JP2017116072A - シール装置及び回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】凹部の容積及び凹部の配設密度を小さくすることなく、回転軸の不安定振動を抑制するために必要な流体の摩擦力を増加させて、回転軸の不安定振動を抑制することの可能なシール装置及び回転機械を提供する。【解決手段】シール装置本体８から延出することで、凹部１２に連通する開口部１３を区画しており、かつ凹部１２の内径うち、最も大きい内径よりも回転軸２の回転方向Ｂにおいて、回転軸２の外周面２ａと対向する開口部１３の端の開口幅を小さくする延出部１４を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、シール装置及び回転機械に関する。

回転機械のうちの１つとして、気体を圧縮する遠心圧縮機が広く知られている。遠心圧縮機は、回転軸と、回転体の周囲に配置されたケーシング等の環状の静止体と、を備えており、回転体と静止体との間には隙間が設けられている。
このため、回転軸と静止体との間には、流体（作動流体）が流入することを抑制するシール装置が設けられている。
遠心圧縮機の場合、シール装置は、インペラの入口の口金部、多段インペラの各段間、及び多段インペラの最終段に設けられたバランスピストン部等に設けられている。シール装置としては、例えば、ラビリンスシールやダンパーシール等が用いられている。

ラビリンスシールは、静止体から回転軸に向かって突出する複数の突出部を含む。ラビリンスシールは、複数の突出部の先端近傍を流れる流体に圧力損失を生じさせることにより、流体の漏れを低減する。
ラビリンスシールは、ダンパーシールよりも流体の漏れ量を低減する効果を大きくすることが可能である。

ダンパーシールとしては、例えば、ハニカムシールやホールパターンシール等が知られている。
ホールパターンシールは、回転軸と対向する部分に設けられた複数の穴と、該穴間に配置され、回転軸の外周面に近接する対向面と、を有する。ホールパターンシールは、ラビリンスシールと比較して減衰効果が大きく、回転軸の振動の安定化の点で優位である。

特許文献１には、シール面に複数の孔を設けたダンパーシール部（ホールパターンシール）、及び環状平行溝を設けたラビリンスシール部を含んだシールが開示されている。

特開２０１０−３８１１４号公報

ところで、ホールパターンシールでは、回転軸の振動により、回転軸がホールパターンシールに近づく方向に変位した際、複数の穴（凹部）の内部から押し出された流体が、回転軸の外周面に近接する対向面（以下、単に「対向面」という）と回転軸の外周面との隙間を通過する際の入口側及び出口側での圧力損失と、該流体が対向面と回転軸の外周面と接触して流れる際の摩擦力と、が回転軸の振れ回りを減衰させる一因であると考えられる。

一般的に、特許文献１に開示されたダンパーシール部を含むホールパターンシールでは、穴（凹部）の配設密度を高めると、回転軸の振動を安定化させるための減衰効果を向上させる効果があることが知られている。
このように、穴の配設密度を高めると、上述した対向面の面積が低下するため、流体が対向面と回転軸の外周面との間を通過する際に発生する摩擦力が低下してしまう。
これにより、回転軸の振動を安定化させるための上記摩擦力による減衰効果が低下する恐れがあった。

なお、穴（凹部）の配設密度を小さくして、上記対向面の面積を増加させることが考えられる。この場合、複数の穴の内部から押し出される流体の合計量が減少するため、上記圧力損失による減衰効果が低下する恐れがあった。
また、穴（凹部）の容積を小さくして、上記対向面の面積を増加させることも考えられるが、この場合も、複数の穴の内部から押し出される流体の合計量が減少するため、上記圧力損失による減衰効果が低下する恐れがあった。

そこで、本発明は、凹部の容積及び凹部の配設密度を小さくすることなく、回転軸の不安定振動を抑制するために必要な流体の摩擦力を増加させて、回転軸の不安定振動の抑制効果（減衰効果）を向上させることの可能なシール装置及び回転機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るシール装置は、筒状とされており、流体が流れる隙間を介在させて、軸線回りに回転する回転軸の外周面と対向配置されたシール装置本体と、前記シール装置本体のうち、前記回転軸の外周面と対向する部分に複数設けられており、前記流体が出入りする凹部と、前記シール装置本体から延出することで、前記凹部に連通する開口部を区画しており、かつ前記凹部の内径うち、最も大きい内径よりも、前記回転軸の回転方向において前記回転軸の外周面と対向する前記開口部の端の開口幅を小さくする延出部と、を備え、前記延出部は、前記回転軸の外周面と対向する外面を有することを特徴とする。

本発明によれば、凹部に連通する開口部を区画しており、かつ凹部の内径うち、最も大きい内径よりも、回転軸の回転方向において回転軸の外周面と対向する開口部の端の開口幅を小さくする延出部を有することで、凹部の容積及び凹部の配設密度を小さくすることなく、回転軸の外周面と対向する延出部の外面の面積を増加させることが可能となる。
これにより、回転軸の外周面と延出部の外面との間を流体が流れることで発生する摩擦力が増加するため、回転軸の不安定振動の抑制効果（減衰効果）を向上させることができる。

