JPH05187558A - 回転体のシールおよびシール作用の工程 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高速回転体および大きな直径の回
転体のケーシングに対するシールを提供する。 【構成】 本発明によるシールリング（８）は、その外
周表面において限られたばねテンションによってケーシ
ング（１１）に対して圧縮され、シール作用される媒体
の圧力によっては移動可能でないようにし、一方シール
作用（８）を囲む狭い溝（７）の側表面（１３、１４）
での直接接触によって溝（７）内の中心位置まで横方向
に移動可能であり、シール部分での摩擦損失および摩耗
が防止され、また最小のシール間隙（１５、１６）が、
シール作用される媒体のどんな損失もなく、得られるよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転体と回転体を収容
するケーシングとのシールに関し、前記シールは、回転
体あるいはケーシングに収容されたシールリングを有
し、シールリングの内周あるいは外周は回転体あるいは
ケーシングと係合し、シールリングを囲む空間をシール
リングより広くして、シールリングが、収容空間内で軸
方向に移動可能であるように、またシールリングの内周
面あるいは外周面での静摩擦力によって回転体あるいは
ケーシングに移動可能に保持されるようにする。

【０００２】

【従来の技術】例えば米国特許第４７１４４１７号に開
示され図６に示されるような、単一回転機の外側ロータ
に配置される前記型の公知のシールは、シールリングあ
るいはパッキンリングがシール作用されるべき気体媒体
の圧力によってはめあいシール面に対して圧縮され、摩
擦の損失が生じかつ滑らかでないあるいは最小限に滑ら
かなシール面に対して高水準の摩耗が生じる、という欠
点を有する。この欠点は、外周速度が２０m/sec 以上で
あるような非常に速く回転する回転体に対し、特に問題
となる。したがって、非常に速く回転する回転体のシー
ル作用は、通常シール間隙あるいはラビリンスパッキン
によって、非接触に行われる。良いシールとなる狭いシ
ール間隙は、しかしながら、高い製造コストを必要と
し、また考慮しなければならない熱膨張と製造公差との
原因となり、特にシール作用される外周が大きな直径の
とき、シール間隙の大きさは、適当な間隙シールとなる
程十分小さく作ることができない。公知のラビリンスパ
ッキンは、結果として、軸方向に並列に配置されたいく
つかのシールリブを有し、前記シールリブは、シールリ
ブを囲む空間に突出している。回転部分の軸方向の移動
が考慮されるために、共に回転しわずかに軸方向に移動
可能である油潤滑式軸受に対するガスタービンのシール
作用に関して、分離炭素リングが公知である。シール作
用されるべき媒体の圧力によってはめあいシール面に対
して圧縮されることによる、炭素リングの早期の摩耗を
防止するため、仏国特許第２６０２８４７号によって、
シール作用される媒体のシールリングに対する圧力を大
幅に補償し、またシールリングのいずれかの側部に流体
圧を作用し、シールリングが中心位置まで圧縮されかつ
中心位置に保持されるようにする、ことが提案された。
この流体圧は、適当な、例えば高速回転する回転表面の
表面ならい削りによって得られ、前記回転表面は、回転
表面の間に空間を有してシールリングを収容する。しか
しながら、前記シールのシール作用は、高い製造コスト
にもかかわらず、不完全であり、圧力ガスと滑らかさの
損失は防止できない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、回転
体のシールを見出すことであり、前記シールは特に、意
味のある摩耗なしに狭いシール間隙を可能にし、また低
い製造コストで作られ、しかも大きな直径のものに対し
て有利に構成され、必要とされる空間が限定される場
合、良好に作動して、機械の効率が上昇するようにす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題は、静摩擦力が、シール作用される媒体のシールリン
グの側面に作用する圧力の結果として生じる軸方向の力
より大きく、２つの側面と側面に面する取り囲み空間と
の間で、環状間隙空間が常にあるように、またシール作
用される媒体がラビリンスパッキンの方法でシールリン
グの周りを流れるようにし、シールリングが、取り囲み
空間の表面の間で前記表面との短時間の機械的接触によ
って、中心の非接触の位置に自動的に位置するようにす
る、ことで解決される。

