(57)【要約】【課題】励振力を抑制すると共に、構成を簡素にして加工に要する労力を軽減する。【解決手段】中心軸Ｐ周りに回転すると共に主流を通過させる回転体２０と回転体２０に隙間３１，３２を有して配された静止体１０とで構成された流路を対象として、隙間３１，３２をシールするシール構造５０，６０であって、隙間３１，３２に設けられ、前記主流から前記隙間３１，３２に流入した流体を高圧側と低圧側とに区分するシール部材５１Ａ，５１Ｂと、前記隙間３１，３２のうち前記流体の高圧側に設けられ、前記流体を通過させると共に前記流体の速度成分のうち前記回転体２０の回転方向の速度成分を小さくする変速部材５２Ａ，５２Ｂとを備えることを特徴とする。【選択図】図２
2012057726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸周りに回転すると共に主流を通過させる回転体と前記回転体に隙間を有して配された静止体とで構成された流路を対象として、前記隙間をシールするシール構造であって、
前記隙間に設けられ、前記主流から前記隙間に流入した流体を高圧側と低圧側とに区分するシール部材と、
前記隙間のうち前記流体の高圧側に設けられ、前記流体を通過させると共に前記流体の速度成分のうち前記回転体の回転方向の速度成分を小さくする変速部材とを備えることを特徴とするシール構造。
【請求項２】
前記変速部材は、前記回転方向の逆方向の速度成分を前記流体に付与することを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
【請求項３】
前記変速部材は、前記主流側から前記隙間に前記流体が流入する流体流入部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシール構造。
【請求項４】
前記変速部材は、前記静止体側に設けられていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のシール構造。
【請求項５】
前記変速部材は、前記回転体側に形成され、前記流体の通過を阻止する通過阻止部と、
前記静止体側に形成され、前記主流側と前記シール部材側とに貫通すると共に前記主流側の開口部が前記シール部材側の開口部に対して前記回転方向の逆方向にずらされた位置に形成された貫通孔を備える変速部とを有することを特徴とする請求項４に記載のシール構造。
【請求項６】
前記変速部材は、前記隙間のうち前記回転体と前記静止体とが前記回転体の径方向に対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載のシール構造。
【請求項７】
前記回転体と前記静止体とで構成された流路を有する遠心圧縮機であって、
前記回転体は、円盤状のハブと前記ハブから延出する複数のブレードと前記複数のブレードの外周端を被覆するシュラウドとを有するインペラを備え、
前記静止体は、前記インペラを収容するケーシングと、前記流路を前記主流の低圧側と高圧側とに仕切る内部仕切壁とを備え、
前記インペラのシュラウドと前記内部仕切壁との間に形成された第一の隙間をシールするシール構造として、請求項１から６のうちいずれか一項に記載のシール構造を備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項８】
前記回転体と前記静止体とで構成された流路を有する遠心圧縮機であって、
前記回転体は、円盤状のハブと前記ハブから延出する複数のブレードとを有するインペラを備え、
前記静止体は、前記インペラを収容するケーシングと、前記ケーシングの内部と外部とを仕切る端部仕切壁とを備え、
前記インペラのハブと前記端部仕切壁との間に形成された第二の隙間をシールするシール構造として、請求項１から６のうちいずれか一項に記載のシール構造を備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項９】
前記回転体と前記静止体とで構成された流路を有する遠心圧縮機であって、
前記回転体は、円盤状のハブと前記ハブから延出する複数のブレードと前記複数のブレードの外周端を被覆するシュラウドとを有するインペラを備え、
前記静止体は、前記インペラを収容するケーシングと、前記流路を前記主流の低圧側と高圧側とに仕切る内部仕切壁と、前記ケーシングの内部と外部とを仕切る端部仕切壁とを備え、
前記インペラのシュラウドと前記内部仕切壁との間に形成された第一の隙間と、前記インペラのハブと前記端部仕切壁との間に形成された第二の隙間とをそれぞれシールするシール構造として、請求項１から６のうちいずれか一項に記載のシール構造を備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール構造及び遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、多段遠心圧縮機においては、回転軸に複数のインペラが取り付けられてロータが構成されると共に、このロータを収容するケーシング内において軸方向に相互に隣接する二つのインペラを連通させる縦断面略Ｕ字状のＵ字状流路が構成されており、上流から下流に進むに従って作動ガス主流の圧力が増加するようになっている。
