 직경과, 단차부(40)보다 저압측(X2)의 회전체(20)의 직경이 상이하도록 구성된다. 단차부(40)는, 직경 확대 단차부(41)와, 직경 축소 단차부(42)를 구비한다.

직경 확대 단차부(41)는, 고압측(X1)보다 저압측(X2)에서 회전체(20)의 직경이 커지도록 구성된다. 직경 확대 단차부(41)보다 고압측(X1)의 회전체(20)의 직경에 비해, 직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2)의 회전체(20)의 직경이 커지도록 직경 확대 단차부(41)가 구성된다. 직경 확대 단차부(41)는, 고압측 소직경부(21)의 저압측(X2) 단부와, 대직경부(22)의 고압측(X1) 단부로 연결된다.

직경 축소 단차부(42)는, 고압측(X1)보다 저압측(X2)에서 회전체(20)의 직경이 작아지도록 구성된다. 직경 축소 단차부(42)보다 고압측(X1)의 회전체(20)의 직경에 비해, 직경 축소 단차부(42)보다 저압측(X2)의 회전체(20)의 직경이 작아지도록 직경 축소 단차부(42)가 구성된다. 직경 축소 단차부(42)는, 대직경부(22)의 저압측(X2) 단부와, 소직경부 환형 홈(72)(하기)의 고압측(X1) 단부로 연결된다. 직경 축소 단차부(42)는, 저압측 소직경부(23)의 고압측(X1) 단부로 연결되어도 된다(도 10 참조).

(고압측(X1) 단차부 및 저압측(X2) 단차부)

직경 확대 단차부(41) 및 직경 축소 단차부(42) 중, 고압측(X1)에 배치되는 쪽(본 실시 형태에서는 직경 확대 단차부(41))을 「고압측(X1) 단차부」라고 하고, 저압측(X2)에 배치되는 쪽(본 실시 형태에서는 직경 축소 단차부(42))을 「저압측(X2) 단차부」라고 한다.

핀(50)은, 정지체(10)의 내주부로부터 직경 방향 내측(Y2)으로 연장되고, 회전체(20)의 외주면의 근방까지 연장되어, 간극(25)을 구획하는, 링형의 부분이다. 핀(50)은, 정지체(10)와 일체적으로 마련된다. 핀(50)은, 정지체(10)와 별체여도 된다. 핀(50)은, 고압측(X1)으로부터 저압측(X2)의 순으로, 제1 핀(51)과, 제2 핀(52)과, 제3 핀(53)을 구비한다.

제1 핀(51)은, 직경 확대 단차부(41)보다 고압측(X1)에 배치된다. 제1 핀(51)은, 고압측 소직경부(21)와 직경 방향(Y)에 대향하는 위치에 배치된다. 제1 핀(51)의 선단부(직경 방향 내측(Y2) 단부)의 직경 방향(Y)에 있어서의 위치는, 대직경부(22)의 외주면의 직경 방향(Y)에 있어서의 위치보다 직경 방향 내측(Y2)이다. 제1 핀(51)의 선단부와 회전체(20) 사이에는, 직경 방향(Y)의 간극 δ1이 있다.

제2 핀(52)은, 직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2), 또한 직경 축소 단차부(42)보다 고압측(X1)에 배치된다. 제2 핀(52)은, 대직경부(22)와 직경 방향(Y)에 대향하는 위치에 배치되고, 환형 홈(70)(하기의 대직경부 환형 홈(71))과 직경 방향(Y)에 대향하는 위치에 배치되어도 된다. 제2 핀(52)의 선단부와 회전체(20) 사이에는, 직경 방향(Y)의 간극 δ2가 있다. 간극 δ2는, 직경 확대측 공간(25a)으로부터의 유체의 유출 출구이다. 제2 핀(52)은, 고압측(X1)의 측면인 고압측 측면(52a)과, 저압측(X2)의 측면인 저압측 측면(52b)을 구비한다. 고압측 측면(52a) 및 저압측 측면(52b)은, 축 방향(X)에 직교하는 면이다. 상기 「직교」는, 대략 직교를 포함한다(이하, 마찬가지임).

제3 핀(53)은, 직경 축소 단차부(42)보다 저압측(X2)에 배치된다. 제3 핀(53)은, 저압측 소직경부(23)와 직경 방향(Y)에 대향하는 위치에 배치되고, 환형 홈(70)(하기의 소직경부 환형 홈(72))과 직경 방향(Y)에 대향하는 위치에 배치되어도 된다. 제3 핀(53)의 선단부의 직경 방향(Y)에 있어서의 위치는, 대직경부(22)의 외주면의 직경 방향(Y)에 있어서의 위치보다 직경 방향 내측(Y2)이다. 제3 핀(53)의 선단부와 회전체(20) 사이에는, 직경 방향(Y)의 간극 δ3이 있다. 간극 δ3은, 직경 축소측 공간(25b)으로부터의 유체의 유출 출구이고, 래비린스 시일(30)로부터의 유체의 유출 출구이다. 제3 핀(53)은, 고압측(X1)의 측면인 고압측 측면(53a)과, 저압측(X2)의 측면인 저압측 측면(53b)을 구비한다. 고압측 측면(53a) 및 저압측 측면(53b)은, 축 방향(X)에 직교하는 면이다.

(대직경부측 핀 및 소직경부측 핀)

직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2)의 핀(50) 중, 직경 확대 단차부(41)에 가장 가까운 것을 「대직경부측 핀」이라고 한다. 본 실시 형태에서는, 「대직경부측 핀」은, 제2 핀(52)이다. 직경 축소 단차부(42)보다 저압측(X2)의 핀(50) 중 직경 축소 단차부(42)에 가장 가까운 것을 「소직경부측 핀」이라고 한다. 본 실시 형태에서는, 「소직경부측 핀」은, 제3 핀(53)이다.

환형 홈(70)은, 소용돌이 V(소용돌이 V2 및 소용돌이 V4 중 적어도 어느 것)를 유입시키기 위한 홈이며, 환형 홈(70)에 둘러싸인 공간(환형 홈(70)의 내부)으로 소용돌이 V가 유입되도록 구성된다. 환형 홈(70)은, 회전체(20)의 외주부에 형성된다. 환형 홈(70)은, 고압측(X1) 단차부(직경 확대 단차부(41))보다 저압측(X2), 또한 제3 핀(53)보다 고압측(X1)인 영역의 적어도 일부에 배치된다. 환형 홈(70)은, 대직경부 환형 홈(71)과, 소직경부 환형 홈(72)을 구비한다.

대직경부 환형 홈(71)은, 소용돌이 V2를 유입시키기 위한 홈이다. 대직경부 환형 홈(71)은, 대직경부(22)에 형성되고, 대직경부(22)의 직경 방향 외측(Y1) 단부보다 직경 방향 내측(Y2)으로 오목하다. 대직경부 환형 홈(71)은, 직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2), 또한 대직경부측 핀(제2 핀(52))보다 고압측(X1)인 영역의 적어도 일부에 배치된다. 대직경부 환형 홈(71)의 일부는, 고압측 측면(52a)보다 저압측(X2)에 배치되어도 된다.

이 대직경부 환형 홈(71)은 환형이며, 둘레 방향을 따라 형성된다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 대직경부 환형 홈(71)에 둘러싸인 부분(대직경부 환형 홈(71)의 내부)의 형상은, 직사각 형상이다. 상기 「둘레 방향에서 본 단면」은, 회전체(20)의 회전축과 평행하고 또한 회전축을 포함하는 단면이다. 도 1에 있어서, 대직경부 환형 홈(71)에 둘러싸인 부분의 직경 방향 외측(Y1) 단부를 이점 쇄선으로 나타낸다. 대직경부 환형 홈(71)은, 고압측(X1)의 측면인 고압측 측면(71a)과, 저압측(X2)의 측면인 저압측 측면(71b)과, 저면(71c)을 구비한다. 고압측 측면(71a) 및 저압측 측면(71b)은, 축 방향(X)에 직교하는 면이다. 저면(71c)은, 대직경부 환형 홈(71)의 직경 방향 내측(Y2) 부분(저부)의 면이며, 직경 방향(Y)에 직교하는 면이다.

소직경부 환형 홈(72)은, 소용돌이 V4를 유입시키기 위한 홈이다. 소직경부 환형 홈(72)은, 저압측 소직경부(23)에 형성되고, 저압측 소직경부(23)의 직경 방향 외측(Y1) 단부보다 직경 방향 내측(Y2)으로 오목하다. 소직경부 환형 홈(72)은, 직경 축소 단차부(42)보다 저압측(X2), 또한 소직경부측 핀(제3 핀(53))보다 고압측(X1)인 영역의 적어도 일부에 배치된다. 소직경부 환형 홈(72)의 일부는, 고압측 측면(53a)보다 저압측(X2)에 배치되어도 된다.

