JPS6376961A - ラビリンスシ−ル集合体 - 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】 本発明は回転機械とくに、回転機械で使用するエロージ
ョンに耐えるラビリンスシールに関するものである。

この技術において公知のように、タービン、膨張機、圧
縮機、ポンプ等のような回転ａ械に一般に使用される型
のラビリンスシールはエロージョンにきわめて敏感であ
る。このことは機械が比較的高い割合の固体または他の
汚染物を含む汚いガスを処理する場合とくに真実である
。ラビリンスシールは、その名のとおり、一連のラビリ
ンス状凹所を含みそれらは機械の可動部分と固定部分と
の間で作動流体を捕捉するａ能を奏する。しがして流体
は機械内の間圧区域を低圧区域がら陪離する障壁を構成
する。

回転機械要素の影響によりシール凹所内の作動流体は比
較的高速で回転され、流体内に含まれる固体は遠心力に
よりシールの露出面に対して投射される。このことなら
びにシールがうける高い作動温度および多くの作動流体
の腐食効果は、露出シール面の迅速なエロージョンおよ
び早期のシール故障をもたらす。したがって、この型の
シールは屡々交換されなければならない。ラビリンスシ
ールは、実施しなければならない役割のこの性質のため
、一般に機械内の深いところのローフ集合体の周りに設
けられる。シールを交換するためには一般に機械全体を
分解、組立しなければならない。これは、勿論、時間の
そして経費のかがる作業である。

したがって本発明の主目的はシールの寿命を延ばすこと
によりラビリンスシールを改善することである。

本発明の別の目的は実際にエロージョンをなくするラビ
リンスシールを得ることである。

さらに本発明の別の目的は多層の固体汚染物を包む汚い
作動流体にさらされるときでも長い寿命を有するラビリ
ンスシールを得ることである。

本発明の別の目的はラビリンスシールの故障により回転
機械が経験する停止時間の長さを減少することである。

本発明のこれらのそして他の目的は回転機械の可動およ
び固定部分の間に取付けられそれらの間に流体障壁を形
成するラビリンスシール集合体によって達成される。本
発明のシール集合体は、可動要素に向って半径方向に突
出する離れた歯を有し、隣接する歯の間に一連のラビリ
ンス凹所を形成する固定要素に取付られた本体部分を備
えている。シール本体は凹所の下を通る内部通路を有し
ている。凹所と通路を連通ずる通気孔は各凹所の底部に
設けられている。作動流体に含まれた泥または他の粒状
汚染物は、遠心的に通気孔に押やられ通路に導かれる。

通気機構は泥または粒子を通路から吸出してそれらをシ
ール区域から除去し、そこでシール歯のエロージョンは
かなす減少しシールの寿命は延びる。

本発明のこれらのおよび他の目的を一層よく理解するた
め、本発明を図面に基づいて下記に詳細に説明する。

図面とくに第１図において、全体的に符号１０で示され
たタービンはロータ軸１２に固定されたタービンホイー
ル１１を有する。軸は、一方が符号１３で示された、軸
受装置間に回転可能に取（」けられている。シール集合
体１５は軸１６に障壁を形成し、高圧タービン区域を低
圧区域から隅離している。シールの本体１７は機械の主
ケーシング１９と一体である。軸受装置１３およびシー
ル集合体１５は公知のそしてこの技術で使用されている
適当な設計のものとすることができ、図面には隼に説明
のためにだけ示されている。

タービンホイール１１は軸１２の端部に螺着された中央
ハブ２０を篩えている。一連の離れた可動ブレード２１
はハブの周りに固定され、その間に作動流体をホイール
を通して導く一連の通路を形成している。ノズルリング
２２は可動ブレード通路まで入口区域２３を囲んでいる
。ノズルリングは多数の固定または可動ブレード２４を
備え、それらは通常液体、蒸気またはガスである高圧流
体をタービンブレードに差向け、ホイールしたがってロ
ータ構造を回転させるように設けられている。流体はタ
ービンホイールを通る間に膨張し、さらにロータにエネ
ルギを与える。このエネルギは軸の出力として仕事に変
換される。タービンホイールはブレード通路外壁を構成
するシュラウド２５内に包囲されている。タービンホイ
ールから排出する流体は、排気ディフューザにより、機
械からまたは第２段に運び出される。

本発明をタービンについて詳細に記載するが、本発明が
圧縮機、ポンプ、膨張機等のような多くの他の型の回転
機械に広く応用可能でありかつ有効に利用しうることは
、この技術に通した人々には分かるであろう。上記のよ
うに、これらの機械は屡々比較的汚い工程からの副産物
であるガスを処理することが必要になる。したがって、
機械に入る流体は捕捉された固体によっていちじるしく
汚染され、それらはこの型の機械に通常使用されるラビ
リンスシールの歯のような機械露出面を腐食する。

