JPS6118067B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的にターボ機械の改良に関する。
より詳細には、ターボ機械に使用する改良したシ
ールに関する。

ターボ機械に複数個の段階（ステージ）を与え
るために比較的長いシヤフトを使用することが知
られている。この比較的可撓性のシヤフトには振
動が生じるために欠点となる。更に、ターボ機械
の回転部の慣性を少なくするためにシヤフトの径
を可及的に小とすることが所望されるためにその
機械的製作が困難でもある。同時に、回転速度が
シヤフトの種々の臨界速度を通る際にシヤフトの
振動を減少さすべくシヤフトの安定性を維持する
ことが必要である。今日のシヤフトが高速である
ことから、臨界速度を可及的大に増大することも
所望される。ある機械では油膜シールを使用しな
ければならないため及びシヤフト軸受に油膜が存
在するようになるため、上記振動の問題は切実に
なる。

従来、いわゆるスリーブ型軸受及びシールは最
も効果的であると知られたが、通常第１の臨界速
度の約半分の所で生じる「油渦」又は「オイル・
ホイツプ」と呼ばれる現象を生起することも知ら
れている。

この油渦の問題はシール及び軸受に溝を形成す
ること及び軸受又はシールの長さを減少すること
によつてある程度軽減される。油渦の問題の軽減
の観点から、多分最も有効な軸受はパツド型軸受
であろう。例えば特開昭48−17039号公報にはパ
ツド型軸受を用いたパツキン箱すなわち密封装置
が開示されているが、この場合パツキンスリーブ
すなわちシール基体は、ハウジングに対して回転
しないようにピンで固定され、該パツキンスリー
ブの外側の溝の中に嵌め込まれた環状の可撓性部
材によつてケーシングとの間に生ずる振動を防止
するようになつており、強力な振動を充分に制圧
することは困難である。

更に、シールとハウジングとの間に摩擦係合が
生じるようにハウジングに対して加圧流体によつ
てバイアスされるシールを使用することによつて
シヤフトはある程度安定化されうるようになるこ
とも知られている。このような力は、摩擦力を越
えるまで、シヤフトが回転せしめられる際にシヤ
フトの横方向運動に抵抗する。

本発明はパツド型軸受を用いると共に、以下に
詳述するようにシール基体の一端部の表面から環
状をなして突出する摩擦用の密封部分をハウジン
グの内側表面に押し付け、その際放射状に離隔さ
れて前記一端部の表面から突出するラグが前記ハ
ウジングの内側表面に対して前記密封部分と共同
して押し付けられるようにしたものである。この
ような構成により本発明はシールとして効果的に
働き、油渦を最小ならしめ、シヤフトを安定化す
るように働く改良された密封装置を与える。

本発明の目的は以下に略述する改良したシール
によつて達成される。このシールは、ハウジング
とハウジングに支承されたシヤフトとシヤフトを
取囲むハウジング内の空洞と空洞内に流体圧を与
えるための手段とを含むターボ機械に於いて有効
的に使用される。本発明のシールは上記空洞内に
位置決めされるようになつており、かつ第１及び
第２の端部を有する環状シール基体と、ハウジン
グと摩擦的にかつ密封的に係合するように構成さ
れた第１の端部上の表面部分と、環状シール基体
を通つて伸び両端部と交差しシヤフトを受けるよ
うにした寸法決めされた穴とよりなる。シール基
体はシヤフトに近接した穴内にシール表面すなわ
ち密封表面を含み、このシール表面はこれとシヤ
フトとの間の流体の流通を阻止するようにシヤフ
トと協動すると共に、シール基体の第２の端部に
端逃げを有している。複数個の軸受シユーが基体
に可動状態で取付けられて端逃げ内に位置決めさ
れている。シユーはシール表面をシヤフトと同心
的に維持するようにシヤフトと摺動的に合致する
ように構成されたほぼ円弧状の内表面を有し、そ
れによつて空洞内に与えられた流体圧はシヤフト
を安定化する上で役立つように表面部分をハウジ
ングに対してバイアスする。

