CN107850221B - 非接触环状密封件及具备该非接触环状密封件的旋转机械 - Google Patents

Abstract

实现对由旋转轴的周向上的回旋流引起的不稳定振动的抑制效果的提高，同时抑制在密封件内部通过的流体的泄漏量的增加。根据本发明，提供一种非接触环状密封件，其构成为具有设于旋转机械的旋转部的旋转体、和设于上述旋转机械的固定部的固定体，并将在上述旋转体与上述固定体之间的间隙中流动的流体密封。非接触环状密封件具有螺纹槽，该螺纹槽设于形成上述间隙的上述旋转体的表面及上述固定体的表面中的至少一方上，上述螺纹槽划定相对于与上述旋转体的轴向正交的平面而言的上述螺纹槽的导程角，密封件入口侧的上述螺纹槽的上述导程角比密封件出口侧的上述螺纹槽的上述导程角大。

Description

非接触环状密封件及具备该非接触环状密封件的旋转机械

技术领域

本发明涉及非接触环状密封件及具备该非接触环状密封件的旋转机械，尤其涉及对非压缩性流体进行处理的旋转机械中的、减少叶轮等与壳体之间的流体泄漏量且减少振动从而发挥稳定的轴封特性的非接触环状密封件及具备该非接触环状密封件的旋转机械。

背景技术

移送液体的旋转机械(以下称为“泵”)在以发电、化学工艺、下水道、上水道等为目的的装置(plant)或设备中被广泛使用。泵具有壳体、和安装有叶轮的旋转轴。旋转轴配置于壳体内部，并通过轴承而能够旋转地被支承。从壳体的吸入口被吸入的液体通过叶轮的旋转而升压，并从壳体的排出口排出。即，在泵内部的流路中，形成高压的区域和低压的区域，流体会从高压区域向低压区域流动。在此，在壳体(固定部)与旋转轴(旋转部)之间的微小间隙中，若流体从高压的区域经由该间隙向低压的区域移动(泄漏)，则泵效率会降低。因此，通过非接触环状密封件将壳体与旋转轴之间的间隙密封。由此，抑制升压后的液体向低压侧泄漏。

例如，在图1所示的典型的多级离心泵(从JIS手册泵第1版第74页引用)中，非接触环状密封件用于图中由圆圈包围的部位。即，用于叶轮的入口部、前级的叶轮与后级的叶轮之间、最后级的叶轮出口部与低压侧(泵入口压力)之间等。尤其是，由于叶轮出口部与低压侧之间的差压大、流体的泄漏程度大，所以该部分处的流体的泄漏对泵性能带来的影响大。因此，已知能够减少流体的泄漏量的各种构造的非接触环状密封件。

作为最基本的非接触环状密封件，已知平滑密封件。平滑密封件是配置两层具有平滑的面的圆筒而形成的密封件。为了减少平滑密封件这样的非接触环状密封件的泄漏量，减小非接触环状密封件的旋转侧与静止侧的径向上的间隙是有效的。然而，由于旋转轴的振动、挠曲等实用上的问题，无法极端地减小径向上的间隙。因此，需要一种无需减小径向上的间隙就能减少泄漏量的非接触环状密封件。作为这样的非接触环状密封件，已知平行槽密封件、阻尼密封件、螺纹槽密封件等。以下，说明以往的非接触环状密封件的例子。

图18是以往的平行槽密封件的局部剖视图。在图18中，以剖视图示出固定体131，以侧视图示出旋转轴121。平行槽密封件111具有：旋转轴121，其为外周面平滑的旋转体；和固定体131，其在与旋转轴121相对的面上设有多个同心圆状的槽141。该平行槽密封件111能够通过基于在旋转轴121与固定体131之间的间隙中流动的流体从槽141通过时产生的涡流而引起的能量损失、由流路的急剧扩大及急剧缩小产生的压力损失等，来减少流体的泄漏量(移动量)。

图19及图20是以往的阻尼密封件的局部剖视图。图19表示作为阻尼构造而采用蜂巢图案(honeycomb pattern)的阻尼密封件。在图19中，以剖视图示出固定体132，以侧视图示出旋转轴122。阻尼密封件112具有：旋转轴122，其为外周面平滑的旋转体；和固定体132，其在与旋转轴122相对的面上设有多个凹部142。在图示的例子中，作为凹部142而利用六边形状的蜂巢图案。该阻尼密封件112能够通过在旋转轴122与固定体132之间的间隙中流动的流体在凹部142中流动时产生的流体的压力损失，来减少流体的泄漏量。

图20表示作为阻尼构造而采用了孔图案(hole pattern)的阻尼密封件。在图20中，以剖视图示出固定体133，以侧视图示出旋转轴123。该阻尼密封件113具有：旋转轴123，其为外周面平滑的旋转体；和固定体133，其在与旋转轴123相对的面上设有多个凹部143。在图示的例子中，作为凹部143而使用圆形凹状的孔图案。该阻尼密封件113能够通过在旋转轴123与固定体133之间的间隙中流动的流体在凹部143中流动时产生的流体的压力损失，来减少流体的泄漏量。