【０００３】
この多段遠心圧縮機においては、例えば流路を主流の低圧側（上流側のＵ字状流路）と高圧側（下流側のＵ字状流路）とに仕切る内部仕切壁と、主流を通過させてエネルギを付与するインペラとの間に隙間を形成しているが、このような隙間をシールするためにシール部材（例えば、ラビリンスシール）を設けている。
上記シール部材を有する多段遠心圧縮機は、旋回流（スワール）となる周方向速度成分を持つ流体がシール部材を通過する際にロータに励振力を作用させることから、ロータが不安定振動し、その結果、騒音が発生したり、周辺部品の接触によって破損が生じたりする恐れがある。
【０００４】
下記特許文献１には、上記Ｕ字状流路のうちディフューザ部から、該ディフューザ部を画定する内部仕切壁に配設されたシール部材に高圧流体を供給している。より具体的には、内部仕切壁にディフューザ部とシール部材とに連通する流体通路を形成し、ディフューザ部における高圧の流体をシール部材に供給することで、旋回流を打ち消すと共にロータに作用する励振力を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４８３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術においては、内部仕切壁に流体通路を形成しなければならないために、構成が複雑となって加工に労力を要するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、励振力を抑制すると共に、構成を簡素にして加工に要する労力を軽減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るシール構造は、中心軸周りに回転すると共に主流を通過させる回転体と前記回転体に隙間を有して配された静止体とで構成された流路を対象として、前記隙間をシールするシール構造であって、前記隙間に設けられ、前記主流から前記隙間に流入した流体を高圧側と低圧側とに区分するシール部材と、前記隙間のうち前記流体の高圧側に設けられ、前記流体を通過させると共に前記流体の速度成分のうち前記回転体の回転方向の速度成分を小さくする変速部材とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、回転体と静止体との隙間のうち流体の高圧側に設けられ、流体を通過させると共に回転体の回転方向（以下、単に正回転方向という。）の速度成分を小さくする変速部材を備えるので、変速部材を通過してシール部材に到達する流体の正回転方向の速度成分が小さくなる。これにより、正回転方向の速度成分が小さくなった状態で流体がシール部材を通過するので、回転体に作用する励振力を抑制することができる。
さらに、変速部材を設けるだけで、回転体に作用する励振力を抑制するので、静止体に流体通路を形成する場合に比べて、構成が簡素になって加工に要する労力を軽減することができる。
また、静止体に流体通路を形成してシール部材に高圧流体を供給した場合には、シール部材が区分する流体の高圧側と低圧側とで差圧が大きくなるので、シール部材を通過する流体の量が大きくなるが、上記の構成によれば、シール部材に高圧流体を供給した場合に比べて前記差圧が小さくなるので、シール部材を通過する流体を少量に抑えることができる。
なお、「回転方向の速度成分を小さくする」とは、回転方向の速度成分を０に近づけることに加えて、負の値にすることを含む意味で用いている。
【０００９】
また、前記変速部材は、前記回転方向の逆方向の速度成分を前記流体に付与することを特徴とする。
この構成によれば、変速部材が正回転方向の逆方向の速度成分を流体に付与するので、流体の正回転方向の速度成分をより小さくすることができ、回転体に作用する励振力をさらに抑制することができる。
【００１０】
また、前記変速部材は、前記主流側から前記隙間に前記流体が流入する流体流入部に設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、変速部材が流体流入部に設けられているので、隙間に流入する際に流体の正回転方向の速度成分を小さくすることで、流体流入部からシール部材に向かう流体の正回転方向の速度成分が小さくなる。これにより、正回転方向の速度成分を有する流体が流体流入部からシール部材の間を通過する際に生じる励振力を低下させると共に、シール部材を通過する際に生じる励振力を低下させる。これにより、回転体に作用する励振力を大幅に抑制することができる。
【００１１】
また、前記変速部材は、前記静止体側に設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、変速部材が静止体側に設けられているので、変速部材を回転体側に設けた場合のように回転体の回転バランスを調整する必要がなく、加工に要する労力をさらに軽減することができる。
【００１２】
また、前記変速部材は、前記回転体側に形成され、前記流体の通過を阻止する通過阻止部と、前記静止体側に形成され、前記主流側と前記シール部材側とに貫通すると共に前記主流側の開口部が前記シール部材側の開口部に対して前記回転方向の逆方向にずらされた位置に形成された貫通孔を備える変速部とを有することを特徴とする。