이 소직경부 환형 홈(72)은, 직경 축소 단차부(42)의 위치로부터 저압측(X2)으로 형성된다. 소직경부 환형 홈(72)의 고압측(X1) 단부, 또한 직경 방향 외측(Y1) 단부의 위치는, 직경 축소 단차부(42)의 직경 방향 내측(Y2) 단부 또한 저압측(X2) 단부의 위치와 동일한 위치이다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 소직경부 환형 홈(72)에 둘러싸인 부분의 형상은, 대직경부 환형 홈(71)에 둘러싸인 부분의 형상과 마찬가지(또는 거의 마찬가지)이며, 직사각 형상이다. 도 1에 나타낸 예에서는, 소직경부 환형 홈(72)에 둘러싸인 부분은, 대직경부 환형 홈(71)에 둘러싸인 부분보다 크다. 대직경부 환형 홈(71)과 마찬가지로, 소직경부 환형 홈(72)은, 고압측(X1)의 측면인 고압측 측면(72a)과, 저압측(X2)의 측면인 저압측 측면(72b)과, 저면(72c)을 구비한다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 고압측 측면(72a) 및 직경 축소 단차부(42)는, 직경 방향(Y)으로 연장되는 직선형이다.

(구조(30a) 및 구조(30b))

래비린스 시일(30) 중, 직경 확대측 공간(25a)을 형성하고 있는 부분을 직경 확대측의 구조(30a)라고 한다. 직경 확대측의 구조(30a)는, 2개의 핀(50)(제1 핀(51) 및 제2 핀(52))과, 직경 확대 단차부(41)와, 대직경부 환형 홈(71)을 구비한다. 래비린스 시일(30) 중, 직경 축소측 공간(25b)을 형성하고 있는 부분을 직경 축소측의 구조(30b)라고 한다. 직경 축소측의 구조(30b)는, 2개의 핀(50)(제2 핀(52) 및 제3 핀(53))과, 직경 축소 단차부(42)와, 소직경부 환형 홈(72)을 구비한다.

(유체의 흐름)

간극(25)을 흐르는 유체는, 다음과 같이 흐른다. 유체는, 제1 핀(51)보다 고압측(X1)으로부터, 간극 δ1을 통과하고, 직경 확대측 공간(25a)으로 유입되어, 소용돌이 V1을 형성한다. 소용돌이 V1은 다음과 같이 형성된다. 유체는, 고압측 소직경부(21)의 외주면을 따라 저압측(X2)으로 직진(대략 직진을 포함함)하고, 직경 확대 단차부(41)에 닿아(충돌하여), 직경 방향 외측(Y1)으로 흐른다(전향한다). 이 직경 방향 외측(Y1)으로 흐르는 유체는, 정지체(10)의 내주면에 닿아, 정지체(10)의 내주면을 따라 고압측(X1)으로 흐르고, 제1 핀(51)에 닿아, 제1 핀(51)을 따라 직경 방향 내측(Y2)으로 흐르고, 고압측 소직경부(21)에 닿아, 저압측(X2)으로 흐른다. 이와 같이 소용돌이 V1이 형성된다.

직경 확대 단차부(41)에 닿아, 직경 방향 외측(Y1)으로 흐르는 유체는, 소용돌이 V1과, 소용돌이 V1보다 저압측(X2)의 소용돌이 V2로 분기된다. 소용돌이 V2는 다음과 같이 형성된다. 소용돌이 V1로부터 분기된 유체는, 정지체(10)의 내주면에 닿아, 정지체(10)의 내주면을 따라 저압측(X2)으로 흐르고, 제2 핀(52)의 고압측 측면(52a)에 닿아, 고압측 측면(52a)을 따라 직경 방향 내측(Y2)으로 흐른다. 고압측 측면(52a)을 따라 흐른 유체는, 대직경부 환형 홈(71) 내로 유입되고, 대직경부 환형 홈(71)의 내면을 따라 흐르고, 대직경부 환형 홈(71)으로부터 직경 방향 외측(Y1)으로 흘러, 대직경부 환형 홈(71)으로부터 유출된다. 이와 같이 소용돌이 V2가 형성된다.

고압측 측면(52a)을 따라 직경 방향 내측(Y2)으로 흐른 유체는, 소용돌이 V2와, 간극 δ2를 향하는 흐름인 분기류 F1로 분기된다. 분기류 F1은, 간극 δ2를 통과하여, 저압측(X2)으로 흐르고, 직경 확대측 공간(25a)의 외부로 유출되어(누설되어), 직경 축소측 공간(25b) 내로 유입된다.

고압측 측면(52a)을 따라 직경 방향 내측(Y2)으로 흐른 유체가, 대직경부 환형 홈(71)으로 유입됨으로써, 분기류 F1의 유량이 억제되기 때문에, 직경 확대측 공간(25a)으로부터의 유체의 누설량이 억제된다. 또한, 직경 확대측 공간(25a)에 형성된 소용돌이 V1 및 소용돌이 V2에 의해 유체간 마찰이 발생하여, 유체의 에너지 손실이 발생함으로써, 직경 확대측 공간(25a)으로부터의 유체의 누설량이 억제된다. 이 유체간 마찰에는, 유체끼리의 마찰 및 유체와 벽면의 마찰이 포함된다. 상기 벽면은, 유속이 제로인 유체라고 간주할 수 있는 것이다. 상기 벽면에는, 예를 들어 대직경부 환형 홈(71)의 표면 등이 포함된다.

분기류 F1은, 직경 축소측 공간(25b) 내로 유입되어, 대직경부(22)의 외주면을 따라 저압측(X2)으로 직진(대략 직진을 포함함)하고, 제3 핀(53)에 닿아, 소용돌이 V3과, 소용돌이 V4와, 분기류 F2로 분기된다.

소용돌이 V3은 다음과 같이 형성된다. 제3 핀(53)을 향해 저압측(X2)으로 흐르는 유체의 일부는, 제3 핀(53)에 닿아, 직경 방향 외측(Y1)으로 전향한다. 이 유체는, 제3 핀(53)을 따라 직경 방향 외측(Y1)으로 흘러, 정지체(10)의 내주면에 닿고, 정지체(10)의 내주면을 따라 고압측(X1)으로 흘러, 제2 핀(52)에 닿는다. 제2 핀(52)에 닿은 유체는, 제2 핀(52)을 따라 직경 방향 내측(Y2)으로 흐르고, 대직경부(22)에 닿아, 저압측(X2)으로 흐른다. 이와 같이 소용돌이 V3이 형성된다.

제3 핀(53)을 향해 저압측(X2)으로 흐르는 유체의 일부는, 제3 핀(53)에 닿아, 직경 방향 내측(Y2)으로 전향한다. 이 유체(이하 「제3 핀(53)에 의해 직경 방향 내측(Y2)으로 전향한 유체(V4, F2)」라고 함)는, 소용돌이 V4와, 분기류 F2로 분기된다. 소용돌이 V4는 다음과 같이 형성된다. 제3 핀(53)에 의해 직경 방향 내측(Y2)으로 전향한 유체(V4, F2)의 일부는, 소직경부 환형 홈(72) 내로 유입되어, 소직경부 환형 홈(72)의 내면을 따라 흐르고, 소직경부 환형 홈(72)으로부터 직경 방향 외측(Y1)으로 흘러, 제3 핀(53)을 향해 저압측(X2)으로 흐른다. 이와 같이 소용돌이 V4가 형성된다.

분기류 F2는, 다음과 같이 흐른다. 제3 핀(53)에 의해 직경 방향 내측(Y2)으로 전향한 유체(V4, F2)의 일부는, 간극 δ3을 통과하고, 저압측(X2)으로 흘러, 직경 축소측 공간(25b)의 외부로 유출된다(누설된다).

제3 핀(53)에 의해 직경 방향 내측(Y2)으로 전향한 유체(V4, F2)의 일부가, 소직경부 환형 홈(72)으로 유입됨으로써, 분기류 F2의 유량이 억제되기 때문에, 직경 축소측 공간(25b)으로부터의 유체의 누설량이 억제된다. 또한, 직경 축소측 공간(25b)에 형성된 소용돌이 V3 및 소용돌이 V4에 의해 유체간 마찰이 발생하고, 유체의 에너지 손실이 발생함으로써, 직경 축소측 공간(25b)으로부터의 유체의 누설량이 억제된다.

(치수에 대해)

직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2) 또한 제3 핀(53)보다 고압측(X1)인 영역의 적어도 일부에 환형 홈(70)이 있으면, 환형 홈(70)에 의한 효과(누설량의 억제)가 얻어진다. 또한, 하기의 조건을 만족시킴으로써 환형 홈(70)에 의한 효과를 더 향상시킬 수 있다.

(대직경부 환형 홈(71)에 관한 바람직한 조건)

도 2에 나타낸 바와 같이, 둘레 방향에서 본 단면에 있어서의, 축 방향(X)에 관한 치수에는, 거리 La와, 거리 Ga와, 개구 폭 Wa와, 두께 Ta가 있다. 이들 치수를 다음과 같이 정의한다.

