WO2018180053A1 - シール装置及び圧縮機 - Google Patents

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WO2018180053A1
WO2018180053A1 PCT/JP2018/006401 JP2018006401W WO2018180053A1 WO 2018180053 A1 WO2018180053 A1 WO 2018180053A1 JP 2018006401 W JP2018006401 W JP 2018006401W WO 2018180053 A1 WO2018180053 A1 WO 2018180053A1
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WO
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outer peripheral
gas
fin
fin group
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PCT/JP2018/006401
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English (en)
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Inventor
中庭　彰宏
大輔 平田
Original Assignee
三菱重工コンプレッサ株式会社
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Publication date
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    • F16J15/44—Free-space packings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
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    • F16J15/004—Sealings comprising at least two sealings in succession forming of recuperation chamber for the leaking fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Definitions

  • the present invention relates to a sealing device and a compressor.
  • the compressor is provided with a sealing device in order to prevent the gas (process gas) compressed in the machine from leaking outside from the casing (see, for example, Patent Document 1).
  • a dry gas seal is known as a kind of such a sealing device.
  • This sealing device has a first fin group disposed on the inner side of the machine and a second fin group disposed on the outer side of the machine. Each of the first fin group and the second fin group forms a clearance between the outer peripheral surface of the rotating shaft. A small amount of process gas that has passed through a filter is supplied as a seal gas between the first fin groups. An inert gas is supplied as a seal gas between the second fin groups. Between the first fin group and the second fin group, a discharge gas that exhausts the mixed gas of the process gas that has passed through the clearance of the first fin group and the inert gas that has passed through the clearance of the second fin group as a vent gas is discharged to the outside. A road is formed.
  • the process gas supplied to the sealing device may pass through the second fin group as a jet along the outer peripheral surface of the rotating shaft after passing through the clearance of the first fin group. is there. Such a jet of process gas leaks out of the compressor through the second fin group.
  • the present invention provides a seal device and a compressor that can suppress leakage of seal gas from the inside of the machine.
  • a sealing device is provided between the rotary shaft and the casing in a compressor having a rotary shaft and a casing surrounding the rotary shaft,
  • the rotary shaft includes a first outer peripheral surface, a second outer peripheral surface having an outer diameter smaller than the first outer peripheral surface adjacent to the machine outer surface of the first outer peripheral surface, and A stepped surface connecting the first outer peripheral surface and the second outer peripheral surface, an annular ring portion fixed to the casing and surrounding the axis, and protruding from an inner peripheral surface of the ring portion, A first fin group composed of a plurality of fins forming a clearance with the first outer peripheral surface; and a tip protruding from the inner peripheral surface of the ring portion and positioned at a radially inner side than the first outer peripheral surface; A compound that forms a clearance with the second outer peripheral surface A second fin group consisting of the second fins, and the ring portion is provided between the first fin group and the first fin supply path capable of supplying a first seal gas between the first
  • the second gas supply path capable of supplying the second seal gas, and the first seal gas and the second gas that have passed through the clearance of the first fin group from between the first fin group and the second fin group.
  • a mixed gas discharge path capable of discharging a mixed gas with the second seal gas that has passed through the clearance of the fin group.
  • the first seal gas that passes through the clearance of the first fin group to the outside of the machine travels toward the second fin along the first outer peripheral surface as a jet.
  • the second seal gas that has passed through the clearance of the second fin group to the inside of the machine is bent toward the outside in the radial direction by colliding with the step surface, and forms a vortex in front of the second fin on the inside of the machine. . Therefore, the jet flow of the first seal gas traveling toward the second fin is guided radially outward by the vortex without directly colliding with the second fin. Therefore, the jet of the first seal gas is kept away from the clearance of the second fin group toward the radially outer side. Further, the jet of the seal gas guided outward in the radial direction is guided further outward in the radial direction along the second fin. Therefore, it can suppress that the jet flow of the first seal gas breaks through the clearance of the second fin group.
  • the axial distance between the leading second fin located on the innermost side among the plurality of second fins and the stepped surface is W
  • the leading second fin and the second outer peripheral surface are CL ⁇ W ⁇ 2D, where CL is the clearance dimension and D is the radial distance between the inner peripheral surface of the ring portion where the second fin group is provided and the second outer peripheral surface.
  • the leading second fin is disposed closer to the step surface. For this reason, the jet of the first seal gas easily collides with the second fin. Therefore, coupled with the induction by the vortex, the jet can be further away from the clearance of the second fin group.
  • leading second fin may be inclined toward the inner side as it goes radially inward.
  • the ring portion is located on the machine outside of the first outer peripheral surface and on the machine inner side of the leading second fin located on the machine inner side among the plurality of second fins.
  • the first seal gas that has passed through the clearance of one fin group has a wall surface that collides, and the wall surface is inclined toward the outer side as it goes radially outward.
  • the jet of the first seal gas that has passed through the first fin group collides with the wall surface, and is guided radially outward along the wall surface.
  • the vortex of the second seal gas is formed on the inner side in the radial direction of the wall surface, thereby suppressing the first seal gas from entering the inner side in the radial direction. As a result, it is possible to suppress the jet from passing through the clearance of the second fin group.
  • a compressor according to a second aspect of the present invention includes the rotating shaft, the casing, and the sealing device according to any one of claims 1 to 3.
  • the first seal gas may be a process gas compressed in the machine
  • the second seal gas may be an inert gas supplied from the outside.
  • the sealing device and the compressor of the present invention it is possible to suppress leakage of seal gas from the inside of the machine.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2. It is the elements on larger scale of the longitudinal cross-sectional view of the compressor which concerns on 2nd embodiment. It is the elements on larger scale of the longitudinal cross-sectional view of the compressor which concerns on 3rd embodiment. It is the elements on larger scale of the longitudinal cross-sectional view of the compressor which concerns on the modification of 3rd embodiment.
  • the refrigeration cycle system 1 is a system for cooling a cooling target (not shown).
  • the refrigeration cycle system 1 of the present embodiment may be used, for example, in a liquefied natural gas (hereinafter, LNG) plant.
  • the refrigeration cycle system 1 is an LNG that excavates and liquefies natural gas from the sea floor such as offshore plants and shipboard plants where it is difficult to replenish the process gas G1 and it is difficult to secure a space for adding a refrigerator as a cooling source. It may be applied to a plant.
  • the refrigeration cycle system 1 includes a compressor 2, a condenser 3, a storage unit 4, and an evaporator 5. These components are connected by the pipe 6 in the order described above.
  • the compressor 2 compresses a refrigerant in a gaseous state (hereinafter referred to as process gas G1).
  • a drive machine 7 such as a motor for driving the rotor 11 of the compressor 2 is connected to the rotor 11.
  • the condenser 3 cools and condenses the high-temperature and high-pressure process gas G1 compressed in the compressor 2.
  • the storage unit 4 temporarily stores the process gas G ⁇ b> 1 in a liquid state in the condenser 3.