この構成によれば、変速部材が、流体の通過を阻止する通過阻止部と、主流側とシール部材側とに貫通する貫通孔が形成された変速部とを備えるので、簡素な構成で、正回転方向の逆方向の速度成分を流体に付与することができる。
【００１３】
また、前記変速部材は、前記隙間のうち前記回転体と前記静止体とが前記回転体の径方向に対向する位置に設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、隙間のうち回転体と静止体とが径方向に対向する位置に変速部材が設けられているので、回転体の軸方向のスラスト力によって隙間の大きさが変動せず、流体の正回転方向の速度成分を継続して小さくすることができ、励振力抑制効果を安定して得ることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る遠心圧縮機は、前記回転体と前記静止体とで構成された流路を有する遠心圧縮機であって、前記回転体は、円盤状のハブと前記ハブから延出する複数のブレードと前記複数のブレードの外周端を被覆するシュラウドとを有するインペラを備え、前記静止体は、前記インペラを収容するケーシングと、前記流路を前記主流の低圧側と高圧側とに仕切る内部仕切壁とを備え、前記インペラのシュラウドと前記内部仕切壁との間に形成された第一の隙間をシールするシール構造として、上記のうちいずれか一に記載のシール構造を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記回転体と前記静止体とで構成された流路を有する遠心圧縮機であって、前記回転体は、円盤状のハブと前記ハブから延出する複数のブレードとを有するインペラを備え、前記静止体は、前記インペラを収容するケーシングと、前記ケーシングの内部と外部とを仕切る端部仕切壁とを備え、前記インペラのハブと前記端部仕切壁との間に形成された第二の隙間をシールするシール構造として、上記のうちいずれか一に記載のシール構造を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、前記回転体と前記静止体とで構成された流路を有する遠心圧縮機であって、前記回転体は、円盤状のハブと前記ハブから延出する複数のブレードと前記複数のブレードの外周端を被覆するシュラウドとを有するインペラを備え、前記静止体は、前記インペラを収容するケーシングと、前記流路を前記主流の低圧側と高圧側とに仕切る内部仕切壁と、前記ケーシングの内部と外部とを仕切る端部仕切壁とを備え、前記インペラのシュラウドと前記内部仕切壁との間に形成された第一の隙間と、前記インペラのハブと前記端部仕切壁との間に形成された第二の隙間とをそれぞれシールするシール構造として、上記のうちいずれか一に記載のシール構造を備えることを特徴とする。
上記各構成によれば、回転体に作用する励振力を抑制して安定して稼働させることができると共に、製造の労力を軽減することができる。
さらに、シール部材に高圧流体を供給した場合に比べて、シール部材が区分する流体高圧側と流体低圧側とで差圧が小さくなるので、シール部材を通過する流体を少量に抑えることができると共に体積効率を維持して遠心圧縮機の効率を良好に維持することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るシール構造によれば、励振力を抑制すると共に、構成を簡素にして加工に要する労力を軽減することができる。
【００１８】
また、本発明に係る遠心圧縮機によれば、回転体に作用する励振力を抑制して安定して稼働させることができると共に、製造の労力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１の概略構成断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１の要部拡大断面図であって、図１における要部Ｉの拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１の要部拡大断面図であって、インペラ２２Ｆの流出部２２ｂ近傍を示している。
【図４】本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１の要部拡大断面図であって、図２におけるII−II線断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１の第一の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１の第二の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るシール構造５０の変形例であるシール構造５０ａを示す要部拡大図である。
【図８】本発明の実施形態に係るシール構造６０の変形例であるシール構造６０ａを示す要部拡大図である。