また、上記本発明の一態様に係るシール装置において、前記回転軸が静止した状態において、前記延出部の外面は、前記回転軸の外周面に沿った形状の面であってもよい。

このように、回転軸が静止した状態において、延出部の外面を回転軸の外周面に沿った形状の面とすることで、延出部の外面と回転軸の外周面との間に形成される隙間の大きさを回転軸の周方向において均一にすることができる。

また、上記本発明の一態様に係るシール装置において、前記延出部は、前記凹部の側面を区画する前記シール装置本体から該凹部の中心に向かう方向に延出しており、前記開口部は、前記凹部の中央部に配置してもよい。

このように、凹部の側面を区画するシール装置本体から凹部の中心に向かう方向に延出部を延出させることで、凹部の中央部に開口部を配置してもよい。

また、上記本発明の一態様に係るシール装置において、前記延出部は、前記回転軸の回転方向の下流側に位置する前記凹部を塞ぐように配置されており、前記開口部は、前記回転軸の回転方向の上流側に位置する前記凹部を露出するように配置してもよい。

このように、回転軸の回転方向の下流側に位置する凹部を塞ぐ延出部と、回転軸の回転方向の上流側に位置する凹部を露出する開口部と、を設けることで、回転軸の回転方向の下流側に位置する凹部内に、シール装置本体と延出部とで区画された角部が形成されることがなくなる。
これにより、凹部内に出入りする流体に含まれる成分が堆積した堆積物（例えば、プロセスガスの成分が堆積した堆積物）が、凹部内に堆積しにくくなるため、上記堆積物に起因する凹部の容積の低下（言い換えれば、回転軸の不安定振動を抑制する減衰効果の低下）を抑制できる。

また、上記本発明の一態様に係るシール装置において、複数の前記凹部は、円柱形状とされており、前記複数の凹部は、千鳥配置されていてもよい。

このように、円柱形状とされた複数の凹部が千鳥配置されることで、凹部の配設密度を高めることが可能となる。これにより、回転軸の不安定振動を抑制する減衰効果を高めることができる。

また、上記本発明の一態様に係るシール装置において、前記回転軸と対向する側の前記シール装置本体に設けられており、複数の前記延出部、及び前記凹部と対向する前記開口部を複数含む環状部材と、前記凹部及び前記開口部を含んでなり、前記流体が出入りする複数の流体用凹部と、を備え、前記複数の流体用凹部の形状は、前記環状部材の内面で球の一部を除去した形状であってもよい。

このように、複数の流体用凹部の形状を環状部材の内面で球の一部を除去した形状とすることにより、開口部の内面が曲面となるため、凹部内に流体に含まれる成分が堆積した堆積物（例えば、プロセスガスの成分が堆積した堆積物）が堆積することを抑制可能となる。これにより、回転軸の不安定振動を抑制する効果を高めることができる。

また、上記本発明の一態様に係るシール装置において、前記複数の流体用凹部は、千鳥配置されていてもよい。

このように、環状部材の内面で球の一部を除去した形状とされた複数の流体用凹部を、千鳥配置させることで、流体用凹部の配設密度を高めることが可能となる。これにより、回転軸の不安定振動を抑制する効果を高めることができる。

また、上記本発明の一態様に係るシール装置において、前記環状部材と前記シール装置本体とを一体に構成してもよい。

このように、前記環状部材と前記シール装置本体とを一体に構成することで、シール装置を構成する部品の数を少なくすることができる。

本発明の一態様に係る回転機械は、請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載のシール装置と、前記シール装置内に挿入されており、軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸を両端で支持する一対の軸受と、を備え、前記シール装置は、前記一対の軸受の間に配置することを特徴とする。

本発明によれば、シール装置により、回転軸の不安定振動を抑制することが可能となるので、回転機械の性能を向上できる。

本発明によれば、凹部の容積及び凹部の配設密度を小さくすることなく、回転軸の不安定振動を抑制するために必要な流体の摩擦力を増加させて、回転軸の不安定振動を抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る回転機械の概略構成を示す断面図である。 図１に示すシール装置の斜視図である。 図１に示す回転機械を構成する回転軸及シール装置をＤ−Ｄ線で切断した断面図である。 図３に示すシール装置の内側を平面視した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転機械の主要部の部分断面図である。 図５に示すシール装置の内側を平面視した図である。 本発明の第３の実施の形態に係る回転機械の主要部の部分断面図である。 図７に示すシール装置の内側を平面視した図である。 本発明の第３の実施の形態の変形例に係る回転機械の主要部の部分断面図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施の形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の回転機械、及びシール装置の寸法関係とは異なる場合がある。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る回転機械の概略構成を示す断面図である。図１では、回転機械１を回転軸２の延在方向に対して平行な仮想平面で、回転軸２を２分割するように、回転機械１を切断した場合の断面を図示している。
図１において、Ａは流体（例えば、プロセスガス）の移動方向（以下、「方向Ａ」という）、Ｂは回転軸２の回転方向（以下、「回転方向Ｂ」という）、Ｃは回転軸２の中心位置（以下、「中心位置Ｃ」という）、Ｐは回転軸２の軸線（以下、「軸線Ｐ」という）をそれぞれ示している。