거리 La는, 직경 확대 단차부(41)와, 대직경부 환형 홈(71)의 직경 방향 외측(Y1) 단부 또한 저압측(X2) 단부의 축 방향(X)에 있어서의 거리(최단 거리)이다. 직경 확대 단차부(41)에 축 방향(X)의 폭이 있는 경우(예를 들어, 직경 확대 단차부(41)가 직경 방향(Y)에 대해 경사지는 경우 등)는, 거리 La의 고압측(X1)의 기점은, 직경 확대 단차부(41)의 직경 방향 외측(Y1) 단부 또한 저압측(X2) 단부로 한다(거리 Ga에 대해서도 마찬가지임). 본 실시 형태에서는, 거리 La는, 직경 확대 단차부(41)와, 저압측 측면(71b)의 축 방향(X)에 있어서의 거리이다.

거리 Ga는, 직경 확대 단차부(41)와, 제2 핀(52)의 선단부, 또한 고압측(X1) 단부의 축 방향(X)에 있어서의 거리(최단 거리)이다. 본 실시 형태에서는, 거리 Ga는, 직경 확대 단차부(41)와, 고압측 측면(52a)의 축 방향(X)에 있어서의 거리이다.

개구 폭 Wa는, 대직경부 환형 홈(71)의 개구의 축 방향(X)에 있어서의 폭이다. 더욱 상세하게는, 개구 폭 Wa는, 대직경부 환형 홈(71)의 직경 방향 외측(Y1) 단부에서의 축 방향(X)에 있어서의 폭이다.

두께 Ta는, 제2 핀(52)의 선단부에서의 축 방향(X)에 있어서의 폭이다. 여기서는, 「제2 핀(52)의 선단부」는, 분기류 F1(도 1 참조)이 직접 닿을 수 있는 부분이다. 도 6에 나타낸 예에서는, 분기류 F1은 저압측 측면(52b)에 직접적으로는 닿지 않기 때문에, 저압측 측면(52b)은 「제2 핀(52)의 선단부」에 포함되지 않는다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 둘레 방향에서 본 단면에 있어서의, 직경 방향(Y)에 관한 치수에는, 높이 Ha와, 깊이 Da가 있다. 이들 치수를 다음과 같이 정의한다.

높이 Ha는, 직경 확대 단차부(41)의 직경 방향(Y)에 있어서의 폭이다. 더욱 상세하게는, 높이 Ha는, 고압측 소직경부(21)의 외주면의 저압측(X2) 단부와, 대직경부(22)의 외주면의 고압측(X1) 단부의 직경 방향(Y)에 있어서의 거리이다.

깊이 Da는, 대직경부 환형 홈(71)의 직경 방향(Y)에 있어서의 폭이다. 더욱 상세하게는, 깊이 Da는, 대직경부 환형 홈(71)의 직경 방향 내측(Y2) 단부(예를 들어, 저면(71c))와, 대직경부(22)의 외주면의 직경 방향(Y)에 있어서의 거리이다.

(개구 폭 Wa에 관한 바람직한 조건)

개구 폭 Wa를 크게 함으로써, 소용돌이 V2(도 1 참조)가 대직경부 환형 홈(71)으로 유입되기 쉬워지고, 또한 소용돌이 V2를 크게 형성할 수 있다. 그 결과, 상기한 에너지 손실을 보다 증가시킬 수 있다. 예를 들어, Wa/Ga＞0.2를 만족시키는 것이 바람직하다.

(거리 Ga 및 거리 La에 관한 바람직한 조건)

고압측 측면(52a)의 축 방향(X) 위치에 대해, 저압측 측면(71b)의 축 방향(X) 위치가, 동일한 위치(동일면 상), 또는 저압측(X2)인 것이 바람직하다(Ga≤La가 바람직하다). Ga≤La로 함으로써, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제2 핀(52)을 따라 직경 방향 내측(Y2)으로 흐른 소용돌이 V2가, 대직경부 환형 홈(71)으로 유입되기 쉬워져, 분기류 F1의 유량을 억제할 수 있다. 유체가 대직경부 환형 홈(71)으로 유입되기 쉽기 때문에, 소용돌이 V2의 유속을 보다 빠르게 할 수 있는 결과, 상기한 에너지 손실을 크게 할 수 있다.

고압측 측면(52a)의 위치, 저압측 측면(71b)의 위치 및 누설량에 대해 조사하였다. 그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, La/Ga에 따라 누설량이 변화된다고 하는 지견을 얻었다. 도 3의 「종래 기술」은, 도 1에 나타낸 대직경부 환형 홈(71)을 구비하지 않는 래비린스 시일이다. 또한, 도 3에 나타낸 그래프에서는, 종축의 누설량의 단위를 무차원화하고, 구체적으로는, 종래 기술에 있어서의 누설량을 1로 하였다(도 4에 대해서도 마찬가지임).

고압측 측면(52a)에 비해 저압측 측면(71b)이 고압측(X1)으로 지나치게 이격되면, 제2 핀(52)을 따라 직경 방향 내측(Y2)으로 흐른 유체가, 대직경부 환형 홈(71)으로 유입되기 어려워진다. 그 결과, 누설량 억제의 효과는 작아진다. 또한, 고압측 측면(52a)에 비해 저압측 측면(71b)이 저압측(X2)으로 지나치게 이격되면, 제2 핀(52)과 회전체(20)의 간극 δ2가 커지기 때문에, 유체가 간극 δ2를 통과하기 쉬워져, 누설량 억제의 효과는 작아진다.

그래서 도 3에 나타낸 바와 같이, 0＜La/Ga＜1.1＋Ta/Ga를 만족시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 종래 기술에 비해, 확실하게 누설량을 억제할 수 있다. 또한, 0.6＜La/Ga＜1.1＋Ta/Ga를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 누설량을 보다 억제할 수 있다.

(높이 Ha 및 깊이 Da에 관한 바람직한 조건)

도 2에 나타낸 높이 Ha, 깊이 Da 및 누설량에 대해 조사하였다. 그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이 Da/Ha에 따라 누설량이 변화된다고 하는 지견을 얻었다. 도 2에 나타낸 깊이 Da가 작으면, 도 1에 나타낸 대직경부 환형 홈(71)으로 유입될 수 있는 소용돌이 V2의 흐름이 적어져, 분기류 F1의 유량이 증가하기 때문에, 누설량이 증가한다. 그래서 도 4에 나타낸 바와 같이, 0.6＜Da/Ha를 만족시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 종래 기술에 비해, 확실하게 누설량을 억제할 수 있다. 또한, 0＜Da/Ha이면, 종래 기술에 비해, 누설량 억제의 효과는 있다.

(소직경부 환형 홈(72)에 관한 바람직한 조건)

도 2에 나타낸 바와 같이, 둘레 방향에서 본 단면에 있어서의, 축 방향(X)에 관한 치수에는, 거리 Gb와, 거리 Lb와, 개구 폭 Wb가 있다. 이들 치수를 다음과 같이 정의한다.

거리 Gb는, 직경 축소 단차부(42)와, 제3 핀(53)의 선단부 또한 고압측(X1) 단부의 축 방향(X)에 있어서의 거리(최단 거리)이다. 직경 축소 단차부(42)에 축 방향(X)의 폭이 있는 경우(예를 들어, 직경 축소 단차부(42)가 직경 방향(Y)에 대해 경사지는 경우 등)는, 거리 Gb의 고압측(X1)의 기점은, 직경 축소 단차부(42)의 직경 방향 내측(Y2) 단부 또한 저압측(X2) 단부로 한다(도 9 참조)(거리 Lb에 대해서도 마찬가지임). 본 실시 형태에서는, 거리 Gb는, 직경 축소 단차부(42)와, 고압측 측면(53a)의 축 방향(X)에 있어서의 거리이다.

거리 Lb는, 직경 축소 단차부(42)와, 소직경부 환형 홈(72)의 직경 방향 외측(Y1) 단부 또한 저압측(X2) 단부의 축 방향(X)에 있어서의 거리(최단 거리)이다. 본 실시 형태에서는, 거리 Lb는, 직경 축소 단차부(42)와, 저압측 측면(72b)의 축 방향(X)에 있어서의 거리이다.

개구 폭 Wb는, 소직경부 환형 홈(72)의 개구의 축 방향(X)에 있어서의 폭이다. 더욱 상세하게는, 개구 폭 Wb는, 소직경부 환형 홈(72)의 직경 방향 외측(Y1) 단부에서의 축 방향(X)에 있어서의 폭이다. 본 실시 형태에서는, 개구 폭 Wb와 거리 Lb는 동일하다. 그 때문에, 하기의 거리 Lb에 관한 바람직한 조건에 대해, 거리 Lb를 개구 폭 Wb로 대체할 수 있다.

