JP2009108941A - End surface contact type mechanical seal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、攪拌機等の軸封手段として被密封流体が気体である場合等のドライ運転状況下においても好適に使用できる端面接触形メカニカルシールに関するものである。 The present invention relates to an end surface contact type mechanical seal that can be suitably used even under dry operation conditions such as when a sealed fluid is a gas as shaft sealing means such as a stirrer.
攪拌機等の回転機器において軸封手段として使用される端面接触形メカニカルシールとしては、シールケースに設けられた静止密封環の先端面とシールケースを洞貫する回転軸に設けられた回転密封環の先端面との相対回転摺接作用により、機内領域である被密封流体領域と機外領域である大気領域とを遮蔽シールするように構成されたものが周知である（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３を参照）。
The end-face contact type mechanical seal used as a shaft sealing means in a rotating device such as a stirrer is a rotating seal ring provided on a rotating shaft penetrating the tip surface of the stationary seal ring provided in the seal case and the seal case. It is well known that it is configured to shield and seal a sealed fluid region that is an in-machine region and an atmospheric region that is an out-of-machine region by a relative rotational sliding contact with the front end surface (for example,
このような端面接触形メカニカルシールは、密封端面間を動圧又は静圧により非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールと異なって、被密封流体の漏れを略完璧に阻止できる利点がある反面、次のような欠点を有している。 Unlike the non-contact type mechanical seal that is configured to keep the sealed end surfaces in a non-contact state by dynamic pressure or static pressure, such end-face contact type mechanical seals almost completely prevent leakage of the sealed fluid. While there are advantages that can be achieved, it has the following disadvantages.
すなわち、両密封環の先端面たる密封端面が相対回転摺接するために、その摩擦により密封端面が発熱し、密封環が異常摩耗や歪を発生したり、極端な場合には密封環が熱損（熱割れ）する等のトラブルを生じ、長期に亘って良好なシール機能を発揮し得ず、耐久性に問題がある。このような問題は、特に、端面接触形メカニカルシールを、被密封流体が気体である場合等のドライ運転条件下で使用する場合、更には高速，高圧条件で使用する場合において、顕著に生じる。 That is, since the sealing end surfaces, which are the front end surfaces of both sealing rings, are in relative rotational sliding contact, the sealing end surfaces generate heat due to the friction, and the sealing rings generate abnormal wear and distortion. Troubles such as (hot cracking) occur, a good sealing function cannot be exhibited over a long period of time, and there is a problem in durability. Such a problem remarkably occurs particularly when the end-face contact type mechanical seal is used under dry operation conditions such as when the fluid to be sealed is a gas, and further when used under high speed and high pressure conditions.
そこで、従来にあっては、かかる問題を解決するために、
（Ａ）一方の密封環を自己潤滑性に優れたカーボン又はカーボンを主成分とする複合材で構成して、密封端面間の摩擦抵抗を低減させること（例えば、特許文献１又は特許文献２を参照）、
（Ｂ）一方の密封環を保持する部材又はその一部を熱伝導性に富む材料で構成して、当該密封環からの放熱を促進させること（例えば、特許文献３を参照）、
（Ｃ）スプリングによる密封環相互の接触圧を低減させること（スプリング荷重を小さくしておくこと）、
（Ｄ）両密封環の接触部に、冷却水を注水させること、
等が試みられている。
So, in the past, to solve this problem,
(A) One of the sealing rings is made of carbon having excellent self-lubricating properties or a carbon-based composite material to reduce the frictional resistance between the sealing end faces (for example,
(B) A member that holds one sealing ring or a part thereof is made of a material having high thermal conductivity to promote heat dissipation from the sealing ring (see, for example, Patent Document 3).
(C) To reduce the contact pressure between the sealing rings by the spring (keep the spring load small),
(D) Injecting cooling water into the contact part of both seal rings,
Etc. have been tried.