平衡室３０がタービンホイール１１のハブＪ＆　方に設
けられ、その室は公知のようにロータ構造に対して軸方
向力を加えて、ロータを不平衡にする軸方向負荷を補償
または相殺する。ノズルによりタービンホイール入口区
域２３に差向けられた高圧流体の一部は、ラビリンスシ
ール集合体３５を通って平衡室に漏洩するようになって
いる。シール集合体は、第１図に示すように、機械ケー
シング１９に固定された固定スリーブまたは環状本体部
分３６　（第２図）を備えている。シールの歯はホイー
ルハブと一体の軸方向に延びる肩部３７と共働してその
間に間隙を形成し、その間で平衡室に入る作動流体を計
１する。図示しないが、平衡室は関連した制御室を有し
、咳室は室内に維持される圧力を調節してロータ構造の
軸方向推力を最小にする。

ラビリンスシールはさらに一連の半径方向に延びる環状
歯４０−４０を備え、それらの歯は本体部分３６の内壁
４１に取付けられている。歯は軸方向に離れ、隣接する
歯の間にラビリンス凹所４３−４３を形成している。孔
または通路４５は、第１図および第２図に示すように、
本体の右側端面を通って穿孔または他の方法で形成され
ている。

通気孔４７−４７がさらに各凹所の底部に形成され、そ
れらの孔は凹所を通路と連通させる。通気孔は小径であ
るが通路４５はいちじるしく大径である。

さらに第３図に示すように、各通気孔の入口４８は各ラ
ビリンス凹所の外壁４９の周囲に沿って低い高さに設け
るのが好ましい。各通気孔はさらに水平面に対して角度
を成して、すなわち傾斜して設けられている。

組立てにおいて、通気孔の中心軸５０は傾斜しそこで孔
はタービンホイールの可動肩部の対向する外面に対して
接線方向に近く、ホイール回転方向に対して反対に通気
孔入口４日を整合する。立上りリップ５２が通気孔入口
の背面または下流に付加されている。リップは入口区域
の９０〜ｌ８０６の間に広がりかつラビリンス凹所内に
上向きに延びそれによりリップは流体流内に含まれた粒
子を阻止しそれらを通気孔に差向ける。実際にリップは
、通気孔の入口を囲むスリーブ本体の材料をアップセッ
トまたは鋳造することにより作られる。

作用において、作動流体の流れに含まれた固体または他
の汚染物は、遠心力により各ラビリンス凹所の外側壁４
９に向って動かされる０回転ホイールの影響によって、
粒子は接線方向速度を与えられて溝底部に沿って通気孔
に向って円周方向に移動する。汚染物は流れによって通
気孔入口に押しやられ、シールの外側作動面に与える衝
撃を最小にして内部通路５４内に直接導かれる。シール
歯の一体性は保持され、シールの寿命は同様の状態のも
とで作動する他のシールに比較していちじるしく長い。

ラビリンス凹所下方のシール本体に設けられた内部通路
４５は低圧区域に排気される。通路を低圧源に露出する
ことは、通気孔に吸込み圧を生じて凹所から汚染物を吸
出すのに役立つこと、およびシール区域から通路に集め
られた汚染物を除去するのに役立つことにおいて二倍の
効果を奏するものである。本発明のこの実施例において
、排気は通路をずっと低い圧力のタービンホイールの出
口区域のディフューザと連通ずることにより達成される
。第１図に示すように、符号５４で示した密閉された流
れ通路は通路４５からの側壁入り口からディフューザ区
域２６まで延びている。流れ通路は機械ケーシング１９
の周りをまたはそこを通り、ノズルリング２２およびシ
ュラウド２５を横切りまたは通過しそしてタービンホイ
ール１１下流のある点でディフューザに開口し、それに
よりシール区域から吸出された粒状物質は排出流ととも
に機械から運び出される。この技術に通じた人々に明ら
かなように、通路４５を排気する流れ溝は通路から物質
を吸込むように設けられた外側吸込みポンプに組合わさ
れ、かつそれを成る遠い位置に排出することもできる。

第１図の二点鎖線で示すように、シール通路４５は別の
排気装置により低圧ディフューザ区域２６に連通してい
る。一連の通孔５３が適当な位置でタービンホイールを
軸方向に貫通している。

連結孔５４はケーシング内に排気路まで穿孔されている
。横錐孔の開口５５は孔５３の入り口にきわめて接近し
て設けられ、それにより通路は低圧ディフューザ部分と
連通して設けられ、吸込み圧力をホイールが回転すると
き通路に加えてシールを排気する。シール本体３６がシ
ール集合体の固定要素上に取付けられているが、・本発
明の教示から離れることなくハブまたは集合体の可動要
素上に同様に取付けることもできる。同様に、多数の離
れた通路をシール本体に設けることができ、各通路は別
々にそれ自体の通気孔の組によってラビリンス凹所に連
結することができる。シール集合体の中心に対する通気
孔の傾斜は、答礼の軸線がシール軸線と半径半径方向に
整合する位置から答礼の軸線が対向するシール要素の外
側面に対しては一接線方向になる位置まで、変化するこ
とができる。環状シール歯の直径はさらにシールの作用
を増進するため段付きとすることができる。