  • the evaporator 5 performs heat exchange between the process gas G1 in a liquid state supplied from the storage unit 4 in a state where the pressure and temperature are reduced by adiabatic expansion by the valve 8 and a cooling target (not shown),
  • the process gas G1 in the liquid state is evaporated.
  • the process gas G1 vaporized by evaporation is sent to the compressor 2 again.
  • the process gas G1 is, for example, a hydrocarbon (hydrocarbon).
  • the hydrocarbon used as the process gas G1 may be, for example, one or more types of hydrocarbons appropriately selected from methane, ethane, propane, butane, and the like.
  • the compressor 2 of the present embodiment may compress a toxic gas such as NOX as the process gas G1 in addition to the combustible gas such as the hydrocarbon.
  • the rotor 11 of the compressor 2 includes a rotating shaft 12 that rotates around an axis O and an impeller (not shown) attached thereto.
  • the compressor 2 includes a casing 40 that houses the rotor 11.
  • the 1st end part 13 and the 2nd end part 14 which are the both ends of the axis line O direction protrude outside the casing 40 together.
  • the rotating shaft 12 is rotatably supported with respect to the casing 40 by the bearing 16 outside the casing 40. In FIG. 2, only the first end 13 on one side of the rotating shaft 12 in the axis O direction is supported by the bearing 16 with respect to the casing 40, but the second end 14 on the other side of the rotating shaft 12 in the axis O direction. Are also supported by bearings 16.
  • a gap is formed between the rotating shaft 12 and the casing 40 in the portion on the first end 13 side.
  • a sealing device 50 is provided in this gap.
  • the sealing device 50 is configured so that the process gas G1 that serves as a working fluid in the compressor 2 flows from the inside of the casing 40 to the outside, that is, from the inside of the compressor 2 (left side in FIG. 2, the other side in the axis O direction) Leakage to the right side in FIG. 2, one side in the direction of the axis O) is suppressed.
  • the sealing device 50 is provided so as to surround the first outer peripheral surface 21, the second outer peripheral surface 22, and the third outer peripheral surface 23 of the outer peripheral surface 20 of the rotary shaft 12 from the radially outer side.
  • the first outer peripheral surface 21, the second outer peripheral surface 22, and the third outer peripheral surface 23 are each circular in a cross-sectional view orthogonal to the axis O.
  • the first outer peripheral surface 21 is located inside the aircraft.
  • the second outer peripheral surface 22 is provided adjacent to the machine outer side of the first outer peripheral surface 21.
  • the outer diameter of the second outer peripheral surface 22 is smaller than the outer diameter of the first outer peripheral surface 21.
  • an annular step surface 31 is formed between the first outer peripheral surface 21 and the second outer peripheral surface 22 and forms a plane perpendicular to the axis O and faces the outside of the machine.
  • the third outer peripheral surface 23 is provided adjacent to the machine outer side of the second outer peripheral surface 22.
  • the outer diameter of the third outer peripheral surface 23 is smaller than that of the second outer peripheral surface 22.
  • a step 32 is also formed between the second outer peripheral surface 22 and the second outer peripheral surface 22.
  • the sealing device 50 facing the outer peripheral surface of the rotating shaft 12 has a ring portion 60, a first fin group 81, a second fin group 83, and a third fin group 85.
  • the ring portion 60 has a cylindrical shape with the axis O as the center.
  • the outer peripheral surface of the ring part 60 has a cylindrical surface shape having a uniform outer diameter in the axis O direction.
  • the outer peripheral surface of the ring part 60 is integrally fixed to the inner peripheral surface 41 of the casing 40. That is, the sealing device 50 is fixed to the casing 40.
  • the inner peripheral surface 61 of the ring part 60 is a first inner peripheral surface 62 that faces the first outer peripheral surface 21 of the rotating shaft 12 from the radially outer side, and a second inner peripheral surface 61 that faces the second outer peripheral surface 22 of the rotating shaft 12 from the radially outer side.
  • the second inner peripheral surface 63 and the third inner peripheral surface 64 facing the third outer peripheral surface 23 of the rotating shaft 12 from the radially outer side are provided.
  • a first discharge space R ⁇ b> 1 is defined by the first discharge recess 71 of the ring portion 60 and the outer peripheral surface 20 of the rotating shaft 12.
  • the step surface 31 that is the boundary between the first outer peripheral surface 21 and the second outer peripheral surface 22 in the outer peripheral surface 20 of the rotary shaft 12 is located within the range of the first discharge space R1 in the axis O direction.
  • the first discharge recess 71 in the ring portion 60 has a wall surface 72 facing the machine inner side.
  • the wall surface 72 has a planar shape perpendicular to the axis O.
  • the wall surface 72 extends in an annular shape around the axis O.
  • the wall surface 72 is located on the outer side of the step surface 31 of the rotating shaft 12.
  • the radially inner end of the wall surface 72 is connected to the second inner peripheral surface 63 of the ring portion 60 over the entire circumferential direction.
  • the second inner peripheral surface 63 of the ring portion 60 is opposed to the second outer peripheral surface 22 of the rotating shaft 12 and is located on the radially outer side than the first outer peripheral surface 21.
  • a second discharge recess 73 is formed between the second inner peripheral surface 63 and the third inner peripheral surface 64 so as to be recessed in an annular shape centering on the axis O toward the radially outer side.
  • a second discharge space R ⁇ b> 2 is defined by the second discharge recess 73 of the ring portion 60 and the outer peripheral surface 20 of the rotating shaft 12.
  • a first supply recess 74 is formed on the first outer peripheral surface 21 of the ring portion 60.
  • the first supply recess 74 is formed on the inner side in the axial direction of both ends of the first outer peripheral surface 21 in the axis O direction so as to divide the first outer peripheral surface 21 into two in the axis O direction.
  • a first supply space R ⁇ b> 3 is defined by the first supply recess 74 of the ring portion 60 and the outer peripheral surface 20 (first outer peripheral surface 21) of the rotating shaft 12.
  • a second supply recess 75 is formed on the second outer peripheral surface 22 of the ring portion 60.
  • the second supply recess 75 is formed on the inner side in the axis O direction at both ends of the second outer peripheral surface 22 in the axis O direction so as to divide the second outer peripheral surface 22 into two in the axis O direction.
  • a second supply space R4 is defined by the second supply recess 75 of the ring portion 60 and the outer peripheral surface 20 (second outer peripheral surface 22) of the rotating shaft 12.
  • a first gas supply path 76, a second gas supply path 77, a mixed gas discharge path 78, and an inert gas discharge path 79 are formed in the ring portion 60.
  • a plurality of first gas supply passages 76 are formed at intervals in the circumferential direction so as to penetrate the first supply recess 74 and the outer peripheral surface of the ring portion 60 in the radial direction.
  • An introduction path 42 is formed. That is, a part of the process gas G1 to be compressed by the compressor 2 is extracted into the first gas introduction path 42, and then the process gas G1 that has passed through the filter is supplied.
