(57)【要約】【課題】周期的な流速変動や圧力変動を低減することで、振動等のトラブルを回避することができる回転機械のラビリンスシールを提供すること。【解決手段】チャンバー１９内に流入する二次流水Ｖ２の圧力以上の圧力を有する圧流水Ｖ１を回転軸１６とラビリンスシール１１とのシール間隙から当該チャンバー１９内に送り込む複数段のフィン１１１を有する回転機械のラビリンスシールにおいて、ラビリンスシール１１出口側のフィン１１１´を当該フィン頂部１１２´とチャンバー１９側側面部１１４´のなす角度を直角または鋭角に形成した。【選択図】　　　図２
2004019754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械のラビリンスシールにおいて、
前記ラビリンスシール出口側のフィンを当該フィン頂部と前記チャンバー側側面部のなす角度を直角または鋭角に形成したことを特徴とするラビリンスシール。
【請求項２】
前記フィン頂部の厚みをフィンピッチの１／２以上としたことを特徴とする請求項１に記載のラビリンスシール。
【請求項３】
前記チャンバー内にラビリンスシール側から突設される抑制リングを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のラビリンスシール。
【請求項４】
前記ラビリンスシール出口側のフィンの前記二次流水の接触面を当該二次流水が円滑に案内される曲面としたことを特徴とする請求項１または２に記載のラビリンスシール。
【請求項５】
前記複数段のフィンのうち少なくとも一箇所のフィン谷部の深さを浅くまたはフィンピッチを変則間隔にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のラビリンスシール。
【請求項６】
チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械のラビリンスシールにおいて、
前記チャンバー内にラビリンスシール側から突設される抑制リングを設けたことを特徴とするラビリンスシール。
【請求項７】
前記抑制リングの前記二次流水の接触面を当該二次流水が円滑に案内される曲面としたことを特徴とする請求項３または６に記載のラビリンスシール。
【請求項８】
チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械のラビリンスシールにおいて、
前記ラビリンスシール出口側のフィンの前記圧流水の接触面または前記二次流水の接触面のうち少なくともいずれか一方を当該圧流水または当該二次流水が円滑に案内される曲面としたことを特徴とするラビリンスシール。
【請求項９】
チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械のラビリンスシールにおいて、
前記複数段のフィンのうち少なくとも一箇所のフィン谷部の深さを浅くまたはフィンピッチを変則間隔にしたことを特徴とするラビリンスシール。
【請求項１０】
チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械において、
前記ラビリンスシールに請求項１〜９のいずれか一つに記載のラビリンスシールを用いることを特徴とする回転機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラビリンスシール及び当該ラビリンスシールを用いた回転機械に関し、更に詳しくは、シール間隙からチャンバー内に圧流水を送り込む回転機械のラビリンスシール及び当該ラビリンスシールを用いた回転機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所等で使用する遠心ポンプ、タービン、圧縮機等の回転機械においては、放射能汚染されている一次流水を循環し、エネルギーを得ているがこの放射能汚染されている一次流水が外部へ漏出することは絶対に避けなければならない。そこで、回転機械のラビリンスシールのシール間隙からチャンバー内へ圧流水を送り込むことにより、一次流水が遺漏してチャンバー内へ副流として流れ込む汚染されている二次流水を、ラビリンスシールのシール間隙側へ進入しないように押し戻す必要がある。従って、そのためには、チャンバー内へ還流する二次流水と同等以上の圧力差をもって、ラビリンスシールのシール間隙からチャンバー内へ圧流水を送り込む必要がある。
【０００３】
図１３は、従来の回転機械の部分断面図である。同図に示すように、回転機械６０は、回転軸６４をシールするラビリンスシール６１出口側にチャンバー６３を有している。また、ラビリンスシール６１は、ケーシング６２に設けられており、複数段のフィン６１１により構成されている。フィン６１１は、断面が左右対称の側面部６１２を有する台形状である。回転軸６４とラビリンスシール６１とのシール間隙を通りチャンバー６３へ流れ込んだ圧流水Ｖ１は、チャンバー６３内の循環流によりケーシング６２の内壁面６２１に沿って軸中心側に流れる二次流水Ｖ２と合流する。チャンバー６３内の循環流はＶ１、Ｖ２の合流を経て最終的に還流水Ｖ３となり、この還流水Ｖ３は還流路６５を通り、図示しない一次流水に合流する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、圧流水Ｖ１の一部は、ラビリンスシール６１出口側、すなわちチャンバー６３に近接するフィン６１１´の傾斜面６１２´近傍で、ケーシング６２の内壁面６２１に沿って流れる二次流水Ｖ２の一部と合流する。合流した際に圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２が互いに干渉し、渦流Ｖ１´、Ｖ２´を生じる。