図１を参照するに、第１の実施の形態の回転機械１は、回転軸２と、インペラ３と、一対の軸受５Ａ，５Ｂと、ケーシング６と、シール装置７と、を備える。
回転軸２は、軸線Ｐの延在方向と同じ方向に延在する柱状の部材である。回転軸２は、軸線Ｐの方向に位置する両端部が軸受５Ａ，５Ｂによって回転可能に支持されている。回転軸２は、回転方向Ｂに回転する。回転軸２は、曲面とされた外周面２ａを有する。

インペラ３は、軸受５Ａと軸受５Ｂとの間に位置する回転軸２の外周面２ａに設けられている。インペラ３は、ディスク３ａと、カバー３ｂと、複数のブレード３ｃと、を有する。
ディスク３ａは、回転軸２の端部から中心位置Ｃに向かうにつれて、回転軸２の径方向の外側に漸次拡径するように設けられている。ディスク３ａの形状は、例えば、略円盤状とすることができる。
カバー３ｂは、ディスク３ａと対向するように設けられている。カバー３ｂは、複数のブレード３ｃを覆っている。
複数のブレード３ｃは、ディスク３ａの外側に、ディスク３ａから離間するように、放射状に設けられている。

一対の３段式インペラ群３Ａ，３Ｂは、回転軸２の軸線Ｐの延在方向において羽根の向きが互いに反対側を向くように配置されている。３段式インペラ群３Ａ，３Ｂは、それぞれ３つのインペラで構成されている。
３段式インペラ群３Ａは、軸受５Ａと中心位置Ｃとの間に設けられている。３段式インペラ群３Ｂは、軸受５Ｂと中心位置Ｃとの間に設けられている。
３段式インペラ群３Ａ，３Ｂは、互いに背面を回転軸２の中心位置Ｃに向けた状態で配置されている。

上述した３段式インペラ群３Ａ，３Ｂは、流体（例えば、プロセスガス）を中心位置Ｃに向かう方向（言い換えれば、Ａ方向）に流通させることで、流体を圧縮する機能を有する。

軸受５Ａは、回転軸２の一方の端部に設けられている。軸受５Ｂは、回転軸２の他方の端部に設けられている。

ケーシング６は、筒状とされており、軸受５Ａ，５Ｂを外側から支持している。ケーシング６は、回転軸２、インペラ３、及びシール装置７を収容している。
ケーシング６は、ケーシング６に対して回転軸２及びインペラ３を、回転可能な構成とされている。
ケーシング６は、ケーシング流路６ａＡ，６ａＢと、吸込口６ｂＡ，６ｂＢと、接続流路６ｃＡ，６ｄＡ，６ｃＢ，６ｄＢと、排出口６ｅＡ，６ｅＢを有する。

ケーシング流路６ａＡ、吸込口６ｂＡ、接続流路６ｃＡ，６ｄＡ、及び排出口６ｅＡは、ケーシング６のうち、３段式インペラ群３Ａの配設領域に対応する部分に設けられている。
ケーシング流路６ａＡは、各インペラ３を構成するブレード３ｃ間の流路同士を接続するように、ケーシング６の内部に設けられている。ケーシング流路６ａＡは、回転軸２の外側に位置するケーシング６において、環状となるように構成されている。
吸込口６ｂＡは、軸受５Ａ側に位置するケーシング６に設けられている。吸込口６ｂＡは、流体を吸い込み、接続流路６ｃＡを介して、吸い込んだ流体をケーシング流路６ａＡに導く。

接続流路６ｃＡは、ケーシング６に内設されており、ケーシング流路６ａＡと吸込口６ｂＡとを接続している。接続流路６ｄＡは、ケーシング６に内設されており、排出口６ｅＡとケーシング流路６ａとを接続している。
排出口６ｅＡは、中心位置Ｃ側に位置するケーシング６に設けられている。排出口６ｅＡは、接続流路６ｄＡを経由した流体をケーシング６の外部に排出する。

ケーシング流路６ａＢ、吸込口６ｂＢ、接続流路６ｃＢ，６ｄＢ、及び排出口６ｅＢは、ケーシング６のうち、３段式インペラ群３Ｂの配設領域に対応する部分に設けられている。
ケーシング流路６ａＢは、各インペラ３を構成するブレード３ｃ間の流路同士を接続するように、ケーシング６の内部に設けられている。ケーシング流路６ａＢは、回転軸２の外側に位置するケーシング６において、環状となるように構成されている。
吸込口６ｂＢは、軸受５Ｂ側に位置するケーシング６に設けられている。吸込口６ｂＢは、流体を吸い込み、接続流路６ｃＢを介して、吸い込んだ流体をケーシング流路６ａＢに導く。

接続流路６ｃＢは、ケーシング６に内設されており、ケーシング流路６ａＢと吸込口６ｂＢとを接続している。
接続流路６ｄＢは、ケーシング６に内設されており、排出口６ｅＢとケーシング流路６ａとを接続している。
排出口６ｅＢは、中心位置Ｃ側に位置するケーシング６に設けられている。排出口６ｅＢは、接続流路６ｄＢを経由した流体をケーシング６の外部に排出する。

