WO2018155318A1 - シール装置 - Google Patents
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- F04D29/10—Shaft sealings
- F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
Definitions
- the present invention relates to a sealing device used for a rotating shaft, and in particular, a floating which is a non-contact annular seal used for a rotating shaft such as a shaft seal portion of a large high-speed rotating machine or a cryogenic liquid fuel turbo pump for a rocket engine.
- the present invention relates to a sealing device provided with a ring.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-154562
- a plurality of leaf springs are provided at equal intervals in the circumferential direction on the outer periphery of an annular floating ring disposed around the rotating shaft, and the leaf springs are arranged on the stationary side. It is supported in a certain housing, and the floating ring is mounted in a lifted state by a leaf spring to attenuate the vibration in the direction perpendicular to the axis of the floating ring due to the vibration of the rotating shaft, and between the inner peripheral surface of the floating ring and the rotating shaft.
- Patent Document 2 As another sealing device provided with a floating ring, one disclosed in JP 2000-310342 A (hereinafter referred to as “Patent Document 2”) is known (hereinafter referred to as “Prior Art 2”). ).
- a support means including an annular holder and a cylindrical sleeve is provided on the low pressure side of an annular floating ring disposed around a rotating shaft, and the annular holder and the floating ring are provided. The centering action of the floating ring is not disturbed even if the frictional resistance acting between the two is increased.
- Patent Document 3 As another sealing device having a floating ring, one disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 62-2865 (hereinafter referred to as “Patent Document 3”) is known (hereinafter referred to as “Prior Art 3”). .) Prior art 3 described in Patent Document 3 relates to a liquid seal type shaft seal device of a gas compressor, and by providing a hydraulic chamber in which oil is sealed via an O-ring between a back surface of a seal ring and a casing. A damper mechanism is configured to prevent vibration of the seal ring.
- the vibration in the direction perpendicular to the axis of the floating ring caused by the vibration of the rotating shaft can be controlled by the plurality of leaf springs on the outer periphery of the floating ring.
- the technical idea of suppressing the vibration is not provided.
- the sealing device having the floating ring of the above-mentioned prior art 2 even if the frictional resistance acting between the annular holder and the floating ring is increased, the centering action of the floating ring is not hindered. There is no technical idea to suppress vibration.
- the vibration of the seal ring can be controlled by the damper mechanism including the hydraulic chamber, but the technical idea of suppressing the vibration of the rotating shaft is not provided.
- JP-A-57-154562 JP 2000-310342 A Japanese Utility Model Publication No. 62-2865
- the present invention relates to a sealing device having a floating ring around a rotating shaft, a radial restoring force that restores the shaft to the axial position with respect to the eccentricity of the rotating shaft, and a tangential attenuation that suppresses the rotation of the rotating shaft. It is an object of the present invention to provide a sealing device that prevents leakage and also has a function of suppressing vibration of a rotating shaft by applying force.
- a sealing device is, firstly, a sealing device provided with a floating ring in the space between the outer periphery of the rotating shaft and the inner periphery of the housing, and a permeable damping member at the outer peripheral portion of the floating ring. It is characterized by providing. According to this feature, it is possible to apply a radial restoring force that restores the axial position relative to the eccentricity of the rotating shaft and a tangential damping force that suppresses the swinging of the rotating shaft, thereby preventing leakage. It is possible to provide a sealing device that has both an effect of suppressing vibration of the rotating shaft.
- the seal device of the present invention is, secondly, according to the first feature, wherein the permeable damping member is a wire mesh damper formed of a wire mesh composed of a metal wire or a plastic wire knitted in a net structure. It is characterized by consisting of. According to this feature, it is possible to efficiently ensure the frictional force due to the friction between the wires and the damping force due to the viscous resistance (damper) of the sealed fluid that exists in the gap between the wires.
- the permeable damping member is a wire mesh damper formed of a wire mesh composed of a metal wire or a plastic wire knitted in a net structure. It is characterized by consisting of.
- the sealing device of the present invention is characterized in that, in the first or second feature, the permeable damping member is formed in a hollow cylindrical shape. According to this feature, the housing can be mounted using the space on the outer peripheral portion of the floating ring without any special processing.
- the hollow cylindrical permeable damping member has an inner peripheral surface in contact with the outer peripheral surface of the floating ring, and the outer peripheral surface is It is set so that it may touch the inner peripheral surface of the radial direction which forms the space of the said housing main body. According to this feature, it is possible to increase the radial restoring force that restores the shaft to the axial position with respect to the eccentricity of the rotating shaft and the tangential damping force that suppresses the swinging of the rotating shaft.
- the axial width of the hollow cylindrical permeable damping member is slightly different from both inner side surfaces of the housing. It is characterized by being set to a length having a gap. According to this feature, the damping force due to the viscous resistance (damper) of the sealed fluid can be increased.
- the sealing device according to any one of the first to fifth features, wherein a fluid to be sealed is applied to a sealing surface formed by the inner surface of the housing and the low-pressure side surface of the floating ring. It is characterized in that an introduction recess capable of introduction is provided. According to this feature, the lubrication state of the seal surface can be maintained satisfactorily.