(거리 Gb 및 거리 Lb에 관한 바람직한 조건)

거리 Gb 및 거리 Lb에 대해 조사하였다. 그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이 Gb에 따라 누설량이 변화된다고 하는 지견을 얻었다. 여기서는, 도 2에 나타낸 소직경부 환형 홈(72)의 위치를 바꾸지 않고(거리 Lb를 바꾸지 않고), 거리 Gb를 다양하게 바꾸었을 때의 누설량을 조사하였다. 또한, 거리 Gb가 거리 Lb와 동일할 때의 거리 Gb를 1로 하였다. 도 5의 「종래 기술」은, 도 2에 나타낸 소직경부 환형 홈(72)을 구비하지 않는 래비린스 시일이다. 종래 기술에서는, 제3 핀(53)이 직경 축소 단차부(42)에 접근할수록, 즉 Gb가 작아질수록 누설량이 작아진다. 도 5에 나타낸 그래프에서는, 종축의 누설량의 단위를 무차원화하였다. 구체적으로는, 종래 기술에 있어서 Gb＝1일 때의 누설량을 1로 하였다. 여기서, 본 실시 형태에 대해서는, 거리 Gb가 거리 Lb와 동일할 때의 거리 Gb를 1로 하였으므로, 도 5에 나타낸 Gb와 누설량의 관계는, Gb/Lb와 누설량의 관계와 동일하다. 따라서, 본 실시 형태에 대해서는, 도 5에 나타낸 그래프의 횡축 Gb를, Gb/Lb로 치환할 수 있다.

거리 Lb가 거리 Gb보다 지나치게 작으면, 즉, 고압측 측면(53a)에 비해 저압측 측면(72b)이 고압측(X1)으로 지나치게 이격되면, 다음과 같은 문제가 있다. 이 경우, 도 1에 나타낸 제3 핀(53)에 의해 직경 방향 내측(Y2)으로 전향한 유체(V4, F2)가, 소직경부 환형 홈(72)으로 유입되기 어려워져, 분기류 F2의 유량이 증가하기 때문에, 누설량 억제의 효과는 작아진다. 또한, 도 2에 나타낸 거리 Lb가 거리 Gb보다 지나치게 크면, 즉, 고압측 측면(53a)에 비해 저압측 측면(72b)이 저압측(X2)으로 지나치게 이격되면, 다음과 같은 문제가 있다. 이 경우, 도 1에 나타낸 제3 핀(53)의 선단부와 저압측 소직경부(23) 사이의 간극 δ3이 커지기 때문에, 유체가 간극 δ3을 통과하기 쉬워져, 누설량 억제의 효과는 작아진다.

그래서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 0.78＜Gb/Lb＜1.22를 만족시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 종래 기술에 비해, 확실하게 누설량을 억제할 수 있다. 또한, Gb/Lb를 약 1.0으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 저압측 측면(72b)의 축 방향(X)에 있어서의 위치와 고압측 측면(53a)의 축 방향(X)에 있어서의 위치를 대략 동일 위치로 하는 것이 더욱 바람직하다. Gb/Lb를 약 1.0으로 함으로써, 누설량 억제 효과를 최대로 할 수 있었다.

(제1 발명의 효과)

도 1에 나타낸 래비린스 시일(30)에 의한 효과는 다음과 같다. 래비린스 시일(30)은, 회전 기계(1)에 마련된다. 회전 기계(1)는, 정지체(10)와, 회전체(20)와, 간극(25)을 구비한다. 회전체(20)는, 정지체(10)보다 직경 방향 내측(Y2)에 마련되고, 회전축 주위로 회전한다. 간극(25)은, 정지체(10)의 내주부와 회전체(20)의 외주부 사이에 형성되고, 고압측(X1)으로부터 저압측(X2)으로 축 방향(X)으로 유체가 흐르도록 구성된다. 래비린스 시일(30)은, 회전체(20)의 외주부에 형성되는 단차부(40)와, 정지체(10)의 내주부로부터 직경 방향 내측(Y2)으로 연장되는 핀(50)과, 회전체(20)의 외주부에 형성되는 환형 홈(70)을 구비한다.

[구성 1-1] 단차부(40)는, 직경 확대 단차부(41)와, 직경 축소 단차부(42)를 구비한다.

직경 확대 단차부(41)는, 고압측(X1)(직경 확대 단차부(41)보다 고압측(X1))의 직경보다, 저압측(X2)(직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2))의 직경이 커지도록 구성된다. 직경 축소 단차부(42)는, 고압측(X1)(직경 축소 단차부(42)보다 고압측(X1))의 직경보다, 저압측(X2)(직경 축소 단차부(42)보다 저압측(X2))의 직경이 작아지도록 구성된다. 직경 확대 단차부(41) 및 직경 축소 단차부(42) 중 고압측(X1)에 배치되는 쪽을 고압측(X1) 단차부(본 실시 형태에서는 직경 확대 단차부(41))라고 하고, 저압측(X2)에 배치되는 쪽을 저압측(X2) 단차부(본 실시 형태에서는 직경 축소 단차부(42))라고 한다.

[구성 1-2] 핀(50)은, 제1 핀(51)과, 제2 핀(52)과, 제3 핀(53)을 구비한다. 제1 핀(51)은, 고압측(X1) 단차부(직경 확대 단차부(41))보다 고압측(X1)에 배치된다. 제2 핀(52)은, 고압측(X1) 단차부(직경 확대 단차부(41))보다 저압측(X2) 또한 저압측(X2) 단차부(직경 축소 단차부(42))보다 고압측(X1)에 배치된다. 제3 핀(53)은, 저압측(X2) 단차부(직경 축소 단차부(42))보다 저압측(X2)에 배치된다.

[구성 1-3] 환형 홈(70)은, 고압측(X1) 단차부(직경 확대 단차부(41))보다 저압측(X2) 또한 제3 핀(53)보다 고압측(X1)인 영역의 적어도 일부에 배치된다.

래비린스 시일(30)은, 주로 상기 [구성 1-1] 및 [구성 1-2]를 구비한다. 따라서, 고압측(X1) 단차부(직경 확대 단차부(41))보다 저압측(X2) 또한 제2 핀(52)보다 고압측(X1)에 소용돌이 V2가 발생한다. 또한, 저압측(X2) 단차부(직경 축소 단차부(42))보다 저압측(X2) 또한 제3 핀(53)보다 고압측(X1)에 소용돌이 V4가 발생한다. 그래서 래비린스 시일(30)은, 상기 [구성 1-3]을 구비한다. 따라서, 소용돌이 V(소용돌이 V2 및 소용돌이 V4 중 적어도 어느 것)가, 환형 홈(70)으로 유입된다. 따라서, 환형 홈(70)이 없는 경우에 비해, 소용돌이 V를 크게 할 수 있고, 소용돌이 V의 유량을 많게 할 수 있어, 소용돌이 V의 유속을 빠르게 할 수 있다. 따라서, 소용돌이 V와 그 주변의 유체간 마찰을 증대시킬 수 있기 때문에, 유체의 에너지 손실을 증대시킬 수 있다. 그 결과, 간극(25)에서의 유체의 누설을 억제할 수 있다.

(제5 발명의 효과)

직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2)의 핀(50) 중 직경 확대 단차부(41)에 가장 가까운 것을 대직경부측 핀(본 실시 형태에서는 제2 핀(52))이라고 한다.

[구성 5] 환형 홈(70)은, 대직경부 환형 홈(71)을 구비한다. 대직경부 환형 홈(71)은, 직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2), 또한 대직경부측 핀(제2 핀(52))보다 고압측(X1)인 영역의 적어도 일부에 배치된다.

직경 확대 단차부(41)보다 저압측(X2), 또한 대직경부측 핀(제2 핀(52))보다 고압측(X1)의 영역에는, 소용돌이 V2가 형성된다. 소용돌이 V2로부터, 대직경부측 핀(제2 핀(52))과 회전체(20)의 간극 δ2를 향해, 분기류 F1이 분기된다. 여기서, 대직경부 환형 홈(71)이 마련되지 않는 경우, 제2 핀(52)을 따라 직경 방향 내측(Y2)으로 흐른 유체가, 대직경부(22)에 닿기 때문에, 소용돌이 V2로부터 분기류 F1로 분기되기 쉽다. 그래서 래비린스 시일(30)은, 상기 [구성 5]를 구비한다. 따라서 소용돌이 V2가, 대직경부 환형 홈(71)으로 유입된다. 따라서, 소용돌이 V2로부터 분기되는 분기류 F1의 양을 억제할 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다.

(제6 발명의 효과)

도 2에 나타낸 La, Ga 및 Ta를 다음과 같이 정의한다. La는, 직경 확대 단차부(41)와, 대직경부 환형 홈(71)의 직경 방향 외측(Y1) 단부 또한 저압측(X2) 단부의 축 방향(X)에 있어서의 거리이다. Ga는, 직경 확대 단차부(41)와, 대직경부측 핀(제2 핀(52))의 선단부 또한 고압측(X1) 단부의 축 방향(X)에 있어서의 거리이다. Ta는, 대직경부측 핀(제2 핀(52))의 선단부에서의 축 방향(X)의 폭이다.

[구성 6] 이때, 0＜La/Ga＜1.1＋Ta/Ga를 만족시킨다.

상기 [구성 6]에 의해, 1.1＋Ta/Ga≤La/Ga인 경우에 비해, 대직경부측 핀(제2 핀(52))과 회전체(20)의 간극 δ2(도 1 참조)를 작게 할 수 있다. 따라서, 간극 δ2로부터의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있어, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다(도 3 참조).

(제7 발명의 효과)

[구성 7] 0.6＜La/Ga＜1.1＋Ta/Ga를 만족시킨다.