図２は、図１に示すシール装置の斜視図である。図２において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図３は、図１に示す回転機械を構成する回転軸及シール装置をＤ−Ｄ線で切断した断面図である。また、図３に示すシール装置７の切断位置は、後述する図４に示すＨ−Ｈ線での切断位置に対応している。図３に示すＥは、凹部１２内に流入する流体の移動方向（以下、「Ｅ方向」という）を示している。
図３において、図１及び図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。図３では、一例として、シール装置本体８と、複数の延出部１４を含む環状部材９と、が別体とされた場合を図示する。

図４は、図３に示すシール装置の内側を平面視した図である。図４において、図２及び図３に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。図４において、Ｆは凹部１２の内径（以下、「内径Ｆ」という）、Ｇは回転軸２の回転方向Ｂにおいて、回転軸２の外周面２ａと対向する開口部１３の端の最も大きい開口径（以下、「開口径Ｇ」という）をそれぞれ示している。
なお、開口径Ｇは、回転軸２の回転方向Ｂにおける開口部１３の最も大きい開口幅に相当する。

図１〜図４を参照するに、シール装置７は、筒状の部材であり、隙間１１を介して、回転軸２の中央部に位置する外周面２ａと対向するように配置されている。隙間１１は、回転軸２の外周面２ａと環状部材９との間に形成されている。シール装置７は、回転軸の中央部を囲むように設けられている。
シール装置７は、シール装置本体８と、環状部材９と、を有する。シール装置本体８は、環状部材９の外径と略等しい内径を有する。シ−ル装置本体８の厚さは、環状部材９の厚さよりも厚くなるように構成されている。
シール装置本体８は、隙間１１を流れる流体（例えば、プロセスガス）が出入りする複数の凹部１２を有する。

隙間１１を介して、凹部１２内に流入した流体は、凹部１２内をＥ方向に移動した後、隙間１１に流出する。凹部１２は、シール装置本体８と環状部材９とで区画された角部１２Ａを含む。

複数の凹部１２の形状は、例えば、図４に示すような円柱形状とすることが可能であるが、これに限定されない。複数の凹部１２の形状は、例えば、多角柱にしてもよい。
複数の凹部１２の形状が円柱形状である場合、複数の凹部１２は、格子状に配置してもよいし、図４に示すように、千鳥状に配置させてもよい。
このように、複数の凹部１２を千鳥配置させることで、所定のエリア内に格子状に配置させた場合と比較して、より多くの凹部１２を配置させることが可能となる。つまり、格子状に配置させた場合よりも凹部１２の配設密度を高めることが可能となる。これにより、シール装置７による回転軸２の振動を減衰させる効果を高めることができる。
複数の凹部１２を千鳥配置させる場合、平面視した状態において、正三角形Ｔの３つの頂点Ｔ_１〜Ｔ_３のいずれか１つの位置と凹部１２の中心位置とが一致するように、複数の凹部１２を配置させるとよい。これにより、最も密な状態で、複数の凹部１２を配置することができる。

環状部材９は、円筒形状とされた板材であり、シール装置本体８の内側に接合されている。環状部材９は、複数の開口部１３と、複数の延出部１４と、を有する。
複数の開口部１３は、貫通穴である。各開口部１３は、それぞれ１つの凹部１２の中央に配置されている。これにより、開口部１３は、１つの凹部１２に対して連通されている。
複数の開口部１３は、凹部１２の内径うち、最も大きい内径（図３の場合、同じ内径Ｆで凹部１２が構成されているため内径Ｆ）よりも開口径Ｇが小さくなるように構成されている。

開口径Ｇは、例えば、内径Ｆの０．３〜０．７倍の範囲内（０．３Ｆ≦開口径Ｇ≦０．７Ｆ）で設定することが好ましい。開口径Ｇが内径Ｆの大きさの０．３倍よりも小さいと、凹部１２内に流体が流入しにくくなってしまうため、好ましくない。
一方、開口径Ｇが内径Ｆの大きさの０．７倍よりも大きいと、延出部１４の後述する外面１４ａの面積が少なくなるため、好ましくない。

複数の延出部１４は、シール装置本体８のうち、凹部１２の側面を区画する部分から、凹部１２の外周部（一部）を塞ぐように延出している。複数の延出部１４は、各開口部１３の周囲を囲むように配置されている。これにより、延出部１４は、開口部１３を区画している。複数の延出部１４の形状は、例えば、リング状にすることができる。複数の延出部１４は、隙間１１を介して、回転軸２の外周面２ａと対向する外面１４ａを有する。

このように、シール装置本体８から凹部１２の外周部を塞ぐように設けられ、回転軸２の回転方向Ｂにおける最も大きい開口径Ｇが凹部１２の最も大きい内径（図４の場合、内径Ｆ）よりも小さくなるように開口部１３を区画する延出部１４を複数有することで、凹部１２の容積及び凹部１２の配設密度を小さくすることなく、回転軸２の外周面２ａと対向する延出部１４の外面１４ａの面積を増加させることが可能となる。
これにより、回転軸２の外周面２ａと延出部１４の外面１４ａとの間を流体が流れることで発生する摩擦力が増加するため、回転軸２の不安定振動の抑制効果（減衰効果）を向上させることができる。