  • a plurality of second gas supply passages 77 are formed at intervals in the circumferential direction so as to penetrate the second supply recess 75 and the outer peripheral surface of the ring portion 60 in the radial direction.
  • a portion of the inner peripheral surface 41 of the casing 40 corresponding to the second gas supply path 77 is formed with a second gas introduction path 43 through which the inert gas G2 in the compressor 2 can be introduced into the second gas supply path 77.
  • an inert gas G ⁇ b> 2 such as nitrogen is supplied to the second gas introduction path 43 from an inert gas supply source 9 provided outside the compressor 2.
  • a plurality of mixed gas discharge passages 78 are formed at intervals in the circumferential direction so as to penetrate the first discharge recess 71 and the outer peripheral surface of the ring portion 60 in the radial direction.
  • a mixed gas lead-out path 44 through which the mixed gas of the process gas G 1 and the inert gas G 2 can be led out from the mixed gas discharge path 78. Is formed. Only the process gas G1 is recovered by the gas recovery unit 10 shown in FIG. 1 and the process gas G1 is supplied to the pipe 6 of the refrigeration cycle system 1 from the mixed gas outlet path 44 to the outside of the compressor 2. returned.
  • the inert gas G2 separated by the gas recovery unit may be released to the atmosphere, or may be recovered and used again.
  • a plurality of inert gas discharge paths 79 are formed at intervals in the circumferential direction so as to penetrate the second discharge recess 73 and the outer peripheral surface of the ring portion 60 in the radial direction.
  • An inert gas outlet passage 45 for discharging the inert gas G ⁇ b> 2 from the inert gas discharge passage 79 to the outside is formed in a portion corresponding to the inert gas discharge passage 79 on the inner peripheral surface 41 of the casing 40.
  • the first fin group 81 is provided on the first inner peripheral surface 62 of the ring portion 60.
  • the first fin group 81 includes a plurality of first fins 82.
  • the plurality of first fins 82 project radially inward from the first inner peripheral surface 62 to form a clearance with the first outer peripheral surface 21 of the rotating shaft 12.
  • the first fins 82 each extend in an annular shape about the axis O.
  • the plurality of first fins 82 are juxtaposed at intervals in the axis O direction.
  • the first fin group 81 is divided into two groups in the axis O direction by the first supply recess 74.
  • the second fin group 83 is provided on the second inner peripheral surface 63 of the ring portion 60.
  • the second fin group 83 includes a plurality of first fins 82.
  • the second fins 84 each extend in an annular shape about the axis O.
  • the second fin group 83 projects radially inward from the second inner peripheral surface 63 to form a clearance with the second outer peripheral surface 22 of the rotating shaft 12.
  • the plurality of second fins 84 are juxtaposed at intervals in the axis O direction.
  • the second fin group 83 is divided into two groups in the axis O direction by the second supply recess 75. Specifically, as shown in FIG. 3, the tips (radially inner ends) of the plurality of second fins 84 constituting the second fin group 83 are located radially inward from the first outer peripheral surface 21. .
  • the third fin group 85 is provided on the third inner peripheral surface 64 of the ring portion 60.
  • the third fin group 85 includes a plurality of third fins 86.
  • the plurality of third fins 86 protrude radially inward from the third inner peripheral surface 64 and form a clearance with the third outer peripheral surface 23 of the rotary shaft 12.
  • the third fins 86 each extend in an annular shape about the axis O.
  • the plurality of third fins 86 are juxtaposed at intervals in the axis O direction.
  • the interval in the axis O direction between the leading second fin 84 a located on the innermost side among the plurality of second fins 84 and the stepped surface 31 is defined as W.
  • the clearance dimension between the leading second fin 84a and the second outer peripheral surface 22 is defined as CL.
  • D be the radial interval between the inner peripheral surface of the ring portion 60 where the second fin group 83 is provided and the second outer peripheral surface 22. In this case, in the present embodiment, the relationship of CL ⁇ W ⁇ 2D is established.
  • the sealing device 50 suppresses leakage of the process gas G ⁇ b> 1 from both ends of the rotor 11 of the compressor 2.
  • the sealing process gas G ⁇ b> 1 from the first gas introduction path 42 of the casing 40 is introduced into the first supply space R ⁇ b> 3 through the first gas supply path 76.
  • This process gas G1 passes through the clearance of the first fin group 81 from the first supply space R3 and proceeds to the inside and the outside of the machine.
  • the inert gas G ⁇ b> 2 from the second gas introduction path 43 of the casing 40 is introduced into the second supply space R ⁇ b> 4 through the second gas supply path 77.
  • the inert gas G2 passes through the clearance of the second fin group 83 from the second supply space R4 and proceeds to the inside and the outside of the machine.
  • the process gas G1 that has passed through the clearance of the first fin group 81 toward the outside of the machine reaches the first discharge space R1, and the inert gas G2 that has passed through the clearance of the second fin group 83 toward the inside of the machine. Reach.
  • the process gas G1 and the inert gas G2 are mixed to generate a mixed gas.
  • the mixed gas is discharged out of the compressor 2 from the first discharge space R ⁇ b> 1 through the mixed gas discharge path 78 and the mixed gas outlet path 44.
  • the inert gas G2 that has passed through the clearance of the second fin group 83 toward the outside of the machine reaches the second discharge space R2.
  • the inert gas G2 is discharged out of the compressor 2 from the second discharge space R2 via the inert gas discharge path 79 and the inert gas outlet path 45.
  • the process gas G1 for sealing and the inert gas G2 are supplied to suppress the leakage of the process gas G1 in the machine. Further, the leakage of the sealing process gas G1 is suppressed by the inert gas G2.
  • the process gas G ⁇ b> 1 passing through the clearance of the first fin group 81 to the outside of the machine is jetted toward the second fin group 83 along the first outer peripheral surface 21.
  • the inert gas G ⁇ b> 2 passing through the clearance of the second fin group 83 toward the inside of the machine is guided radially outward by colliding with the step surface 31.
  • a vortex V is formed in front of the leading second fin 84a that is the second fin 84 on the innermost side.
  • the jet of the process gas G1 traveling toward the second fin 84 is guided radially outward by the vortex V. Thereby, it is suppressed that the jet of process gas G1 collides with the head 2nd fin 84a directly.
  • the vortex V guides the process gas G1 jet away from the clearance of the second fin group 83 toward the radially outer side.
  • the jet of the process gas G1 thus guided radially outward is guided further radially outward along the second fin 84. Therefore, it is possible to suppress the jet of the process gas G1 from breaking through the clearance of the second fin group 83. Therefore, it is possible to avoid the process gas G1 from leaking out of the apparatus.
  • the process gas G1 is a flammable gas or a toxic gas such as NOX
  • the leakage of the process gas G1 is avoided in the present embodiment. Therefore, a safer system can be constructed.
  • more appropriate management of the process gas G1 can be performed.
  • the relationship of CL ⁇ W ⁇ 2D is established. Therefore, the leading second fin 84 a is disposed closer to the step surface 31. Therefore, the jet of the process gas G1 easily collides with the second fin 84. Therefore, coupled with the induction by the vortex V, the jet can be further away from the clearance of the second fin group 83.