图21是以往的螺纹槽密封件的局部剖视图。在图21中，以剖视图示出固定体134，以侧视图示出旋转轴124。螺纹槽密封件114具有：内周面平滑的圆筒状的固定体134；和在与固定体134相对的面上形成有螺纹槽144的旋转轴124。螺纹槽密封件114具有如下效果：当旋转轴124旋转时，根据旋转方向而通过泵浦效果(pumping effect)将流体向高压侧推回，从而使泄漏量减少。螺纹槽144是从密封件入口侧(高压侧)至密封件出口侧(低压侧)连续的槽。在螺纹槽密封件114的入口侧与出口侧的压力差大的情况下，由压力差导致的泄漏流变大，因此在大多情况下，减小导程角能够减少泄漏量。

此外，在涡轮分子泵等流体机械中使用的非接触环状密封件在日本实开昭62-98798号公报(专利文献1)等中有所公开。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开昭62-98798号公报

发明内容

然而，在非接触环状密封件中，由于在密封件内部通过的流体会绕旋转轴的外周回旋，所以存在旋转轴上产生不稳定振动(也称为自激振动)、而旋转轴产生异常的振动状态的情况。该不稳定振动的产生困难度是非接触环状密封件的重要特性之一。已知密封件内部的旋转轴的周向上的回旋流越大，则该不稳定振动越容易产生。

在螺纹槽密封件的情况下，通过在固定体上设置恰当的槽，能够减少伴随旋转轴的旋转而产生的密封件内部的流体的回旋流。因此，在固定体上具有螺纹槽的螺纹槽密封件常被用作抑制不稳定振动的手段。已知螺纹槽的导程角越大，则由该设于固定体的螺纹槽实现的抑制不稳定振动的作用越显著。但是，如上所述，若增大螺纹槽的导程角，则多会导致泄漏量增大，可以说抑制不稳定振动的作用和减少泄漏量的作用处于权衡(tradeoff)关系。因此，难以以高水平同时实现减少泄漏量和抑制不稳定振动。

本发明是鉴于上述以往的问题点完成的，其目的之一为，实现对由旋转轴的周向上的回旋流引起的不稳定振动的抑制效果的提高，同时抑制在密封件内部通过的流体的泄漏量的增加。

另外，本发明的另一个目的为，在使安装有叶轮的旋转轴旋转来移送流体的旋转机械中，减少由叶轮升压后的流体向低压侧泄漏来提高泵效率，同时抑制由在密封件内部通过的流体引起的不稳定振动。

本申请发明人针对上述问题点进行了锐意研究，结果得到如下见解。即，得知在螺纹槽的导程角比较大的螺纹槽密封件中，与抑制低压侧(密封件出口侧)的不稳定振动的作用相比，抑制高压侧(密封件入口侧)的不稳定振动的作用更大。另外得知，螺纹槽的导程角比较小的螺纹槽密封件在其低压侧和高压侧具有大致同等的减少泄漏量的效果。

本发明基于上述见解而完成。根据本发明的一个方案，提供一种非接触环状密封件，其构成为具有设于旋转机械的旋转部的旋转体、和设于上述旋转机械的固定部的固定体，且将在上述旋转体与上述固定体之间的间隙中流动的流体密封。该非接触环状密封件具有螺纹槽，该螺纹槽设于形成上述间隙的上述旋转体的表面及上述固定体的表面中的至少一方上，上述螺纹槽划定相对于与上述旋转体的轴向正交的平面而言的上述螺纹槽的导程角，密封件入口侧的上述螺纹槽的上述导程角比密封件出口侧的上述螺纹槽的上述导程角大。由此，在抑制不稳定化振动的作用大的高压侧(密封件入口侧)，螺纹槽的导程角被设定得相对较大，因此能够提高抑制不稳定化振动的作用。另外，在低压侧(密封件出口侧)，螺纹槽的导程角被设定得相对较小，因此能够抑制在密封件中通过的流体的泄漏量的增加。因此，根据本发明的一个方案，能够同时实现抑制非接触环状密封件的不稳定振动的效果和高轴封性能。

根据本发明的另一方案，在上述非接触环状密封件的一个方案中，上述螺纹槽形成为，上述螺纹槽的导程角从密封件入口侧朝向密封件出口侧阶梯性地变小。由此，上述非接触环状密封件能够通过将具有导程角不同的螺纹槽的多个非接触环状密封件相互接合来制造。因此，上述非接触环状密封件例如能够利用以往就存在的非接触环状密封件等而容易地制造。

根据本发明的另一方案，在上述非接触环状密封件的一个方案中，上述螺纹槽形成为，上述螺纹槽的导程角从密封件入口侧朝向密封件出口侧连续地变小。由此，能够根据轴向位置以恰当的角度细致地设定螺纹槽的导程角。进而，能够进一步提高抑制非接触环状密封件的不稳定振动的效果和轴封性能。

根据本发明的另一方案，在上述非接触环状密封件的一个方案中，密封件入口侧的上述螺纹槽的深度比密封件出口侧的上述螺纹槽的深度大。在非接触环状密封件中，在使具有规定条数的螺纹槽的导程角增大的情况下，不得不增大螺纹槽的宽度，从而螺纹槽的截面面积的总和变大。另外，在使具有规定宽度的螺纹槽的导程角增大的情况下，不得不增加条数，从而螺纹槽的截面面积的总和变大。若螺纹槽的截面面积的总和变大，则流体易于在密封件间流动。根据本发明的一个方案，能够减小非接触环状密封件的螺纹槽的截面面积的总和，因此能够进一步减少从密封件间通过的流体的泄漏量。