以下図面に関連して本発明の詳細を説明する。
本発明によるターボ機械は１０で示されている。
第１図はターボ機械１０の一部を略示するもので
ある。

ターボ機械１０はハウジング１２及びシヤフト
１４を含み、このシヤフト１４はハウジング内に
支承されている。シヤフト１４は１つあるいはそ
れ以上のインペラ（図示せず）を含んでもよい。

ハウジング１２はシール（組立体）１８を受け
るように寸法決めされた空洞１６を含む。空洞１
６は径方向に配向された環状表面２０を形成して
いる。また、ハウジング１２は、シール１８を循
還しシールに対してシール流体を与えかつシール
１８に対してバイアス力を与えるように働く加圧
流体を受けるように構成された環状通路２２を設
けている。

シール１８は穴２６を有するシール基体２４を
含む。シール基体２４は、第１の端部及び第２の
端部を有し、第１の端部は第１図において左側に
見られる端部であり、第２の端部は同じく右側の
端部である。端逃げ２８は穴２６の右側において
シール基体の前記第２の端部側に形成されてい
る。端逃げ２８内に装着されているのは複数個の
軸受シユー３０である。

各軸受シユー３０はシヤフト１４と摺動的に合
致するように構成及び寸法決めされた内表面３２
を有している。軸受シユー３０はそれぞれネジす
なわち中央連結子３４によつて支持されて端逃げ
の内側部分にゆるく連結され、それによつてシユ
ー３０の、シール基体２４に関する僅かな運動を
許すようになつている。

第３図の横断面図は軸受シユー３０の構造と、
その封止表面すなわち内表面３２のシヤフト１４
に対する関係とを示す。スリーブ型軸受内を高速
で回転移動する上での振動の問題に往々関連する
油渦を減少するか少なくとも軽減するのは、軸受
シユー３０の断続的な構造であると信ぜられる。
シユー３０は穴２６をシヤフト１４とほぼ同心関
係に保持するシール基体２４に対する中心決め効
果を有する。この中心決めにより、シヤフト１４
に関するシールでもある穴２６は、シヤフトの振
動が生じた場合であつてもシールに対する損傷の
危険性がなく、シヤフト１４の外径により近接す
るように寸法決めできるようになる。

シール基体２４には、第１図でその左端すなわ
ち第１の端部に、その外周に近接して位置決めさ
れた環状の密封部分すなわち環状シール部分３５
が設けられている。又複数個のラグ３６（第１図
には１つのみが示されている。）がシール基体２
４の内周の近くに設けられている。ラグ３６は第
１図に示されるようにシール部分３５と離隔され
た関係においてシール基体２４の周りに放射状に
離されて配置されている。

シール部分３５は環状表面２０と係合し、かつ
それに対して通路２２内の流体の圧力によつて保
持されている。この圧力は第１図で左方に関して
シール基体２４を加圧する方向にシール基体２４
に作用する。シヤフト１４の外周とシール基体２
４の穴内の表面２６との間のシールにより、流体
圧はシール基体２４の全環状横断面積間に作用す
るようになつて、最大バイアス力をシール基体２
４に与える。故に、環状シール部分３５とラグ３
６はハウジング１２の環状表面２０と摩擦係合
し、かつシヤフトが振動しようとする際にシヤフ
ト１４の横方向移動に対して最大支持を与える。
実際、シール１８は、このような摩擦力及び軸受
シユー３０の構成により、シヤフト１４の振動に
よつて与えられる横方向の力が摩擦係合に打勝つ
に充分な大きさの力を生じさせるまで、シヤフト
１４に安定性を附加する軸受として働く。

第１図の構成のシール１８を以てすれば、環状
通路２２及び空洞１６にある流体圧はシール１８
間に作用し、シール基体２４をハウジング１２の
径方向の表面２０と摩擦係合させるべくバイアス
する。この摩擦力はシール１８が横方向運動しな
いようにし、このような振動力が上述の摩擦係合
に打勝つに充分な横方向力を発生するまで振動に
抵抗する安定性をシヤフト１４に加える。発生さ
れた摩擦力の大きさは通路２２内の流体圧によ
る。