  • the rotating shaft 12 is set to have a smaller outer diameter on the second outer peripheral surface 22 on the outer side than on the first outer peripheral surface 21 on the inner side.
  • the second fin group 83 protrudes radially inward from the first fin group 81. Therefore, the sealing device 50 can be easily attached and detached from the outside of the machine.
  • the leading second fin 84a located on the innermost side among the plurality of second fins 84 of the second fin group 83 is inclined toward the inner side as it goes radially inward from the ring portion 60. Yes.
  • the surface of the leading second fin 84a facing the machine inner side is an inclined guide surface 84b extending toward the radial outer side as going to the machine outer side.
  • the second fins 84 other than the leading second fin 84a protrude in the radial direction as in the first embodiment.
  • the jet of the process gas G1 is guided radially outward by the vortex V, and further guided radially outward by the inclined guide surface 84b of the leading second fin 84a. . That is, the jet of the process gas G1 can be guided more easily outward in the radial direction. Therefore, it is possible to further suppress the jet of the process gas G1 from penetrating the second fin group 83 and leaking out of the machine.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the portion from the inner end to the leading second fin 84 a is directed radially inward.
  • the inner peripheral surface 63a protrudes one step. Accordingly, the wall surface 72 of the ring portion 60 connected to the end of the second inner peripheral surface 63 on the machine inner side extends radially inward from the first embodiment.
  • the protruding inner peripheral surface 63a is the same radial position as the first outer peripheral surface 21 of the rotating shaft 12, or radially inward of the first outer peripheral surface 21, and from the tip of the leading second fin 84a. Is also located radially outward. Accordingly, the radially inner end of the wall surface 72 is located radially inward from the first outer peripheral surface 21 from the same radial position as the first outer peripheral surface 21. Furthermore, the wall surface 72 is inclined toward the outside of the machine as it goes from the radially inner end to the radially outer side. The inclination angle of the wall surface 72 is inclined at an angle of, for example, 5 ° to 15 ° with respect to the radial direction. The inclination angle of the wall surface 72 is preferably 10 °.
  • the jet of the process gas G1 that has passed through the first fin group 81 collides with the wall surface 72 and is guided radially outward along the wall surface 72. Further, the vortex V of the second seal gas is formed on the inner side in the radial direction of the wall surface 72, so that the process gas G1 is prevented from entering the inner side in the radial direction. As a result, the jet flow can be further suppressed from passing through the clearance of the second fin group 83, and the leakage of the process gas G1 can be effectively suppressed.
  • the leading second fin 84a may be inclined as in the second embodiment.
  • the vortex V is more easily formed in front of the leading second fin 84a. Therefore, it can further suppress that the jet which flows along the 1st outer peripheral surface 21 enters into the 2nd outer peripheral surface 22 side.
  • the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.
