JP4724727B2 - mechanical seal - Google Patents
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Description
本発明は、接触形及び非接触形を含むメカニカルシールに関するものである。 The present invention relates to a mechanical seal including a contact type and a non-contact type.
メカニカルシールは、特許文献1や特許文献2等において開示されたものが知られている。特許文献1のものは、回転密封環と静止密封環とが摩擦接触しながら相対回転することでシールする接触形のメカニカルシールを開示している。
As the mechanical seal, those disclosed in Patent Document 1,
特許文献2が示すタンデム型ドライコンタクト軸封装置においては、回転密封環と静止密封環との夫々の対向端面の相対回転によって生じる動圧と、弾性機構による静止密封環の回転密封環への押付け力とがバランスすることにより、各対向端面どうしの間が非接触状態に保持されながらシールされるメカニカルシールを開示している。
In the tandem dry contact shaft sealing device disclosed in
従来、特許文献2に示される構造と同等の構造を持つメカニカルシールとして、図7に示されるものが使用されていた。即ち、軸心Pを有する回転軸1と一体回転する回転密封環2と、シールハウジング3に対して回転不能で、かつ、回転軸1の軸心P方向に移動自在に支持される静止密封環4と、静止密封環4を軸心P方向への移動が自在な状態に外嵌するボス部5Aを有するとともにシールハウジング3に固定されるリテーナ5と、静止密封環4を回転密封環2に押付けてシール部Sを形成すべくリテーナ5と静止密封環4との間に介装される弾性機構6と、ボス部5Aと静止密封環4との間をシールするためのシールリング7とを有して、回転密封環2と静止密封環4との間がシールされるように構成されるメカニカルシールAが構成されている。
Conventionally, as a mechanical seal having a structure equivalent to the structure shown in
ハウジングにボルト止めされるリテーナ5は、弾性機構を構成する複数のコイルスプリング6を収容配置する本体部5Bと、ハウジング3に内嵌される外フランジ部5Cとを有しており、外フランジ部5Cとハウジング3との間をシールするOリング8が装備されている。ボス部5Aと、回転軸1にシール外嵌される第1スリーブ9にシール外嵌される第2スリーブ10との径方向間には大気側に連通する間隙が形成されている。回転密封環2は、静止密封環4からの押圧力を受止めることができるように、第2スリーブ10にシール外嵌される環状鍔部11に軸心P方向でのシール状態で支持されている。
The
静止密封環4は、回転密封環2のシール面2aに対向するシール面4aの反対側(背面側)となる根元部の内周端を断面矩形に径外側に切欠くようにしてその部分にシールリングであるOリング7を装備しているとともに、その内周面がボス部5Aに軸心P方向に移動可能に外嵌されている。静止密封環4の根元部とコイルスプリング6との間には円環状の受板12が介装されている。
The
この従来技術によるメカニカルシールAにおいては、図7に示すように、互いにシール部材である回転密封環2はSic製で、静止密封環4はカーボン製で、リテーナ5はステンレス材(SUS)製で、Oリング7はゴム製であるが、使用状況によっては不具合の出ることが判ってきた。それは使用状況が高温になったときには、ステンレス材製リテーナ5の熱膨張による寸法増大、及び、熱膨張係数が比較的大きなゴム製Oリング7の径寸法増大に対して、比較的熱膨張係数の小さなカーボン製静止密封環4は余り寸法増大しないため、Oリング7と静止密封環4との径方向での締め代が増大して静止密封環4の軸心P方向の動きが渋くなり、コイルスプリング6による押圧力を阻害することとなって追従不良となる不具合である。
In this conventional mechanical seal A, as shown in FIG. 7, the
そこで、上記不具合を解消すべく、図6に示すような静止密封環4のシール構造を持つメカニカルシールAが開発された。即ち、静止密封環4を、回転密封環2との間にシール部Sを形成する先端側静止輪部4Aと、弾性機構6による押圧力を受ける根元側静止輪部4Bと、を軸心P方向に並べてボス部5Aに外嵌することで構成し、根元側静止輪部4Bの回転密封環側端にOリング7を設ける構造である。この場合のOリング7は、先端側静止輪部4Aと根元側静止輪部4Bとの間、及び先端側静止輪部4Aとボス部5Aとの間もシールするとともに、根元側静止輪部4Bに受ける押圧力を先端側静止輪部4Aに伝える部材にもなるという多機能部品に兼用構成されている。
Therefore, in order to solve the above problems, a mechanical seal A having a seal structure of the
この比較例によるメカニカルシールAにおいては、図6に示すように、先端側静止輪部4Aがカーボン製で、根元側静止輪部4BはSUS製にすること(その他は第1従来技術のものと同じ材料である)により、従来技術の前記不具合を解消しようと試みられた。しかしながら、改善は見られるものの、高温時のリテーナ5、Oリング7、及び根元側静止輪部4Bの寸法変化により、やはりOリング7の締め代増大によって根元側静止輪部4Bの動きに渋さが出現することが皆無にはならず、前述の追従不良が残る場合のあるものとなっていた。
本発明の目的は、メカニカルシールにおける静止密封環のリテーナボス部に対するシール構造の更なる工夫により、高温条件下の使用においてもOリングの締め代増大による前述の不具合である静止密封環の追従不良、即ちシール不良が起らないように改善されたメカニカルシールを実現して提供する点にある。 The purpose of the present invention is to further improve the seal structure for the retainer boss portion of the stationary seal ring in the mechanical seal, so that the follow-up failure of the stationary seal ring, which is the above-mentioned problem due to increased tightening allowance of the O-ring, even when used under high temperature conditions That is, a mechanical seal improved so as not to cause a sealing failure is realized and provided.