しかし、（Ａ）又は（Ｂ）のようにした場合、密封環の発熱を或る程度抑制できるものの、上記した問題の解決策としては不十分であり、特に、ドライ運転条件下ないし高速，高圧条件下においては密封環の発熱を効果的に抑制することは困難である。また、（Ｃ）のようにした場合には、密封環の相手密封環に対する追従性が低下したり両密封環の接触圧が不足して、大量漏れを生じる虞れがあるから、仮令密封環の発熱を抑制できたとしても良好なシール機能を発揮できなくなり、到底実用できない。一方、（Ｄ）のようにした場合には、密封環を直接的に冷却するため、（Ａ）〜（Ｃ）のようにした場合と異なって、ドライ運転条件下ないし高速，高圧条件下においても密封環の発熱を効果的に抑制することができるが、注水設備に要するイニシャルコスト，ランニングコストが高くなり、コスト面で実用的でない。さらに、注水設備の故障がメカニカルシールの破損（密封環の熱損等）に直結する等、メカニカルシールの信頼性に乏しい。 However, in the case of (A) or (B), although the heat generation of the sealing ring can be suppressed to some extent, it is not sufficient as a solution for the above-mentioned problem, and in particular, under dry operation conditions or at high speed and high pressure. Under the conditions, it is difficult to effectively suppress the heat generation of the sealing ring. In addition, in the case of (C), the followability of the sealing ring to the mating sealing ring may be reduced or the contact pressure of both sealing rings may be insufficient, resulting in a large amount of leakage. Even if the heat generation can be suppressed, a good sealing function cannot be exhibited, and it cannot be practically used. On the other hand, in the case of (D), since the sealing ring is directly cooled, it is different from the cases of (A) to (C), under dry operation conditions or at high speed and high pressure conditions. Although it is possible to effectively suppress the heat generation of the sealing ring, the initial cost and running cost required for the water injection equipment are increased, which is not practical in terms of cost. Furthermore, the reliability of the mechanical seal is poor, such as a failure of the water injection equipment directly leads to a mechanical seal breakage (heat loss of the sealing ring, etc.).
本発明は、上記したような問題を生じることなく、密封環を直接的に空冷することにより、被密封流体領域の流体（シールすべき被密封流体）が気体である等のドライ運転条件下ないし高速，高圧条件下においても、静止密封環と回転密封環との相対回転摺接部分における発熱を可及的に抑制することができ、良好な軸封機能を長期に亘って発揮させることができる端面接触形メカニカルシールを提供することを目的とするものである。 In the present invention, without causing the above-described problems, the sealing ring is directly air-cooled, so that the fluid in the sealed fluid region (sealed fluid to be sealed) is a gas or the like. Even under high-speed and high-pressure conditions, heat generation at the relative rotational sliding contact portion between the stationary seal ring and the rotary seal ring can be suppressed as much as possible, and a good shaft seal function can be exhibited over a long period of time. An object of the present invention is to provide an end surface contact type mechanical seal.
本発明は、シールケースに設けられた静止密封環の先端面とシールケースを洞貫する回転軸に設けられた回転密封環の先端面との相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域とその外周側領域である大気領域とを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、回転密封環に、両端部が当該回転密封環の基端面及び外周面において大気領域に開口する空冷通路を形成して、回転密封環の回転に伴って当該基端面の開口から吸引した空気を当該外周面の開口から排出させることにより密封環を空冷するように構成しておくことを提案する。 The present invention provides a relative rotational sliding contact portion by a relative rotational sliding contact action between a distal end surface of a stationary sealing ring provided in a seal case and a distal end surface of a rotary sealing ring provided in a rotary shaft penetrating the seal case. In the end face contact type mechanical seal configured to shield and seal the sealed fluid region that is the inner peripheral region and the atmospheric region that is the outer peripheral region of the rotary sealing ring, Both ends form an air-cooling passage that opens to the atmospheric region at the base end surface and the outer peripheral surface of the rotary sealing ring, and air sucked from the opening of the base end surface with the rotation of the rotary sealing ring from the opening of the outer peripheral surface It is proposed that the sealing ring be configured to be air-cooled by discharging.