【０００５】
図１４は、従来の回転機械のラビリンスシールにおける流速変動を示す図であり、同図（ａ）は流速相当電圧値（Ｖ）と時間（ｓｅｃ）との関係、同図（ｂ）は流速変動相当電圧値（Ｖ）と周波数（Ｈｚ）の関係を示す図である。なお、流速変動の計測は、ラビリンスシール６１の出口側に熱膜流速計（ホットフィルムセンサ）を取り付けて行ったものである。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）の時間波形を高速フーリエ変換し、周波数波形としたものである。
【０００６】
従来の回転機械においては、同図（ｂ）に示すように複数箇所（図ではＡ、Ｂの２箇所）で流速変動に相当する電圧値（Ｖ）のピークが現れている。これは、ラビリンスシール６１の出口側における圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２の流速が周期的に変動していることを示している。つまり、渦流Ｖ１´、Ｖ２´により、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２に周期的な流速変動や圧力変動が発生している。従って、この周期的な流速変動や圧力変動により、回転機械６０が振動する等のトラブルを生じる恐れがある。
【０００７】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周期的な流速変動や圧力変動を低減することで、振動等のトラブルを回避することができるラビリンスシール及び当該ラビリンスシールを用いた回転機械を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明では、チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械のラビリンスシールにおいて、ラビリンスシール出口側のフィンを当該フィン頂部とチャンバー側側面部のなす角度を直角または鋭角に形成したことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、ラビリンスシール出口側のフィンを当該フィン頂部とチャンバー側側面部のなす角度を直角または鋭角に形成したので、回転軸の側面と平行するラビリンスシール出口側のフィンのフィン頂部の厚さは増加し、その回転軸の側面とフィン頂部の間で圧流水は回転軸の軸方向に整流されるとともに、二次流水がケーシングの内壁面からフィンの側面部を通過する際に、この二次流水の流れは乱れの原因となる拡大をすることがなく、圧流水と二次流水は円滑に合流できる。これによって、圧流水と二次流水の干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動を低減し、振動等のトラブルを回避することができる。なお、ここでラビリンスシール出口側とは、ラビリンスシールのチャンバー側をいう。
【００１０】
また、この発明では、請求項１に記載のラビリンスシールにおいて、フィン頂部の厚みをフィンピッチの１／２以上としたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、ラビリンスシール出口側のフィンの厚みをフィンピッチの１／２以上としたので、ラビリンスシール出口側のフィンのフィン頂部の厚みをさらに増加させることができ、回転軸の側面とフィン頂部の間で圧流水はさらに回転軸の軸方向に整流される。これによって、圧流水と二次流水との干渉がさらに抑制され、周期的な流速変動や圧力変動がさらに低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００１２】
また、この発明では、請求項１又は２に記載のラビリンスシールにおいて、チャンバー内にラビリンスシール側から突設される抑制リングを設けたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、チャンバー内にラビリンスシール側から突設される抑制リングを設けたので、回転軸の側面と抑制リングの内周面の間で圧流水がさらに回転軸の軸方向に整流されるとともに抑制リングの外周面により二次流水が回転軸の軸方向に整流される。これによって、圧流水と二次流水との干渉がさらに抑制され、周期的な流速変動や圧力変動がさらに低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００１４】
また、この発明では、請求項１又は２に記載のラビリンスシールにおいて、ラビリンスシール出口側のフィンの二次流水の接触面を当該二次流水が回転軸の軸方向に円滑に案内される曲面としたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、ラビリンスシール出口側のフィンの二次流水の接触面を当該二次流水が回転軸の軸方向に円滑に案内される曲面としたので、回転軸の側面とフィン頂部の間で圧流水が回転軸の軸方向に整流されるとともに、二次流水の接触面により二次流水が回転軸の軸方向に整流され、圧流水と二次流水は円滑に合流できる。これによって、圧流水と二次流水との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。なお、ここでラビリンスシール出口側とは、ラビリンスシールのチャンバー側をいう。
