JP2010255807A - Dry gas seal device - Google Patents
Dry gas seal device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010255807A JP2010255807A JP2009109273A JP2009109273A JP2010255807A JP 2010255807 A JP2010255807 A JP 2010255807A JP 2009109273 A JP2009109273 A JP 2009109273A JP 2009109273 A JP2009109273 A JP 2009109273A JP 2010255807 A JP2010255807 A JP 2010255807A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotating ring
- rotating
- dry gas
- ring
- fixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
Abstract
Description
本発明は、回転環及び固定環の摩耗が少ないドライガスシール装置に関する。 The present invention relates to a dry gas seal device with less wear on a rotating ring and a stationary ring.
ドライガスシール装置とは、圧縮空気、燃焼ガス、等のガスを、潤滑液を用いないドライ状態でシール(密封)する装置であり、例えば産業用の圧縮機において、回転体と固定部との間をシールするために用いられる。 The dry gas sealing device is a device that seals (seals) a gas such as compressed air or combustion gas in a dry state without using a lubricating liquid. For example, in an industrial compressor, a rotating body and a fixed part Used to seal between.
従来のドライガスシール装置には、種々の構造のものが既に提案されている(例えば、特許文献1〜3)。
As conventional dry gas sealing devices, those having various structures have already been proposed (for example,
図1は、従来のドライガスシール装置の一般的な構成図である。この図において、1は回転体(例えば、回転軸)、2は固定部材、3は回転環、4は固定環、5は圧縮バネ、6はシール部材(例えばOリング)である。 FIG. 1 is a general configuration diagram of a conventional dry gas sealing apparatus. In this figure, 1 is a rotating body (for example, a rotating shaft), 2 is a fixed member, 3 is a rotating ring, 4 is a fixed ring, 5 is a compression spring, and 6 is a sealing member (for example, an O-ring).
図1において、回転体1は、回転環3と共に回転軸Z−Zを中心に回転する。また、固定環4は、軸方向に移動可能に構成され、固定部材2と固定環4の間をシール部材6でシールしながら、圧縮バネ5により固定部材2から回転環3に向けて押し付けられている。また、回転環3の固定環4との接触面には、図示しない動圧溝が設けられ、両者間の相対運動により、回転時には動圧効果でその間に微小なクリアランスが形成されるようになっている。
この構成により、回転体1の回転時には、回転環3と固定環4の接触面に微小なクリアランスが形成され、その間のガス漏れと摩耗を最小限に抑えることができる。
In FIG. 1, the
With this configuration, when the
上述したように、従来のドライガスシール装置では、回転体1の回転時には回転環3と固定環4の接触面に微小なクリアランスが形成される。しかし、回転体1の静止時及び低速回転時には回転環3と固定環4が接触しており、摩耗が発生する。そのため、起動/停止の多い航空用ガスタービンに適用した場合、この摩耗による損傷が激しく、これにより動圧効果が低下し、さらなる摩耗による損傷が増加し、最悪の場合破壊に至る可能性があると予想される。
As described above, in the conventional dry gas sealing device, a minute clearance is formed on the contact surface between the rotating ring 3 and the stationary ring 4 when the
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、起動/停止を繰り返しても、回転環及び固定環の摩耗が少なく、両者間のシール性能を長時間維持することができるドライガスシール装置を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a dry gas seal device that can maintain the sealing performance between the two for a long time with little wear of the rotating ring and the stationary ring even when the start / stop is repeated.
