KR20120132404A - 축 밀봉 구조 및 회전 유체 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 축 밀봉 구조는, 간격을 두고 회전축(3)을 둘러싸는 하우징으로부터 회전축을 향해 돌출되고, 회전축에 수직한 환상의 시일면을 형성하는 제1 돌출부와, 하우징으로부터 축을 향해 돌출되고, 시일면에 대향하는 지지면을 형성하는 제2 돌출부와, 제1 돌출부와 제2 돌출부 사이에 배치되고, 내경이 축의 외형보다도 근소하게 큰 시일링과, 시일링과 지지면 사이에 배치되고, 시일링을 시일면에 압박하는 가압 부재를 갖는다. 이러한 축 밀봉 구조에 따르면, 축의 휨에 의해 축 밀봉 능력이 저하되지 않는다.

Description

축 밀봉 구조 및 회전 유체 기계 {SHAFT SEALING STRUCTURE AND ROTARY FLUID MACHINE}

본 발명은 축 밀봉 구조 및 회전 유체 기계에 관한 것이다.

회전 유체 기계에서는, 회전축과 하우징의 간극을 밀봉하는 축 밀봉 구조가 필요하다. 예를 들어, 스크류 압축기에서는, 로터실로부터 로터축을 타고 가서 누출된 유체가, 로터축을 지지하는 베어링에 도달하면, 베어링을 손상시키는 경우가 있다. 특히, 회전 유체 기계에서는 유체의 압력이 높은 토출측의 로터축의 축 밀봉이 문제로 되기 쉽다.

따라서, 일본 특허 출원 공개 제2009-287413호의 증기용 스크류 압축기에서는, 토출측의 로터축의 스크류 로터와 베어링 사이의 축 밀봉 구조로서, 스크류 로터측으로부터 순서대로, 제1 라비린스 시일, 제2 라비린스 시일 및 립 시일을 설치하고, 제1 라비린스 시일과 제2 라비린스 시일 사이에 라비린스 시일에 의한 축 밀봉을 돕는 축 밀봉 유체를 공급하고, 제2 라비린스 시일과 립 시일 사이를 대기에 개방한 구조를 채용하고 있다.

라비린스 시일은, 로터축에 끼움 장착된 로터와, 하우징에 보유 지지된 스테이터 사이에 뒤얽힌 좁은 간극을 형성하고, 그 간극을 흐르는 유체의 압력 손실에 의해 유체의 통과를 제한하는 시일 장치이다. 따라서, 라비린스 시일은, 로터와 스테이터가 정확하게 조심(調芯)되어 있지 않으면, 충분히 기능하지 않는다.

스크류 압축기에서는, 그 구조상, 스크류 로터에 유체의 압력이 가해지면, 로터축이 휜다. 이로 인해, 라비린스 시일의 축 방향의 길이가 긴 경우, 스크류 압축기에서는, 로터축의 휨량이 커져, 라비린스 시일과 축이 접촉하고, 라비린스 시일을 파손할 위험성이 있다. 나아가서는, 라비린스 시일에 의한 축 밀봉이 불충분해질 가능성이 있다.

일본 특허 출원 공개 제2009-287413호의 스크류 압축기에서는, 만일, 라비린스 시일의 축 밀봉이 불충분해지면, 로터실로부터 누출된 증기가 라비린스 시일을 통과하여, 립 시일을 손상시킬 가능성이 있다. 특히, 이러한 증기를 압축하는 압축기에서는, 라비린스 시일을 통과한 증기는, 립 시일과 로터축의 마찰 부분의 온도를 상승시키므로, 그 누설이 얼마 안 되어도, 립 시일의 손상을 야기할 가능성이 있다. 이것을 방지하려고 하여, 저온의 윤활 유체를 립 시일과 로터실 사이의 공간에 공급하면, 로터실측으로 저온의 유체가 누설하고, 증기를 응축시켜 버리므로, 압축기의 효율이 저하되어 버린다.