【図９】本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１において、シール構造５０ａとシール構造６０ａとを適用した例を示す要部拡大断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１において、シール構造５０とシール構造６０ａとを適用した例を示す要部拡大断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１において、シール構造５０ａとシール構造６０とを適用した例を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材や構成要素を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
（遠心圧縮機）
図１は、本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機（遠心圧縮機）１の概略構成断面図であり、図２は、図１における要部Ｉの拡大図である。
図１に示すように、この多段遠心圧縮機１は、ケーシング１１と複数のダイヤフラム１２（１２Ａ〜１２Ｆ），１３（１３Ａ〜１３Ｅ），１４（１４Ａ，１４Ｂ）とを備える静止体１０と、回転軸２１と複数のインペラ２２（２２Ａ〜２２Ｆ）とを備える回転体２０とで概略構成されている。
なお、多段遠心圧縮機１の中心軸Ｐ（回転軸２１の中心軸）の延在方向を単に「軸方向」という。
【００２１】
図１に示すように、ケーシング１１は、筒状に形成されたものであって筒軸を中心軸Ｐに重ねている。
ケーシング１１は、軸方向両端に形成された開放部１１ａがダイヤフラム１４Ａ、開放部１１ａがダイヤフラム１４Ｂによってそれぞれ閉塞されている。このケーシング１１には、軸方向一端側において作動ガス（流体）Ｇが外部から導入される導入部１１ｃが形成され、軸方向他端側において作動ガスＧを外部に吐出する吐出部１１ｄが形成されている。
このケーシング１１は、内部にダイヤフラム１２（１２Ａ〜１２Ｆ），１３（１３Ａ〜１３Ｅ）を収容している。
【００２２】
図１に示すように、ダイヤフラム（内部仕切壁）１２Ａ〜１２Ｅ，１３Ａ〜１３Ｅは、それぞれ対となってインペラ収容室１７Ａ〜１７Ｅと、作動ガスＧの主流の流路の一部とを画定している。また、ダイヤフラム１２Ｆは、ダイヤフラム１４Ｂと共に、インペラ収容室１７Ｆと主流の流路の一部とを画定している。
本明細書においては、対となるダイヤフラム１２，１３に同一のアルファベットを付すと共に、収容・被収容関係にあるダイヤフラム１２，１３及びインペラ収容室１７と、インペラ２２とに同一のアルファベットを付す。
【００２３】
図１に示すように、ダイヤフラム１２Ａ〜１２Ｅは、円板環状の部材であり、他端面（軸方向他方側）の中央側に収容凹部１２ａが形成されている（図２参照）。このダイヤフラム１２Ａ〜１２Ｅの収容凹部１２ａの中心側には、インペラ２２Ａ〜２２Ｅのシュラウド２５の形状に合わせて形成された縮径凹部１２ｂが更に深く形成されている。
また、ダイヤフラム１２Ｆは、円板環状の部材であり、他端面（軸方向他方側）の中央側にインペラ２２Ｆのシュラウド２５の形状に合わせて形成された縮径凹部１２ｂが形成されている。
これらダイヤフラム１２Ａ〜１２Ｆは、図１に示すように、それぞれの縮径凹部１２ｂを軸方向他方側に向けた状態で、軸方向に連接収容されている。
【００２４】
ダイヤフラム１３Ａ〜１３Ｅは、ダイヤフラム１２Ａ〜１２Ｅよりも小径に形成された円板環状の部材であり、それぞれ一端面（軸方向一方側）の中央側に円形凹部１３ａが形成されている（図２参照）。このダイヤフラム１３Ａ〜１３Ｅは、対をなすダイヤフラム１２Ａ〜１２Ｅの収容凹部１２ａに同軸状に収容されている。この状態において、ダイヤフラム１３Ａ〜１３Ｅは、ダイヤフラム１２Ａ〜１２Ｅに間隙を形成することで流路を画定していると共に、円形凹部１３ａが縮径凹部１２ｂ側に向くことでインペラ収容室１７Ａ〜１７Ｅを画定している。
同様に、円板環状の部材からなるダイヤフラム１４Ｂは、一端面（軸方向一方側）の中央側に円形凹部１４ａが形成されており、円形凹部１４ａがダイヤフラム１２Ｆの縮径凹部１２ｂ側に向くことでインペラ収容室１７Ｆを画定している。なお、この円形凹部１４ａの中心側には、後述するバランスピストン２６の配置空間が形成されている。
【００２５】
ダイヤフラム（端部仕切壁）１４Ａには、図１に示すように、ジャーナル軸受１６ａ及びスラスト軸受１６ｂが配設され、ダイヤフラム（端部仕切壁）１４Ｂには、ジャーナル軸受１６ａが配設されており、回転軸２１を回転可能に支持している。
【００２６】
（回転体）
回転軸２１は、図１に示すように、ケーシング１１及びダイヤフラム１２Ａ〜１２Ｆ，１３Ａ〜１３Ｅ，ダイヤフラム１４Ａ，１４Ｂを挿通しており、中心軸Ｐ周りに回転可能に支持されている。
この回転軸２１の他端側には、バランスピストン２６が配設されている。
【００２７】
インペラ２２Ａ〜２２Ｆは、図１に示すように、回転軸２１に軸方向に間隔を開けて六つ設けられており、上述したインペラ収容室１７Ａ〜１７Ｆにそれぞれ収容されている。