本発明によれば、回転軸Z−Zを中心に回転する回転体と固定部との間をドライ状態でシールするドライガスシール装置であって、
前記固定部に固定され円筒形内面を有する固定環と、
前記回転体に固定されこれと共に回転する回転環ベースと、
回転軸Z−Zに対し周方向に分割され、全体として前記円筒形内面の内側に位置する中空円筒形の回転環を構成する複数の回転環セグメントと、
前記各回転環セグメントを半径方向内方に引っ張る弾性体と、を備え、
前記固定環の円筒形内面又は回転環セグメントの外面に、回転体の回転により両者間に動圧効果によりクリアランスを形成する動圧溝が設けられている、ことを特徴とするドライガスシール装置が提供される。
According to the present invention, there is provided a dry gas sealing device that seals between a rotating body that rotates about a rotation axis ZZ and a fixed portion in a dry state,
A stationary ring fixed to the stationary part and having a cylindrical inner surface;
A rotating ring base fixed to the rotating body and rotating together with the rotating body;
A plurality of rotating ring segments that form a hollow cylindrical rotating ring that is divided in the circumferential direction with respect to the rotation axis ZZ and is located inside the cylindrical inner surface as a whole;
An elastic body that pulls each rotating ring segment radially inward,
A dry gas seal device is characterized in that a dynamic pressure groove is formed on the cylindrical inner surface of the stationary ring or the outer surface of the rotating ring segment to form a clearance due to a dynamic pressure effect between the two by rotation of the rotating body. Provided.
本発明の好ましい実施形態によれば、前記回転環セグメントの周方向中央位置にそれぞれ位置し、前記回転環ベースに固定された複数の回転環ガイドを備える。
また、前記回転環セグメントの周方向端面間にそれぞれ設けられ、その間をシールする周方向端面シール部材、又は
前記回転環ベースの内面の低圧側に設けられ、回転環セグメントの軸方向端面との間をシールする軸方向端面シール部材を備える。
According to a preferred embodiment of the present invention, the rotating ring segment includes a plurality of rotating ring guides that are respectively positioned at the circumferential center positions of the rotating ring segments and are fixed to the rotating ring base.
Also, a circumferential end face seal member that is provided between the circumferential end faces of the rotating ring segment and seals between them, or provided on the low pressure side of the inner surface of the rotating ring base, and between the axial end faces of the rotating ring segments. An axial end face sealing member is provided.
また、前記回転環セグメントはその周方向端面に、外周面に沿って延びる外周面シール溝と、軸方向端面に沿って延びる軸方向端面シール溝とを有し、
前記周方向端面シール部材は、隣接する回転環セグメントの外周面シール溝に周方向両端が嵌合する外周面シール板と、隣接する回転環セグメントの軸方向端面シール溝に周方向両端が嵌合する軸方向端面シール板とからなる。
The rotating ring segment has, on its circumferential end surface, an outer circumferential surface seal groove extending along the outer circumferential surface, and an axial end surface seal groove extending along the axial end surface;
The circumferential end face seal member is fitted with an outer peripheral face seal plate whose both ends in the circumferential direction fit into the outer peripheral face seal groove of the adjacent rotating ring segment, and both circumferential ends in the axial end face seal groove of the adjacent rotating ring segment. And an axial end face sealing plate.
上記本発明の構成によれば、回転体の停止時、起動時、及び低速回転時には、弾性体により各回転環セグメントが内方に引っ張られるので、回転環セグメントと固定環の間にクリアランスが確保され、その間の摩耗を防止することができる。
また、回転上昇時に遠心力によりクリアランスが狭まるが、動圧溝による動圧効果と弾性体の引っ張り力により回転環セグメントと固定環の間にクリアランスが維持されるので、その間の摩耗を防止することができる。
さらに、高速回転の状態が保持される場合には巻き込んだエアの動圧効果により、最適なクリアランスが保たれ、良好なシール性能が発揮される。
従って、回転体の起動から停止までのすべての運転状態において、固定環と回転環セグメントの接触を回避することができる。
According to the above configuration of the present invention, each rotating ring segment is pulled inward by the elastic body when the rotating body is stopped, started, and rotated at a low speed, so that a clearance is secured between the rotating ring segment and the fixed ring. It is possible to prevent wear during that time.