回転軸２が静止した状態において、複数の延出部１４の外面１４ａは、例えば、回転軸２の外周面２ａに沿った形状の面（曲面）にするとよい。
このように、回転軸２が静止した状態において、延出部１４の外面１４ａを回転軸２の外周面２ａに沿った形状の面とすることで、延出部１４の外面１４ａと回転軸２の外周面２ａとの間に形成される隙間１１の大きさを回転軸２の周方向において均一にすることができる。

シール装置本体８と、環状部材９と、を別体とする場合には、それぞれを金属加工用の３Ｄプリンタを用いて製造し、その後、シール装置本体８と環状部材９とを接合させてもよい。
シール装置７の他の製造方法としては、例えば、鋳造等の手法により、凹部１２が形成されていないシール装置本体８と、開口部１３が形成されていない環状部材９と、を形成し、その後、打ち込み加工で複数の凹部１２を形成し、複数の開口部１３を打ち抜き加工で形成してもよい。

第１の実施形態のシール装置７によれば、シール装置本体８から凹部１２の外周部を塞ぐように設けられ、回転軸２の回転方向Ｂにおける最も大きい開口径Ｇが凹部１２の最も大きい内径（図４の場合、内径Ｆ）よりも小さくなるように開口部１３を区画する延出部１４を複数有することで、凹部１２の容積及び凹部１２の配設密度を小さくすることなく、回転軸２の外周面２ａと対向する延出部１４の外面１４ａの面積を増加させることが可能となる。
これにより、回転軸２の外周面２ａと延出部１４の外面１４ａとの間に形成された隙間１１を流体が流れることで発生する摩擦力が増加するため、回転軸２の不安定振動の抑制効果（減衰効果）を向上させることができる。

第１の実施形態の回転機械１によれば、一対の軸受５Ａ，５Ｂ間に位置する回転軸２に配置されたシール装置７と、シール装置７内に挿入されており、軸線Ｐを中心に回転する回転軸２と、回転軸２を両端で支持する一対の軸受５Ａ，５Ｂと、を備えることで、シール装置７により、回転軸２の不安定振動を抑制することが可能となるので、回転機械１の性能を向上できる。

なお、第１の実施の形態では、一例として、シール装置本体８と、環状部材９と、を別体とする場合を例に挙げて説明したが、シール装置本体８と環状部材９とを一体に構成してもよい。この場合、シール装置７は、金属加工用の３Ｄプリンタを用いて製造することができる。

また、第１の実施の形態では、開口部１３を凹部１２の中央に設けた場合を例に挙げて説明したが、開口部１３の配設位置は、これに限定されない。開口部１３の配設位置は、例えば、凹部１２の中央からずれた位置に設けてもよい。この場合も、第１の実施の形態のシール装置７と同様な効果を得ることができる。
また、第１の実施の形態では、開口部１３の形状の一例として、平面視した状態で円形の場合を例に挙げて説明したが、開口部１３の形状は、例えば、楕円形や多角形でもよく、円形に限定されない。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る回転機械の主要部の断面図である。図５に示す回転機械２０の切断位置は、図６に示すＫ−Ｋ線の断面に対応している。図５において、図３に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図５に示すＩは、凹部１２内に流入する流体の移動方向（以下、「Ｉ方向」という）を示している。
図６は、図５に示すシール装置の内側を平面視した図である。図６において、図４及び図５に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図６において、Ｊは、回転軸２の回転方向Ｂにおいて、回転軸２の外周面２ａと対向する開口部２５の端の最も大きい開口幅（以下、「開口幅Ｊ」という）を示している。

図５及び図６を参照するに、第２の実施の形態の回転機械２０は、第１の実施の形態の回転機械１を構成するシール装置７に替えて、シール装置２１を有すること以外は、回転機械１と同様に構成されている。

シール装置２１は、第１の実施の形態で説明したシール装置７を構成する環状部材９に替えて、環状部材２３を有すること以外は、シール装置７と同様に構成される。
環状部材２３は、円筒形状とされた板材であり、シール装置本体８の内側に接合されている。環状部材２３は、複数の開口部２４と、複数の延出部２５と、を有する。
複数の開口部２４は、貫通穴である。複数の開口部２４の形状は、例えば、平面視した状態で半円形状（図６に示す開口部２４の形状）にすることができる。

開口部２４は、回転軸２の回転方向Ｂの上流側に位置する凹部１２を露出するように配置されている。
各開口部２４は、それぞれ１つの凹部１２に対して１つ配置されている。これにより、開口部２４は、１つの凹部１２に対して連通されている。
複数の開口部２４は、凹部１２の内径うち、最も大きい内径（図６の場合、同じ内径Ｆで凹部１２が構成されているため、内径Ｆ）よりも、開口部２４の端の最も大きい開口幅Ｊが小さくなるように構成されている。