- the present invention has the following excellent effects. (1) In a sealing device provided with a floating ring in the space between the outer periphery of the rotating shaft and the inner periphery of the housing, by providing a permeable damping member on the outer peripheral portion of the floating ring, the center of the shaft with respect to the eccentricity of the rotating shaft Provides a sealing device that can apply radial restoring force that restores the position and tangential damping force that suppresses the rotation of the rotating shaft, preventing leakage and also suppressing the vibration of the rotating shaft can do.
- the permeable damping member is composed of a wire mesh damper formed of a wire mesh composed of a metal wire or a plastic wire knitted in a net structure, so that the frictional force caused by the friction between the wires and the The damping force by the viscous resistance (damper) of the sealed fluid existing in the gap can be efficiently secured.
- the permeable damping member is formed in a hollow cylindrical shape, it can be mounted using the space in the outer peripheral portion of the floating ring without special processing of the housing.
- the hollow cylindrical permeable damping member is set so that its inner peripheral surface is in contact with the outer peripheral surface of the floating ring and its outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface in the radial direction forming the space of the housing body.
- the axial width of the hollow cylindrical permeable damping member is set to such a length that both ends of the hollow cylindrical permeable damping member have a slight gap with the inner side surfaces of the housing. ) Damping force can be increased.
- the sealing surface formed by the inner surface of the housing and the low-pressure side surface of the floating ring is provided with an introduction recess capable of introducing the sealed fluid, so that the lubrication state of the sealing surface can be maintained well. it can.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. It is a schematic diagram for demonstrating the effect
- Example 1 of this invention With reference to FIG. 1 thru
- the rotating shaft 3 of the fluid machine is disposed so as to penetrate the casing 15, the left side being the high-pressure fluid side and the right side being the low-pressure fluid side.
- the high-pressure fluid side water, gas, oil, cryogenic fluid or the like, which is a sealed fluid, is sealed.
- the sealing device 1 mainly includes a floating ring 5 and a housing 2 that houses the floating ring 5.
- the housing 2 is mainly formed of a housing body 2a and a cover member 2b.
- the housing body 2a is fixed to the casing 15 by the fastening means 9, and a space 4 surrounded by the inner diameter portion of the housing body 2a and the cover member 2b is formed.
- the cover member 2b is fixed to the housing main body 2a by fastening means.
- a radial gap ⁇ is provided between the inner peripheral surface of the housing 2 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 3.
- a hollow cylindrical shape surrounding the outer periphery of the rotary shaft 3 is provided.
- a floating ring 5 is provided.
- the floating ring 5 is formed as an integral or divided body depending on its diameter.
- the floating ring 5 includes a floating ring main body 5a formed of a material having excellent self-lubricating properties such as carbon, and a metal support ring 5b fitted to the outer diameter side of the main body 5a. Even when the main body 5a comes into contact with the rotary shaft 3 due to the swing of the rotary shaft 3, the main body 5a is formed so as not to be broken.
- the diameter and width of the space 4 in the housing 2 are larger than the outer diameter and width of the floating ring 5.
- the inner diameter of the floating ring 5 is set to be slightly larger than the outer diameter of the rotating shaft 3, and the floating ring 5 can move within a certain range in the radial direction.
- the radial gap between the rotating shaft 3 and the floating ring 5 is set to a minimum, and leakage of the sealed fluid through the gap is minimized.
- a seal surface S is formed at a contact portion between the low pressure side surface 5c of the floating ring body 5a and the inner surface 2c of the housing body 2a facing the side surface 5c.
- the sealing surface S is provided with an introduction recess 6 for introducing the sealed fluid in the space 4 so that the sealing surface S is well lubricated.
- the floating ring 5 is pressed against the inner surface 2c side of the housing body 2a by a high-pressure sealed fluid, and prevents leakage between the floating ring 5 and the housing body 2a on the seal surface S.
- a spring 7 may be provided to urge the floating ring 5 toward the inner surface 2c of the housing body 2a.
- a non-illustrated stop pin is provided in the floating ring 5 in the axial direction, and the stop pin is loosely fitted in a groove provided in the housing 2 so as to prevent the floating ring 5 from rotating. It has become.
- the means for preventing the floating ring 5 from rotating is not limited to a rotation pin.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 and shows a state in which the rotating shaft 3 starts to rotate.
- a force for lifting the floating ring 5 is generated due to the wedge effect in the gap ⁇ of the sealed fluid interposed between the rotating shaft 3 and the floating ring 5.
- the center of the floating ring 5 is below the center of the rotating shaft 3.
- the fluid film interposed between the outer periphery of the rotating shaft 3 and the inner periphery of the floating 5 is locally thinned.
- the present invention prevents leakage by providing a radial restoring force that restores the shaft to the axial position and a tangential damping force that suppresses the swing of the rotating shaft 3 with respect to the eccentricity of the rotating shaft 3.