【００１６】
また、この発明では、請求項１〜４のいずれか一つに記載のラビリンスシールにおいて、複数段のフィンのうち少なくとも一箇所のフィン谷部の深さを浅く又はフィンピッチを変則間隔にしたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、複数段のフィンのうち少なくとも一箇所のフィン谷部の深さを浅く又はフィンピッチを変則間隔にしたので、ラビリンスシールの出口近傍で渦流が発生しても、ラビリンスシールのフィン谷部で発生する渦流と同期して助長されることがなくなる。これによって、圧流水と二次流水との干渉がさらに抑制され、周期的な流速変動や圧力変動がさらに低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００１８】
また、この発明では、チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械のラビリンスシールにおいて、チャンバー内にラビリンスシール側から突設される抑制リングを設けたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、チャンバー内にラビリンスシール側から突設される抑制リングを設けたので、回転軸の側面と抑制リングの内周面の間で圧流水が回転軸の軸方向に整流されるとともに抑制リングの外周面により二次流水が回転軸の軸方向に整流される。これによって、圧流水と二次流水との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動がさらに低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００２０】
また、この発明では、請求項３又は６に記載のラビリンスシールにおいて、抑制リングの二次流水の接触面を当該二次流水が円滑に案内される曲面としたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、抑制リングの二次流水の接触面を当該二次流水が円滑に案内される曲面としたので、二次流水が抑制リングの接触面により二次流水が回転軸の軸方向にさらに整流され、圧流水と二次流水は円滑に合流できる。これによって、圧流水と二次流水との干渉がさらに抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００２２】
また、この発明では、チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械のラビリンスシールにおいて、ラビリンスシール出口側のフィンの圧流水の接触面又は二次流水の接触面のうち少なくともいずれか一方を当該圧流水又は当該二次流水が回転軸の軸方向に円滑に案内される曲面としたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、ラビリンスシール出口側のフィンの圧流水の接触面又は二次流水の接触面のうち少なくともいずれか一方を当該圧流水又は当該二次流水が回転軸の軸方向に円滑に案内される曲面としたので、回転軸の側面と圧流水の接触面の間で圧流水が回転軸の軸方向に整流されるとともに二次流水の接触面により二次流水が回転軸の軸方向に整流され、圧流水と二次流水は円滑に合流できる。これによって、圧流水と二次流水との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。なお、ここでラビリンスシール出口側とは、ラビリンスシールのチャンバー側をいう。
【００２４】
また、この発明では、チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械のラビリンスシールにおいて、複数段のフィンのうち少なくとも一箇所のフィン谷部の深さを浅くまたはフィンピッチを変則間隔にしたことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、複数段のフィンのうち少なくとも一箇所のフィン谷部の深さを浅くまたはフィンピッチを変則間隔にしたので、ラビリンスシールの出口近傍で渦流が発生しても、ラビリンスシールのフィン谷部で発生する渦流と同期して助長されることがなくなる。これによって、圧流水と二次流水との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００２６】
また、この発明によれば、チャンバー内に流入する二次流水の圧力以上の圧力を有する圧流水を回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から当該チャンバー内に送り込む複数段のフィンを有する回転機械において、ラビリンスシールに請求項１〜９のいずれか一つに記載の回転機械のラビリンスシールを用いることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、回転機械のラビリンスシールに請求項１〜９のいずれか一つに記載のラビリンスシールを用いるので、圧流水と二次流水の干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動を低減する。これによって、回転機械が振動するなどのトラブルを回避することができる。なお、ここでラビリンスシール出口側とは、ラビリンスシールのチャンバー側をいう。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものが含まれるものとする。
