(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体機械のケーシングと回転体との間の隙間を通って前記ケーシング内の高圧領域から低圧領域へ流体が漏洩するのを防止するシール装置において、
前記ケーシングに固定され、前記高圧領域側と前記低圧領域側を貫通して前記回転体が差し込まれた主貫通孔が形成され、かつ前記主貫通孔の孔周壁と前記回転体の外周面との間に第１の隙間が形成されている、一体構造の主リングと、
前記主リングの前記主貫通孔の前記高圧領域側の部分の前記孔周壁に形成された環状収容溝に収容され、ループの巻き数が軸方向に２以上のスパイラル型一体構造であり、前記高圧領域側と前記低圧領域側を貫通して前記回転体が差し込まれる前記主貫通孔の直径よりも小さい直径を有する補助貫通孔が形成され、かつ前記補助貫通孔の孔周壁と前記回転体の前記外周面との間に前記第１の隙間よりも狭い第２の隙間が形成されている、薄厚補助リングと、
を備える、流体機械のシール装置。
【請求項２】
前記第２の隙間の寸法と、前記環状収容溝の底壁と前記薄厚補助リングの外周との間に形成された第３の隙間の寸法との和が、前記第１の隙間よりも小さい、請求項１に記載の流体機械のシール装置。
【請求項３】
前記薄厚補助リングの前記ループの厚みに前記巻き数を乗じたものが、前記環状収容溝の互いに対向する一対の側壁間の距離より小さく、かつ、前記ループの厚みに前記巻き数に１を加えたものを乗じたものが前記距離より大きい、請求項１又は請求項２に記載の流体機械のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ、水車、コンプレッサ、ガスタービン等の流体機械において、ケーシングと回転体との間の隙間を通ってケーシング内の高圧領域から低圧領域へ流体が漏洩するのを防止するシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体機械の主軸や羽根車等の回転体とケーシングとの間のシール装置として、例えば特許文献１に記載されているようなものが知られている。そのシール装置には、ケーシング側に固定されたウエアリングの内周面と回転体の外周面との間に隙間が形成されている。前記隙間の高圧領域側では、ウエアリングに環状収容溝を形成し、その環状収容溝に薄厚かつ幅狭の無端状のフローティングリングを収容することで、前記隙間を可能な限り微小に設定し、流体が隙間を介して高圧側から低圧側へ漏洩するのを防止している。
【０００３】
特許文献２に示す遠心式ポンプのウエアリング部構造では、ウエアリング部の材料を可撓性材料とし、このウエアリング部を構成する羽根車のマウスリング又はケーシングのライナリング部の一方を断面Ｖ字状又はベローズ状にして、ポンプ運転時に発生する圧力で撓ませることにより、ポンプ回転軸と同じ軸方向の間隔を接触可能なまでに小さくし、流体が隙間を介して高圧側から低圧側へ漏洩するのを防止している。
【０００４】
特許文献３に示すポンプ等のウエアリングリングでは、同一半径上にあるウエアリングリングの隙間を高圧水入口部から出口部の間にウエアリングリングのほぼ中央部より下流側の隙間が上流側よりやや大きくなるよう少なくとも２種類以上変化させて、流体が隙間を介して高圧側から低圧側へ漏洩するのを防止している。
【０００５】
特許文献４に示すフローティングリングシールでは、フローティングリングの２つの半径方向端面と、回転部品のディスク及びリング室の、半径方向の２つの壁面との間隙が狭くなっている２つの調整間隙を有している。フローティングリングが軸方向に移動することにより、一方の調整間隙が広くなると、他方の調整間隙が狭くなり、その結果フローティングリングの両端面に作用する軸方向の力が変わる。両調整間隙によって、フローティングリングは軸方向力が平衡する位置を保ち、作動状態においてもリング室の壁面に接触しない位置を保つ。従って、フローティングリングは他のいずれにも当接しないので、軸の回転速度が非常に大きい場合にも使用可能であり、そのような方法により流体が隙間を介して高圧側から低圧側へ漏洩するのを防止している。
【０００６】
しかし、従来のこれらのシール装置には以下の問題がある。
【０００７】
まず、特許文献１に示す記載のシール装置には、フローティングリングの熱収縮に起因する問題がある。フローティングリングに使用する樹脂の熱収縮率が大きく、低温下では熱収縮したフローティングリングが、回転体と接触する。その結果、フローティングリングの摩耗が起こり、機能及び耐久性低下の原因となる。