상기 문제점에 비추어, 본원 발명은, 축의 휨에 의해 축 밀봉 능력이 저하되지 않는 축 밀봉 구조 및 로터축이 휘어도 축 밀봉 능력이 저하되지 않는 회전 유체 기계를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 축 밀봉 구조는, 회전축과 간격을 두고 상기 회전축을 둘러싸는 하우징과의 간극을 밀봉하는 축 밀봉 구조이며, 상기 하우징으로부터, 상기 회전축을 향해 돌출되고, 상기 회전축에 수직한 환상의 시일면을 구비하는 제1 돌출부와, 상기 하우징으로부터 상기 회전축을 향해 돌출되고, 상기 시일면에 대향하는 지지면을 구비하는 제2 돌출부와, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 사이에 배치되고, 내경이 상기 회전축의 외형보다도 근소하게 큰 시일링 및 상기 시일링과 상기 지지면 사이에 배치되고, 상기 시일링을 상기 시일면에 압박하는 가압 부재로 이루어진다.

이 구성에 따르면, 시일링이 시일면을 따라 직경 방향으로 이동 가능하다. 이로 인해, 회전축이 휘어도, 시일링이 회전축에 추종하여 이동하므로, 시일링과 회전축의 간극이 커지지 않아, 축 밀봉 능력이 저하되지 않는다.

또한, 본 발명의 축 밀봉 구조에 있어서, 상기 시일링은, 상기 회전축과 열팽창률이 동일한 재질로 이루어져도 된다.

이 구성에 따르면, 회전축이 열팽창해도, 시일링이 대략 동일한 비율로 팽창하므로, 회전축과 시일링의 간극이 크게 변화되지 않아, 시일 능력이 안정되고 있다.

또한, 본 발명의 축 밀봉 구조에 있어서, 상기 시일링은, 무전해 니켈 피막 중에 PTFE의 미립자를 분산 공석시킨 복합 도금 피막을 구비해도 된다.

이 구성에 따르면, 회전축이 휘어 시일링에 접촉하여 직경 방향으로 이동시킬 때, 양자의 마찰이 작아지므로, 시일링 및 회전축의 마모나 시징을 방지할 수 있다. 또한, 시일면과 시일링 사이의 마찰도 작아지므로, 회전축의 휨으로의 추종성이 높다.

또한, 본 발명의 축 밀봉 구조에 있어서, 상기 제1 돌출부와, 상기 제2 돌출부와, 상기 시일링과, 상기 가압 부재의 조합으로 이루어지는 축 밀봉부를 복수 구비하고, 상기 하우징에는, 서로 인접하는 상기 시일링의 사이에 형성되는 공급 공간에 시일 유체를 공급하는 시일 유체 유로가 설치되도록 해도 된다.

이 구성에 따르면, 회전축이 휘어도, 시일링이 회전축에 추종하여 이동하므로, 회전축과의 간극이 커지지 않아, 축 밀봉 능력이 저하되지 않는 시일링의 사이의 공급 공간에 시일 유체를 공급하므로, 공급 공간으로부터 시일링과 회전축의 간극을 통해 시일 유체가 흘러나온다. 이 시일 유체의 흐름은, 축 밀봉 구조에 의해 밀봉해야 할 유체가 공급 공간에 진입하는 것을 방지하므로, 축 밀봉이 완전한 것으로 된다.

또한, 상기 축 밀봉부를 복수 구비하는 본 발명의 축 밀봉 구조에 있어서, 상기 하우징은, 서로 인접하는 상기 시일링의 사이에 형성된 배기 공간을 상기 시일 유체보다도 압력이 낮은 저압 공간에 연통시키는 배출 유로가 설치되어 있고, 상기 배출 공간은, 상기 공급 공간보다도 고압측에 위치해도 된다.

이 구성에 따르면, 고압측으로부터 배출 공간에 누출된 밀봉 대상 유체 및 공급 공간으로부터 배출 공간에 유출된 시일 유체를, 배출 유로로부터 외부로 배출하여, 배출 공간을 공급 공간보다도 저압으로 유지할 수 있으므로, 밀봉 대상 유체가 공급 공간에 진입하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 상기 축 밀봉부를 복수 구비하는 본 발명의 축 밀봉 구조에 있어서, 상기 회전축은, 상기 시일 유체 유로에 대향하는 위치에, 전체 둘레에 걸쳐 형성된 사다리꼴 단면의 사다리꼴 홈을 구비해도 된다.

이 구성에 따르면, 시일 유체가 사다리꼴 홈 내에서 회전축의 전체 둘레에 걸쳐 동등한 압력으로 퍼짐으로써, 시일링과 회전축의 간극의 전체 둘레에 걸쳐 균일한 시일 유체의 흐름을 형성할 수 있고, 시일 유체에 의한 밀봉 대상 유체의 밀봉이 확실해진다. 또한, 사다리꼴 홈의 경사진 측벽은, 측벽을 따라 직경 방향 내측으로 이동하려고 하는 유체에 원심력을 작용시켜, 그 이동을 제지할 수 있다.