  • the sealing device 50 is applied to the compressor 2 of the refrigeration cycle system 1 has been described.
  • the compressor 2 and the sealing device 50 may be applied to other systems.
  • the gas is not limited to the inert gas G2, and other gas may be used as the second seal gas.
  • the sealing device and the compressor of the present invention it is possible to suppress leakage of seal gas from the inside of the machine.

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Abstract

リング部（６０）と、第一外周面（２１）との間でクリアランスを形成する第一フィン群（８１）と、先端が第一外周面（２１）よりも径方向内側に位置するとともに第二外周面（２２）との間でクリアランスを形成する第二フィン群（８３）と、備える。リング部（６０）が、第一フィン群（８１）の間に第一シールガスを供給可能な第一ガス供給路（７６）と、第二フィン群（８３）の間に第二シールガスを供給可能な第二ガス供給路（７７）と、第一フィン群（８１）と第二フィン群（８３）との間から、第一シールガスと第二シールガスとの混合ガスを排出可能な混合ガス排出路（７８）と、を有する。

Description

シール装置及び圧縮機
　本発明は、シール装置及び圧縮機に関する。
　本願は、２０１７年３月３０日に日本に出願された特願２０１７－０６７３８０号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　圧縮機には、機内で圧縮されるガス（プロセスガス）がケーシングから外部に漏えいすることを抑制するためにシール装置が設けられている（例えば特許文献１参照）。このようなシール装置の一種として、ドライガスシールが知られている。
　このシール装置は、機内側に配置された第一フィン群と機外側に配置された第二フィン群とを有している。これら第一フィン群、第二フィン群はそれぞれ回転軸の外周面との間にクリアランスを形成している。
　第一フィン群の間には、フィルタを通した微量のプロセスガスがシールガスとして供給される。第二フィン群の間には不活性ガスがシールガスとして供給される。第一フィン群と第二フィン群の間には、第一フィン群のクリアランスを通過したプロセスガスと第二フィン群のクリアランスを通過した不活性ガスとの混合ガスをベントガスとして外部に排出する排出路が形成されている。
実開昭５８－５３９６１号公報
　ところで、上記のシール装置では、該シール装置に供給されるプロセスガスが、第一フィン群のクリアランスを通過した後に、回転軸の外周面に沿う噴流として第二フィン群も通過してしまう場合がある。このようなプロセスガスの噴流は、第二フィン群を突き抜けることで圧縮機の外部へと漏れてしまう。
　本発明は、機内側からのシールガスの漏れを抑制することができるシール装置及び圧縮機を提供する。
　本発明の第一態様に係るシール装置は、回転軸と該回転軸を囲うケーシングを有する圧縮機における前記回転軸と前記ケーシングとの間に設けられて、該圧縮機の機内側と機外側とを軸線方向に隔てるシール装置であって、前記回転軸は、第一外周面、該第一外周面の機外側に隣接して該第一外周面よりも外径が小さい第二外周面、及び、前記第一外周面と前記第二外周面とを接続する段差面を有し、前記ケーシングに固定されて前記軸線を囲う環状をなすリング部と、該リング部の内周面から突出して前記第一外周面との間でクリアランスを形成する複数のフィンからなる第一フィン群と、前記リング部の内周面から突出して先端が前記第一外周面よりも径方向内側に位置するとともに前記第二外周面との間でクリアランスを形成する複数の第二フィンからなる第二フィン群と、備え、前記リング部が、前記第一フィン群の間に第一シールガスを供給可能な第一ガス供給路と、前記第二フィン群の間に第二シールガスを供給可能な第二ガス供給路と、前記第一フィン群と前記第二フィン群との間から、前記第一フィン群のクリアランスを通過した前記第一シールガスと前記第二フィン群のクリアランスを通過した第二シールガスとの混合ガスを排出可能な混合ガス排出路と、を有する。
　上記態様によれば、第一フィン群のクリアランスを機外側に通過する第一シールガスは、噴流として第一外周面に沿って第二フィンに向かって進行する。一方、第二フィン群のクリアランスを機内側に通過した第二シールガスは、段差面に衝突することで径方向外側に向かって曲げられ、最も機内側の第二フィンの手前に渦を形成する。そのため、当該第二フィンに向かって進行する第一シールガスの噴流は、直接的に第二フィンに衝突することなく、上記渦によって径方向外側に向かって誘導される。したがって、第一シールガスの噴流は、第二フィン群のクリアランスから径方向外側に向かって遠ざけられる。また、径方向外側に誘導されたシールガスの噴流は、第二フィンに沿ってより径方向外側に案内される。よって、第一シールガスの噴流が、第二フィン群のクリアランスを突破してしまうことを抑制できる。
　上記態様では、複数の前記第二フィンのうち最も機内側に位置する前記先頭第二フィンと前記段差面との前記軸線方向の間隔をＷとし、前記先頭第二フィンと前記第二外周面とのクリアランスの寸法をＣＬとし、前記リング部における前記第二フィン群が設けられた内周面と前記第二外周面との径方向の間隔をＤとした場合に、ＣＬ＜Ｗ＜２Ｄの関係が成立してもよい。
　上記関係が成立することで、先頭第二フィンは段差面により近接して配置される。そのため、第一シールガスの噴流が第二フィンに衝突し易くなる。そのため、上記渦による誘導と相まって、当該噴流をより第二フィン群のクリアランスから遠ざけることができる。
　上記態様では、前記先頭第二フィンは、径方向内側に向かうに従って機内側に向かって傾斜していてもよい。
　これによって、先頭第二フィンに衝突する第一シールガスの噴流を、傾斜に沿って径方向外側により案内し易くすることができる。
　上記態様では、前記リング部は、前記第一外周面よりも機外側、かつ、複数の前記第二フィンのうち最も機内側に位置する先頭第二フィンよりも機内側に位置するとともに、前記第一フィン群のクリアランスを通過した第一シールガスが衝突する壁面を有し、該壁面は、径方向外側に向かうにしたがって機外側に向かって傾斜している。
　この場合、第一フィン群を通過した第一シールガスの噴流は、壁面に衝突し、該壁面に沿って径方向外側に案内される。また、壁面の径方向内側では、第二シールガスの上記渦が形成されることで、第一シールガスの径方向内側への入り込みが抑制される。その結果、上記噴流が第二フィン群のクリアランスを通過してしまうことを抑制できる。
　本発明の第二態様に係る圧縮機は、前記回転軸と、前記ケーシングと、請求項１から３のいずれか一項に記載のシール装置と、を備える。
　上記態様では、前記第一シールガスは、機内で圧縮されたプロセスガスであって、前記第二シールガスは、外部から供給される不活性ガスであってもよい。
　これによって、プロセスガスが第二フィン群のクリアランスを通過してしまうことを抑制できる。よって、プロセスガスとしてＮＯＸ等の有害ガスや可燃ガスを用いた場合等、プロセスガスの取扱いにより注意を払う必要がある場合であっても、該プロセスガスの漏れを抑制することで、より適切な管理を行うことができる。
　本発明のシール装置及び圧縮機によれば、機内側からのシールガスの漏れを抑制することができる。