各インペラ２２は、図２に示すように、作動ガスＧの流入部２２ａから流出部２２ｂに進むにつれて漸次拡径した円盤状のハブ２３と、ハブ２３の外周から放射状に延出する複数のブレード２４と、これら複数のブレード２４の外周端を被覆するシュラウド２５とを備えている。
【００２８】
（流路）
上記構成からなる多段遠心圧縮機１は、図１に示すように、軸方向において互いに隣接する二つのインペラ２２がＵ字状流路１５で接続されている。なお、一段目のインペラ２２Ａの流入部２２ａはケーシング１１の導入部１１ｃに連通しており、最終段のインペラ２２Ｆの流出部２２ｂはケーシング１１の吐出部１１ｄに連通している（図１参照）。
【００２９】
各Ｕ字状流路１５は、図１に示すように、ダイヤフラム１３が、対をなすダイヤフラム１２及び隣接するダイヤフラム１２に間隙を形成することで画定されたものである。
各Ｕ字状流路１５は、図２に示すように、インペラ２２の流出部２２ｂに接続されてインペラ２２から流出した作動ガスＧの主流の速度エネルギを圧力エネルギに変換するディフューザ部１５ａと、ディフューザ部１５ａの下流側に連続して形成され、径方向外周側に向かって流れる主流の向きを反転させて径方向中心側に向けるリターンベンド部１５ｂと、リターンベンド部１５ｂの下流側に連続して形成され、主流を下流側のインペラ２２に導くリターン部１５ｃとを備えている。
【００３０】
（第一隙間、第二隙間）
上記構成からなる多段遠心圧縮機１においては、図２に示すように、インペラ２２のシュラウド２５とダイヤフラム１２との間に、シュラウド２５とダイヤフラム１２との接触を避けるための第一隙間（隙間、第一の隙間）３１が形成されている。
この第一隙間３１は、図２に示すように、インペラ２２の流入部２２ａの上流側において径方向に開口する上流側開口３１ａから、インペラ２２の流出部２２ｂの下流側において軸方向に開口する下流側開口３１ｂまで延在しており、断面視で湾曲状に形成されている。より具体的には、上流側開口３１ａから径方向外周側に延在した後に、シュラウド２５に沿って漸次拡径し、軸方向他方側に延在して下流側開口３１ｂまで延在している。
【００３１】
同様に、最終段のインペラ２２Ｆのハブ２３と回転軸２１とバランスピストン２６と、ダイヤフラム１４Ｂとの間には、第二隙間（隙間、第二の隙間）３２が形成されている。
この第二隙間３２は、最終段のインペラ２２Ｆにおける流出部２２ｂの下流側において軸方向に開口する内側開口３２ｂから、ケーシング１１の外部に連通する外側開口３２ａまで延在しており、断面視で屈曲状のものである。より具体的には、内側開口３２ｂから軸方向他方側に延在した後に、ハブ２３及びダイヤフラム１４Ｂに沿って径方向中心側に延在した後に屈曲して、バランスピストン２６及びダイヤフラム１４Ｂに沿って軸方向他方側に延在し、最終的に外側開口３２ａに連通している。
【００３２】
（シール構造）
多段遠心圧縮機１は、上記の第一隙間３１と第二隙間３２とを封止するシール構造５０とシール構造６０とを有している。なお、図１においては、シール構造５０，６０の図示を省略している。
【００３３】
シール構造５０は、ラビリンスシール（シール部材）５１Ａと、変速部材５２Ａとを備えている。
ラビリンスシール５１Ａは、ダイヤフラム１２に固定された複数の円環状のフィン部材からなる。このラビリンスシール５１Ａは、第一隙間３１のうちシュラウド２５に沿って漸次拡径する部分の下流側開口３１ｂ側に配設されている。ラビリンスシール５１Ａは、各フィン部材がダイヤフラム１２から径方向中心側に向けて延出し、各フィン部材の先端とシュラウド２５との間に径方向の微小間隙を形成している。
【００３４】
図３は、図２の要部拡大断面図であり、図４は、図２のII−II線断面図である。なお、図４においては、ラビリンスシール５１Ａの図示を省略している。
変速部材５２Ａは、円環状の部材であり、第一隙間３１のうち下流側開口３１ｂから軸方向一方側に延在する部分（ガス流入部３１ｃ）に配設されている（図３参照）。すなわち、変速部材５２Ａは、図３及び図４に示すように、第一隙間３１のうち、インペラ２２のシュラウド２５とダイヤフラム１２とが径方向に対向する位置に配設されている。
【００３５】
この変速部材５２Ａは、インペラ２２側（外周側）に形成された通過阻止部５３と、ダイヤフラム１２側（内周側）に形成された変速部５４とを有している。
通過阻止部５３は、変速部５４と連続して形成されており、変速部５４からインペラ２２のシュラウド２５に向けて延出し、先鋭状に形成された一つの先端とシュラウド２５との間に径方向の微小間隙を形成している。
【００３６】
変速部５４は、図３に示すように、外周側をダイヤフラム１２に固定されており、図４に示すように、主流側とラビリンスシール５１Ａ側とに貫通する貫通孔５５が複数形成されている。これら複数の貫通孔５５は、周方向に等しい間隔を空けて穿孔されている。
図４に示すように、各貫通孔５５は、断面形状が円形に形成され、主流側の開口部５５ａからラビリンス側の開口部５５ｂまで真直状に延びている。また、各貫通孔５５は、ラビリンスシール５１Ａ側の開口部５５ｂが主流側の開口部５５ａに対して正回転方向の逆方向にずらされた位置に形成されている。なお、図３中の貫通孔５５は、本来であれば破線で図示すべきであるが理解容易のために実線で図示している。
