JP6975672B2 - ラビリンスシール構造 - Google Patents
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Description
第1部材10と第2部材20とが対向する方向を、対向方向Yとする。対向方向Yにおいて、第2部材20から第1部材10に向かう側を、Y1側(対向方向第1側)とする。対向方向Yにおいて、第1部材10から第2部材20に向かう側を、Y2側(対向方向第2側)とする。対向方向Yに直交する方向を、流れ方向Xとする。流れ方向Xにおける一方側を、高圧側X1とする。流れ方向Xにおける高圧側X1とは反対側を、低圧側X2とする。流体機械1が回転機械の場合、静止体に対する回転体の回転軸の方向は、どの方向でもよく、例えば流れ方向Xでもよく、例えば対向方向Yでもよく、例えば流れ方向Xおよび対向方向Yに対して傾斜する方向でもよい。流れ方向Xおよび対向方向Yのそれぞれに直交する方向を直交方向Zとする。
隙間25を流れる流体は、例えば次のように流れる。高圧側フィン61よりも高圧側X1の流体は、低圧側X2に流れ、高圧側フィン先端部61tと高圧側段部51との間を通り、高圧側段部51に沿って流れ、突起高圧側側面70aに当たる。よって、高圧側段部51に沿って低圧側X2に流れる流体は、突起70の近傍で、低圧側X2に流れながら、Y1側にも流れる。このように、突起70の近傍で、低圧側X2かつY1側に、流れ方向Xに対して傾いた向きに流れる流れを、流れf70とする。流れf70は、渦V1と合流する。この流体は、突起先端部70tの近傍から低圧側X2に流れ、低圧側フィン側面62aに当たり、低圧側フィン側面62aの近傍で、渦V1と渦V2とに分岐する。
[構成1−1]ラビリンスシール40は、流体機械1に設けられる。流体機械1は、第1部材10と、第1部材10に対向する第2部材20と、隙間25と、を備える。隙間25は、第1部材10と第2部材20との間に形成される。隙間25は、流れ方向Xの高圧側X1から低圧側X2に流体が流れるように構成される。流れ方向Xは、第1部材10と第2部材20とが対向する方向(対向方向Y)に直交する方向である。第1部材10と第2部材20とが対向する方向を対向方向Yとする。対向方向Yにおいて、第2部材20から第1部材10に向かう側をY1側(対向方向第1側)とする。対向方向Yにおいて第1部材10から第2部材20に向かう側をY2側(対向方向第2側)とする。ラビリンスシール40は、段差部50と、高圧側段部51と、低圧側段部52と、高圧側フィン61と、低圧側フィン62と、突起70と、を備える。段差部50は、第2部材20のY1側部分に形成される。高圧側段部51は、第2部材20のY1側部分を構成し、段差部50よりも高圧側X1に配置される。低圧側段部52は、第2部材20のY1側部分を構成し、段差部50よりも低圧側X2に配置され、高圧側段部51よりもY2側に配置される。高圧側フィン61は、第1部材10から高圧側段部51に向かって延び、段差部50よりも高圧側X1に配置される。低圧側フィン62は、第1部材10から低圧側段部52に向かって延び、段差部50よりも低圧側X2に配置される。
[構成4]第2部材20は、第1部材10に対して、流れ方向Xに延びる回転軸を中心に回転可能である。
[構成6]第2部材20は、第1部材10に対して、流れ方向Xに直交する方向(例えば対向方向Yなど)に延びる回転軸を中心に回転可能である。
図2を参照して、第2実施形態のラビリンスシール240について、第1実施形態(図1参照)との相違点を説明する。なお、第2実施形態のラビリンスシール240のうち、第1実施形態との共通点については、第1実施形態と同一の符号を付し、説明を省略した(共通点の説明を省略する点については他の実施形態の説明も同様)。相違点は、突起270の位置である。
第1実施形態(図1参照)での流体の流れに対する、本実施形態での流体の流れの相違点は次の通りである。高圧側段部51に沿って低圧側X2に流れる流体は、第1実施形態よりも低圧側X2の位置で、突起270の突起高圧側側面70aに当たる。よって、流れf70を、より低圧側X2の位置(より渦V1の流れに沿いやすい位置)で、渦V1に合流させることができる。よって、渦V1の流量および流速を増やすことができる。
[構成2]突起270は、高圧側段部51の最も低圧側X2の部分に設けられる。
図3を参照して、第3実施形態のラビリンスシール340について、第2実施形態(図2参照)との相違点を説明する。相違点は、低圧側フィン362の配置である。
第2実施形態(図2参照)での流体の流れに対する、本実施形態での流体の流れの相違点は次の通りである。突起先端部70tの近傍から低圧側X2に流れる流体は、低圧側フィン側面362aに当たる。このとき、低圧側フィン362の低圧側フィン先端部62tは、低圧側フィン362のY2側端部よりも高圧側X1に配置されるので、この流体は、Y2側よりもY1側に流れやすい。また、低圧側フィン側面362aは、Y2側ほど高圧側X1に配置されるように、対向方向Yに対して傾斜しているので、この流体は、Y2側よりもY1側に流れやすい。よって、渦V1の流量および流速を増やすことができる。また、渦V1から渦V2に分岐する流量を減らせるので、渦V2から漏れ流れf11に分岐する流量を減らせる。