かかる端面接触形メカニカルシールの好ましい実施の形態にあっては、空冷通路が、回転密封環の基端面に開口する吸気口から軸線方向に延びる吸気路と該吸気路の先端部から回転密封環の外周面に開口する排気口へと径方向に延びる排気路とからなる。また、好ましい空冷通路の形態にあっては、排気路が、回転密封環の密封端面にこれと同心状に形成された環状凹溝と回転密封環における当該環状凹溝の外周側部分を径方向に貫通する凹溝又は貫通孔とからなり、吸気路が、その先端部を前記環状凹溝に開口する貫通孔である。また、他の好ましい空冷通路の形態にあって、排気路は、排気口を密封端面から外れた部位において回転密封環の外周面に開口するように構成される。空冷通路の数は、回転密封環が本来必要とする強度が不足しないことを条件として、回転密封環の材質，形状等に応じて任意に設定することができる。複数の空冷通路を形成する場合にあって、全ての空冷通路が同一形状をなすものであっても、一部の空冷通路と他の空冷通路とが異なる形状をなすものであっても、何れでもよい。 In a preferred embodiment of such an end face contact type mechanical seal, the air cooling passage includes an intake passage extending in an axial direction from an intake port opened at a base end face of the rotary seal ring, and a rotary seal ring from the distal end portion of the intake passage. It consists of an exhaust passage that extends in the radial direction to an exhaust port that opens to the outer peripheral surface. Further, in a preferred air cooling passage configuration, the exhaust passage is formed in an annular groove formed concentrically with the sealing end face of the rotary seal ring, and the outer peripheral side portion of the annular groove in the rotary seal ring is radially arranged. The air intake passage is a through hole whose front end is opened to the annular groove. In another preferred air cooling passage configuration, the exhaust passage is configured to open to the outer peripheral surface of the rotary sealing ring at a portion where the exhaust port is removed from the sealing end surface. The number of air-cooling passages can be arbitrarily set according to the material, shape, etc. of the rotary seal ring, provided that the strength required by the rotary seal ring is not insufficient. In the case where a plurality of air cooling passages are formed, all of the air cooling passages have the same shape, or some of the air cooling passages and other air cooling passages have different shapes. But you can.
本発明の端面接触形メカニカルシールによれば、密封環を直接的に空冷するから、被密封流体領域の流体（シールすべき被密封流体）が気体である等のドライ運転条件下ないし高速，高圧条件下においても、静止密封環と回転密封環との相対回転摺接部分における発熱を可及的に抑制することができ、良好な軸封機能を長期に亘って発揮させることができる。しかも、密封環を直接的に冷却するものでありながら、回転密封環の回転による遠心力を利用して空冷作用を行うものであるから、前記（Ｄ）のように密封環の冷却コスト（イニシャルコスト及びランニングコスト）がかかることがなく、しかも注水設備のような故障が生じることがないから、メカニカルシールの信頼性にも富むものである。 According to the end face contact type mechanical seal of the present invention, the sealing ring is directly air-cooled, so that the fluid in the sealed fluid region (sealed fluid to be sealed) is gas or other dry operating conditions or high speed, high pressure Even under conditions, heat generation at the relative rotational sliding contact portion between the stationary seal ring and the rotary seal ring can be suppressed as much as possible, and a good shaft seal function can be exhibited over a long period of time. In addition, the cooling cost of the sealing ring (initial) is as described in (D) above, since the air cooling action is performed by utilizing the centrifugal force generated by the rotation of the rotating sealing ring while directly cooling the sealing ring. Cost and running cost), and there is no failure like water injection equipment, so the mechanical seal is highly reliable.
図１〜図４は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第１の実施の形態を示すものであり、図１は当該メカニカルシールを示す縦断正面図（断面は図４のＩ−Ｉ線に沿う）であり、図２は当該メカニカルシールを示す縦断側面図（断面は図４のＩＩ−ＩＩ線に沿う）であり、図３は図１の要部を拡大して示す断面図であり、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う横断底面図である。なお、以下の説明において、上下とは図１及び図２における上下をいうものとする。 1 to 4 show a first embodiment of an end surface contact type mechanical seal according to the present invention. FIG. 1 is a longitudinal front view showing the mechanical seal (the cross section is taken along the line II in FIG. 4). 2 is a longitudinal side view (cross section is taken along line II-II in FIG. 4) showing the mechanical seal, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the main part of FIG. 4 is a cross-sectional bottom view taken along line IV-IV in FIG. In the following description, “upper and lower” refers to the upper and lower sides in FIGS.
