WO2012001995A1 - シール装置及びこれを備えた流体機械 - Google Patents

シール装置及びこれを備えた流体機械 Download PDF

Info

Publication number
WO2012001995A1
WO2012001995A1 PCT/JP2011/051189 JP2011051189W WO2012001995A1 WO 2012001995 A1 WO2012001995 A1 WO 2012001995A1 JP 2011051189 W JP2011051189 W JP 2011051189W WO 2012001995 A1 WO2012001995 A1 WO 2012001995A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
swirl
outer peripheral
sealing device
rotating body
pressure side
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/051189
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝昌 平井
勝也 山下
Original Assignee
三菱重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工業株式会社 filed Critical 三菱重工業株式会社
Publication of WO2012001995A1 publication Critical patent/WO2012001995A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/162—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of a centrifugal flow wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/165—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/167—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps of a centrifugal flow wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/44—Free-space packings

Definitions

  • the present invention relates to a sealing device and a fluid machine including the same.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-146512 filed in Japan on June 28, 2010, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a seal portion that seals a radial gap formed between the casing and the rotating body is provided. It has been.
  • an impeller outer peripheral portion in the vicinity of an impeller inlet of each stage that is, an outer peripheral surface of a shroud disk, is composed of a rotating body provided in a plurality of stages in the axial direction and a housing that accommodates the rotating body.
  • a labyrinth seal is provided in a radial gap between the housing and the inner periphery of the housing (for example, see Patent Document 1 below).
  • the seal excitation force acting on the shaft vibration increases with the high pressure and high performance of the fluid machine, and the shaft system instability problem tends to become remarkable.
  • This excitation force is greatly influenced by a swirling flow (swirl) having a circumferential velocity component flowing along the outer periphery of the rotating body. That is, as a result of the swirling flow flowing into the seal portion, the natural frequency of the shaft system is excited, and the shaft vibration increases.
  • a sealing device in which a plurality of swirl breakers extending radially inward are provided on the high-pressure side of the labyrinth seal with an interval in the circumferential direction (for example, See Patent Document 2 below).
  • the fluid is decelerated to prevent an increase in vibration.
  • guide vanes are attached to a baffle plate attached to a swirl breaker along the flow direction of the swirl flow.
  • the tip of the swirl breaker is arranged with a slight gap from the rotating body. Therefore, the swirl flow can be interrupted in the range where the swirl breaker exists in the radial direction of the rotating body, while the swirling flow flows between the tip of the swirl breaker and the rotating body. As a result of the swirling flow reaching the seal portion, a seal excitation force acting on the shaft vibration is generated, and there is a problem that a sufficient vibration suppressing effect cannot be obtained.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a sealing device and a fluid machine that can stably obtain a vibration suppressing effect with a simple configuration.
  • the sealing device seals the radial gap of the rotating body formed between the casing and the outer peripheral surface of the rotating body that is rotatably disposed inside the casing so as to reduce the pressure from the high pressure side.
  • a seal portion that suppresses fluid flowing toward the side, and a fluid that extends from the casing toward the outer peripheral surface and flows through the gap in the circumferential direction of the rotating body on the high-pressure side of the seal portion A swirl breaker is provided, and a guide member for guiding the fluid outward in the radial direction is provided on the outer peripheral surface of the rotating body on the high pressure side of the swirl breaker.
  • the guide member guides the circumferential flow of the fluid along the outer peripheral surface of the rotating body, that is, the swirling flow to the outside in the radial direction, so that the swirl breaker, the rotating body, The swirling flow can be prevented from flowing in between.
  • the guide member may include a guide surface that gradually inclines toward the outside in the radial direction from the high pressure side toward the low pressure side.
  • the circumferential dimension of the guide member may be set larger than the circumferential dimension of the swirl breaker.
  • the swirl flow can be more effectively guided radially outward on the high pressure side of the swirl breaker.
  • the guide member may be formed in a ring shape extending over the entire circumferential direction.
  • a plurality of the guide members may be provided at intervals in the circumferential direction.
  • the guide member can effectively guide the swirl flow radially outward, and the guide member can be easily installed as compared with the case where the guide member has a ring shape. Therefore, productivity can be improved.
  • a plurality of the sealing portions are provided in the axial direction of the rotating body, the swirl breakers are provided on the high pressure sides of the sealing portions, respectively, and further, the high pressure sides of the swirl breakers are respectively provided.
  • the guide member may be provided.
  • the swirl flow generated on the low pressure side of the swirl breaker arranged on the highest pressure side is obtained by arranging a plurality of sets of seal parts, swirl breakers and guide members from the high pressure side to the low pressure side. It can suppress effectively and can obtain the stable vibration suppression effect as the whole shaft system.
  • a fluid machine includes a casing and a rotating body that is rotatably disposed in the casing, and the fluid machine in which the fluid flows in the casing includes any one of the above-described sealing devices.
  • the sealing device is provided.
  • the outer peripheral surface of the rotating body may be an outer peripheral surface of an impeller shroud.
  • the outer peripheral surface of the rotating body may be the outer peripheral surface of a balance piston.
  • vibration based on the swirling flow in the sealing device between the outer peripheral surface of the balance piston and the casing can be suppressed.
  • the swirling flow is prevented from flowing between the swirl breaker and the rotating body by guiding the swirling flow radially outward by the guide member. Can do. Thereby, it becomes possible to obtain the vibration suppression effect stably.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is an enlarged view of the sealing device in FIG. It is a schematic block diagram of the compressor provided with the sealing device which concerns on 2nd embodiment. It is an enlarged view of the sealing device in FIG. It is a principal part enlarged view of the compressor provided with the sealing device which concerns on 3rd embodiment. It is a figure explaining the example which applied the sealing device to the steam turbine.
  • FIGS. 1 to 3 An example in which the sealing device 1 is applied to a gap S between a shroud 17 of an impeller 14 and a casing 11 in a compressor (fluid machine) 10 is shown.
  • the compressor 10 includes a casing 11 and a rotating body 12 having a rotor shaft 13 and an impeller 14.
  • the casing 11 has a cylindrical shape that forms the appearance of the compressor 10, and a rotor shaft 13 is disposed inside the casing 11 so as to penetrate the center.
  • a rotor shaft 13 is disposed inside the casing 11 so as to penetrate the center.
  • radial bearings (not shown) and thrust bearings (not shown) are arranged on both sides of the casing 11.
  • the rotor shaft 13 is supported by the radial bearing and the thrust bearing, so that the rotating body 12 can rotate around the axis O.
  • the impeller 14 is a so-called closed impeller, and includes a hub 15, a plurality of blades 16, and a shroud 17.
  • the hub 15 is a cylindrical disk member, and is integrally fixed to the rotor shaft 13 so that the rotor shaft 13 penetrates coaxially.
  • the hub 15 has a shape that gradually increases in diameter from one side in the axis O direction (left side in FIG. 1) toward the other side in the axis O direction (right side in FIG. 1).
  • the blade 16 is a curved blade-like part, and extends from the outer peripheral surface 15a of the hub 15 toward the outer side of the axis O radial direction (hereinafter simply referred to as the radial direction), and is arranged along the outer peripheral surface 15a. Yes.