- a permeable damping member for example, a wire mesh
- the wire mesh damper 10 comprised from this is provided.
- the permeable damping member is a member that allows fluid to pass through the inside thereof. When the fluid permeates, the viscous resistance of the fluid generates a damping force against deformation of the permeable damping member, and has elasticity.
- any member may be used as long as it is a member that can be elastically deformed in the radial direction when it is provided on the outer peripheral portion of the floating ring 5.
- the permeable damping member include open-cell foamed rubber and plastic foam in addition to the wire mesh damper.
- the wire mesh damper 10 is formed from a metal wire 11 (or plastic wire such as polypropylene or polyethylene) such as steel or nickel-chromium alloy knitted into a net structure, and its density is determined by design.
- a metal wire 11 or plastic wire such as polypropylene or polyethylene
- the metal wire or plastic wire which is the material of the wire mesh damper 10 is an elastically deformable material.
- the wire mesh damper 10 has an inner circumferential surface 10a in contact with the outer circumferential surface of the floating ring 5, and an outer circumferential surface 10b in the radial direction forming the space 4 of the housing body 2a.
- a hollow cylindrical shape is formed so as to be in contact with the inner peripheral surface 2d.
- the width (axial length) of the wire mesh damper 10 is set to such a length that both ends 10 c and 10 d have a slight gap with the inner side surfaces of the housing 2.
- a sealed fluid exists on both sides of the mesh damper 10. The sealed fluid on the high-pressure fluid side permeates through the wire mesh damper 10 and enters the end portion 10d side, and further enters the introduction recess 6 to lubricate the seal surface S.
- the floating ring 5 is pushed by the rotating shaft 3 and the outer diameter side on the upper right is shown. Move to.
- the portion located on the upper right side of the wire mesh damper 10 is compressed.
- the wire mesh damper 10 is deformed, a frictional force is generated due to the friction between the braided wires 11, and the damping against the deformation of the wire 11 is caused by the viscous resistance (damper) of the sealed fluid existing in the gap between the wires 11. Force is generated.
- the damping force due to the frictional force and the viscous resistance is transmitted to the rotating shaft 3 via the floating ring 5 and acts as a tangential damping force that suppresses the swinging of the rotating shaft 3.
- the sealing device according to the first embodiment of the present invention is as described above, and has the following excellent effects.
- a seal that has both a restoring force in the radial direction that restores to the axial center position and a tangential damping force that suppresses the swiveling of the rotating shaft, preventing leakage and also suppressing the vibration of the rotating shaft.
- An apparatus can be provided.
- the permeable damping member is composed of a wire mesh damper 10 formed of a wire mesh composed of a metal wire or a plastic wire knitted in a net structure.
- the damping force by the viscous resistance (damper) which the to-be-sealed fluid which exists in the clearance gap between 11 has can be ensured efficiently.
- the permeable damping member is formed in a hollow cylindrical shape, it can be mounted using the space in the outer peripheral portion of the floating ring 5 without performing special processing on the housing.
- the hollow cylindrical permeable damping member has an inner peripheral surface in contact with the outer peripheral surface of the floating ring 5 and an outer peripheral surface in contact with the radial inner peripheral surface 2d forming the space of the housing body 2a.
- the axial width of the hollow cylindrical permeable damping member is set to such a length that both ends of the hollow cylindrical permeable damping member have a slight gap with the inner side surfaces of the housing 2, so that the viscous resistance (damper) of the fluid to be sealed is ) Damping force can be increased.
- the sealing surface S formed by the inner side surface 2c of the housing and the side surface 5c on the low pressure side of the floating ring 5 is provided with an introduction recess 6 capable of introducing a fluid to be sealed. It can be held well.
- the hollow cylindrical wire mesh damper 10 has an inner circumferential surface 10a that is in contact with the outer circumferential surface of the floating ring 5 and a radial direction in which the outer circumferential surface 10b forms the space 4 of the housing body 2a.
- the outer peripheral surface 10b is not limited to this, and the outer periphery of the wire mesh damper 10 is disposed so as to have a gap with the inner peripheral surface 2d of the housing body 2a.
- the diameter may be set.
- the axial width of the hollow cylindrical wire mesh damper 10 is set to a length having a slight gap with both inner side surfaces of the housing 2 has been described.
- the axial width may be reduced according to the density of the wire mesh and the viscosity of the fluid to be sealed.
- the sealing device is mainly used, but it may be used as a damping device for damping the shaft vibration.