상기 [구성 7]에 의해, La/Ga≤0.6인 경우에 비해, 도 1에 나타낸 대직경부 환형 홈(71)으로 유입되는 소용돌이 V2의 유량을 많게 할 수 있다. 따라서, 소용돌이 V2에 있어서의 유체의 에너지 손실을 보다 증대시킬 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다(도 3 참조).

(제8 발명의 효과)

도 2에 나타낸 바와 같이, 직경 확대 단차부(41)의 직경 방향(Y)에 있어서의 폭을 Ha라고 한다. 대직경부 환형 홈(71)의 직경 방향(Y)에 있어서의 폭을 Da라고 한다.

[구성 8] 이때, 0.6＜Da/Ha를 만족시킨다.

상기 [구성 8]에 의해, Da/Ha≤0.6인 경우에 비해, 도 1에 나타낸 대직경부 환형 홈(71)으로 유입되는 소용돌이 V2의 유량을 많게 할 수 있다. 따라서, 소용돌이 V2에 있어서의 유체의 에너지 손실을 보다 증대시킬 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다.

(제9 발명의 효과)

직경 축소 단차부(42)보다 저압측(X2)의 핀(50) 중 직경 축소 단차부(42)에 가장 가까운 것을 소직경부측 핀(본 실시 형태에서는 제3 핀(53))이라고 한다.

[구성 9] 환형 홈(70)은, 소직경부 환형 홈(72)을 구비한다. 소직경부 환형 홈(72)은, 직경 축소 단차부(42)보다 저압측(X2), 또한 소직경부측 핀(제3 핀(53))보다 고압측(X1)인 영역의 적어도 일부에 배치된다.

직경 축소 단차부(42)보다 저압측(X2), 또한 소직경부측 핀(제3 핀(53))보다 고압측(X1)인 영역에는, 소용돌이 V4가 형성된다. 소용돌이 V4로부터, 소직경부측 핀(제3 핀(53))과 회전체(20)의 간극 δ3을 향해, 분기류 F2가 분기된다. 여기서, 소직경부 환형 홈(72)이 마련되지 않는 경우, 제3 핀(53)을 향해 저압측(X2)으로 흐른 유체가, 제3 핀(53)에 닿아, 직경 방향 내측(Y2)으로 전향하여, 저압측 소직경부(23)에 닿기 때문에, 소용돌이 V4로부터 분기류 F2로 분기되기 쉽다. 그래서 래비린스 시일(30)은, 상기 [구성 9]를 구비한다. 따라서, 소용돌이 V4가, 소직경부 환형 홈(72)으로 유입된다. 따라서, 소용돌이 V4로부터 분기되는 분기류 F2의 양을 억제할 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다.

(제10 발명의 효과)

[구성 10] 소직경부 환형 홈(72)은, 직경 축소 단차부(42)의 위치로부터 저압측(X2)으로 형성된다.

상기 [구성 10]에서는, 소직경부 환형 홈(72)이 고압측(X1)으로 한계까지 넓게 형성된다. 따라서, 소직경부 환형 홈(72)의 용적을 크게 할 수 있기 때문에, 소용돌이 V4를 크게 할 수 있다. 따라서, 소용돌이 V4에 있어서의 유체의 에너지 손실을 보다 증대시킬 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다.

(제11 발명의 효과)

도 2에 나타낸 Gb 및 Lb를 다음과 같이 정의한다. Gb는, 직경 축소 단차부(42)와, 소직경부측 핀(제3 핀(53))의 선단부의 축 방향(X)에 있어서의 거리이다. Lb는, 직경 축소 단차부(42)와, 소직경부 환형 홈(72)의 직경 방향 외측(Y1) 단부 또한 저압측(X2) 단부의 축 방향(X)에 있어서의 거리이다.

[구성 11] 이때, 0.78＜Gb/Lb＜1.22를 만족시킨다.

상기 [구성 11]에 의해, Gb/Lb≤0.78인 경우에 비해, 소직경부측 핀(제3 핀(53))과 회전체(20)의 간극 δ3(도 1 참조)을 작게 할 수 있다. 따라서, 간극 δ3으로부터의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다(도 5 참조). 또한, 1.22≤Gb/Lb인 경우에 비해, 도 1에 나타낸 소직경부 환형 홈(72)으로 유입되는 소용돌이 V4의 유량을 많게 할 수 있다. 따라서, 소용돌이 V4에 있어서의 유체의 에너지 손실을 보다 증대시킬 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다(도 5 참조).

(제12 발명의 효과)

[구성 12] 직경 확대 단차부(41)는, 고압측(X1) 단차부(상기 [구성 1-1] 참조)이다. 직경 축소 단차부(42)는, 저압측(X2) 단차부(상기 [구성 1-1] 참조)이다.

상기 [구성 12]에 의해, 상기 「(제1 발명의 효과)」와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(제2 실시 형태)

도 6을 참조하여, 제2 실시 형태의 래비린스 시일(230)에 대해, 제1 실시 형태와의 상위점을 설명한다. 또한, 제2 실시 형태의 래비린스 시일(230) 중, 제1 실시 형태와의 공통점에 대해서는, 제1 실시 형태와 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하였다(공통점의 설명을 생략하는 점에 대해서는 다른 실시 형태의 설명도 마찬가지임). 상위점은, 직경 방향(Y)에 대한 핀(50)의 기울기이다.

제2 핀(52)의 선단부는, 제2 핀(52)의 기단부(직경 방향 외측(Y1) 단부)보다 고압측(X1)에 배치된다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 제2 핀(52)은 직선형이고, 고압측 측면(52a)은 직선형이고, 저압측 측면(52b)은 직선형이다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 고압측 측면(52a)은 직경 방향(Y)에 대해 각도 α2만큼 기운다. 또한, 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 제2 핀(52)은 만곡 형상이어도 되고, L자 형상 등의 굴곡 형상이어도 된다(제1 핀(51) 및 제3 핀(53)도 마찬가지임).

제1 핀(51) 및 제3 핀(53)은, 제2 핀(52)과 마찬가지로 구성된다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 제1 핀(51)의 고압측(X1)의 측면은, 직경 방향(Y)에 대해 각도 α1만큼 기운다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 제3 핀(53)의 고압측 측면(53a)은, 직경 방향(Y)에 대해 각도 α3만큼 기운다. 각도 α1, 각도 α2 및 각도 α3이 모두 동일해도 되고, 일부만이 동일해도 되고, 모두 서로 달라도 된다. 또한, 각도 α1, 각도 α2 및 각도 α3 중 어느 것이 0°여도 된다.

(제2 발명의 효과)

도 6에 나타낸 래비린스 시일(230)에 의한 효과는 다음과 같다. 래비린스 시일(230)은, 하기 [구성 2-1] 및 [구성 2-2] 중 적어도 어느 것을 구비한다.

[구성 2-1] 대직경부 환형 홈(71)보다 저압측(X2)의 핀(50) 중 대직경부 환형 홈(71)에 가장 가까운 것을 저압측(X2) 핀(본 실시 형태에서는 제2 핀(52))이라고 한다. 저압측(X2) 핀(제2 핀(52))의 선단부는, 저압측(X2) 핀(제2 핀(52))의 기단부보다 고압측(X1)에 배치된다.

[구성 2-2] 소직경부 환형 홈(72)보다 저압측(X2)의 핀(50) 중 소직경부 환형 홈(72)에 가장 가까운 것을 저압측(X2) 핀(본 실시 형태에서는 제3 핀(53))이라고 한다. 저압측(X2) 핀(제3 핀(53))의 선단부는, 저압측(X2) 핀(제3 핀(53))의 기단부보다 고압측(X1)에 배치된다.

래비린스 시일(30)이 상기 [구성 2-1]을 구비하는 경우, 다음 효과가 얻어진다. 소용돌이 V2는, 저압측(X2) 핀(제2 핀(52))을 따라 직경 방향 내측(Y2)으로 흐를 때, 고압측(X1)으로 흐른다. 따라서, 저압측(X2)을 향하는 분기류 F1의 양을 억제할 수 있고, 또한 대직경부 환형 홈(71)으로 유입되는 소용돌이 V2의 유량을 많게 할 수 있다. 따라서, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다.

래비린스 시일(30)이 상기 [구성 2-2]를 구비하는 경우, 다음 효과가 얻어진다. 제3 핀(53)에 의해 직경 방향 내측(Y2)으로 전향한 유체(V4, F2)는, 직경 방향 내측(Y2)으로 흐르면서, 고압측(X1)으로 흐른다. 따라서, 저압측(X2)을 향하는 분기류 F2의 양을 억제할 수 있고, 또한 소직경부 환형 홈(72)으로 유입되는 소용돌이 V4의 유량을 많게 할 수 있다. 또한, 제3 핀(53)을 향해 저압측(X2)으로 흐르는 유체가, 제3 핀(53)에 닿았을 때, 직경 방향 외측(Y1)으로 흐르기 쉽고(소용돌이 V3을 형성하기 쉽고), 직경 방향 내측(Y2)으로 흐르기 어렵다. 따라서, 분기류 F2의 양을 억제할 수 있다. 그 결과, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 7을 참조하여, 제3 실시 형태의 래비린스 시일(330)에 대해, 제1 실시 형태와의 상위점을 설명한다. 제2 핀(52)의 저압측 측면(52b)은, 직경 방향(Y)에 대해 각도 β2만큼 기운다. 제2 핀(52)의 축 방향(X)의 폭은, 직경 방향 내측(Y2)일수록 좁다. 제1 핀(51) 및 제3 핀(53)은, 제2 핀(52)과 마찬가지로 구성된다. 제1 핀(51)의 저압측(X2)의 측면은, 직경 방향(Y)에 대해 각도 β1만큼 기운다. 제3 핀(53)의 저압측 측면(53b)은, 직경 방향(Y)에 대해 각도 β3만큼 기운다. 또한, 각도 β1, 각도 β2 및 각도 β3이 모두 동일해도 되고, 일부만이 동일해도 되고, 모두 서로 상이해도 된다.