第１の実施の形態は、本発明に係る端面接触形メカニカルシール（以下「第１メカニカルシール」という）を竪型攪拌機の軸封手段として適用した例であり、第１メカニカルシールＭ１は、図１に示す如く、当該攪拌機のハウジング１の上端部に取り付けられた環状のシールケース（シールフランジ）２と、シールケース２に設けられた静止密封環３と、ハウジング１からシールケース２を同心状に洞貫して上方に延びる回転軸（攪拌軸）４に設けられた回転密封環５とを具備して、静止密封環３の先端面３ａとこれに対向する回転密封環５の先端面５ａとの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分３ａ，５ａの内周側領域である被密封流体領域（機内領域）６とその外周側領域である大気領域（機外領域）７とを遮蔽シールするように構成されている。
The first embodiment is an example in which an end surface contact type mechanical seal (hereinafter referred to as “first mechanical seal”) according to the present invention is applied as a shaft sealing means of a vertical stirrer. 1, an annular seal case (seal flange) 2 attached to the upper end portion of the
静止密封環３は、図１〜図３に示す如く、被密封流体の性状等のシール条件に応じて選択したセラミックス等の硬質材（例えば、炭化珪素等）で構成された円環状体であり、シールケース２の内周部にＯリング（或いはシート状ガスケット）８，８を介して内嵌固定されている。静止密封環３の先端面（上端面）は軸線に直交する円環状の平滑平面である密封端面（以下「静止側密封端面」という）３ａに構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
回転密封環５は、図１〜図３に示す如く、密封環本体９とこれに外嵌させた保持体１０とからなる円環状体に構成されており、回転軸４にＯリング１１を介して軸線方向（上下方向）に移動可能に保持されている。密封環本体９は、外周部に環状凹部９ａを形成すると共に先端面（下端面）を軸線に直交する円環状の平滑平面である密封端面（以下「回転側密封端面」という）５ａに構成した円環状体であり、被密封流体の性状等のシール条件に応じて選択した静止密封環３の構成材より軟質の材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主成分とする複合材又はカーボン等）で構成されている。密封環本体９と回転軸４との対向周面間は、これに装填されたＯリング１１により、密封環本体９の軸線方向移動を許容する状態で二次シールされている。保持体１０は、環状凹部９ａを閉塞する状態で密封環本体９の外周面に嵌合された円筒部１０ａと密封環本体９の基端面（上端面）に密接する環状壁部１０ｂとからなる円筒形状をなすもので、環状壁部１０ｂに突設したドライブピン（図２参照）１２を密封環本体９に形成した凹部９ｂに突入係合させることにより、密封環本体９に対する相対回転が阻止されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
回転密封環５は、図２に示す如く、その上位に配して回転軸４に嵌合固定されたスプリングリテーナ１３との間に介装した適当数のスプリング１４により、静止密封環３へと押圧附勢されている。スプリングリテーナ１３は、回転密封環５の内周部へと突入してＯリング１１の飛び出しを阻止する円筒部１３ａと回転密封環５の基端面（背面）５ｂつまり保持体１０の環状壁部１０ｂの基端面（上端面）に直対向する円環状のフランジ部１３ｂとからなる円筒状のものであり、フランジ部１３ｂに螺合させたセットスクリュー１５により回転軸４に固定されている。スプリング１４は、スプリングリテーナ１３のフランジ部１３ｂに形成した凹部１３ｃに保持されていて、回転側密封端面５ａを静止側密封端面３ａに圧接させるべく、回転密封環５の基端面５ｂを静止密封環方向（下方向）に押圧する。また、保持体１０の環状壁部１０ｂには軸線方向に延びるドライブピン１６が螺着されていて、このドライブピン１６をスプリングリテーナ１３のフランジ部１３ｂに穿設した貫通孔１３ｄに突入係合させることにより、回転密封環５を、軸線方向における所定範囲での移動を許容しつつ、回転軸４に対する相対回転不能ならしめている。
As shown in FIG. 2, the
而して、回転密封環５には、図１に示す如く、両端部が回転密封環５の基端面５ｂ及び外周面５ｃにおいて大気領域７に開口する空冷通路１７が形成されている。
Thus, as shown in FIG. 1, the