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Abstract
回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを付与することを目的とする。 回転軸3の外周とハウジング2の内周との空間4にフローティングリング5を備えたシール装置において、フローティングリング5の外周部に透過性減衰部材10を設けることを特徴としている。
Description
本発明は、回転軸に使用されるシール装置に関し、特に、大型高速回転機の軸シール部や、ロケットエンジン用極低温液体燃料ターボポンプ等の回転軸に使用される非接触環状シールであるフローティングリングを備えたシール装置に関する。
従来、ロケットエンジン用極低温液体燃料ターボポンプ等の高速回転機器において、回転軸の軸振動がしばしば問題になる。軸振動が自励振動的に増大すると、機械の破損だけでなく、重大な事故に繋がりかねないため、軸振動抑制のための技術が研究されている。
フローティングリングを備えたシール装置として、例えば、特開昭57-154562号公報(以下、「特許文献1」という。)に記載のものが知られている(以下、「従来技術1」という。)。この特許文献1に記載された従来技術1は、回転軸の周囲に配設された円環状のフローティングリングの外周に、周方向に等間隔で板バネを複数設け、該板バネを静止側であるハウジングにおいて支持し、板バネによりフローティングリングを浮き上がった状態で装着し、回転軸の振動によるフローティングリングの軸直角方向の振動を減衰させ、また、フローティングリングの内周面と回転軸との間に発生するくさび効果(くさび部に発生する動圧の効果)と、ロマキン効果(シール差圧が生じた際、シールリングと軸との表面間の流入損失による調心効果)により、フローティングリングの内周面と回転軸との間の隙間を一定に保つようにしたものである。
させるようにしたものである。
フローティングリングを備えたシール装置として、例えば、特開昭57-154562号公報(以下、「特許文献1」という。)に記載のものが知られている(以下、「従来技術1」という。)。この特許文献1に記載された従来技術1は、回転軸の周囲に配設された円環状のフローティングリングの外周に、周方向に等間隔で板バネを複数設け、該板バネを静止側であるハウジングにおいて支持し、板バネによりフローティングリングを浮き上がった状態で装着し、回転軸の振動によるフローティングリングの軸直角方向の振動を減衰させ、また、フローティングリングの内周面と回転軸との間に発生するくさび効果(くさび部に発生する動圧の効果)と、ロマキン効果(シール差圧が生じた際、シールリングと軸との表面間の流入損失による調心効果)により、フローティングリングの内周面と回転軸との間の隙間を一定に保つようにしたものである。
させるようにしたものである。
また、フローティングリングを備えた他のシール装置として、特開2000-310342号公報(以下、「特許文献2」という。)に記載のものが知られている(以下、「従来技術2」という。)。この特許文献2に記載された従来技術2は、回転軸の周囲に配設された円環状のフローティングリングの低圧側に環状ホルダーと円筒状スリーブとからなる支持手段を設け、環状ホルダーとフローティングリングとの間に働く摩擦抵抗が大きくなってもフローティングリングの芯合わせ作用を妨げないようにしたものである。
また、フローティングリングを備えた他のシール装置として、実開昭62-2865号公報(以下、「特許文献3」という。)に記載のものが知られている(以下、「従来技術3」という。)。この特許文献3に記載された従来技術3は、ガス圧縮機の液封式軸封装置に関し、シールリングの背面とケーシングとの間にOリングを介して油を封入した油圧室を設けることによってダンパ機構を構成し、シールリングの振動を防止するようにしたものである。
しかしながら、上記従来技術1のフローティングリングを備えたシール装置においては、回転軸の振動に起因するフローティングリングの軸直角方向の振動をフローティングリングの外周の複数の板バネで制振できるが、回転軸の振動を抑制するという技術思想は備えていない。
また、上記従来技術2のフローティングリングを備えたシール装置においては、環状ホルダーとフローティングリングとの間に働く摩擦抵抗が大きくなってもフローティングリングの芯合わせ作用を妨げないというにとどまり、回転軸の振動を抑制するという技術思想は備えていない。
さらに、上記従来技術2のシールリングを備えたシール装置においては、シールリングの振動を油圧室からなるダンパ機構で制振できるが、回転軸の振動を抑制するという技術思想は備えていない。
また、上記従来技術2のフローティングリングを備えたシール装置においては、環状ホルダーとフローティングリングとの間に働く摩擦抵抗が大きくなってもフローティングリングの芯合わせ作用を妨げないというにとどまり、回転軸の振動を抑制するという技術思想は備えていない。
さらに、上記従来技術2のシールリングを備えたシール装置においては、シールリングの振動を油圧室からなるダンパ機構で制振できるが、回転軸の振動を抑制するという技術思想は備えていない。
本発明は、回転軸の周囲にフローティングリングを備えたシール装置において、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを付与することにより、漏れ防止を図ると共に回転軸の振動の抑制作用を併せ持つシール装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明のシール装置は、第1に、回転軸の外周とハウジングの内周との空間にフローティングリングを備えたシール装置において、前記フローティングリングの外周部に透過性減衰部材を設けることを特徴としている。
この特徴によれば、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを付与することができ、漏れ防止を図ると共に回転軸の振動の抑制作用を併せ持つシール装置を提供することができる。