請求項1に係る発明は、回転軸1と一体回転する回転密封環2と、シールハウジング3に対して回転不能で、かつ、前記回転軸1の軸心P方向に移動自在に支持される静止密封環4と、前記静止密封環4を前記軸心P方向への移動が自在な状態に外嵌するボス部5Aを有するとともに前記シールハウジング3に固定されるリテーナ5と、前記静止密封環4を前記回転密封環2に押付けるべく前記リテーナ5と前記静止密封環4との間に介装される弾性機構6と、前記ボス部5Aと前記静止密封環4との間をシールするためのシールリング7とを有して、前記回転密封環2と前記静止密封環4との間がシールされるように構成されるメカニカルシールにおいて、
前記静止密封環4が、前記回転密封環2との間にシール部Sを形成する先端側静止輪部4Aと、前記弾性機構6による押圧力を受けるPEEK製の根元側静止輪部4Bと、を前記軸心P方向に並べてステンレス材製の前記ボス部5Aに外嵌することで構成されており、前記根元側静止輪部4Bと前記ボス部5Aとの間に前記シールリング7が介装されるとともに、前記根元側静止輪部4Bの熱膨張係数が前記ボス部5Aの熱膨張係数より大となるように設定されていることを特徴とするものである。
Invention, the
The
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のメカニカルシールにおいて、前記シールリング7が、前記根元側静止輪部4Bと前記先端側静止輪部4Aとの間をシールする手段に兼用されていることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項1の発明によれば、詳しくは各実施形態の項にて述べるが、高温条件下においてボス部及びシールリングが熱膨張によって寸法が増大する際の締め代がきつくなることが緩和又は抑制されるものとなり、根元側静止輪部の軸心方向の移動のし易さが維持され、静止密封環の追従不良、即ちシール不良が起らないように改善されたメカニカルシールを提供することができる。 According to the first aspect of the present invention , the details of each embodiment will be described, but the tightening margin when the dimensions of the boss part and the seal ring increase due to thermal expansion under high temperature conditions is alleviated or suppressed. It is possible to provide a mechanical seal that is easy to move in the axial direction of the root side stationary ring portion and is improved so that the follow-up failure of the stationary sealing ring, that is, the sealing failure does not occur. it can.
請求項2の発明によれば、一つのシールリングで複数箇所のシールが可能となる多機能部品化が行える利点がある。
According to the invention of
以下に、本発明によるメカニカルシールの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1〜図4はそれぞれ第1実施例、参考実施例、第2実施例、第3実施例の非接触形のメカニカルシールを示す断面図、図5は、実施例1によるメカニカルシールを含むタンデム型のメカニカルシール装置を示す要部の断面図である。 Embodiments of a mechanical seal according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 4 are sectional views showing non-contact type mechanical seals of the first embodiment, the reference embodiment, the second embodiment, and the third embodiment , respectively. FIG. 5 is a tandem including the mechanical seal according to the first embodiment. It is sectional drawing of the principal part which shows the mechanical seal apparatus of a type | mold.