【００２９】
図１は、この発明にかかる遠心ポンプの構成例を示す図である。同図に示すように、回転機械である遠心ポンプ１は、ケーシング１−１とこのケーシング１−１によって囲繞される回転部１−２により構成されている。ケーシング１−１は、回転軸１６をシールするラビリンスシール１１、一次流水Ｖを吸い込む吸込部１１８、この一次流水Ｖを下流に排水するボリュート１１７等が設けられている。ここで、ラビリンスシール１１は、ケーシング１−１に直接形成しても良いし、別途製作してケーシング１−１に取り付けても良い。また、本実施形態では、ケーシング１−１の内壁面１−１１には、リング状のケーシング側シール部材１−１２が下方に突設されているが、突設しなくても良い。この場合は、内壁面側面部１−１３等がケーシング側シール部材１−１２と同様の役割を果たす。
【００３０】
回転部１−２は、主板１３と側板１４の間に設けられたインペラ１５（羽根車）と、このインペラ１５に一体に連結され、外部に回転運動を伝達する回転軸１６とに構成されている。主板１３には、後述する還流水Ｖ３をインペラ１５の上流側の一次流水Ｖに還流させる還流路１３１が設けられており、その上壁面１３２には、リング状の主板側シール部材１３３が上方に突設されている。上記主板側シール部材１３３とケーシング側シール部材１−１２により主板側シール部１７が形成される。なお、１８は側板１４の下部外周面とこの面に対応するケーシング１−１の内壁面１−１１によって形成される側板側シール部である。
【００３１】
上記ケーシング１−１の内壁面１−１１、主板１３の上壁面１３２、主板１３の主板側シール部材１３３及び回転軸１６の側面１６１によりチャンバー１９が形成される。このチャンバー１９は主板側シール部材１３３のさらに内周側に設けられるリング状の隔離部材や主板１３の上壁面１３２に平行して回転軸１６につけられる円盤部材等によりさらに隔離されている場合もあるが、この場合においても本発明を適用することができる。ラビリンスシール１１の上部（入口側）には、図示しない圧流水供給手段により供給される圧流水Ｖ１をラビリンスシール１１と回転軸１６の間、すなわちシール間隙に送り込む圧流水管１１９が接続されている。また、上記ケーシング１−１の吸込部１１８の上流側には、図示しない吸込管が接続されている。
【００３２】
そして、上記遠心ポンプ１は、図示しない駆動源により回転軸１６を介して伝わる動力により回転部１−２が回転し、インペラ１５の排水作用により吸込部１１８から水が一次流水Ｖとして吸い込まれるようになっている。このインペラ１５を通過した一次流水Ｖは、ケーシング１−１のボリュート１１７に送り込まれ下流に排水される。インペラ１５を通過した一次流水Ｖの一部は、二次流水Ｖ２として主板１３及び側板１４とケーシング１−１の内壁面１−１１の間に流入する。主板１３側の二次流水Ｖ２は、主板側シール部１７を介してチャンバー１９内に流入する。この流入した二次流水Ｖ２は、図示しない圧流水供給装置より圧流水管１１９、シール間隙を介してチャンバー１９内に送り込まれた圧流水Ｖ１と合流して還流水Ｖ３となり、還流路１３１を通ってインペラ１５の上流側の一次流水Ｖに還流される。一方、側板１４側の二次流水Ｖ２は、側板側シール部１８を介して一次流水Ｖに還流される。
【００３３】
図２は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの構成例を示す図である。同図に示すように、ラビリンスシール１１は、複数段のフィン１１１により構成されている。このフィン１１１は、フィン頂部１１２、フィン谷部１１３、左右相称の側面部１１４により構成されている。ラビリンスシール１１出口側のフィン１１１´は、そのチャンバー１９側の側面部１１４´をケーシング１−１の内壁面１−１１と一直線となるように形成されている。すなわち、フィン１１１´は、そのフィン頂部１１２´とチャンバー１９側の側面部１１４´の角度が９０°になるように形成されている。これにより、回転軸１６の側面１６１と平行するフィン１１１´のフィン頂部１１２´の厚さは増加する。なお、フィン１１１´のフィン頂部１１２´の厚みｄは、フィン１１１のフィンピッチ（フィン１１１のフィン頂部１１２とフィン頂部１１２又はフィン谷部１１３とフィン谷部１１３の距離）Ｐの１／２程度が好ましい。
【００３４】
シール間隙に送り込まれた圧流水Ｖ１は、回転軸１６の側面１６１とフィン１１１´のフィン頂部１１２´の間を通過する際に回転軸１６の軸方向に整流される。整流された圧流水Ｖ１は、チャンバー１９内に送り込まれ、ケーシング１−１の内壁面１−１１及びフィン１１１´のチャンバー側１９の側面部１１４´に沿ってチャンバー１９内に流入する二次流水Ｖ２と円滑に合流する。
【００３５】
図３は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールにおける流速変動を示す図であり、同図（ａ）は流速相当電圧値（Ｖ）と時間（ｓｅｃ）との関係、同図（ｂ）は流速変動相当電圧値（Ｖ）と周波数（Ｈｚ）の関係を示す図である。なお、流速変動の計測は、ラビリンスシール１１の出口側に熱膜流速計（ホットフィルムセンサ）を取り付けて行ったものである。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）の時間波形を高速フーリエ変換し、周波数波形としたものである。
【００３６】