  • a plurality of blades 16 are provided in the circumferential direction of the axis O (hereinafter simply referred to as the circumferential direction).
  • the shroud 17 is a part formed in a cylindrical shape so as to cover the outer peripheral surface 15 a of the hub 15, and is connected to the outer peripheral side in the radial direction of each blade 16.
  • the outer peripheral surface 18 of the shroud 17 has a shape that gradually increases in diameter from one side in the direction of the axis O toward the other side.
  • a space defined between the hub 15, the shroud 17, and the blade 16 serves as a fluid flow path.
  • a portion opening toward the axis O direction on one side of the axis O direction is a gas inflow portion 14a, and a portion opening toward the radial direction on the other side of the axis O direction is a gas outflow portion 14b.
  • the casing 11 is provided with a suction port (not shown) for sucking fluid from the outside.
  • the fluid sucked into the suction port is changed in the direction of the axis O by passing through the suction flow path 11a and is introduced into the gas inflow portion 14a of the impeller 14.
  • the compressed fluid flowing out from the gas outflow portion 14 b is led out radially outward through the diffuser portion 11 b provided in the casing 11.
  • a gap S is formed between the shroud facing surface 11 c and the outer peripheral surface 18 of the shroud 17.
  • the gas outflow portion 14b side has a higher pressure than the gas inflow portion 14a side. Accordingly, in the gap S, fluid flows from the impeller 14 outlet side (gas outflow portion 14b side), which is the high pressure side, toward the impeller 14 inlet side (gas inflow portion 14a side), which is the low pressure side. And the sealing apparatus 1 of this embodiment is used in order to seal the clearance gap S through which the fluid distribute
  • the sealing device 1 is provided on one side of the gap S in the direction of the axis O, that is, on the low pressure side of the gap S, and includes a labyrinth seal (seal part) 2, a swirl breaker 3, and a swirl guide fin ( Guide member) 4.
  • the labyrinth seal 2 is configured by a plurality of annular fins 2a extending inward in the radial direction from the shroud facing surface 11c in the casing 11 in the axis O direction. Thereby, the labyrinth seal 2 seals the gap S and prevents the fluid from leaking from the other side in the axis O direction to the one side, that is, from the high pressure side to the low pressure side. Yes.
  • the swirl breaker 3 is a plate-like member that extends radially inward from the shroud facing surface 11c on the other side in the axis O direction of the labyrinth seal 2, that is, on the high pressure side, and is spaced apart in the circumferential direction of the axis O. There are a plurality of open spaces.
  • the swirl breaker 3 extends toward the outer peripheral surface 18 of the shroud 17, like the annular fin 2 a of the labyrinth seal 2.
  • the swirl guide fin 4 is provided on the outer peripheral surface 18 of the shroud 17 on the other side in the axis O direction of the swirl breaker 3, that is, on the high pressure side.
  • the swirl guide fin 4 is formed in a ring shape with the axis O as the center, and is integrally fixed to the outer peripheral surface 18 so as to extend over the entire outer peripheral surface 18 of the shroud 17.
  • the swirl guide fin 4 has a substantially triangular shape in a cross section including the axis O, and the guide surface 4 a facing the radially outer side of the swirl guide fin 4 is continuous with the outer peripheral surface 18, and the axis line
  • the diameter gradually increases toward the one side (low pressure side) in the O direction.
  • the guide surface 4 a is formed in a ring shape around the axis O according to the shape of the swirl guide fin 4.
  • the tip end of the guide surface 4a in the swirl guide fin 4 that is, the end portion located on the outermost radial direction side of the guide surface 4a reaches the outer side in the radial direction with respect to the tip end 3a of the swirl breaker 3.
  • the tip 3 a of the swirl breaker 3 enters a state radially inward from the tip of the guide surface 4 a in the swirl guide fin 4. That is, when the swirl breaker 3 is viewed from the direction of the axis O, the swirl breaker 3 and the swirl guide fin 4 overlap each other in the direction of the axis O.
  • the radial distance between the tip 3a of the swirl breaker 3 and the outer peripheral surface 18 and the distance in the direction of the axis O between the swirl breaker 3 and the swirl guide fin 4 are formed to be narrow so as to prevent the inflow of the swirl flow C described later. Is done.
  • the swirl guide fin 4 is provided on the high pressure side of the swirl breaker 3, the swirl flow C is guided radially outward by the guide surface 4a of the swirl guide fin 4. Accordingly, the swirl flow C can be guided toward the swirl breaker 3 so as to be separated from the outer peripheral surface 18, and the swirl flow C is prevented from flowing between the swirl breaker 3 and the outer peripheral surface 18. can do. Therefore, since it is possible to prevent the swirling flow C from reaching the labyrinth seal 2, the natural frequency of the shaft system is not excited, and the impeller 14 is stably rotated without vibration. It becomes possible.
  • the tip of the swirl guide fin 4 is positioned radially outside the tip 3a of the swirl breaker 3, so that the tip of the swirl guide fin 4 and the tip 3a of the swirl breaker 3 have a diameter. Separated in direction. Thereby, since the swirl flow C becomes difficult to reach the tip 3a of the swirl breaker 3, it is possible to further suppress the swirl flow C from flowing between the swirl breaker 3 and the outer peripheral surface 18.
  • the swirl guide fin 4 is formed in a ring shape centering on the axis O, the guide surface 4a of the swirl guide fin 4 exists over the entire outer circumferential surface 18 of the shroud 17 in the circumferential direction. ing. As a result, since all of the swirl flow C flowing along the outer peripheral surface 18 can be guided to the swirl breaker 3, the swirl flow C flows between the tip 3a of the swirl breaker 3 and the outer peripheral surface 18. It can prevent more reliably.
  • the sealing device 1 can be realized only by arranging the swirl guide fin 4 on the outer peripheral surface 18 of the shroud 17 that is relatively easy to change in design. it can. Therefore, it is possible to suppress the swirling flow C from flowing between the swirl breaker 3 and the outer peripheral surface 18 without making a major design change.
  • the sealing device 1 is applied to a gap S between a balance piston 29 and a casing 28 in a so-called back-to-back compressor (fluid machine) 20 is shown.
  • the compressor 20 of the present embodiment includes a rotor shaft 21, a low pressure section 22, a high pressure section 25, a balance piston (rotary body) 29, and a casing 28.
  • the rotor shaft 21 is rotatable about the axis O by supporting both ends of the rotor shaft 21 with a radial bearing (not shown) and a thrust bearing (not shown), for example.
  • the low pressure section 22 includes a low pressure side impeller 23 and a gas flow path 24 dug in the casing 28.
  • the low-pressure side impeller 23 has a gas passage defined by a hub, blades, and a shroud.
  • the gas passage has a rotor shaft 21 side as a gas inlet 23a and a side away from the rotor shaft 21 has a gas outlet 23b.
  • the low pressure side impeller 23 is arranged in a state where the gas inlet 23a is directed to one side of the axis O (left side in FIG. 4).
  • the gas flow path 24 includes a low pressure suction path 24a connecting a gas source (not shown) and a gas inlet 23a of the low pressure side impeller 23, and a low pressure discharge path 24b communicating from the gas outlet 23b of the low pressure side impeller 23 to the outside of the system. Yes.
  • the high pressure section 25 includes a high pressure side impeller 26 and a gas flow path 27 dug in the casing 28.
  • the high-pressure side impeller 26 has a gas passage defined by a hub, blades, and a shroud.
  • the gas passage 26 has a gas inlet 26a on the rotor shaft 21 side and a gas outlet 26b on the side away from the rotor shaft 21. Has been.
  • the high pressure side impeller 26 is arranged with the gas inlet 26a facing the other side of the axis O (the right side in FIG. 4).
  • the low-pressure side impeller 23 of the low-pressure section 22 and the high-pressure side impeller 26 of the high-pressure section 25 are disposed so as to face each other, and the compressor 20 disposed in this way is configured to be back-to-back (Back To Back). Back) type.
  • the gas flow path 27 includes a high-pressure suction path 27a that communicates gas introduced from the low-pressure discharge path 24b via a device such as an external intercooler to the gas inlet 26a of the high-pressure side impeller 26, and the high-pressure side impeller. And a high-pressure discharge passage 27b communicating from the gas outlet 26b to the outside of the system.