[構成3]低圧側フィン362のY2側の端部(低圧側フィン先端部62t)は、低圧側フィン362のY1側の端部よりも高圧側X1に配置される。
図4を参照して、第4実施形態のラビリンスシール440について、第3実施形態(図3参照)との相違点を説明する。相違点は、高圧側段部51からの突起470の高さなどである。
第1部材10と第2部材20との組み立て(組み付け)は、次のように行われる。第1部材10に高圧側フィン61および低圧側フィン362が設けられた状態、かつ、第2部材20に段差部50および突起470が設けられた状態とされる。その後、第1部材10に対して第2部材20を、流れ方向X(回転軸の方向)に移動(相対移動)させる。このとき、円筒状の部材(例えば第1部材10)に、小径部材(例えば第2部材20)が差し込まれる。すなわち、円筒状の部材が、小径部材の径方向外側に送り込まれる。すると、突起470は、高圧側フィン61よりも高圧側X1から、高圧側フィン61よりも低圧側X2に、高圧側フィン61よりもY2側の位置(径方向内側または径方向外側の位置)で移動する。そして、突起470が、高圧側フィン61と低圧側フィン362との流れ方向Xにおける間の所定位置に配置される。この組み立てでは、第1部材10を分割する必要がなく、第2部材20を分割する必要がない。よって、第1部材10と第2部材20とを容易に組み立てできる。
[構成5]ラビリンスシール440は、上記[構成4]を備える。突起470のY1側端部(突起先端部470t)は、高圧側フィン61のY2側の端部(高圧側フィン先端部61t)よりも、Y2側に配置される。
図5を参照して、第5実施形態のラビリンスシール構造530について、第4実施形態(図4参照)などとの相違点を説明する。ラビリンスシール構造530は、流れ方向に連続して配置されるラビリンスシール540を備える。
[構成8]ラビリンスシール構造530は、ラビリンスシール540が、流れ方向Xに連続して配置されるものである。
図6を参照して、第6実施形態のラビリンスシール640について、主に第4実施形態(図4参照)との相違点を説明する。相違点は、低圧側フィン662などの形状である。
第4実施形態(図4参照)での流体の流れに対する、本実施形態での流体の流れの相違点は次の通りである。渦V1は、低圧側フィン側面662aに沿って流れる。直交方向Zから見たとき、図4に示すように低圧側フィン側面362aが直線状の場合に比べ、図6に示す低圧側フィン側面662aは、渦V1の流れに沿った形状である。よって、渦V1の流量および流速を増やすことができる。よって、渦V1による流体間摩擦を増やすことができ、流体のエネルギー損失を増やすことができる。よって、ラビリンスシール640での流体の漏れ量をより抑制できる。
図7を参照して、第7実施形態のラビリンスシール740について、第4実施形態(図4参照)との相違点を説明する。相違点は、第1部材10の面780の形状である。
第4実施形態(図4参照)での流体の流れに対する、本実施形態での流体の流れの相違点は次の通りである。渦V1は、面780に沿って流れる。直交方向Zから見たとき、図4に示すように面80が直線状の場合に比べ、図7に示す面780は、渦V1の流れに沿った形状である。よって、渦V1の流量および流速を増やすことができる。よって、渦V1による流体間摩擦を増やすことができ、流体のエネルギー損失を増やすことができる。よって、ラビリンスシール640での流体の漏れ量をより抑制できる。
図8を参照して、第8実施形態のラビリンスシール840について、第4実施形態(図4参照)との相違点を説明する。相違点は、段差部850および突起870の形状である。
第4実施形態(図4参照)での流体の流れに対する、本実施形態での流体の流れの相違点を説明する。渦V2は、低圧側段部52に沿って高圧側X1に流れ、段差部850に当たり、Y1側に向きを変える。このとき、段差部850が、Y1側ほど高圧側X1に配置されるように、対向方向Yに対して傾斜するので、流体がY1側を向きやすい。よって、渦V2の流量および流速を増やすことができる。よって、渦V2による流体間摩擦を増やすことができ、流体のエネルギー損失を増やすことができる。よって、ラビリンスシール840での流体の漏れ量をより抑制できる。
図9を参照して、第9実施形態のラビリンスシール940について、第8実施形態(図8参照)などとの相違点を説明する。相違点は、段差部950の形状である。
第8実施形態(図8参照)での流体の流れに対する、本実施形態での流体の流れの相違点を説明する。渦V2は、低圧側段部52に沿って高圧側X1に流れ、段差部950に当たる。直交方向Zから見たとき、図8に示すように段差部850が直線状の場合に比べ、図9に示す段差部950は、渦V2の流れに沿った形状である。よって、渦V2の流量および流速を増やすことができる。よって、渦V2による流体間摩擦を増やすことができ、流体のエネルギー損失を増やすことができる。よって、ラビリンスシール940での流体の漏れ量をより抑制できる。