【０００８】
特許文献２に示す遠心式ポンプのウエアリング部構造では、ウエアリング素材をゴムやプラスチックで製作するために金型などが必要となり、コストが高いことが問題となる。
【０００９】
特許文献３に示すポンプ等のウエアリングリングでは、ウエアリングリングの摩耗により機能が低下することが問題となる。
【００１０】
特許文献４に示すフローティングリングシールでは、フローティングロングに段が付いた形状で加工に困難さを伴うこと、および回転部品がさらにディスクを必要とすることが問題となる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１６２６５５号公報
【特許文献２】特開平１１−２５７２８７号公報
【特許文献３】特開平０８−２１９０８９号公報
【特許文献４】特許２５８３１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、流体機械のケーシングと回転体との間の隙間を通ってケーシング内の高圧領域から低圧領域へ流体が漏洩するのを防止するシール装置において、比較的簡易な構造による製造やメンテナンスの容易性を実現しつつ、漏れ量の極小化、熱収縮による影響の除去、及び摩耗の抑制等を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するための手段として、本発明の流体機械のシール装置は、流体機械のケーシングと回転体との間の隙間を通って前記ケーシング内の高圧領域から低圧領域へ流体が漏洩するのを防止するシール装置において、前記ケーシングに固定され、前記高圧領域側と前記低圧領域側を貫通して前記回転体が差し込まれた主貫通孔が形成され、かつ前記主貫通孔の孔周壁と前記回転体の外周面との間に第１の隙間が形成されている、一体構造の主リングと、前記主リングの前記主貫通孔の前記高圧領域側の部分の前記孔周壁に形成された環状収容溝に収容され、ループの巻き数が軸方向に２以上のスパイラル型一体構造であり、前記高圧領域側と前記低圧領域側を貫通して前記回転体が差し込まれる前記主貫通孔の直径よりも小さい直径を有する補助貫通孔が形成され、かつ前記補助貫通孔の孔周壁と前記回転体の前記外周面との間に前記第１の隙間よりも狭い第２の隙間が形成されている、薄厚補助リングと、を備えるようにした。
【００１４】
主リングと別体の薄厚補助リングを備えるので、この薄厚補助リングに形成された補助貫通孔の直径を主リングに形成された主貫通孔の直径よりも大幅に小さくし、第２の隙間を第１の隙間よりも大幅に狭くできる。その結果、第１及び第２の隙間を通って高圧領域から低圧領域へ漏洩する流体の漏れ量を極小化できる。この漏れ量の極小化によって漏れ損失を低減し、流体機械の効率を向上できる。
【００１５】
主リングと別体の薄厚補助リングを備え、主リングに形成された主貫通孔の孔周壁と回転体の外周面の間の隙間（第１の隙間）よりも、薄厚補助リングに形成された補助貫通孔の孔周壁と回転体の外周面の間の隙間（第２の隙間）を狭く設定している。その結果、回転体と主リング（主貫通孔の孔周壁）との接触を防止できる。
【００１６】
薄厚補助リング側の第２の隙間よりも主リング側の第１の隙間が低圧領域側にあり、第１の隙間は第２の隙間よりも広い。そのため、高圧領域側から低圧領域側に向けて第１の隙間を流れる流体の流速が低減されるので、主リングの摩耗（主貫通孔の孔周壁の摩耗）を防止できる。
【００１７】
主リングと薄厚補助リングはいずれも複数の部品を組み立てた構造ではなく、単一の部品からなる一体構造であるので簡単に組み付けることができる。また、薄厚補助リングはスパイラル型一体構造であるので、薄厚補助リングの一端を回転体を支持する主軸に回転させながら巻き付けるようにしてその全体が主軸を包囲するようにさせた後、薄厚補助リングの２つのループを重ね合わせて１つにし、それを撓ませて主リングの環状収容溝に嵌め込むことでその流体機械を分解することなく、主リングに対して薄厚補助リングの取り付け及び取り外しを簡単にすることができる。従って、本発明のシール装置は製造及びメインテナンスが容易である。
【００１８】
スパイラル型一体構造の薄厚補助リングを使用することで、周方向、径方向のいずれにも拘束力をなくすことができるため、径方向への収縮量は極めて少なく、相対的にはるかに長い長手方向である周方向への熱による収縮量が大きくなる。その結果、熱収縮による収縮量が多い周方向で熱収縮を吸収し、回転体との接触を防止・低減させる。
【００１９】
