JP6233640B2 - シール装置及びこれを備える回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、シール装置及びこれを備える回転機械に関する。

遠心圧縮機などの回転機械は、一般に、回転軸などの回転体と、その周囲のケーシングなどの静止体との間に隙間がある。そのため、回転体と静止体との隙間には、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場合が多い。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、および、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などに設けられている。そして、このような各種シールには、例えば、ダンパーシールやラビリンスシール等が用いられている。

ラビリンスシールは、回転する回転軸と間隙を有して対向する環状の静止側部材から、回転軸に向かって突出する突出部を複数配設したものである。このラビリンスシールでは、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ことができる。また、ダンパーシールは、ハニカムシール、ホールパターンシール等が知られており、例えばホールパターンシールでは、回転軸と間隙を有して配される環状の静止側部材において、回転軸に対向する対向面に複数の穴部が形成され、この穴部で生じる圧力損失により流体の漏れを低減可能である。
ダンパー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一方、ラビリンスシールはダンパーシールと比較して流体の漏れ量をより低減できる。

特許文献１では、回転軸の軸線方向における回転機械の高圧側にダンパーシールを配置し、低圧側に回転軸の外周面と対向する面が滑らかな面で形成された環状シールを配置するシール装置が開示されている。このようなシール装置とすることで、ダンパーシールによって減衰付与機能を効果的に発揮しつつ、環状シールの長さを長くすることでシールと回転軸との間の流体の剛性効果により固有振動数の低下を抑制して、回転軸の安定性を向上させている。

特開２０１３−１６０２９７号公報

ところで、上述したようなシール装置は、回転機械内で圧縮される流体の一部がシール装置との回転軸の間の隙間に旋回しながら流入する。
しかしながら、上述したようなシール装置では、この旋回流により生じる影響を十分に低減させることが難しい。即ち、流体がシール装置と回転軸との隙間に旋回しながら流入する事により、不安定化力が増加して回転軸の不安定振動を増大させたり、シールからの漏れ量が増加したりしてしまうことを低減させることが難しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、漏れ流れの影響を低減することが可能なシール装置、及びこれを備えた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に、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様におけるシール装置は、回転軸の外周面上で、前記回転軸の軸線に沿う方向の流体の流れを封止するシール装置であって、前記回転軸の前記外周面を覆って配置される内周面に前記回転軸の前記外周面に対向するように開口する複数の孔が形成された環状の本体部を備え、複数の前記孔の少なくとも一部は、前記孔の中心軸の方向が前記孔の開口から底部に向かうにしたがって、前記回転軸の回転方向前方側、及び前記回転軸の軸線方向に沿って流体の流れの下流側、の少なくとも一方側に向けて傾斜し、複数の前記孔は、前記内周面において、該内周面の周方向に並んで配置され、前記内周面の水平方向の位置から周方向に９０度異なる鉛直方向の位置に向かうにしたがって、前記孔の中心軸の前記回転軸の回転方向前方側に向けて傾斜する角度が次第に大きく形成される。

このようなシール装置によれば、孔から隙間に流出する流体に、本体部の内周面と回転軸との隙間を流れる流体の流れに対向する成分を持たせて衝突させることができ、隙間を流れる流体の流れの勢いを低減することができる。したがって、回転軸の外周面の周りの旋回流れによる不安定化力を低減し、回転軸の不安定振動を軽減することができる。さらに、回転軸の外周面と本体部の内周面との間の隙間を通って下流側に向かって流出する流体の漏れ量を低減することができる。即ち、回転軸の外周面と本体部の内周面との間の隙間の漏れ流れの影響を低減することができる。

このようなシール装置によれば、本体部の内周面の一側の位置における旋回流速を周方向に９０度異なる他側の位置における旋回流速に比べてより低減することができる。したがって、旋回流速がシールの周方向で異方性を持ち、旋回流速の影響を受ける内周面と回転軸との間の流体による剛性効果、減衰効果も周方向の直交２方向で異方性を持つ。このシール特性の異方性は、軸の不安定振動時の軸回りの真円振れ回りを弱める働きをするため、回転軸の不安定振動を低減することができる。