In addition, the clearance is narrowed by centrifugal force when the rotation rises, but the clearance is maintained between the rotating ring segment and the fixed ring by the dynamic pressure effect by the dynamic pressure groove and the tensile force of the elastic body, so that wear between them is prevented. Can do.
Further, when the state of high-speed rotation is maintained, the optimum clearance is maintained by the dynamic pressure effect of the entrained air, and good sealing performance is exhibited.
Accordingly, contact between the stationary ring and the rotating ring segment can be avoided in all operating states from starting to stopping of the rotating body.
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図2は、本発明によるドライガスシール装置の側面断面図であり、図3は、図2のA-A線における断面図、図4は図2のB-B線における矢視図である。 2 is a side cross-sectional view of the dry gas sealing device according to the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2, and FIG. 4 is a view taken along the line BB of FIG.
本発明のドライガスシール装置は、回転軸Z−Zを中心に回転する回転体1と固定部2の間に存在するガス(例えば二次空気)をドライ状態でシールする装置である。
図2〜図4において、本発明のドライガスシール装置は、固定環10、回転環ベース12、複数の回転環セグメント14、弾性体16、複数の回転環ガイド18、周方向端面シール部材20及び軸方向端面シール部材22を備える。
図2では左側がシールするガスの高圧側、右側が低圧側である。
The dry gas sealing device of the present invention is a device that seals in a dry state a gas (for example, secondary air) that exists between the
2 to 4, the dry gas seal device of the present invention includes a
In FIG. 2, the left side is the high pressure side of the gas to be sealed, and the right side is the low pressure side.
固定環10は、固定部2に気密に固定されたリング状部材であり、その内面に円筒形内面11を有する。
この例において、円筒形内面11は、凹凸のない平滑な円筒面であるが、後述する動圧溝15を設けてもよい。
The
In this example, the cylindrical
回転環ベース12は、回転体1に固定され、回転体1と共に回転軸Z−Zを中心に回転する。
この例において、回転環ベース12は、回転体1の外面に気密に固定されたリング状部材12aと、その両端部に位置し半径方向に延びる2つ鍔状部材12bとからなり、2つ鍔状部材12bの間に外側が開いた空間を形成している。
The rotating
In this example, the rotating
図3に示すように、複数(この例では12個)の回転環セグメント14は、回転軸Z−Zに対し周方向に分割され、全体として円筒形内面11の内側に位置する中空円筒形の回転環を構成している。
この例において、回転環セグメント14は周方向に等分割され、かつその端面は分割面からオフセットし、その間に周方向端面シール部材20が収納されている。
なお、分割面からのオフセットは必須ではなく、周方向端面同士が接触した状態で、全体として中空円筒形の回転環を構成してもよい。
As shown in FIG. 3, a plurality (twelve in this example) of rotating
In this example, the rotating
Note that the offset from the dividing surface is not essential, and a hollow cylindrical rotating ring may be configured as a whole in a state where the circumferential end surfaces are in contact with each other.