この特徴によれば、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを付与することができ、漏れ防止を図ると共に回転軸の振動の抑制作用を併せ持つシール装置を提供することができる。
また、本発明のシール装置は、第2に、第1の特徴において、前記透過性減衰部材は、網構造に編まれた金属ワイヤ又はプラスチック線から構成されるワイヤメッシュから形成されるワイヤメッシュダンパからなることを特徴としている。
この特徴によれば、ワイヤ同士の摩擦による摩擦力と、ワイヤ同士の間隙に存在する被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を効率よく確保することができる。
この特徴によれば、ワイヤ同士の摩擦による摩擦力と、ワイヤ同士の間隙に存在する被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を効率よく確保することができる。
また、本発明のシール装置は、第3に、第1又は第2の特徴において、前記透過性減衰部材は、中空円筒状の形状に形成されることを特徴としている。
この特徴によれば、ハウジングに特別の加工を施すことなく、フローティングリングの外周部の空間を利用して装着をすることができる。
この特徴によれば、ハウジングに特別の加工を施すことなく、フローティングリングの外周部の空間を利用して装着をすることができる。
また、本発明のシール装置は、第4に、第3の特徴において、前記中空円筒状の透過性減衰部材は、その内周面が前記フローティングリングの外周面に接し、また、その外周面が前記ハウジング本体の空間を形成する径方向の内周面に接するように設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを大きくすることができる。
この特徴によれば、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを大きくすることができる。
また、本発明のシール装置は、第5に、第3又は第4の特徴において、前記中空円筒状の透過性減衰部材の軸方向の幅は、その両端が前記ハウジングの内側両側面とわずかな間隙を有する長さに設定されることを特徴としている。
この特徴によれば、被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を大きくすることができる。
この特徴によれば、被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を大きくすることができる。
また、本発明のシール装置は、第6に、第1ないし第5のいずれかの特徴において、前記ハウジング内側面と前記フローティングリングの低圧側の側面とで形成されるシール面に被密封流体の導入が可能な導入凹部が設けられることを特徴としている。
この特徴によれば、シール面の潤滑状態を良好に保持することができる。
この特徴によれば、シール面の潤滑状態を良好に保持することができる。
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
(1)回転軸の外周とハウジングの内周との空間にフローティングリングを備えたシール装置において、前記フローティングリングの外周部に透過性減衰部材を設けることにより、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを付与することができ、漏れ防止を図ると共に回転軸の振動の抑制作用を併せ持つシール装置を提供することができる。
(1)回転軸の外周とハウジングの内周との空間にフローティングリングを備えたシール装置において、前記フローティングリングの外周部に透過性減衰部材を設けることにより、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを付与することができ、漏れ防止を図ると共に回転軸の振動の抑制作用を併せ持つシール装置を提供することができる。
(2)透過性減衰部材は、網構造に編まれた金属ワイヤ又はプラスチック線から構成されるワイヤメッシュから形成されるワイヤメッシュダンパからなることにより、ワイヤ同士の摩擦による摩擦力と、ワイヤ同士の間隙に存在する被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を効率よく確保することができる。
(3)透過性減衰部材は、中空円筒状の形状に形成されることにより、ハウジングに特別の加工を施すことなく、フローティングリングの外周部の空間を利用して装着をすることができる。
(4)中空円筒状の透過性減衰部材は、その内周面がフローティングリングの外周面に接し、また、その外周面がハウジング本体の空間を形成する径方向の内周面に接するように設定されることにより、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを大きくすることができる。
(5)中空円筒状の透過性減衰部材の軸方向の幅は、その両端がハウジングの内側両側面とわずかな間隙を有する長さに設定されることにより、被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を大きくすることができる。
(6)ハウジング内側面とフローティングリングの低圧側の側面とで形成されるシール面に被密封流体の導入が可能な導入凹部が設けられることにより、シール面の潤滑状態を良好に保持することができる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図1ないし図3を参照して、本発明の実施例1に係るシール装置について説明する。
図1において、ケーシング15を貫通するようにして流体機械の回転軸3が配設されており、左側が高圧流体側、右側が低圧流体側である。高圧流体側には、被密封流体である水、気体、油あるいは極低温流体等が封入されている。
