JPH0771621A - ラビリンス・シール・アセンブリ、ガス・シール及び自由 浮動ラビリンス・ガス・シール - Google Patents
ラビリンス・シール・アセンブリ、ガス・シール及び自由 浮動ラビリンス・ガス・シールInfo
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- JPH0771621A JPH0771621A JP6113448A JP11344894A JPH0771621A JP H0771621 A JPH0771621 A JP H0771621A JP 6113448 A JP6113448 A JP 6113448A JP 11344894 A JP11344894 A JP 11344894A JP H0771621 A JPH0771621 A JP H0771621A
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/44—Free-space packings
- F16J15/441—Free-space packings with floating ring
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/08—Sealings
- F04D29/10—Shaft sealings
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- F04D29/122—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 軸の回転の際の振動によるシールの摩耗を防
ぎシールの早期故障を防止することにある。 【構成】 高圧室１３と低圧室１４との間のガスの過度
の漏れを制御するように、軸１１に対し密封するために
空洞１６内にはまり込むように寸法を定めた自由浮動ラ
ビリンス・リング・シール・アセンブリ１０を設ける。
このシール・アセンブリに、互いに間隔を置いて対向す
る高圧壁２５及び低圧壁２６と、これ等の壁の間に延び
前記軸に対し密封するラビリンス・シール面１７とを持
つエラストマー質の本体３１を設ける。この本体が前記
軸の回転する際に、ラビリンス・シール面と軸との間を
密封する精密な公差を保ちながら、軸の振動に対し実質
的に自由に浮動するようにしてある。
ぎシールの早期故障を防止することにある。 【構成】 高圧室１３と低圧室１４との間のガスの過度
の漏れを制御するように、軸１１に対し密封するために
空洞１６内にはまり込むように寸法を定めた自由浮動ラ
ビリンス・リング・シール・アセンブリ１０を設ける。
このシール・アセンブリに、互いに間隔を置いて対向す
る高圧壁２５及び低圧壁２６と、これ等の壁の間に延び
前記軸に対し密封するラビリンス・シール面１７とを持
つエラストマー質の本体３１を設ける。この本体が前記
軸の回転する際に、ラビリンス・シール面と軸との間を
密封する精密な公差を保ちながら、軸の振動に対し実質
的に自由に浮動するようにしてある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に回転軸に対し密封
するシール及びシール・アセンブリに関する。ことに本
発明は、圧縮性流体ターボ機械の高圧及び低圧の区域間
のガスの漏れを密封するのに使われるようなラビリンス
・シールに関する。
するシール及びシール・アセンブリに関する。ことに本
発明は、圧縮性流体ターボ機械の高圧及び低圧の区域間
のガスの漏れを密封するのに使われるようなラビリンス
・シールに関する。
【０００２】
【発明の背景】高速遠心圧縮機のような圧縮性流体ター
ボ機械では、高圧及び低圧の区域間の圧縮ガスの漏れを
できるだけ低い値に保つことが機械の効率に重要であ
る。このことは、軸自体がハウジングの支持体を貫いて
高圧区域から低圧区域まで延びる圧縮機羽根車を支える
回転軸についてとくにいえる。従来の構造の１例では環
形成のシール本体をハウジングの環状くぼみ内に取付け
ている。羽根車軸は、シール本体を貫いて延びこのシー
ル本体のラビリンス部分が軸と軸の密封作用面との間で
作用し高圧ガスが軸に沿い低圧区域に漏れないようにす
る。圧縮機の運転条件により高圧及び低圧の区域間の一
層高い差動圧力を生じ軸の回転速度が増すに伴い、漏れ
を許容限度内に保つにはラビリンス及び軸密封面間に一
層精密な公差が必要になる。しかし軸が回転する際にこ
の軸の振動が許容公差を越え軸をシールに押しつけて摩
耗させシールの早期故障を生ずるので、一層精密な公差
が必要となり問題がある。
ボ機械では、高圧及び低圧の区域間の圧縮ガスの漏れを
できるだけ低い値に保つことが機械の効率に重要であ
る。このことは、軸自体がハウジングの支持体を貫いて
高圧区域から低圧区域まで延びる圧縮機羽根車を支える
回転軸についてとくにいえる。従来の構造の１例では環
形成のシール本体をハウジングの環状くぼみ内に取付け
ている。羽根車軸は、シール本体を貫いて延びこのシー
ル本体のラビリンス部分が軸と軸の密封作用面との間で
作用し高圧ガスが軸に沿い低圧区域に漏れないようにす
る。圧縮機の運転条件により高圧及び低圧の区域間の一
層高い差動圧力を生じ軸の回転速度が増すに伴い、漏れ
を許容限度内に保つにはラビリンス及び軸密封面間に一
層精密な公差が必要になる。しかし軸が回転する際にこ
の軸の振動が許容公差を越え軸をシールに押しつけて摩
耗させシールの早期故障を生ずるので、一層精密な公差
が必要となり問題がある。
【０００３】
【発明の概要】一般に本発明は、ターボガス圧縮機の高
圧及び低圧の各区域間のガスの漏れに対し比較的長い使
用寿命にわたり、固定のラビリンス・シールの使用によ
って従来得られたよりも一層有効に密封するように新規
な構造に構成したラビリンスシール及びアセンブリを提
供するものである。具体的には、シール本体のラビリン
ス部分と軸の密封面との間に、軸密封面に隣接してシー
ルを自由に浮動するように構成することにより一層精密
な許容公差を設けて、軸がその正常な回転運動から半径
方向にそれる際に、シール自体が軸シール面で支えられ
るようにする。
圧及び低圧の各区域間のガスの漏れに対し比較的長い使
用寿命にわたり、固定のラビリンス・シールの使用によ
って従来得られたよりも一層有効に密封するように新規
な構造に構成したラビリンスシール及びアセンブリを提
供するものである。具体的には、シール本体のラビリン
ス部分と軸の密封面との間に、軸密封面に隣接してシー
ルを自由に浮動するように構成することにより一層精密
な許容公差を設けて、軸がその正常な回転運動から半径
方向にそれる際に、シール自体が軸シール面で支えられ
るようにする。
【０００４】本発明は、ことに、ターボ機械の高圧区域
及び低圧区域の間のシール空洞内にはまりシール及び空
洞の間のガスの制御された浮遊漏れを利用して空洞の互
いに対向する壁の間にシールを実質的につりあった状態
に支えることにより、シールを軸により自由に半径方向
に浮動させて、軸の密封面にラビリンス面を近接した状
態に保ちながら軸及びシール間の接触を避けるようにし
たシールの構造を特徴とする。
及び低圧区域の間のシール空洞内にはまりシール及び空
洞の間のガスの制御された浮遊漏れを利用して空洞の互
いに対向する壁の間にシールを実質的につりあった状態
に支えることにより、シールを軸により自由に半径方向
に浮動させて、軸の密封面にラビリンス面を近接した状
態に保ちながら軸及びシール間の接触を避けるようにし
たシールの構造を特徴とする。
【０００５】本発明の１実施例では高圧区域からの浮遊
漏れは、高圧区域とシール及び各空洞壁間のすきまによ
り仕切られた中間圧室との間を連通させる所定寸法の漏
れ径路により制御する。Ｏリングはシールと高圧区域に
隣接する空洞壁との間で作用し、漏れ径路を通る以外の
中間圧の室内に流入する高圧ガスに対し密封する。低圧
区域に隣接して丘部は空洞の壁とシール本体との間で作
用し中間圧室からのガスの流出を制御する。すなわちこ
のシールは、各空洞壁間で空洞内につりあった状態に支
えられ丘部及び隣接空洞壁の間のガス流によりクッショ
ン作用を受け、対向壁によりＯリングに締付作用を及ぼ
す。
漏れは、高圧区域とシール及び各空洞壁間のすきまによ
り仕切られた中間圧室との間を連通させる所定寸法の漏
れ径路により制御する。Ｏリングはシールと高圧区域に
隣接する空洞壁との間で作用し、漏れ径路を通る以外の
中間圧の室内に流入する高圧ガスに対し密封する。低圧
区域に隣接して丘部は空洞の壁とシール本体との間で作
用し中間圧室からのガスの流出を制御する。すなわちこ
のシールは、各空洞壁間で空洞内につりあった状態に支
えられ丘部及び隣接空洞壁の間のガス流によりクッショ
ン作用を受け、対向壁によりＯリングに締付作用を及ぼ
す。
【０００６】１変型では漏れ径路は、シール本体と高圧
室に隣接する空洞壁との間で作用する第２の環状丘部に
より仕切る。
室に隣接する空洞壁との間で作用する第２の環状丘部に
より仕切る。
【０００７】本発明の前記の又その他の利点は添付図面
により以下に好適な実施例について詳細に説明する。
により以下に好適な実施例について詳細に説明する。
【０００８】
【実施例】例示のために図面に示したように、本発明は
遠心圧縮機のようなターボ機械（図示してない）に使う
のにとくに適したシール及びシール・アセンブリ１０に
ある。このシールは、ターボ機械のハウジング１２内で
高圧室１３及び低圧室１４の間に延びる回転できる軸１
１に沿う過度のガス漏れを密封するのに使う。本発明の
好適な構造は、構造上の詳細を一層明らかに示すように
シール・アセンブリ１０の拡大横断面である図１に例示
してある。羽根車軸１１は回転軸線１５を持ち、密封ア
センブリの各部品は軸線１５に同心である。図示のよう
にシール・アセンブリ１０は、環状の空洞すなわちシー
ル空洞１６内に位置し羽根車軸１１の外面１９に密封状
態で接触する環状の内側ラビリンス面１７を持つ。空洞
１６は、ターボ機械ハウジング内の環状みぞとして有効
に形成され、軸線方向に互いに間隔を隔てた側壁２０，
２１とこれ等の間で軸１１に対し同心に延びる外壁２３
とを備えている。空洞１６の軸線方向内方に（図１の右
方に向かい）軸の外面１９とハウジングとの間に、高圧
室１３を位置させてある。高圧室１３は、典型的には圧
縮機の羽根車（図示してない）からの高圧の放出ガスに
連通した圧力にある。空洞１６の軸線方向外方に（図１
の左方に向かい）軸の外面１９とハウジングとの間に低
圧室１４を位置させてある。この室内の圧力はたとえば
多段圧縮機のすぐ次の上流側圧力である。
遠心圧縮機のようなターボ機械（図示してない）に使う
のにとくに適したシール及びシール・アセンブリ１０に
ある。このシールは、ターボ機械のハウジング１２内で
高圧室１３及び低圧室１４の間に延びる回転できる軸１
１に沿う過度のガス漏れを密封するのに使う。本発明の
好適な構造は、構造上の詳細を一層明らかに示すように
シール・アセンブリ１０の拡大横断面である図１に例示
してある。羽根車軸１１は回転軸線１５を持ち、密封ア
センブリの各部品は軸線１５に同心である。図示のよう
にシール・アセンブリ１０は、環状の空洞すなわちシー
ル空洞１６内に位置し羽根車軸１１の外面１９に密封状
態で接触する環状の内側ラビリンス面１７を持つ。空洞
１６は、ターボ機械ハウジング内の環状みぞとして有効