弾性体16は、この例では、コイルバネであり、各回転環セグメント14の内面と回転環ベース12のリング状部材12aとを連結し、各回転環セグメント14を半径方向内方に引っ張る。この引っ張り力は、回転体の停止時、起動時、及び低速回転時に、各回転環セグメント14の外面が固定環10の円筒形内面11と接触しないように設定する。
In this example, the
この例において、弾性体16は、各回転環セグメント14に1つずつ、回転環セグメントと同数が設けられている。しかし、本発明はこの構成に限定されず、複数の回転環セグメント14を1つの弾性体16で引っ張ってもよい。また、例えばリング状のコイルバネを用いて、回転環セグメント14の全体を1つの弾性体で半径方向内方に引っ張ってもよい。さらに弾性体16は、同様の機能を有する限り、その他のもの、例えば磁石、弾性体であってもよい。
In this example, the same number of
複数(この例では12個)の回転環ガイド18は、回転環セグメント14の周方向中央位置にそれぞれ位置し、回転環ベース12の鍔状部材12bの内面に固定され、各回転環セグメント14が周方向に移動せず、かつ各回転環セグメント14を半径方向に移動可能に案内する。
なお、回転環ガイドは、回転環セグメント14の周方向移動を防止し、かつこれを半径方向に移動可能に案内できる限りで、他の構造(例えば、半径方向スプライン)であってもよい。
A plurality of (in this example, twelve) rotating
The rotating ring guide may have another structure (for example, radial spline) as long as the
周方向端面シール部材20は、回転環セグメント14の周方向端面間にそれぞれ設けられ、その間をシールする。
The circumferential end
本発明において、複数の回転環セグメント14は、回転軸Z−Zに対し周方向に分割され、全体として中空円筒形の回転環を構成するので、回転環セグメント14の周方向端面の間に隙間があるので、この隙間を通してガス漏れが発生する。
しかし、本発明では、回転環セグメント14の周方向端面の間をシールする周方向端面シール部材20を備えるので、その間のガス漏れを最小限に抑えることができる。
In the present invention, the plurality of
However, in the present invention, since the circumferential end
図2及び図4において、回転環セグメント14はその周方向端面に、外周面に沿って延びる外周面シール溝14aと、軸方向端面に沿って延びる軸方向端面シール溝14bとを有する。
また、周方向端面シール部材20は、隣接する回転環セグメント14の外周面シール溝14aに周方向両端が嵌合する外周面シール板20aと、隣接する回転環セグメント14の軸方向端面シール溝14bに周方向両端が嵌合する軸方向端面シール板20bとからなる。
外周面シール溝14aの断面形状は、外周面シール板20aよりも大きく、軸方向端面シール溝14bの断面形状は、軸方向端面シール板20bよりも大きく、それぞれゆるい嵌合となっている。
2 and 4, the
In addition, the circumferential end
The cross-sectional shape of the outer peripheral
この構成により、外周面シール板20a及び2枚の軸方向端面シール板20bにより、回転環セグメント14の周方向端面間をシールしながら、回転環セグメント14を半径方向に移動可能にすることができる。
With this configuration, the
軸方向端面シール部材22は、この例では回転環ベース12の鍔状部材12bの内面の低圧側に設けられたOリングであり、回転環セグメント14の軸方向端面との間をシールする。Oリングは好ましくは弾性材料(例えば、耐熱ゴム、シリコン)からなる。
In this example, the axial end
回転環セグメント14の周方向端面の間と軸方向端面シール部材22との間に隙間があるので、この隙間を通してガス漏れが発生するが、上述した構成により、回転環ベース12の鍔状部材12bの内面の低圧側に設けられたOリングを備えるので、Oリングの弾性により、上記隙間におけるガス漏れを最小限に抑えることができる。
Since there is a gap between the circumferential end faces of the
さらに、図4に示すように、この例では、回転環セグメント14の外面に、回転体1の回転により両者(固定環10と回転環セグメント14)の間に動圧効果によりクリアランスを形成する動圧溝15が設けられている。なお、この動圧溝15を、固定環10の円筒形内面11に設けてもよい。
このとき、回転環セグメント14は高圧側と低圧側の圧力差により、低圧側(右側)に押し付けられることになり、Oリングに押し付けられることでガス漏れを防ぐ。
Further, as shown in FIG. 4, in this example, the outer surface of the
At this time, the
上述した本発明の構成によれば、回転体1の停止時、起動時、及び低速回転時には、弾性体16により各回転環セグメント14が内方に引っ張られるので、回転環セグメント14と固定環10の間にクリアランスが確保され、その間の摩耗を防止することができる。
また、回転上昇時に遠心力によりクリアランスが狭まるが、動圧溝15による動圧効果と弾性体16の引っ張り力により回転環セグメント14と固定環10の間にクリアランスが維持されるので、その間の摩耗を防止することができる。
さらに、高速回転が維持された状態では巻き込んだエアの動圧効果により、最適なクリアランスが保たれ、良好なシール性能が発揮される。
従って、回転体1の起動から停止までのすべての運転状態において、固定環10と回転環セグメント14の接触を回避することができる。
According to the configuration of the present invention described above, each
Further, the clearance is narrowed by centrifugal force when the rotation is increased, but the clearance is maintained between the
Furthermore, in the state where the high-speed rotation is maintained, the optimum clearance is maintained by the dynamic pressure effect of the entrained air, and good sealing performance is exhibited.