前記第２の隙間の寸法と、前記環状収容溝の底壁と前記薄厚補助リングの外周との間に形成された第３の隙間の寸法との和が、前記第１の隙間よりも小さいことが好ましい。
【００２０】
薄厚補助リングは、最大で第３の隙間の寸法に相当する距離だけ環状収容溝内を回転部材の軸線と直交する方向（径方向）に移動できる。回転体が薄厚補助リングに接触ないしは衝突しても、この移動により薄厚補助リングの損傷や摩耗を低減できる。一方、回転体で押された薄型補助リングが回転部材の回転方向に対して直交する方向に移動しても、回転体が主リング（主リング貫通孔の孔周壁）に衝突する前に薄板補助リングの外周が環状収容溝の底壁に当接する。従って、回転体と主リングの衝突による振動の発生や、回転体と主リングの焼き付けは確実に防止できる。
【００２１】
前記薄厚補助リングの前記ループの厚みに前記巻き数を乗じたものが、前記環状収容溝の互いに対向する一対の側壁間の距離より小さく、かつ、前記ループの厚みに前記巻き数に１を加えたものを乗じたものが前記距離より大きいことが好ましい。
【００２２】
環状収容溝の側壁間の距離と薄厚補助リングのループの巻き数に対応した厚みの差に相当する距離だけ回転体の軸線方向に移動可能な状態で、薄厚補助リングのそれぞれのループが重なり合ったスパイラル型一体構造の薄厚補助リングを環状収容溝内に収容することができる。
【００２３】
前記主貫通孔の前記薄厚補助リングの前記低圧側に臨む部分に拡径部が形成されていることが好ましい。この拡径部の寸法や形状を変えることで、前述の薄厚補助リングを主リングに押圧する力を調整できる。従って、拡径部の寸法や形状の調節により、回転体の振動に対する減衰摩擦力を調節できる。
【００２４】
前記主貫通孔の前記孔周壁に表面粗度を増大させる加工が施されていることが好ましい。主貫通孔の孔周壁と回転体の外周面との間の隙間である第１の隙間における流体摩擦抵抗が増すので、第１及び第２の隙間を通って高圧領域から低圧領域へ漏洩する流体の漏れ量をより一層低減し、漏れ損失をさらに低減して流体機械の効率を一層向上できる。この種の加工としては、例えばローレット加工があるが流体摩擦抵抗を充分に増すことができる加工であれば、特に限定されない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の流体機械のシール装置は、比較的簡易な構造で製造やメンテナンスが容易でありながら、漏れ量の極小化、熱収縮による影響の除去、及び摩耗の抑制等を図ることができる。特に、スパイラル型構造の薄圧補助リングを使用することにより、径方向よりも熱収縮による影響が大きい周方向で熱収縮を吸収し、回転体との接触を防止・低減させる。その結果、薄圧補助リングの機能及び耐久性が低下することがなくなり、シール装置の機能を十分に発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は本発明の実施形態に係るシール装置を備える２段式の遠心ポンプ１を示す。この遠心ポンプ１のケーシング２内にはインターブシュ３で仕切られた２つの渦巻室４Ａ，４Ｂが形成されている。渦巻室４Ａ，４Ｂには、それぞれ１段目の羽根車５Ａと２段目の羽根車５Ｂが左右対称の姿勢で配置されている。これらの羽根車５Ａ，５Ｂは、水平方向に延びる主軸６に固定されている。主軸６はケーシング２を貫通して延びている。ケーシング２には一対の軸受ブラケット７Ａ，７Ｂが固定され、これらの軸受ブラケット７Ａ，７Ｂに収容された軸受８Ａ，８Ｂにより主軸６の両端が回転自在に支持されている。また、主軸６がケーシング２を貫通する部分には封止用のグランドパッキン９Ａ，９Ｂが配設されている。主軸６の図において右側の端部が原動機（図示せず。）に接続されている。
【００２７】
原動機により主軸６が回転すると、渦巻室４Ａ，４Ｂ内で羽根車５Ａ，５Ｂが回転する。吸込口１１から渦巻室４Ａに流入した水は１段目の羽根車５Ａで加圧された後、模式的に示す流路１２を通って渦巻室４Ｂに流入する。渦巻室４Ｂに流入した水は２段目の羽根車５Ｂでさらに加圧された後、吐出口１３から吐出される。
【００２８】