【０００５】本発明による課題を解決する方法は、シー
ルリングの外周あるいは内周での結果として生じる静摩
擦の軸方向の力が、シールリングに軸方向に作用するシ
ール作用される媒体の圧力より常に大きく、しかしケー
シング表面で当接しているとき、シールリングが接着を
克服して軸方向に移動可能であり、シールが、シール帯
とケーシングとの間のシール間隙においてラビリンスパ
ッキンのように非接触になるように、シールリングに作
用する半径方向のばねテンションを決定する、ことを特
徴とする。

【０００６】本発明の結果として、シールリングは、測
定と精密な組立体とによっては得られないような、中心
の理想位置と直接機械的接触の短時間の当接による収容
空間の隣接表面との間の相対回転による隣接表面の間
の、中心の理想位置まで自動的に移動する。シールリン
グの接着周面の比較的大きな静摩擦力が克服され、一方
シール作用される媒体の圧力によっては克服できない。
したがって、シールリングを囲む空間は、従来の場合よ
り狭く作ることができ、またシールリングの変形のみに
よる製造公差もしくは熱膨張のいずれか一方あるいは双
方による当接が、シールリングが動かなくなるどんな危
険もあるいは永続的な摩耗もなしに、容易に生じる。し
たがって、シールは、自己調節パッキンあるいは動ラビ
リンスパッキンに関するように記載でき、また結果とし
てシールリングは、ラビリンス要素を形成する。

【０００７】従来のラビリンスパッキンと同様な方法
で、いくつかのシールリングが軸方向に互いに連続し、
また各シールリングには取り囲み空間が付設される、こ
とは明らかである。また、本発明によるシールが、一般
に、他に対して互いに回転する回転体のシール作用に適
しているので、ケーシングに関する部材が異なる回転速
度で付加的に回転する、ことは明らかである。

【０００８】従来のピストンリングの方法において、シ
ールリングは、重なり継手を有するあるいは有さない、
あるいは継手を有さない鋳型鉄、鋼あるいは同様な他の
金属あるいは非金属材料から作ることができる。十分な
ばねテンションを得るために、継手を有するシールリン
グとして、好ましくは、半径方向のより大きな断面と圧
力補償手段とが２つのリング側部に設けられる。またシ
ールリングは、取り囲み空間あるいはケーシングと比較
してわずかに大きい、すなわちわずかな圧縮はめ合いに
よって保持される。例えば取り囲み空間の分離ケーシン
グによってこのようにはめ合うとき、シールリングは、
また、初期テンションのある状態で移動可能であるよう
に回転体を囲むことができる。

【０００９】さらなるシールの実施態様は、実施態様を
記載した請求項に記載される。

【００１０】

【実施例】本発明は、限定されない実施態様に関して、
以下にさらに詳細に記載される。添付図面には、シール
リングの断面の線図のみが示され、リングの側面境界線
は示されない。

【００１１】図１に示される内部軸線の単一回転機は、
西独国特許公開（公告登録）第３４３２９１５号（米国
特許第４７１４４１７号あるいは米国特許第４８０１２
５５号）により詳細に記載されて、これは、本発明の一
部とみなされる。単一回転機の内部ロータ１と外部ロー
タ２とを固定幾何軸線周りに取り付けることによって、
単一回転機は高速回転に適し、例えば２０から５０m/se
c の外周速度が大きい外部ロータ２に生じるようにす
る。本発明は、例えば外部ロータの側面部材３、４で
の、非接触のシールを提供する。この目的のため提供さ
れたシール５、６は、前記側面部材３、４の溝として成
形された空間７に囲まれたシールリングあるいはパッキ
ンリング８を有し、また前記シールリング８の外周面９
は、機械ケーシング１１の円状円筒の内側表面１０に摩
擦グリップで強固に係合する。