根据本发明的另一方案，在上述非接触环状密封件的一个方案中，上述螺纹槽至少形成于上述固定体的上述表面。通过使螺纹槽至少形成于固定体的表面，能够提高抑制不稳定振动的作用，同时抑制泄漏量的增加。另外，在非接触环状密封件的旋转体上也设有螺纹槽的情况下，通过旋转体的旋转将流体向高压侧推回的泵浦效果增加。另一方面，由于旋转体的旋转，旋转体周围的流体回旋，有可能助长不稳定振动。在此，若在固定体的表面形成有上述螺纹槽，则即使在旋转体的表面形成有螺纹槽，也能够通过固定体的表面的螺纹槽抑制由于旋转体的旋转而产生的流体的回旋。另外，该情况下，通过由形成于旋转体表面的螺纹槽实现的泵浦效果，能够进一步减少流体的泄漏量。因此，在固定体和旋转体双方上形成有上述螺纹槽的情况下，能够在抑制不稳定振动的同时进一步抑制泄漏量。

根据本发明的另一方案，提供一种旋转机械。该旋转机械具备：电动机；与上述电动机连结且以能够旋转的方式构成的主轴；与上述主轴嵌合且构成为能够与该主轴一起旋转的叶轮；收容上述叶轮的壳体；以及安装于上述壳体且将上述主轴以能够旋转的方式支承的轴承，上述主轴具有旋转部，上述壳体具有固定部，上述旋转部及上述固定部具有上述非接触环状密封件。

发明效果

根据本发明的一个方案，能够实现对由旋转轴的周向上的回旋流引起的不稳定振动的抑制效果的提高，同时抑制在密封件内部通过的流体的泄漏量的增加。

另外，根据本发明的一个方案，在使安装有叶轮的旋转轴旋转来移送流体的旋转机械中，能够减少通过叶轮升压后的流体向低压侧泄漏而提高泵效率，同时抑制由在密封件内部通过的流体导致的不稳定振动。

附图说明

图1表示能够适用本实施方式的非接触环状密封件的高压泵的剖视图。

图2是图1所示的高压泵的第1级叶轮的放大剖视图。

图3是表示能够适用于图2所示的非接触环状密封件的本实施方式的非接触环状密封件的局部剖视图。

图4A是表示形成于固定体的螺纹槽的截面形状的其他例子的图。

图4B是表示形成于固定体的螺纹槽的截面形状的其他例子的图。

图4C是表示形成于固定体的螺纹槽的截面形状的其他例子的图。

图5是图3所示的固定体的、在包含中心轴的平面剖切的情况下的剖视图。

图6是表示在图3所示的非接触环状密封件中使用的固定体的其他例子的剖视图。

图7是表示在图3所示的非接触环状密封件中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。

图8是表示在图3所示的非接触环状密封件中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。

图9是表示在图3所示的非接触环状密封件中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。

图10是表示在图3所示的非接触环状密封件中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。

图11是表示在图3所示的非接触环状密封件中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。

图12是表示在图3所示的非接触环状密封件中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。

图13是表示能够适用于图2所示的非接触环状密封件的其他实施方式的非接触环状密封件的局部剖视图。

图14是表示能够适用于图2所示的非接触环状密封件的其他实施方式的非接触环状密封件的局部剖视图。

图15是表示能够适用于图2所示的非接触环状密封件的其他实施方式的非接触环状密封件的局部剖视图。

图16是表示能够适用于图2所示的非接触环状密封件的其他实施方式的非接触环状密封件的局部剖视图。

图17是表示评价试验的结果的图表。

图18是以往的平行槽密封件的局部剖视图。

图19是以往的阻尼密封件的局部剖视图。

图20是以往的阻尼密封件的局部剖视图。

图21是以往的螺纹槽密封件的局部剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下所说明的附图中，对相同或相当的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。此外，在以下所说明的实施方式中，作为本发明的旋转机械的一例而说明高压泵。

图1表示能够适用本实施方式的非接触环状密封件的高压泵(多级离心泵)的剖视图。该高压泵1具备：与未图示的电动机连结并旋转的主轴11；与主轴11嵌合的叶轮21a、21b、21c；收容叶轮21a、21b、21c的壳体31；和安装于壳体31的轴承45a、45b。轴承45a、45b将主轴11以能够旋转的方式支承。用于旋转驱动高压泵1的未图示的电动机经由与主轴11左端嵌合的联轴器13而与主轴11连结。

壳体31具有用于从外部吸入水等非压缩性流体(以下简称为流体)的吸入口33、和用于将吸入的流体排出的排出口37。与主轴11嵌合的第1级叶轮21a伴随主轴11的旋转而旋转，并从吸入口33向壳体31内吸入流体。由第1级叶轮21a吸入并升压后的流体通过第1流路35a，到达第2级叶轮21b。由第2级叶轮21b升压后的流体通过第2流路35b，到达第3级叶轮21c。流体在第3级叶轮21c中进一步升压，从排出口37排出，并通过未图示的配管而被移送。即，流体通过第1级叶轮21a、第2级叶轮21b及第3级叶轮21c而升压。