シール装置1は、フローティングリング5と、該フローティングリング5を収納するハウジング2から主に構成される。
シール装置1は、フローティングリング5と、該フローティングリング5を収納するハウジング2から主に構成される。
ハウジング2は、ハウジング本体2aとカバー部材2bとから主に形成される。ハウジング本体2aは締結手段9によってケーシング15に固定され、ハウジング本体2aの内径部とカバー部材2bとによって囲まれた空間4が形成される。また、カバー部材2bはハウジング本体2aに締結手段で固定される。
ハウジング2の内周面と回転軸3の外周面との間には半径方向の隙間δが設けられており、この隙間δをシールするため、回転軸3の外周を囲むように中空円筒状のフローティングリング5が設けられる。フローティングリング5は、その径に応じて、一体あるいは分割体で形成される。
フローティングリング5は、カーボン等の自己潤滑性に優れた材料から形成されたフローティングリング本体5aと、該本体5aの外径側に嵌合された金属製のサポートリング5bとから構成され、フローティングリング本体5aが回転軸3の振れ回りにより回転軸3と接触した場合でも破壊されないように形成されている。
ハウジング2内の空間4の径及び幅は、フローティングリング5の外径及び幅よりも大きい。
フローティングリング5の内径は回転軸3の外径よりもわずかに大きく設定されており、フローティングリング5が半径方向に一定の範囲で移動可能となっている。回転軸3とフローティングリング5との径方向の間隙は極小に設定され、該間隙を通しての被密封流体の漏れは最小限に抑えられる。
フローティングリング本体5aの低圧側の側面5cと、該側面5cに対峙するハウジング本体2aの内側面2cとの当接部においてシール面Sが形成されている。シール面Sには空間4内の被密封流体を導入するための導入凹部6が設けられ、シール面Sの潤滑が良好に保たれている。
フローティングリング5は高圧の被密封流体によりハウジング本体2aの内側面2c側に押し付けられ、シール面Sにおいてフローティングリング5とハウジング本体2aとの間の漏れを防止する。
なお、スプリング7を設けて、フローティングリング5をハウジング本体2aの内側面2c側に付勢してもよい。
フローティングリング5は高圧の被密封流体によりハウジング本体2aの内側面2c側に押し付けられ、シール面Sにおいてフローティングリング5とハウジング本体2aとの間の漏れを防止する。
なお、スプリング7を設けて、フローティングリング5をハウジング本体2aの内側面2c側に付勢してもよい。
また、フローティングリング5には図示しない回止ピンが軸方向に設けられ、該回止ピンがハウジング2に設けられた溝内に遊嵌されることにより、フローティングリング5の回転を防止するようになっている。
なお、フローティングリング5の廻り止め手段としては、回止ピンに限定されるものではない。
なお、フローティングリング5の廻り止め手段としては、回止ピンに限定されるものではない。
図2は、図1のA-A断面図であって、回転軸3が回転を始めた状態を示している。
今、回転軸3が反時計方向に回転を始めると、回転軸3とフローティングリング5との間に介在する被密封流体の隙間αにおけるくさび効果によりフローティングリング5を持ち上げる力が発生する。このとき、フローティングリング5の重量>回転軸3とフローティングリング5とのくさび効果によりフローティングリング5を持ち上げる力、の関係にある場合、フローティングリング5の中心は回転軸3の中心より下方にある。このような状態においては、回転軸3外周とフローティング5内周との間に介在する流体膜が局所的に薄くなるため、回転軸3の振れ回りのような挙動を起こしたときにフローティングリング5の内周面と回転軸3の外周面とが接触する危険がある。このような危険を避けるためには、フローティングリング5の内周面と回転軸3の外周面との隙間を大きく設定する必要がある。しかし、この隙間を大きくすると、この隙間からの被密封流体の漏れ量が隙間の3乗に比例して多くなるという問題がある。
今、回転軸3が反時計方向に回転を始めると、回転軸3とフローティングリング5との間に介在する被密封流体の隙間αにおけるくさび効果によりフローティングリング5を持ち上げる力が発生する。このとき、フローティングリング5の重量>回転軸3とフローティングリング5とのくさび効果によりフローティングリング5を持ち上げる力、の関係にある場合、フローティングリング5の中心は回転軸3の中心より下方にある。このような状態においては、回転軸3外周とフローティング5内周との間に介在する流体膜が局所的に薄くなるため、回転軸3の振れ回りのような挙動を起こしたときにフローティングリング5の内周面と回転軸3の外周面とが接触する危険がある。このような危険を避けるためには、フローティングリング5の内周面と回転軸3の外周面との隙間を大きく設定する必要がある。しかし、この隙間を大きくすると、この隙間からの被密封流体の漏れ量が隙間の3乗に比例して多くなるという問題がある。
本発明は、回転軸3の偏心に対して、軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸3の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを付与することにより、漏れ防止を図ると共に回転軸3の振動の抑制作用を併せ持つシール装置を提供するものであり、そのため、図1及び図2に示すように、フローティングリング5の外周部に、透過性減衰部材、例えば、ワイヤメッシュから構成されるワイヤメッシュダンパ10を設けたものである。
透過性減衰部材は、その内部を流体が透過する部材であって、流体が透過する際に流体の有する粘性抵抗により透過性減衰部材の変形に対する減衰力が発生されるものであり、弾性を有する部材であればよく、フローティングリング5の外周部に設けられた際、径方向に弾性変形可能な部材であればよい。
透過性減衰部材としては、ワイヤメッシュダンパの他に、連続気泡の発泡ゴム及び発泡プラスチック等が挙げられる、