また、本発明の一態様における回転機械は、前記シール装置を備える。

このような回転機械によれば、回転軸の不安定振動の抑制効果が高く、かつ漏れ流量低減により回転機械として効率を高めて、性能を向上させることができる。

本発明のシール装置によれば、本体部に傾斜させて複数の孔を形成することで、漏れ流れの影響を低減することができる。

本発明の第一実施形態における回転機械を示す断面図である。 本発明の第一実施形態におけるシール装置を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す図２のＡ−Ａ対応断面図である。 本発明の第一実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す図２のＢ−Ｂ対応断面図である。 本発明の第一実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す図２のＡ−Ａ対応断面図である。 本発明の第二実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す図２のＢ−Ｂ対応断面図である。 本発明の第二実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す要部拡大断面図である。 本発明の第三実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す図２のＡ−Ａ対応断面図である。 本発明の第三実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す図２のＢ−Ｂ対応断面図である。 本発明の第四実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す図２のＡ−Ａ対応断面図である。 本発明の第四実施形態におけるシール装置及び回転軸を示す図２のＢ−Ｂ対応断面図である。

《第一実施形態》
以下、本発明に係る第一実施形態のシール装置５を備えた回転機械１について図１から図５を参照して説明する。
本実施形態における回転機械１は、複数のインペラ４を備えた多段式遠心圧縮機である。

回転機械１は、軸線Ｐを中心とした回転軸２と、回転軸２を軸線Ｐ回りに回転可能に支持する軸受３と、回転軸２に取り付けられて遠心力を利用してプロセスガスＧ（流体）を圧縮するインペラ４と、インペラ４同士の間に配されて回転軸２の外周面２ａに沿って設けられたシール装置５と、これらを外周側から覆うケーシング６とを備えている。

回転軸２は、柱状をなして軸線Ｐの方向に延在し、軸線Ｐの方向の両端で軸受３によって回転可能に支持されている。
軸受３は、回転軸２の両端部に一つずつ設けられ、回転軸２を回転可能に支持している。これらの軸受３は、それぞれケーシング６に取り付けられている。

インペラ４は、回転による遠心力を利用してプロセスガスＧ（流体）を圧縮する。インペラ４は、ディスク４ａと、ブレード４ｃと、カバー４ｂとを備えた、いわゆるクローズ型のインペラ４である。
ディスク４ａは、それぞれ回転軸２における軸線Ｐ方向の中央位置Ｃに向かって、軸線Ｐの径方向外側に漸次拡径する円盤状に形成されている。
ブレード４ｃは、ディスク４ａから軸線Ｐ方向における中央位置Ｃとは反対側の端部側に突出するように形成されている。ブレード４ｃは、軸線Ｐの周方向に所定間隔をあけて複数形成されている。
カバー４ｂは、軸線Ｐ方向における端部側から複数のブレード４ｃを覆う。カバー４ｂは、ディスク４ａに対向する円盤状に形成されている。

インペラ４は、軸線Ｐ方向両側に配された各軸受３の間の回転軸２に複数取り付けられている。これらインペラ４は、軸線Ｐ方向においてブレード４ｃの向きが互いに反対側を向く二組の三段式インペラ群４Ａ、４Ｂを構成している。これら三段式インペラ群４Ａ、三段式インペラ群４Ｂにおいては、それぞれ軸線Ｐ方向の中央位置Ｃ側のプロセスガスＧの圧力が最も高くなる。つまり、プロセスガスＧは、三段式インペラ群４Ａ、三段式インペラ群４Ｂ各々を軸線Ｐの方向の中央位置Ｃに向かって段階的に圧縮されながら流れる。

ケーシング６は、軸受３を支持するとともに回転軸２、インペラ４、シール装置５をそれぞれ外周側から覆う。ケーシング６は、筒状に形成されている。

ケーシング６は、軸線Ｐ方向の一方側（図１中、紙面左側）に、吸込口６ｂＡを備えている。吸込口６ｂＡは、環状に形成された吸込流路６ｃＡに接続されている。吸込流路６ｃＡは、三段式インペラ群４Ａの最も一方側に配されるインペラ４の流路と接続されている。つまり、吸込口６ｂＡから流入するプロセスガスＧは、吸込流路６ｃＡを介して三段式インペラ群４Ａへと導入される。