Accordingly, contact between the
また、本発明の構成により、従来のラビリンスシールと比較した場合、同一条件で、ラビリンスシールのガス漏れ量の約1/6まで漏れ量を低減できることが、シミュレーションにより確認された。
すなわち、本発明の構成により、良好なシール性能を発揮しつつ、起動と停止を繰り返しても、回転環及び固定環の摩耗が少なく、両者間のシール性能を長時間維持することができる。
Moreover, it has been confirmed by simulation that the amount of leakage can be reduced to about 1/6 of the amount of gas leakage of the labyrinth seal under the same conditions when compared with the conventional labyrinth seal by the configuration of the present invention.
That is, with the configuration of the present invention, even when starting and stopping are repeated while exhibiting good sealing performance, there is little wear on the rotating ring and stationary ring, and the sealing performance between them can be maintained for a long time.
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, is shown by description of a claim, and also includes all the changes within the meaning and range equivalent to description of a claim.
1 回転体、2 固定部、
10 固定環、11 円筒形内面、
12 回転環ベース、
12a リング状部材、12b 鍔状部材、
14 回転環セグメント、
14a 外周面シール溝、14b 軸方向端面シール溝、
15 動圧溝、16 弾性体、
18 回転環ガイド、20 周方向端面シール部材、
20a 外周面シール板、20b 軸方向端面シール板、
22 軸方向端面シール部材(Oリング)
1 rotating body, 2 fixed part,
10 fixed ring, 11 cylindrical inner surface,
12 rotating ring base,
12a ring-shaped member, 12b hook-shaped member,
14 rotating ring segment,
14a outer peripheral surface seal groove, 14b axial end surface seal groove,
15 dynamic pressure grooves, 16 elastic bodies,
18 rotating ring guide, 20 circumferential end face seal member,
20a outer peripheral surface sealing plate, 20b axial end surface sealing plate,
22 Axial end face seal member (O-ring)
Claims (4)
前記固定部に固定され円筒形内面を有する固定環と、
前記回転体に固定されこれと共に回転する回転環ベースと、
回転軸Z−Zに対し周方向に分割され、全体として前記円筒形内面の内側に位置する中空円筒形の回転環を構成する複数の回転環セグメントと、
前記各回転環セグメントを半径方向内方に引っ張る弾性体と、を備え、
前記固定環の円筒形内面又は回転環セグメントの外面に、回転体の回転により両者間に動圧効果によりクリアランスを形成する動圧溝が設けられている、ことを特徴とするドライガスシール装置。 A dry gas sealing device that seals between a rotating body that rotates about a rotation axis ZZ and a fixed portion in a dry state,
A stationary ring fixed to the stationary part and having a cylindrical inner surface;
A rotating ring base fixed to the rotating body and rotating together with the rotating body;
A plurality of rotating ring segments that form a hollow cylindrical rotating ring that is divided in the circumferential direction with respect to the rotation axis ZZ and is located inside the cylindrical inner surface as a whole;
An elastic body that pulls each rotating ring segment radially inward,
A dry gas seal device, wherein a dynamic pressure groove is formed on a cylindrical inner surface of the stationary ring or an outer surface of a rotating ring segment so as to form a clearance between them by a dynamic pressure effect by rotation of a rotating body.