透過性減衰部材は、その内部を流体が透過する部材であって、流体が透過する際に流体の有する粘性抵抗により透過性減衰部材の変形に対する減衰力が発生されるものであり、弾性を有する部材であればよく、フローティングリング5の外周部に設けられた際、径方向に弾性変形可能な部材であればよい。
透過性減衰部材としては、ワイヤメッシュダンパの他に、連続気泡の発泡ゴム及び発泡プラスチック等が挙げられる、
ワイヤメッシュダンパ10は、網構造に編まれた鋼、ニッケル-クロム合金等の金属ワイヤ11(又は、ポリプロピレン、ポリエチレン等のプラスチック線)から形成され、その密度は設計的に決められる。
なお、ワイヤメッシュダンパ10の材料である金属ワイヤ、又は、プラスチック線は、弾性変形可能な材料であることが好ましい。
なお、ワイヤメッシュダンパ10の材料である金属ワイヤ、又は、プラスチック線は、弾性変形可能な材料であることが好ましい。
また、図1及び図2に示すように、ワイヤメッシュダンパ10は、その内周面10aがフローティングリング5の外周面に接し、その外周面10bがハウジング本体2aの空間4を形成する径方向の内周面2dに接するように、中空円筒状の形状に形成される。
このため、回転軸3が偏心した場合、ワイヤメッシュダンパ10の復元作用により、回転軸3を軸心位置に押し戻す、半径方向の復元力が作用し、回転軸3を軸心位置に押し戻すことができる。そのため、フローティングリング5の側面5aとハウジング1の側面4aとのシール面Sが正常状態に維持され、シール効果を維持することができる。
このため、回転軸3が偏心した場合、ワイヤメッシュダンパ10の復元作用により、回転軸3を軸心位置に押し戻す、半径方向の復元力が作用し、回転軸3を軸心位置に押し戻すことができる。そのため、フローティングリング5の側面5aとハウジング1の側面4aとのシール面Sが正常状態に維持され、シール効果を維持することができる。
図1に示されているように、ワイヤメッシュダンパ10の幅(軸方向の長さ)は、その両端10c、10dがハウジング2の内側両側面とわずかな間隙を有する長さに設定され、ワイヤメッシュダンパ10の両側には被密封流体が存在するようになっている。
高圧流体側の被密封流体はワイヤメッシュダンパ10内を透過して、端部10d側に進入し、さらに、導入凹部6にも進入し、シール面Sを潤滑する。
高圧流体側の被密封流体はワイヤメッシュダンパ10内を透過して、端部10d側に進入し、さらに、導入凹部6にも進入し、シール面Sを潤滑する。
次に、図3を参照しながら、本発明のシール装置が、回転軸3が軸心から偏心した状態で一定の周期で振れ回る際の振れ回りを抑制する作用について説明する。
回転軸3の振れ回り状態において、図3に示すように、回転軸3が軸心から右上方に偏心した状態を想定すると、フローティングリング5は回転軸3に押されて右上方の外径側に移動する。フローティングリング5が右上方の外径側に移動すると、ワイヤメッシュダンパ10の右上方に位置する部分が圧縮される。ワイヤメッシュダンパ10に変形が生じると、編み込まれたワイヤ11同士の摩擦により摩擦力が生じると共に、ワイヤ11同士の間隙に存在する被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)によりワイヤ11の変形に対する減衰力が発生する。
上記の摩擦力及び粘性抵抗による減衰力は、フローティングリング5を介して回転軸3に伝達され、回転軸3の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力として作用する。
上記の摩擦力及び粘性抵抗による減衰力は、フローティングリング5を介して回転軸3に伝達され、回転軸3の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力として作用する。
一方、フローティングリング5の移動方向と反対側である左下方においては、サポートリング6の外周面とハウジング本体2aの内周面2dとの間の間隔が大きくなるため、ワイヤメッシュダンパ10のワイヤ11同士の間隙が大きくなり、ワイヤメッシュダンパ10の外部に存在する被密封流体がワイヤ11同士の間隙内に流入し、間隙内は被密封流体で満たされる。
本発明の実施例1に係るシール装置は上記のとおりであり、以下のような優れた効果を奏する。
(1)回転軸3の外周とハウジング1の内周との空間にフローティングリング5を備えたシール装置において、フローティングリング5の外周部に透過性減衰部材を設けることにより、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを付与することができ、漏れ防止を図ると共に回転軸の振動の抑制作用を併せ持つシール装置を提供することができる。
(2)透過性減衰部材は、網構造に編まれた金属ワイヤ又はプラスチック線から構成されるワイヤメッシュから形成されるワイヤメッシュダンパ10からなることにより、ワイヤ11同士の摩擦による摩擦力と、ワイヤ11同士の間隙に存在する被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を効率よく確保することができる。
(3)透過性減衰部材は、中空円筒状の形状に形成されることにより、ハウジングに特別の加工を施すことなく、フローティングリング5の外周部の空間を利用して装着をすることができる。
(4)中空円筒状の透過性減衰部材は、その内周面がフローティングリング5の外周面に接し、また、その外周面がハウジング本体2aの空間を形成する径方向の内周面2dに接するように設定されることにより、回転軸3の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸3の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを大きくすることができる。
(5)中空円筒状の透過性減衰部材の軸方向の幅は、その両端がハウジング2の内側両側面とわずかな間隙を有する長さに設定されるにより、被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を大きくすることができる。