ケーシング６は、各インペラ４のブレード４ｃ間に形成された流路同士を接続するケーシング流路６ａＡ、６ａＢを備えている。

ケーシング６は、軸線Ｐ方向の中央位置Ｃ側に、排出口６ｅＡを備えている。この排出口６ｅＡは、環状に形成された排出流路６ｄＡに接続されている。排出流路６ｄＡは、三段式インペラ群４Ａの最も他方側（図１中、紙面右側）に配されるインペラ４の流路に接続されている。つまり、三段式インペラ群４Ａの最も他方側に配されるインペラ４で圧縮されたプロセスガスＧは、排出流路６ｄＡを介して排出口６ｅＡからケーシング６の外部に排出される。

ケーシング６は、中央位置Ｃを境にして、軸線Ｐ方向の一方側と他方側とが対称に形成されている。ケーシング６の他方側には、ケーシング流路６ａＢ、吸込口６ｂＢ、吸込流路６ｃＢ、排出流路６ｄＢ、排出口６ｅＢが形成されている。このケーシング６の他方側に配された三段式インペラ群４Ｂは、一方側の三段式インペラ群４Ａで圧縮したプロセスガスＧを更に圧縮する。

つまり、ケーシング６の他方側においては、排出口６ｅＡから排出されたプロセスガスＧが吸込口６ｂＢに送り込まれる。その後、吸込口６ｂＢから流入したプロセスガスＧは、吸込流路６ｃＢを介して三段式インペラ群４Ｂに供給されて段階的に圧縮される。
三段式インペラ群４Ｂによって圧縮されたプロセスガスＧは、排出流路６ｄＢを介して排出口６ｅＢからケーシング６の外部に排出される。

上述したように三段式インペラ群４Ａにおいて圧縮されたプロセスガスＧは、三段式インペラ群４Ｂに導入されて更なる圧縮が行われて中央位置Ｃ付近に到達する。そのため、三段式インペラ群４Ａと三段式インペラ群４Ｂとの間には圧力差が生じている。具体的には、三段式インペラ群４Ｂの方が三段式インペラ群４Ａよりも高い圧力となっている。さらに、中央位置Ｃ付近においては、回転軸２の外周面２ａとケーシング６の内周面との間に、隙間Ｓが形成されている。そのため、プロセスガスＧは、隙間Ｓを通じて三段式インペラ群４Ｂが配置されている軸線Ｐ方向の他方側を上流側として、三段式インペラ群４Ａが配置されている軸線Ｐ方向の一方側の下流側に向かって流れようとしてしまう。
そこで、この実施形態におけるシール装置５は、上流側である三段式インペラ群４Ｂから下流側である三段式インペラ群４ＡへのプロセスガスＧの流れを抑制するために、中央位置Ｃ付近に設けられている。

シール装置５は、回転軸２の外周側に設けられて、三段式インペラ群４Ａと三段式インペラ群４Ｂとの間でのプロセスガスＧの流通を封止する。シール装置５は、回転軸２の外周面２ａを覆って配置される図２に示す本体部５ａを有している。

本体部５ａは、図３及び図４に示すように、回転軸２の外周面２ａとの間に回転軸２を回転させるための所定の隙間Ｓを有して対向配置される環状部材である。本体部５ａは、回転軸２の外周面２ａと対向する面である内周面５ｃに、回転軸２の外周面２ａに対向するように開口する複数の孔が形成されている。本実施形態の本体部５ａは、内周面５ｃから径方向外側に向かって凹む円形状の孔である第一傾斜孔５ｂ（孔）が複数形成されている。即ち、本実施形態の本体部５ａは、複数の第一傾斜孔５ｂが、本体部５ａの内周面５ｃに対して周方向及び軸線Ｐ方向に互いに隣接して配置されたホールパターンシールである。

第一傾斜孔５ｂは、中心軸Ｏ１と直交する断面形状が円形状をなすように本体部５ａの内周面５ｃから窪んで形成されている。第一傾斜孔５ｂは、第一傾斜孔５ｂの中心軸Ｏ１の方向が第一傾斜孔５ｂの開口から底部に向かうにしたがって、回転軸２の回転方向Ｒの前方側に向けて傾斜している。本実施形態でいる回転軸２の回転方向Ｒとは、図３における紙面上時計回りの方向である。具体的には、図５に示すように、第一傾斜孔５ｂは、その中心軸Ｏ１と、第一傾斜孔５ｂを形成する前の本体部５ａの内周面５ｃとの交点を通過して回転軸２と直交する直交軸Ｏａに対して中心軸Ｏ１の角度が回転軸２の周方向に向かって所定の角度αとなるように傾斜して形成されている。本実施形態では、所定の角度αが１０度から４０度となるように形成されていることが好ましい。これは、第一傾斜孔５ｂを傾斜させる角度αを大きくすればするほど、本体部５ａの内周面５ｃにおける開口が大きくなることで、配置可能な第一傾斜孔５ｂの数が低減してしまう点と、傾斜させるほどドリル加工等による加工が困難になる点を考慮したものである。