第一実施形態に係る圧縮機を備えた冷凍サイクルシステムの主要部を示す模式図である。 第一実施形態に係る圧縮機の要部を示す縦断面図である。 図２の部分拡大図である。 第二実施形態に係る圧縮機の縦断面図の部分拡大図である。 第三実施形態に係る圧縮機の縦断面図の部分拡大図である。 第三実施形態の変形例に係る圧縮機の縦断面図の部分拡大図である。
　以下、本発明の第一実施形態に係るシール装置及び圧縮機を備えたシステムの一例について図１～図３を参照して詳細に説明する。第一実施形態に係る冷凍サイクルシステム１は、図示しない冷却対象を冷却するためのシステムである。本実施形態の冷凍サイクルシステム１は、例えば、液化天然ガス（以下、ＬＮＧ）プラントに用いられてもよい。特に、冷凍サイクルシステム１は、プロセスガスＧ１の補充が困難であり、冷却源として冷凍機を追加するスペースの確保も困難な洋上プラントや船上プラントのような海底から天然ガスを掘り出して液化するＬＮＧプラントに適用されてもよい。
　冷凍サイクルシステム１は、圧縮機２と、凝縮器３と、貯留部４と、蒸発器５と、を備える。これらの構成は、上記した順番で配管６によって接続されている。
　圧縮機２は、気体状態の冷媒（以下、プロセスガスＧ１と呼ぶ。）を圧縮する。圧縮機２のロータ１１には、これを駆動するモータ等の駆動機７が接続されている。
　凝縮器３は、圧縮機２において圧縮された高温高圧のプロセスガスＧ１を冷却して凝縮する。
　貯留部４は、凝縮器３において液体状態とされたプロセスガスＧ１を一時的に貯留する。
　蒸発器５は、貯留部４からバルブ８により断熱膨張して圧力及び温度が低下した状態で供給される液体状態のプロセスガスＧ１と、不図示の冷却対象との間で熱交換することで、液体状態のプロセスガスＧ１を蒸発させる。蒸発することで気化したプロセスガスＧ１は、再び圧縮機２に送り込まれる。
　上記のプロセスガスＧ１は、例えば炭化水素（ハイドロカーボン）である。プロセスガスＧ１として用いる炭化水素は、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン等のうち適宜選択された一種類又は複数種類の炭化水素であってよい。
　なお、本実施形態の圧縮機２は、上記炭化水素のような可燃性ガスの他、ＮＯＸ等の有毒ガスをプロセスガスＧ１として圧縮してもよい。
　図１及び図２に示すように、圧縮機２のロータ１１は、軸線Ｏ回りに回転する回転軸１２及びこれに取り付けられた不図示のインペラを備える。圧縮機２は、ロータ１１を収容するケーシング４０を備える。回転軸１２は、軸線Ｏ方向の両端である第一端部１３及び第二端部１４が共にケーシング４０の外側に突出している。回転軸１２は、ケーシング４０の外側で軸受１６によってケーシング４０に対して回転自在に支持されている。図２では、回転軸１２の軸線Ｏ方向一方側の第一端部１３のみが軸受１６によってケーシング４０に対して支持されているが、回転軸１２の軸線Ｏ方向他方側の第二端部１４も同様に軸受１６によって支持されている。
　図２及び図３に示すように、回転軸１２の第一端部１３側の部分には、ケーシング４０との間に隙間が形成されている。この隙間には、シール装置５０が設けられている。シール装置５０は、圧縮機２での作動流体となるプロセスガスＧ１がケーシング４０の内側から外側に、即ち、圧縮機２の機内側（図２の左側、軸線Ｏ方向他方側）から機外側（図２の右側、軸線Ｏ方向一方側）に漏れることを抑制する。
　シール装置５０は、回転軸１２の外周面２０のうち第一外周面２１、第二外周面２２及び第三外周面２３を径方向外側から囲うように設けられている。これら第一外周面２１、第二外周面２２及び第三外周面２３は、それぞれ軸線Ｏに直交する断面視で円形をなしている。
　第一外周面２１は、機内側に位置している。第二外周面２２は、第一外周面２１の機外側に隣接して設けられている。第二外周面２２の外径は第一外周面２１の外径よりも小さい。これによって、第一外周面２１と第二外周面２２との間には、軸線Ｏに直交する平面状をなして機外側を向く円環状の段差面３１が形成されている。第三外周面２３は、第二外周面２２の機外側に隣接して設けられている。第三外周面２３の外径は第二外周面２２よりも小さい。これによって第二外周面２２と第二外周面２２との間にも段差部３２が形成されている。
　このような回転軸１２の外周面に対向するシール装置５０は、リング部６０、第一フィン群８１、第二フィン群８３及び第三フィン群８５を有する。
　リング部６０は、軸線Ｏを中心とした円筒形状をなしている。リング部６０の外周面は、軸線Ｏ方向に一様な外径をなす円筒面状をなしている。リング部６０の外周面は、ケーシング４０の内周面４１に一体に固定されている。即ち、シール装置５０はケーシング４０に固定されている。
　リング部６０の内周面６１は、回転軸１２の第一外周面２１に径方向外側から対向する第一内周面６２、回転軸１２の第二外周面２２に径方向外側から対向する第二内周面６３、及び、回転軸１２の第三外周面２３に径方向外側から対向する第三内周面６４を有している。
　リング部６０における第一内周面６２と第二内周面６３との間には、径方向外側に向かって軸線Ｏを中心とした環状に凹む第一排出凹部７１が形成されている。リング部６０の第一排出凹部７１と回転軸１２の外周面２０とによって第一排出空間Ｒ１が区画形成されている。回転軸１２の外周面２０における第一外周面２１と第二外周面２２との境界となる段差面３１は、当該第一排出空間Ｒ１の軸線Ｏ方向の範囲内に位置している。
　詳しくは図３に示すように、リング部６０における第一排出凹部７１は、機内側を向く壁面７２を有している。該壁面７２は、軸線Ｏに直交する平面状をなしている。壁面７２は、軸線Ｏを中心とした環状に延びている。壁面７２は、回転軸１２の段差面３１よりも機外側に位置している。壁面７２の径方向内側の端部は、リング部６０の第二内周面６３と周方向全域にわたって接続されている。リング部６０の第二内周面６３は、回転軸１２の第二外周面２２に対向するとともに、第一外周面２１よりも径方向外側に位置している。
　図２に示すように、第二内周面６３と第三内周面６４との間には、径方向外側に向かって軸線Ｏを中心とした環状に凹む第二排出凹部７３が形成されている。リング部６０の第二排出凹部７３と回転軸１２の外周面２０とによって第二排出空間Ｒ２が区画形成されている。
　リング部６０における第一外周面２１には、第一供給凹部７４が形成されている。第一供給凹部７４は、該第一外周面２１の軸線Ｏ方向両端の軸線方向内側に、第一外周面２１を軸線Ｏ方向に２つに分断するようにして形成されている。リング部６０の第一供給凹部７４と回転軸１２の外周面２０（第一外周面２１）とによって第一供給空間Ｒ３が区画形成されている。
　リング部６０における第二外周面２２には、第二供給凹部７５が形成されている。第二供給凹部７５は、該第二外周面２２の軸線Ｏ方向両端の軸線Ｏ方向内側に、第二外周面２２を軸線Ｏ方向に２つに分断するようにして形成されている。リング部６０の第二供給凹部７５と回転軸１２の外周面２０（第二外周面２２）とによって第二供給空間Ｒ４が区画形成されている。
　ここで、リング部６０には、第一ガス供給路７６、第二ガス供給路７７、混合ガス排出路７８、及び不活性ガス排出路７９（シールガス排出路）が形成されている。
　第一ガス供給路７６は、第一供給凹部７４と該リング部６０の外周面とを径方向に貫通するように周方向に間隔をあけて複数形成されている。
　ケーシング４０の内周面４１における第一ガス供給路７６に対応する部分には、第一ガス供給路７６に圧縮機２内のプロセスガスＧ１をシール用のプロセスガスＧ１として導入可能な第一ガス導入路４２が形成されている。即ち、第一ガス導入路４２には、圧縮機２の圧縮対象となるプロセスガスＧ１の一部が抽気されて、その後にフィルタを通過したプロセスガスＧ１が供給される。
　第二ガス供給路７７は、第二供給凹部７５と該リング部６０の外周面とを径方向に貫通するように周方向に間隔をあけて複数形成されている。