流体在各叶轮21a、21b、21c的吸入侧与排出侧之间产生压力差。即，吸入侧成为低压侧，排出侧成为高压侧。若产生该压力差，则高压侧的流体的一部分会从微小的间隙通过而向低压侧泄漏。本实施方式的非接触环状密封件减少该泄漏。在图1所示的高压泵1中，在用圆圈包围的部位设置本实施方式的非接触环状密封件。图1所示的高压泵1是多级离心泵，因此流体的压力比单级离心泵高，从而流体的泄漏量必然变多。若泄漏量变多，则泵效率降低。

图2是图1所示的高压泵1的第1级叶轮21a的放大剖视图。如图所示，第1级叶轮21a具有吸入流体的吸入口23、和排出流体的排出口25。在此，就流体的压力而言，吸入口23侧成为低压，排出口25侧成为高压。即，吸入口23是低压部36，排出口25是高压部38。在此，高压泵1中的流体的泄漏部位主要是吸入口23的外周面与壳体31a的相对部位X、和叶轮21a的背面的外周面与壳体31b的相对部位Y。在形成于这些各相对部位X、Y的间隙中设有本实施方式的非接触环状密封件41、43。

非接触环状密封件41、43具有：设在作为高压泵1的旋转部的叶轮21a上的旋转体41a、43a；和设在作为固定部的壳体31a、31b上的固定体41b、43b。此外，在图示的例子中，旋转体41a、43a设置为与叶轮21a分体的部件，但旋转体41a、43a也可以与叶轮21a一体地形成。同样地，在图示的例子中，固定体41b、43b设置为与壳体31a、31b分体的部件，但固定体41b、43b也可以与壳体31a、31b一体地形成。

图3是表示能够适用于图2所示的非接触环状密封件41、43的本实施方式的非接触环状密封件的局部剖视图。在图3中，以剖视图示出固定体71，以侧视图示出旋转体61。

如图所示，本实施方式的非接触环状密封件51具备：旋转体61，其设于图2所示的作为旋转部的叶轮21a；和固定体71，其设于图2所示的作为固定部的壳体31a、31b。旋转体61构成为能够与叶轮21a一起旋转。旋转体61以中心轴151为中心向规定的方向旋转。此外，中心轴151例如与图1及图2所示的主轴11的轴心一致。

另外，固定体71在其内表面具备形成为螺旋状的螺纹槽81。即，本实施方式的非接触环状密封件51是螺纹槽密封件。固定体71形成为大致圆筒状。旋转体61是具有比固定体71的内径小的外径的大致圆筒状的部件。旋转体61以相对于固定体71的内表面具有规定间隙的方式配置于固定体71的内部。

在将非接触环状密封件51适用于图1所示的高压泵1时，流体在固定体71与旋转体61之间的间隙中从高压侧155(密封件入口侧)朝向低压侧156(密封件出口侧)、即朝向图中箭头A的方向泄漏。

如图3所示，形成于固定体71的螺纹槽81的截面形状为大致矩形。但是并不限于此，如图4A所示，螺纹槽81的截面形状也可以是大致三角形。另外，如图4B所示，螺纹槽81的截面形状也可以是大致U字形。而且，如图4C所示，螺纹槽81的截面形状也可以是大致半圆形。此外，作为螺纹槽81的截面形状，还能够采用图3及图4A-4C所示的截面形状以外的任意的截面形状。

如上所述，本申请发明人通过锐意研究而得到以下见解。即，得知在螺纹槽的导程角比较大的螺纹槽密封件中，与抑制低压侧(密封件出口侧)的不稳定振动的作用相比，抑制高压侧(密封件入口侧)的不稳定振动的作用更大。另外得知，对于螺纹槽的导程角比较小的螺纹槽密封件，在其低压侧和高压侧具有大致同等的减少泄漏量的效果。

因此，在图3所示的本实施方式的非接触环状密封件51中，以使高压侧155(密封件入口侧)的螺纹槽81的导程角比低压侧156(密封件出口侧)的螺纹槽81的导程角大的方式形成螺纹槽81。即，在本实施方式的非接触环状密封件51中，通过高压侧的螺纹槽81高效率地抑制不稳定振动，且通过低压侧的螺纹槽81减少泄漏量。因此，本实施方式的非接触环状密封件51能够同时实现抑制不稳定振动的效果和高轴封性能。

图5是图3所示的固定体71的、在包含中心轴151的平面剖切的情况下的剖视图。如图所示，固定体71具有位于高压侧155(密封件入口侧)的螺纹槽81A、位于低压侧156(密封件出口侧)的螺纹槽81C、和位于螺纹槽81A与螺纹槽81C之间的螺纹槽81B。在此，将螺纹槽81A、81B、81C整体总称为螺纹槽81。螺纹槽81A、81B、81C分别划定相对于与旋转体61(参照图3)的轴向(中心轴151的轴向)正交的平面而言的导程角θ1A、θ1B、θ1C。另外，螺纹槽81A、81B、81C分别具有宽度W1A、W1B、W1C。在此，宽度W1A、W1B、W1C表示螺纹槽81A、81B、81C的从侧面的任意点起算的宽度方向上的最短距离。此外，螺纹槽81A、81B、81C的深度全部相同。