に形成され、軸線方向に互いに間隔を隔てた側壁２０，
２１とこれ等の間で軸１１に対し同心に延びる外壁２３
とを備えている。空洞１６の軸線方向内方に（図１の右
方に向かい）軸の外面１９とハウジングとの間に、高圧
室１３を位置させてある。高圧室１３は、典型的には圧
縮機の羽根車（図示してない）からの高圧の放出ガスに
連通した圧力にある。空洞１６の軸線方向外方に（図１
の左方に向かい）軸の外面１９とハウジングとの間に低
圧室１４を位置させてある。この室内の圧力はたとえば
多段圧縮機のすぐ次の上流側圧力である。
【０００９】高圧室１３から低圧室１４に軸１１に沿っ
てガスが漏れる程度は、主として軸１１及びシール１０
の間で利用できる漏れ径路の横断面積とそれぞれ高圧室
１３及び低圧室１４に存在する圧力Ｐ1及びＰ2の差の大
きさに依存する。軸の外側密封面１９に対するラビリン
ス・シール面１７の同心性は、この軸が回転する際に、
高圧室１３及び低圧室１４の間に有効な密封状態を保つ
のに重要な役を果たす。ラビリンス・シールをハウジン
グ内の或る半径方向位置に実質的に固定した従来の密封
構造では、ハウジング１２に対する軸１１の半径方向の
移動は、ラビリンス・シール面１７及び軸１１の間の動
きばめの精密度に及ぼす影響を制限する。あまり精密す
ぎると、ラビリンス・シール面の歯の先端は、軸が回転
する際にこの軸の表面１９との高速の接触により急速に
摩耗する。
てガスが漏れる程度は、主として軸１１及びシール１０
の間で利用できる漏れ径路の横断面積とそれぞれ高圧室
１３及び低圧室１４に存在する圧力Ｐ1及びＰ2の差の大
きさに依存する。軸の外側密封面１９に対するラビリン
ス・シール面１７の同心性は、この軸が回転する際に、
高圧室１３及び低圧室１４の間に有効な密封状態を保つ
のに重要な役を果たす。ラビリンス・シールをハウジン
グ内の或る半径方向位置に実質的に固定した従来の密封
構造では、ハウジング１２に対する軸１１の半径方向の
移動は、ラビリンス・シール面１７及び軸１１の間の動
きばめの精密度に及ぼす影響を制限する。あまり精密す
ぎると、ラビリンス・シール面の歯の先端は、軸が回転
する際にこの軸の表面１９との高速の接触により急速に
摩耗する。
【００１０】本発明によればラビリンス・シール１０
は、空洞１６内にシールの各壁と空洞の各壁との間に中
間圧力室２４を形成するすきまを置いてはまる寸法にし
てある。高圧室１３及び低圧室１４に隣接するシールの
互いに対向する壁面２５，２６は、それぞれ中間圧室及
び高圧室内の各圧力により圧力的につりあっている。中
間圧室には、この中間室内への高圧ガスの入口を制限す
る制御した寸法を持つ所定の入口漏れ径路２７によって
ガス圧力を加えるのが有利である。中間圧室の出口２９
では、シール及び空洞壁２１間で作用する丘部３０は中
間圧室から低圧室１４に向かうガスの漏れを制御する。
従ってシールに作用する軸線方向に向く力は実質的に互
いに等しくなり、軸１１の表面１９とラビリンス・シー
ル面１７の歯の先端との間に精密な許容すきまを保ちな
がらシールを軸１１と共に半径方向に浮動させる。
は、空洞１６内にシールの各壁と空洞の各壁との間に中
間圧力室２４を形成するすきまを置いてはまる寸法にし
てある。高圧室１３及び低圧室１４に隣接するシールの
互いに対向する壁面２５，２６は、それぞれ中間圧室及
び高圧室内の各圧力により圧力的につりあっている。中
間圧室には、この中間室内への高圧ガスの入口を制限す
る制御した寸法を持つ所定の入口漏れ径路２７によって
ガス圧力を加えるのが有利である。中間圧室の出口２９
では、シール及び空洞壁２１間で作用する丘部３０は中
間圧室から低圧室１４に向かうガスの漏れを制御する。
従ってシールに作用する軸線方向に向く力は実質的に互
いに等しくなり、軸１１の表面１９とラビリンス・シー
ル面１７の歯の先端との間に精密な許容すきまを保ちな
がらシールを軸１１と共に半径方向に浮動させる。
【００１１】本例では従来のラビリンス・ガス・シール
とは異なって、シール１０の好適とする形状では、米国
特許第４，９７６，４４４号明細書に記載してある熱可
塑性ポリ（アミド−イミド）又はポリ（エーテルエーテ
ルケトン）材料の一方のような軽量でしかも耐摩耗性の
材料から成る本体３１を備えている。これ等の材料は、
こすれ摩耗に対する抵抗性が高く、アルミニウムの比重
の約半分の比重を持ち重量が軽くしかも又アルミニウム
に対し高い強度を持つことが望ましい。構造的にはシー
ル本体３１は、リング形（図６参照）であり軸線方向に
互いに間隔を置いた大体半径方向に延びる高圧及び低圧
の端部壁２５，２６を備える。ラビリンス・シール面１
７は、それぞれ端部壁２５，２６の半径方向内側の縁部
３４，３５の間で本体３１の内側面３３の一部分に沿い
ほぼ軸線方向に延びる。それぞれ端部壁２５，２６の外
縁部３６，３７の間で本体３１の外壁３９が軸線方向に
延びている。
とは異なって、シール１０の好適とする形状では、米国
特許第４，９７６，４４４号明細書に記載してある熱可
塑性ポリ（アミド−イミド）又はポリ（エーテルエーテ
ルケトン）材料の一方のような軽量でしかも耐摩耗性の
材料から成る本体３１を備えている。これ等の材料は、
こすれ摩耗に対する抵抗性が高く、アルミニウムの比重
の約半分の比重を持ち重量が軽くしかも又アルミニウム
に対し高い強度を持つことが望ましい。構造的にはシー
ル本体３１は、リング形（図６参照）であり軸線方向に
互いに間隔を置いた大体半径方向に延びる高圧及び低圧
の端部壁２５，２６を備える。ラビリンス・シール面１
７は、それぞれ端部壁２５，２６の半径方向内側の縁部
３４，３５の間で本体３１の内側面３３の一部分に沿い
ほぼ軸線方向に延びる。それぞれ端部壁２５，２６の外
縁部３６，３７の間で本体３１の外壁３９が軸線方向に
延びている。
【００１２】図１に示すようにシール本体３１の寸法
は、シール・アセンブリ１０の壁２５，２６，３９と空
洞１６の壁２０，２１，２３との間のすきまが中間圧室
２４を形成するようにしてある。この室内の圧力は、軸
がその正規の軸線１５に対し偏心して回転するときに、
シール本体の端部壁２５，２６に作用する得られる軸線
方向に向いた力がラビリンス面１７と軸１１の外側密封
面１９との間に生ずる半径方向に向いた力にわずかな反
力を加えるように制御する。軸１１がラビリンス面の歯
の先端に対し回転する際に、ハウジング１２の側壁２１
に固定したピン３８（図７及び８参照）はシール本体が
空洞１６内で軸１１と一緒には回転しないようにする。
ピン３８は壁２１からシール本体３１の外壁３９の穴か
ら半径方向内方に形成したＵ字形みぞ穴４２内に軸線方
向に延びる。みぞ穴４２の軸線方向深さはピン３８の長
さより大きい。従ってシール本体３１は、軸の外面に沿
い自由に有効に浮動し、軸１１の外面１９とラビリンス
面１７の歯の先端との間に極めて精密な許容すきまを保
ちながら空洞１６内で半径方向に動くか回転はしない。
１０ないし２０ミルの程度場合により３０ないし４０ミ
ルの範囲のすきまを必要とする固定の金属質ラビリンス
・シールに対する従来の許容すきまとは異なって、本発
明では零ないし１又は２ミルの程度の許容すきまが考え
られる。このようなすきまは、軸を支える各軸受間の空
間内のシールの場所に従って、回転中に４０ミル（０．
０４ｉｎ）にもなる軸１１の半径方向の片寄りよりかな
り小さいのはもちろんである。
は、シール・アセンブリ１０の壁２５，２６，３９と空
洞１６の壁２０，２１，２３との間のすきまが中間圧室
２４を形成するようにしてある。この室内の圧力は、軸
がその正規の軸線１５に対し偏心して回転するときに、
シール本体の端部壁２５，２６に作用する得られる軸線
方向に向いた力がラビリンス面１７と軸１１の外側密封
面１９との間に生ずる半径方向に向いた力にわずかな反
力を加えるように制御する。軸１１がラビリンス面の歯
の先端に対し回転する際に、ハウジング１２の側壁２１
に固定したピン３８（図７及び８参照）はシール本体が
空洞１６内で軸１１と一緒には回転しないようにする。
ピン３８は壁２１からシール本体３１の外壁３９の穴か
ら半径方向内方に形成したＵ字形みぞ穴４２内に軸線方
向に延びる。みぞ穴４２の軸線方向深さはピン３８の長
さより大きい。従ってシール本体３１は、軸の外面に沿
い自由に有効に浮動し、軸１１の外面１９とラビリンス
面１７の歯の先端との間に極めて精密な許容すきまを保
ちながら空洞１６内で半径方向に動くか回転はしない。
１０ないし２０ミルの程度場合により３０ないし４０ミ
ルの範囲のすきまを必要とする固定の金属質ラビリンス
・シールに対する従来の許容すきまとは異なって、本発
明では零ないし１又は２ミルの程度の許容すきまが考え
られる。このようなすきまは、軸を支える各軸受間の空
間内のシールの場所に従って、回転中に４０ミル（０．
０４ｉｎ）にもなる軸１１の半径方向の片寄りよりかな
り小さいのはもちろんである。
【００１３】空洞１６内のシール・アセンブリ１０の有
効圧力のつりあい平衡が得られるように、それぞれ高圧
及び低圧の端部壁２５，２６に圧力のつりあった表面を
設け、高圧室１３の方に向かい低圧端部壁に作用する全
力が低圧室１４の方に向かい高圧端部壁２５に作用する
全力に実際上等しくなるようにする。図１に示した実施
例では高圧端部壁２５は、シール本体３１及びシール空
洞側壁２０の間で環状みぞ４１内に納めたＯリング４０
を備えている。Ｏリング４０は一部は入口漏れ制御部材
として作用する。この制御部材は、通常シール本体３１
の端部壁２５と空洞壁２０との間から中間圧室２４内に
高圧ガスが流入しないようにする。端部壁２５でＯリン
グ４０の半径方向内方に内部圧力面４３を形成してあ
る。この面（図１にこの参照数字を付けた中括弧により
示してある）は高圧ガス室中に存在する一層高いガス圧
力Ｐ1に露出する。高圧端部壁２５にはＯリングの半径
方向外方に外面４４を設けてある。外面４４は、中間圧
室２４内に存在する中間ガス圧力Ｐ3に露出する。この
中間圧力Ｐ3は又低圧端部壁２６にただし環状丘部３０
の半径方向外方に作用する。丘部３０は、シール本体３
１の低圧端部に一体に形成されこの端部から空洞壁２１
に向かい低圧端部壁２６の内縁部３５の隣接部から突出
している。
効圧力のつりあい平衡が得られるように、それぞれ高圧
及び低圧の端部壁２５，２６に圧力のつりあった表面を
設け、高圧室１３の方に向かい低圧端部壁に作用する全
力が低圧室１４の方に向かい高圧端部壁２５に作用する
全力に実際上等しくなるようにする。図１に示した実施
例では高圧端部壁２５は、シール本体３１及びシール空
洞側壁２０の間で環状みぞ４１内に納めたＯリング４０
を備えている。Ｏリング４０は一部は入口漏れ制御部材
として作用する。この制御部材は、通常シール本体３１
の端部壁２５と空洞壁２０との間から中間圧室２４内に
高圧ガスが流入しないようにする。端部壁２５でＯリン
グ４０の半径方向内方に内部圧力面４３を形成してあ
る。この面（図１にこの参照数字を付けた中括弧により
示してある）は高圧ガス室中に存在する一層高いガス圧
力Ｐ1に露出する。高圧端部壁２５にはＯリングの半径
方向外方に外面４４を設けてある。外面４４は、中間圧
室２４内に存在する中間ガス圧力Ｐ3に露出する。この
中間圧力Ｐ3は又低圧端部壁２６にただし環状丘部３０
の半径方向外方に作用する。丘部３０は、シール本体３