또한, 상기 축 밀봉부를 복수 구비하는 본 발명의 축 밀봉 구조에 있어서, 상기 회전축은, 상기 배출 유로에 대향하는 위치에, 전체 둘레에 걸쳐 형성된 삼각형 단면의 삼각 홈을 구비해도 된다.

이 구성에 따르면, 경사진 면을 따라 직경 방향 내측으로 이동하려고 하는 밀봉 대상 유체에 원심력을 작용시켜, 그 이동을 제지할 수 있다.

또한, 상기 축 밀봉부를 복수 구비하는 본 발명의 축 밀봉 구조에 있어서, 상기 공급 공간보다도 저압측에 배치되고, 저압측을 향해 직경 확장하는 원추형의 외주면을 구비하는 슬리브와, 상기 하우징으로부터 돌출되어 상기 외주면과의 사이에 미소한 간극을 형성하는 원추형의 경사면을 구비하는 제3 돌출부를 가져도 된다.

이 구성에 따르면, 저압측으로부터 그 미소한 간극에 진입한 유체에 원심력을 작용시켜, 그 이동을 제지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 회전 유체 기계는, 상기 축 밀봉 구조 중 어느 하나를 구비하는 것으로 한다.

이 구성에 따르면, 회전축에 작용하는 압축 유체의 작용에 의해 회전축이 휘어도, 축 밀봉 능력이 저하되지 않고, 축 밀봉 구조의 수명이 길기 때문에, 보수의 수고가 작다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 축 밀봉 구조의 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태의 축 밀봉 구조의 단면도.

본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 회전 유체 기계의 축 밀봉 구조를 도시한다. 본 실시 형태는, 증기를 압축하기 위한 스크류 압축기의 토출측의 축 밀봉에 본 발명을 적용한 예이다. 즉, 본 실시 형태에서는, 증기를 본 축 밀봉 구조로 밀봉하는 대상의 유체로 한다.

본 실시 형태에서는, 하우징(1)의 내부에, 스크류 로터(2)의 로터축(회전축)(3)을, 볼 베어링(4)에 의해 지지하고 있다.

하우징(1)은, 로터축(3)을 향해 직경 방향으로 돌출된 복수의 돌출부(5 내지 15)가 형성되어 있다. 돌출부(6, 7, 8, 10, 11, 15)의 스크류 로터(2)측(고압측)의 측면 및 돌출부(12)의 볼 베어링(4)측(저압측)의 측면은, 각각, 로터축(3)에 수직한 시일면(16)을 구성하고 있다. 또한, 돌출부(5, 6, 7, 9, 10, 14)의 볼 베어링(4)측(저압측)의 측면 및 돌출부(13)의 스크류 로터(2)측(고압측)의 측면은, 각각, 로터축(3)에 수직한 지지면(17)을 구성하고 있다.

돌출부(5와 6)의 사이, 돌출부(6과 7)의 사이, 돌출부(7과 8)의 사이, 돌출부(9와 10)의 사이, 돌출부(10과 11)의 사이, 돌출부(12와 13)의 사이 및 돌출부(14와 15)의 사이에는, 각각, 내경이 로터축(3)보다도 근소하게 큰 시일링(18)과, 축 방향으로 압축된 가압 부재(19)가 배치되어 있다. 가압 부재(19)는, 일단부가 시일링(18)에 접촉하고, 타단부가 지지면(17)에 접촉하고 있고, 그 탄성력에 의해, 시일링(18)을 시일면(16)에 압박하고 있다.

본 실시 형태의 시일링(18)은, 로터축(3)과 동일한 재질(예를 들어 스테인리스강)로 이루어지는 금속제의 링에 무전해 니켈 피막 중에 PTFE의 미립자를 분산 공석시킨 복합 도금 피막(예를 들어, 등록 상표 카니프론)을 구비한다.