次に、上記構成のシール装置５の作用について説明する。
上記のような回転機械１では、流体であるプロセスガスＧを圧縮することで、回転軸２の外周面２ａと本体部５ａの内周面５ｃとの間の隙間ＳにもプロセスガスＧの一部が流入し、回転軸２の外周面２ａの周りにらせん状をなして軸線Ｐ方向に向かう漏れ流れが生じる。この漏れ流れは、回転軸２の回転方向Ｒに向かう周方向の分である漏れ旋回流れと、回転軸２の軸線Ｐ方向に向かう成分である漏れ軸線方向流れとによって構成されている。そして、本実施形態の回転機械１では、この漏れ流れを生じさせているプロセスガスＧが本体部５ａに形成された複数の第一傾斜孔５ｂの内部に流入することで、回転軸２の軸線Ｐ方向に沿って上流側から下流側に向かってプロセスガスＧが流出してしまうことが抑制されている。

上記のようなシール装置５によれば、本体部５ａに形成される第一傾斜孔５ｂの中心軸Ｏ１が直交軸Ｏａに対して所定の角度αとなるように回転軸２の回転方向Ｒの前方側に向けて傾いて形成されていることで、本体部５ａの内周面５ｃにおける第一傾斜孔５ｂの開口の大きさが、中心軸Ｏ１が傾斜せずに直交軸Ｏａと一致している場合の孔の開口に比べて大きくなる。そのため、より多くのプロセスガスＧが第一傾斜孔５ｂ内に流入することができる。したがって、回転軸２の外周面２ａと本体部５ａの内周面５ｃとの間の隙間Ｓを通って下流側である軸線Ｐ方向の他方側に向かって流出するプロセスガスＧの漏れ量を低減することができる。

また、第一傾斜孔５ｂが回転軸２の回転方向Ｒの前方側に向けて傾いて形成されていることで、第一傾斜孔５ｂに流入したプロセスガスＧが第一傾斜孔５ｂの底部に衝突して再び第一傾斜孔５ｂの開口から隙間Ｓに流出する際に、図５に示すように、回転軸２の外周面２ａに直交する軸線Ｐに向かう成分Ｘ１と、漏れ旋回流れに対向する回転軸２の回転方向Ｒに対して逆向きの成分Ｘ２とを有した状態で隙間Ｓに向かって流出させることができる。そのため、隙間Ｓを流れるプロセスガスＧの漏れ旋回流れに対して漏れ旋回流れに対向する成分を有する流れを衝突させることができ、漏れ旋回流速を低減することができる。したがって、回転軸２の外周面２ａの周りの隙間Ｓの漏れ旋回流れによる不安定化力を低減し、回転軸２の不安定振動を軽減することができる。即ち、回転軸２の外周面２ａと本体部５ａの内周面５ｃとの間の隙間Ｓの漏れ流れの影響を低減することができる。

さらに、このようなシール装置５を用いた回転機械１によれば、回転軸２の不安定振動を抑制することができ、かつ漏れ低減により回転機械１として効率を高めて、性能を向上させることができる。

《第二実施形態》
次に、図６から図８を参照して第二実施形態のシール装置５１について説明する。
第二実施形態において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。この第二実施形態のシール装置５１は、孔が傾斜する方向について、第一実施形態と相違する。

即ち、第二実施形態のシール装置５１は、本体部５１ａに軸線Ｐ方向に傾斜する第二傾斜孔５１ｂ（孔）が形成されている。

第二傾斜孔５１ｂは、第一実施形態の第一傾斜孔５ｂと同様に、中心軸Ｏ２と直交する断面形状が円形状をなすように本体部５１ａの内周面５１ｃから窪んで形成されている。第二傾斜孔５１ｂは、図６及び図７に示すように、第二傾斜孔５１ｂの中心軸Ｏ２の方向が第二傾斜孔５１ｂの開口から底部に向かうにしたがって、回転軸２の軸線Ｐ方向に沿って隙間Ｓを流れるプロセスガスＧの流れの下流側である軸線Ｐ方向の一方側に向けて傾斜している。具体的には、図８に示すように、第二傾斜孔５１ｂは、直交軸Ｏａに対する中心軸Ｏ２の角度が回転軸２の軸線Ｐ方向に向かって所定の角度αとなるように傾斜して形成されている。本実施形態では、所定の角度αが１０度から４０度となるように形成されていることが好ましい。