１の低圧端部に一体に形成されこの端部から空洞壁２１
に向かい低圧端部壁２６の内縁部３５の隣接部から突出
している。
【００１４】丘部３０の半径方向面と空洞壁２１との間
には、中間圧室２４の圧力制御出口２９（図９に詳細に
示してある）を仕切ってある。出口２９の幅は、圧力Ｐ
1、Ｐ3の差の値に従って軸線方向に調整自在である。具
体的に述べると、丘部３０Ｐの内縁部３５と外縁部３７
（図１参照）との間の半径方向の低圧端部壁２６の区域
は中間圧面４３を形成する。シール１０に作用する軸線
方向に向いた各圧力をつりあわせるには、高圧端部壁２
５の外面４４の面積を内面４３の面積を越える選定した
量だけ越えるように中間圧面４５の面積を選定する。タ
ーボ機械の正規の運転のために圧力Ｐ1、Ｐ2の差の範囲
の値は、中間圧面４５の面積の超過の程度を指示する。
一般にたとえば高圧Ｐ1及び低圧Ｐ2の間の低い方の差に
よっては、圧力Ｐ1、Ｐ2の高い方の差に対する出口の幅
よりわずかに小さい軸線方向幅を持つ出口２９が生ず
る。このために丘部３０はラビリンス歯の先端の半径方
向内側に位置させるのがよい。しかし、丘部３０の面を
除いた中間圧面４５の面積は内側圧力面４３及び外側圧
力面４４の各面積の和より小さくないことが必要である
ことが最小限重要である。このようにして丘部３０の面
を横切りＰ1からＰ2への圧力の転移の結果、圧縮機の始
動時に出口２９が確実に開くようになる。実際上、丘部
の外縁部は、丘部の面を除いた中間圧面の面積が各圧力
面４３，４４の面積の和に等しくなるようにそして丘部
の面に作用する転移圧力によりシール本体３１を出口２
９の穴を移動させるように位置させる。丘部は、軸１１
に形成した肩部４６によりラビリンス歯の半径方向内方
に突出させることができる。肩部４６は壁２１から軸線
方向に間隔を隔て直径を細くした区間４７まで半径方向
内方に延びている。この構造では、始動時の回転と共に
Ｐ3がＰ1に等しくＰ2より高いときに丘部が上昇して空
洞側壁２１から離れるものとする。図１に示すように空
洞２４に対する圧力入口は漏れ径路すなわち穴２７であ
る。この場合穴２７は、流れ制御のために所定の横断面
寸法を持ち高圧室１３及び中間圧室２４の間を連通させ
る。本発明のこの実施例では穴２７は、シール本体３１
を貫いて高圧端部壁２５の内側圧力面４３に位置する入
口から外壁３９の出口まで延びている。このシールの構
造では穴２７の直径は、丘部３０の面が上昇し空洞側壁
２１から０．００１ないし０．００２インチを越えない
量だけ又は与えられた用途に対し各表面間の摩耗を伴う
接触を避けるようなその他の量だけ離れるように選定す
る。
には、中間圧室２４の圧力制御出口２９（図９に詳細に
示してある）を仕切ってある。出口２９の幅は、圧力Ｐ
1、Ｐ3の差の値に従って軸線方向に調整自在である。具
体的に述べると、丘部３０Ｐの内縁部３５と外縁部３７
（図１参照）との間の半径方向の低圧端部壁２６の区域
は中間圧面４３を形成する。シール１０に作用する軸線
方向に向いた各圧力をつりあわせるには、高圧端部壁２
５の外面４４の面積を内面４３の面積を越える選定した
量だけ越えるように中間圧面４５の面積を選定する。タ
ーボ機械の正規の運転のために圧力Ｐ1、Ｐ2の差の範囲
の値は、中間圧面４５の面積の超過の程度を指示する。
一般にたとえば高圧Ｐ1及び低圧Ｐ2の間の低い方の差に
よっては、圧力Ｐ1、Ｐ2の高い方の差に対する出口の幅
よりわずかに小さい軸線方向幅を持つ出口２９が生ず
る。このために丘部３０はラビリンス歯の先端の半径方
向内側に位置させるのがよい。しかし、丘部３０の面を
除いた中間圧面４５の面積は内側圧力面４３及び外側圧
力面４４の各面積の和より小さくないことが必要である
ことが最小限重要である。このようにして丘部３０の面
を横切りＰ1からＰ2への圧力の転移の結果、圧縮機の始
動時に出口２９が確実に開くようになる。実際上、丘部
の外縁部は、丘部の面を除いた中間圧面の面積が各圧力
面４３，４４の面積の和に等しくなるようにそして丘部
の面に作用する転移圧力によりシール本体３１を出口２
９の穴を移動させるように位置させる。丘部は、軸１１
に形成した肩部４６によりラビリンス歯の半径方向内方
に突出させることができる。肩部４６は壁２１から軸線
方向に間隔を隔て直径を細くした区間４７まで半径方向
内方に延びている。この構造では、始動時の回転と共に
Ｐ3がＰ1に等しくＰ2より高いときに丘部が上昇して空
洞側壁２１から離れるものとする。図１に示すように空
洞２４に対する圧力入口は漏れ径路すなわち穴２７であ
る。この場合穴２７は、流れ制御のために所定の横断面
寸法を持ち高圧室１３及び中間圧室２４の間を連通させ
る。本発明のこの実施例では穴２７は、シール本体３１
を貫いて高圧端部壁２５の内側圧力面４３に位置する入
口から外壁３９の出口まで延びている。このシールの構
造では穴２７の直径は、丘部３０の面が上昇し空洞側壁
２１から０．００１ないし０．００２インチを越えない
量だけ又は与えられた用途に対し各表面間の摩耗を伴う
接触を避けるようなその他の量だけ離れるように選定す
る。
【００１５】使用時に前記したシール・アセンブリ１０
では空洞２４の側壁２０，２１間のシール本体３１のつ
りあいによりハウジング１２内の半径方向の移動に対す
るシールの抵抗を有効になくす。半径方向移動に対する
わずかな抵抗は単に、みぞ４１の底部と空洞壁２０との
間にＯリング４０を挾み付けることによって生ずるだけ
である。具体的には、空洞内のシール・アセンブリ１０
がつりあい状態になると、穴２７を通る流れにより空洞
２４内の中間圧力Ｐ3を内側圧力面４３に作用する高圧
Ｐ1とＯリング４０の締付けに対する抵抗との複合力に
打勝たせる。穴２７を通る空洞２４内への流れが空洞２
４から出口２９を経て出る流れとつりあうと、平衡状態
が生ずる。従って軸１１が回転しながら半径方向に移動
すると、シールは軸１１と共に移動しラビリンス面１７
の各歯の先端間の摩耗を伴う接触を避ける。
では空洞２４の側壁２０，２１間のシール本体３１のつ
りあいによりハウジング１２内の半径方向の移動に対す
るシールの抵抗を有効になくす。半径方向移動に対する
わずかな抵抗は単に、みぞ４１の底部と空洞壁２０との
間にＯリング４０を挾み付けることによって生ずるだけ
である。具体的には、空洞内のシール・アセンブリ１０
がつりあい状態になると、穴２７を通る流れにより空洞
２４内の中間圧力Ｐ3を内側圧力面４３に作用する高圧
Ｐ1とＯリング４０の締付けに対する抵抗との複合力に
打勝たせる。穴２７を通る空洞２４内への流れが空洞２
４から出口２９を経て出る流れとつりあうと、平衡状態
が生ずる。従って軸１１が回転しながら半径方向に移動
すると、シールは軸１１と共に移動しラビリンス面１７
の各歯の先端間の摩耗を伴う接触を避ける。
【００１６】シール・アセンブリ１０の第１の変型を図
２及び３に示すが、図１及び６に示した実施例について
述べる同様な機能部品に対し、参照数字として同じ１０
位及び１位の数字を利用する２００代の参照数字で表わ
してある。付加的な変型を図４及び５について述べるが
これ等の図で対応部品をそれぞれ４００代及び５００代
の参照数字で同様に表わしてある。
２及び３に示すが、図１及び６に示した実施例について
述べる同様な機能部品に対し、参照数字として同じ１０
位及び１位の数字を利用する２００代の参照数字で表わ
してある。付加的な変型を図４及び５について述べるが
これ等の図で対応部品をそれぞれ４００代及び５００代
の参照数字で同様に表わしてある。
【００１７】図２及び３に示した本発明の変型ではシー
ル２１０の構造の主な違いは本体２３１の内側面２３３
の構造である。ラビリンス２１７の下流側には、軸２１
１の外面２１９に支持接触する流体動力学的支持区間２
４９がある。支持区間２４９はラビリンス歯の先端の直
径に直径が実質的に等しい。このようにして図２の実施
例はシール２１０の軸２１１に対する付加的な半径方向
心合せ作用とシール２１０の内面及び軸の間のガスの漏
れとを生ずる。
ル２１０の構造の主な違いは本体２３１の内側面２３３
の構造である。ラビリンス２１７の下流側には、軸２１
１の外面２１９に支持接触する流体動力学的支持区間２
４９がある。支持区間２４９はラビリンス歯の先端の直
径に直径が実質的に等しい。このようにして図２の実施
例はシール２１０の軸２１１に対する付加的な半径方向
心合せ作用とシール２１０の内面及び軸の間のガスの漏
れとを生ずる。
【００１８】支持区間２４９内の流体動力学的半径方向
心合せにさらに役立つ図２に示した実施例の特徴はなお
とくに図３に示してある。この特徴によれば室２１３か
らの高圧は軸２１１に対するシール２１０の心合せに役
立てるのに利用する。このことは、高圧室２１３及び支
持区間２４９の間を連通させる若干の高圧漏れ径路２５
０を設けることによって行われる。具体的には４ないし
８条の径路を設けシール２１０内で角度的に等しい間隔
を隔てる。高圧漏れ径路２５０の１つは、全部を表わす
ものとして図３に示され、シールの高圧壁２２５の圧力
内面２４３から軸線方向に延びる脚穴と、この軸線向脚
の内端部に外端部を連結した半径方向に延びる脚（図１
０参照）とを備えている。この半径方向脚の内端部は流
体静力学的心合せポケット２５１に開口している。図１
０に示すようにこのポケットは軸線方向に向いた幅より
大きい距離にわたり円周方向に延びている（図３と比較
して）。１つのこのようなポケット２５１が各径路２５
０に対し存在し、隣接ポケットの円周方向端部も又支持
面２４９内で軸２１１の軸線２１５のまわりに相互に角
度的に等しい間隔を置いている。すなわち高圧径路２５
０は高圧室２１３から心合せポケットに圧力流を送出し
軸が回転する際にこの軸に対しシール２１０を半径方向
に心合せする。シール２１０は、図１に述べた実施例と
同じようにして空洞２１６内で回転しないようにピン止
めする。
心合せにさらに役立つ図２に示した実施例の特徴はなお
とくに図３に示してある。この特徴によれば室２１３か
らの高圧は軸２１１に対するシール２１０の心合せに役
立てるのに利用する。このことは、高圧室２１３及び支
持区間２４９の間を連通させる若干の高圧漏れ径路２５
０を設けることによって行われる。具体的には４ないし
８条の径路を設けシール２１０内で角度的に等しい間隔
を隔てる。高圧漏れ径路２５０の１つは、全部を表わす
ものとして図３に示され、シールの高圧壁２２５の圧力
内面２４３から軸線方向に延びる脚穴と、この軸線向脚
の内端部に外端部を連結した半径方向に延びる脚（図１
０参照）とを備えている。この半径方向脚の内端部は流
体静力学的心合せポケット２５１に開口している。図１
０に示すようにこのポケットは軸線方向に向いた幅より
大きい距離にわたり円周方向に延びている（図３と比較
して）。１つのこのようなポケット２５１が各径路２５
０に対し存在し、隣接ポケットの円周方向端部も又支持
面２４９内で軸２１１の軸線２１５のまわりに相互に角
度的に等しい間隔を置いている。すなわち高圧径路２５
０は高圧室２１３から心合せポケットに圧力流を送出し
軸が回転する際にこの軸に対しシール２１０を半径方向
に心合せする。シール２１０は、図１に述べた実施例と
同じようにして空洞２１６内で回転しないようにピン止
めする。
【００１９】図４は、回転軸４１１に対するシール４１
０の心合せを向上するようにした本発明の他の実施例を