開口幅Ｊは、例えば、凹部１２の内径Ｆの大きさの０．３〜０．５倍の範囲内（０．３Ｆ≦開口幅Ｊ≦０．５Ｆ）で設定することが好ましい。開口幅Ｊが内径Ｆの大きさの０．３倍よりも小さいと、凹部１２内に流体が流入しにくくなってしまうため、好ましくない。
一方、開口幅Ｊが内径Ｆの大きさの０．５倍よりも大きいと、延出部２５の後述する外面２５ａの面積が少なくなるため、好ましくない。

複数の延出部２５は、シール装置本体８のうち、回転軸２の回転方向Ｂの下流側に位置する凹部１２の側面を区画する部分から、回転軸２の回転方向Ｂの下流側に位置する凹部１２の一部を塞ぐように延出している。
延出部２５は、回転軸２の回転方向Ｂの下流側に位置する開口部２４を区画している。開口部２４を区画する延出部２５の端部は、回転軸２の回転方向Ｂに対して直交する方向に延在している。

平面視した開口部２４の形状が半円形状の場合、複数の延出部２５の形状は、例えば、平面視半円形状とすることができる。
複数の延出部２５は、隙間１１を介して、回転軸２の外周面２ａと対向する外面２５ａを有する。回転軸２が静止した状態において、複数の延出部２５の外面２５ａは、例えば、回転軸２の外周面２ａに沿った形状（曲面）にすることができる。

上述したシール装置２１は、第１の実施の形態で説明したシール部材７の製造方法と同様な手法により製造することができる。
また、図５では、一例として、シール装置本体８と環状部材２３とが別体とした場合を例に挙げて説明したが、シール装置本体８と環状部材２３とを一体に構成してもよい。この場合、シール装置２１は、例えば、金属加工用の３Ｄプリンタを用いて製造することができる。
また、シール装置本体８と環状部材２３とを一体に構成することで、シール装置７を構成する部品の数を削減することができる。

第２の実施の形態のシール装置２１によれば、凹部１２に連通する開口部２４を区画しており、かつ凹部１２の内径うち、最も大きい内径Ｆよりも回転軸２の回転方向Ｂにおける開口部１２の端の最も大きい開口幅Ｆを小さくするように、回転軸２の回転方向Ｂの下流側に位置する凹部１２を塞ぐ延出部２５を設けることで、凹部１２の容積及び凹部１２の配設密度を小さくすることなく、回転軸２の外周面２ａと対向する延出部２５の外面２５ａの面積を増加させることが可能となる。
これにより、回転軸２の外周面２ａと延出部２５の外面２５ａとの間を流体が流れることで発生する摩擦力が増加するため、回転軸２の不安定振動の抑制効果（減衰効果）を向上させることができる。

また、第２の実施の形態のシール装置２１では、回転軸２の回転方向Ｂの下流側のみに延出部２５が設けられているため、第１の実施の形態のシール装置７よりも角部１２Ａの形成領域が少なくなる（図５参照）。
したがって、第２の実施の形態のシール装置２１では、第１の実施の形態のシール装置７と比較して、凹部１２の角部１２Ａに、流体に含まれる成分が堆積した堆積物（例えば、プロセスガスの成分が堆積した堆積物）が堆積する量を少なくすることが可能となる。これにより、堆積した堆積物に起因する回転軸２の振動の減衰効果が低下することを抑制できる。
第２の実施の形態の回転機械２０によれば、上述したシールド装置２１を含むことで、回転軸２の不安定振動の抑制が可能となるので、回転機械２０の性能を向上できる。

なお、第２の実施の形態では、延出部２５の形状の一例として、開口部２４を区画する端部が回転方向Ｂに対して直交する半円形状を例に挙げたが、延出部２５の形状は、これに限定されない。延出部２５の形状として、例えば、該端部が湾曲形状とされたものを用いてもよい。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態の回転機械の主要部の部分断面図である。図７の切断位置は、図８に示すＯ−Ｏ線断面に対応している。図７において、図３に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図７に示すＬは、流体用凹部３５内に流入する流体の移動方向（以下、「Ｌ方向」という）を示している。
図８は、図７に示すシール装置の内側を平面視した図である。図８において、図７に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図８において、Ｍは凹部３２Ａの内径のうち、最も大きい内径（以下、「内径Ｍ」という）、Ｎは回転軸２の回転方向Ｂにおいて、回転軸２の外周面２ａと対向する開口部３３Ａの端の開口径（以下、「開口径Ｎ」という）をそれぞれ示している。
なお、開口径Ｎは、回転軸２の回転方向Ｂにおける開口部３３Ａの端の最も大きい開口幅に相当する。

図７及び図８を参照するに、第３の実施の形態の回転機械３０は、第１の実施の形態の回転機械１を構成するシール装置７に替えて、シール装置３１を有すること以外は、回転機械１と同様に構成されている。

シール装置３１は、シール装置本体３２と、環状部材３３と、複数の流体用凹部３５と、を有する。
シール装置本体３２は、環状部材３３の外側に接合されており、環状部材３３が接合される側に複数の凹部３２Ａを有する。
凹部３２Ａは、流体用凹部３５の一部を構成している。複数の凹部３２Ａの形状は、例えば、球体を２分割させた半球形状とすることが可能である。