螺纹槽81具有螺纹槽81的导程角发生变化的边界部161、162。具体而言，螺纹槽81A的导程角θ1A在边界部161处变化为螺纹槽81B的导程角θ1B。另外，螺纹槽81B的导程角θ1B在边界部162处变化为螺纹槽81C的导程角θ1C。边界部161、162不具有实质的宽度，因此螺纹槽81在固定体71的表面连续地形成。此外，在本实施方式中，边界部161、162与正交于中心轴151的平面平行地形成。但是，该边界部161、162不限于形成为平面状或直线状的情况，可以是任意的形状。另外，如后所述，边界部161、162的数量不限于两个，也可以是一个或三个以上(参照图10及图11)。

在此，导程角θ1A比导程角θ1B大。另外，导程角θ1B比导程角θ1C大。因此，螺纹槽81的导程角形成为从高压侧155朝向低压侧156阶梯性地变小。即，在抑制不稳定化振动的作用大的高压侧155，螺纹槽81A的导程角θ1A相对较大，因此能够使抑制不稳定化振动的作用提高。另外，在低压侧156，螺纹槽81B的导程角θ1B及螺纹槽81C的导程角θ1C相对较小，因此能够抑制在非接触环状密封件51中通过的流体的泄漏量的增加。

另外，由于螺纹槽81形成为其导程角从高压侧155朝向低压侧156阶梯性地变小，所以能够容易地在该固定体71上加工螺纹槽81。具体而言，螺纹槽81能够通过在固定体71的内周面上分别加工固定宽度的螺纹槽81A、81B、81C而形成。或者，例如能够通过分别制造具有螺纹槽81A的固定体、具有螺纹槽81B的固定体、和具有螺纹槽81C的固定体并将这些固定体组合，来容易地制造固定体71。

螺纹槽81A的条数、螺纹槽81B的条数、螺纹槽81C的条数是分别相同的。螺纹槽81在条数固定的情况下，随着导程角变小，螺纹槽81的宽度变小。因此，与边界部161相比位于高压侧155的螺纹槽81A的宽度W1A大于与边界部161相比位于低压侧156的螺纹槽81B的宽度W1B。另外，与边界部162相比位于高压侧155的螺纹槽81B的宽度W1B大于与边界部162相比位于低压侧156的螺纹槽81C的宽度W1C。即，螺纹槽81的宽度形成为随着从高压侧155朝向低压侧156而阶梯性地变小。此外，如后所述，螺纹槽81A的条数、螺纹槽81B的条数、螺纹槽81C的条数也可以分别不同(参照图7)。另外，如后所述，宽度W1A、宽度W1B、宽度W1C也可以是彼此相同的大小(参照图7)。

如图所示，在边界部161处，高压侧155的螺纹槽81A的截面面积与低压侧156的螺纹槽81B的截面面积相同。同样地，在边界部162处，高压侧155的螺纹槽81B的截面面积与低压侧156的螺纹槽81C的截面面积相同。此外，如后所述，边界部161、162处的高压侧155的螺纹槽81的截面面积也可以与低压侧156的螺纹槽81的截面面积不同(参照图7)。

另外，如图所示，在边界部161、162处，高压侧155的螺纹槽81与低压侧156的螺纹槽81连续地形成。换言之，在边界部161、162处，高压侧155的螺纹槽81的截面与低压侧156的螺纹槽81的截面一致。具体而言，在边界部161处，高压侧155的螺纹槽81A的截面与低压侧156的螺纹槽81B的截面一致。另外，在边界部162处，高压侧155的螺纹槽81B的截面与低压侧156的螺纹槽81C的截面一致。由此，能够抑制泵浦效果被边界部161、162处的螺纹槽81阻碍。此外，如后所述，也可以形成为在边界部161、162处，高压侧155的螺纹槽81不与低压侧156的螺纹槽81连续(参照图6、图7)。

如以上说明那样，图3所示的非接触环状密封件51具有高压侧155的螺纹槽81的导程角比低压侧156的螺纹槽81的导程角大的固定体71。该非接触环状密封件51例如也能够具备以下所说明那样的其他固定体。

图6是表示在图3所示的非接触环状密封件51中使用的固定体的其他例子的剖视图。在图6中，示出在包含图3所示的中心轴151的平面剖切的情况下的固定体的剖视图。图6所示的固定体72与图5所示的固定体71相比，在边界部161、162处螺纹槽81不连续这一点上不同。对于固定体72的其他部分，与图5所示的固定体71是相同的，其效果也相同，因此省略详细的说明。

如图所示，在边界部161、162处，高压侧155的螺纹槽81的截面形成为与低压侧156的螺纹槽81的截面不一致。具体而言，在边界部161处，高压侧155的螺纹槽81A的截面与低压侧156的螺纹槽81B的截面不一致。另外，在边界部162处，高压侧155的螺纹槽81B的截面与低压侧156的螺纹槽81C的截面不一致。