上記のようなシール装置５１によれば、本体部５１ａに形成される第二傾斜孔５１ｂの中心軸Ｏ２が直交軸Ｏａに対して所定の角度αとなるように回転軸２の軸線Ｐ方向に沿ってプロセスガスＧの流れの下流側に向けて傾いて形成されていることで、本体部５１ａの内周面５１ｃにおける第二傾斜孔５１ｂの開口の大きさが、中心軸Ｏ２が傾斜せずに直交軸Ｏａと一致している場合の孔の開口に比べて大きくなる。そのため、より多くのプロセスガスＧが第二傾斜孔５１ｂ内に流入することができる。したがって、回転軸２の外周面２ａと本体部５１ａの内周面５１ｃとの間の隙間Ｓを通って下流側である軸線Ｐ方向の他方側に向かって流出するプロセスガスＧの漏れ量を低減することができる。

また、第二傾斜孔５１ｂが回転軸２の軸線Ｐ方向に沿ってプロセスガスＧの流れの下流側に向けて傾いて形成されていることで、第二傾斜孔５１ｂに流入したプロセスガスＧが第二傾斜孔５１ｂの底部に衝突して再び第二傾斜孔５１ｂの開口から隙間Ｓに流出する際に、図８に示すように、回転軸２の外周面２ａに直交する軸線Ｐに向かう成分Ｘ１と、漏れ軸線方向流れに対向する上流側に向かう成分Ｘ３とを有した状態で隙間Ｓに向かって流出させることができる。そのため、隙間Ｓを流れるプロセスガスＧの漏れ軸線方向流れに対して、この漏れ軸線方向流れに対向する成分を有する流れを衝突させることができ、漏れ軸線方向流速を低減することができる。したがって、隙間Ｓを流れるプロセスガスＧの流速を低減させて、隙間Ｓを通って下流側である軸線Ｐ方向の他方側に向かって流出するプロセスガスＧの漏れ量をより一層低減することができる。即ち、回転軸２の外周面２ａと本体部５１ａの内周面５１ｃとの間の隙間Ｓの漏れ流れの影響を低減することができる。

《第三実施形態》
次に、図９及び図１０を参照して第三実施形態のシール装置５２について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態及び第二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。この第三実施形態のシール装置５２は、孔が傾斜する方向について、第一実施形態及び第二実施形態と相違する。

即ち、第三実施形態のシール装置５２は、本体部５２ａに回転軸２の回転方向Ｒの前方側に向けて傾斜し、かつ、回転軸２の軸線Ｐ方向に沿ってプロセスガスＧの流れの下流側に向けて傾斜する第三傾斜孔５２ｂ（孔）が形成されている。

第三傾斜孔５２ｂは、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、中心軸Ｏ３と直交する断面形状が円形状をなすように本体部５２ａの内周面５２ｃから窪んで形成されている。第三傾斜孔５２ｂは、図９及び図１０に示すように、第三傾斜孔５２ｂの中心軸Ｏ３の方向が第三傾斜孔５２ｂの開口から底部に向かうにしたがって、回転軸２の回転方向Ｒの前方側に向けて傾斜ながら、回転軸２の軸線Ｐ方向に沿って軸線Ｐ方向の一方側に向けて傾斜している。即ち、第三傾斜孔５２ｂは、第一実施形態の第一傾斜孔５ｂと第二実施形態の第二傾斜孔５１ｂと組み合わせた形状を有している。具体的には、第三傾斜孔５２ｂは、直交軸Ｏａに対する中心軸Ｏ３の角度が、回転軸２の周方向及び軸線Ｐ方向に対してそれぞれ所定の角度αとなるように傾斜して形成されている。本実施形態では、所定の角度αがそれぞれ１０度から４０度の範囲で同じ角度となるように形成されていることが好ましい。