この発明にかかる回転機械においては、図１４（ｂ）に示すような流速変動に相当する電圧値（Ｖ）のピークが現れていない。これは、ラビリンスシール１１の出口側における圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２の流速が周期的に変動していないことを示している。つまり、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２が互いに干渉せず、すなわち渦流の発生が抑制されることにより、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２に周期的な流速変動や圧力変動が低減したこととなる。これにより、回転機械が振動する等のトラブルを回避することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、チャンバー１９側の側面部１１４´をケーシング１−１の内壁面１−１１と一直線に形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、側面部１１４´を内壁面１−１１より下方に傾斜しても良い。つまり、フィン頂部１１１´と側面部１１４´の角度を鋭角にしても良い。
【００３８】
図４は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。本ラビリンスシールが、図２に示すラビリンスシールと異なる点は、フィン１１１´のフィン頂部１１２´と内周面２０１が一直線上となる抑制リング２０を側面部１１４´から下方、すなわちチャンバー１９内に突設した点である。シール間隙に送り込まれた圧流水Ｖ１は、回転軸１６の側面１６１とフィン１１１´のフィン頂部１１２´及び抑制リング２０の内周面２０１の間を通過する際に回転軸１６の軸方向に整流される。また、ケーシング１−１の内壁面１−１１及びフィン１１１´の側面部１１４´に沿ってチャンバー１９内に流入する二次流水Ｖ２は、抑制リング２０の外周面２０２により、回転軸１６の軸方向に整流される。この整流された圧流水Ｖ１はチャンバー１９内に送り込まれ、整流された二次流水Ｖ２と円滑に合流する。
【００３９】
合流した圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２は互いに干渉しないので、渦流の発生が抑制され、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２に周期的な流速変動や圧力変動が低減する。これにより、回転機械が振動する等のトラブルを回避することができる。
【００４０】
図５は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。本ラビリンスシールが、図４に示すラビリンスシールと異なる点は、抑制リング２０をケーシング１−１の内壁面１−１１から下方に突設した点である。この場合、圧流水Ｖ１は抑制リング２０の内周面２０１により回転軸１６の軸方向に整流され、二次流水Ｖ２は抑制リング２０の外周面２０２により回転軸１６の軸方向に整流される。この整流された圧流水Ｖ１はチャンバー１９内に送り込まれ、整流された二次流水Ｖ２と円滑に合流する。
【００４１】
合流した圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２は互いに干渉しないので、渦流の発生が抑制され、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２に周期的な流速変動や圧力変動が低減する。これにより、回転機械が振動する等のトラブルを回避することができる。なお、フィン１１１´のチャンバー１９側の側面部１１４´は、同図に示すように従来と同様に左右相称に形成しても良いし、ケーシング１−１の内壁面１−１１と一直線となるように形成しても良い。
【００４２】
図６は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。本ラビリンスシールが、図４に示すラビリンスシールと異なる点は、抑制リング２１の外周面に二次流水Ｖ２を回転軸１６の軸方向に整流する曲面部２１２を設けた点である。この場合、圧流水Ｖ１は抑制リング２１の内周面２１１により回転軸１６の軸方向に整流される。一方、ケーシング１−１の内壁面１−１１に沿ってチャンバー１９に流入する二次流水Ｖ２は、抑制リング２１の曲面部２１２により回転軸１６の軸方向に整流され、一部の二次流水Ｖ２´がチャンバー１９内に送り込まれた整流された圧流水Ｖ１と合流する。すなわち、二次流水Ｖ２が圧流水Ｖ１と直接衝突することを防止して、流速が減少し、且つ渦流の発生が抑制された二次流水Ｖ２´と整流された圧流水Ｖ１を円滑に合流させる。
【００４３】
合流した圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２´は互いに干渉しないので、渦流の発生が抑制され、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２´に周期的な流速変動や圧力変動が低減する。これにより、回転機械が振動する等のトラブルを回避することができる。
【００４４】
ここで、回転軸１６の直径を３００ｍｍとすると、二次流水Ｖ２を回転軸１６の軸方向に整流するためにＲを５〜１０ｍｍ程度、ｄ１を５ｍｍ以上とすることが好ましい。また、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２´が合流する際に、この二次流水Ｖ２´を小さくするためにｄ２を５ｍｍ程度とすることが好ましい。さらに、圧流水Ｖ１を整流し、且つこの圧流水Ｖ１の逆流を防止するためｄ３を２ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、上記Ｒ、ｄ１〜ｄ３の値は、回転軸１６の直径に比例して変化するものである。