图7是表示在图3所示的非接触环状密封件51中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。在图7中，示出在包含图3所示的中心轴151的平面剖切的情况下的固定体的剖视图。图7所示的固定体73与图5所示的固定体71相比，在高压侧155的螺纹槽81的截面面积与低压侧156不同这一点、在边界部161、162处螺纹槽81不连续这一点、以及螺纹槽81的宽度固定这一点上不同。对于固定体73的其他部分，与图5所示的固定体71是相同的，其效果也相同，因此省略详细的说明。

如图所示，在边界部161处，高压侧155的螺纹槽81A的截面面积与低压侧156的螺纹槽81B的截面面积不同。另外，在边界部162处，高压侧155的螺纹槽81B的截面面积与低压侧156的螺纹槽81C的截面面积不同。由于以螺纹槽81的截面面积在边界部161、162处发生变化的方式形成螺纹槽81，所以能够在边界部161、162的前后使螺纹槽81的条数变化。因此，能够更灵活地设定螺纹槽81A、81B、81C的导程角θ1A、θ1B、θ1C。

另外，在边界部161、162处，高压侧155的螺纹槽81的截面形成为与低压侧156的螺纹槽81的截面不一致。具体而言，在边界部161处，高压侧155的螺纹槽81A的截面与低压侧156的螺纹槽81B的截面不一致。另外，在边界部162处，高压侧155的螺纹槽81B的截面与低压侧156的螺纹槽81C的截面不一致。

另外，如图所示，在固定体73中，与边界部161相比位于高压侧155的螺纹槽81A的宽度W1A和与边界部161相比位于低压侧156的螺纹槽81B的宽度W1B是相同的。另外，与边界部162相比位于高压侧155的螺纹槽81B的宽度W1B和与边界部162相比位于低压侧156的螺纹槽81C的宽度W1C是相同的。由此，螺纹槽81A的条数、螺纹槽81B的条数、螺纹槽81C的条数不同。具体而言，螺纹槽81A的条数比螺纹槽81B的条数多，螺纹槽81B的条数比螺纹槽81C的条数多。

图8是表示在图3所示的非接触环状密封件51中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。在图8中，示出在包含图3所示的中心轴151的平面剖切的情况下的固定体的剖视图。图8所示的固定体74与图5所示的固定体71相比，在边界部161、162具有规定宽度这一点上不同。对于固定体74的其他部分，与图5所示的固定体71是相同的，其效果也相同，因此省略详细的说明。

如图8所示，螺纹槽81A与螺纹槽81B之间的边界部161具有规定宽度。另外，螺纹槽81B与螺纹槽81C之间的边界部162具有规定宽度。换言之，螺纹槽81在固定体74的表面间歇性地形成。即使像这样螺纹槽81在固定体74的表面间歇性地形成，也能够发挥与图5所示的固定体71同样的作用。

图9是表示在图3所示的非接触环状密封件51中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。在图9中，示出在包含图3所示的中心轴151的平面剖切的情况下的固定体的剖视图。图9所示的固定体75与图5所示的固定体71相比，在螺纹槽81的深度形成为阶梯性地变浅这一点上不同。对于固定体75的其他部分，与图5所示的固定体71是相同的，其效果也相同，因此省略详细的说明。

如图所示，螺纹槽81A、81B、81C分别具有深度D1A、D1B、D1C。与边界部161相比位于高压侧155的螺纹槽81A的深度D1A大于与边界部161相比位于低压侧156的螺纹槽81B的深度D1B。另外，与边界部162相比位于高压侧155的螺纹槽81B的深度D1B大于与边界部162相比位于低压侧156的螺纹槽81C的深度D1C。

一般而言，在非接触环状密封件中，在增大具有规定条数的螺纹槽的导程角的情况下，不得不增大螺纹槽的宽度，从而螺纹槽的截面面积的总和变大。另外，在增大具有规定宽度的螺纹槽的导程角的情况下，不得不增加条数，从而螺纹槽的截面面积的总和变大。若螺纹槽的截面面积的总和变大，则流体变得容易在密封件间流动。

在如图9所示的固定体75那样使具有规定条数的螺纹槽81中的螺纹槽81A的导程角θ1A相对地增大的情况下，螺纹槽81A的宽度相对地变大，螺纹槽81的截面面积的总和变大。因此，通过如图9所示的固定体75那样使螺纹槽81的深度形成为从高压侧155朝向低压侧156阶梯性地变浅，能够减小螺纹槽81的截面面积的总和。由此，能够进一步减少在密封件间通过的流体的泄漏量。

此外，在如图7所示的固定体73那样使具有规定宽度的螺纹槽81中的螺纹槽81A的导程角θ1A相对地增大的情况下，螺纹槽81A的条数相对地变多。即使在这样的情况下，为了进一步减少在密封件间通过的流体的泄漏量，以使螺纹槽81的深度阶梯性地变浅的方式形成螺纹槽81也是有效的。

图10是表示在图3所示的非接触环状密封件51中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。在图10中，示出在包含图3所示的中心轴151的平面剖切的情况下的固定体的剖视图。图10所示的固定体76与图5所示的固定体71相比，在导程角的变化位置(边界部)多这一点上不同。对于固定体76的其他部分，与图5所示的固定体71是相同的，其效果也相同，因此省略详细的说明。