示す。この実施例ではシール本体４３１の内面４３３
は、ラビリンス面４１７のすぐ下流側に始まるテーパ付
き区間４５３を備えている。この区間は、開始端部から
軸４１１の外面４１９に向かい半径方向内方にテーパを
付けてある。この開始端部は、軸肩部４４６の上流側に
隣接する軸４１１の外面４１９に対して実際上零のすき
まを持つ軸外面に最も密接に近接した部分までのラビリ
ンス区間の歯の深さの中間である。テーパ付き区間４５
３により仕切られた先狭まり区域内への流れは、ラビリ
ンス面の各歯の先端間のわずかな付加的すきまにより生
ずる。
０の心合せを向上するようにした本発明の他の実施例を
示す。この実施例ではシール本体４３１の内面４３３
は、ラビリンス面４１７のすぐ下流側に始まるテーパ付
き区間４５３を備えている。この区間は、開始端部から
軸４１１の外面４１９に向かい半径方向内方にテーパを
付けてある。この開始端部は、軸肩部４４６の上流側に
隣接する軸４１１の外面４１９に対して実際上零のすき
まを持つ軸外面に最も密接に近接した部分までのラビリ
ンス区間の歯の深さの中間である。テーパ付き区間４５
３により仕切られた先狭まり区域内への流れは、ラビリ
ンス面の各歯の先端間のわずかな付加的すきまにより生
ずる。
【００２０】本発明のわずかに異なる実施例を図５に例
示してある。図５では、図１ないし４の対応部品を示す
のに使った同じ１０位及び１位の数字を５００に加えて
対応部品を表わしてある。図５の実施例では図１に示し
た漏れ穴２７のような１定寸法のバイパス漏れ穴を使わ
ないで、高圧室５１３及び中間圧室５２４の間に可変寸
法の漏れ通路５５４を設けてある。通路５５４は、環状
の突出部５５５と高圧端空洞壁５２０との間に仕切られ
る。丘部５３０の面から環状突出部５５５の面まで軸線
方向に測るとシール本体５３１の全長は各空洞壁５２
０，５２１間の軸線方向距離より、中間圧力室５２４の
入口（通路５５４を通る）と出口５２９との設計すきま
漏れの和に等しい量だけ小さい。
示してある。図５では、図１ないし４の対応部品を示す
のに使った同じ１０位及び１位の数字を５００に加えて
対応部品を表わしてある。図５の実施例では図１に示し
た漏れ穴２７のような１定寸法のバイパス漏れ穴を使わ
ないで、高圧室５１３及び中間圧室５２４の間に可変寸
法の漏れ通路５５４を設けてある。通路５５４は、環状
の突出部５５５と高圧端空洞壁５２０との間に仕切られ
る。丘部５３０の面から環状突出部５５５の面まで軸線
方向に測るとシール本体５３１の全長は各空洞壁５２
０，５２１間の軸線方向距離より、中間圧力室５２４の
入口（通路５５４を通る）と出口５２９との設計すきま
漏れの和に等しい量だけ小さい。
【００２１】図５の実施例の作用を述べると、室５１３
からの高圧ガスは漏れ通路５５４を経て流れ室５２４内
の中間圧を中間圧力面５４５に作用させる。この力が内
圧面５４３に作用する高圧力の軸線方向の力に打勝つと
きは、シール本体５３１は図５の右方に移動して丘部５
３０を空洞壁５２１から遠ざかる向きに動かすことによ
り、中間圧室５２４内の圧力を下げる。最終的に、図１
のシール１０の作動時に平衡状態が生ずるのと同じよう
にして、各空洞壁５２０，５２１間にシール本体５３１
を位置決めする際に平衡状態が生ずる。平衡状態に達す
ると少量の流れが各空洞壁と丘部及び突出部との間を通
りシール及びハウジング５１２間に接触が生じない。
からの高圧ガスは漏れ通路５５４を経て流れ室５２４内
の中間圧を中間圧力面５４５に作用させる。この力が内
圧面５４３に作用する高圧力の軸線方向の力に打勝つと
きは、シール本体５３１は図５の右方に移動して丘部５
３０を空洞壁５２１から遠ざかる向きに動かすことによ
り、中間圧室５２４内の圧力を下げる。最終的に、図１
のシール１０の作動時に平衡状態が生ずるのと同じよう
にして、各空洞壁５２０，５２１間にシール本体５３１
を位置決めする際に平衡状態が生ずる。平衡状態に達す
ると少量の流れが各空洞壁と丘部及び突出部との間を通
りシール及びハウジング５１２間に接触が生じない。
【００２２】すなわち以上述べた各実施例から明らかな
ように本発明によれば、とくに、シール及び軸の間に一
層精密な許容はめあいを可能にすることによりしかも軸
の振動によるシールに生ずる通常の損傷を伴わないで高
圧室及び低圧室間に高度の密封作用が得られるようにし
た新規なラビリンス・シールが得られる。
ように本発明によれば、とくに、シール及び軸の間に一
層精密な許容はめあいを可能にすることによりしかも軸
の振動によるシールに生ずる通常の損傷を伴わないで高
圧室及び低圧室間に高度の密封作用が得られるようにし
た新規なラビリンス・シールが得られる。
【図１】本発明の１実施例によるシール・アセンブリの
部分縦断面図である。
部分縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す図１と同様な部分縦
断面図である。
断面図である。
【図３】図２に対して回転した半径面に沿う図２の実施
例の部分縦断面図である。
例の部分縦断面図である。
【図４】本発明の別の実施例の図１と同様な部分縦断面
図である。
図である。
【図５】本発明のなお別の実施例の図１と同様な部分縦
断面図である。
断面図である。
【図６】図１に示したシールを一部を切欠いて示す斜視
図である。
図である。
【図７】図１の７−７線に沿う断面図である。
【図８】図７の８−８線に沿う断面図である。
【図９】図１に示した区域９の拡大縦断面図である。
１０ シール・アセンブリ １１ 軸 １３ 高圧室 １４ 低圧室 １５ 縦方向軸線 １６ 環状の空洞 １７ ラビリンス・シール面 １９ 軸シール面 ２０ 高圧側壁（空洞壁） ２１ 低圧側壁（空洞壁） ２３ 外壁 ２４ 中間圧室 ２５ 高圧端部壁 ２６ 低圧端部壁 ３０ 圧力制御面（環状丘部） ３１ シール本体 ４０ 入口制御部材（Ｏリング）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年８月１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 ラビリンス・シール・アセンブリ、ガ
ス・シール及び自由浮動ラビリンス・ガス・シール
ス・シール及び自由浮動ラビリンス・ガス・シール
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に回転軸に対し密封
するラビリンス・シールすなわちシール・アセンブリに
関する。ことに本発明は、圧縮性流体ターボ機械の高圧
及び低圧の区域間のガスの漏れを密封するのに使われる
ようなラビリンス・シールに関する。
するラビリンス・シールすなわちシール・アセンブリに
関する。ことに本発明は、圧縮性流体ターボ機械の高圧
及び低圧の区域間のガスの漏れを密封するのに使われる
ようなラビリンス・シールに関する。
【０００２】
【発明の背景】高速遠心圧縮機のような圧縮性流体ター
ボ機械では、高圧及び低圧の区域間の圧縮ガスの漏れを
できるだけ低い値に保つことが機械の効率に重要であ
る。このことは、軸自体がハウジングの支持体を貫いて
高圧区域から低圧区域まで延びる圧縮機羽根車を支える
回転軸についてとくにいえる。従来の構造の１例では環
形成のシール本体をハウジングの環状くぼみ内に取付け
ている。羽根車軸は、シール本体を貫いて延びこのシー
ル本体のラビリンス部分が軸と軸の密封作用面との間で
作用し高圧ガスが軸に沿い低圧区域に漏れないようにす
る。圧縮機の運転条件により高圧及び低圧の区域間の一
層高い差動圧力を生じ軸の回転速度が増すに伴い、漏れ
を許容限度内に保つにはラビリンス・シールと軸との密
封面間に一層精密な公差が必要になる。しかし軸が回転
する際にこの軸の振動が許容公差を越え軸をシールに押
しつけて摩耗させラビリンス・シールの早期故障を生ず
るので、一層精密な公差が必要となり問題がある。
ボ機械では、高圧及び低圧の区域間の圧縮ガスの漏れを
できるだけ低い値に保つことが機械の効率に重要であ
る。このことは、軸自体がハウジングの支持体を貫いて
高圧区域から低圧区域まで延びる圧縮機羽根車を支える
回転軸についてとくにいえる。従来の構造の１例では環
形成のシール本体をハウジングの環状くぼみ内に取付け
ている。羽根車軸は、シール本体を貫いて延びこのシー
ル本体のラビリンス部分が軸と軸の密封作用面との間で
作用し高圧ガスが軸に沿い低圧区域に漏れないようにす
る。圧縮機の運転条件により高圧及び低圧の区域間の一
層高い差動圧力を生じ軸の回転速度が増すに伴い、漏れ
を許容限度内に保つにはラビリンス・シールと軸との密
封面間に一層精密な公差が必要になる。しかし軸が回転
する際にこの軸の振動が許容公差を越え軸をシールに押
しつけて摩耗させラビリンス・シールの早期故障を生ず
るので、一層精密な公差が必要となり問題がある。
【０００３】
【発明の概要】一般に本発明は、ターボガス圧縮機の高
圧及び低圧の各区域間のガスの漏れに対し比較的長い使
用寿命にわたり、固定のラビリンス・シールの使用によ
って従来得られたよりも一層有効に密封するように新規
な構造に構成したラビリンスシール及びアセンブリを提
供するものである。具体的には、シール本体のラビリン
ス部分と軸の密封面との間に、軸密封面に隣接してラビ
リンス・シールを自由に浮動するように構成することに
より一層精密な許容公差を設けて、軸がその正常な回転
運動から半径方向にそれる際に、ラビリンス・シール自
体が軸シール面で支えられるようにする。
圧及び低圧の各区域間のガスの漏れに対し比較的長い使
用寿命にわたり、固定のラビリンス・シールの使用によ
って従来得られたよりも一層有効に密封するように新規
な構造に構成したラビリンスシール及びアセンブリを提
供するものである。具体的には、シール本体のラビリン
ス部分と軸の密封面との間に、軸密封面に隣接してラビ
リンス・シールを自由に浮動するように構成することに
より一層精密な許容公差を設けて、軸がその正常な回転
運動から半径方向にそれる際に、ラビリンス・シール自
体が軸シール面で支えられるようにする。
【０００４】本発明は、ことに、ターボ機械の高圧区域
及び低圧区域の間のシール空洞内にはまりラビリンス・
シール及びシール空洞の間のガスの制御された浮遊漏れ
を利用して空洞の互いに対向する壁の間にシールを実質
的につりあった状態に支えることにより、ラビリンス・
シールを軸により自由に半径方向に浮動させて、軸の密
封面にラビリンス面を近接した状態に保ちながら軸及び
シール間の接触を避けるようにしたラビリンス・シール
の構造を特徴とする。
及び低圧区域の間のシール空洞内にはまりラビリンス・
シール及びシール空洞の間のガスの制御された浮遊漏れ
を利用して空洞の互いに対向する壁の間にシールを実質
的につりあった状態に支えることにより、ラビリンス・
シールを軸により自由に半径方向に浮動させて、軸の密
封面にラビリンス面を近接した状態に保ちながら軸及び
シール間の接触を避けるようにしたラビリンス・シール
の構造を特徴とする。
【０００５】本発明の１実施例では高圧区域からの浮遊
漏れは、高圧区域とラビリンス・シール及び各空洞壁間
のすきまにより仕切られた中間圧室との間を連通させる
所定寸法の漏れ径路により制御する。Ｏリングはラビリ
ンス・シールと高圧区域に隣接する空洞壁との間で作用
し、漏れ径路を通る以外の中間圧の室内に流入する高圧
