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2016 年度 実施状況報告書

ドライガスシールにおける気体流れの可視化とグルーブ形状による特性の比較

研究課題

研究課題/領域番号 16K06050
研究機関東海大学

研究代表者

落合 成行  東海大学, 工学部, 教授 (40407995)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードトライボロジー / ドライガスシール / 可視化 / 最適設計 / ミスアライメント
研究実績の概要

ターボ機械の重要な機械要素であるドライガスシールにおける気体流れの可視化を行い,シール溝の特性比較を実施し,最適な溝形状とは何かについて考察することを目的とする.ドライガスシールでは,ターボ機械の効率向上のために加圧気体の漏えいをでき得る限り防止する必要がある.現在,様々なシール溝形状が提案されているが何れのものが優れているのか比較した例が無い.またシール面から漏れ出す気体の流れの把握が重要と考えられるが,流れを実験的に可視化した事例がない.そこで本研究では,これまで培ってきたトライボロジー技術と可視化技術を用いて,このような問題の解決に取り組む.シールのロバスト性に深く関連すると思われるミスアライメント時の実験にも取り組む計画である.本年度は,シール外部環境を含む気体流れの解析及びその実験検証とミスアライメントの影響を考慮した実験について取り組んだ.まずシール外部流れを考慮した解析においては,従来のスパイラル溝シールと研究代表者らが提案した修正スパイラル溝シールとの比較において,正逆回転させた際の特性の安定性について,外周の流れの観点から検証された.また同流れを可視化実験により確認することができた.シール外部流れについては、これまで明らかにされた事例が皆無であったことから,初めての事例と考える.一方,ミスアライメントの影響を考慮した実験について,まずスパイラル溝シールにおいて実施した結果,シールの気体膜厚が最も狭くなる箇所に溝部が位置する場合と丘部が位置する場合とで漏れ量や空気膜流れに差が現れることが明らかになった.なお,ミスアライメントの傾きを自動補正する機構について新たに考案し,設計製作した.更なる実験精度の向上が見込まれる.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

次年度計画していたミスアライメントが生じた際の特性については,前倒しで実施できたため計画以上に進捗していると言える一方,溝形状を変化させた際の可視化については,修正スパイラル溝について溝が細くなる箇所があるため計画通りには進まなかったといえる.トータルとしては,概ね順調と判断した.

今後の研究の推進方策

修正スパイラル溝シールの可視化について,まず進める計画である.またミスアライメントの影響についても,修正スパイラル溝を含めた実験を行う計画である.さらに,溝形状の最適化について,新たな最適化手法の導入を考えている.理論,実験の両面から検証する計画である.

次年度使用額が生じた理由

購入したグリーンレーザーシートを当初の予定より低価格で購入できたため.

次年度使用額の使用計画

試験シールを新たに製作する費用に充てる計画である.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] ドライガスシールにおける気体流れの可視化実験2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke SUZUKI, Shogo KODAMA, Masayuki OCHIAI, Yuta SUNAMI and Hiromu HASHIMOTO
    • 雑誌名

      Journal of Advanced Science

      巻: 28 ページ: 11005-1 - 5

    • DOI

      http://doi.org/10.2978/jsas.11005

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 潤滑膜外部の流れを考慮したドライガスシールのCFD解析2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木太理,落合成行,砂見雄太,橋本巨
    • 学会等名
      日本機会学会 関東支部第23期総会・講演会
    • 発表場所
      東京理科大学 葛飾キャンパス
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-17
  • [学会発表] ドライガスシールにおける溝形状最適化とガス流れの可視化2016

    • 著者名/発表者名
      落合成行
    • 学会等名
      日本トライボロジー学会 第115回シール研究会
    • 発表場所
      国立オリンピック記念青少年総合センター センター棟415号室
    • 年月日
      2016-12-13 – 2016-12-13
    • 招待講演
  • [学会発表] ドライガスシールにおける潤滑膜および溝外周部のCFD解析2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木太理,明戸洋介,落合成行,橋本巨
    • 学会等名
      トライボロジー会議2016秋 新潟
    • 発表場所
      朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-10-12 – 2016-10-14
  • [学会発表] PIVを用いたドライガスシールの空気流れの可視化2016

    • 著者名/発表者名
      明戸洋介,砂見雄太,橋本巨,落合成行
    • 学会等名
      東海大学マイクロ・ナノ啓発会【Tμne】第7回学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南校舎17号館2階ネクサスホール
    • 年月日
      2016-08-09 – 2016-08-09
  • [学会発表] ドライガスシールの正・逆回転時におけるシール面の可視化実験2016

    • 著者名/発表者名
      明戸洋介,落合成行,橋本巨
    • 学会等名
      トライボロジー会議2016春 東京
    • 発表場所
      国立オリンピック記念青少年総合センター
    • 年月日
      2016-05-23 – 2016-05-25
  • [学会発表] Experimental Study of Flow Visualization on Dry Gas Seal Face2016

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Ochiai
    • 学会等名
      The 71st STLE Annual Meeting & Exhibition
    • 発表場所
      Bally's Hotel in Las Vegas
    • 年月日
      2016-05-15 – 2016-05-19
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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