【００１２】シールリング、あるいは同様に配置されシ
ールリング８の対応する取り囲み空間７を形成する他の
リング表面を囲む空間７の側面の半径方向の環状空間１
３、１４は、シールリング８の理想中心位置のときの回
転運動と、環状空間１３、１４の間のタンブリング運動
の位置決めとに対して非接触であるのにちょうど十分な
間隔を互いに有し、間隙シールのための対応する最小の
間隙空間になるようにする。シールリング８のこの位置
は、その正確な組立体によっては得られず、その代わ
り、相対回転運動の開始時における取り囲み溝表面１
３、１４での２つの側部の当接によって、自動的に達成
され、このとき、シールリングの外周での表面９、１０
の間の摩擦グリップあるいは圧入が、対応する機械的力
によって容易に達成される。

【００１３】シールリング８に作用する気体の異なる圧
力を制限するため、シール間隙１５、１６を画成するリ
ング表面１７、１８は、好ましくは狭い区域に制限さ
れ、またシールリングの側部の残りの部分において、前
記２つのシールリングの側部の間に、圧力補償のための
自由空間２０、２１がある。

【００１４】図２から図５による実施態様において、自
由空間２０、２１は、各側部に段１９を形成するシール
リングの側部の切り込みによって形成される。図６によ
る実施態様においては、自由空間２１は、シールリング
８の一側および低圧側のみにある。

【００１５】段１９を形成する切り込みによって形成さ
れる代わりに、図７によれば、自由空間２０′、２１′
は、シールリング８の一側あるいは両側の傾斜表面２
２、２３あるいは円錐表面によって、形成できる。

【００１６】図８の実施態様によれば、静摩擦力によっ
て保持された表面２４内に、半径方向の断面が全円周の
溝２５が設けられ、前記溝２５は、静摩擦力のための接
触表面を減少させ、表面圧力が増加するようにする。ま
た、静摩擦力を減少させる潤滑油膜を形成するのがさら
に困難になり、かつ潤滑油膜が、例えば図１の機械の軸
受および歯車潤滑を介して、シールリング８まで通じる
ようになる。適当に、排出開口２６は、溝空間からシー
ルリング８の低圧側に向かって外側に通じ、溝空間に、
潤滑油がないあるいは気体圧力があるようにする。

【００１７】図９は、シールリング８が用いられたシー
ルの実施態様を示し、前記シールリング８は、自由空間
を形成する側表面のならい削りを有さず、これは、自由
空間２０′′、２１′′が取り囲み空間の側表面３１、
３２によって形成されるためである。

【００１８】図１０および図１１による実施態様におい
て、シールリング８は、突合わせ表面２９、３０により
横方向に画成された、より広い断面区域３１を有し、取
り囲み溝空間７の表面１３、１４上のシール間隙１５、
１６を画成する狭いリング表面１７、１８の突合わせ接
触と、これに対する損傷とを防止するようにする。突合
わせ表面２９、３０が、媒体による取り囲み溝空間の表
面１３、１４に対する制御できない動きをもたらすシー
ル作用に寄与しない、ことを保証するために、シールリ
ング８の２つの側部は、流路３２、３３もしくは流路３
４のいずれか一方あるいは双方によって相互連結され
る。

【００１９】図１２によれば、突合わせ表面２９、３０
に、くさび形状の摺動する靴状の突起３５を設けること
ができ、取り囲み空間７の表面１３、１４での突合わせ
において、前記突起３５は、すべり膜の形成を補助し、
かつ結果として取り囲み空間７でのシールリング８の自
動の心出しを、どんな重要な摩耗あるいはさらには点食
なしに、容易にする。

【００２０】図１３から図１５による実施態様におい
て、シールリングの側表面３６、３７は、限られた深さ
の半径方向向きの溝３９を有する回転具３８によって実
質的に提供され、前記溝３９は、例えば図１４に円で示
された壺形状のといし車３８、あるいはフライス加工機
によって作られる。これらの溝３９により、例えば図２
による自由空間２０、２１と全く同じように、圧力補償
が可能となる。シールは、ラビリンスパッキンの方法
で、シールリング８と取り囲み溝空間７との間の狭いす
きまによって再び得られる。狭い溝空間１２でシールリ
ング８の側表面が平らになるのを防止することは、溝空
間７の側表面１３、１４での当接部でシールリング８が
動かなくなることの危険性を削除する。