【００４５】
なお、図７に示すように、抑制リング２１の二次流水Ｖ２´と圧流水Ｖ１が合流する部分にさらに二次流水Ｖ２´を回転軸１６の軸方向に整流する曲面部２１３を設けても良い。これにより、曲面部２１２を通過した二次流水Ｖ２´は、さらに曲面部２１３により流速が減少し、且つ渦流の発生が抑制された状態で回転軸１６の軸方向に整流され、整流された圧流水Ｖ１とより円滑に合流する。
【００４６】
図８は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。本ラビリンスシールが、図５に示すラビリンスシールと異なる点は、ケーシング１−１の内壁面１−１１に設けられた抑制リング２１の外周面に二次流水Ｖ２を回転軸１６の軸方向に整流する曲面部２１２を設けた点である。この場合、圧流水Ｖ１は、回転軸１６の側面１６１とフィン１１１´のフィン頂部１１２´の間を通過する際に回転軸１６の軸方向に整流される。一方、ケーシング１−１の内壁面１−１１に沿ってチャンバー１９に流入する二次流水Ｖ２は、抑制リング２１の曲面部２１２により回転軸１６の軸方向に整流され、一部の二次流水Ｖ２´が抑制リング２１及び側面部１１４´に沿ってチャンバー１９内に送り込まれた整流された圧流水Ｖ１と円滑に合流する。
【００４７】
合流した圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２´は互いに干渉しないので、渦流の発生が抑制され、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２に周期的な流速変動や圧力変動が低減する。これにより、回転機械が振動する等のトラブルを回避することができる。ここで、回転軸１６の直径を３００ｍｍとすると、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２´の干渉を極力避けるためｄ４を２０ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、上記ｄ４の値は、回転軸１６の直径に比例して変化するものである。
【００４８】
図９は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。本ラビリンスシールが、図２に示すラビリンスシールと異なる点は、二次流水Ｖ２が円滑に案内され、かつ回転軸１６の軸方向に整流されるように曲面により構成される二次流水接触面２２を設けた点である。シール間隙に送り込まれた圧流水Ｖ１は、回転軸１６の側面１６１とフィン１１１´の頂部１１２´の間を通過する際に回転軸１６の軸方向に整流される。また、ケーシング１−１の内壁面１−１１に沿ってチャンバー１９内に流入する二次流水Ｖ２は、二次流水接触面２２により円滑に案内されながら回転軸１６の軸方向に整流される。
【００４９】
この整流された圧流水Ｖ１はチャンバー１９内に送り込まれ、整流された二次流水Ｖ２と円滑に合流する。合流した圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２は互いに干渉しないので、渦流の発生が抑制され、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２に周期的な流速変動や圧力変動が低減する。これにより、回転機械が振動する等のトラブルを回避することができる。
【００５０】
図１０は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。本ラビリンスシールが、図９に示すラビリンスシールと異なる点は、圧流水Ｖ１が円滑に案内され、かつ回転軸１６の軸方向に整流されるように曲面により構成される圧流水接触面２３を設けた点である。シール間隙に送り込まれた圧流水Ｖ１は、圧流水接触面２３により円滑に案内されながら回転軸１６の軸方向に整流される。
【００５１】
この整流された圧流水Ｖ１はチャンバー１９内に送り込まれ、整流された二次流水Ｖ２と円滑に合流する。合流した圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２は互いに干渉しないので、渦流の発生が抑制され、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２に周期的な流速変動や圧力変動が低減する。これにより、回転機械が振動する等のトラブルを回避することができる。
【００５２】
図１１は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。本ラビリンスシール１１は、複数段のフィン１１１のうち少なくとも一箇所のフィン谷部１１３´の深さｈ２を他のフィン１１１のフィン谷部１１３の深さｈ１よりも浅く構成したものである。シール間隙に送り込まれた圧流水Ｖ１は、各フィン谷部１１３で渦流を発生するが、フィン谷部１１３´とフィン谷部１１３の形状が異なるため、深さの浅いフィン谷部１１３´で発生した渦流は、フィン谷部１１３で発生した渦流とは同期しない。従って、ラビリンスシール１１出口近傍で渦流が発生しても、この渦流は助長されることがなくなる。これによって、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００５３】