すなわち、この実施の形態にあっては、図３〜図５に示す如く、回転密封環５にその周方向に適当間隔（この例では、等間隔）を隔てて並列する複数の空冷通路１７が形成されており、各空冷通路１７は、回転密封環５の基端面（背面）５ｂに開口する吸気口１８ａから軸線方向に延びる吸気路１８と該吸気路１８の先端部から回転密封環５の外周面５ｃ（保持体１０から突出する密封環本体９の先端部分の外周面）に開口する排気口１９ａへと径方向に延びる排気路１９とからなる。
That is, in this embodiment, as shown in FIGS. 3 to 5, there are a plurality of
排気路１９は、図３に示す如く、回転側密封端面５ａにこれと同心状に形成された環状凹溝１９ｂと回転密封環５における環状凹溝１９ｂの外周側部分つまり密封環本体９における環状凹溝１９ｂの外周側部分９ｃを径方向に貫通する凹溝１９ｃとからなる。すなわち、排気路１９は、両凹溝１９ｂ，１９ｃの軸線方向開口部（下方向開口部）が静止側密封端面３ａにより閉塞されることにより、構成される。環状凹溝１９ｂにより形成される排気路部分は全排気路１９に共通するものであるが、この環状凹溝１９ｂにより、回転側密封端面５ａは、環状凹溝１９ｂを挟んで内周側の第１密封端面９ｄと外周側の第２密封端面９ｅとに分離されているが、つまり密封環本体９における環状凹溝１９ｂの内周側部分９ｆの先端面で構成される第１密封端面９ｄと密封環本体９における環状凹溝１９ｂの外周側部分９ｃの先端面で構成される第２密封端面９ｅとに分離されているが、被密封流体をシールする密封端面としては第１密封端面９ｄのみが機能し、第２密封端面９ｅは静止側密封端面３ａに対する姿勢保持のためのランド部として機能する。したがって、第１密封端面９ｄの径方向幅（シール面幅）は第２密封端面９ｅの径方向幅より所定量大きく設定されている。このように、第１メカニカルシールＭ１によるシール機能は、実質的に、静止側密封端面３ａと第１密封端面９ｄとの相対回転摺接作用によって発揮されるが、かかるシール機能がより良好に発揮されるように、上記した如く第１密封端面９ｄの径方向幅を第２密封端面９ｅより大きく設定しておくことに加えて、第１密封端面９ｄの内外径等によって決定されるバランス比を臨界バランス比以上に設定しておくことが好ましい。なお、臨界バランス比とは、密封端面３ａ，５ａ間を開こうとする開力（密封環３，５間に作用する被密封流体の圧力によるもの）と閉じようとする閉力（回転密封環５に作用する被密封流体の圧力（背圧）及びスプリング圧により回転密封環５を静止密封環３へと押圧する力）とがバランスするときのバランス比をいう。
As shown in FIG. 3, the
吸気路１８は、図３に示す如く、回転密封環５の背面５ｂの吸気口１８ａから前記環状凹溝１９ｂへと軸線に平行して直線状に当該密封環５を貫通する貫通孔である。
As shown in FIG. 3, the
以上のように構成された第１メカニカルシールＭ１にあっては、回転密封環５が回転すると、その遠心力によって、排気口１９ａから排気されると共に吸気口１８ａから吸気されることになり、吸気路１８から排気路１９への空気流が生じることになる。したがって、この空気流によって回転密封環５が直接的に冷却（空冷）されることになり、被密封流体が気体である等のドライ運転条件下ないし高速，高圧条件下においても、密封端面３ａ，５ａの摩擦による発熱が効果的に抑制される。しかも、排気路１９内の空気流が静止側密封端面３ａに直接触れることになるから、空冷による発熱抑制がより効果的に行なわれることになる。さらに、回転密封環５を密封環本体９とその外周面及び背面に接触する保持体１０とで構成しており、保持体１０が伝熱性に富む金属材で構成されており且つ空冷通路１７の一部（吸気路１８の吸気口１８ａ側部分）が保持体１０に形成されているから、密封環本体９を、シール機能上、熱伝導率の低い材料で構成せざるを得ない場合にも、回転密封環５ないし密封端面３ａ，５ａの冷却，放熱効果が十分に発揮される。
In the first mechanical seal M1 configured as described above, when the
ところで、スプリングリテーナ１３のフランジ部１３ｂが回転密封環５の背面５ａに接近している場合には、吸気口１８ａからの吸気作用が円滑に行なわれない虞れがある。このような場合には、図２〜図４に示す如く、フランジ部１３ｂに吸気口１８ａに直対向して軸線方向に延びる貫通孔１３ｅを形成しておくことが好ましい。
By the way, when the
また、密封端面３ａ，５ａの接触により発生した摩耗粉が環状凹溝１９ｂに侵入するが、かかる摩耗粉は排気路１９内の空気流により排気口１９ａから大気領域７に速やかに排出されて、密封端面３ａ，５ａの相対回転摺接部分に噛み込まれるようなことがない。したがって、密封端面３ａ，５ａの摩耗が少なく、上記した空冷作用により密封端面３ａ，５ａの発熱が効果的に抑制されることとも相俟って、メカニカルシール寿命の大幅な向上を実現することができる。