【００２１】図１６から図１８に示される実施態様にお
いて、誇張して示された偏向部分４０、４１、４２のよ
うな、シールリング８のわずかに湾曲した変形部分によ
って、図１３から図１５の実施態様の作用と同じような
作用が得られる。このような波形状のシールリング８
は、また、前記リング８の外周方向での改良されたシー
ル作用をもたらす。

【００２２】実施態様によって示されたように、シール
リング８は、シール作用される本体に対し静摩擦によっ
て互いに、図２および図３および図６から図１８に従っ
てその外周表面９か、あるいは図４および図５に従って
その内周表面１２のいずれかと係合し、またシールリン
グ８を回転体に接着して提供できるけれども、シールリ
ング８は、好ましくは静止体、すなわち図１の実施態様
での機械ケーシング１１である本体に接着する。しかし
ながら、シールリング８を回転体に接着して提供する場
合、高速回転時にシールリング８が中心位置に移動でき
ることを保証するために、遠心力について説明しなけれ
ばならない。空間７を形成するために、シールリング８
が回転体を囲むあるいは回転体に囲まれるのか、もしく
はシールリング８が回転体に接着するあるいは回転体に
囲まれるのか、ということは本発明の機能に関して重要
ではない。

【００２３】

【発明の効果】添付図面が、本発明のシールの限定され
た可能性のあるいくつかの実施態様のみを示し、またシ
ールリング８と付設された取り囲み空間７との成形は、
さまざまな変更ができる、ことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の型の単一回転機の内側の心軸を介する軸
方向断面図である。

【図２】シールリングがケーシングに保持された、図１
による単一回転機の本発明のシールの拡大断面図であ
る。

【図３】図２によるシールの周面区域の側面図である。

【図４】回転体に保持されたシールリングを有するシー
ルの拡大断面図である。

【図５】図４によるシールの周面区域の側面図である。

【図６】本発明のシールのさらなる実施態様を示す断面
図である。

【図７】本発明のシールのさらなる実施態様を示す図６
と同様な図である。

【図８】本発明のシールのさらなる実施態様を示す図６
と同様な図である。

【図９】本発明のシールのさらなる実施態様を示す図６
と同様な図である。

【図１０】本発明のシールのさらなる実施態様を示す断
面図である。

【図１１】図１０によるシールの周面区域の側面図であ
る。

【図１２】図１０によるシールの突合わせ表面を示す図
である。

【図１３】本発明のシールのさらなる実施態様を示す断
面図である。

【図１４】図１３によるシールの周面区域の側面図であ
る。

【図１５】シールリングの横表面のならい削りの実施態
様を示す、シールリングの狭く画成された部分を示す図
である。

【図１６】本発明のシールのさらなる実施態様を示す断
面図である。

【図１７】図１６によるシールの周面区域の側面図であ
る。

【図１８】図１６によるシールの周面区域の断面図であ
る。

【符号の説明】

２…回転体 ７…取り囲み空間 ８…シールリング ９…外周表面 １１…ケーシング １３、１４…側表面 １５、１６…環状間隙空間 １７、１８…シール間隙表面 １９；１９′′…段 ２０、２１；２０′′、２１′′…自由空間 ２４…接触表面 ２５…全円周の溝 ２６…流出開口 ２９、３０…突合わせ表面 ３１…断面区域 ３２…くぼみ ３４…流路 ３５…突起 ３６、３７…側表面 ３９…溝 ４０、４１、４２…偏向部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランク オブリースト オーストリア国，ドルンビルン，フリスト フシュトラーセ 24