(6)ハウジング内側面2cとフローティングリング5の低圧側の側面5cとで形成されるシール面Sに被密封流体の導入が可能な導入凹部6が設けられることにより、シール面Sの潤滑状態を良好に保持することができる。
(1)回転軸3の外周とハウジング1の内周との空間にフローティングリング5を備えたシール装置において、フローティングリング5の外周部に透過性減衰部材を設けることにより、回転軸の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを付与することができ、漏れ防止を図ると共に回転軸の振動の抑制作用を併せ持つシール装置を提供することができる。
(2)透過性減衰部材は、網構造に編まれた金属ワイヤ又はプラスチック線から構成されるワイヤメッシュから形成されるワイヤメッシュダンパ10からなることにより、ワイヤ11同士の摩擦による摩擦力と、ワイヤ11同士の間隙に存在する被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を効率よく確保することができる。
(3)透過性減衰部材は、中空円筒状の形状に形成されることにより、ハウジングに特別の加工を施すことなく、フローティングリング5の外周部の空間を利用して装着をすることができる。
(4)中空円筒状の透過性減衰部材は、その内周面がフローティングリング5の外周面に接し、また、その外周面がハウジング本体2aの空間を形成する径方向の内周面2dに接するように設定されることにより、回転軸3の偏心に対して軸心位置に復元させる半径方向の復元力と、回転軸3の振れ回りを抑制する接線方向の減衰力とを大きくすることができる。
(5)中空円筒状の透過性減衰部材の軸方向の幅は、その両端がハウジング2の内側両側面とわずかな間隙を有する長さに設定されるにより、被密封流体の有する粘性抵抗(ダンパ)による減衰力を大きくすることができる。
(6)ハウジング内側面2cとフローティングリング5の低圧側の側面5cとで形成されるシール面Sに被密封流体の導入が可能な導入凹部6が設けられることにより、シール面Sの潤滑状態を良好に保持することができる。
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では、中空円筒状のワイヤメッシュダンパ10は、その内周面10aがフローティングリング5の外周面に接し、また、その外周面10bがハウジング本体2aの空間4を形成する径方向の内周面2dに接するように設定される場合について説明したが、これに限定されることなく、外周面10bがハウジング本体2aの内周面2dと間隙を有するようにワイヤメッシュダンパ10の外径を設定してもよい。
例えば、前記実施例では、中空円筒状のワイヤメッシュダンパ10の軸方向の幅がハウジング2の内側両側面とわずかな間隙を有する長さに設定される場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば、ワイヤメッシュの密度及び被密封流体の粘度に応じて、軸方向の幅を小さくしてもよい。
また、本件はシール装置を主目的として用いるが、軸の振動を減衰する減衰装置として用いてもよい。
1 シール装置
2 ハウジング
2a ハウジング本体
2b カバー部材
2c 内側面
2d 内周面
3 回転軸
4 空間
5 フローティングリング
5a フローティングリング本体
5b サポートリング
5c 低圧側の側面
6 導入凹部
7 スプリング
9 締結手段
10 透過性減衰部材(ワイヤメッシュダンパ)
10a 内周面
10b 外周面
10c、10d 両端
11 金属ワイヤ(プラスチック線)
15 ケーシング
S シール面
δ ハウジングの内周面と回転軸の外周面との隙間
α 回転軸とフローティングリングとの隙間
2 ハウジング
2a ハウジング本体
2b カバー部材
2c 内側面
2d 内周面
3 回転軸
4 空間
5 フローティングリング
5a フローティングリング本体
5b サポートリング
5c 低圧側の側面
6 導入凹部
7 スプリング
9 締結手段
10 透過性減衰部材(ワイヤメッシュダンパ)
10a 内周面
10b 外周面
10c、10d 両端
11 金属ワイヤ(プラスチック線)
15 ケーシング
S シール面
δ ハウジングの内周面と回転軸の外周面との隙間
α 回転軸とフローティングリングとの隙間
Claims (6)
- 回転軸の外周とハウジングの内周との空間にフローティングリングを備えたシール装置において、前記フローティングリングの外周部に透過性減衰部材を設けることを特徴とするシール装置。
- 前記透過性減衰部材は、網構造に編まれた金属ワイヤ又はプラスチック線から構成されるワイヤメッシュから形成されるワイヤメッシュダンパからなることを特徴とする請求項1記載のシール装置。
- 前記透過性減衰部材は、中空円筒状の形状に形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシール装置。
- 前記中空円筒状の透過性減衰部材は、その内周面が前記フローティングリングの外周面に接し、また、その外周面が前記ハウジング本体の空間を形成する径方向の内周面に接するように設定されることを特徴とする請求項3記載のシール装置。
- 前記中空円筒状の透過性減衰部材の軸方向の幅は、その両端が前記ハウジングの内側両側面とわずかな間隙を有する長さに設定されることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のシール装置。
- 前記ハウジング内側面と前記フローティングリングの低圧側の側面とで形成されるシール面に被密封流体の導入が可能な導入凹部が設けられることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のシール装置。
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