[发明专利]非接触环状密封件及具备该密封件的旋转机械

说明书

技术领域

本发明涉及非接触环状密封件以及具备该密封件的旋转机械，尤其涉及降低对水、油等液体换言之为对非压缩性流体进行处理的旋转机械中的、叶轮等与壳体之间的流体泄漏量，并且减少振动、发挥稳定的轴密封特性的非接触环状密封件、以及具备该密封件的旋转机械。

背景技术

输送液体的旋转机械(例如泵等。以下记作“泵”)，广泛应用于以发电、化学工艺、排水、给水等为目的的工厂设备(英文：plant)或设备。泵具有壳体和安装有叶轮的旋转轴。旋转轴配置于壳体内部，被轴承支承为能够旋转。被从壳体的吸入口吸入的液体通过叶轮的旋转而被升压，并从壳体的排出口被排出。即，在泵内部的流路中，形成有高压区域和低压区域，流体从高压区域流向低压区域。在此，若在壳体(固定部)与旋转轴(旋转部)的微小间隙中，流体从高压区域经由该间隙向低压区域移动(泄漏)，则泵效应降低。因此，壳体与旋转轴之间的间隙被非接触环状密封件密封。由此，可抑制升压了的液体向低压侧泄漏。

例如，在图1所示的典型的多级离心泵(引用自JIS手册泵(pump)第一版第74页)中，非接触环状密封件用于图中用圆圈包围的部位。即，用于叶轮的入口部、前级叶轮与后级叶轮之间、最后一级叶轮出口部与低压侧之间等处。尤其是，叶轮出口部与低压侧之间压差大、流体的泄漏大，因此该部分处的流体泄漏对泵性能造成的影响大。因此，已知有能够减少流体泄漏量的各种各样构造的非接触环状密封件。

作为最基本的非接触环状密封件，已知有平滑密封件。平滑密封件是将具有平滑的面的圆筒配置成二层而形成的密封件。为了降低如平滑密封件那样的非接触环状密封件的泄漏量，减小非接触环状密封件的旋转侧与静止侧的径向上的间隙是有效的。然而，因为旋转轴的振动、挠曲等实用上的问题，无法极端减小径向上的间隙。因此，需要不减小径向上的间隙就能降低泄漏量的非接触环状密封件。作为这样的非接触环状密封件，已知有平行槽密封件、减震密封件(英文：damper seal)、螺纹槽密封件等。以下，对以往的非接触环状密封件的例子进行说明。

图14是以往的平行槽密封件的局部剖视图。在图14中，用剖视图示出了固定体131，用侧视图示出了旋转轴121。平行槽密封件111具有：旋转轴121，其为外周面平滑的旋转体；固定体131，在其与旋转轴121相向的面设置有多条同心圆状的槽141。该平行槽密封件111能够通过因在旋转轴121与固定体131的间隙流动的流体通过槽141时所产生的漩涡而造成的能量损失、因流路的快速扩大和快速缩小而造成的压力损失等，来降低流体的泄漏量(移动量)。

图15和图16是以往的减震密封件的局部剖视图。图15示出采用了蜂窝图案来作为减震构造的减震密封件。在图15中，用剖视图示出了固定体132，用侧视图示出了旋转轴122。减震密封件112具有：旋转轴122，其为外周面平滑的旋转体；固定体132，在其与旋转轴122相向的面设置有多个凹部142。在图示的例子中，作为凹部142使用了六边形状的蜂窝图案。该减震密封件112能够通过在旋转轴122与固定体132的间隙流动的流体流过凹部142时所产生的流体的压力损失，来降低流体的泄漏量。

图16示出采用了孔图案来作为减震构造的减震密封件。在图16中，用剖视图示出了固定体133，用侧视图示出了旋转轴123。该减震密封件113具有：旋转轴123，其为外周面平滑的旋转体；固定体133，在其与旋转轴123相向的面设置有多个凹部143。在图示的例子中，使用圆形凹状的孔图案来作为凹部143。该减震密封件113能够通过在旋转轴123与固定体133的间隙流动的流体流过凹部143时所产生的流体的压力损失，来降低流体的泄漏量。

图17是以往的螺纹槽密封件的局部剖视图。在图17中，用剖视图示出了固定体134，用侧视图示出了旋转轴124。螺纹槽密封件114具有：内周面平滑的圆筒状的固定体134；和在与固定体134相向的面形成有螺纹槽144的旋转轴124。螺纹槽密封件114，能够在旋转轴124旋转时，根据旋转方向通过泵效应将流体推回高压侧从而大大地降低泄漏量。该螺纹槽密封件114能够通过泵效应将流体推回高压侧，因此能够在对非压缩性流体即水等液体进行密封的情况下，尤其降低流体的泄漏量。

螺纹槽密封件114的上述泵效应受螺纹槽144的导程角θ的大小影响。即，导程角θ越小则泵效应越小，导程角θ越大则泵效应越大。然而，在具有规定直径的旋转轴124、规定内径的固定体134以及规定槽间距的螺纹槽密封件114中，为了增大导程角θ，必需使螺纹槽的条数增加。