　ケーシング４０の内周面４１における第二ガス供給路７７に対応する部分には、第二ガス供給路７７に圧縮機２内の不活性ガスＧ２を導入可能な第二ガス導入路４３が形成されている。第二ガス導入路４３には、図１に示すように、圧縮機２の外部に設けられた不活性ガス供給源９から、窒素等の不活性ガスＧ２が供給される。
　混合ガス排出路７８は、第一排出凹部７１と該リング部６０の外周面とを径方向に貫通するように周方向に間隔をあけて複数形成されている。
　ケーシング４０の内周面４１における混合ガス排出路７８に対応する部分には、該混合ガス排出路７８からプロセスガスＧ１と不活性ガスＧ２との混合ガスを外部に導出可能な混合ガス導出路４４が形成されている。混合ガス導出路４４から圧縮機２の外部に排出された混合ガスは、図１に示すガス回収部１０によってプロセスガスＧ１のみが回収され、該プロセスガスＧ１が冷凍サイクルシステム１の配管６へと返される。ガス回収部によって分離された不活性ガスＧ２は大気開放されてもよいし、回収して再度使用してもよい。
　不活性ガス排出路７９（シールガス排出路）は、第二排出凹部７３と該リング部６０の外周面とを径方向に貫通するように周方向に間隔をあけて複数形成されている。
　ケーシング４０の内周面４１における不活性ガス排出路７９に対応する部分には、不活性ガス排出路７９から不活性ガスＧ２を外部に排出する不活性ガス導出路４５が形成されている。
　第一フィン群８１は、リング部６０における第一内周面６２に設けられている。第一フィン群８１は、複数の第一フィン８２から構成されている。複数の第一フィン８２は、第一内周面６２から径方向内側に突出して回転軸１２の第一外周面２１との間にクリアランスを形成している。第一フィン８２はそれぞれ軸線Ｏを中心とした環状に延在している。複数の第一フィン８２は、軸線Ｏ方向に間隔をあけて並設されている。第一フィン群８１は、第一供給凹部７４によって軸線Ｏ方向に２つのグループに分断されている。
　第二フィン群８３は、リング部６０における第二内周面６３に設けられている。第二フィン群８３は、複数の第一フィン８２から構成されている。第二フィン８４はそれぞれ軸線Ｏを中心とした環状に延在している。第二フィン群８３は、第二内周面６３から径方向内側に突出して回転軸１２の第二外周面２２との間にクリアランスを形成している。複数の第二フィン８４は、軸線Ｏ方向に間隔をあけて並設されている。第二フィン群８３は、第二供給凹部７５によって軸線Ｏ方向に２つのグループに分断されている。
　詳しくは図３に示すように、第二フィン群８３を構成する複数の第二フィン８４の先端（径方向内側の端部）は、第一外周面２１よりも径方向内側に位置している。
　第三フィン群８５は、リング部６０における第三内周面６４に設けられている。第三フィン群８５は、複数の第三フィン８６から構成されている。複数の第三フィン８６は、第三内周面６４から径方向内側に突出して回転軸１２の第三外周面２３との間にクリアランスを形成している。第三フィン８６はそれぞれ軸線Ｏを中心とした環状に延在している。複数の第三フィン８６は、軸線Ｏ方向に間隔をあけて並設されている。
　ここで、図３に示すように、複数の第二フィン８４のうち最も機内側に位置する先頭第二フィン８４ａと段差面３１との軸線Ｏ方向の間隔をＷとする。先頭第二フィン８４ａと第二外周面２２とのクリアランスの寸法をＣＬとする。リング部６０における第二フィン群８３が設けられた内周面と第二外周面２２との径方向の間隔をＤとする。この場合、本実施形態では、ＣＬ＜Ｗ＜２Ｄの関係が成立している。
　次に本実施形態の作用について説明する。
　冷凍サイクルシステム１の運転時には、圧縮機２のロータ１１が回転しており、シール装置５０によって圧縮機２のロータ１１の両端からのプロセスガスＧ１の漏れが抑制される。
　シール装置５０では、ケーシング４０の第一ガス導入路４２からのシール用のプロセスガスＧ１が、第一ガス供給路７６を介して第一供給空間Ｒ３内に導入される。このプロセスガスＧ１は、第一供給空間Ｒ３から第一フィン群８１のクリアランスを通過して機内側及び機外側に進行する。また、ケーシング４０の第二ガス導入路４３からの不活性ガスＧ２が、第二ガス供給路７７を介して第二供給空間Ｒ４内に導入される。この不活性ガスＧ２は、第二供給空間Ｒ４から第二フィン群８３のクリアランスを通過して機内側及び機外側に進行する。
　第一排出空間Ｒ１には、第一フィン群８１のクリアランスを機外側に向かって通過したプロセスガスＧ１が到達するとともに、第二フィン群８３のクリアランスを機内側に向かって通過した不活性ガスＧ２が到達する。第一排出空間Ｒ１では、これらプロセスガスＧ１と不活性ガスＧ２とが混ざり合って混合ガスが生成される。混合ガスは、第一排出空間Ｒ１から混合ガス排出路７８、及び混合ガス導出路４４を介して、圧縮機２外に排出される。
　第二排出空間Ｒ２には、第二フィン群８３のクリアランスを機外側に向かって通過した不活性ガスＧ２が到達する。この不活性ガスＧ２は、第二排出空間Ｒ２から不活性ガス排出路７９、及び不活性ガス導出路４５を介して、圧縮機２外に排出される。
　このようにシール装置５０では、シール用のプロセスガスＧ１、及び不活性ガスＧ２が供給されることで、機内のプロセスガスＧ１が漏出されてしまうことを抑制している。また、シール用のプロセスガスＧ１の漏れは、不活性ガスＧ２によって抑制されている。
　ここで本実施形態では、図３に示すように、第一フィン群８１のクリアランスを機外側に通過するプロセスガスＧ１は、噴流として第一外周面２１に沿って第二フィン群８３に向かって進行する。一方、第二フィン群８３のクリアランスを機内側に通過する不活性ガスＧ２は、段差面３１に衝突することで径方向外側に向かって案内される。その結果、最も機内側の第二フィン８４である先頭第二フィン８４ａの手前に渦Ｖが形成される。この渦Ｖによって、第二フィン８４に向かって進行するプロセスガスＧ１の噴流は、上記渦Ｖによって径方向外側に向かって誘導される。これにより、プロセスガスＧ１の噴流が直接的に先頭第二フィン８４ａに衝突することが抑制される。
　また、渦Ｖの案内によって、プロセスガスＧ１の噴流は、第二フィン群８３のクリアランスから径方向外側に向かって遠ざけられる。このように径方向外側に誘導されたプロセスガスＧ１の噴流は、第二フィン８４に沿って、より径方向外側に案内される。よって、プロセスガスＧ１の噴流が、第二フィン群８３のクリアランスを突破してしまうことを抑制できる。したがって、プロセスガスＧ１が機外に漏れ出てしまうことを回避することができる。特にプロセスガスＧ１が可燃性のガスの場合やＮＯＸ等の有毒ガスの場合であっても、本実施形態では当該プロセスガスＧ１の漏れが回避される。そのため、より安全なシステムを構築することができる。また、より適切なプロセスガスＧ１の管理を行うことができる。
　さらに、本実施形態では、上述の通り、ＣＬ＜Ｗ＜２Ｄの関係が成立している。そのため、先頭第二フィン８４ａは段差面３１により近接して配置される。そのため、プロセスガスＧ１の噴流が第二フィン８４に衝突し易くなる。そのため、上記渦Ｖによる誘導と相まって、当該噴流をより第二フィン群８３のクリアランスから遠ざけることができる。
　また、本実施形態では、回転軸１２は、機内側の第一外周面２１よりも機外側の第二外周面２２の方が、外径が小さく設定されている。また、これに対応して、第一フィン群８１よりも第二フィン群８３の方が径方向内側に突出している。そのため、シール装置５０の機外側からの着脱を容易に行うことができる。
　次に第二実施形態について図４を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　第二実施形態では、第二フィン群８３の複数の第二フィン８４における最も機内側に位置する先頭第二フィン８４ａが、リング部６０から径方向内側に向かうに従って機内側に向かって傾斜している。これによって、先頭第二フィン８４ａの機内側を向く面は、機外側に向かうに従って径方向外側に向かって延びる傾斜案内面８４ｂとされている。複数の第二フィン８４のうち先頭第二フィン８４ａ以外の第二フィン８４は、第一実施形態と同様、径方向に突出している。