(제4 실시 형태)

도 8을 참조하여, 제4 실시 형태의 래비린스 시일(430)에 대해, 제1 실시 형태와의 상위점을 설명한다. 상위점은, 대직경부 환형 홈(71)이 호형부(471d)를 구비하는 점 및 소직경부 환형 홈(72)이 호형부(472d)를 구비하는 점이다.

호형부(471d)는, 대직경부 환형 홈(71)의 저부에 마련된다. 둘레 방향에서 본 호형부(471d)의 단면은, 직경 방향 내측(Y2)으로 돌출되는 호형이고, 타원호형(타원의 일부를 구성하는 곡선형)이며, 반타원호형이다. 상기 「타원호형」에는, 대략 타원호형(예를 들어, 대략 반타원호형)이 포함된다. 고압측 측면(71a) 및 저압측 측면(71b)은, 호형부(471d)와 연속되도록 마련된다. 호형부(471d)가 마련되는 경우, 고압측 측면(71a) 및 저압측 측면(71b)은 마련되지 않아도 된다(소직경부 환형 홈(72)에 대해서도 마찬가지임).

호형부(472d)는, 소직경부 환형 홈(72)의 저부에 마련된다. 둘레 방향에서 본 호형부(472d)의 단면은, 직경 방향 내측(Y2)으로 돌출되는 호형이고, 원호형이며, 반원호형(원호의 중심각이(180)°)이다. 원호의 중심각은 180° 미만이어도 된다. 상기 「원호형」에는, 대략 원호형(예를 들어, 대략 반원호형)이 포함된다. 또한, 호형부(471d) 및 호형부(472d) 중 한쪽만이 마련되어도 된다. 둘레 방향으로부터 보았을 때, 호형부(471d)의 단면이 원호형이어도 되고, 호형부(472d)의 단면이 타원호형이어도 된다.

(제3 발명의 효과)

도 8에 나타낸 래비린스 시일(430)에 의한 효과는 다음과 같다. 래비린스 시일(430)은, 하기 [구성 3-1] 및 [구성 3-2] 중 적어도 어느 것을 구비한다.

[구성 3-1] 둘레 방향에서 본 대직경부 환형 홈(71)의 저부(호형부(471d))의 단면은, 직경 방향 내측(Y2)으로 돌출되는 호형이다.

[구성 3-2] 둘레 방향에서 본 소직경부 환형 홈(72)의 저부(호형부(472d))의 단면은, 직경 방향 내측(Y2)으로 돌출되는 호형이다.

래비린스 시일(430)이 상기 [구성 3-1]을 구비하는 경우, 둘레 방향에서 본 단면에 있어서 대직경부 환형 홈(71)의 내부가 직사각 형상인 경우(도 1 참조)에 비해, 대직경부 환형 홈(71)의 형상이, 소용돌이 V2의 흐름의 형태에 가까운 형상이 된다. 따라서, 대직경부 환형 홈(71)의 저부를 따라 소용돌이 V2가 흐르기 때문에, 대직경부 환형 홈(71)에서 소용돌이 V2의 유속이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소용돌이 V2에 있어서의 에너지 손실을 보다 증대시킬 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다. 이와 마찬가지로, 래비린스 시일(430)이 상기 [구성 3-2]를 구비하는 경우, 소직경부 환형 홈(72)의 저부를 따라 소용돌이 V4가 흘러, 소용돌이 V4에 있어서의 에너지 손실을 보다 증대시킬 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다.

(제5 실시 형태)

도 9를 참조하여, 제5 실시 형태의 래비린스 시일(530)에 대해, 제1 실시 형태와의 상위점을 설명한다. 상위점은, 대직경부 환형 홈(71)의 형상, 소직경부 환형 홈(72)의 형상 및 직경 축소 단차부(542)의 형상이다. 대직경부 환형 홈(71)은, 고압측 경사부(571e)(경사부)와, 저압측 경사부(571f)(경사부)를 구비한다. 소직경부 환형 홈(72)은, 고압측 경사부(572e)(경사부)와, 저압측 경사부(572f)(경사부)를 구비한다.

고압측 경사부(571e)는, 대직경부 환형 홈(71)의 고압측(X1) 부분에 마련된다. 고압측 경사부(571e)의 직경 방향 내측(Y2) 단부는, 고압측 경사부(571e)의 직경 방향 외측(Y1) 단부보다, 저압측(X2)(대직경부 환형 홈(71)의 축 방향(X) 중심측)에 배치된다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 고압측 경사부(571e)는, 직선형이며, 직경 방향(Y)에 대해 각도 θa만큼 기운다.

저압측 경사부(571f)는, 대직경부 환형 홈(71)의 저압측(X2) 부분에 마련된다. 저압측 경사부(571f)의 직경 방향 내측(Y2) 단부는, 저압측 경사부(571f)의 직경 방향 외측(Y1) 단부보다, 고압측(X1)(환형 홈(70)의 축 방향(X) 중심측)에 배치된다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 저압측 경사부(571f)는 직선형이며, 직경 방향(Y)에 대해 각도 φa만큼 기운다.

고압측 경사부(572e)는, 대직경부 환형 홈(71)의 고압측 경사부(571e)와 마찬가지로 구성된다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 고압측 경사부(572e)는, 직경 방향(Y)에 대해 각도 θb만큼 기운다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 직경 축소 단차부(542)는, 직경 방향(Y)에 대해 고압측 경사부(572e)와 동일한 각도 θb만큼 기운다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 고압측 경사부(572e)와 직경 축소 단차부(542)가 직선형이다.

저압측 경사부(572f)는, 대직경부 환형 홈(71)의 저압측 경사부(571f)와 마찬가지로 구성된다. 둘레 방향에서 본 단면에 있어서, 저압측 경사부(572f)는, 직경 방향(Y)에 대해 각도 φb만큼 기운다. 또한, 고압측 경사부(571e), 저압측 경사부(571f), 고압측 경사부(572e), 저압측 경사부(572f)가 모두 마련되어도 되고, 일부만이 마련되어도 된다. 또한, 직경 축소 단차부(542)는, 직경 방향(Y)에 대해 기울지 않아도 된다.

(제4 발명의 효과)

도 9에 나타낸 래비린스 시일(530)에 의한 효과는 다음과 같다. 대직경부 환형 홈(71)은, 대직경부 환형 홈(71)의 고압측(X1) 부분 및 저압측(X2) 부분 중 적어도 어느 것에 마련되는 경사부(고압측 경사부(571e) 및 저압측 경사부(571f) 중 적어도 어느 것)를 구비한다. 래비린스 시일(530)은, 다음 [구성 4-1] 및 [구성 4-2] 중 적어도 어느 것을 구비한다.

[구성 4-1] 고압측 경사부(571e)의 직경 방향 내측(Y2) 단부는, 고압측 경사부(571e)의 직경 방향 외측(Y1) 단부보다, 대직경부 환형 홈(71)의 축 방향(X) 중심측(저압측(X2))에 배치된다.

[구성 4-2] 저압측 경사부(571f)의 직경 방향 내측(Y2) 단부는, 저압측 경사부(571f)의 직경 방향 외측(Y1) 단부보다, 대직경부 환형 홈(71)의 축 방향(X) 중심측(고압측(X1))에 배치된다.

래비린스 시일(530)이 상기 [구성 4-1]을 구비하는 경우, 둘레 방향에서 본 단면에 있어서 대직경부 환형 홈(71)의 내부가 직사각 형상인 경우(도 1 참조)에 비해, 대직경부 환형 홈(71)의 형상이, 소용돌이 V2의 흐름의 형태에 가까운 형상이 된다. 따라서, 소용돌이 V2의 흐름이 고압측 경사부(571e)를 따라 흐르기 때문에, 대직경부 환형 홈(71)에서 소용돌이 V2의 유속이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소용돌이 V2에 있어서의 에너지 손실을 보다 증대시킬 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다. 이와 마찬가지로, 래비린스 시일(530)이 상기 [구성 4-2]를 구비하는 경우, 소용돌이 V2의 흐름이 저압측 경사부(571f)를 따라 흘러, 소용돌이 V2에 있어서의 에너지 손실을 보다 증대시킬 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다. 이와 마찬가지로, 소직경부 환형 홈(72)이, 고압측 경사부(572e) 및 저압측 경사부(572f) 중 적어도 어느 것을 구비하는 경우, 다음 효과가 얻어진다. 소용돌이 V4의 흐름이 고압측 경사부(572e) 또는 저압측 경사부(572f)를 따라 흘러, 소용돌이 V4에 있어서의 에너지 손실을 보다 증대시킬 수 있기 때문에, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다.