前記回転環ベースの内面の低圧側に設けられ、回転環セグメントの軸方向端面との間をシールする軸方向端面シール部材を備える、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のドライガスシール装置。 A circumferential end face seal member that is provided between the circumferential end faces of the rotating ring segments and seals between them, or is provided on the low pressure side of the inner surface of the rotating ring base and seals between the axial end faces of the rotating ring segments. The dry gas seal device according to claim 1, further comprising an axial end face seal member.
前記周方向端面シール部材は、隣接する回転環セグメントの外周面シール溝に周方向両端が嵌合する外周面シール板と、隣接する回転環セグメントの軸方向端面シール溝に周方向両端が嵌合する軸方向端面シール板とからなる、ことを特徴とする請求項3に記載のドライガスシール装置。 The rotating ring segment has an outer peripheral surface seal groove extending along the outer peripheral surface and an axial end surface seal groove extending along the axial end surface on the circumferential end surface thereof,
The circumferential end face seal member is fitted with an outer peripheral face seal plate whose both ends in the circumferential direction fit into the outer peripheral face seal groove of the adjacent rotating ring segment, and both circumferential ends in the axial end face seal groove of the adjacent rotating ring segment. The dry gas sealing device according to claim 3, wherein the dry gas sealing device comprises an axial end face sealing plate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009109273A JP2010255807A (en) | 2009-04-28 | 2009-04-28 | Dry gas seal device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009109273A JP2010255807A (en) | 2009-04-28 | 2009-04-28 | Dry gas seal device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010255807A true JP2010255807A (en) | 2010-11-11 |
Family
ID=43316941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009109273A Pending JP2010255807A (en) | 2009-04-28 | 2009-04-28 | Dry gas seal device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010255807A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111350551A (en) * | 2020-03-07 | 2020-06-30 | 西北工业大学 | Be used for flexible cylinder air film seal structure between birotor axle |
-
2009
- 2009-04-28 JP JP2009109273A patent/JP2010255807A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111350551A (en) * | 2020-03-07 | 2020-06-30 | 西北工业大学 | Be used for flexible cylinder air film seal structure between birotor axle |
CN111350551B (en) * | 2020-03-07 | 2022-04-26 | 西北工业大学 | Be used for flexible cylinder air film seal structure between birotor axle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11053974B2 (en) | Sliding component | |
EP3514414B1 (en) | Mechanical seal | |
JP6054135B2 (en) | Oil seal | |
JP3702212B2 (en) | Shaft seal mechanism and turbine | |
US9677670B2 (en) | Sliding parts | |
WO2014065013A1 (en) | Oil seal | |
TWI531744B (en) | Sealing device | |
JP2004052758A (en) | Shaft seal mechanism, turbine equipped with the same, and shaft seal leakage preventing system | |
WO2014024741A1 (en) | Sliding component | |
EP0382333B1 (en) | Mounting arrangement of segmental members in rotary machines | |
JP6941479B2 (en) | Seal structure and mechanical seal | |
WO2009060715A1 (en) | Bearing for alternator | |
JP2010255807A (en) | Dry gas seal device | |
US20200378501A1 (en) | Sliding component | |
JP2008175301A (en) | Rolling bearing with sealing device | |
US10060534B2 (en) | Sealing structure for turbine | |
JP2017036799A (en) | Shaft seal device | |
CN210859761U (en) | Anti-deflection multi-lip sealing device for gear box hole | |
WO2024142918A1 (en) | Sliding component | |
KR101689978B1 (en) | Seal assembly | |
CN210637508U (en) | Dustproof sealing device for rotating shaft | |
JP7130863B2 (en) | sealing device | |
EP4224028A1 (en) | Sealing device | |
JP2018053813A (en) | Seal device of steam turbine and steam turbine | |
EP3872374A1 (en) | Sealing device and sealing structure |