또한, 하우징(1)은, 돌출부(10과 11)의 사이, 즉, 돌출부(10)의 시일면(16)에 압접된 시일링(18)과 돌출부(11)의 시일면(16)에 압접된 시일링(18) 사이에 형성된 제1 배출 공간에, 대기에 개방된 제1 배출 유로(20)가 설치되고, 돌출부(11과 12)의 사이에, 즉, 돌출부(11)의 시일면(16)에 압접된 시일링(18)과 돌출부(12)의 시일면(16)에 압접된 시일링(18) 사이에 형성된 제2 배출 공간에, 대기에 개방된 제2 배출 유로(21)가 설치되어 있다.

또한, 하우징(1)은, 돌출부(13과 14)의 사이, 바꾸어 말하면, 돌출부(12)의 시일면(16)에 압접된 시일링(18)과 돌출부(15)의 시일면(16)에 압접된 시일링(18) 사이에 형성된 공급 공간에, 시일 유체(예를 들어 공기나 질소 가스)가 공급되는 시일 유체 유로(22)가 설치되어 있다. 따라서, 제1 배출 유로(20) 및 제2 배출 유로(21)는, 시일 유체 유로(22)보다도 고압측[스크류 로터(2)측]에 설치되어 있다.

로터축(3)에는, 제2 배출 유로(21)에 대향하는 위치에, 스크류 로터(2)측이 비스듬히 약 45°경사지고, 볼 베어링(4)측이 수직한 V자형의 삼각 홈(23)이 형성되어 있고, 또한, 시일 유체 유로(22)에 대향하는 위치에, 저변이 축 방향으로 연신하고, 양 측벽이 비스듬히 약 45°경사진 사다리꼴 단면의 사다리꼴 홈(24)이 형성되어 있다.

또한, 로터축(3)은, 도중에 직경 축소하고 있고, 그 단차와 볼 베어링(4) 사이에 슬리브(25)가 끼움 장착되어 있다. 슬리브(25)는, 볼 베어링(4)측을 향해 직경 확장하는 원추형의 외주면(26)을 구성하도록 외측으로 돌출되어 있다. 하우징(1)의 돌출부(15)의 볼 베어링(4)측의 측면은, 돌출부(25)의 외주면(26)과 동일한 각도로 경사진 원추형의 경사면(27)을 구성하고 있다. 이에 의해, 돌출부(15)의 경사면(27)과 슬리브(25)의 외주면(26) 사이에, 저압측을 향해 직경 확장하도록 경사진 미소한 간극인 좁은 시일 갭(28)이 형성되어 있다.

본 실시 형태의 시일 구조에서는, 시일면(16)에 밀착한 시일링(18)이, 각각, 로터축(3)의 외주에 근접하고, 시일링(18)과 로터축(3)의 근소한 간극을 통과하려고 하는 유체에 압력 손실을 발생시킴으로써, 증기의 통과를 억제하는 축 밀봉 기능을 발휘한다.

시일링(18)은, 시일면(16)을 따라 직경 방향으로 이동 가능하다. 따라서, 가령, 로터축(3)이 휘어, 각 시일링(18)이 있는 위치에 있어서 하우징(1)에 대하여 로터축(3)이 편심하였다고 해도, 시일링(18)이 각각 로터축(3)에 추종하여 직경 방향으로 이동한다. 이에 의해, 시일링(18) 및 로터축(3)의 마모나 파손을 방지하여, 시일링(18)과 로터축(3)의 간극이 확대되지 않도록 유지하여, 축 밀봉 능력의 저하를 방지한다.

즉, 시일면(16) 및 지지면(17)을 형성하는 돌출부의 쌍과, 그들 시일면(16)과 지지면(17) 사이에 배치된 시일링(18) 및 가압 부재(19)는, 축 밀봉 구조의 최소 단위인 축 밀봉부를 구성하고 있고, 본 실시 형태는, 7개의 축 밀봉부를 갖고 있다. 또한, 당연히, 본 발명에 관한 회전 유체 기계의 축 밀봉 구조는 이 7개의 축 밀봉부를 갖는 것에 한정되는 것은 아니다. 상술한 축 밀봉부의 개수에 대해서는 적절하게, 증감이 가능하다.

또한, 시일링(18)은, 로터축(3)과 동일한 재질로 이루어지므로, 그 열팽창률이 로터축(3)과 동일하다. 따라서, 로터축(3)의 온도가 상승하여 로터축(3)의 직경이 열팽창에 의해 커져도, 시일링(18)도 동일하게 열팽창하여, 그 내경을 확대한다. 이에 의해, 로터축(3)과 시일링(18) 사이의 간극이 대략 일정하게 유지되어, 축 밀봉 능력이 변화되지 않는다.