  • the balance piston 29 is provided between the low pressure section 22 and the high pressure section 25.
  • the balance piston 29 has a substantially cylindrical shape, and is fixed integrally with the rotor shaft 21 by being fitted on the outer peripheral side of the rotor shaft 21.
  • This balance piston 29 adjusts the load balance in the axis O direction of the rotor shaft 21 by resisting a load toward one side in the axis O direction caused by the pressure difference between the low pressure side impeller 23 and the high pressure side impeller 26.
  • the outer peripheral surface 30 of the balance piston 29 is a cylindrical surface centered on the axis O.
  • the surface of the casing 28 facing the outer peripheral surface 30 of the balance piston 29 is a piston facing surface 28a.
  • a gap S is formed between the outer peripheral surface 30 of the balance piston 29 and the piston facing surface 28 a of the casing 28.
  • the sealing device 1 is used to seal the gap S through which the fluid flows in this way.
  • the sealing device 1 of the second embodiment includes a labyrinth seal (seal part) 2, a swirl breaker 3, and a swirl guide fin (guide member) 4.
  • the labyrinth seal 2 is configured by a plurality of annular fins 2 a extending inward in the radial direction from the piston facing surface 28 a in the casing 28 in the axis O direction. Thereby, the labyrinth seal 2 seals the gap S and prevents the fluid from leaking from the other side in the axis O direction to the one side, that is, from the high pressure side to the low pressure side. Yes.
  • the swirl breaker 3 extends radially inward from the piston facing surface 28a, that is, toward the outer peripheral surface 18 of the shroud 17, on the other side in the axis O direction of the labyrinth seal 2, that is, on the high pressure side. A plurality are provided at intervals in the O circumferential direction.
  • the swirl guide fin 4 is provided on the outer peripheral surface 30 of the balance piston 29 on the other side in the axis O direction of the swirl breaker 3, that is, on the high pressure side.
  • the swirl guide fin 4 is formed in a ring shape with the axis O as the center, and is integrally fixed to the outer peripheral surface 30 so as to extend over the entire outer peripheral surface 30 of the balance piston 29.
  • the swirl guide fin 4 has a substantially triangular shape in a cross section including the axis O, and the guide surface 4a facing outward in the radial direction of the swirl guide fin 4 is directed to one side (low pressure side) in the axis O direction.
  • the diameter gradually increases according to
  • the guide surface 4 a is formed in a ring shape around the axis O according to the shape of the swirl guide fin 4.
  • the tip end of the guide surface 4a in the swirl guide fin 4 that is, the end portion located on the outermost radial direction side of the guide surface 4a is radially outward from the tip end 3a of the swirl breaker 3 as in the first embodiment.
  • the tip 3 a of the swirl breaker 3 enters a state radially inward from the tip of the guide surface 4 a in the swirl guide fin 4. That is, when the swirl breaker 3 is viewed from the direction of the axis O, the swirl breaker 3 and the swirl guide fin 4 overlap each other in the direction of the axis O.
  • the swirl guide fin 4 is provided on the high pressure side of the swirl breaker 3 as in the first embodiment, and therefore the swirl flow C is guided to the swirl guide fin 4. Guided radially outward by the surface 4a.
  • the swirl flow C can be guided toward the swirl breaker 3 so as to be separated from the outer peripheral surface 30 of the balance piston 29, and the swirl flow C flows between the swirl breaker 3 and the outer peripheral surface 18. Can be suppressed. Accordingly, since the swirling flow C can be prevented from reaching the labyrinth seal 2, the natural frequency of the shaft system is not excited, and the balance piston 29 is stably rotated without vibration. It becomes possible to make it.
  • the sealing device 40 of the third embodiment is disposed in the gap S between the balance piston 29 and the casing 28 in the compressor 20 as in the second embodiment.
  • the sealing device 1 according to the second embodiment has a configuration in which the single labyrinth seal 2, the swirl breaker 3, and the swirl guide fin 4 are arranged.
  • two labyrinth seals 2 (2A, 2B), swirl breakers 3 (3A, 3B) and swirl guide fins 4 (4A, 4B) are provided. That is, the labyrinth seal 2, the swirl breaker 3, and the swirl guide fin 4 are set as one set, and two sets are provided so as to be continuous in the direction of the axis O of the gap S.
  • the sealing device 40 of the third embodiment having such a configuration, the swirl flow entering from the high pressure side of the gap S is guided to the first swirl breaker 3A by the first swirl guide fin 4A. This prevents the swirling flow C from flowing into the first labyrinth seal 2A beyond the first swirl breaker 3A.
  • the fluid is accompanied by the rotation of the balance piston 29, so that the low pressure side of the first swirl breaker 3A, that is, the first labyrinth seal 2A.
  • a swirling flow C may occur between the outer circumferential surface 30 and the outer peripheral surface 30.
  • the second swirl breaker 3B is disposed on the low pressure side of the first labyrinth seal 2A, and the second swirl guide fin 4B is disposed immediately before the second swirl breaker 3B. Therefore, the swirl flow C can be guided to the second swirl breaker 3B by the second swirl guide fin 4B.
  • the labyrinth seal 2, the swirl breaker 3 and the swirl guide fin 4 are arranged in a plurality from the high pressure side to the low pressure side, so that the low pressure side of the swirl breaker 3 arranged on the highest pressure side is arranged. It is possible to effectively suppress the swirling flow generated in Therefore, even if the gap S in which the sealing device 40 is provided is formed long in the direction of the axis O, it is possible to effectively suppress the swirling flow C and obtain a stable vibration suppressing effect as the entire shaft system. .
  • the swirl guide fins 4 are ring-shaped extending over the entire circumferential direction, but the present invention is not limited to this.
  • the plurality of swirl guide fins 4 are spaced apart in the circumferential direction.
  • An arranged configuration may be used. This also allows the swirl flow C to be guided to the swirl breaker 3 as in the embodiment.
  • the productivity can be improved.
  • the circumferential dimension of the swirl guide fin 4 is set larger than the circumferential dimension of the swirl breaker 3. Thereby, the swirl flow C can be effectively guided to the swirl breaker 3.
  • a plurality of labyrinth seals 2, swirl breakers 3, and swirl guide fins 4 are provided, respectively, as in the third embodiment. Also good.
  • the labyrinth seal 2 may be provided on the rotating body side, that is, on the shroud 17 or the balance piston 29.
  • the sealing device 1 may be applied to a steam turbine.
  • a nozzle is incorporated in a partition plate 56 fixed to a casing 55, and a rotor shaft (rotary body) 51 is generated by a thrust force when steam passing through the nozzle passes through a moving blade. It is set as the structure which rotates.
  • a labyrinth seal 2 is provided between the casing 55 and the rotor shaft 51, and the swirl induction fin 4 is provided on the high pressure side of the labyrinth seal 2, that is, on the other side of the axis O (left side in FIG. 7). Is provided.
  • a swirl breaker 3 is provided between the labyrinth seal 2 and the swirl guide fin 4 so as to extend from the casing 55 toward the rotor shaft 51.
  • a sealing device 40 including a plurality of labyrinth seals 2, swirl breakers 3, and swirl guide fins 4 may be applied as in the third embodiment.
  • sealing devices 1 and 40 may be applied not only to the compressor and the steam turbine but also to other fluid machines such as a gas turbine, a water turbine, a refrigerator, and a pump.
  • a vibration suppressing effect can be stably obtained with a simple configuration.
  • Sealing device 2 Labyrinth seal (seal part) 2A Labyrinth seal (seal part) 2B Labyrinth seal (seal part) 2a annular fin 3 swirl breaker 3A swirl breaker 3B swirl breaker 3a tip 4 swirl guiding fin 4A swirl guiding fin 4B swirl guiding fin 4a guide surface 10 compressor 11 casing 11c shroud facing surface 12 rotor 13 rotor shaft 14 impeller 17 shroud 18 outer periphery Surface 20 Compressor 21 Rotor shaft 28 Casing 28a Piston facing surface 29 Balance piston 30 Outer peripheral surface 40 Sealing device 50 Steam turbine 51 Rotor shaft (rotating body) 55 casing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