羽根車５Ａ，５Ｂは、主軸６に固定されたボス部１５と、ボス部１５から主軸６の径方向に延びる円形の主板１６を備える。主板１６には、複数の羽根１７の基端側が固定されている。また、これらの羽根１７の先端側は側板１８で連結されている。側板１８は外周が円形で、その中央には両端開口の円筒状で主板１６から離れる方向に突出するマウスリング部１９を備える。マウスリング部１９で囲まれた開口が羽根車入口２１を構成している。また、主板１６と側板１８の外周に挟まれた部分が羽根車出口２２を構成している。主板１６及び側板１８は主軸６と同軸に配置されている。従って、主軸６の軸線Ｌは主板１６及び側板１８の回転中心でもある。渦巻室４Ａ，４Ｂ内の水は羽根車入口２１から回転する羽根車５Ａ，５Ｂに吸い込まれ、羽根１７で加圧されて羽根車出口２２から吐出される。従って、渦巻室４Ａ，４Ｂは、羽根車入口２１側が低圧領域４ａで羽根車出口２２側が高圧領域４ｂとなっている。
【００２９】
シール装置２５Ａ，２５Ｂは、渦巻室４Ａ，４Ｂ内の水が高圧領域４ｂから低圧領域４ａへ漏洩するのを防止する。具体的には、シール装置２５Ａ，２５Ｂは、ケーシング２と羽根車５のマウスリング部１９の外周面との隙間を通って渦巻室４Ａ，４Ｂ内の高圧領域４ｂの水が低圧領域４ａへ漏洩するのを防止する。１段目の渦巻室４Ａに配設されたシール装置２５Ａと２段目の渦巻室４Ｂに配設されたシール装置２５Ｂは、構造も機能も同一であり、図において左右方向の取り付け姿勢のみが異なる。以下、２段目の渦巻室４Ｂに配設されたシール装置２５Ｂについて詳細に説明する。
【００３０】
図２、図４、及び図６をさらに参照すると、シール装置２５Ｂはその外周がケーシング２にねじ止めで固定されたウエアリング（主リング）３１と、このウエアリング３１に対して主軸６の軸線Ｌに対して直交する方向及び軸線Ｌが延びる方向にある程度移動可能な状態で取り付けられたフローティングリング（薄厚補助リング）３２とからなる。ウエアリング３１は、例えばステンレス鋼、鋳鉄、青銅鋳物等からなり、多数の部品を組み立てた構造ではなく、単一の部品からなる一体構造である。一方、フローティングリング３２は、摺動性能と耐磨耗性に優れ、かつある程度弾性的変形性を有する材料からなる。例えば、４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド樹脂等の各種の合成樹脂、硬質ゴム、軽金属、皮革等をフローティングリング３２の材料として使用できる。本実施形態では、４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）を採用している。ウエアリング３１と同様に、フローティングリング３２は多数の部品を組み立てた構造ではなく、単一の部品からなる一体構造である。
【００３１】
ウエアリング３１は全体として薄厚の環状であり、低圧領域４ａ側の端面（図において左側の端面）から高圧領域４ｂ側の端面（図において右側の端面）まで貫通する断面円形の貫通孔（主貫通孔）３１ａが形成されている。この貫通孔３１ａには高圧領域４ｂ側から羽根車５Ｂのマウスリング部１９が差し込まれている。また、貫通孔３１ａの高圧領域４ｂ側の部分の孔周壁、詳細には貫通孔３１ａの孔周壁のうちウエアリング３１の高圧領域４ｂ側の端面近傍の部分には、環状収容溝３１ｂが形成されており、この環状収容溝３１ｂにフローティングリング３２が収容されている。貫通孔３１ａのフローティングリング３２の低圧領域４ａ側の端面に臨む部分、すなわち貫通孔３１ａの孔周壁と環状収容溝３１ｂの一対の側壁のうち低圧領域４ａ側の側壁との接続部分には、低圧領域４ａ側から高圧領域４ｂ側に向けて径が漸増する面取部３１ｃが形成されている。符号δで示すように、環状収容溝３１ｂの底壁からの環状収容溝３１ｂの高圧領域４ｂ側の側壁の突出量は、フローティングリング３２の環状収容溝３１ｂからの脱落防止に必要な最小限の量に設定されている。
【００３２】
図３（Ａ）に示すように、フローティングリング３２はウエアリング３１よりも大幅に薄厚のデユポン社製細帯であり、幅一定、厚さ一定である。フローティングリング３２の端面は、平板の略矩形断面がフローティングリング３２の軸方向内側に斜めに向くように切断されている。それぞれの端面の先端と先端との距離は、０より大きな値Ｚとなるように設けられている。フローティングリング３２は、その細帯がスパイラル状に巻かれたスパイラル型一体構造である。本実施形態におけるスパイラル型とは、立体的に同じループ３３が一方の仮想末端と他方の仮想先端とで連続して同じパターンを繰り返し、螺旋状に伸長しているものをいう。ここでいうループ３３とは、環状の１つのユニットをいう。ループ３３を環中心に対して正面から見た場合、仮想先端３４ａと仮想末端３４ｂが同一点となるような略円の形状をしている。ループ３３を側面から見た場合、例えば、あるループ３３の仮想先端３４ａとそれに隣接するループ３３の仮想先端３４ａは、１つのユニットに相当する距離（ピッチ）ｄだけ前進又は後退した位置にある。