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体と回転体を収容するケーシングと
   のシールであって、回転体（２）あるいはケーシング
   （１１）に収容されたシールリング（８）を有し、シー
   ルリングの内周あるいは外周が回転体あるいはケーシン
   グと係合し、シールリング（８）を囲む空間（７）をシ
   ールリング（８）より広くして、シールリング（８）
   が、収容空間（７）内で軸方向に移動可能であるよう
   に、またシールリング（８）の内周面あるいは外周面で
   の静摩擦力によって回転体（２）あるいはケーシング
   （１１）に移動可能に保持されるようにする回転体のシ
   ールにおいて、 静摩擦力が、シール作用される媒体のシールリング
   （８）の側表面（１３、１４）に作用する圧力の結果と
   して生じる軸方向の力より大きく、２つの側表面と側表
   面に面する取り囲み空間（７）との間に環状間隙空間
   （１５、１６）が常にあるように、またシール作用され
   る媒体がラビリンスパッキンの方法でシールリング
   （８）の周りを流れるようにし、シールリング（８）
   が、前記表面（１３、１４）の間で取り囲み空間（７）
   の表面（１３、１４）との短時間の機械的当接接触によ
   って、中心の非接触の位置に自動的に位置するようにす
   る回転体のシール。
2. 【請求項２】 シールリング（８）あるいはシールリン
   グ（８）を囲む空間（７）の側表面の少なくとも１つに
   おいて、また静摩擦力によって係合しているシールリン
   グ（８）の外周表面（９）から離れて、圧力補償のため
   に設けられかつ切り込みによって形成された自由空間
   （２０、２１；２０′′２１′′）が設けられ、前記切
   り込みが、段（１９；１９′′）によって間隙空間（１
   ５、１６）を画成する環状シール間隙空間（１７、１
   ８）に連結され、また前記切り込みの幅が前記空間と一
   致する、請求項１に記載の回転体のシール。
3. 【請求項３】 シールリングの側部が、シールリング
   （８）の取り囲み空間（７）での心出しおよびシール間
   隙表面（１７、１８）の保護のために、環状に囲む突合
   わせ表面（２９、３０）を有し、前記突合わせ表面（２
   ９、３０）が、より広いシールリング（８）の断面区域
   （３１）を横方向に画成する、請求項１に記載の回転体
   のシール。
4. 【請求項４】 圧力補償のために設けられたシールリン
   グ（８）の軸方向の２つの面するリング側部が、シール
   リング（８）を横切って通る流路（３４）、あるいはシ
   ールリング（８）の側部に渡って半径方向に延びるくぼ
   み（３２）によって相互連結される、請求項１に記載の
   回転体のシール。
5. 【請求項５】 くさび形状の突起（３５）が、すべり油
   膜の形成のために突合わせ表面（２９）に形成される、
   請求項３に記載の回転体のシール。
6. 【請求項６】 シールリング（８）の側表面（３６、３
   ７）が、溝（３９）を介して半径方向に向いている、請
   求項１に記載の回転体のシール。
7. 【請求項７】 シールリング（８）が、個々の突合わせ
   表面を形成するために外周上に連続する偏向部分（４
   ０、４１、４２）を有する、請求項１に記載の回転体の
   シール。
8. 【請求項８】 シールリング（８）が、回転体あるいは
   ケーシングにおいて、少なくとも１つの環状内周あるい
   は外周表面と係合し、前記環状内周あるいは外周表面が
   シールリング（８）より狭い、請求項１に記載の回転体
   のシール。
9. 【請求項９】 シールリング（８）の接触表面（２４）
   が、静摩擦によるシールリング（８）の保持のために、
   全円周の溝（２５）によって減少される、請求項８に記
   載の回転体のシール。
10. 【請求項１０】 溝（２５）の空間が、流出開口（２
    ６）によってシールリング（８）の外側に連結される、
    請求項９に記載の回転体のシール。
11. 【請求項１１】 ケーシングに収容された回転体、特に
    内部軸線単一回転機の外部ロータ（２）におけるシール
    作用の工程であって、回転体（２）を囲むシール作用
    （８）によって行われ、また前記シールリング（８）の
    内周あるいは外周が半径方向の弾性によって前記回転体
    （２）の一部分と係合するシール作用の工程において、 シールリング（８）に作用する半径方向のばねテンショ
    ンが、シールリングの外周あるいは内周における静摩擦
    力の結果として生じる軸方向の力が、シール作用される
    媒体のシールリング（８）に対し軸方向に作用する圧力
    より常に大きく、しかしケーシング表面（１３、１４）
    での当接部において、シールリングが接着力を克服する
    ように軸方向に移動可能であり、シールが、シール帯
    （８）とケーシング（７、１１）との間のシール間隙
    （１５、１６）において、ラビリンスパッキンのように
    非接触になるようにする回転体のシール作用の工程。