図１２は、この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。本ラビリンスシール１１は、複数段のフィン１１１のうち少なくとも一箇所のフィン１１１″のフィンピッチＰ２を他のフィン１１１のフィンピッチＰ１よりも短く構成したものである。シール間隙に送り込まれた圧流水Ｖ１は各フィン谷部１１３で渦流を発生するが、フィン１１１″に隣接するフィン谷部１１３″はフィン谷部１１３の形状が異なるため、フィン谷部１１３″で発生した渦流は、フィン谷部１１３で発生した渦流とは同期しない。従って、ラビリンスシール１１出口近傍で渦流が発生しても、この渦流は助長されることがなくなる。これによって、圧流水Ｖ１と二次流水Ｖ２との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。ここで、図１２ではフィン１１１″のフィンピッチＰ２を他のフィン１１１のフィンピッチＰ１よりも短くしているが、フィンピッチＰ１よりも長くしても良い。
【００５４】
なお、上記実施形態では、ラビリンスシール１１を遠心ポンプ１に用いる場合を説明したが、この発明はこれに限定されるものではなくタービン、圧縮機等の回転機械に用いても良い。つまり、回転機械内の流体が回転軸とラビリンスシールとのシール間隙から外部に漏れないように、この流体より圧力が高い圧流体をシール間隙から回転機械内に送り込む構成の回転機械であれば、いずれの回転機械にも用いることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、ラビリンスシール出口側のフィンを当該フィン頂部とチャンバー側側面部のなす角度を直角または鋭角に形成したので、回転軸の側面と平行するラビリンスシール出口側のフィンのフィン頂部の厚さは増加し、その回転軸の側面とフィン頂部の間で圧流水は回転軸の軸方向に整流されるとともに、二次流水がケーシングの内壁面からフィンの側面部を通過する際に、この二次流水の流れは乱れの原因となる拡大をすることがなく、圧流水と二次流水の干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動を低減し、振動等のトラブルを回避することができる。
【００５６】
また、請求項２に記載の発明によれば、ラビリンスシール出口側のフィンの厚みをフィンピッチの１／２以上としたので、ラビリンスシール出口側のフィンのフィン頂部の厚みをさらに増加させることができ、回転軸の側面とフィン頂部の間で圧流水はさらに回転軸の軸方向に整流される。これによって、圧流水と二次流水との干渉がさらに抑制され、周期的な流速変動や圧力変動がさらに低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００５７】
また、請求項３に記載の発明によれば、チャンバー内にラビリンスシール側から突設される抑制リングを設けたので、回転軸の側面と抑制リングの内周面の間で圧流水がさらに回転軸の軸方向に整流されるとともに抑制リングの外周面により二次流水が回転軸の軸方向に整流される。これによって、圧流水と二次流水との干渉がさらに抑制され、周期的な流速変動や圧力変動がさらに低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００５８】
また、請求項４に記載の発明によれば、ラビリンスシール出口側のフィンの二次流水の接触面を当該二次流水が回転軸の軸方向に円滑に案内される曲面としたので、回転軸の側面とフィン頂部の間で圧流水が回転軸の軸方向に整流されるとともに、二次流水の接触面により二次流水が回転軸の軸方向に整流され、圧流水と二次流水は円滑に合流できる。これによって、圧流水と二次流水との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００５９】
また、請求項５に記載の発明によれば、複数段のフィンのうち少なくとも一箇所のフィン谷部の深さを浅く又はフィンピッチを変則間隔にしたので、ラビリンスシールの出口近傍で渦流が発生しても、ラビリンスシールのフィン谷部で発生する渦流と同期して助長されることがなくなる。これによって、圧流水と二次流水との干渉がさらに抑制され、周期的な流速変動や圧力変動がさらに低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００６０】
また、請求項６に記載の発明によれば、チャンバー内にラビリンスシール側から突設される抑制リングを設けたので、回転軸の側面と抑制リングの内周面の間で圧流水が回転軸の軸方向に整流されるとともに抑制リングの外周面により二次流水が回転軸の軸方向に整流される。これによって、圧流水と二次流水との干渉がさらに抑制され、周期的な流速変動や圧力変動がさらに低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００６１】
また、請求項７に記載の発明によれば、抑制リングの二次流水の接触面を当該二次流水が円滑に案内される曲面としたので、二次流水が抑制リングの接触面により二次流水が回転軸の軸方向にさらに整流され、圧流水と二次流水は円滑に合流できる。これによって、圧流水と二次流水との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００６２】