　本発明のシール装置は、ケーシングと該ケーシング内部に回転可能に配された回転体の外周面との間に形成される該回転体の径方向の隙間を封止して、高圧側から低圧側に向かって流通する流体を抑制するシール部と、該シール部の高圧側において、前記ケーシングから前記外周面に向かって延出し、前記隙間を前記回転体の周方向に流通する流体を抑制するスワールブレーカとを備え、前記スワールブレーカの高圧側における前記回転体の外周面に、前記流体を前記径方向外側へと案内する案内部材が設けられている。

Description

シール装置及びこれを備えた流体機械
　本発明は、シール装置及びこれを備えた流体機械に関するものである。
　本願は、２０１０年０６月２８日に日本出願された特願２０１０－１４６５１２に基づいて優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　周知のように、ケーシング及びこのケーシング内に回転可能に配された回転体を備えた流体機械においては、ケーシングと回転体との間に形成される径方向の隙間を封止するシール部が備えられている。一例として、多段遠心圧縮機では、軸線方向に複数段設けられた回転体とこの回転体を収容するハウジングとから概略構成され、各段のインペラ入口付近におけるインペラ外周部、即ちシュラウドディスクの外周面とハウジング内周部との間の径方向の隙間にラビリンスシールが設けられている（例えば、下記特許文献１参照）。
　上記のような流体機械においては、該流体機械の高圧・高性能化に伴って軸振動に作用するシール励振力が増大して、軸系不安定問題が顕著になる傾向がある。この励振力は、回転体の外周に沿って流通する周方向の速度成分を有する旋回流（スワール）の影響が大きい。即ち、該旋回流がシール部に流入した結果、軸系の固有振動数が励起されることによって、軸振動が増大してしまう。
　この旋回流による振動を抑制する手段として、ラビリンスシールの高圧側に、径方向内側に向かって延出するスワールブレーカを周方向に間隔を空けて複数設けたシール装置が知られている（例えば、下記特許文献２参照）。スワールブレーカで周方向に流通する流体（旋回流）を遮ることにより、該流体を減速させて振動の増大を阻止する。このシール装置においては、スワールブレーカに取り付けたバッフル板に、旋回流の流通方向に沿って案内羽根が装着されている。この案内羽によって旋回流を案内することで、該旋回流がラビリンスシールに侵入することを回避している。
特開２００８－３０３７６７号公報 特許第３４９２１０１号公報
　スワールブレーカと回転体との摩擦による回転損失の発生を防止するため、該スワールブレーカの先端は、回転体に対して僅かに間隔をあけて配置されている。したがって、回転体の径方向におけるスワールブレーカの存在範囲においては旋回流を遮断することができる一方、スワールブレーカの先端と回転体との間には旋回流が流入する。この旋回流がシール部に到達する結果、軸振動に作用するシール励振力が発生してしまい、十分な振動抑制効果を得られないという問題があった。
　本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、簡易な構成で振動抑制効果を安定的に得ることができるシール装置及び流体機械を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
　本発明に係るシール装置は、ケーシングと該ケーシング内部に回転可能に配された回転体の外周面との間に形成される該回転体の径方向の隙間を封止して、高圧側から低圧側に向かって流通する流体を抑制するシール部と、該シール部の高圧側において、前記ケーシングから前記外周面に向かって延出し、前記隙間を前記回転体の周方向に流通する流体を抑制するスワールブレーカとを備え、前記スワールブレーカの高圧側における前記回転体の外周面に、前記流体を前記径方向外側へと案内する案内部材が設けられている。
　このような特徴のシール装置によれば、案内部材によって回転体の外周面に沿った流体の周方向の流れ、即ち、旋回流を径方向外側へと案内することによって、スワールブレーカと回転体との間に旋回流が流入してしまうことを抑制することができる。
　前記案内部材が、高圧側から低圧側に向かうに従って漸次前記径方向外側に向かって傾斜する案内面を備えていてもよい。
　この場合、旋回流をスワールブレーカに向かって案内することができるため、該スワールブレーカと回転体との間に旋回流が流入してしまうことをより効果的に抑制することができる。
　前記案内部材の前記周方向の寸法が、前記スワールブレーカの前記周方向の寸法よりも大きく設定されていてもよい。
　この場合、スワールブレーカの高圧側において、より有効に旋回流を径方向外側へと案内することができる。
　前記案内部材が、前記周方向全域にわたって延在するリング状に形成されていてもよい。
　これによってスワールブレーカの高圧側において、周方向全域にわたって旋回流を確実に径方向外側に案内することができる。したがって、スワールブレーカと回転体との間に旋回流が流入してしまうことを確実に防止することができる。
　本発明に係るシール装置においては、前記案内部材が前記周方向に間隔をあけて複数設けられていてもよい。
　この場合、当該案内部材によって旋回流を有効に径方向外側に案内することができ、さらに、案内部材をリング状とした場合に比べて、当該案内部材を容易に設置することができる。したがって、生産性の向上を図ることができる。
　本発明に係るシール装置は、前記シール部が前記回転体の軸線方向に複数設けられるとともに、各前記シール部の高圧側にそれぞれ前記スワールブレーカが設けられ、さらに、これらスワールブレーカの高圧側にそれぞれ前記案内部材が設けられていてもよい。
　ここで、スワールブレーカによって旋回流を抑制したとしても、回転体の回転に流体が連れ回ることで該スワールブレーカの低圧側において再度旋回流が発生することがある。
　これに対し、シール部、スワールブレーカ及び案内部材を、高圧側から低圧側に向かって複数組配置した構成とすることにより、最も高圧側に配置されたスワールブレーカの低圧側に発生した旋回流を効果的に抑制し、軸系全体として安定した振動抑制効果を得ることができる。
　本発明に係る流体機械は、ケーシングと該ケーシングの内部に回転可能に配された回転体とを備え、前記ケーシングの内部に流体が流通する流体機械において、上記いずれかのシール装置を上記いずれかのシール装置を備えている。
　これにより、案内部材によって旋回流を径方向外側へと案内することができるため、スワールブレーカと回転体との隙間に旋回流が流入してしまうことを抑制することができる。
　前記回転体の外周面は、インペラのシュラウドの外周面であってもよい。
　この場合、インペラ入口付近におけるインペラ外周部、即ち、インペラのシュラウドディスクの外周面とケーシングとの間のシール装置における、旋回流に基づく振動を抑制することができる。また、特に、インペラのシュラウドディスクの外周面は設計変更を容易に施すことができるため、本発明のシール装置を容易に適用することができる。
　前記回転体の外周面は、バランスピストンの外周面であってもよい。