上記のようなシール装置５２によれば、第三傾斜孔５２ｂが回転軸２の回転方向Ｒの前方側及び回転軸２の軸線Ｐ方向の下流側に向けて傾いて形成されていることで、第三傾斜孔５２ｂに流入したプロセスガスＧが隙間Ｓに流出する際に、漏れ旋回流れに対向する成分Ｘ２だけでなく漏れ軸線方向流れに対向する成分Ｘ３も有した状態で隙間Ｓに向かって流出させることができる。そのため、隙間Ｓを流れるプロセスガスＧの漏れ旋回流れ及び漏れ軸線方向流れに対して、それぞれ対向する成分を有する流れを衝突させることができ、漏れ旋回流れ及び漏れ軸線方向流れの両方を含む漏れ流れの勢いを低減することができる。したがって、回転軸２の外周面２ａの周りの漏れ流れによる不安定化力を低減し、回転軸２の不安定振動を軽減しながら、プロセスガスＧの漏れ量をより一層低減することができる。即ち、回転軸２の外周面２ａと本体部５２ａの内周面５２ｃとの間の隙間Ｓの漏れ流れの影響をより一層低減することができる。

《第四実施形態》
次に、図１１及び図１２を参照して第四実施形態のシール装置５３について説明する。
第四実施形態において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。この第四実施形態のシール装置５３は、孔が傾斜する角度が周方向で異なる点について、第一実施形態と相違する。

即ち、第四実施形態のシール装置５３は、本体部５３ａに回転軸２の回転方向Ｒの前方側に向けて傾斜する角度が周方向の位置によって異なる第四傾斜孔５３ｂ（孔）が形成されている。

第四傾斜孔５３ｂは、中心軸Ｏ４と直交する断面形状が円形状をなすように本体部５３ａの内周面５３ｃから窪んで形成されている。第四傾斜孔５３ｂは、内周面５３ｃにおいて軸線Ｐの周方向の形成される位置によって、第四傾斜孔５３ｂの中心軸Ｏ４の方向が第四傾斜孔５３ｂの開口から底部に向かうにしたがって、回転軸２の回転方向Ｒの前方側に向けて傾斜する角度を変化させて形成されている。具体的には、第四傾斜孔５３ｂは、内周面５３ｃにおいて、内周面５３ｃの周方向に並んで配置され、内周面５３ｃの一側である水平方向Ｄ２の位置から周方向に９０度異なる他側である鉛直方向Ｄ１の位置に向かうにしたがって中心軸Ｏ４の回転軸２の回転方向Ｒの前方側に向けて傾斜する角度が次第に大きく形成される。つまり、第四傾斜孔５３ｂは、内周面５３ｃにおいて回転軸２の軸線Ｐの径方向の一方向である水平方向Ｄ２から、水平方向Ｄ２に対して９０度回転した他方向である鉛直方向Ｄ１に向かうにしたがって傾斜する角度が次第に大きくなるよう形成されている。より具体的には、回転軸２の周方向に向かって傾斜して形成される中心軸Ｏ４の直交軸Ｏａに対する角度が、本体部５３ａの内周面５３ｃにおいて水平方向Ｄ２に開口が形成された第四傾斜孔５３ｂは、１０度に形成される。そして、本体部５３ａの内周面５３ｃにおいて鉛直方向Ｄ１に開口が形成された第四傾斜孔５３ｂでは４０度に形成される。したがって、図１１に示すように、水平方向Ｄ２の紙面右側では中心軸Ｏ４の直交軸Ｏａに対する角度が１０度に形成されて、徐々に角度が大きくなりながら鉛直方向Ｄ１の上方である紙面上側では中心軸Ｏ４の直交軸Ｏａに対する角度が４０度に形成される。そして、また、水平方向Ｄ２の紙面左側に向かうにしたがって徐々に角度が小さくなり、水平方向Ｄ２の紙面左側では中心軸Ｏ４の直交軸Ｏａに対する角度が１０度に形成される。同様に、鉛直方向Ｄ１の下方である紙面下側に向かうにしたがって徐々に角度が大きくなり、水平方向Ｄ２の紙面右側に向かうにしたがって徐々に角度が小さくなる。