ガスに対し密封する。低圧区域に隣接して丘部は空洞の
壁とシール本体との間で作用し中間圧室からのガスの流
出を制御する。すなわちこのラビリンス・シールは、各
空洞壁間で空洞内につりあった状態に支えられ丘部及び
隣接空洞壁の間のガス流によりクッション作用を受け、
対向壁によりＯリングに締付作用を及ぼす。
漏れは、高圧区域とラビリンス・シール及び各空洞壁間
のすきまにより仕切られた中間圧室との間を連通させる
所定寸法の漏れ径路により制御する。Ｏリングはラビリ
ンス・シールと高圧区域に隣接する空洞壁との間で作用
し、漏れ径路を通る以外の中間圧の室内に流入する高圧
ガスに対し密封する。低圧区域に隣接して丘部は空洞の
壁とシール本体との間で作用し中間圧室からのガスの流
出を制御する。すなわちこのラビリンス・シールは、各
空洞壁間で空洞内につりあった状態に支えられ丘部及び
隣接空洞壁の間のガス流によりクッション作用を受け、
対向壁によりＯリングに締付作用を及ぼす。
【０００６】１変型では漏れ径路は、シール本体と高圧
室に隣接する空洞壁との間で作用する第２の環状丘部に
より仕切る。
室に隣接する空洞壁との間で作用する第２の環状丘部に
より仕切る。
【０００７】本発明の前記の又その他の利点は添付図面
により以下に好適な実施例について詳細に説明する。
により以下に好適な実施例について詳細に説明する。
【０００８】
【実施例】例示のために図面に示したように、本発明は
遠心圧縮機のようなターボ機械（図示してない）に使う
のにとくに適したラビリンス・シールすなわちシール・
アセンブリ１０にある。このシール・アセンブリ１０
は、ターボ機械のハウジング１２内で高圧室１３及び低
圧室１４の間に延びる回転できる軸１１に沿う過度のガ
ス漏れを密封するのに使う。本発明の好適な構造は、構
造上の詳細を一層明らかに示すようにシール・アセンブ
リ１０の拡大横断面である図１に例示してある。羽根車
軸１１は回転軸線１５を持ち、密封アセンブリの各部品
は軸線１５に同心である。図示のようにシール・アセン
ブリ１０は、環状の空洞すなわちシール空洞１６内に位
置し羽根車軸（以下単に軸と呼ぶ）１１の外面１９に密
封状態で接触する環状の内側ラビリンス面１７を持つ。
空洞１６は、ターボ機械ハウジング内の環状みぞとして
有効に形成され、軸線方向に互いに間隔を隔てた側壁２
０，２１とこれ等の間で軸１１に対し同心に延びる外壁
２３とを備えている。空洞１６の軸線方向内方に（図１
の右方に向かい）軸１１の外面１９とハウジング１２と
の間に、高圧室１３を位置させてある。高圧室１３は、
典型的には圧縮機の羽根車（図示してない）からの高圧
の放出ガスに連通した圧力にある。空洞１６の軸線方向
外方に（図１の左方に向かい）軸１１の外面１９とハウ
ジング１２との間に低圧室１４を位置させてある。この
低圧室１４内の圧力はたとえば多段圧縮機のすぐ次の上
流側圧力である。
遠心圧縮機のようなターボ機械（図示してない）に使う
のにとくに適したラビリンス・シールすなわちシール・
アセンブリ１０にある。このシール・アセンブリ１０
は、ターボ機械のハウジング１２内で高圧室１３及び低
圧室１４の間に延びる回転できる軸１１に沿う過度のガ
ス漏れを密封するのに使う。本発明の好適な構造は、構
造上の詳細を一層明らかに示すようにシール・アセンブ
リ１０の拡大横断面である図１に例示してある。羽根車
軸１１は回転軸線１５を持ち、密封アセンブリの各部品
は軸線１５に同心である。図示のようにシール・アセン
ブリ１０は、環状の空洞すなわちシール空洞１６内に位
置し羽根車軸（以下単に軸と呼ぶ）１１の外面１９に密
封状態で接触する環状の内側ラビリンス面１７を持つ。
空洞１６は、ターボ機械ハウジング内の環状みぞとして
有効に形成され、軸線方向に互いに間隔を隔てた側壁２
０，２１とこれ等の間で軸１１に対し同心に延びる外壁
２３とを備えている。空洞１６の軸線方向内方に（図１
の右方に向かい）軸１１の外面１９とハウジング１２と
の間に、高圧室１３を位置させてある。高圧室１３は、
典型的には圧縮機の羽根車（図示してない）からの高圧
の放出ガスに連通した圧力にある。空洞１６の軸線方向
外方に（図１の左方に向かい）軸１１の外面１９とハウ
ジング１２との間に低圧室１４を位置させてある。この
低圧室１４内の圧力はたとえば多段圧縮機のすぐ次の上
流側圧力である。
【０００９】高圧室１３から低圧室１４に軸１１に沿っ
てガスが漏れる程度は、主として軸１１及びシール・ア
センブリ１０の間で利用できる漏れ径路の横断面積とそ
れぞれ高圧室１３及び低圧室１４に存在する圧力Ｐ１及
びＰ２の差の大きさに依存する。軸の外側密封面１９に
対するラビリンス・シール面１７の同心性は、この軸が
回転する際に、高圧室１３及び低圧室１４の間に有効な
密封状態を保つのに重要な役を果たす。ラビリンス・シ
ールをハウジング内の或る半径方向位置に実質的に固定
した従来の密封構造では、ハウジング１２に対する軸１
１の半径方向の移動は、ラビリンス・シール面１７及び
軸１１の間の動きばめの精密度に及ぼす影響を制限す
る。あまり精密すぎると、ラビリンス・シール面１７の
歯の先端は、軸１１が回転する際にこの軸の表面１９と
の高速の接触により急速に摩耗する。
てガスが漏れる程度は、主として軸１１及びシール・ア
センブリ１０の間で利用できる漏れ径路の横断面積とそ
れぞれ高圧室１３及び低圧室１４に存在する圧力Ｐ１及
びＰ２の差の大きさに依存する。軸の外側密封面１９に
対するラビリンス・シール面１７の同心性は、この軸が
回転する際に、高圧室１３及び低圧室１４の間に有効な
密封状態を保つのに重要な役を果たす。ラビリンス・シ
ールをハウジング内の或る半径方向位置に実質的に固定
した従来の密封構造では、ハウジング１２に対する軸１
１の半径方向の移動は、ラビリンス・シール面１７及び
軸１１の間の動きばめの精密度に及ぼす影響を制限す
る。あまり精密すぎると、ラビリンス・シール面１７の
歯の先端は、軸１１が回転する際にこの軸の表面１９と
の高速の接触により急速に摩耗する。
【００１０】本発明によればシール・アセンブリ１０
は、空洞１６内にシール・アセンブリの各壁と空洞の各
壁との間に中間圧力室２４を形成するすきまを置いては
まる寸法にしてある。高圧室１３及び低圧室１４に隣接
するシール・アセンブリの互いに対向する壁面２５，２
６は、それぞれ中間圧室２４及び高圧室１３内の各圧力
により圧力的につりあっている。中間圧室２４には、こ
の中間圧室２４内への高圧ガスの流入を制限する制御し
た寸法を持つ所定の入口漏れ径路２７によってガス圧力
を加えるのが有利である。中間圧室２４の出口２９で
は、シール及び空洞壁２１間で作用する丘部３０は中間
圧室２４から低圧室１４に向かうガスの漏れを制御す
る。従ってシール・アセンブリ１０に作用する軸線方向
に向く力は実質的に互いに等しくなり、軸１１の表面１
９とラビリンス・シール面１７の歯の先端との間に精密
な許容すきまを保ちながらシール・アセンブリ１０を軸
１１と共に半径方向に浮動させる。
は、空洞１６内にシール・アセンブリの各壁と空洞の各
壁との間に中間圧力室２４を形成するすきまを置いては
まる寸法にしてある。高圧室１３及び低圧室１４に隣接
するシール・アセンブリの互いに対向する壁面２５，２
６は、それぞれ中間圧室２４及び高圧室１３内の各圧力
により圧力的につりあっている。中間圧室２４には、こ
の中間圧室２４内への高圧ガスの流入を制限する制御し
た寸法を持つ所定の入口漏れ径路２７によってガス圧力
を加えるのが有利である。中間圧室２４の出口２９で
は、シール及び空洞壁２１間で作用する丘部３０は中間
圧室２４から低圧室１４に向かうガスの漏れを制御す
る。従ってシール・アセンブリ１０に作用する軸線方向
に向く力は実質的に互いに等しくなり、軸１１の表面１
９とラビリンス・シール面１７の歯の先端との間に精密
な許容すきまを保ちながらシール・アセンブリ１０を軸
１１と共に半径方向に浮動させる。
【００１１】本例では従来のラビリンス・ガス・シール
とは異なって、シール・アセンブリ１０の好適とする形
状では、米国特許第４，９７６，４４４号明細書に記載
してある熱可塑性ポリ（アミド−イミド）又はポリ（エ
ーテルエーテルケトン）材料の一方のような軽量でしか
も耐摩耗性の材料から成る本体３１を備えている。これ
等の材料は、こすれ摩耗に対する抵抗性が高く、アルミ
ニウムの比重の約半分の比重を持ち重量が軽くしかも又
アルミニウムに対し高い強度を持つことが望ましい。構
造的には本体３１は、リング形（図６参照）であり軸線
方向に互いに間隔を置いた大体半径方向に延びる高圧及
び低圧の端部壁２５，２６を備える。ラビリンス・シー
ル面１７は、それぞれ端部壁２５，２６の半径方向内側
の縁部３４，３５の間で本体３１の内側面３３の一部分
に沿いほぼ軸線方向に延びる。それぞれ端部壁２５，２
６の外縁部３６，３７の間で本体３１の外壁３９が軸線
方向に延びている。
とは異なって、シール・アセンブリ１０の好適とする形
状では、米国特許第４，９７６，４４４号明細書に記載
してある熱可塑性ポリ（アミド−イミド）又はポリ（エ
ーテルエーテルケトン）材料の一方のような軽量でしか
も耐摩耗性の材料から成る本体３１を備えている。これ
等の材料は、こすれ摩耗に対する抵抗性が高く、アルミ
ニウムの比重の約半分の比重を持ち重量が軽くしかも又
アルミニウムに対し高い強度を持つことが望ましい。構
造的には本体３１は、リング形（図６参照）であり軸線
方向に互いに間隔を置いた大体半径方向に延びる高圧及
び低圧の端部壁２５，２６を備える。ラビリンス・シー
ル面１７は、それぞれ端部壁２５，２６の半径方向内側
の縁部３４，３５の間で本体３１の内側面３３の一部分
に沿いほぼ軸線方向に延びる。それぞれ端部壁２５，２
６の外縁部３６，３７の間で本体３１の外壁３９が軸線
方向に延びている。
【００１２】図１に示すようにシール本体３１の寸法
は、シール・アセンブリ１０の壁２５，２６，３９と空
洞１６の壁２０，２１，２３との間のすきまが中間圧室
２４を形成するようにしてある。この室内の圧力は、軸
がその正規の軸線１５に対し偏心して回転するときに、
本体３１の端部壁２５，２６に作用する得られる軸線方
向に向いた力がラビリンス・シール面１７と軸１１の密
封用の外面１９との間に生ずる半径方向に向いた力にわ
ずかな反力を加えるように制御する。軸１１がラビリン
ス・シール面１７の歯の先端に対し回転する際に、ハウ
ジング１２の側壁２１に固定したピン３８（図７及び８
参照）は本体３１が空洞１６内で軸１１と一緒には回転
しないようにする。ピン３８は壁２１から本体３１の外
壁３９の穴から半径方向内方に形成したＵ字形みぞ穴４
２内に軸線方向に延びる。みぞ穴４２の軸線方向深さ
は、壁２１から突出するピン３８の長さより大きい。従
って本体３１は、軸１１の外面１９に沿い自由に有効に
浮動し、軸１１の外面１９とラビリンス・シール面１７
の歯の先端との間に極めて精密な許容すきまを保ちなが
ら空洞１６内で半径方向に動くか回転はしない。１０な
いし２０ミルの程度場合により３０ないし４０ミルの範
囲のすきまを必要とする固定の金属質ラビリンス・シー
ルに対する従来の許容すきまとは異なって、本発明では
零ないし１又は２ミルの程度の許容すきまが考えられ
る。このようなすきまは、軸を支える各軸受間の空間内
のシールの場所に従って、回転中に４０ミル（０．０４
ｉｎ）にもなる軸１１の半径方向の片寄りよりかなり小