　この場合、バランスピストンの外周面とケーシングとの間のシール装置における、旋回流に基づく振動を抑制することができる。
　本発明のシール装置及び流体機械によれば、案内部材によって旋回流を径方向外側へと案内することによって、該スワールブレーカと回転体との間に旋回流が流入してしまうことを抑制することができる。これにより、振動抑制効果を安定的に得ることが可能となる。
第一実施形態に係るシール装置を備えた圧縮機の要部断面図である。 図１におけるＡ－Ａ線断面図である。 図１におけるシール装置の拡大図である。 第二実施形態に係るシール装置を備えた圧縮機の概略構成図である。 図４におけるシール装置の拡大図である 第三実施形態に係るシール装置を備えた圧縮機の要部拡大図である。 蒸気タービンにシール装置を適用した例を説明する図である。
（第一実施形態）
　以下、本発明の第一実施形態について図１から図３を参照して詳細に説明する。本実施形態においては、シール装置１を圧縮機（流体機械）１０におけるインペラ１４のシュラウド１７とケーシング１１との間の隙間Ｓに適用した例を示す。
　図１に示すように、圧縮機１０は、ケーシング１１と、ロータ軸１３及びインペラ１４を有する回転体１２とを備えている。
　ケーシング１１は圧縮機１０の外観形状をなす筒型のものであって、該ケーシング１１の内部にはその中心を貫くようにしてロータ軸１３が配されている。このケーシング１１の両側には、それぞれラジアル軸受（図示省略）及びスラスト軸受（図示省略）が配置されている。これらラジアル軸受及びスラスト軸受によってロータ軸１３が支持されることで回転体１２がその軸線Ｏ回りに回転可能となっている。
　インペラ１４は、いわゆるクローズドインペラと称されるものであって、ハブ１５と、複数のブレード１６と、シュラウド１７とを備えている。
　図１及び図２に示すように、ハブ１５は筒状に形成された円盤部材であり、上記ロータ軸１３が同軸状に貫通するようにして該ロータ軸１３に一体に固定されている。このハブ１５は、軸線Ｏ方向一方側（図１における左側）から該軸線Ｏ方向他方側（図１における右側）に向かうに従って漸次拡径する形状をしている。
　ブレード１６は、湾曲した羽根状の部位であり、ハブ１５の外周面１５ａから軸線Ｏ径方向（以下単に径方向と称する）外側に向けて延出し、外周面１５ａ面に沿うように配置されている。ブレード１６は、軸線Ｏ周方向（以下、単に周方向と称する）に複数設けられている。
　シュラウド１７は、ハブ１５の外周面１５ａを覆うように円筒状に形成された部位であって、各ブレード１６の径方向外周側に連結されている。このシュラウド１７の外周面１８は、軸線Ｏ方向の一方側から他方側に向かうに従って漸次拡径する形状をしている。
　このような構成のインペラ１４は、ハブ１５とシュラウド１７とブレード１６との間に画成される空間が流体の流路となっている。軸線Ｏ方向一方側において該軸線Ｏ方向に向けて開口する部分はガス流入部１４ａとされ、軸線Ｏ方向他方側において径方向に向けて開口する部分はガス流出部１４ｂとなっている。
　上記ケーシング１１には、流体を外部から吸引するための吸入口（図示省略）が設けられている。該吸入口に吸引された流体は、吸入流路１１ａを通過することで軸線Ｏ方向に向きを変えられてインペラ１４のガス流入部１４ａに導入される。一方、ガス流出部１４ｂから流出する圧縮された流体は、ケーシング１１に設けられたディフューザ部１１ｂを介して径方向外側に導出される。
　該シュラウド対向面１１ｃとシュラウド１７の外周面１８との間には、隙間Ｓが形成されている。
　ここで、インペラ１４においては、ガス流入部１４ａから流入した流体が圧縮されてガス流出部１４ｂから流出することから、ガス流入部１４ａ側に比べてガス流出部１４ｂ側が高圧となる。したがって、上記隙間Ｓにおいては、高圧側とされたインペラ１４出口側（ガス流出部１４ｂ側）から、低圧側とされたインペラ１４入口側（ガス流入部１４ａ側）に向かって流体が流通する。そして、本実施形態のシール装置１は、このように流体が流通する隙間Ｓをシールするために用いられている。
　以下、図３を参照して、シール装置１について説明する。このシール装置１は、上記隙間Ｓにおける軸線Ｏ方向一方側、即ち、該隙間Ｓにおける低圧側の領域に設けられており、ラビリンスシール（シール部）２と、スワールブレーカ３と、スワール誘導フィン（案内部材）４とを備えている。
　ラビリンスシール２は、ケーシング１１におけるシュラウド対向面１１ｃから径方向内側に向かって延出する環状フィン２ａが、軸線Ｏ方向に複数連設されることで構成されている。これにより、ラビリンスシール２は、隙間Ｓを封止して、当該隙間Ｓ内を軸線Ｏ方向他方側から一方側に、即ち、高圧側から低圧側に流体が漏出してしまうことを防止している。
　スワールブレーカ３は、ラビリンスシール２の軸線Ｏ方向他方側、即ち、高圧側において、シュラウド対向面１１ｃから径方向内側に向かって延出する板状の部材であって、軸線Ｏ周方向に間隔をあけて複数設けられている。このスワールブレーカ３は、ラビリンスシール２の環状フィン２ａ同様、シュラウド１７の外周面１８に向かって延出している。
　スワール誘導フィン４は、スワールブレーカ３の軸線Ｏ方向他方側、即ち、高圧側においてシュラウド１７の外周面１８に設けられている。本実施形態において、このスワール誘導フィン４は、軸線Ｏを中心としたリング状に形成されており、シュラウド１７の外周面１８全周にわたって延在するように、該外周面１８に一体に固定されている。また、このスワール誘導フィン４は、軸線Ｏを含む断面において略三角形形状をなしており、該スワール誘導フィン４における径方向外側を向く案内面４ａは、外周面１８に連続するようにして、軸線Ｏ方向一方側（低圧側）に向かうに従って漸次拡径する。この案内面４ａは、スワール誘導フィン４の形状にしたがって、軸線Ｏを中心としたリング状に形成されている。
　このスワール誘導フィン４における案内面４ａの先端、即ち、案内面４ａの最も径方向外側に位置する端部は、スワールブレーカ３の先端３ａよりも径方向外側に達していることが好ましい。この場合、スワールブレーカ３を軸線Ｏ方向から見た際には、スワールブレーカ３の先端３ａがスワール誘導フィン４における案内面４ａの先端よりも径方向内側に向かって入り込んだ状態となる。即ち、スワールブレーカ３を軸線Ｏ方向から見た際に、スワールブレーカ３とスワール誘導フィン４とが軸線Ｏ方向に互いに重なることになる。
　スワールブレーカ３の先端３ａと外周面１８との径方向の間隔、及び、スワールブレーカ３とスワール誘導フィン４との軸線Ｏ方向の間隔は、後述する旋回流Ｃの流入を防止すべく狭小に形成される。
　次に、シール装置１の作用について説明する。ロータ軸１３が回転すると、インペラ１４におけるシュラウド１７の外周面１８周囲の流体には、回転体１２から回転接線方向にせん断力が作用し、このせん断力の作用によって周方向の速度成分を有する旋回流Ｃが発生する。この旋回流Ｃが、隙間Ｓの軸線Ｏ方向両側の圧力差によって、高圧側から低圧側に向かって、即ち、シュラウド１７の外周面１８に沿って軸線Ｏ方向他方側から一方側に向かって流通する。