In addition, wear powder generated by the contact of the sealing
また、図５〜図７は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第２の実施の形態を示すものであり、図５は当該メカニカルシールを示す図１相当の縦断正面図（断面は図７のＶ−Ｖ線に沿う）であり、図６は図５の要部を拡大して示す断面図であり、図７は図５のＶＩＩ − ＶＩＩ線に沿う横断底面図である。 5 to 7 show a second embodiment of the end surface contact type mechanical seal according to the present invention, and FIG. 5 is a longitudinal front view corresponding to FIG. 1 showing the mechanical seal (the cross section is FIG. 7). 6 is a cross-sectional view showing an enlarged main part of FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional bottom view taken along the line VII-VII of FIG.
第２の実施の形態における本発明に係る端面接触形メカニカルシール（以下「第２メカニカルシール」という）は、空冷通路２７の構成を除いて、第１メカニカルシールＭ１と同一構成をなすものであるから、図５〜図７において第１メカニカルシールＭ１と同一部材については同一の符号を使用することによって、その詳細な説明は省略することとする。
The end face contact mechanical seal (hereinafter referred to as “second mechanical seal”) according to the present invention in the second embodiment has the same configuration as the first mechanical seal M1 except for the configuration of the
すなわち、第２メカニカルシールＭ２にあっては、図５〜図７に示す如く、回転密封環５にその周方向に適当間隔（この例では、等間隔）を隔てて並列する複数の空冷通路２７が形成されており、各空冷通路２７は、回転密封環５の基端面（背面）５ｂに開口する吸気口２８ａから軸線方向に延びる吸気路２８と該吸気路２８の先端部から回転密封環５の外周面５ｃ（保持体１０の円筒部１０ａの外周面）に開口する排気口２９ａへと径方向に延びる排気路２９とからなる。
That is, in the second mechanical seal M2, as shown in FIGS. 5 to 7, a plurality of air-
吸気路２８は、図６に示す如く、回転密封環５の背面５ｂの吸気口２８ａから軸線に平行して回転側密封端面５ａの近傍部位まで直線状に延びる非貫通孔である。
As shown in FIG. 6, the
排気路２９は、図６に示す如く、排気口２９ａを回転側密封端面５ａから外れた部位において回転密封環５の外周面５ｃに開口するものであり、密封環本体９に形成された環状凹部９ａと、吸気路２８の先端部から径方向に延びて環状凹部９ａに至る連通孔２９ｂと、環状凹部９ａから保持体１０の円筒部１０ａを貫通して大気領域７に開口２９ａする貫通孔２９ｃとからなる。なお、環状凹部９ａは、全排気路２９に共通する。また、第１メカニカルシールＭ１と同様に、スプリングリテーナ１３のフランジ部１３ｂが回転密封環５の背面５ａに接近している場合には、図６に示す如く、フランジ部１３ｂに吸気口２８ａに直対向して軸線方向に延びる貫通孔１３ｆを形成しておくことが好ましい。
As shown in FIG. 6, the
以上のように構成された第２メカニカルシールＭ２にあっては、回転密封環５が回転すると、その遠心力によって、排気口２９ａから排気されると共に吸気口２８ａから吸気されることになり、吸気路２８から排気路２９への空気流が生じることになる。したがって、この空気流によって回転密封環５が直接的に冷却（空冷）されることになり、被密封流体が気体である等のドライ運転条件下ないいし高速，高圧条件下においても、密封端面３ａ，５ａの摩擦による発熱が効果的に抑制される。また、保持体１０が伝熱性に富む金属材で構成されており且つ空冷通路２７の一部（貫通孔２９ｃ）が保持体１０に形成されているから、密封環本体９を、シール機能上、熱伝導率の低い材料で構成せざるを得ない場合にも、回転密封環５ないし密封端面３ａ，５ａの冷却，放熱効果が十分に発揮される。