또한, 시일링(18)은, 마찰 계수가 작은 표면 처리인, 무전해 니켈 피막 중에 PTFE의 미립자를 분산 공석시킨 복합 도금 피막을 가지므로, 시일면(16)과의 사이의 마찰력이 작아, 작은 힘으로 시일면(16)을 따라 직경 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 의해, 로터축(3)이 편심하여 시일링(18)에 접촉하였을 때의 시일링(18)의 이동이 확실하다. 또한, 이 표면 처리는, 시일링(18)과 로터축(3) 사이의 마찰도 저감하므로, 로터축(3)이 편심하여 시일링(18)에 접촉하였을 때의 시일링(18)의 마모나 손상을 억제하여, 축 밀봉 능력을 장기에 걸쳐 유지할 수 있다.

또한, 시일링(18)은, 다른 종류의 표면 처리[마찰 계수 μ가 0.2 정도 이하로 되는, 마찰 계수가 작은 표면 처리. 구체적으로는 니켈, 인, 붕소(보론)의 3원 합금에 의한 무전해 도금에 의한 피막 처리(상표 등록 카니보론)와 같은 표면 처리]를 실시한 것이어도 되고, 표면 처리하지 않은 것이어도 된다. 또한, 시일링(18)은, 로터축(3)과 다른 재질(카본과 같은 금속 이외의 재질을 포함함)로 형성해도 된다. 단, 시일링(18)을, 로터축(3)과 다른 재질[특히 로터축(3)보다 열팽창률이 작은 재질]로 형성하는 경우, 로터축(3)의 열팽창에 의해, 시일링(18) 자체가 손상되는 것을 회피하기 위해, 시일링(18)이 단일의 부재로 이루어지는 것이 아닌, 복수의 원호 형상의 부재를 조합하여 구성되어 이루어지는 것, 소위 세그먼트 시일 등을 채용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 시일 유체 유로(22)에, 적어도 대기압 이상의 압력을 갖는 시일 유체가 공급되고, 시일 유체 유로(22)보다 스크류 로터(2)측에 제1 배출 유로(20) 및 제2 배출 유로(21)가 설치되어 있으므로, 돌출부(12)와 돌출부(15) 사이의 공간의 압력은, 돌출부(11)와 돌출부(12) 사이의 압력(제2 배출 유로)보다도 높아진다. 이로 인해, 돌출부(12)에 밀접하는 시일링(18)과 로터축(3) 사이의 간극에는, 돌출부(13)측으로부터 돌출부(11)측을 향해, 즉, 볼 베어링(4)측으로부터 스크류 로터(2)측을 향해 시일 유체가 흐른다.

이로 인해, 스크류 로터(2)로부터 로터축(3)을 따라 유출된 증기가, 돌출부(11)의 시일링(18)을 통과하였다고 해도, 돌출부(12)의 시일링(18)과 로터축(3) 사이의 시일 유체의 흐름에 저지되어, 제2 배출 유로(21)로부터 외부에 유출되는 것밖에 할 수 없다. 또한, 로터축(3)을 따라 볼 베어링(4)측으로 유출된 증기를, 제1 배출 유로(20)로부터 대기에 방출하므로, 제2 배출 유로(21)의 압력이 시일 유체 유로(22)의 압력보다도 높아지지 않고, 일정한 시일 유체의 흐름이 확보된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 로터축(3)의 제2 배출 유로(21)에 대향하는 위치에, 삼각 홈(23)이 형성되어 있다. 로터축(3)을 따라 누출된 증기가 응축하여 응축수로 되어 로터축(3)에 부착되고, 로터축(3)을 타고 가서 삼각 홈(23)까지 도달하였다고 해도, 응축수는, 또한 로터축(3)을 타고 가서 볼 베어링(4)측으로 이동하기 위해서는, 볼 베어링(4)측을 향해 직경 축소한 삼각 홈(23)을 따라 직경 방향 내측으로 이동할 필요가 있다. 그러나 로터축(3) 상의 응축수에는, 로터축(3)의 회전에 의한 원심력이 작용하므로, 응축수는 삼각 홈(23)의 바닥을 향해 이동할 수 없다. 즉, 응축수는, 삼각 홈(23)을 넘을 수 없다.