　ここで、本実施形態においては、スワールブレーカ３の高圧側にスワール誘導フィン４が設けられているため、旋回流Ｃが当該スワール誘導フィン４の案内面４ａによって径方向外側へと案内される。これにより、旋回流Ｃを外周面１８から離間させるようにしてスワールブレーカ３に向かって誘導することができ、スワールブレーカ３と外周面１８との間に旋回流Ｃが流入してしまうことを抑制することができる。したがって、旋回流Ｃがラビリンスシール２に到達してしまうことを防止することができるため、軸系の固有振動数が励起されることはなく、インペラ１４を振動のない状態で安定的に回転させることが可能となる。
　また、本実施形態においては、スワール誘導フィン４の先端がスワールブレーカ３の先端３ａよりも径方向外側に位置しているため、該スワール誘導フィン４の先端とスワールブレーカ３の先端３ａとが径方向に隔てられている。これにより、旋回流Ｃがスワールブレーカ３の先端３ａに到達し難くなるため、該スワールブレーカ３と外周面１８との間に旋回流Ｃが流入してしまうことをより一層抑制することができる。
　さらに、本実施形態においては、スワール誘導フィン４が軸線Ｏを中心としたリング状に形成されているため、当該スワール誘導フィン４の案内面４ａはシュラウド１７の外周面１８周方向全域にわたって存在している。これにより、該外周面１８に沿って流通する旋回流Ｃの全てをスワールブレーカ３へと案内することができるため、スワールブレーカ３の先端３ａと外周面１８との間に旋回流Ｃが流れ込んでしまうことをより確実に防止することができる。
　また、本実施形態のシール装置１は、ラビリンスシール２及びスワールブレーカ３に加えて、比較的設計変更の容易なシュラウド１７の外周面１８に、スワール誘導フィン４を配置するのみで実現することができる。したがって、大きな設計変更等を施すことなく、スワールブレーカ３と外周面１８との間に旋回流Ｃが流入してしまうことを抑制することができる。
（第二実施形態）
　次に第二実施形態について図４及び図５を参照して詳細に説明する。本実施形態においては、シール装置１をいわゆるバックツーバック型の圧縮機（流体機械）２０におけるバランスピストン２９とケーシング２８との隙間Ｓに適用した例を示す。
　図４に示すように、本実施形態の圧縮機２０は、ロータ軸２１と、低圧セクション２２と、高圧セクション２５と、バランスピストン（回転体）２９と、ケーシング２８とを備えている。
　ロータ軸２１は、ケーシング２８に対して、例えばその両端がラジアル軸受（図示略）及びスラスト軸受（図示略）により支持されることで軸線Ｏ回りに回転可能とされている。
　低圧セクション２２は、低圧側インペラ２３と、ケーシング２８に掘設されたガス流路２４とから構成されている。
　低圧側インペラ２３は、ハブ、ブレード及びシュラウドによって画成されたガス通路を有しており、該ガス通路のロータ軸２１側がガス入口２３ａとされるとともにロータ軸２１から離間した側がガス出口２３ｂとされている。この低圧側インペラ２３は、ガス入口２３ａを軸線Ｏ一方側（図４における左側）に向けた状態で配置されている。
　ガス流路２４は、図示しないガス源と低圧側インペラ２３のガス入口２３ａとを結ぶ低圧吸入路２４ａと、低圧側インペラ２３のガス出口２３ｂから系外へ連通する低圧吐出路２４ｂとを備えている。
　高圧セクション２５は、高圧側インペラ２６と、ケーシング２８に掘設されたガス流路２７とから構成されている。
　高圧側インペラ２６は、ハブ、ブレード及びシュラウドによって画成されたガス通路を有しており、該ガス通路のロータ軸２１側がガス入口２６ａとされるとともにロータ軸２１から離間した側がガス出口２６ｂとされている。この高圧側インペラ２６は、ガス入口２６ａを軸線Ｏ他方側（図４における右側）に向けた状態で配置されている。したがって、低圧セクション２２の低圧側インペラ２３と、高圧セクション２５の高圧側インペラ２６とは、背中合わせに対向して配置されており、このように配置された圧縮機２０は、バックツーバック（Ｂａｃｋ Ｔｏ Ｂａｃｋ）型と称されている。
　ガス流路２７は、低圧吐出路２４ｂから系外のインタークーラ等の機器を経由して導入されたガスを、高圧側インペラ２６のガス入口２６ａへ連通する高圧吸入路２７ａと、該高圧側インペラ２６のガス出口２６ｂから系外へ連通する高圧吐出路２７ｂとを備えている。
　バランスピストン２９は、低圧セクション２２と高圧セクション２５との間に設けられている。このバランスピストン２９は、略円筒形状をなしており、ロータ軸２１の外周側に外嵌されることで該ロータ軸２１に対して一体に固定されている。このバランスピストン２９は、低圧側インペラ２３と高圧側インペラ２６との圧力差によって生じる軸線Ｏ方向一方側に向かっての荷重に抗することで、ロータ軸２１の軸線Ｏ方向の荷重バランスを調整する役割を有している。なお、このバランスピストン２９の外周面３０は軸線Ｏを中心とした円筒面である。
　ここで、ケーシング２８におけるバランスピストン２９の外周面３０に対向する面は、ピストン対向面２８ａとなっている。これらバランスピストン２９の外周面３０とケーシング２８のピストン対向面２８ａとの間には、隙間Ｓが形成されている。この隙間Ｓにおいては、高圧セクション２５の高圧側インペラ２６側から低圧セクション２２の低圧側インペラ２３側に向かって流体が流通する。そして、本実施形態において、シール装置１は、このように流体が流通する隙間Ｓをシールするために用いられている。
　以下、図５を参照して、第二実施形態のシール装置１について説明する。第二実施形態のシール装置１は第一実施形態と同様、ラビリンスシール（シール部）２と、スワールブレーカ３と、スワール誘導フィン（案内部材）４とを備えている。
　ラビリンスシール２は、ケーシング２８におけるピストン対向面２８ａから径方向内側に向かって延出する環状フィン２ａが、軸線Ｏ方向に複数連設されることで構成されている。これにより、ラビリンスシール２は、隙間Ｓを封止して、当該隙間Ｓ内を軸線Ｏ方向他方側から一方側に、即ち、高圧側から低圧側に流体が漏出してしまうことを防止している。
　スワールブレーカ３は、ラビリンスシール２の軸線Ｏ方向他方側、即ち、高圧側において、ピストン対向面２８ａから径方向内側に向かって、即ち、シュラウド１７の外周面１８に向かって延出しており、軸線Ｏ周方向に間隔をあけて複数設けられている。
　スワール誘導フィン４は、スワールブレーカ３の軸線Ｏ方向他方側、即ち、高圧側においてバランスピストン２９の外周面３０に設けられている。本実施形態において、このスワール誘導フィン４は、軸線Ｏを中心としたリング状に形成されており、バランスピストン２９の外周面３０全周にわたって延在するように、該外周面３０に一体に固定されている。
　また、このスワール誘導フィン４は、軸線Ｏを含む断面において略三角形形状をなしており、該スワール誘導フィン４における径方向外側を向く案内面４ａは、軸線Ｏ方向一方側（低圧側）に向かうに従って漸次拡径している。この案内面４ａは、スワール誘導フィン４の形状にしたがって、軸線Ｏを中心としたリング状に形成されている。