さいのはもちろんである。
は、シール・アセンブリ１０の壁２５，２６，３９と空
洞１６の壁２０，２１，２３との間のすきまが中間圧室
２４を形成するようにしてある。この室内の圧力は、軸
がその正規の軸線１５に対し偏心して回転するときに、
本体３１の端部壁２５，２６に作用する得られる軸線方
向に向いた力がラビリンス・シール面１７と軸１１の密
封用の外面１９との間に生ずる半径方向に向いた力にわ
ずかな反力を加えるように制御する。軸１１がラビリン
ス・シール面１７の歯の先端に対し回転する際に、ハウ
ジング１２の側壁２１に固定したピン３８（図７及び８
参照）は本体３１が空洞１６内で軸１１と一緒には回転
しないようにする。ピン３８は壁２１から本体３１の外
壁３９の穴から半径方向内方に形成したＵ字形みぞ穴４
２内に軸線方向に延びる。みぞ穴４２の軸線方向深さ
は、壁２１から突出するピン３８の長さより大きい。従
って本体３１は、軸１１の外面１９に沿い自由に有効に
浮動し、軸１１の外面１９とラビリンス・シール面１７
の歯の先端との間に極めて精密な許容すきまを保ちなが
ら空洞１６内で半径方向に動くか回転はしない。１０な
いし２０ミルの程度場合により３０ないし４０ミルの範
囲のすきまを必要とする固定の金属質ラビリンス・シー
ルに対する従来の許容すきまとは異なって、本発明では
零ないし１又は２ミルの程度の許容すきまが考えられ
る。このようなすきまは、軸を支える各軸受間の空間内
のシールの場所に従って、回転中に４０ミル（０．０４
ｉｎ）にもなる軸１１の半径方向の片寄りよりかなり小
さいのはもちろんである。
【００１３】空洞１６内のシール・アセンブリ１０の有
効圧力のつりあい平衡が得られるように、それぞれ高圧
及び低圧の端部壁２５，２６に圧力のつりあった表面を
設け、高圧室１３の方に向かい低圧端部壁２６に作用す
る全力が低圧室１４の方に向かい高圧端部壁２５に作用
する全力に実際上等しくなるようにする。図１に示した
実施例では高圧端部壁２５は、シール本体３１及びシー
ル空洞側壁２０の間で環状みぞ４１内に納めたＯリング
４０を備えている。Ｏリング４０は一部は入口漏れ制御
部材として作用する。この制御部材は、通常本体３１の
高圧端部壁２５と空洞壁２０との間から中間圧室２４内
に高圧ガスが流入しないようにする。高圧端部壁２５で
Ｏリング４０の半径方向内方に内部圧力面４３を形成し
てある。この内部圧力面４３（図１にこの参照数字を付
けた中括弧により示してある）は高圧室１３中に存在す
る一層高いガス圧力Ｐ１に露出する。高圧端部壁２５に
はＯリング４０の半径方向外方に外面４４を設けてあ
る。外面４４は、中間圧室２４内に存在する中間ガス圧
力Ｐ３に露出する。この中間圧力Ｐ３は又低圧端部壁２
６にただし環状丘部３０の半径方向外方に作用する。丘
部３０は、本体３１の低圧端部壁２６に一体に形成され
この端部から空洞壁２１に向かい低圧端部壁２６の内縁
部３５の隣接部から突出している。
効圧力のつりあい平衡が得られるように、それぞれ高圧
及び低圧の端部壁２５，２６に圧力のつりあった表面を
設け、高圧室１３の方に向かい低圧端部壁２６に作用す
る全力が低圧室１４の方に向かい高圧端部壁２５に作用
する全力に実際上等しくなるようにする。図１に示した
実施例では高圧端部壁２５は、シール本体３１及びシー
ル空洞側壁２０の間で環状みぞ４１内に納めたＯリング
４０を備えている。Ｏリング４０は一部は入口漏れ制御
部材として作用する。この制御部材は、通常本体３１の
高圧端部壁２５と空洞壁２０との間から中間圧室２４内
に高圧ガスが流入しないようにする。高圧端部壁２５で
Ｏリング４０の半径方向内方に内部圧力面４３を形成し
てある。この内部圧力面４３（図１にこの参照数字を付
けた中括弧により示してある）は高圧室１３中に存在す
る一層高いガス圧力Ｐ１に露出する。高圧端部壁２５に
はＯリング４０の半径方向外方に外面４４を設けてあ
る。外面４４は、中間圧室２４内に存在する中間ガス圧
力Ｐ３に露出する。この中間圧力Ｐ３は又低圧端部壁２
６にただし環状丘部３０の半径方向外方に作用する。丘
部３０は、本体３１の低圧端部壁２６に一体に形成され
この端部から空洞壁２１に向かい低圧端部壁２６の内縁
部３５の隣接部から突出している。
【００１４】丘部３０の半径方向面と空洞壁２１との間
には、中間圧室２４の圧力制御出口２９（図９に詳細に
示してある）を仕切ってある。圧力制御出口２９の幅
は、圧力Ｐ１、Ｐ３の差の値に従って軸線方向に調整可
能である。具体的に述べると、丘部３０Ｐの内縁部３５
と外縁部３７（図１参照）との間の半径方向の低圧端部
壁２６の区域は中間圧面４５を形成する。シール１０に
作用する軸線方向に向いた各圧力をつりあわせるには、
高圧端部壁２５の外面４４の面積を内部圧力面４３の面
積を越える選定した量だけ越えるように中間圧面４５の
面積を選定する。ターボ機械の正規の運転のために圧力
Ｐ１、Ｐ２の差の範囲の値は、中間圧面４５の面積の超
過の程度を指示する。一般にたとえば高圧Ｐ１及び低圧
Ｐ２の間の低い方の差によっては、圧力Ｐ１、Ｐ２の高
い方の差に対する出口の幅よりわずかに小さい軸線方向
幅を持つ出口２９が生ずる。このために丘部３０はラビ
リンス歯の先端の半径方向内側に位置させるのがよい。
しかし、丘部３０の面を除いた中間圧面４５の面積は内
側圧力面４３及び外側圧力面４４の各面積の和より小さ
くないことが必要であることが最小限重要である。この
ようにして丘部３０の面を横切りＰ１からＰ２への圧力
の転移の結果、圧縮機の始動時に圧力制御出口２９が確
実に開くようになる。実際上、丘部３０の外縁部は、丘
部３０の面を除いた中間圧面４５の面積が内部圧力面４
３，外面４４の面積の和に等しくなるようにそして丘部
３０の面に作用する転移圧力により本体３１を圧力制御
出口２９の穴を移動させるように位置させる。丘部３０
は、軸１１に形成した肩部４６によりラビリンス歯の半
径方向内方に突出させることができる。肩部４６は壁２
１から軸線方向に間隔を隔て直径を細くした区間４７ま
で半径方向内方に延びている。この構造では、始動時の
回転と共にＰ３がＰ１に等しくＰ２より高いときに丘部
３０が上昇して空洞側壁２１から離れるものとする。図
１に示すように空洞２４に対する圧力入口は漏れ径路す
なわち穴２７である。この場合穴２７は、流れ制御のた
めに所定の横断面寸法を持ち高圧室１３及び中間圧室２
４の間を連通させる。本発明のこの実施例では穴２７
は、本体３１を貫いて高圧端部壁２５の内部圧力面４３
に位置する入口から外壁３９の出口まで延びている。こ
のシール・アセンブリ１０の構造では穴２７の直径は、
丘部３０の面が上昇し空洞側壁２１から０．００１ない
し０．００２インチを越えない量だけ又は与えられた用
途に対し各表面間の摩耗を伴う接触を避けるようなその
他の量だけ離れるように選定する。
には、中間圧室２４の圧力制御出口２９（図９に詳細に
示してある）を仕切ってある。圧力制御出口２９の幅
は、圧力Ｐ１、Ｐ３の差の値に従って軸線方向に調整可
能である。具体的に述べると、丘部３０Ｐの内縁部３５
と外縁部３７（図１参照）との間の半径方向の低圧端部
壁２６の区域は中間圧面４５を形成する。シール１０に
作用する軸線方向に向いた各圧力をつりあわせるには、
高圧端部壁２５の外面４４の面積を内部圧力面４３の面
積を越える選定した量だけ越えるように中間圧面４５の
面積を選定する。ターボ機械の正規の運転のために圧力
Ｐ１、Ｐ２の差の範囲の値は、中間圧面４５の面積の超
過の程度を指示する。一般にたとえば高圧Ｐ１及び低圧
Ｐ２の間の低い方の差によっては、圧力Ｐ１、Ｐ２の高
い方の差に対する出口の幅よりわずかに小さい軸線方向
幅を持つ出口２９が生ずる。このために丘部３０はラビ
リンス歯の先端の半径方向内側に位置させるのがよい。
しかし、丘部３０の面を除いた中間圧面４５の面積は内
側圧力面４３及び外側圧力面４４の各面積の和より小さ
くないことが必要であることが最小限重要である。この
ようにして丘部３０の面を横切りＰ１からＰ２への圧力
の転移の結果、圧縮機の始動時に圧力制御出口２９が確
実に開くようになる。実際上、丘部３０の外縁部は、丘
部３０の面を除いた中間圧面４５の面積が内部圧力面４
３，外面４４の面積の和に等しくなるようにそして丘部
３０の面に作用する転移圧力により本体３１を圧力制御
出口２９の穴を移動させるように位置させる。丘部３０
は、軸１１に形成した肩部４６によりラビリンス歯の半
径方向内方に突出させることができる。肩部４６は壁２
１から軸線方向に間隔を隔て直径を細くした区間４７ま
で半径方向内方に延びている。この構造では、始動時の
回転と共にＰ３がＰ１に等しくＰ２より高いときに丘部
３０が上昇して空洞側壁２１から離れるものとする。図
１に示すように空洞２４に対する圧力入口は漏れ径路す
なわち穴２７である。この場合穴２７は、流れ制御のた
めに所定の横断面寸法を持ち高圧室１３及び中間圧室２
４の間を連通させる。本発明のこの実施例では穴２７
は、本体３１を貫いて高圧端部壁２５の内部圧力面４３
に位置する入口から外壁３９の出口まで延びている。こ
のシール・アセンブリ１０の構造では穴２７の直径は、
丘部３０の面が上昇し空洞側壁２１から０．００１ない
し０．００２インチを越えない量だけ又は与えられた用
途に対し各表面間の摩耗を伴う接触を避けるようなその
他の量だけ離れるように選定する。
【００１５】使用時に前記したシール・アセンブリ１０
では空洞１６の側壁２０，２１間の本体３１のつりあい
によりハウジング１２内の半径方向の移動に対するシー
ル・アセンブリ１０の抵抗を有効になくす。半径方向移
動に対するわずかな抵抗は単に、みぞ４１の底部と空洞
壁２０との間にＯリング４０を挾み付けることによって
生ずるだけである。具体的には、空洞１６内のシール・
アセンブリ１０がつりあい状態になると、穴２７を通る
流れにより中間圧室２４内の中間圧力Ｐ３を内側圧力面
４３に作用する高圧Ｐ１とＯリング４０の締付けに対す
る抵抗との複合力に打勝たせる。穴２７を通る中間圧室
２４内への流れが中間圧室２４から圧力制御出口２９を
経て出る流れとつりあうと、平衡状態が生ずる。従って
軸１１が回転しながら半径方向に移動すると、シール・
アセンブリ１０は軸１１と共に移動しラビリンス・シー
ル面１７の各歯の先端と、軸１１の外面１９との間の摩
耗を伴う接触を避ける。
では空洞１６の側壁２０，２１間の本体３１のつりあい
によりハウジング１２内の半径方向の移動に対するシー
ル・アセンブリ１０の抵抗を有効になくす。半径方向移
動に対するわずかな抵抗は単に、みぞ４１の底部と空洞
壁２０との間にＯリング４０を挾み付けることによって
生ずるだけである。具体的には、空洞１６内のシール・
アセンブリ１０がつりあい状態になると、穴２７を通る
流れにより中間圧室２４内の中間圧力Ｐ３を内側圧力面
４３に作用する高圧Ｐ１とＯリング４０の締付けに対す
る抵抗との複合力に打勝たせる。穴２７を通る中間圧室
２４内への流れが中間圧室２４から圧力制御出口２９を
経て出る流れとつりあうと、平衡状態が生ずる。従って
軸１１が回転しながら半径方向に移動すると、シール・
アセンブリ１０は軸１１と共に移動しラビリンス・シー
ル面１７の各歯の先端と、軸１１の外面１９との間の摩
耗を伴う接触を避ける。
【００１６】シール・アセンブリ１０の第１の変型を図
２及び３に示すが、図１及び６に示した実施例について