複数の凹部３２Ａは、例えば、千鳥配置させるとよい（図８参照）。このように、複数の凹部３２Ａを千鳥配置させることで、複数の流体用凹部３５も千鳥状に配置されることになるため、流体用凹部３５の配設密度を高めることができる。

なお、図８では、一例として、複数の凹部３２Ａ及び流体用凹部３５を千鳥配置させた場合を例に挙げて説明したが、複数の凹部３２Ａ及び流体用凹部３５の配置のさせ方は、これに限定されない。例えば、複数の凹部３２Ａ及び流体用凹部３５を、格子状に配置させてもよい。

環状部材３３は、シール装置本体３２と接触する曲面である外面３３ａと、回転軸２の外周面２ａと対向する曲面である内面３３ｂと、複数の開口部３３Ａと、複数の延出部３６と、を有する。
複数の開口部３３Ａは、シール装置本体３２に設けられた凹部３２Ａと対向する環状部材３３を貫通するように設けられている。これにより、複数の開口部３３Ａは、千鳥配置されている。

複数の開口部３３Ａは、球の一部を外面３３ａ及び内面３３ｂで切り取った形状とされている。開口部３３Ａの周囲（側面）は、延出部３６により区画されている。複数の開口部３３Ａの端の開口径Ｎは、凹部３２Ａの内径の最大値である内径Ｍよりも小さくなるように構成されている。
このように、複数の開口部３３Ａの端の開口径Ｎは、凹部３２Ａの内径の最大値である内径Ｍよりも小さくすることで、回転軸２の外周面２ａと対向する複数の延出部３６の外面３６ａの面積を増加させることができる。

なお、開口径Ｎは、例えば、凹部３２Ａの内径Ｍの０．３〜０．５倍の範囲内（０．３Ｍ≦開口径Ｎ≦０．５Ｍ）で設定するとよい。
開口径Ｎが内径Ｍの大きさの０．３倍よりも小さいと、凹部３２Ａ内に流体が流入しにくくなってしまうため、好ましくない。
一方、開口径Ｎが内径Ｍの大きさの０．５倍よりも大きいと、延出部３６の後述する外面３６Ａａの面積が少なくなるため、好ましくない。

複数の延出部３６は、開口部３３Ａの周囲に配置されており、平面視リング状とされている。延出部３６は、外面３３ａから内面３３ｂに向かうにつれて、厚さが薄くなるような形状とされている。延出部３６は、開口部３３Ａに露出された湾曲面３３Ａａを有する。
このように、延出部３６が開口部３３Ａに露出された湾曲面３３Ａａを有することで、流体用凹部３５内に流入する流体に含まれる成分が堆積した堆積物（例えば、プロセスガスの成分が堆積した堆積物）が、湾曲面３３Ａａにより流体用凹部３５の外に案内されるため、流体用凹部３５内に堆積物が堆積することを抑制できる。

複数の流体用凹部３５は、それぞれ1つの凹部３２Ａと開口部３３Ａとで構成されている。複数の流体用凹部３５の形状は、例えば、環状部材３３の内面３３ｂで球の一部を除去した形状とすることができる。
このような形状とすることで、複数の流体用凹部３５を千鳥状に配置させることができる。

上述したシール装置３１は、第１の実施の形態で説明したシール部材７の製造方法と同様な手法により製造することができる。
また、図７では、一例として、シール装置本体３２と環状部材３３とを別体とした場合を例に挙げて説明したが、シール装置本体３２と環状部材３３とを一体に構成してもよい。この場合、シール装置３１は、例えば、金属加工用の３Ｄプリンタを用いて製造することができる。また、シール装置本体３２と環状部材３３とを一体に構成することで、シール装置３１の部品数を少なくすることができる。

第３の実施の形態のシール装置３１によれば、回転軸２の外周面２ａと対向する側のシール装置本体３２に設けられており、複数の延出部３６、及びシール装置本体３２に設けられた凹部３２Ａと対向する開口部３３Ａを複数含む環状部材３３と、凹部３２Ａ及び開口部３３Ａを含んでなり、流体が出入りする複数の流体用凹部３５と、を備え、複数の流体用凹部３５の形状を、環状部材３３の内面３３ｂで球の一部を除去した形状とすることで、流体用凹部３５の容積及び流体用凹部３５の配設密度を小さくすることなく、回転軸２の外周面２ａと対向する延出部３６の外面３６ａの割合を増加させることが可能になるとともに、流体用凹部３５内に流体に含まれる成分が堆積した堆積物（例えば、プロセスガスの成分が堆積した堆積物）が堆積することを抑制可能となる。

これにより、流体用凹部３５の容積及び流体用凹部３５の配設密度を小さくすることなく、回転軸２の外周面２ａと延出部３６の外面３６ａとの間を流体が流れることで発生する摩擦力が増加させて、回転軸２の不安定振動の抑制効果（減衰効果）を向上できるとともに、流体用凹部３５内に堆積する堆積物に起因する流体用凹部３５の容積の低下を抑制できる。