隣接するループ３３は、軸方向に対して互いに重なり合う位置関係にある。ループ３３の内縁及び外縁は、環中心に対して正面から見た場合、それぞれ略円形である。スパイラル型一体構造とは、一体化した要素が前述した構造をとったものをいう。本実施形態でのフローティングリング３２のループの巻き数は、軸方向に２である。図２に示すように、低圧領域４ａ側の端面（図において左側の端面）から高圧領域４ｂ側の端面（図において右側の端面）まで貫通する断面円形の貫通孔（補助貫通孔）３２ａが形成されている。この貫通孔３２ａを高圧領域４ｂ側から羽根車５Ｂのマウスリング部１９が貫通している。図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、フローティングリング３２は、まず最初にスパイラル形状のループのそれぞれを互いに重ね合わせるようにして１つのループとし、それ自体を撓ませることでウエアリング３１の高圧領域４ｂ側の端面から環状収容溝３１ｂに嵌め込まれている。
【００３３】
次に、ウエアリング３１及びフローティングリング３２の寸法について詳述する。この寸法の説明では、貫通孔３１ａ、貫通孔３２ａ、及びマウスリング部１９が同軸であるものとする。
【００３４】
ウエアリング３１の貫通孔３１ａの直径Ｄｍ１は、羽根車５Ｂのマウスリング部１９の直径（外径）Ｄｒよりも大きく設定されている。従って、貫通孔３１ａの孔周壁とマウスリング部１９の外周面との間には、直径Ｄｍ１と直径Ｄｒの差に相当する幅Ｃ２を有する環状の隙間（第１の隙間）３５が形成されている。また、面取部３１ｃの高圧領域４ｂ側の端部は、貫通孔３１ａの直径Ｄｍ１よりも大きい直径Ｄｃを有する。さらに、前述のように環状収容溝３１ｂの高圧領域４ｂ側の側壁の突出量δは最小限に設定されているので、ウエアリング３１の高圧領域４ｂ側の端面における貫通孔３１ａの開口部は、貫通孔３１ａの他の部分（面取部３１ｃを含む）の直径Ｄｍ１，Ｄｃよりも大幅に大きい直径Ｄｍ３を有する。
【００３５】
フローティングリング３２の貫通孔３２ａの直径Ｄａ１は、羽根車５Ｂのマウスリング部１９の直径Ｄｒよりも大きく設定されている。従って、貫通孔３２ａの孔周壁とマウスリング部１９の外周面との間には、直径Ｄａ１と直径Ｄｒの差に相当する幅Ｃ１を有する環状の隙間（第２の隙間）３６が形成されている。貫通孔３２ａの直径Ｄａ１は貫通孔３１ａの直径Ｄｍ１よりも小さく設定されている。従って、隙間３６の幅Ｃ１は隙間３５の幅Ｃ２よりも狭い。
【００３６】
フローティングリング３２の外径（直径）Ｄａ２は、ウエアリング３１に形成された環状収容溝３１ｂの底壁の直径Ｄｍ２よりも小さく設定されている。従って、環状収容溝３１ｂの底壁とフローティングリング３２の外周との間には幅Ｃｓ（隙間３６の幅Ｃ１よりも充分大きい。）を有する環状の隙間（第３の隙間）３７が形成されている。従って、フローティングリング３２は、最大で隙間３７の幅Ｃｓに相当する距離だけ軸線Ｌに直交する方向（フローティングリング３２自体の径方向）に移動できる。隙間３５の幅Ｃ２は、隙間３６の幅Ｃ１と隙間３７の幅Ｃｓの和よりも大きく設定されている。換言すれば、幅Ｃ１，Ｃ２，Ｃｓには以下の式（１）の関係がある。
【００３７】
【数１】
0004685903.tif 000002
【００３８】
フローティングリング３２のループ３３の厚みｔ２に巻き数を乗じたものｔ３は、環状収容溝３１ｂの互いに対向する一対の側壁間の距離ｔ１より小さくなるように設定されている。換言すれば、環状収容溝３１ｂの互いに対向する一対の側壁間の距離ｔ１はフローティングリング３２のループ３３の厚みｔ２に巻き数を乗じたものｔ３よりも大きく設定されている。従って、フローティングリング３２は距離ｔ１と厚みｔ３の差に相当する距離だけ軸線Ｌ方向（フローティングリング３２自体の厚み方向）に移動できる。
【００３９】
図４を参照すると、貫通孔３１ａの孔周壁、具体的には貫通孔３１ａの孔周壁のうち面取部３１ｃよりも低圧領域４ａの部分には、ローレット加工３８を施して表面粗度を増大させ、隙間３５を通る水に作用する流体摩擦抵抗を増大させている。なお、図４では図示の単純化のために貫通孔３１ａの孔周壁の周方向の一部にのみローレット加工３８を図示しているが、実際には貫通孔３１ａの孔周壁の周方向の全体にローレット加工３８が施されている。このローレット加工３８は図５（Ａ）に示すように四角形の凹部３８ａを線状の突起３８ｂが取り囲むものでも、図５（Ｂ）に示すように三角形の凹部３８ａを線状の凸部３８ｂが取り囲むものでもよい。また、隙間３５を通る水に作用する流体摩擦抵抗を充分に増大できれば、ローレット加工３８以外の加工で貫通孔３１ａの孔周壁の表面粗度を増大させてもよい。