述べる同様に作用する部品に対し、参照数字として同じ
１０位及び１位の数字を利用する２００代の参照数字で
表わしてある。付加的な変型を図４及び５について述べ
るがこれ等の図で対応部品をそれぞれ４００代及び５０
０代の参照数字で同様に表わしてある。
２及び３に示すが、図１及び６に示した実施例について
述べる同様に作用する部品に対し、参照数字として同じ
１０位及び１位の数字を利用する２００代の参照数字で
表わしてある。付加的な変型を図４及び５について述べ
るがこれ等の図で対応部品をそれぞれ４００代及び５０
０代の参照数字で同様に表わしてある。
【００１７】図２及び３に示した本発明の変型ではシー
ル・アセンブリ２１０の構造の主な違いは本体２３１の
内側面２３３の構造である。ラビリンス２１７の下流側
には、軸２１１の外面２１９に支持接触する流体動力学
的支持区間２４９がある。支持区間２４９はラビリンス
歯の先端の直径に直径が実質的に等しい。このようにし
て図２の実施例はシール・アセンブリ２１０の軸２１１
に対する付加的な半径方向心合せ作用とシール・アセン
ブリ２１０の内面及び軸の間のガスの漏れとを生ずる。
ル・アセンブリ２１０の構造の主な違いは本体２３１の
内側面２３３の構造である。ラビリンス２１７の下流側
には、軸２１１の外面２１９に支持接触する流体動力学
的支持区間２４９がある。支持区間２４９はラビリンス
歯の先端の直径に直径が実質的に等しい。このようにし
て図２の実施例はシール・アセンブリ２１０の軸２１１
に対する付加的な半径方向心合せ作用とシール・アセン
ブリ２１０の内面及び軸の間のガスの漏れとを生ずる。
【００１８】支持区間２４９内の流体動力学的半径方向
心合せにさらに役立つ図２に示した実施例の特徴はなお
とくに図３に示してある。この特徴によれば室２１３か
らの高圧は軸２１１に対するシール・アセンブリ２１０
の心合せに役立てるのに利用する。このことは、高圧室
２１３及び支持区間２４９の間を連通させる若干の高圧
漏れ径路２５０を設けることによって行われる。具体的
には４ないし８条の径路を設けシール２１０内で角度的
に等しい間隔を隔てる。高圧漏れ径路２５０の１つは、
全部を表わすものとして図３に示され、シールの高圧壁
２２５の圧力内面２４３から軸線方向に延びる脚穴と、
この軸線向脚の内端部に外端部を連結した半径方向に延
びる脚（図１０参照）とを備えている。この半径方向脚
の内端部は流体静力学的心合せポケット２５１に開口し
ている。図１０に示すようにこの各ポケット２５１は軸
線方向に向いた幅より大きい距離にわたり円周方向に延
びている（図３と比較して）。１つのこのようなポケッ
ト２５１が各径路２５０に対し存在し、隣接するポケッ
ト２５１の円周方向端部も又支持面２４９内で軸２１１
の軸線２１５のまわりに相互に角度的に等しい間隔を置
いている。すなわち高圧径路２５０は高圧室２１３から
心合せポケットに圧力流を送出し軸が回転する際にこの
軸に対しシール・アセンブリ２１０を半径方向に心合せ
する。シール・アセンブリ２１０は、図１に述べた実施
例と同じようにして空洞２１６内で回転しないようにピ
ン止めする。
心合せにさらに役立つ図２に示した実施例の特徴はなお
とくに図３に示してある。この特徴によれば室２１３か
らの高圧は軸２１１に対するシール・アセンブリ２１０
の心合せに役立てるのに利用する。このことは、高圧室
２１３及び支持区間２４９の間を連通させる若干の高圧
漏れ径路２５０を設けることによって行われる。具体的
には４ないし８条の径路を設けシール２１０内で角度的
に等しい間隔を隔てる。高圧漏れ径路２５０の１つは、
全部を表わすものとして図３に示され、シールの高圧壁
２２５の圧力内面２４３から軸線方向に延びる脚穴と、
この軸線向脚の内端部に外端部を連結した半径方向に延
びる脚（図１０参照）とを備えている。この半径方向脚
の内端部は流体静力学的心合せポケット２５１に開口し
ている。図１０に示すようにこの各ポケット２５１は軸
線方向に向いた幅より大きい距離にわたり円周方向に延
びている（図３と比較して）。１つのこのようなポケッ
ト２５１が各径路２５０に対し存在し、隣接するポケッ
ト２５１の円周方向端部も又支持面２４９内で軸２１１
の軸線２１５のまわりに相互に角度的に等しい間隔を置
いている。すなわち高圧径路２５０は高圧室２１３から
心合せポケットに圧力流を送出し軸が回転する際にこの
軸に対しシール・アセンブリ２１０を半径方向に心合せ
する。シール・アセンブリ２１０は、図１に述べた実施
例と同じようにして空洞２１６内で回転しないようにピ
ン止めする。
【００１９】図４は、回転軸４１１に対するシール４１
０の心合せを向上するようにした本発明の他の実施例を
示す。この実施例ではシール本体４３１の内面４３３
は、ラビリンス面４１７のすぐ下流側に始まるテーパ付
き区間４５３を備えている。このテーパ付き区間４５３
は、開始端部から軸４１１の外面４１９に向かい半径方
向内方にテーパを付けてある。この開始端部は、軸肩部
４４６の上流側に隣接する軸４１１の外面４１９に対し
て実際上零のすきまを持つ軸４１１の外面４１９に最も
密接に近接した部分までのラビリンス区間の歯の深さの
中間である。テーパ付き区間４５３により形成された先
狭まり区域内への流れは、ラビリンス面の各歯の先端
と、軸４１１の外面４１９との間のわずかな付加的すき
まにより生ずる。
０の心合せを向上するようにした本発明の他の実施例を
示す。この実施例ではシール本体４３１の内面４３３
は、ラビリンス面４１７のすぐ下流側に始まるテーパ付
き区間４５３を備えている。このテーパ付き区間４５３
は、開始端部から軸４１１の外面４１９に向かい半径方
向内方にテーパを付けてある。この開始端部は、軸肩部
４４６の上流側に隣接する軸４１１の外面４１９に対し
て実際上零のすきまを持つ軸４１１の外面４１９に最も
密接に近接した部分までのラビリンス区間の歯の深さの
中間である。テーパ付き区間４５３により形成された先
狭まり区域内への流れは、ラビリンス面の各歯の先端
と、軸４１１の外面４１９との間のわずかな付加的すき
まにより生ずる。
【００２０】本発明のわずかに異なる実施例を図５に例
示してある。図５では、図１ないし４の対応部品を示す
のに使った同じ１０位及び１位の数字を５００に加えて
対応部品を表わしてある。図５の実施例では図１に示し
た漏れ穴２７のような１定寸法のバイパス漏れ穴を使わ
ないで、高圧室５１３及び中間圧室５２４の間に可変寸
法の漏れ通路５５４を設けてある。漏れ通路５５４は、
環状の突出部５５５と高圧端空洞壁５２０との間に仕切
られる。丘部５３０の面から環状の突出部５５５の面ま
で軸線方向に測ると本体５３１の全長は各空洞壁５２
０，５２１間の軸線方向距離より、中間圧室５２４の入
口（通路５５４を通る）と出口５２９との設計すきま漏
れの和に等しい量だけ小さい。
示してある。図５では、図１ないし４の対応部品を示す
のに使った同じ１０位及び１位の数字を５００に加えて
対応部品を表わしてある。図５の実施例では図１に示し
た漏れ穴２７のような１定寸法のバイパス漏れ穴を使わ
ないで、高圧室５１３及び中間圧室５２４の間に可変寸
法の漏れ通路５５４を設けてある。漏れ通路５５４は、
環状の突出部５５５と高圧端空洞壁５２０との間に仕切
られる。丘部５３０の面から環状の突出部５５５の面ま
で軸線方向に測ると本体５３１の全長は各空洞壁５２
０，５２１間の軸線方向距離より、中間圧室５２４の入
口（通路５５４を通る）と出口５２９との設計すきま漏
れの和に等しい量だけ小さい。
【００２１】図５の実施例の作用を述べると、室５１３
からの高圧ガスは漏れ通路５５４を経て流れ室５２４内
の中間圧を中間圧力面５４５に作用させる。この力が内
圧面５４３に作用する高圧力の軸線方向の力に打勝つと
きは、本体５３１は図５の右方に移動して丘部５３０を
空洞壁５２１から遠ざかる向きに動かすことにより、中
間圧室５２４内の圧力を下げる。最終的に、図１のシー
ル・アセンブリ１０の作動時に平衡状態が生ずるのと同
じようにして、各空洞壁５２０，５２１間にシール本体
５３１を位置決めする際に平衡状態が生ずる。平衡状態
に達すると少量の流れが各空洞壁５２０、５２１と丘部
５３０及び突出部５５５との間を通り本体５３１及びハ
ウジング５１２間に接触が生じない。
からの高圧ガスは漏れ通路５５４を経て流れ室５２４内
の中間圧を中間圧力面５４５に作用させる。この力が内
圧面５４３に作用する高圧力の軸線方向の力に打勝つと
きは、本体５３１は図５の右方に移動して丘部５３０を
空洞壁５２１から遠ざかる向きに動かすことにより、中
間圧室５２４内の圧力を下げる。最終的に、図１のシー
ル・アセンブリ１０の作動時に平衡状態が生ずるのと同
じようにして、各空洞壁５２０，５２１間にシール本体
５３１を位置決めする際に平衡状態が生ずる。平衡状態
に達すると少量の流れが各空洞壁５２０、５２１と丘部
５３０及び突出部５５５との間を通り本体５３１及びハ
ウジング５１２間に接触が生じない。
【００２２】すなわち以上述べた各実施例から明らかな
ように本発明によれば、とくに、シール・アセンブリ及
び軸の間に一層精密な許容はめあいを可能にすることに
よりしかも軸の振動によるシールに生ずる通常の損傷を
伴わないで高圧室及び低圧室間に高度の密封作用が得ら
れるようにした新規なラビリンス・シールが得られる。
ように本発明によれば、とくに、シール・アセンブリ及
び軸の間に一層精密な許容はめあいを可能にすることに
よりしかも軸の振動によるシールに生ずる通常の損傷を
伴わないで高圧室及び低圧室間に高度の密封作用が得ら
れるようにした新規なラビリンス・シールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例によるシール・アセンブリの
部分縦断面図である。
部分縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す図１と同様な部分縦
断面図である。
断面図である。
【図３】図２に対して回転した半径面に沿う図２の実施
例の部分縦断面図である。
例の部分縦断面図である。
【図４】本発明の別の実施例の図１と同様な部分縦断面
図である。
図である。
【図５】本発明のなお別の実施例の図１と同様な部分縦
断面図である。
断面図である。
【図６】図１に示したシール・アセンブリを一部を切欠
いて示す斜視図である。
いて示す斜視図である。
【図７】図１の７−７線に沿う部分断面図である。
【図８】図７の８−８線に沿う部分断面図である。
【図９】図１に示した区域９の拡大縦断面図である。
【図１０】図３の１０−１０線に沿う部分断面図であ
る。
る。
【符号の説明】 １０ シール・アセンブリ １１ 軸 １３ 高圧室 １４ 低圧室 １５ 縦方向軸線 １６ 環状の空洞 １７ ラビリンス・シール面 １９ 軸シール面 ２０ 高圧側壁（空洞壁） ２１ 低圧側壁（空洞壁） ２３ 外壁 ２４ 中間圧室 ２５ 高圧端部壁 ２６ 低圧端部壁 ３０ 圧力制御面（環状丘部） ３１ シール本体 ４０ 入口制御部材（Ｏリング）
Claims (17)
- 【請求項１】 回転できる軸を密封して高圧室と低圧室
との間の過度のガス漏れを制御するように空洞内にはま
り込むように寸法を定めた自由浮動ラビリンス・リング
・シールにおいて、この自由浮動ラビリンス・リング・
シールが、エラストマー質材料から成り、かつ互いに間