また、請求項８に記載の発明によれば、ラビリンスシール出口側のフィンの圧流水の接触面又は二次流水の接触面のうち少なくともいずれか一方を当該圧流水又は当該二次流水が回転軸の軸方向に円滑に案内される曲面としたので、回転軸の側面と圧流水の接触面の間で圧流水が回転軸の軸方向に整流されるとともに二次流水の接触面により二次流水が回転軸の軸方向に整流され、圧流水と二次流水は円滑に合流できる。これによって、圧流水と二次流水との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００６３】
また、請求項９に記載の発明によれば、複数段のフィンのうち少なくとも一箇所のフィン谷部の深さを浅くまたはフィンピッチを変則間隔にしたので、ラビリンスシールの出口近傍で渦流が発生しても、ラビリンスシールのフィン谷部で発生する渦流と同期して助長されることがなくなる。これによって、圧流水と二次流水との干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動が低減され、振動等のトラブルを回避することができる。
【００６４】
また、請求項１０に記載の発明によれば、回転機械のラビリンスシールに請求項１〜９のいずれか一つに記載のラビリンスシールを用いるので、圧流水と二次流水の干渉が抑制され、周期的な流速変動や圧力変動を低減する。これによって、回転機械が振動するなどのトラブルを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる遠心ポンプの構成例を示す図である。
【図２】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの構成例を示す図である。
【図３】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールにおける流速変動を示す図であり、同図（ａ）は流速相当電圧値（Ｖ）と時間（ｓｅｃ）との関係、同図（ｂ）は流速変動相当電圧値（Ｖ）と周波数（Ｈｚ）の関係を示す図である。
【図４】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。
【図５】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。
【図６】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。
【図７】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。
【図８】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。
【図９】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。
【図１０】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。
【図１１】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。
【図１２】この発明にかかる回転機械のラビリンスシールの他の構成例を示す図である。
【図１３】従来の回転機械の部分断面図である。
【図１４】図１１は、従来の回転機械のラビリンスシールにおける流速変動を示す図であり、同図（ａ）は流速相当電圧値（Ｖ）と時間（ｓｅｃ）との関係、同図（ｂ）は流速変動相当電圧値（Ｖ）と周波数（Ｈｚ）の関係を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　遠心ポンプ
１−１　　ケーシング
１−１１　内壁面
１−１２　ケーシング側シール部材
１−１３　内壁面側面部
１−２　　回転部
１１　　　ラビリンスシール
１１１　　フィン
１１２　　フィン頂部
１１３　　フィン谷部
１１４　　側面部
１１７　　ボリュート
１１８　　吸込部
１１９　　圧流水管
１３　　　主板
１３１　　還流路
１３２　　上壁面
１３３　　主板側シール部材
１４　　　側板
１５　　　インペラ（羽根車）
１６　　　回転軸
１６１　　側面
１７　　　主板側シール部
１８　　　側板側シール部
１９　　　チャンバー
２０　　　抑制リング
２０１　　内周面
２０２　　外周面
２１　　　抑制リング
２１１　　内周面
２１２　　曲面部
２１３　　曲面部
２２　　　二次流水接触面
２３　　　圧流水接触面
Ｖ　　　　一次流水
Ｖ１　　　圧流水
Ｖ２　　　二次流水
Ｖ３　　　還流水
【図１】
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【図２】
2004019754.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004019754.tif 000006
【図５】
2004019754.tif 000007
【図６】
2004019754.tif 000008
【図７】
2004019754.tif 000009
【図８】
2004019754.tif 000010
【図９】
2004019754.tif 000011
【図１０】
2004019754.tif 000012
【図１１】
2004019754.tif 000013
【図１２】
2004019754.tif 000014
【図１３】
2004019754.tif 000015
【図１４】
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