【００４０】
次に、遠心ポンプ１の運転中にシール装置２５Ｂがどのようにシール機能を発揮するかを説明する。
【００４１】
前述のようにフローティングリング３２は径方向にある程度移動可能であるので、回転するマウスリング部１９に対して流体静力学的な釣り合い位置に自律的に移動してこの位置を維持する。この釣り合い位置では、フローティングリング３２の貫通孔３２ａの孔周壁とマウスリング部１９の外周面との間には、全周にほぼ等しい幅Ｃ１の隙間３６が形成される。
【００４２】
また、前述のようにフローティングリング３２は厚み方向にも移動可能であり、高圧領域４ｂ側の端面と低圧領域４ａ側の端面に作用する圧力の圧力差により生じる押圧力Ｆａにより、高圧領域４ｂ側から低圧領域側４ａへ向けて押圧される。その結果、図７に示すように、フローティングリング３２は環状収容溝３１ｂの一方の側壁（図において左側の側壁）に押し付けられる。押圧力Ｆａは以下の式（２）で表される。
【００４３】
【数２】
0004685903.tif 000003
【００４４】
この式（２）において、ＰＨは高圧領域４ｂの圧力で、ＰＣは面取部３１ｃの圧力である。
【００４５】
式（２）を参照すれば明らかなように、押圧力Ｆａは面取部３１ｃの圧力Ｐｃを変えることで調節できる。また、面取部３１ｃの圧力は面取部３１ｃの図において右端部の直径Ｄｃ（低圧領域４ａ側から高圧領域４ｂ側へ向けての拡径の割合）を変えることで調節できる。従って、押圧力Ｆａは面取部３１ｃの寸法や形状を変更することで簡単に調節できる。
【００４６】
高圧領域４ｂの圧力ＰＨと低圧領域４ａの圧力ＰＬの差圧により、高圧領域４ｂから低圧領域４ａに向けて水の漏れが生じる。この漏洩する水は、高圧領域４ｂからまずフローティングリング３２の貫通孔３２ａとマウスリング部１９との間の隙間３６に流入し、さらに面取部３１ｃからウエアリング３１の貫通孔３１ａとマウスリング部１９との間の隙間３５を通って低圧領域４ａへ流れる。シール装置２５Ｂは、ウエアリング３１とは別体のフローティングリング３２を備え、このフローティングリング３２に形成された第２貫通孔の直径Ｄａ１をウエアリング３１に形成された貫通孔３１ａの直径Ｄｍ１よりも小さく設定し、隙間３６を隙間３５よりも狭く設定している（幅Ｃ１，Ｃ２）。その結果、高圧領域４ｂから隙間３６と隙間３５を経て低圧領域４ａへ漏洩する流体の漏れ量を極小化できる。この漏れ量の極小化によって漏れ損失を低減し、遠心ポンプ１の効率を向上できる。また、貫通孔３１ａの孔周壁にローレット加工３８を施すことで隙間３５を流れる水に作用する流体摩擦抵抗を増大させているので、高圧領域４ｂから低圧領域４ａへ漏洩する水の漏れ量をより一層低減できる。その結果、漏れ損失がさらに低減され、効率が一層向上する。
【００４７】
高圧領域４ｂ側に位置するフローティングリング３２の隙間３６の幅Ｃ１よりも、低圧領域４ａ側に位置するウエアリング３１の隙間３５の幅Ｃ２が広いので、隙間３５を流れる水の流速が低減される。この点について説明すると、一般に流体の流速Ｖは単位時間当たりの体積流量Ｑを断面積Ａで除した商であるので（Ｖ＝Ｑ／Ａ）、隙間３６における流速Ｖ１と隙間３５における流速Ｖ２には以下の式（３）の関係がある。
【００４８】
【数３】
0004685903.tif 000004
【００４９】
この式（３）において、Ａ１は隙間３６の断面積で、Ａ２は隙間３５の断面積である。前述のように隙間３６の幅Ｃ１は隙間３５の幅Ｃ２よりも小さく、断面積Ａ１は断面積Ａ２よりも小さいので、隙間３５における流速Ｖ２は隙間３６における流速Ｖ１よりも遅い。このように隙間３５における流速Ｖ２を低減することにより、ウエアリング３１の貫通孔３１ａの孔周壁の摩耗を防止できる。一般に摩耗量は流速の５乗に比例するので、流速Ｖ２の低減によりウエアリング３１の摩耗を効果的に防止できる。また、隙間３５の低圧領域側の出口付近における水の流速が低減されるので、この部分で急激な圧力低下が生じず、キャビテーションの発生を防止できる。
【００５０】