또한, 본 실시 형태에서는, 로터축(3)의 시일 유체 유로(22)에 대향하는 위치에, 사다리꼴 홈(24)이 형성되어 있으므로, 시일 유체 유로(22)로부터 공급된 시일 유체는, 이 사다리꼴 홈(24) 내에서 로터축(3)의 둘레 방향으로 균일한 압력으로 널리 퍼진다. 이에 의해, 인접하는 시일링(18)과 로터축(3)의 간극의 전체 둘레에 걸쳐 동등한 속도로 통과하는 균일한 흐름을 형성한다. 이로 인해, 둘레 방향으로 부분적인 증기의 통과도 방지된다.

또한, 이 사다리꼴 홈(24)의 경사진 측벽은, 삼각 홈(23)과 마찬가지로, 원심력에 의해, 로터축(3)을 타고 가는 액체의 이동을 제지하는 기능을 갖는다. 이에 의해, 스크류 로터(2)로부터 누출된 증기의 응축수가 볼 베어링(4)측으로 이동하지 않을 뿐만 아니라, 볼 베어링(4)으로부터 윤활유가 누출된 경우에는, 윤활유를 강제로 멎게 하여, 가일층의 윤활유의 누출을 방지한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 슬리브(25)와 돌출부(15) 사이에 경사진 미소한 간극인 시일 갭(28)이 형성되어 있다. 이 시일 갭(28)은, 볼 베어링(4)의 윤활유가 시일 갭(28)에 진입하였다고 해도, 외주면(26)의 회전에 의해 윤활유에 원심력을 작용시키고, 경사면(27)을 따라 볼 베어링(4)측으로 윤활유를 강제로 되돌린다. 이에 의해, 시일 갭(28)을 통해 스크류 로터(2)측으로 볼 베어링(4)의 윤활유가 누출되는 것을 방지하여, 볼 베어링(4)의 윤활을 확보할 수 있다.

또한, 도 1에 있어서의 볼 베어링(4)과 시일 갭(28) 사이의 공간에는, 도시되지 않은 저압 공간(예를 들어, 대기압의 기어 박스)과 연통되는 저압 연통로가 접속되어 있는 것이, 보다 바람직하다. 이 구성에 따르면, 시일 유체 유로(22)로부터 공급된 시일 유체가, 돌출부(14)와 돌출부(15) 사이에 개재하는 시일링(18)과 로터축(3)의 근소한 간극을 통하고, 또한 시일 갭(28), 볼 베어링(4)과 시일 갭(28) 사이의 공간, 도시되지 않은 저압 공간으로 통한다고 하는, 시일 유체의 흐름이 형성된다. 이 시일 유체의 흐름에 의해, 윤활유가 시일 갭(28)을 통해 스크류 로터(2)측으로 누출되는 것이 방지된다. 또한, 이 경우, 볼 베어링(4)으로 윤활유를 공급하는 윤활유 공급로가 형성되어 있는 것도 바람직하다.

계속해서, 도 2에, 본 발명의 제2 실시 형태의 축 밀봉 구조를 도시한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명을 생략한다.

본 실시 형태에 있어서, 로터축(3)은, 삼각 홈(23)을 갖고 있지 않고, 대신에, 돌출부(12)에 밀접하는 립을 갖는 V링(29)이 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태는, 슬리브(25)를 갖고 있지 않고, 로터축(3)의 대경부가 볼 베어링(4)을 위치 결정하도록 연신하고 있다. 그리고 이 부분에도, 돌출부(15)에 밀접하는 립을 갖는 V링(30)이 배치되어 있다.

이 실시 형태에서는, 로터축(3)이 회전함으로써 발생하는 원심력과, 시일 유체 유로(22)에 공급된 시일 유체에 의해, V링(29, 30)의 립을 강제로 넓혀, V링(29)과 돌출부(12) 사이 및 V링(30)과 돌출부(15) 사이에 미소한 간극을 형성한다. 이에 의해, V링(29, 30)은, 돌출부(12, 15)와 비접촉으로 회전하고, 시일 유체의 흐름에 역행하는 증기나 응축수, 혹은, 윤활유의 이동을 방지한다. 또한, 정지 시에는, V링(29)과 돌출부(12) 및 V링(30)과 돌출부(15)가 밀접함으로써, 증기나 응축수, 혹은, 윤활유의 이동을 방지한다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 본 발명을, 스크류 압축기의 토출측에 적용하였지만, 본 발명은, 다양한 장치의 회전축의 축 밀봉 구조로서 널리 채용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 스크류 익스팬더(팽창기)와 같은 회전 유체 기계의 고압측의 축 밀봉 장치로 하는 것이 효과적이지만, 저압측의 축 밀봉 장치에도 적용할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태는, 대기에 개방된 배출 유로(20, 21)를 구비하지만, 본 발명에 있어서의 배출 유로는, 시일 유체보다도 저압으로 유지되는 저압 공간에 연통되어 있으면 된다.