　なお、このスワール誘導フィン４における案内面４ａの先端、即ち、案内面４ａの最も径方向外側に位置する端部は、第一実施形態と同様、スワールブレーカ３の先端３ａよりも径方向外側に達していることが好ましい。この場合、スワールブレーカ３を軸線Ｏ方向から見た際には、スワールブレーカ３の先端３ａがスワール誘導フィン４における案内面４ａの先端よりも径方向内側に向かって入り込んだ状態となる。即ち、スワールブレーカ３を軸線Ｏ方向から見た際に、スワールブレーカ３とスワール誘導フィン４とが軸線Ｏ方向に互いに重なることになる。
　このような第二実施形態のシール装置１においても、第一実施形態と同様、スワールブレーカ３の高圧側にスワール誘導フィン４が設けられているため、旋回流Ｃが当該スワール誘導フィン４の案内面４ａによって径方向外側へと案内される。これにより、旋回流Ｃをバランスピストン２９の外周面３０から離間させるようにしてスワールブレーカ３に向かって誘導することができ、スワールブレーカ３と外周面１８との間に旋回流Ｃが流入してしまうことを抑制することができる。したがって、旋回流Ｃがラビリンスシール２に到達してしまうことを防止することができるため、軸系の固有振動数が励起されることはなく、バランスピストン２９を振動のない状態で安定的に回転させることが可能となる。
（第三実施形態）
　次に第三実施形態について図６を参照して詳細に説明する。第三実施形態のシール装置４０は、第二実施形態と同様、圧縮機２０におけるバランスピストン２９とケーシング２８との隙間Ｓに配置されている。そして、第二実施形態のシール装置１がそれぞれ単一のラビリンスシール２、スワールブレーカ３及びスワール誘導フィン４を配置した構成であるのに対して、本実施形態のシール装置４０は、複数（本実施形態では２つ）のラビリンスシール２（２Ａ，２Ｂ）、スワールブレーカ３（３Ａ，３Ｂ）及びスワール誘導フィン４（４Ａ，４Ｂ）を備えている。即ち、ラビリンスシール２、スワールブレーカ３及びスワール誘導フィン４を一組とし、隙間Ｓの軸線Ｏ方向に連続するようにして二組が設けられた構成をなしている。
　このような構成の第三実施形態のシール装置４０によれば、隙間Ｓの高圧側から入り込んだ旋回流は、第一のスワール誘導フィン４Ａによって第一のスワールブレーカ３Ａへと誘導される。これにより、該第一のスワールブレーカ３Ａを越えて第一のラビリンスシール２Ａに旋回流Ｃが流入することが防止される。
　ここで、第一のスワールブレーカ３Ａによって旋回流Ｃを抑制したとしても、バランスピストン２９の回転に流体が連れ回ることで該第一のスワールブレーカ３Ａの低圧側、即ち、第一のラビリンスシール２Ａと外周面３０との間に旋回流Ｃが発生することがある。
　この点、本実施形態においては、第一のラビリンスシール２Ａの低圧側に第二のスワールブレーカ３Ｂが配置されており、この第二のスワールブレーカ３Ｂの直前に第二のスワール誘導フィン４Ｂが配置されているため、当該第二のスワール誘導フィン４Ｂによって旋回流Ｃを第二のスワールブレーカ３Ｂに誘導することができる。
　このようにして、ラビリンスシール２、スワールブレーカ３及びスワール誘導フィン４を、高圧側から低圧側に向かって複数組配置した構成とすることにより、最も高圧側に配置されたスワールブレーカ３の低圧側に発生した旋回流を効果的に抑制することができる。したがって、シール装置４０を設ける隙間Ｓが軸線Ｏ方向にわたって長く形成されている場合であっても、旋回流Ｃを効果的に抑制して、軸系全体として安定した振動抑制効果を得ることができる。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
　例えば、実施形態においては、スワール誘導フィン４を周方向全域にわたって延在するリング状としたが、これに限定されることはなく、例えば、複数のスワール誘導フィン４が周方向に間隔をあけて配置された構成であってもよい。これによっても、実施形態同様、旋回流Ｃをスワールブレーカ３に案内することができる。また、スワール誘導フィン４がリング状に形成された場合に比べて、容易に設置することが可能となるため、生産性を向上させることが可能となる。
　なお、この際、スワール誘導フィン４の周方向の寸法がスワールブレーカ３の周方向の寸法よりも大きく設定されていることが好ましい。これにより、旋回流Ｃを効果的にスワールブレーカ３へと案内することができる。
　さらに、実施形態においては、シール部としてラビリンスシール２を採用した例について説明したが、このラビリンスシール２に代えてハニカム構造を備えたダンパーシールを採用してもよい。
　また、第一実施形態におけるシュラウド１７とケーシング１１との隙間Ｓに設けたシール装置１においても、第三実施形態と同様、それぞれ複数のラビリンスシール２、スワールブレーカ３及びスワール誘導フィン４を設けてもよい。
　さらに、ラビリンスシール２をケーシング１１，２８に設けるのに代えて、回転体側、即ち、シュラウド１７やバランスピストン２９に設けてもよい。
　また、実施形態においては、シール装置１を圧縮機１０，２０に適用した例について説明したが、例えば図７に示すように、蒸気タービンに適用してもよい。
　この図７の蒸気タービン５０は、ケーシング５５に固定されている仕切板５６にノズルが組み込まれており、ノズルを通過した蒸気が動翼を通過する際のスラスト力によりロータ軸（回転体）５１を回転させる構成とされている。
　さらに、ケーシング５５とロータ軸５１との間にはラビリンスシール２が設けられており、このラビリンスシール２の高圧側、即ち、軸線Ｏ他方側（図７の左側）には、スワール誘導フィン４が設けられている。そして、ラビリンスシール２とスワール誘導フィン４との間には、ケーシング５５からロータ軸５１に向かって延出するようにスワールブレーカ３が設けられている。
　これにより、高圧側から低圧側に向かって流通する旋回流Ｃを、スワール誘導フィン４によってスワールブレーカ３に誘導することができるため、実施形態と同様、該旋回流Ｃがラビリンスシール２に流れ込むことを抑制することができる。なお、この蒸気タービン５０においても、シール装置１に代えて、第三実施形態のようにラビリンスシール２、スワールブレーカ３及びスワール誘導フィン４をそれぞれ複数備えたシール装置４０を適用してもよい。
　さらに、シール装置１，４０は、圧縮機、蒸気タービンに適用するのみならず、例えば、ガスタービン、水車、冷凍機、ポンプ等の他の流体機械に適用してもよい。
　本発明のシール装置及び流体機械によれば、簡易な構成で振動抑制効果を安定的に得ることができる。
１　シール装置
２　ラビリンスシール（シール部）
２Ａ　ラビリンスシール（シール部）
２Ｂ　ラビリンスシール（シール部）
２ａ　環状フィン
３　スワールブレーカ
３Ａ　スワールブレーカ
３Ｂ　スワールブレーカ
３ａ　先端
４　スワール誘導フィン
４Ａ　スワール誘導フィン
４Ｂ　スワール誘導フィン
４ａ　案内面
１０　圧縮機
１１　ケーシング
１１ｃ　シュラウド対向面
１２　回転体
１３　ロータ軸
１４　インペラ
１７　シュラウド
１８　外周面
２０　圧縮機
２１　ロータ軸
２８　ケーシング
２８ａ　ピストン対向面
２９　バランスピストン
３０　外周面
４０　シール装置
５０　蒸気タービン
５１　ロータ軸（回転体）
５５　ケーシング