第３の実施の形態の回転機械３０によれば、上述したシールド装置３１を含むことで、回転軸２の不安定振動を抑制することが可能となるので、回転機械３０の性能を向上できる。

図９は、本発明の第３の実施の形態の変形例に係る回転機械の主要部の部分断面図である。図９において、図７に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。また、図９に示すＱは、流体用凹部４５内に流入する流体の移動方向（以下、「Ｑ方向」という）を示している。

図９を参照するに、第３の実施の形態の変形例の回転機械４０は、第３の実施の形態の回転機械３０を構成するシール装置３１に替えて、シール装置４１を有すること以外は、回転機械３０と同様に構成されている。

シール装置４１は、シール装置３１を構成するシール装置本体３２及び複数の流体用凹部３５に替えて、シール装置本体４２及び複数の流体用凹部４５を有すること以外は、シール装置３１と同様に構成されている。

シール装置本体４２は、環状部材３３の外側に接合されており、環状部材３３が接合される側に円柱形状とされた複数の凹部４２Ａを有する。凹部４２Ａは、環状部材３３に設けられた開口部３３Ａと対向するように配置されており、開口部３３Ａに連通している。
複数の流体用凹部４５は、１つの開口部３３Ａと、１つの凹部４２Ａと、で構成されている。

第３の実施の形態の変形例の回転機械４０では、凹部４２Ａの形状が円柱形状とされているため、流体用凹部４５の容積を図７に示す流体用凹部３５の容積よりも大きくすることができる。
このような構成とされた回転機械４０は、第３の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１，２０，３０，４０…回転機械、２…回転軸、２ａ…外周面、３…インペラ、３ａ…ディスク、３Ａ，３Ｂ…３段式インペラ群、３ｂ…カバー、３ｃ…ブレード、５Ａ，５Ｂ…軸受、６…ケーシング、６ａＡ，６ａＢ…ケーシング流路、６ｂＡ，６ｂＢ…吸込口、６ｃＡ，６ｄＡ，６ｃＢ，６ｄＢ…接続流路、６ｅＡ，６ｅＢ…排出口、７，２１，３１，４１…シール装置、８，３２，４２…シール装置本体、９，２３，３３…環状部材、１１…隙間、１２，３２Ａ，４２Ａ…凹部、１２Ａ…角部、１３，２４，３３Ａ…開口部、１４，２５，３６…延出部、１４ａ，２５ａ，３３ａ…外面、３３Ａａ…湾曲面、３３ｂ…内面、３５，４５…流体用凹部、Ａ，Ｅ，Ｉ，Ｌ，Ｑ…方向、Ｂ…回転方向、Ｃ…中心位置、Ｆ，Ｍ…内径、Ｇ，Ｎ…開口径、Ｊ…開口幅、Ｐ…軸線

Claims (9)

1. 筒状とされており、流体が流れる隙間を介在させて、軸線回りに回転する回転軸の外周面と対向配置されたシール装置本体と、
   前記シール装置本体のうち、前記回転軸の外周面と対向する部分に複数設けられており、前記流体が出入りする凹部と、
   前記シール装置本体から延出することで、前記凹部に連通する開口部を区画しており、かつ前記凹部の内径うち、最も大きい内径よりも、前記回転軸の回転方向において前記回転軸の外周面と対向する前記開口部の端の開口幅を小さくする延出部と、
   を備え、
   前記延出部は、前記回転軸の外周面と対向する外面を有することを特徴とするシール装置。
2. 前記回転軸が静止した状態において、前記延出部の外面は、前記回転軸の外周面に沿った形状の面であることを特徴とする請求項１記載のシール装置。
3. 前記延出部は、前記凹部の側面を区画する前記シール装置本体から該凹部の中心に向かう方向に延出しており、
   前記開口部は、前記凹部の中央部に配置することを特徴とする請求項１または２記載のシール装置。
4. 前記延出部は、前記回転軸の回転方向の下流側に位置する前記凹部を塞ぐように配置されており、
   前記開口部は、前記回転軸の回転方向の上流側に位置する前記凹部を露出するように配置することを特徴とする請求項１または２記載のシール装置。
5. 複数の前記凹部は、円柱形状とされており、
   前記複数の凹部は、千鳥配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載のシール装置。
6. 前記回転軸と対向する側の前記シール装置本体に設けられており、複数の前記延出部、及び前記凹部と対向する前記開口部を複数含む環状部材と、
   前記凹部及び前記開口部を含んでなり、前記流体が出入りする複数の流体用凹部と、
   を備え、
   前記複数の流体用凹部の形状は、前記環状部材の内面で球の一部を除去した形状であることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載のシール装置。
7. 前記複数の流体用凹部は、千鳥配置されていることを特徴とする請求項６記載のシール装置。
8. 前記環状部材と前記シール装置本体とが一体に構成されていることを特徴とする請求項６または７記載のシール装置。
9. 請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載のシール装置と、
   前記シール装置内に挿入されており、軸線回りに回転する回転軸と、
   前記回転軸を両端で支持する一対の軸受と、を備え、
   前記シール装置は、前記一対の軸受の間に配置されていることを特徴とする回転機械。

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