(제6 실시 형태)

도 10을 참조하여, 제6 실시 형태의 래비린스 시일(630)에 대해, 제1 실시 형태와의 상위점을 설명한다. 래비린스 시일(630)은, 대직경부 환형 홈(71)을 구비하지만, 소직경부 환형 홈(72)(도 1 참조)을 구비하지 않는다. 그 때문에, 제1 실시 형태에 비해, 소용돌이 V4가 작아진다. 래비린스 시일(630)에서는, 대직경부 환형 홈(71) 및 소직경부 환형 홈(72)을 구비하지 않는 래비린스 시일에 비해, 간극(25)에서의 유체의 누설을 억제할 수 있다(제7 실시 형태도 마찬가지임).

(제7 실시 형태)

도 11을 참조하여, 제7 실시 형태의 래비린스 시일(730)에 대해, 제1 실시 형태와의 상위점을 설명한다. 래비린스 시일(730)은, 소직경부 환형 홈(72)을 구비하지만, 대직경부 환형 홈(71)(도 1 참조)을 구비하지 않는다. 그 때문에, 제1 실시 형태에 비해, 소용돌이 V2가 작아진다.

(제8 실시 형태)

도 12를 참조하여, 제8 실시 형태의 래비린스 시일(830)에 대해, 제1 실시 형태와의 상위점을 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 실시 형태의 래비린스 시일(30)에서는, 직경 축소측의 구조(30b)는, 직경 확대측의 구조(30a)보다 저압측(X2)에 배치되었다. 한편, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제8 실시 형태의 래비린스 시일(830)에서는, 직경 축소측의 구조(30b)는, 직경 확대측의 구조(30a)보다 고압측(X1)에 배치된다. 제1 실시 형태에서의 직경 확대측의 구조(30a)에서의 유체의 흐름과, 제8 실시 형태에서의 직경 확대측의 구조(30a)에서의 유체의 흐름은 마찬가지이다(직경 축소측의 구조(30b)에서의 유체의 흐름에 대해서도 마찬가지임).

이하, 제1 실시 형태의 구성 요소에 대해서는 도 1을 참조하고, 제8 실시 형태의 구성 요소에 대해서는 도 12를 참조하여 설명한다. 상기 「고압측(X1) 단차부」는, 제1 실시 형태에서는 직경 확대 단차부(41)였지만, 제8 실시 형태에서는 직경 축소 단차부(42)이다. 상기 「저압측(X2) 단차부」는, 제1 실시 형태에서는 직경 축소 단차부(42)였지만, 제8 실시 형태에서는 직경 확대 단차부(41)이다. 상기 「대직경부측 핀」은, 제1 실시 형태에서는 제2 핀(52)이었지만, 제8 실시 형태에서는 제3 핀(53)이다. 상기 「소직경부측 핀」은, 제1 실시 형태에서는 제3 핀(53)이었지만, 제8 실시 형태에서는 제2 핀(52)이다.

제1 실시 형태에서는, 회전체(20)는, 고압측 소직경부(21)와, 대직경부(22)와, 저압측 소직경부(23)를 구비하였다. 한편, 제8 실시 형태에서는, 회전체(20)는, 고압측(X1)으로부터 저압측(X2)의 순으로, 고압측 대직경부(821)와, 소직경부(822)와, 저압측 대직경부(823)를 구비한다. 소직경부(822)는, 고압측 대직경부(821)보다 소직경이다. 저압측 대직경부(823)는, 소직경부(822)보다 대직경이다. 저압측 대직경부(823)는, 고압측 대직경부(821)와 예를 들어 동일한 직경이며, 고압측 대직경부(821)보다 소직경이어도 되고, 고압측 대직경부(821)보다 대직경이어도 된다.

(제13 발명의 효과)

도 12에 나타낸 래비린스 시일(830)에 의한 효과는 다음과 같다.

[구성 13] 직경 축소 단차부(42)는, 고압측(X1) 단차부이다. 직경 확대 단차부(41)는, 저압측(X2) 단차부이다.

상기 [구성 13]에 의해, 상기 「(제1 발명의 효과)」와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(제9 실시 형태)

도 13을 참조하여, 제9 실시 형태의 래비린스 시일(930)에 대해, 제1 실시 형태와의 상위점을 설명한다. 래비린스 시일(930)은, 직경 확대측의 구조(30a)를 복수 구비하고, 직경 축소측의 구조(30b)를 복수 구비한다. 예를 들어, 직경 확대측의 구조(30a)의 수는 3이고, 직경 축소측의 구조(30b)의 수는 3이고, 이들의 수는 변경되어도 된다. 직경 확대측의 구조(30a)의 수와, 직경 축소측의 구조(30b)의 수는, 동일(각각 3)하며, 상이해도 된다. 직경 확대측의 구조(30a)와 직경 축소측의 구조(30b)는, 축 방향(X)으로 배열되어 배치되고, 축 방향(X)으로 인접하여 배치되고, 축 방향(X)으로 교대로 배치된다.

또한, 래비린스 시일(930)은, 제2 실시 형태 내지 제7 실시 형태와 같이 변형되어도 된다. 또한, 직경 확대측의 구조(30a) 및 직경 축소측의 구조(30b) 중, 가장 고압측(X1)에 배치되는 구조는, 도 13에 나타낸 예에서는 직경 확대측의 구조(30a)이지만, 직경 축소측의 구조(30b)여도 된다(제8 실시 형태와 마찬가지임).

(제14 발명의 효과)

도 13에 나타낸 래비린스 시일(930)에 의한 효과는 다음과 같다.

[구성 14] 직경 확대 단차부(41), 직경 축소 단차부(42), 핀(50) 및 환형 홈(70)을 구비하는 구조(직경 확대측의 구조(30a) 및 직경 축소측의 구조(30b))는, 축 방향(X)으로 배열되어 복수 배치된다.

상기 [구성 14]에 의해, 직경 확대측의 구조(30a) 및 직경 축소측의 구조(30b)가 1개씩만 마련되는 경우에 비해, 간극(25)에서의 유체의 누설을 보다 억제할 수 있다.

(제10 실시 형태)

도 14를 참조하여, 제10 실시 형태의 래비린스 시일(1030)에 대해, 제9 실시 형태와의 상위점을 설명한다. 제9 실시 형태에서는, 직경 확대측의 구조(30a)와 직경 축소측의 구조(30b)가 축 방향(X)으로 교대로 배치되었다. 한편, 제10 실시 형태에서는, 복수(도 14에서는 3개)의 직경 확대측의 구조(30a)가 축 방향(X)으로 인접하여 배치된다. 또한, 복수(도 14에서는 3개)의 직경 축소측의 구조(30b)가 축 방향(X)으로 인접하여 배치된다. 가장 저압측(X2)의 직경 확대측의 구조(30a)와, 가장 고압측(X1)의 직경 축소측의 구조(30b)는, 축 방향(X)으로 인접하여 배치된다. 또한, 직경 확대측의 구조(30a)와 직경 축소측의 구조(30b)가 불규칙한 순서로 축 방향(X)으로 배열되어 배치되어도 된다.

(누설량의 해석)

하기의, 제1 구조, 제2 구조, 제3 구조 및 비교예의 구조 각각에 대해, CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석에 의해 누설량을 구하고, 누설량을 비교하였다. 제1 구조는, 도 15에 나타낸 래비린스 시일(1130)을 구비하는 구조이며, 다음과 같이 구성된다. 제9 실시 형태(도 13 참조)와 마찬가지로, 직경 확대측의 구조(30a)와 직경 축소측의 구조(30b)가, 축 방향(X)으로 교대로 3개씩 배치된다. 핀(50)의 형상은, 제3 실시 형태(도 7 참조)와 마찬가지이다. 환형 홈(70)의 형상은, 제1 실시 형태(도 1 참조)와 마찬가지이다. 또한, 가장 고압측(X1)의 직경 확대측의 구조(30a)보다 고압측(X1)에, 소직경부 환형 홈(72)과 마찬가지인 홈(1172)과, 직경 축소 단차부(42)와 마찬가지인 단차(1142)가 마련된다.

도 2에 나타낸 거리 Ca와, 거리 Cb와, 두께 Tb를 다음과 같이 정의한다. 거리 Ca는, 제2 핀(52)의 선단부와 회전체(20)(대직경부(22))의 직경 방향(Y)에 있어서의 거리(클리어런스)이다. 거리 Cb는, 제3 핀(53)의 선단부와 회전체(20)(저압측 소직경부(23))의 직경 방향(Y)에 있어서의 거리이다. 누설량의 해석에 사용한 모델에서는, 거리 Cb는, 거리 Ca와 동일하다(거리 Cb를 C라고 함). 두께 Tb는, 제3 핀(53)의 선단부에서의 축 방향(X)에 있어서의 폭이다.