또한, 본 발명에 관한 축 밀봉 구조 및 그 축 밀봉 구조를 구비하는 회전 유체 기계는, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 제1 실시 형태에서는, 스크류 로터(2)측이 비스듬히 약 45°경사지고, 볼 베어링(4)측이 수직한 V자형의 삼각 홈(23)이 형성된 것을 나타냈지만, 약 45°의 경사의 면이나, 수직의 면에 대해서는, 적절하게, 각각의 면의 각도를 변경해도 된다. 또한, 사다리꼴 단면의 사다리꼴 홈(24) 대신에, 예를 들어, 단면이 대략 반원 형상으로 형성된 원호 홈이나, 단면이 V자 형상으로 형성된 V자 홈을 채용해도 된다.

또한, 제2 실시 형태에 있어서, V링(29, 30)의 사이에 설치되어 있는, 시일링(18)과 가압 부재(19)는, 시일 유체 소비량(즉, 오일이 로터실측으로 누설되는 것과 로터실로부터 누설된 증기가 베어링측으로 누설되는 것을 방지하기 위해 필요한 유체의 유량)이 허용할 수 있는 것이면 없어도 된다.

Claims (9)

1. 회전축과 간격을 두고 상기 회전축을 둘러싸는 하우징과의 간극을 밀봉하는 축 밀봉 구조이며,
   상기 하우징으로부터, 상기 회전축을 향해 돌출되고, 상기 회전축에 수직한 환상의 시일면을 구비하는 제1 돌출부와,
   상기 하우징으로부터 상기 회전축을 향해 돌출되고, 상기 시일면에 대향하는 지지면을 구비하는 제2 돌출부와,
   상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 사이에 배치되고, 내경이 상기 회전축의 외형보다도 근소하게 큰 시일링과,
   상기 시일링과 상기 지지면 사이에 배치되고, 상기 시일링을 상기 시일면에 압박하는 가압 부재로 이루어지는, 축 밀봉 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 시일링은 상기 회전축과 열팽창률이 동일한 재질로 이루어지는, 축 밀봉 구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 시일링은 무전해 니켈 피막 중에 PTFE의 미립자를 분산 공석시킨 복합 도금 피막을 구비하는, 축 밀봉 구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 돌출부와, 상기 제2 돌출부와, 상기 시일링과, 상기 가압 부재의 조합으로 이루어지는 축 밀봉부를 복수 구비하고,
   상기 하우징에는, 서로 인접하는 상기 시일링의 사이에 형성되는 공급 공간에 시일 유체를 공급하는 시일 유체 유로가 설치되어 있는, 축 밀봉 구조.
5. 제4항에 있어서, 상기 하우징은, 서로 인접하는 상기 시일링의 사이에 형성된 배기 공간을 상기 시일 유체보다도 압력이 낮은 저압 공간에 연통시키는 배출 유로가 설치되어 있고,
   상기 배출 공간은 상기 공급 공간보다도 고압측에 위치하는, 축 밀봉 구조.
6. 제4항에 있어서, 상기 회전축은, 상기 시일 유체 유로에 대향하는 위치에, 전체 둘레에 걸쳐 형성된 사다리꼴 단면의 사다리꼴 홈을 구비하는, 축 밀봉 구조.
7. 제4항에 있어서, 상기 회전축은, 상기 배출 유로에 대향하는 위치에, 전체 둘레에 걸쳐 형성된 삼각형 단면의 삼각 홈을 구비하는, 축 밀봉 구조.
8. 제4항에 있어서, 상기 공급 공간보다도 저압측에 배치되고, 저압측을 향해 직경 확장하는 원추형의 외주면을 구비하는 슬리브와,
   상기 하우징으로부터 돌출되어 상기 외주면과의 사이에 미소한 간극을 형성하는 원추형의 경사면을 구비하는 제3 돌출부를 갖는, 축 밀봉 구조.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 축 밀봉 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는, 회전 유체 기계.

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