如图10所示，固定体76除了边界部161、162之外在高压侧155还具有边界部163。因此，固定体76除了螺纹槽81A、81B、81C之外在高压侧还具有螺纹槽81D。螺纹槽81D的导程角θ1D比螺纹槽81A的导程角θ1A大。这样，通过边界部161、162、163，螺纹槽81的导程角在比图5所示的固定体71更多的位置发生变化。因此，能够根据轴向位置以恰当的角度细致地设定螺纹槽81的导程角。进而，能够进一步提高抑制非接触环状密封件51的不稳定振动的效果和轴封性能。此外，边界部161、162、163的数量不限于三个，也可以是四个以上。

图11是表示在图3所示的非接触环状密封件51中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。在图11中，示出在包含图3所示的中心轴151的平面剖切的情况下的固定体的剖视图。图11所示的固定体77与图5所示的固定体71相比，在导程角的变化位置(边界部)少这一点上不同。对于固定体77的其他部分，与图5所示的固定体71是相同的，其效果也相同，因此省略详细的说明。

如图11所示，固定体77仅具有边界部161。因此，固定体77不具有图5所示的螺纹槽81C，仅具有螺纹槽81A及螺纹槽81B。如果像这样固定体71至少具有一个边界部161、且至少具有两个螺纹槽81A及螺纹槽81B的话，则能够发挥与图5所示的固定体71同样的作用。

图12是表示在图3所示的非接触环状密封件51中使用的固定体的另一其他例子的剖视图。在图12中，示出在包含图3所示的中心轴151的平面剖切的情况下的固定体的剖视图。图12所示的固定体78与图5所示的固定体71相比，在螺纹槽81的导程角θ1连续地变小这一点上不同。

如图12所示，在固定体78上以导程角θ1从高压侧155朝向低压侧156连续地变小的方式形成螺纹槽81。因此，固定体78不具有图3所示的边界部161、162那样的、导程角θ1发生变化的边界部。

在图12所示的固定体78中，从高压侧155到低压侧156之间，螺纹槽81的条数没有变化，以螺纹槽81的宽度从高压侧155朝向低压侧156连续地变小的方式形成螺纹槽81。

根据图12所示的固定体78，螺纹槽81的导程角θ1在比图5所示的固定体71更多的位置发生变化。因此，能够根据轴向位置以恰当的角度细致地设定螺纹槽81的导程角θ1。进而，能够进一步提高抑制非接触环状密封件51的不稳定振动的效果和轴封性能。此外，也能够将如图12所示的螺纹槽81那样导程角连续地变化的部分组入至图5-图11所示的固定体。

以上说明的螺纹槽81作为设于固定体的螺纹槽进行了说明，但不限于此，也可以设于图3所示的旋转体62的外周面。但是，上述螺纹槽81优选至少形成于固定体的表面。通过使螺纹槽81至少形成于固定体的表面，能够提高抑制不稳定振动的作用，同时抑制泄漏量的增加。

接下来，说明与图3所示的非接触环状密封件51不同的非接触环状密封件的例子。图13是表示能够适用于图2所示的非接触环状密封件41、43的其他实施方式的非接触环状密封件的局部剖视图。图13所示的非接触环状密封件52与图3所示的非接触环状密封件51相比，旋转体62的结构不同。对于非接触环状密封件52的其他部分，与图3所示的非接触环状密封件51是相同的，其效果也相同，因此省略详细的说明。此外，图13所示的非接触环状密封件52也可以取代固定体71而具有图6至图12所示的固定体72、73、74、75、76、77、78中的任一个。

非接触环状密封件52具有在其表面形成有螺纹槽91A、91B、91C的旋转体62。在此，将螺纹槽91A、91B、91C整体总称为螺纹槽91。螺纹槽91A、91B、91C具有与形成于固定体71的螺纹槽81A、81B、81C同样的形状。即，螺纹槽91具有螺纹槽91的导程角发生变化的边界部164、165，螺纹槽91的导程角形成为从高压侧155朝向低压侧156阶梯性地变小。

在非接触环状密封件52的旋转体62上设置螺纹槽91的情况下，通过旋转体62的旋转将流体向高压侧155推回的泵浦效果增加。另一方面，由于旋转体62的旋转，旋转体62周围的流体回旋，有可能助长不稳定振动。但是，通过在固定体71的表面形成螺纹槽81，即使在旋转体62的表面形成有螺纹槽91，也能够通过固定体71的表面的螺纹槽91抑制由于旋转体62的旋转产生的流体的回旋。另外，在该情况下，通过基于形成于旋转体62表面的螺纹槽91实现的泵浦效果，能够进一步减少流体的泄漏量。因此，在固定体71和旋转体62上分别形成有高压侧155的导程角比低压侧156的导程角大的螺纹槽81、91的情况下，能够在抑制不稳定振动的同时进一步抑制泄漏量。

另外，非接触环状密封件52也可以如图14所示那样在旋转体62的表面具有平行槽92。而且，非接触环状密封件52也可以如图15所示那样在旋转体62的表面具有采用了蜂巢图案的阻尼密封件93，还可以如图16所示那样在旋转体62的表面具有采用了孔图案的阻尼密封件94。