【００３７】
シール構造６０は、ラビリンスシール（シール部材）５１Ｂと、変速部材５２Ｂとを備えている。
ラビリンスシール５１Ｂは、図２に示すように、ラビリンスシール５１Ａと同様の構成からなり、バランスピストン２６の外周に固定されており、バランスピストン２６からダイヤフラム１４Ｂに向けて延出する複数の円環状のフィン部材の先端とダイヤフラム１４Ｂとの間に径方向の微小間隙を形成している。
【００３８】
変速部材５２Ｂは、図３に示すように、変速部材５２Ａと同様の構成からなり、図２に示すように、第二隙間３２のうち内側開口３２ｂから軸方向他方側に延在する部分（ガス流入部３２ｃ）に配設されている。すなわち、変速部材５２Ｂは、第二隙間３２のうちインペラ２２Ｆとダイヤフラム１４Ｂとが、インペラ２２Ｆの径方向に対向する位置に配設されている。
【００３９】
次に上記構成からなるシール構造５０，６０の励振力低減作用について図を用いて説明する。
図１に示すように、回転体２０を回転駆動すると、導入部１１ｃから流入した作動ガスＧがインペラ２２Ａ〜２２ＦとＵ字状流路１５とを交互に流れて段階的に圧縮され、高圧となった作動ガスＧが吐出部１１ｄから外部に吐出される。
【００４０】
インペラ２２を通過する主流は、インペラ２２の回転によって速度エネルギ及び圧力エネルギが付与されることから、インペラ２２に流入前の圧力に比べてインペラ２２から流出後の圧力のほうが高くなり、第一隙間３１の下流側開口３１ｂと上流側開口３１ａとにおいて圧力勾配が生じる。
このため、インペラ２２から流出した主流における一部の作動ガスＧが、下流側開口３１ｂ及び変速部材５２Ａを介して第一隙間３１に流入する。そして、第一隙間３１に流入した作動ガスＧは、ラビリンスシール５１Ａによって上流側開口３１ａ側への通過が阻害されることにより、高圧側と低圧側とに区分されることとなる。
【００４１】
ところで、作動ガスＧが第一隙間３１に流入する際には、図３に示すように、上記変速部材５２Ａの通過阻止部５３がインペラ２２のシュラウド２５と微小間隙を形成して、作動ガスＧの通過を阻止する。このため、作動ガスＧは、変速部５４の貫通孔５５を通過して第一隙間３１に流入することとなる。
ここで、インペラ２２から流出した作動ガスＧは、インペラ２２の回転によって正回転方向の速度成分を有しているが、変速部５４の貫通孔５５を通過することで正回転方向とは逆方向の速度成分が付与される。より詳細には、正回転方向の接線ベクトルに対して逆方向に向かう速度成分を付与する。
そうすると、作動ガスＧの正回転方向の速度成分が打ち消されて小さくなる。
【００４２】
変速部材５２Ａを通過した作動ガスＧは、第一隙間３１を流れてラビリンスシール５１Ａに到達する。
この際、作動ガスＧの正回転方向の速度成分が打ち消されて小さくなっていることから、第一隙間３１を流れる作動ガスＧが回転体２０に作用させる励振力が僅かなものとなる。
さらに、ラビリンスシール５１Ａに到達した作動ガスＧの正回転方向の速度成分が小さくなることから、ラビリンスシール５１Ａを通過する作動ガスＧが回転体２０に作用させる励振力が僅かなものとなる。
【００４３】
一方、最終段のインペラ２２Ｆを通過した作動ガスＧの主流は（図３参照）、大気圧よりも高圧となるために、第二隙間３２の内側開口３２ｂと外側開口３２ａとで圧力勾配が生じ、作動ガスＧが、内側開口３２ｂ及び変速部材５２Ｂを介して第二隙間３２に流入する。
この第二隙間３２に流入する作動ガスＧは、変速部５４の貫通孔５５を通過して第二隙間３２に流入することで正回転方向とは逆方向の速度成分が付与され、正回転方向の速度成分が打ち消されて小さくなる（図２，図３参照）。
【００４４】
変速部材５２Ｂを通過した作動ガスＧは、第二隙間３２を流れてラビリンスシール５１Ｂに到達する。
この際、作動ガスＧの正回転方向の速度成分が打ち消されて小さくなっていることから、第二隙間３２を流れる作動ガスＧが回転体２０に作用させる励振力が僅かなものとなる。
さらに、ラビリンスシール５１Ｂに到達した作動ガスＧの正回転方向の速度成分が小さくなることから、ラビリンスシール５１Ｂを通過する作動ガスＧが回転体２０に作用させる励振力が僅かなものとなる。
【００４５】
以上説明したように、シール構造５０，６０によれば、作動ガスＧを通過させると共に正回転方向の速度成分を小さくする変速部材５２Ａ，５２Ｂを備えるので、変速部材５２Ａ，５２Ｂを通過してラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂに到達する作動ガスＧの正回転方向の速度成分が小さくなる。これにより、ラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂを通過する作動ガスＧの正回転方向の速度成分が小さくなるので、回転体２０に作用する励振力を抑制することができる。
さらに、変速部材５２（５２Ａ，５２Ｂ）を設けるだけで、回転体２０に作用する励振力を抑制するので、ダイヤフラム１２，１４Ｂに作動ガスＧの通路を形成する場合に比べて、構成が簡素になって加工に要する労力を軽減することができる。