In the second mechanical seal M2 configured as described above, when the
また、第２メカニカルシールＭ２の回転密封環５においても、図６に示す如く、第１メカニカルシールＭ１の回転密封環５に形成した凹溝１９ｂ，１９ｃと同一形状の凹溝２９ｄ，２９ｅが形成されている。したがって、回転密封環５の回転による遠心力により、この凹溝２９ｄ，２９ｅから大気領域７への排気が行われことになり、空冷機能が発揮されると共に密封端面３ａ，５ａの接触により発生した摩耗粉が環状凹溝２９ｄから速やかに排出される。
Also, in the
また、図８及び図９は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの第３の実施の形態を示すものであり、図８は当該メカニカルシールを示す図１相当の縦断正面図であり、図９は図８の要部を拡大して示す断面図である。 8 and 9 show a third embodiment of the end face contact type mechanical seal according to the present invention, and FIG. 8 is a longitudinal front view corresponding to FIG. 1 showing the mechanical seal. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of FIG. 8.
第３の実施の形態における本発明に係る端面接触形メカニカルシール（以下「第３メカニカルシール」という）Ｍ３は、空冷通路として第１メカニカルシールＭ１の空冷通路（以下「第１空冷通路」という）１７及び第２メカニカルシールＭ２の空冷通路（以下「第２空冷通路」という）２７の双方を設けた点を除いて、第１及び第２メカニカルシールＭ１，Ｍ１と同一構成をなすものであるから、図８及び図９において第１及び第２メカニカルシールＭ１，Ｍ２と同一部材については同一の符号を使用することによって、その詳細な省略することとする。 An end face contact type mechanical seal (hereinafter referred to as “third mechanical seal”) M3 according to the present invention in the third embodiment is an air cooling passage (hereinafter referred to as “first air cooling passage”) of the first mechanical seal M1 as an air cooling passage. 17 and the second mechanical seal M2, except that both air cooling passages (hereinafter referred to as "second air cooling passages") 27 are provided. 8 and 9, the same members as those of the first and second mechanical seals M1 and M2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
すなわち、第３メカニカルシールＭ３にあっては、図８及び図９に示す如く、回転密封環５にその周方向に等間隔を隔てて並列する複数の第１及び第２空冷通路空冷通路１７，２７が形成されている。
That is, in the third mechanical seal M3, as shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of first and second
したがって、第３メカニカルシールＭ３にあっては、回転密封環５の回転に伴う遠心力によって、第１及び第２空冷通路１７，２７内を吸気口１８ａ，２８ａから排気口１９ａ，２９ａへと流動する空気によって、第１又は第２メカニカルシールＭ１，Ｍ２と同様の空冷，放熱効果が発揮されると共に密封端面３ａ，５ａ間で発生する摩耗粉の排出が効果的に行われる。
Therefore, the third mechanical seal M3 flows in the first and second
なお、本発明の構成は、上記した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良，変更することができる。 The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention.