Claims (9)

  1. 　ケーシングと該ケーシング内部に回転可能に配された回転体の外周面との間に形成される該回転体の径方向の隙間を封止して、高圧側から低圧側に向かって流通する流体を抑制するシール部と、
    　該シール部の高圧側において、前記ケーシングから前記外周面に向かって延出し、前記隙間を前記回転体の周方向に流通する流体を抑制するスワールブレーカとを備え、
    　前記スワールブレーカの高圧側における前記回転体の外周面に、前記流体を前記径方向外側へと案内する案内部材が設けられているシール装置。
  2. 　前記案内部材が、高圧側から低圧側に向かうに従って漸次前記径方向外側に向かって傾斜する案内面を備えている請求項１に記載のシール装置。
  3. 　前記案内部材の前記周方向の寸法が、前記スワールブレーカの前記周方向の寸法よりも大きく設定されている請求項１に記載のシール装置。
  4. 　前記案内部材が、前記周方向全域にわたって延在するリング状に形成されている請求項１に記載のシール装置。
  5. 　前記案内部材が前記周方向に間隔をあけて複数設けられている請求項１に記載のシール装置。
  6. 　前記シール部が前記回転体の軸線方向に複数設けられるとともに、各前記シール部の高圧側にそれぞれ前記スワールブレーカが設けられ、さらに、これらスワールブレーカの高圧側にそれぞれ前記案内部材が設けられている請求項１に記載のシール装置。
  7. 　ケーシングと該ケーシングの内部に回転可能に配された回転体とを備え、前記ケーシングの内部に流体が流通する流体機械において、
    　請求項１から６のいずれか一項に記載のシール装置を備える流体機械。
  8. 　前記回転体の外周面は、インペラのシュラウドの外周面である請求項７に記載の流体機械。
  9. 　前記回転体の外周面は、バランスピストンの外周面である請求項７に記載の流体機械。
PCT/JP2011/051189 2010-06-28 2011-01-24 シール装置及びこれを備えた流体機械 WO2012001995A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010146512A JP2012007592A (ja) 2010-06-28 2010-06-28 シール装置及びこれを備えた流体機械
JP2010-146512 2010-06-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012001995A1 true WO2012001995A1 (ja) 2012-01-05

Family

ID=45401733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/051189 WO2012001995A1 (ja) 2010-06-28 2011-01-24 シール装置及びこれを備えた流体機械

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2012007592A (ja)
WO (1) WO2012001995A1 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130142641A1 (en) * 2011-12-05 2013-06-06 Nuovo Pignone S.P.A. Turbomachine
WO2013132055A1 (de) * 2012-03-08 2013-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Radiale strömungsmaschine mit einem drallreduzierungselement
CN103321950A (zh) * 2013-07-02 2013-09-25 台州豪贝泵业有限公司 一种泵用自适应性调节口环装置
WO2014004628A2 (en) 2012-06-27 2014-01-03 Flowserve Management Company Anti-swirl device
US20140201961A1 (en) * 2011-08-22 2014-07-24 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Steam Drawing Device
JP2015090144A (ja) * 2013-11-07 2015-05-11 三菱重工業株式会社 シール装置、および、回転機械
CN105283673A (zh) * 2013-05-03 2016-01-27 戴森技术有限公司 振动隔离安装件
JP2020101169A (ja) * 2018-12-25 2020-07-02 三菱重工業株式会社 遠心回転機械

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101501477B1 (ko) * 2013-03-25 2015-03-12 두산중공업 주식회사 원심압축기
KR102642363B1 (ko) * 2021-07-23 2024-03-04 엘지전자 주식회사 터보 압축기

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5669403A (en) * 1979-11-12 1981-06-10 Hitachi Ltd Structure for preventing vibration of rotor of axial-flow machine
JPS63205404A (ja) * 1987-02-20 1988-08-24 Toshiba Corp 軸流タ−ビンの漏洩防止装置
WO2004113770A2 (en) * 2003-06-20 2004-12-29 Elliott Company Swirl-reversal abradable labyrinth seal
JP2008038894A (ja) * 2006-07-13 2008-02-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧縮機およびその運転制御方法
JP2009256820A (ja) * 2008-04-14 2009-11-05 Mitsubishi Rayon Co Ltd 糸条の加圧スチーム処理装置および加圧スチーム処理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5669403A (en) * 1979-11-12 1981-06-10 Hitachi Ltd Structure for preventing vibration of rotor of axial-flow machine
JPS63205404A (ja) * 1987-02-20 1988-08-24 Toshiba Corp 軸流タ−ビンの漏洩防止装置
WO2004113770A2 (en) * 2003-06-20 2004-12-29 Elliott Company Swirl-reversal abradable labyrinth seal
JP2008038894A (ja) * 2006-07-13 2008-02-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧縮機およびその運転制御方法
JP2009256820A (ja) * 2008-04-14 2009-11-05 Mitsubishi Rayon Co Ltd 糸条の加圧スチーム処理装置および加圧スチーム処理方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140201961A1 (en) * 2011-08-22 2014-07-24 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Steam Drawing Device
US9032596B2 (en) * 2011-08-22 2015-05-19 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Steam drawing apparatus
US20130142641A1 (en) * 2011-12-05 2013-06-06 Nuovo Pignone S.P.A. Turbomachine
US9470101B2 (en) * 2011-12-05 2016-10-18 Nuovo Pignone S.P.A. Turbomachine
WO2013132055A1 (de) * 2012-03-08 2013-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Radiale strömungsmaschine mit einem drallreduzierungselement
US9874220B2 (en) 2012-06-27 2018-01-23 Flowserve Management Company Anti-swirl device
WO2014004628A2 (en) 2012-06-27 2014-01-03 Flowserve Management Company Anti-swirl device
EP2867538A4 (en) * 2012-06-27 2016-03-23 Flowserve Man Co ANTI SWIRL DEVICE
CN105283673A (zh) * 2013-05-03 2016-01-27 戴森技术有限公司 振动隔离安装件
CN103321950B (zh) * 2013-07-02 2015-09-16 台州豪贝泵业有限公司 一种泵用自适应性调节口环装置
CN103321950A (zh) * 2013-07-02 2013-09-25 台州豪贝泵业有限公司 一种泵用自适应性调节口环装置
JP2015090144A (ja) * 2013-11-07 2015-05-11 三菱重工業株式会社 シール装置、および、回転機械
JP2020101169A (ja) * 2018-12-25 2020-07-02 三菱重工業株式会社 遠心回転機械
CN111379744A (zh) * 2018-12-25 2020-07-07 三菱重工业株式会社 离心式旋转机械
CN111379744B (zh) * 2018-12-25 2022-03-29 三菱重工业株式会社 离心式旋转机械
JP7168441B2 (ja) 2018-12-25 2022-11-09 三菱重工業株式会社 遠心回転機械

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012007592A (ja) 2012-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012001995A1 (ja) シール装置及びこれを備えた流体機械
RU2616428C2 (ru) Лабиринтное уплотнение со спиральной и смешанной спирально-цилиндрической конфигурацией с высокой демпфирующей способностью
JP4982476B2 (ja) 半径流形流体機械
JP5314256B2 (ja) 回転流体機械のシール装置および回転流体機械
JPWO2015019901A1 (ja) 遠心圧縮機及び過給機
WO2012001997A1 (ja) シール装置及びこれを備えた流体機械
US8328510B2 (en) Sealing device for rotary fluid machine, and rotary fluid machine
JPWO2013128539A1 (ja) 回転機械
WO2014122819A1 (ja) 遠心圧縮機
JP2018053952A (ja) シール機構、回転機械
WO2016043090A1 (ja) 回転機械
WO2018155546A1 (ja) 遠心圧縮機
JP2014084803A (ja) 遠心式流体機械
JP2018135815A (ja) 遠心回転機械
EP3705698B1 (en) Turbine and turbocharger
JP2014167268A (ja) 多段遠心式流体機械
JP6204757B2 (ja) 流体機械
KR102223293B1 (ko) 회전 기계, 회전 기계의 배기 부재
JP2021089072A (ja) ジャーナル及びスラスト気体軸受
JP5781461B2 (ja) 圧縮機
JP2020165415A (ja) 回転機械
JP2019056344A (ja) 遠心ポンプ
JP2017180115A (ja) 羽根車、回転機械
JP2018096514A (ja) 軸シール装置、及び回転機械
JP6700893B2 (ja) 羽根車、回転機械

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11800465

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11800465

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1