接下来，说明使用了本实施方式的非接触环状密封件的泵中的不稳定化力与泄漏量的评价试验的结果。在本评价试验中，评价了使使用了图3所示的非接触环状密封件51的泵(实施例)运转时的不稳定化力(不稳定振动)、和从密封件间泄漏的液体量(泄漏量)。评价试验的条件如下所述。此外，固定体71的最小内径是指固定体71的螺纹牙位置处的内径。

固定体71的轴向长度/固定体71的最小内径：0.817

固定体71的内周面与旋转体61的外周面之间的间隙/固定体71的最小内径：0.004

螺纹条数：8

泵转速：3000rpm

密封件入口侧与密封件出口侧的差压：1.0MPa

螺纹槽81A、螺纹槽81B、螺纹槽81C的轴向长度是相同的。即，在固定体71的内周面的高压侧155的1/3的区域形成有螺纹槽81A，在低压侧156的1/3的区域形成有螺纹槽81C，在剩余的1/3的中间区域形成有螺纹槽81B。另外，固定体71的螺纹槽81A的导程角θ1A、螺纹槽81B的导程角θ1B、螺纹槽81C的导程角θ1C的关系如下所述。

导程角θ1B＝1/2×导程角θ1A＝2×导程角θ1C

作为比较例，评价了使如下的泵运转时的不稳定化力和泄漏量，该泵使用了将图3所示的非接触环状密封件51的螺纹槽81的导程角固定地形成的非接触环状密封件。比较例1是使用了螺纹槽81的导程角为导程角θ1B的非接触环状密封件的泵。比较例2是使用了螺纹槽81的导程角为导程角θ1A的非接触环状密封件的泵。比较例3是使用了螺纹槽81的导程角为导程角θ1C的非接触环状密封件的泵。

图17是表示本评价试验的结果的图表。为了对本评价试验的结果进行比较，将比较例1的不稳定化力及泄漏量设为100％而示出了比较例2、比较例3及实施例的不稳定化力及泄漏量。

如图17所示，可知在导程角θ1A相对较大的比较例2中，不稳定化力被抑制为31％，与比较例1相比不稳定振动减少，但泄漏量增加至128％。另外，在导程角θ1C相对较小的比较例3中，泄漏量减少至92％，与比较例1相比泄漏量得到抑制，但不稳定化力增加至200％。

另一方面，在实施例中，不稳定化力为42％，泄漏量为100％。即，可知在实施例中，能够在有效地抑制不稳定振动的同时，还抑制在密封件内部通过的流体的泄漏量的增加。

以上说明了本发明的实施方式，但上述的发明的实施方式是为了使本发明容易理解，并不限定本发明。本发明能够在不脱离其主旨的情况下进行变更、改良，并且本发明中当然包含其等价物。另外，在能够解决上述课题的至少一部分的范围、或者发挥效果的至少一部分的范围内，能够进行权利要求书及说明书中记载的各构成要素的任意的组合或省略。

附图标记说明

1 高压泵

155 高压侧

156 低压侧

161、162、163、164 边界部

61、62 旋转体

71、72、73、74、75、76、77、78 固定体

51、52 非接触环状密封件

81、81A、81B、81C、81D、91、91A 螺纹槽

θ1、θ1A、θ1B、θ1C、θ1D 导程角

W1A、W1B、W1C 宽度

D1A、D1B、D1C 深度

11 主轴

21a、21b、21c 叶轮

31、31、31b 壳体

45a、45b 轴承

Claims (4)

1.一种非接触环状密封件，构成为具有设于旋转机械的旋转部的圆筒状的旋转体、和设于所述旋转机械的固定部的固定体，且将在所述旋转体与所述固定体之间的间隙中流动的流体密封，该非接触环状密封件的特征在于，

具有螺纹槽，该螺纹槽设于形成所述间隙的所述旋转体的表面及所述固定体的表面中的至少一方上，

所述螺纹槽划定相对于与所述旋转体的轴向正交的平面而言的所述螺纹槽的导程角，

密封件入口侧的所述螺纹槽的所述导程角比密封件出口侧的所述螺纹槽的所述导程角大，

所述螺纹槽形成为，所述螺纹槽的导程角从密封件入口侧朝向密封件出口侧阶梯性地变小。

2.如权利要求1所述的非接触环状密封件，其特征在于，

密封件入口侧的所述螺纹槽的深度比密封件出口侧的所述螺纹槽的深度大。

3.如权利要求1所述的非接触环状密封件，其特征在于，

所述螺纹槽至少形成于所述固定体的所述表面。

4.一种旋转机械，其特征在于，具备：

电动机；

与所述电动机连结且以能够旋转的方式构成的主轴；

与所述主轴嵌合且构成为能够与该主轴一起旋转的叶轮；

***述叶轮的壳体；以及

安装于所述壳体且将所述主轴以能够旋转的方式支承的轴承，

所述主轴具有旋转部，

所述壳体具有固定部，

所述旋转部及所述固定部具有权利要求1至3中任一项所述的非接触环状密封件。

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