ウエアリング３１の隙間３５の幅Ｃ２よりもフローティングリング３２の隙間３６の幅Ｃ１を狭く設定しているので、マウスリング部１９はウエアリング３１に接触する前に、まずフローティングリング３２に接触する。しかし、フローティングリング３２は前述のように最大で隙間３７の幅Ｃｓに相当する距離だけ径方向に移動できるので、この移動によりフローティングリング３２の損傷や摩耗を低減できる。一方、隙間３５の幅Ｃ２は、隙間３６の幅Ｃ１と隙間３７の幅Ｃｓの和よりも大きく設定しているので、マウスリング部１９で押されたフローティングリング３２が径方向に移動しても、図８に示すように、マウスリング部１９がウエアリング３１の貫通孔３１ａの孔周壁に衝突する前に、フローティングリング３２の外周が環状収容溝３１ｂの底壁に当接する。従って、マウスリング部１９とウエアリング３１の衝突よる振動の発生や、マウスリング部１９とウエアリング３１のかじりないし焼き付けを確実に防止できる。
【００５１】
一般に、樹脂が収縮する場合、いずれの方向にも同じように収縮するが、仮にフローティングリングが無端の環状であるとすると、周方向での拘束力が大きいので周方向への収縮量が極めて少なくなる一方、径方向での拘束力は小さいので径方向への収縮量が多くなり、マウスリング部１９との接触が発生する。しかしながら、スパイラル型形状のフローティングリング３２を使用することで、周方向、径方向のいずれにも拘束力をなくすことができるため、径方向への収縮量は極めて少なく、相対的にはるかに長い長手方向である周方向への熱による収縮量が大きくなる（スパイラル型形状のフローティングリング３２を一本の細長い帯と考えた場合）。その結果、熱収縮による収縮量が多い周方向で熱収縮を吸収し、マウスリング部１９との接触を防止・低減させる。
【００５２】
フローティングリング３２は高圧領域４ｂと低圧領域４ａの差圧による押圧力Ｆａで環状収容溝３１ｂの側壁に押し付けられているので、マウスリング部１９がフローティングリング３２に接触すると、この押圧力Ｆａに比例する摩擦力Ｆν（Ｆν＝μ×Ｆａ：μは摩擦係数）がフローティングリング３２とウエアリング３１との間に生じ、この摩擦力Ｆνはフローティングリング３２の径方向の移動に対する抵抗となる。その結果、フローティングリング３２はマウスリング部１９の振動に対して減衰摩擦力として機能し、マウスリング部１９の振動を低減する。また、フローティングリング３２がマウスリング部１９の回転により、いわゆる連れ回りするのをこの摩擦力Ｆνで自動的に防止できる。前述のように押圧力Ｆａは面取部３１ｃの寸法や形状で調節できるので、摩擦力Ｆνも面取部３１ｃの寸法や形状で簡単に調節できる。
【００５３】
ウエアリング３１とフローティングリング３２はいずれも複数の部品を組み立てた構造ではなく、単一の部品からなる一体構造であり、次のようにすることで簡単に組み付けることができる。まず最初に、遠心ポンプ１のケーシング２の上下２つ割り各部分のうち、下部分を据え付け、その下部分に接続される配管を連結しておく。フローティングリング３２の２つのループ３３を重ね合わせて１つにし、それを撓ませてウエアリング３１の環状収容溝３１ｂに嵌め込む。その下部分において、ウエアリング３１の環状収容溝３１ｂが、羽根車５Ａの側板１８側に位置するようにしてウエアリング３１を軸受ブラケット７Ａ側の渦巻室４Ａの中に、また、ウエアリング３１の環状収容溝３１ｂが、羽根車５Ｂの側板１８側に位置するようにしてウエアリング３１を軸受ブラケット７Ｂ側の渦巻室４Ｂの中に置いておく。次に、主軸６を軸受ブラケット７Ａの軸受８Ａ、ウエアリング３１、羽根車５Ａ、インターブシュ３、羽根車５Ｂ、ウエアリング３１、軸受ブラケット７Ｂの軸受８Ｂの順に挿入させる。その際、羽根車５Ａの主板１６側のボス部１５と羽根車５Ｂの主板１６側のボス部１５は、インターブシュ３を介して連結する。羽根車５Ａ，５Ｂは、それぞれ軸受ブラケット７Ａ，７Ｂとは反対側に位置する渦巻室４Ａ，４Ｂに収容されるようにする。主軸６の一端は軸受ブラケット７Ａの軸受８Ａにより、主軸６の他端は軸受ブラケット７Ｂの軸受８Ｂにより支持されるようにする。グランドパッキン９Ａ，９Ｂは、主軸６を軸受８Ａ，８Ｂで支持する前に予め巻いておく。主軸６の軸受ブラケット７Ａ側の端部と原動機（図示せず。）を接続する。次に、フローティングリング３２が収容されたウエアリング３１，３１をマウスリング部１９，１９に嵌合させ、ウエアリング３１をケーシング２にネジで固定する。最後に、ケーシング２の上部分を下部分に合うようにして、ネジで固定する。このようにして、シール装置２５Ａ，２５Ｂを備える遠心ポンプ１を組み付ける。