JPH01170702A - 一軸多段遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転軸を有する流体機械のラビリンス構造に係
り、特に高圧高速の一軸多段遠心圧縮機に好適なラビリ
ンス構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の流体機械のラビリンス構造を、−軸多段遠心圧縮
機を例にとって説明する。第３図は一軸多段遠心圧縮機
の縦断面図を示す。吸込ノズル７から吸込まれた取扱ガ
スは多段羽根車１によって順次圧縮され、吐出ノズル８
から吐き出される。

羽根車出口から入口の内部リークはマウスラビリンス３
で、段間のリークはステージラビリンスで、最終段から
吸込へのリークはバランスラビリンス６で、軸端のリー
クはエンドラビリンスで防ぐ構造になっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、高圧で、しかも小形高速機になると
ラビリンス部のバネ作用、ダンピング作用によって生じ
る流体振動の点について配慮がなされていなかった。

即ち、第４図に示すように、ラビリンスギャップ部の流
れはロータ表面の影響を受けて回転方向成分Ｕを有する
。この回転方向成分の流れによってラビリンスシール部
に、バネ作用とダンピング作用を持ってロータを支持す
る特性が生じる。この特性は、大型機械ではロータ軸受
系の特性が支配的で無視しても問題ない、しかし高速小
形、且つ高圧機になるとロータ軸受系の特性に対し、シ
ール部の特性が無視し得なくなる。しかもシール部のバ
ネ、ダンピングはロータを旋回させる成分を持っている
ためにロータの振動特性を不安定にする。即ち一般によ
く知られたラビリンススクールによる不安定振動を生じ
、機械の運転を困難にしていた。

上記不具合を解決する方法として、外部からラビリンス
室に、ロータの回転方向と逆方向に向かってガスを吐出
させる方法が公知であるが、ガスの消費による動力アッ
プや、ケーシング構造が複雑になったり、外部配管が必
要になるなどコスト的に問題があった。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、その目的
とするところは、外部からの吹込ガスを要せずにラビリ
ンスホワールを抑制することが出来、トータルエネルギ
損失が少なく、しかも簡単な構成のラビリンス構造を提
供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明に係るラビリンス構
造は、ラビリンスの入口近傍部に、ラビリンスと相対す
るロータ表面に（又はステータ側に）高圧側が低圧側に
対して回転方向に移送の進んだ形のスリットを設け、ラ
ビリンスギャップ部の流れに、ロータの回転方向と逆向
きの旋回を与えることにより、ラビリンスホワールを抑
制することができる。

〔作用〕

従来技術に係るラビリンス構造においては、ラビリンス
部分の流れは、洩れ量に相当する軸方向流れと、粘性に
よってロータ表面の周方向速度とで合成される速度で、
回転方向に旋回しながら流れる。前記の構成によればラ
ビリンス入口部のスリット内ではガス流れがロータ回転
方向と逆向きの速度成分を与えられる。

スリットは出口では、ロータの周方向速度成分とスリッ
トに沿った速度とが合成された方向にガスが流れる。こ
こでスリットの角度をラビリンスの高圧側が低圧側より
も位相が進んでいるように構成することにより、スリッ
ト出口のガス流れが回転方向と逆方向にでき、更にロー
タ周速との合成速度（絶対速度）もロータ回転方向と逆
向の旋回成分を持つようにすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。第１図は、流体機械のラビリンス部の構造の一例
として遠心圧縮機のバランスシール部に本発明を適用し
た一例を示す。取扱ガスは最終羽根車１を出た後、吐出
ノズルから吐き出されるがその一部はバランスシール部
即ちバランスラビリンス６とロータ２表面とのギャップ
を通って２次側（低圧側）部（例えば吸込ノズル）へ流
れる。バランスシール部の入口部にはロータ側に設けた
スリット１１がある。このスリットはロータ回転軸芯に
対してラビリンスシールの高圧側が低圧側よりも回転方
向に位相進みを持つように構成しである。更にそのスリ
ット１１の傾き角（位相進み量）は次のように決める。

スリットが高圧側から低圧側に向って傾いている角度を
θとし、スリット部の周速をＵとする。スリットを出た
ところでのガス流れの軸方向成分は、ラビリンスの洩れ
量計算式より得られた流量Ｑとスリット部の断面積Ａと
により次式で求まる。