ターボ機械の通常の構成に於いて、シール１８
はシヤフト１４をハウジング１２内で支持する端
部軸受の内側に配置されることになる。シール１
８は軸受として働く能力があるため、並びにこの
ようなシールは端部軸受の内側に配置されるた
め、シヤフト１４に加えられる横方向の安定性は
ターボ機械１０を高い臨界速度で作動することを
可能にすることになる（シヤフト１４がより安定
するため。）。

更に、シール基体２４とシヤフト１４との間の
シールは、シユー３０がシール基体２４をシヤフ
ト１４と同心に保持するためにその有効性を維持
し、これによりシヤフトの振動が生じてもシール
基体２４に対する損傷を回避する。摩擦力に打勝
つ場合に、シール基体２４がシヤフト１４と共に
移動するために損傷は回避される。

第２図の拡大切欠部はシール１８の変形を示
す。この図で、第１図と同様の素子、部分は同一
の参照番号が附される。

第２図に示されるシール１１８はシヤフト１４
に近接したシール表面を与える穴１２６を含む。
ハウジング１２の径方向表面と係合するシールの
端部は変形されている。シール基体１２４の端部
の環状シール部分１３５はシール基体１２４の内
外周のほぼ中間に配置される。ラグ１３６はシー
ル基体１２４の外周に近接して径方向に隔てられ
て位置決めされている。

第２図に示された如く配置した環状シール部分
１３５を持つてすれば、空洞１６内の圧力流体は
基体１２４の左端でのラグ１３６を通る。正味の
バイアス力は、第１図に示される如き基体２４の
全横断面環状域間にあるのではなく、環状シール
部分１３５と穴１２６との間のシール基体１２４
の横断面環状域の差となる。従つて、このような
流体によつて発生されるバイアス力は第１図に示
される構成に比し減少せしめられる。

第１図に関連して先に述べた如く、バイアス力
は通路２２及び空洞１６内の流体圧を変更するこ
とによつて変化されることができる。しかしなが
ら、この圧力は主たるシール要件によつて通常予
め決定される。第２図に示される実施例に於い
て、バイアス力はシール基体１２４の左端での環
状シール部分１３５の位置を変化することによつ
て変化されることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によつて構成された改良したシ
ールを含むターボ機械の部分横断面図、第２図は
本発明によつて構成されたシールの他の実施例の
拡大部分図、第３図は第１図の４−４線断面図で
ある。 図で２４，１２４は環状シール基体、３５，１
３５は環状シール部分、２６，１２６は穴、３
２，１３２はシユーの内表面、２８は端逃げ、３
０は軸受シユーを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ターボ機械のシヤフトを密封するために用い
   られる密封装置において、 内側に穴があり、その穴をシヤフトが通過する
   ようにされ、且つシール基体と複数の軸受シユー
   とを有するシールであつて、各軸受シユーが、シ
   ールの端逃げ中に位置し、隣接する軸受シユーか
   ら離隔され且つ端逃げの内側表面部分にゆるく連
   結され、シヤフトと滑動的に係合するように配置
   された一般的に弧状の内側表面を有するようにさ
   れているシールと、 ハウジングと、 前記のハウジング中に形成されてシールを収容
   する空洞であつて、前記のシール基体の第１の端
   部が近接することを許される内側表面部分を有し
   ている空洞と、 前記の空洞に流体圧力を加える手段と、 を有し、 シール基体の前記の第１の端部が、 (i) シールの内側の前記の穴から半径方向に離れ
   て位置する密封部分であつて、環状をなして軸
   方向に突出して流体が該密封部分を越えて半径
   方向内向きに進入するのを防ぐようにする密封
   部分と、 (ii) 前記の環状の密封部分から離れて位置する、
   放射状に離隔されて軸方向に突出する複数のラ
   グであつて、前記の突出する密封部分と共同し
   て前記の空洞の内側表面部分に押し付けられる
   ようになつているラグ、 とを有している密封装置。