隔を置いて対向する高圧壁及び低圧壁と、前記軸を密封
するように、前記高圧壁と前記低圧壁との間に延びるラ
ビリンス・シール面とを持ち、前記高圧壁及び低圧壁
に、前記空洞内に制御したガス流すきまを置いてこの空
洞内で相互に対し圧力つりあいを生ずるように、互いに
等しくない面積を持つ互いに対向する表面を形成する部
分を設けることにより、回転時に前記軸の半径方向振動
を生じても前記自由浮動ラビリンス・リング・シール
が、前記空洞内で浮動するように実質的に自由であり、
さらに前記ラビリンス・シール面と前記軸との間に密封
すきまを保持するようにした自由浮動ラビリンス・リン
グ・シール。 - 【請求項２】 ターボ機械のハウジング内に縦方向軸線
のまわりに回転するように取付けた軸に沿う圧縮性流体
の過度の漏れを高圧室及び低圧室の間で密封するよう
に、前記ハウジング内で使用するためのラビリンス・シ
ール・アセンブリにおいて、（１）前記軸に形成され、
前記ハウジング内において前記高圧室と前記低圧室との
間に軸線方向に延びるシール面と、（２）前記高圧室に
隣接し、選定した第１の距離だけ大体において半径方向
に延びる高圧側壁と、この高圧側壁から特定距離だけ軸
線方向に間隔を置いて、前記低圧室に隣接して位置し、
前記選定した第１の距離より大きい選定した第２の距離
だけ大体において半径方向に延びる低圧側壁と、前記両
側壁の間に延びる外壁と、を持ち、前記ハウジング内に
おいて、前記シール面を囲む環状の空洞と、（３）半径
方向に相互に前もって定めた距離だけ間隔を置いた内縁
部及び外縁部を持ち、大体において半径方向に延びる環
状の高圧端部壁と、この高圧端部壁から前記特定の距離
より短い距離だけ軸線方向に間隔を置き、前記前もって
定めた距離より大きい距離だけ半径方向に相互に間隔を
置いた内縁部及び外縁部を持つ対向する低圧端部壁と、
前記端部壁の前記外縁部間に軸線方向に延びる中間圧外
壁と、前記端部壁の前記内縁部間に大体において軸線方
向に延び、前記軸の前記シール面に密封状態で接触する
ように形成したラビリンス部分を持つ内面と、を備え、
前記空洞内にはまり込むように寸法を定めた環形の本体
を持ち、エラストマー質材料から成る密封部材と、
（４）前記高圧室から前記各高圧壁を過ぎて流れる高圧
流体の流れを制御するように、前記各高圧壁と協働する
入口制御部材と、（５）前記低圧室の方へ向かって前記
各低圧壁を過ぎて流れる流体の流れを制御する圧力制御
面とを備え、前記空洞の前記各壁間に中間圧室を形成す
るすきまを置いて、前記本体が、前記空洞内に挿入可能
であり、前記入口制御部材が、前記高圧端部壁と前記高
圧側壁との間で作用し、前記圧力制御面が、前記低圧端
部壁と前記低圧側壁との間で作用して、前記本体が半径
方向及び軸線方向の両方向に移動し、前記本体と前記ハ
ウジングとの間の浮動流体の漏れの圧力つりあい状態の
制御ができるようにしたラビリンス・シール・アセンブ
リ。 - 【請求項３】 回転できる軸を囲み、かつ高圧室と低圧
室との間に位置させたシール空洞内で使用するガス・シ
ールにおいて、エラストマー質材料から成り、半径方向
及び軸線方向の両方向に所定のすきまを置いて前記空洞
内にはまり込むように寸法を定めた環形の本体を、前記
ガス・シールに設け、この本体に、（イ）相互に軸線方
向に間隔を置いた半径方向に延びる高圧端部壁及び低圧
端部壁と、（ロ）これ等の両端部壁間に軸線方向に延び
る外壁と、この外壁から半径方向内方に間隔を置いて前
記両端部壁間に大体において軸線方向に延び、前記軸に
密封状態で接触するように形成したラビリンス部分を設
けた内面と、（ニ）それぞれ前記高圧端部壁及び低圧端
部壁に協働し前記高圧室から前記低圧室に前記空洞の所
定のすきま内への又このすきまからの漏れの流れを制御
する入口圧力及び出口圧力制御手段とを設け、この入口
圧力及び出口圧力制御手段に、前記高圧端部壁に設けら
れ、この高圧端部壁を内面及び外面に分割する環状流入
漏れ制御部材と、前記低圧端部壁に設けられ、前記外壁
の半径方向と内方に環状の中間圧面を前記低圧端部壁に
形成する環状の漏れ制御丘部とを設け、前記中間圧面
が、前記外面の面積を前記高圧端部壁の前記内面の面積
より大きい量だけ越える面積を持ち、前記高圧室から前
記低圧室への漏れの流れを制御することにより、前記本
体が、前記空洞内で軸線方向に実質的に圧力がつりあ
い、前記ラビリンス部分と前記軸との間に密封状態接触
を保ちながら半径方向に自由に浮動するようにしたガス
・シール。 - 【請求項４】 前記丘部を前記本体に一体に形成した請
求項３のガス・シール。 - 【請求項５】 前記入口漏れ制御手段を、前記高圧端部
壁と協働し前記高圧端部壁と前記空洞の壁との間に作用
するＯリングと、このＯリングの下流側で前記高圧室と
前記空洞との間を連通させるバイパス通路とにより構成
した請求項３のガス・シール。 - 【請求項６】 前記バイパス通路に、前記本体内に前記
Ｏリングの半径方向内方に形成した入口と、前記本体内
に前記Ｏリングの半径方向外方に形成した出口とを設け
た請求項５のガス・シール。 - 【請求項７】 前記本体が、前記漏れ制御丘部から前記
Ｏリングを経て測るときに、空洞の軸線方向長さより小
さい軸線方向長さを持つことにより、中間圧につりあう
圧力が、前記内面に作用する高圧と前記Ｏリングに作用
する圧縮反作用とに対抗して前記中間圧面に作用すると
きに、前記中間圧力を、前記Ｏリングと前記空洞の壁と
の間に高圧力が流れないようにするのに十分な値にした
請求項５のガス・シール。 - 【請求項８】 ターボ機械のハウジング内に取付けた回
転できる軸の軸線方向に延びるシール面に沿う圧縮性流
体の過度の漏れを防ぐために高圧室と低圧室との間を密
封するように、前記ハウジングのシール空洞内で使用す
る浮動ラビリンス・シール部材において、前記浮動ラビ
リンス・シール部材がエラストマー質材料から成る環形
の本体を備え、前記本体と前記空洞の壁との間に中間圧
室を形成する所定半径方向及び軸線方向の両方向の所定
のすきまを置いて前記空洞内にはまり込むように前記本
体の寸法を定め、前記本体に、（イ）半径方向に相互に
前もって定めた距離だけ間隔を置いた内縁部及び外縁部
を持つ環状の高圧端部壁と、（ロ）この高圧端部壁から
軸線方向に間隔を置き、かつ半径方向に相互に前記前も
って定めた距離より大きい距離だけ間隔を置いた内縁部
及び外縁部を持つ環状の低圧端部壁と、（ハ）前記各端
部壁の前記外縁部間に軸線方向に延びる外壁と、（ニ）
前記各端部壁の前記内縁部間に大体において軸線方向に
延び、前記回転できる軸のシール面に密封状態で接触す
るように形成したラビリンス部分を持つ内面と、（ホ）
前記高圧室及び低圧室内の流体圧力の差に応答して中間
圧室内の流体圧力を制御し、前記高圧室に隣接する前記
空洞の壁に漏れを密封する浮動接触状態に前記シール部
材を保持するように、それぞれ前記高圧端部壁及び低圧
端部壁に協働する入口及び出口圧力制御手段とを設け、
この入口及び出口圧力制御手段に、（ｉ）前記高圧端部
壁に、その内縁部及び外縁部の間において、設けられ、
前記高圧端部壁を、前記高圧室内の高圧流体に露出する
内面と、前記中間圧室内の流体圧力に露出する外面とに
分割する環状の入口漏れ制御手段と、（ｉｉ）前記低圧
端部壁に協働し、この低圧端部壁の前記外縁部から半径
方向内方に延びる環状の中間圧面を形成する環状の漏れ
制御丘部と、を設け、前記中間圧面が、前記丘部を過ぎ
前記低圧室に向かう中間圧流体の流れを制御することに
より、前記本体が前記空洞内で軸線方向に実質的に圧力
つりあいの状態になることにより、前記ラビリンス部分
と前記シール面との間に密封状態を保ちながら前記軸の
このような動きに対し半径方向に自由に浮動するよう
に、前記中間圧面が、前記外面の面積を前記高圧端部壁
の前記内面の面積より大きい量だけ越える面積を持つよ
うにした浮動ラビリンス・シール部材。 - 【請求項９】 前記入口漏れ制御部材が隆起部である請
求項８の浮動ラビリンス・シール部材。 - 【請求項１０】 前記隆起部を、前記高圧端部壁内で前
記本体に一体に形成し、この端部壁から前記空洞の壁に
向かい軸線方向に突出するようにした請求項９の浮動ラ
ビリンス・シール部材。 - 【請求項１１】 前記入口制御部材を前記高圧端部壁に
協働するＯリングにより構成した請求項８の浮動ラビリ
ンス・シール部材。 - 【請求項１２】 前記高圧端部壁に形成した環状みぞを
備え、前記Ｏリングを前記みぞ内に取付けた請求項１１
の浮動ラビリンス・シール部材。 - 【請求項１３】 前記高圧端部壁の内面と前記中間圧室
との間を連通させるバイパス漏れ穴を備えた請求項１１
の浮動ラビリンス・シール部材。 - 【請求項１４】 前記内面に、前記ラビリンス部分の下
流側の支持部分を設けた請求項８の浮動ラビリンス・シ
ール部材。 - 【請求項１５】 前記高圧室と前記ラビリンス部分の下
流側の前記内面との間を連通させる複数の高圧径路を備
え、これ等の各高圧径路に、相互に連通する入口端部、
出口端部及び心合せポケットを設け、前記内面と前記出
口端部及び心合せポケットとから開口する前記入口端部
を前記支持部分内に位置させ、前記心合せポケットを角
度的に相互に等しい間隔を置いた請求項１４の浮動ラビ
リンス・シール部材。 - 【請求項１６】 前記内面に、前記ラビリンス部分の下
流側のテーパ付き壁部分を設け、このテーパ付き壁部分
が前記ラビリンス部分から遠ざかるに伴い狭まるように
した請求項８の浮動ラビリンス・シール部材。 - 【請求項１７】 前記漏れ制御丘部の少なくとも一部
を、ラビリンス・シール面から半径方向内方に間隔を置
いた請求項１０の浮動ラビリンス・シール部材。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/056516 | 1993-05-03 | ||
| US08/056,516 US5403019A (en) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Balanced floating labyrinth seal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0771621A true JPH0771621A (ja) | 1995-03-17 |
| JP3220891B2 JP3220891B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=22004921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11344894A Expired - Fee Related JP3220891B2 (ja) | 1993-05-03 | 1994-05-02 | ラビリンス・シール・アセンブリ、ガス・シール及び自由浮動ラビリンス・ガス・シール |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5403019A (ja) |
| EP (1) | EP0623768B1 (ja) |
| JP (1) | JP3220891B2 (ja) |
| DE (1) | DE69411227T2 (ja) |
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