上記のようなシール装置５３によれば、第四傾斜孔５３ｂが水平方向Ｄ２から鉛直方向Ｄ１に向かうにしたがって傾斜する角度が次第に大きくなるよう形成されていることで、第四傾斜孔５３ｂに流入したプロセスガスＧが隙間Ｓに流出する際の漏れ旋回流れに対向する回転軸２の回転方向Ｒに対して逆向きの成分の大きさを軸線Ｐの周方向の位置によって変化させことができる。具体的には、水平方向Ｄ２に形成された第四傾斜孔５３ｂにおいて最も漏れ旋回流れに対向する成分を小さくして、鉛直方向Ｄ１に形成された第四傾斜孔５３ｂにおいて最も漏れ旋回流れに対向する成分を大きくすることができる。そのため、鉛直方向Ｄ１の位置における漏れ旋回流速を水平方向Ｄ２の位置における漏れ旋回流速に比べて大きく低減することができる。したがって、旋回流速がシールの周方向で異方性を持ち、旋回流速の影響を受ける内周面５３ｃと回転軸２との間の流体による剛性効果、減衰効果も周方向の直交２方向で異方性を持つ。このシール特性の異方性は、回転軸２の不安定振動時の軸線Ｐ回りの真円振れ回りを弱める働きをするため、回転軸２の不安定振動を低減することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、本実施形態では、本体部５ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａに形成される孔を円形状としたがこれに限定されるものではなく、例えば、六角形状や四角形であってもよい。
また、シール装置５、５１、５２、５３として、孔が本体部５ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａの内周面５３ｃにおいて周方向及び軸線Ｐ方向に互いに隣接して形成されることに限定されるものでなく、一定の間隔を開けて形成されていてもよい。

さらに、上述した各実施形態においては、シール装置５、５１、５２、５３が、三段式インペラ群４Ｂと三段式インペラ群４Ａとの間の回転軸２周りに設けられる場合について説明したがこれに限定されるものではない。例えば、インペラ４の入口の口金部、および、多段式インペラの最終段に設けられたバランスピストン部などに設けてもよい。
また、インペラ４はクローズ型のインペラに限られず、オープン型のインペラであっても良い。

さらに、インペラ４は三段式に限られるものではない。また、上述した各実施形態においては、シール装置５、５１、５２、５３を設ける回転機械１として遠心圧縮機を一例に説明した。しかし、回転機械１は遠心圧縮機に限られるものではない。この発明のシール装置５、５１、５２、５３は、例えば、軸流圧縮機、半径流タービン、軸流タービン、各種産業用圧縮機、および、ターボ冷凍機などにも適用可能である。

１…回転機械 Ｐ…軸線 Ｃ…中央位置 Ｇ…プロセスガス ２…回転軸 ２ａ…外周面 ３…軸受 ４…インペラ ４Ａ、４Ｂ…三段式インペラ群 ４ａ…ディスク ４ｂ…カバー ４ｃ…ブレード ５、５１、５２、５３…シール装置 ５ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａ…本体部 ５ｂ…第一傾斜孔 Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４…中心軸 Ｏａ…直交軸 Ｓ…隙間 ６…ケーシング ６ａＡ、６ａＢ…ケーシング流路 ６ｂＡ、６ｂＢ…吸込口 ６ｃＡ、６ｃＢ…吸込流路 ６ｄＡ、６ｄＢ…排出流路 ６ｅＡ、６ｅＢ…排出口 ５１ｂ…第二傾斜孔 ５２ｂ…第三傾斜孔 ５３ｂ…第四傾斜孔 Ｄ１…鉛直方向 Ｄ２…水平方向

Claims (2)

1. 回転軸の外周面上で、前記回転軸の軸線に沿う方向の流体の流れを封止するシール装置であって、
   前記回転軸の前記外周面を覆って配置される内周面に前記回転軸の前記外周面に対向するように開口する複数の孔が形成された環状の本体部を備え、
   複数の前記孔の少なくとも一部は、前記孔の中心軸の方向が前記孔の開口から底部に向かうにしたがって、前記回転軸の回転方向前方側、及び前記回転軸の軸線方向に沿って流体の流れの下流側、の少なくとも一方側に向けて傾斜し、
   複数の前記孔は、前記内周面において、該内周面の周方向に並んで配置され、前記内周面の水平方向の位置から周方向に９０度異なる鉛直方向の位置に向かうにしたがって、前記孔の中心軸の前記回転軸の回転方向前方側に向けて傾斜する角度が次第に大きく形成されるシール装置。
2. 請求項１に記載のシール装置を備える回転機械。

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