도 15에 나타낸 래비린스 시일(1130)에 관한, 도 2에 나타낸 거리 C를 사용한 무차원 치수는 다음과 같다(각 치수에 대해서는 도 2 참조).

Ga＝9C

Wa＝9C

Ha＝2C

Ta＝C

La＝10C

Gb＝5C

Wb＝5.5C

Tb＝0.5C

제2 구조는, 도 15에 나타낸 래비린스 시일(1130)로부터, 모든 대직경부 환형 홈(71)을 생략한 것이다(도 11에 나타낸 제7 실시 형태와 마찬가지임). 제3 구조는, 래비린스 시일(1130)로부터, 모든 소직경부 환형 홈(72) 및 홈(1172)을 생략한 것이다(도 10에 나타낸 제6 실시 형태를 참조). 비교예의 구조는, 래비린스 시일(1130)로부터, 모든 대직경부 환형 홈(71), 모든 소직경부 환형 홈(72) 및 홈(1172)을 생략한 것이다.

누설량의 비교 결과를 도 16에 나타낸다. 제1 구조, 제2 구조 및 제3 구조에서는, 비교예의 구조보다 누설량을 저감할 수 있었다. 제1 구조에서는, 비교예의 구조에 비해, 누설량을 15％ 이상 저감할 수 있었다.

(변형예)

상기한 각 실시 형태는 다양하게 변형되어도 된다. 상기 실시 형태의 구성 요소의 일부가 마련되지 않아도 된다. 상기 실시 형태의 구성 요소의 수가 변경되어도 된다. 서로 다른 실시 형태의 구성 요소끼리가 조합되어도 된다. 예를 들어, 도 1 등에 나타낸 대직경부 환형 홈(71)의 형상과 소직경부 환형 홈(72)의 형상은, 상이해도 된다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 바와 같이, 둘레 방향에서 본 단면에 있어서의 대직경부 환형 홈(71)의 내부의 형상이 직사각 형상인 구성과, 도 8에 나타낸 바와 같이, 소직경부 환형 홈(72)이 호형부(472d)를 구비하는 구성이 조합되어도 된다. 또한, 예를 들어 호형부(472d)를 구비하는 소직경부 환형 홈(72)에, 도 9에 나타낸 고압측 경사부(572e) 및 저압측 경사부(572f) 중 적어도 어느 것이 부가되어도 된다.

본 출원은, 2016년 5월 31일 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2016-109199호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.

1 : 회전 기계
10 : 정지체
20 : 회전체
25 : 간극
30, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930, 1030, 1130 : 래비린스 시일
40 : 단차부
41 : 직경 확대 단차부(고압측 단차부, 저압측 단차부)
42, 542 : 직경 축소 단차부(고압측 단차부, 저압측 단차부)
50 : 핀
51 : 제1 핀
52 : 제2 핀(저압측 핀, 대직경부측 핀, 소직경부측 핀)
53 : 제3 핀(저압측 핀, 대직경부측 핀, 소직경부측 핀)
70 : 환형 홈
71 : 대직경부 환형 홈
72 : 소직경부 환형 홈
471d, 472d : 호형부
571e, 572e : 고압측 경사부(경사부)
571f, 572f : 저압측 경사부(경사부)
X : 축 방향
X1 : 고압측
X2 : 저압측
Y : 직경 방향
Y1 : 직경 방향 외측
Y2 : 직경 방향 내측

Claims

정지체와,
상기 정지체보다 직경 방향 내측에 마련되고, 회전축 주위로 회전하는 회전체와,
상기 정지체의 내주부와 상기 회전체의 외주부 사이에 형성되고, 고압측으로부터 저압측으로 축 방향으로 유체가 흐르도록 구성되는 간극을 구비하는 회전 기계에 마련되는 래비린스 시일이며,
상기 회전체의 외주부에 형성되는 단차부와,
상기 정지체의 내주부로부터 직경 방향 내측으로 연장되는 핀과,
상기 회전체의 외주부에 형성되는 환형 홈
을 구비하고,
상기 단차부는,
고압측의 직경보다 저압측의 직경이 커지도록 구성되는 직경 확대 단차부와,
고압측의 직경보다 저압측의 직경이 작아지도록 구성되는 직경 축소 단차부
를 구비하고,
상기 직경 확대 단차부 및 상기 직경 축소 단차부 중 고압측에 배치되는 쪽을 고압측 단차부라고 하고, 저압측에 배치되는 쪽을 저압측 단차부라고 하고,
상기 핀은,
상기 고압측 단차부보다 고압측에 배치되는 제1 핀과,
상기 고압측 단차부보다 저압측이면서 상기 저압측 단차부보다 고압측에 배치되는 제2 핀과,
상기 저압측 단차부보다 저압측에 배치되는 제3 핀
을 구비하고,
상기 환형 홈은, 상기 고압측 단차부보다 저압측이면서 상기 제3 핀보다 고압측인 영역의 적어도 일부에 배치되고,
상기 직경 확대 단차부보다 저압측의 상기 핀 중 상기 직경 확대 단차부에 가장 가까운 것을 대직경부측 핀이라고 하였을 때,
상기 환형 홈은, 상기 직경 확대 단차부보다 저압측이면서 상기 대직경부측 핀보다 고압측인 영역의 적어도 일부에 배치되는 대직경부 환형 홈을 구비하고,
상기 직경 확대 단차부와, 상기 대직경부 환형 홈의 직경 방향 외측 단부 또한 저압측 단부의 축 방향에 있어서의 거리를 La,
상기 직경 확대 단차부와, 상기 대직경부측 핀의 선단부 또한 고압측 단부의 축 방향에 있어서의 거리를 Ga,
상기 대직경부측 핀의 선단부에서의 축 방향의 폭을 Ta
라고 하였을 때, 0.6＜La/Ga＜1.1＋Ta/Ga를 만족시키고,
상기 직경 확대 단차부의 직경 방향에 있어서의 폭을 Ha,
상기 대직경부 환형 홈의 직경 방향에 있어서의 폭을 Da,
라고 하였을 때, 0.6＜Da/Ha를 만족시키는,
래비린스 시일.
제1항에 있어서,
상기 환형 홈보다 저압측의 상기 핀 중 상기 환형 홈에 가장 가까운 것을 저압측 핀이라고 하였을 때,
상기 저압측 핀의 선단부는, 상기 저압측 핀의 기단부보다 고압측에 배치되는,
래비린스 시일.
제1항에 있어서,
회전체 둘레 방향에서 본 상기 환형 홈의 저부의 단면은, 직경 방향 내측으로 돌출되는 호형인,
래비린스 시일.
제1항에 있어서,
상기 환형 홈은, 상기 환형 홈의 고압측 부분 및 저압측 부분 중 적어도 어느 쪽에 마련되는 경사부를 구비하고,
상기 경사부의 직경 방향 내측 단부는, 상기 경사부의 직경 방향 외측 단부보다 상기 환형 홈의 축 방향 중심측에 배치되는,
래비린스 시일.
제1항에 있어서,
상기 직경 축소 단차부보다 저압측의 상기 핀 중 상기 직경 축소 단차부에 가장 가까운 것을 소직경부측 핀이라고 하였을 때,
상기 환형 홈은, 상기 직경 축소 단차부보다 저압측이면서 상기 소직경부측 핀보다 고압측인 영역의 적어도 일부에 배치되는 소직경부 환형 홈을 구비하는,
래비린스 시일.
제5항에 있어서,
상기 소직경부 환형 홈은, 상기 직경 축소 단차부의 위치로부터 저압측으로 형성되는,
래비린스 시일.
제5항에 있어서,
상기 직경 축소 단차부와, 상기 소직경부측 핀의 선단부의 축 방향에 있어서의 거리를 Gb,
상기 직경 축소 단차부와, 상기 소직경부 환형 홈의 직경 방향 외측 단부 또한 저압측 단부의 축 방향에 있어서의 거리를 Lb
라고 하였을 때, 0.78＜Gb/Lb＜1.22를 만족시키는,
래비린스 시일.
제1항에 있어서,
상기 직경 확대 단차부는, 상기 고압측 단차부이고,
상기 직경 축소 단차부는, 상기 저압측 단차부인,
래비린스 시일.
제1항에 있어서,
상기 직경 축소 단차부는, 상기 고압측 단차부이고,
상기 직경 확대 단차부는, 상기 저압측 단차부인,
래비린스 시일.
제1항에 있어서,
상기 직경 확대 단차부, 상기 직경 축소 단차부, 상기 핀 및 상기 환형 홈을 구비하는 구조는, 축 방향으로 배열되어 복수 배치되는,
래비린스 시일.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 직경 축소 단차부보다 저압측의 상기 핀 중 상기 직경 축소 단차부에 가장 가까운 것을 소직경부측 핀이라고 하였을 때,
상기 환형 홈은, 상기 직경 축소 단차부보다 저압측이면서 상기 소직경부측 핀보다 고압측인 영역의 적어도 일부에 배치되는 소직경부 환형 홈을 구비하는,
래비린스 시일.
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