本発明を上記の特殊な実施例に関して説明したが、この
種技術に通じた人々には本発明が上記開示によって限定
されるものでないことが明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて実施されたラビリンスシール
集合体を備えるタービンの部分断面図。 第２図は第１図に示すラビリンスシール集合体の下部を
示す拡大断面図。第３図は第２図の■−■線に沿う断面
図。 １１−・−タービンホイール、１２・・・・−ロータ軸
。 １３・・−軸受、１５−・−・−シール、１７・−・・
シール本体。 ２０・−・・〜ハブ、２１・・・・・ブレード、２５・
・−・・シュラウド、２６−・・−ディフューザ、３０
−−一平衡室、３５・・・・−ラビリンスシール、３６
−・・シール本体、３７−　　肩部、４０−・−環状歯
、４３−・・−・ラビリンス凹所。 ４５−・−・内部通路、４７−・・−・通気孔、　　５
０−中心軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転機械の可動部材に取付けられた回転シール要素
   と機械の固定部分に取付けられた固定シール要素とから
   成り機械内の二つの圧力区域間の流体障壁を形成するラ
   ビリンスシール集合体において、前記シールがさらに一
   方の要素に取付けられかつ他方の要素に向つて突出する
   多数の離れた歯を有し該歯の間に一連のラビリンス凹所
   を形成する環状本体を備え、前記シール本体が凹所の下
   方を通る通路、凹所と通路とを連通する一連の通気孔、
   および前記通路に集つた物質を除去する排気装置を有す
   る、ラビリンスシール集合体。 ２、ラビリンス歯が固定要素に取付けられ各通気孔が回
   転要素の回転方向と反対に傾斜して通気孔の軸線をラビ
   リンス凹所を通る流れとほゞ平行に位置決めする特許請
   求の範囲第１項に記載のシール集合体。 ３、各通気孔の入口に回転要素の運動方向に対して下流
   に位置する立上つたリップを有し隣接する凹所に向つて
   移動する粒子を通気孔に差向ける特許請求の範囲第２項
   に記載のシール集合体。 ４、前記通路が本体の側壁を通つてシール本体に達する
   袋孔である特許請求の範囲第１項に記載のシール集合体
   。 ５、前記排気装置が通気孔に吸込圧を生ずる吸込装置を
   備えた特許請求の範囲第１項に記載のシール集合体。 ６、前記排気装置が機械内の低圧区域と連通する通路を
   形成する溝であり、前記区域が前記凹所の圧力より低い
   圧力にある特許請求の範囲第１項に記載のシール集合体
   。 ７、各通気孔入口が１つ以上の位置に凹所の外周壁に沿
   つて設けられた特許請求の範囲第２項に記載のシール集
   合体。 ８、前記リップが通気孔入口を囲む材料をアップセット
   することにより形成された特許請求の範囲第３項に記載
   のシール集合体。 ９、平衡室の一方の壁を形成するハブを有する回転ホィ
   ールを含む回転機械の高圧区域から平衡室への作動流体
   の流れを制御するラビリンスシール集合体において、水
   平に設けられた可動シール要素が機械ケーシングに固定
   された固定シール要素に面するハブに固定され、環状シ
   ール本体が一方の要素に固定され、他方の要素に隣接す
   る前記シール本体の離れた環状歯が歯の間に一連のラビ
   リンス凹所を形成し、前記本体がラビリンス凹所下方を
   通る少なくとも一つの内部通路および各凹所を前記通路
   に連通する一連の通気孔を有し、排気装置が通路に関連
   して吸込圧を該通路に加えて流体および流体に含まれる
   粒子をシールから除去するラビリンスシール集合体。 １０、通気孔が可動シール要素の回転方向と反対に傾斜
   した特許請求の範囲第９項に記載のシール集合体。 １１、シール本体が固定シール要素に取付けられ通気孔
   の軸線が可動要素に対して可動要素外周に半径方向の位
   置と接線方向の位置と間のどこにでも整合する特許請求
   の範囲第９項に記載のシール集合体。 １２、シール本体が多数の通路を有し各通路が通気孔に
   よつてラビリンス凹所に連通した特許請求の範囲第９項
   に記載のシール集合体。 １３、各通気孔の入口が可動要素の運動方向に対して下
   流に設けられた立上りリップを有し隣接する凹所内で移
   動する粒子を通気孔に差向ける特許請求の範囲第１１項
   に記載のシール集合体。 １４、前記通路が前記本体の側壁の一つを通つてシール
   本体に達する袋孔である特許請求の範囲第９項に記載の
   シール集合体。 １５、排気装置が通気孔に吸込圧を生ずる吸込装置であ
   る特許請求の範囲第９項に記載のシール集合体。 １６、前記換気装置が機械内の低圧区域に連通する流体
   流通路に達する溝を有し、前記区域の圧力が前記凹所内
   の圧力より低く流体および流体に含まれた粒子がシール
   から吸出される特許請求の範囲第９項に記載のシール集
   合体。 １７、各通気孔の入口が凹所の外周壁に沿つてほぼ最も
   高さの低い位置に設けられた特許請求の範囲第１１項に
   記載のシール集合体。 １８、前記リップが通気孔入口の周りに形成された特許
   請求の範囲第１３項に記載のシール集合体。