図３（Ｃ）に示すように、フローティングリング３２のそれぞれの端面の先端と先端と間に距離Ｚを設けているので、フローティングリング３２のループ３３の巻き数が、フローティングリング３２上のいずれの点においても２以下となり、フローティングリング３２の厚みは環状収容溝３１ｂの幅より必ず小さくなる。よって、フローティングリング３２をウエアリング３１の環状収容溝３１ｂに容易に組み付けることができる。従って、シール装置２５Ｂは製造が容易である。また、フローティングリング３２の摩耗等により交換が必要であれば、ケーシング２の上部分のネジを外し、上部分を取り外す。次に、ケーシング２に固定されているウエアリング３１のネジを外し、ウエアリング３１を軸受ブラケット７Ａ，７Ｂ側の渦巻室４Ａ，４Ｂに移動させる。フローティングリング３２を撓ませてウエアリング３１の環状収容溝３１ｂから抜き出し、フローティングリング３２の一端を主軸６の径方向に引き抜くことにより、簡単に取り外すことができる。そして、フローティングリング３２の一端を回転させながら主軸６に巻き付けるようにしてその全体が主軸６を包囲するようにさせる。フローティングリング３２の２つのループ３３を重ね合わせて１つにし、それを撓ませてウエアリング３１の環状収容溝３１ｂに嵌め込むことでウエアリング３１にフローティングリング３２を組み付けることができる。この点でシール装置２５Ｂは簡単にメンテナンスを行うことができる。
【００５４】
本発明は実施形態のものに限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明は遠心ポンプ以外の他の方式ポンプや、コンプレッサ、ガスタービン等のポンプ以外の他の流体機械にも適用できる。また、本発明は、ブッシュの内部のシール、回転軸がケーシングを貫通する部分等にも適用できる。さらに、フローティングリング３２のループ３３の巻き数を３以上にし、かつ、環状収容溝の互いに対向する一対の側壁間の距離をその厚みに対応したものにしてもよい。さらにまた、図９に示すように実施形態の面取部３１ｃに代えて、貫通孔３１ａの環状収容溝３１ｂと接続する部分に段差部３１ｄを設けてもよい。さらにまた、フローティングリング３２の断面形状が、矩形（平板の断面形状）でなく、円（線材等の断面形状）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態にかかるシール装置を備える遠心ポンプを示す断面図。
【図２】図１の部分IIの部分拡大図。
【図３】図３（Ａ）はフローティングリングのスパイラル形状を示す斜視図、図３（Ｂ）はスパイラル形状のループのそれぞれを互いに重ね合わせるようにして１つのループとしたフローティングリングの正面図、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）の側面図。
【図４】ウエアリング及びフローティングリングを示す分解斜視図。
【図５】図５（Ａ）はウエアリングのローレット加工の一例を示す部分拡大図、図５（Ｂ）はウエアリングのローレット加工の他の例を示す部分拡大図。
【図６】図４の矢印ＶＩから見たウエアリングの部分拡大図。
【図７】シール装置の部分拡大図（フローティングリングがウエアリングに押圧された状態）。
【図８】シール装置の部分拡大図（フローティングリングの外周がウエアリングに当接した状態）。
【図９】シール装置の代案を示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１  遠心ポンプ
２  ケーシング
３  インターブシュ
４Ａ，４Ｂ  渦巻室
４ａ  低圧領域
４ｂ  高圧領域
５Ａ，５Ｂ  羽根車
６  主軸
７Ａ，７Ｂ  軸受ブラケット
８Ａ，８Ｂ  軸受
９Ａ，９Ｂ  グランドパッキン
１１  吸込口
１２  流路
１３  吐出口
１５  ボス部
１６  主板
１７  羽根
１８  側板
１９  マウスリング部
２１  羽根車入口
２２  羽根車出口
２５Ａ，２５Ｂ  シール装置
３１  ウエアリング（主リング）
３１ａ  貫通孔（主貫通孔）
３１ｂ  環状収容溝
３１ｃ  面取部
３２  フローティングリング（薄厚補助リング）
３２ａ  貫通孔（補助貫通孔）
３３  ループ
３４ａ  仮想先端
３４ｂ  仮想末端
３５  隙間（第１の隙間）
３６  隙間（第２の隙間）
３７  隙間（第３の隙間）
３８  ローレット加工
３８ａ  凹部
３８ｂ  凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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