例えば、第１又は第３メカニカルシールＭ１，Ｍ３においては、排気口１９ａ側の排気路部分を凹溝１９ｃとせず、図１０に示す如く、密封環本体９における環状凹溝１９ｂの外周側部分９ｃを径方向に貫通する貫通孔１９ｄとしておくことができる。この貫通孔１９ｄは、図１０に示す如く、外径方向に密封端面５ａから遠ざかる傾斜をなすように形成しても、軸線方向に直交するように形成してもよい。
For example, in the first or third mechanical seal M1, M3, the exhaust passage portion on the
また、第２メカニカルシールＭ２においては、図１１に示す如く、凹溝２９ｄ，２９ｅを形成せず、密封環本体９の先端面を全面的に回転側密封端面５ａとして機能させるように構成しておいてもよい。また、第２メカニカルシールＭ２にあって、環状凹溝２９ｄを形成する場合には、凹溝２９ｅに代えて前記した貫通孔１９ｄと同様の貫通孔を形成するようにしてもよい。
Further, in the second mechanical seal M2, as shown in FIG. 11, the
また、空冷通路１７，２７の数は任意に設定することができるが、回転密封環５に必要とされる強度を確保できることを条件として、可及的に多くしておくことが好ましい。また、形状の異なる第１空冷通路１７と第２空冷通路２７とを形成する場合にあって、各通路１７，２７の数は同一であっても、異なっても、何れでもよい。
The number of the
また、本発明の端面接触形メカニカルシールは、上記した如くドライ運転条件下ないし高速，高圧条件下においても密封端面の発熱を効果的に抑制できるものであるから、被密封流体が液体である場合には勿論、被密封流体が気体である場合にも好適に使用することができ、ガスシール等のシングルメカニカルシール（ドライコンタクトシール）として使用できる他、タンデム，ダブルシールにおけるバッファ流体領域と大気領域とをシールする二次シールとしても好適に使用することができる。 In addition, since the end surface contact type mechanical seal of the present invention can effectively suppress the heat generation of the sealed end surface even under dry operation conditions or at high speeds and high pressure conditions as described above, the sealed fluid is a liquid. Of course, it can be suitably used even when the fluid to be sealed is a gas, and can be used as a single mechanical seal (dry contact seal) such as a gas seal, as well as the buffer fluid region and the atmospheric region in tandem and double seals It can also be suitably used as a secondary seal that seals.
２ シールケース
３ 静止密封環
３ａ 静止側密封端面（静止密封環の密封端面）
４ 回転軸
５ 回転密封環
５ａ 回転側密封端面（回転密封環の密封端面）
６ 被密封流体領域
７ 大気領域
１７ 空冷通路
１８ 吸気路
１８ａ 吸気口
１９ 排気路
１９ａ 排気口
２７ 空冷通路
２８ 吸気路
２８ａ 吸気口
２９ 排気路
２９ａ 排気口
2
4 Rotating
6 Sealed
Claims (4)
回転密封環に、両端部が当該回転密封環の基端面及び外周面において大気領域に開口する空冷通路を形成して、回転密封環の回転に伴って当該基端面の開口から吸引した空気を当該外周面の開口から排出させることにより密封環を空冷するように構成したことを特徴とする端面接触形メカニカルシール。 Inner peripheral side of the relative rotational sliding contact portion by the relative rotational sliding contact action between the distal end surface of the stationary sealing ring provided in the seal case and the distal end surface of the rotational sealing ring provided in the rotary shaft that penetrates the seal case In the end surface contact type mechanical seal configured to shield and seal the sealed fluid region that is the region and the atmospheric region that is the outer peripheral side region,
An air-cooling passage whose both ends open to the atmospheric region at the base end face and the outer peripheral surface of the rotary seal ring is formed in the rotary seal ring, and the air sucked from the opening of the base end face as the rotary seal ring rotates An end face contact type mechanical seal characterized in that the sealing ring is air-cooled by discharging it from the opening on the outer peripheral surface.
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