前記θとＣｍとよりスリット出口部の相対ガス流れ速度
ωは次式で得られる。

ω＃Ｃｍ／ｓｉｎθ　　　　・・・・・・・・・・・・
（２）従ってスリット出口部での絶対ガス流れ速度Ｃは
、（３）式で得られる。

Ｃ＝（ω”＋ｕ’−２ω・ｕ−ｃｏｓθ）１／２　　−
（３）この絶対速度Ｃはスリット傾き角θが（４）式を
満足するようにすればロータ回転方向と逆向きにするこ
とができる。

ω・ｃｏｓ　θ〉Ｕ　　　　　・・・・・・・・・・・
・（４）即ち、本発明ではスリット傾き角θが（４）式
を満足するようにスリットを構成することにより、ラビ
リンスシール部へのガスに、ロータ回転方向と逆向きの
旋回成分を持たせることができる。これによりラビリン
スシール部のロータ回転方向のバネ及びダンピング特性
をなくし、ラビリンスホワールを抑制することができる
。

第２図は上記スリットをステータ側（例えばバランスラ
ビリンス）に設けた一例を示す。原理的には前記の実施
例（第１図）と同じであり、前例　　　　。

と同様にラビリンスシールによる不安定現象を抑制でき
るという効果がある。

第１図及び第２図に示した実施例においては、スリット
をラビリンスの入口部に設けたが、ケーシング及びラビ
リンスが半割構造であれば、ラビリンス途中にスリット
を構成することも出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、特に高速小形で高圧の流体機械のラビ
リンスホワールを、外部からの吹込ガスなしで抑制する
ことができるので、トータルのエネルギ損失が少なく、
且つ構造が簡単で経済性に優れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の他の一実施例の説明図である。第３図は流体機械の
従来例で、１軸形遠心圧縮機の縦断面図、第４図は第３
図のバランスシール部の構造を示す拡大図である。 １・・・羽根車、２・・・ロータ、３・・・マウスラビ
リンス、４・・・ステージラビリンス、５・・・ケーシ
ング、６・・・バランスラビリンス、７・・・吸込ノズ
ル１．８・・・吐出ノズル、１１・・・スリット、１２
・・・スリット。 栴　１　図 第　３７ （呵根車）Ｉ 箒本図 し気

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ラビリンスシールを有する回転式の流体機械におい
   て、 （ａ）静止部材であるラビリンスシールと、回転部材で
   あるロータとが対向している区域において、 （ｂ）上記のロータ側、及びラビリンスシール側の少な
   くとも何れか一方に、 （ｃ）ロータの軸心に対して螺旋状に捻れた溝、及び同
   じく螺旋状に捻れた突条の少なくとも何れか一方を設け
   、 （ｄ）上記の捻れ方向は、ラビリンスを漏洩する流体の
   漏洩方向に関して上流側が、同下流側に対してロータ回
   転方向に進相した方向としたこと、を特徴とする回転式
   流体機械のラビリンス構造。 ２、前記の溝および突条の少なくとも何れか一方は、静
   止部材であるラビリンスシールに設けられたものである
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載した回
   転式流体機械のラビリンス構造。 ３、前記の溝および突条の少なくとも何れか一方は、回
   転部材であるロータに設けられたものであることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載した回転式流体機
   械のラビリンス構造。 ４、前記の溝および突条の少なくとも何れか一方は、静
   止部材であるラビリンスシールと、回転部材であるロー
   タとの双方に設けたものであることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項に記載した回転式流体機械のラビリン
   ス構造。 ５、前記の溝および突条の少なくとも何れか一方は、こ
   れを突条としたことを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項乃至第４項の何れか一つに記載した回転式流体機械の
   ラビリンス構造。 ６、前記の溝および突条の少なくとも何れか一方は、こ
   れを溝としたことを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   乃至第４項の何れか一つに記載した回転式流体機械のラ
   ビリンス構造。 ７、前記の溝および突条の少なくとも何れか一方は、こ
   れを溝および突条の双方としたことを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項乃至第４項の何れか一つに記載した回
   転式流体機械のラビリンス構造。