図10に示す例1の構造A、および図11に示す例2のラビリンスシール構造1030について、流体の漏れ量を比較した。図10に示すように、例1の構造Aは、構造Bが流れ方向Xに連続して配置されたものである。構造Bは、図1に示す第1実施形態のラビリンスシール40から突起70が省略されたものである。図11に示すように、例2のラビリンスシール構造1030は、ラビリンスシール1040が流れ方向Xに連続して配置されたものである。図4に示す第4実施形態のラビリンスシール440に対する、図10に示すラビリンスシール1040の主な相違点は次の通りである。最も高圧側X1の高圧側フィン61は、Y2側ほど高圧側X1に配置されるように対向方向Yに対して傾斜する。高圧側フィン61および低圧側フィン362の厚さは、先端側(Y2側)ほど薄くなる。段差部850、および突起870は、第8実施形態(図8参照)と同様に構成される。なお、突起870の突起高圧側側面70a(図4参照)は、第4実施形態(図4参照)と同様に構成される。面80は、低圧側X2ほどY2側に配置されるように、流れ方向Xに対して傾斜する。
図13に示すラビリンスシール40について、段差部50の高さ(h)と、低圧側フィン62の隙間(c)と、の関係は次のようになった。なお、図13に示すラビリンスシール40は、図1に示すものと同じラビリンスシール40である。
[構成7]図14に示すように、対向方向Yにおける段差部50の高さをhとする。低圧側フィン62のY2側の端部(低圧側フィン先端部62t)と、低圧側段部52と、の対向方向Yにおける隙間の大きさをcとする。このとき、0<h/c<2.2、である。
上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、互いに異なる実施形態の構成要素どうしが組み合わされてもよい。例えば、各構成要素の配置や形状が変更されてもよい。例えば、構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。
10 第1部材
20 第2部材
25 隙間
40、240、340、440、540、540−1、540−2、640、740、840、940、1040 ラビリンスシール
50、850、950 段差部
51 高圧側段部
52 低圧側段部
61 高圧側フィン
62、362、662 低圧側フィン
70、270、470、870 突起
80、780 面
530、1030 ラビリンスシール構造
X 流れ方向
X1 高圧側
X2 低圧側
Y 対向方向
Y1 対向方向第1側
Y2 対向方向第2側
Claims (4)
- 複数のラビリンスシールを備えるラビリンスシール構造であって、
前記ラビリンスシールは、
第1部材と、
前記第1部材に対向する第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との間に形成され、前記第1部材と前記第2部材とが対向する方向に直交する方向である流れ方向の高圧側から低圧側に流体が流れるように構成される隙間と、
を備える流体機械に設けられるラビリンスシールであって、
前記第1部材と前記第2部材とが対向する方向を対向方向とし、
対向方向において前記第2部材から前記第1部材に向かう側を対向方向第1側とし、
対向方向において前記第1部材から前記第2部材に向かう側を対向方向第2側とし、
前記第2部材の対向方向第1側部分に形成される段差部と、
前記第2部材の対向方向第1側部分を構成し、前記段差部よりも高圧側に配置される高圧側段部と、
前記第2部材の対向方向第1側部分を構成し、前記段差部よりも低圧側に配置され、前記高圧側段部よりも対向方向第2側に配置される低圧側段部と、
前記第1部材から前記高圧側段部に向かって延び、前記段差部よりも高圧側に配置される高圧側フィンと、
前記第1部材から前記低圧側段部に向かって延び、前記段差部よりも低圧側に配置される低圧側フィンと、
前記高圧側段部から対向方向第1側に延び、前記高圧側フィンよりも低圧側に配置される突起と、
を備え、
前記第1部材の対向方向第2側の面のうち、前記高圧側フィンの低圧側の面から前記低圧側フィンの高圧側の面までをつなぐ部分は、対向方向および流れ方向のそれぞれに直交する方向から見たとき、直線状または弧状であり、
前記第1部材および前記第2部材の一方は静止体であり、
前記第1部材および前記第2部材のうち前記静止体とは異なる方は、前記静止体に対して流れ方向に延びる回転軸を中心に回転可能な回転体であり、
前記突起の対向方向第1側の端部は、前記高圧側フィンの対向方向第2側の端部よりも、対向方向第2側に配置され、
前記低圧側フィンの対向方向第2側の端部は、前記突起の対向方向第1側の端部よりも対向方向第2側に配置され、かつ、前記高圧側段部よりも対向方向第2側に配置され、
前記ラビリンスシールは、流れ方向に連続して配置される、
ラビリンスシール構造。 - 請求項1に記載のラビリンスシール構造であって、
前記突起は、前記高圧側段部の最も低圧側の部分に設けられる、
ラビリンスシール構造。 - 請求項1または2に記載のラビリンスシール構造であって、
前記低圧側フィンの対向方向第2側の端部は、前記低圧側フィンの対向方向第1側の端部よりも高圧側に配置される、
ラビリンスシール構造。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のラビリンスシール構造であって、
対向方向における前記段差部の高さをhとし、
前記低圧側フィンの対向方向第2側の端部と、前記低圧側段部と、の対向方向における隙間の大きさをcとしたとき、
0<h/c<2.2
である、
ラビリンスシール構造。
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