　第二実施形態では、上記構成によって、プロセスガスＧ１の噴流は渦Ｖによって径方向外側に案内されることに加えて、先頭第二フィン８４ａの傾斜案内面８４ｂによってさらに径方向外側に案内される。即ち、プロセスガスＧ１の噴流をより容易に径方向外側に向かって案内することができる。そのため、プロセスガスＧ１の噴流が、第二フィン群８３を突き抜けて機外に漏れ出てしまうことをより一層抑制することができる。
　次に第三実施形態について図５を参照して説明する。第三実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　第三実施形態では、リング部６０における第二フィン群８３が設けられた第二内周面６３のうち、機内側の端部から先頭第二フィン８４ａまでの部分が、径方向内側に向かって一段突出する突出内周面６３ａとされている。これにともなって、第二内周面６３の機内側の端部に接続されたリング部６０の壁面７２は、第一実施形態よりも径方向内側に向かって延びている。
　本実施形態では、突出内周面６３ａは、回転軸１２の第一外周面２１と同一の径方向位置又は該第一外周面２１よりも径方向内側、かつ、先頭第二フィン８４ａの先端よりも径方向外側に位置している。これに伴って、壁面７２の径方向内側の端部は、第一外周面２１と同一の径方向位置から該第一外周面２１よりも径方向内側に位置している。
　さらに、壁面７２は、径方向内側の端部から径方向外側に向かうにしたがって機外側に向かって傾斜している。壁面７２の傾斜角度は、径方向に対して例えば５°～１５°の角度で傾斜している。壁面７２の傾斜角度は１０°とすることが好ましい。
　本実施形態によれば、第一フィン群８１を通過したプロセスガスＧ１の噴流は、壁面７２に衝突し、該壁面７２に沿って径方向外側に案内される。また、壁面７２の径方向内側では、第二シールガスの上記渦Ｖが形成されることで、プロセスガスＧ１の径方向内側への入り込みが抑制される。その結果、上記噴流が第二フィン群８３のクリアランスを通過してしまうことをより一層抑制することができ、プロセスガスＧ１の漏れを効果的に抑制することができる。
　なお、第三実施形態の変形例として、例えば図６に示すように、先頭第二フィン８４ａが第二実施形態同様、傾斜していてもよい。この場合、先頭第二フィン８４ａの手前でより渦Ｖが形成され易くなる。そのため、第一外周面２１に沿って流れる噴流が、第二外周面２２側に入り込むことをより一層抑制できる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば実施形態では、冷凍サイクルシステム１の圧縮機２にシール装置５０を適用した例について説明したが、他のシステムに圧縮機２及びシール装置５０を適用してもよい。
　実施形態では、第一フィン群８１の間に第一シールガスとしてプロセスガスＧ１を供給する例について説明したが、第一シールガスとして例えば外部から供給される他のガスを用いてもよい。当該ガスがＮＯＸ等の有毒ガス、可燃性ガスの場合であっても、その漏れを効果的に抑制することができる。また、第一シールガスとしては、上記ガス以外の他のガスを用いてもよい。
　段差面３１は、軸線Ｏに直交する平面状に限られず、機内側に向かって又は機外側に向かって傾斜していてもよい。
　実施形態では、第二フィン群８３の間に第二シールガスとして窒素を供給する例について説明したが、他の不活性ガスＧ２を第二シールガスとして用いてもよい。また、不活性ガスＧ２に限られず、他のガスを第二シールガスとして用いてもよい。
　本発明のシール装置及び圧縮機によれば、機内側からのシールガスの漏れを抑制することができる。
１　　冷凍サイクルシステム
２　　圧縮機
３　　凝縮器
４　　貯留部
５　　蒸発器
６　　配管
７　　駆動機
８　　バルブ
９　　不活性ガス供給源
１０　ガス回収部
１１　ロータ
１２　回転軸
１３　第一端部
１４　第二端部
１６　軸受
２０　外周面
２１　第一外周面
２２　第二外周面
２３　第三外周面
３１　段差面
３２　段差部
４０　ケーシング
４１　内周面
４２　第一ガス導入路
４３　第二ガス導入路
４４　混合ガス導出路
４５　不活性ガス導出路
５０　シール装置
６０　リング部
６１　内周面
６２　第一内周面
６３　第二内周面
６３ａ　　　 突出内周面
６４　第三内周面
７１　第一排出凹部
７２　壁面
７３　第二排出凹部
７４　第一供給凹部
７５　第二供給凹部
７６　第一ガス供給路
７７　第二ガス供給路
７８　混合ガス排出路
７９　不活性ガス排出路
８１　第一フィン群
８２　第一フィン　
８３　第二フィン群
８４　第二フィン
８４ａ　　　 先頭第二フィン
８４ｂ　　　 傾斜案内面
８５　第三フィン群
８６　第三フィン　
Ｒ１　第一排出空間
Ｒ２　第二排出空間
Ｒ３　第一供給空間
Ｒ４　第二供給空間
Ｇ１　プロセスガス
Ｇ２　不活性ガス
Ｖ　　渦
Ｏ　　軸線

Claims (6)

  1. 　軸線回りに回転する回転軸と該回転軸を囲うケーシングを有する圧縮機における前記回転軸と前記ケーシングとの間に設けられて、該圧縮機の機内側と機外側とを軸線方向に隔てるシール装置であって、
    　前記回転軸は、第一外周面、該第一外周面の機外側に隣接して該第一外周面よりも外径が小さい第二外周面、及び、前記第一外周面と前記第二外周面とを接続する段差面を有し、
    　前記ケーシングに固定されて前記軸線を囲う環状をなすリング部と、
    　該リング部の内周面から突出して前記第一外周面との間でクリアランスを形成する複数のフィンからなる第一フィン群と、
    　前記リング部の内周面から突出して先端が前記第一外周面よりも径方向内側に位置するとともに前記第二外周面との間でクリアランスを形成する複数の第二フィンからなる第二フィン群と、
    　備え、
    　前記リング部が、
    　前記第一フィン群の間に第一シールガスを供給可能な第一ガス供給路と、
    　前記第二フィン群の間に第二シールガスを供給可能な第二ガス供給路と、
    　前記第一フィン群と前記第二フィン群との間から、前記第一フィン群のクリアランスを通過した前記第一シールガスと前記第二フィン群のクリアランスを通過した第二シールガスとの混合ガスを排出可能な混合ガス排出路と、
    　を有するシール装置。
  2. 　複数の前記第二フィンのうち最も機内側に位置する先頭第二フィンと前記段差面との前記軸線方向の間隔をＷとし、
    　前記先頭第二フィンと前記第二外周面とのクリアランスの寸法をＣＬとし、
    　前記リング部における前記第二フィン群が設けられた内周面と前記第二外周面との径方向の間隔をＤとした場合に、
    　ＣＬ＜Ｗ＜２Ｄの関係が成立する請求項１に記載のシール装置。
  3. 　複数の前記第二フィンのうち最も機内側に位置する先頭第二フィンは、径方向内側に向かうに従って機内側に向かって傾斜している請求項１又は２に記載のシール装置。
  4. 　前記リング部は、
    　前記第一外周面よりも機外側、かつ、複数の前記第二フィンのうち最も機内側に位置する先頭第二フィンよりも機内側に位置するとともに、前記第一フィン群のクリアランスを通過した第一シールガスが衝突する壁面を有し、
    　該壁面は、径方向外側に向かうにしたがって機外側に向かって傾斜している請求項１から３のいずれか一項に記載のシール装置。
  5. 　前記回転軸と、前記ケーシングと、請求項１から４のいずれか一項に記載のシール装置と、を備える圧縮機。
  6. 　前記第一シールガスは、機内で圧縮されたプロセスガスであって、
    　前記第二シールガスは、外部から供給される不活性ガスである請求項５に記載の圧縮機。
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