JP6510915B2 - ラビリンスシール - Google Patents
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Description
本発明にかかるラビリンスシールの第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態にかかるラビリンスシールを示す模式断面図であり、より詳細には回転体の回転軸を含む断面を示したものである。第1実施形態のラビリンスシール10が設けられる回転機械1は、回転体11および静止体12が不図示のケーシング内に配置されて構成されており、例えばターボ圧縮機として機能する。
第1実施形態にかかるラビリンスシール10では、回転体11の外周面のうち、段差部11aと段差部11aよりも低圧側に設けられたフィン14との間の領域の少なくとも一部に、周方向に沿って環状の環状溝15が形成されている。このため、高圧側から低圧側へと向かう主流Pが低圧側のフィン14に当たると、その際に径方向内側に環状溝15へと向かう分岐流Paが生じ、環状溝15に形成される渦V2の流速を速くすることができる。また、環状溝15が設けられていることで、渦V2の形状が概ね円形となり、従来の扁平状の渦V2(図7参照)と比べて、渦V2を大きくすることができる。このように、渦V2の流速が速くなるとともに、渦V2が大きくなることによって、渦V2における流体間摩擦が増大する。その結果、渦V2による流体のエネルギー損失を増大させることができ、流体の漏れ抑制効果を向上させることが可能となる。
本発明にかかるラビリンスシールの第2実施形態について説明する。図3は、第2実施形態にかかるラビリンスシールを示す模式断面図である。第2実施形態のラビリンスシール20は、フィン23、24が径方向に対して傾斜角θをもって傾斜している点が第1実施形態と異なるが、他の点は基本的に第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態と共通する構成(図1と同じ符号を付してある)およびそれによって奏される効果については、適宜説明を省略する。
第2実施形態のラビリンスシール20のように、段差部11aよりも低圧側に設けられれたフィン24の先端部が、フィン24の基端部よりも高圧側に位置する場合、主流Pがフィン24に当たった際に、径方向外側へと向かう分岐流Pbが発生しやすくなり、渦V1の流速を速くすることができる。その結果、渦V1における流体のエネルギー損失を増大させることができ、流体の漏れ抑制効果をさらに向上させることができる。
本発明にかかるラビリンスシールの第3実施形態について説明する。図4は、第3実施形態にかかるラビリンスシールを示す模式断面図である。第3実施形態のラビリンスシール30は、環状溝35の断面形状が円弧状となっている点が第1実施形態と異なるが、他の点は基本的に第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態と共通する構成(図1と同じ符号を付してある)およびそれによって奏される効果については、適宜説明を省略する。
第3実施形態のラビリンスシール30のように、回転軸を含む断面において、環状溝35の輪郭が円弧状となっている場合、渦V2の流れが環状溝35に沿うことで、渦V2と円弧状の底面との摩擦が増大し、渦V2における流体のエネルギー損失を増大させることができる。したがって、流体の漏れ抑制効果をさらに向上させることができる。
本発明にかかるラビリンスシールの第4実施形態について説明する。図5は、第4実施形態にかかるラビリンスシールを示す模式断面図である。第4実施形態のラビリンスシール40は、環状溝45の低圧側の側面45bが傾斜面となっている点が第1実施形態と異なるが、他の点は基本的に第1実施形態と同様である。したがって、第1実施形態と共通する構成(図1と同じ符号を付してある)およびそれによって奏される効果については、適宜説明を省略する。
第4実施形態のラビリンスシール40のように、回転軸を含む断面において、環状溝45の低圧側の側面45bが、径方向内側の端部が径方向外側の端部よりも高圧側に位置する形状となっていれば、主流Pが低圧側のフィン14に当たった際に生じる径方向内側向きの分岐流Paをより多く環状溝45内に流入させることができる。このため、渦V2の流速を速めることができ、渦V2における流体のエネルギー損失を増大させることによって、流体の漏れ抑制効果をさらに向上させることができる。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記各実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。
11、51:回転体
11a、53A〜53D:段差部
12、52:静止体
13、14、23、24、54A〜54D:フィン
15、35、45、55A〜55D:環状溝
Claims (7)
- 回転軸周りに回転する回転体の外周面と、前記回転体の外側に設けられる静止体の内周面との間の隙間を通って、流体が軸方向に沿って高圧側から低圧側に漏れることを抑制するラビリンスシールであって、
前記回転体の外周面に高圧側よりも低圧側が小径となる段差部が形成されるとともに、前記静止体の内周面から径方向内側に向かって延びるフィンが、前記段差部の高圧側と
低圧側とに設けられており、
前記回転体の外周面のうち、前記段差部と当該段差部よりも低圧側に設けられた前記フィンとの間の領域の少なくとも一部に、周方向に沿って環状溝が形成されていることを特徴とするラビリンスシール。 - 前記段差部よりも低圧側に設けられた前記フィンの先端部が、当該フィンの基端部よりも高圧側に位置する請求項1に記載のラビリンスシール。
- 前記回転軸を含む断面において、前記環状溝の輪郭が円弧状となっている請求項1または2に記載のラビリンスシール。
- 前記回転軸を含む断面において、前記環状溝の低圧側の側面は、径方向内側の端部が径方向外側の端部よりも高圧側に位置する形状となっている請求項1または2に記載のラビリンスシール。
- 前記環状溝は、軸方向において前記段差部の位置から低圧側へと形成されている請求項1ないし4のいずれか1項に記載のラビリンスシール。
- 前記段差部と当該段差部よりも低圧側に設けられた前記フィンの低圧側の面の先端部との間の軸方向における距離をG、前記環状溝の軸方向における開口幅をWとするとき、
0.78<G/W<1.22
を満たす請求項5に記載のラビリンスシール。 - 回転軸周りに回転する回転体の外周面と、前記回転体の外側に設けられる静止体の内周面との間の隙間を通って、流体が軸方向に沿って高圧側から低圧側に漏れることを抑制するラビリンスシールであって、
前記回転体の外周面に、高圧側よりも低圧側が小径となる段差部が、高圧側から低圧側に向かって順次径が小さくなるように複数形成されており、
前記静止体の内周面から径方向内側に向かって延びるフィンが、前記各段差部の少なくとも低圧側に設けられており、
前記回転体の外周面のうち、前記各段差部と当該各段差部よりも低圧側に設けられた前記フィンとの間の領域の少なくとも一部に、周方向に沿って環状溝が形成されていることを特徴とするラビリンスシール。
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