また、作動ガスＧの通路を形成してラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂに高圧の作動ガスＧを供給して作動ガスＧの正回転方向の速度成分を小さくした場合には、ラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂが区分する作動ガスＧの高圧側と低圧側とで差圧が大きくなるので、ラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂを通過する作動ガスＧの量が大きくなるが、シール構造５０，６０によれば、ラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂに高圧作動ガスＧを供給した場合に比べて前記差圧が小さくなるので、ラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂを通過する作動ガスＧを少量に抑えることができる。これにより、体積効率を維持して多段遠心圧縮機１の効率を良好に維持することができる。
【００４６】
また、変速部材５２Ａ，５２Ｂが正回転方向の逆方向の速度成分を作動ガスＧに付与するので、作動ガスＧの正回転方向の速度成分をより小さくすることができ、回転体２０に作用する励振力をさらに抑制することができる。
【００４７】
また、変速部材５２Ａ，５２Ｂが、主流側から第一隙間３１と第二隙間３２とに作動ガスＧが流入するガス流入部３１ｃ，３２ｃに設けられているので、第一隙間３１と第二隙間３２とに作動ガスＧが流入する際に正回転方向の速度成分を小さくすることで、ガス流入部３１ｃ，３２ｃからラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂに向かう作動ガスＧの正回転方向の速度成分が小さくなる。これにより、正回転方向の速度成分を有する作動ガスＧがガス流入部３１ｃ，３２ｃからラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂに向かう際に生じる励振力を低下させると共に、ラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂを通過する際に生じる励振力を低下させる。これにより、回転体２０に作用する励振力を大幅に抑制することができる。
【００４８】
また、変速部材５２Ａ，５２Ｂがダイヤフラム１２，１４Ｂ側に設けられているので、変速部材５２Ａ，５２Ｂをインペラ２２側に設けた場合のように回転体２０の回転バランスを調整する必要がなく、加工に要する労力をさらに軽減することができる。
【００４９】
また、変速部材５２Ａ，５２Ｂが、作動ガスＧの通過を阻止する通過阻止部５３と、主流側とラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂ側とに貫通する貫通孔５５が形成された変速部５４とを備えるので、変速部材５２Ａ，５２Ｂの構成をより簡素にすることができる。
【００５０】
また、貫通孔５５が主流側の開口部５５ａがラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂ側の開口部５５ｂに対して回転方向の逆方向にずらされているので、簡素な構成で、正回転方向の逆方向の速度成分を作動ガスＧに付与することができる。
【００５１】
また、第一隙間３１のうちインペラ２２とダイヤフラム１２とが径方向に対向する位置に変速部材５２Ａが設けられているので、遠心力や熱伸びによるインペラ２２とダイヤフラム１２との径方向の相対変位が、スラスト力や熱伸びによる軸方向の相対変位よりも小さい場合に、変速部材５２Ａがインペラ２２に接触する可能性を低減することができる。  また、インペラ２２とダイヤフラム１２とが軸方向に対向する位置に配設した場合に比べて、組み立て時においてダイヤフラム１２に配設された変速部材５２Ａとインペラ２２との相対位置を定め易くなり、製造の労力を軽減することができる。
同様に、第二隙間３２のうちインペラ２２Ｆとダイヤフラム１４Ｂとが径方向に対向する位置に変速部材５２Ｂが設けられているので、上述した効果と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
上述した構成においては、第一隙間３１にシール構造５０を、第二隙間３２にシール構造６０を適用する構成としたが、シール構造５０，６０のうちいずれか一方を省略して、図５に示すようにシール構造５０のみを適用してもよいし、図６に示すようにシール構造６０のみを適用してもよい。
【００５３】
図７は、シール構造５０の変形例であるシール構造５０ａを示す要部拡大図である。
シール構造５０ａは、シール構造５０と比べて変速部材５２Ａの配設箇所が異なっている。具体的には、シール構造５０が第一隙間３１のうちインペラ２２のシュラウド２５とダイヤフラム１２とが径方向に対向する位置に変速部材５２Ａを配設したのに対して、シール構造５０ａは、第一隙間３１のうちインペラ２２のシュラウド２５とダイヤフラム１２とが軸方向に対向する位置に変速部材５２Ａを配設している点で異なる。
【００５４】
このシール構造５０ａによれば、スラスト力や熱伸びによるインペラ２２とダイヤフラム１２との軸方向の相対変位が、遠心力や熱伸びによる径方向の相対変位よりも小さい場合に、変速部材５２Ａがインペラ２２に接触する可能性を低減することができる。
【００５５】
図８は、シール構造６０の変形例であるシール構造６０ａを示す要部拡大図である。
図８に示すように、シール構造６０ａは、シール構造６０が第二隙間３２のうちインペラ２２のハブ２３とダイヤフラム１４Ｂとが径方向に対向する位置に変速部材５２Ｂを配設したのに対して、第二隙間３２のうちインペラ２２のハブ２３とダイヤフラム１４Ｂとが軸方向に対向する位置に変速部材５２Ｂを配設している点で異なる。
この構成によっても、上述したシール構造５０ａと同様の効果を得ることができる。
【００５６】
図９〜図１１は、シール構造５０，５０ａとシール構造６０，６０ａとのバリエーションを示す要部拡大断面図である。
例えば、上述した構成においては、第一隙間３１にシール構造５０を、第二隙間３２にシール構造６０を適用する構成としたが、図９に示すように、第一隙間３１にシール構造５０ａを、第二隙間３２にシール構造６０ａを適用してもよい。
また、図１０に示すように、第一隙間３１にシール構造５０を、第二隙間３２にシール構造６０ａを適用してもよく、図１１に示すように、第一隙間３１にシール構造５０ａを、第二隙間３２にシール構造６０を適用してもよい。
【００５７】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、変速部材５２Ａ，５２Ｂが、正回転方向の逆方向の速度成分を作動ガスＧに付与する構成としたが、正回転方向の速度成分を小さくさえすれば、ラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂを通過する作動ガスＧの正回転方向の速度成分が小さくなるので、回転体２０の励振力抑制効果を得ることが可能である。
【００５８】
また、上述した実施の形態では、貫通孔５５の断面形状を円形に形成したが、楕円形や多角形等に形成してもよい。同様に、貫通孔５５は、直線状である必要はなく、曲線状であってもよい。
また、貫通孔５５は、軸方向から見た場合において、回転接線方向のみに延在させてもよい。さらに、上述したように、正回転方向の速度成分を小さくさえすれば、回転体２０の励振力抑制効果を得ることが可能であるため、貫通孔５５を径方向だけに延在させてもよい。
【００５９】
また、上述した実施の形態では、変速部材５２Ａ，５２Ｂの位置をそれぞれ下流側開口３１ｂ側、内側開口３２ｂ側に位置させたが、ラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂよりも作動ガスＧの高圧側に位置することを条件として、上流側開口３１ａ側、外側開口３２ａ側に位置させてもよい。
なお、ラビリンスシール５１Ａ，５１Ｂの位置は、適宜変更が可能である。
【００６０】
また、上述した実施の形態では、通過阻止部５３の先鋭状に形成された先端を一つとしたが二つ以上にしてもよい。
【００６１】
また、上述した実施の形態では、シール部材としてラビリンスシールを用いたが、シール部材であれば他の構成のものでもよく、ブラシシールやハニカムシール、あるいは、薄板を周方向に積層した軸シール機構を用いてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態では、変速部材５２Ａ，５２Ｂを静止体１０側に配設したが、回転体２０側に配設してもよい。
【００６３】
また、上述した実施の形態では、多段遠心圧縮機１に本発明を適用したが、単段の遠心圧縮機に本発明を適用してもよい。
また、上述した実施の形態では、本発明に係るシール構造を遠心圧縮機に適用したが、他の流体機械に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…多段遠心圧縮機（遠心圧縮機）
１０…静止体
１１…ケーシング
１２（１２Ａ〜１２Ｆ）…ダイヤフラム（内部仕切壁）
１４（１４Ａ，１４Ｂ）…ダイヤフラム（端部仕切壁）
２０…回転体
２１…回転軸
２２（２２Ａ〜２２Ｆ）…インペラ
２３…ハブ
２４…ブレード
２５…シュラウド
３１…第一隙間（隙間、第一の隙間）
３１ｃ，３２ｃ…ガス流入部（流体流入部）
３２…第二隙間（隙間、第二の隙間）
５０，５０ａ，６０，６０ａ…シール構造
５１Ａ，５１Ｂ…ラビリンスシール（シール部材）
５２（５２Ａ，５２Ｂ）…変速部材
５３…通過阻止部
５４…変速部
５５…貫通孔
５５ａ…開口部
５５ｂ…開口部
Ｇ…作動ガス（流体）
Ｐ…中心軸
【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】
2012057726.tif 000009
【図８】
2012057726.tif 000010
【図９】
2012057726.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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