〔実施例1〕
図5にタンデム型のメカニカルシール装置TMが示されている。このメカニカルシール装置TMは、回転軸1の軸心P上においてプロセス側に配置される接触形の第1メカニカルシールMと、大気側に配置される非接触形の第2メカニカルシールAとを有して構成されており、プラント設備等において薬液、原油関係液、洗浄液等のプロセス液のシールに用いられる。
[Example 1]
FIG. 5 shows a tandem mechanical seal device TM. This mechanical seal device TM has a contact-type first mechanical seal M arranged on the process side on the axis P of the rotary shaft 1 and a non-contact-type second mechanical seal A arranged on the atmosphere side. And is used for sealing process liquids such as chemical liquids, crude oil related liquids, and cleaning liquids in plant facilities and the like.
第1メカニカルシールMは、図5に示すように、回転軸1と一体回転する回転密封環22と、ハウジング3に相対回動不能で、かつ、回転軸1の軸心P方向に移動可能な静止密封環24と、静止密封環24を回転密封環2に押付けてシール部Sを形成するための弾性機構である複数のコイルスプリング26と、を有して構成されている。回転密封環22は、回転軸1に外嵌シール外嵌されるスリーブ21の環状鍔部21Aにシール状態で、かつ、相対回動不能に受止め支持されている。尚、23は、環状鍔部21Aから軸心P方向に突設されて回転密封環22に作用する回り止めピンである。
As shown in FIG. 5, the first mechanical seal M is not rotatable relative to the
静止密封環24は、回転密封環22に接触作用してシール部Sを形成するための先端静止部24aと、ハウジング3の環状内突起周部3aにシール内嵌される静止本体部24bと、コイルスプリング26の付勢力を受けるリテーナ部24cとから成り、スリーブ21に遊外嵌されている。複数のコイルスプリング26は、ハウジング3に固定内嵌される支持環状体25に収容配置されており、その支持環状体25には、リテーナ部24cに螺着される回止めボルト27が貫通されている。尚、28は静止本体部24bとリテーナ部24cとの抜止めボルトである。
The
つまり、第1メカニカルシールMにおいては、コイスプリング26が静止密封環24を軸心P方向で回転密封環22に押付けて、それら両密封環24,22が相対回転しながら接触するシール部Sを形成しており、プロセス側のプロセス液を漏れないようにシールする一次シールとして機能するものとなっている。次に、第2メカニカルシールAについて説明する。
In other words, in the first mechanical seal M, the
第2メカニカルシールAは、図5,図1に示すように、回転密封環環2と静止密封環4との夫々の対向端面2a,4aの相対回転によって生じる動圧と、コイルスプリング(弾性機構の一例)6による静止密封環4の回転密封環2への押付け力とがバランスすることにより、各対向端面2a,4aどうしの間が非接触状態に保持されながらシールされるように構成される非接触形のものに構成されている。
As shown in FIGS. 5 and 1, the second mechanical seal A includes a dynamic pressure generated by relative rotation of the
つまり、実施例1によるメカニカルシールAは、図6に示す比較例のメカニカルシールをさらに発展させたものであって、基本的には同じ構造のものであり、同一の箇所には同一の符号を付してその説明が為されたものとする。尚、図5に示す第2メカニカルシールAと、図1〜図4及び図6に示すメカニカルシールAとは、構成部品に若干の違いはあるが原理構造は同じであり、ここでは便宜上同等のメカニカルシールとして説明する。 That is, the mechanical seal A according to Example 1 is a further development of the mechanical seal of the comparative example shown in FIG. 6 and basically has the same structure, and the same portions are denoted by the same reference numerals. It is assumed that the explanation has been made. The second mechanical seal A shown in FIG. 5 and the mechanical seal A shown in FIGS. 1 to 4 and 6 have the same principle structure, although there are some differences in the components. It will be described as a mechanical seal.
図6に示す比較例のメカニカルシールと異なるのは静止密封環4のみである。違いは、根元側静止輪部4Bを合成樹脂材であるPEEK製としたことである。つまり、PEEKは熱膨張係数が大きいので、高温条件下においてリテーナ5及びOリング7が熱膨張によって寸法が増大する際の締め代がきつくなることが緩和又は抑制されるものとなり、根元側静止輪部4Bの軸心P方向の移動のし易さが維持される。その結果、静止密封環4の追従不良、即ちシール不良が起らないように改善されたメカニカルシールを実現することができるのである。
Only the
つまり、実施例1のメカニカルシールAにおいては、静止密封環4が、回転密封環2との間にシール部Sを形成する先端側静止輪部4Aと、コイルスプリング6による押圧力を受ける根元側静止輪部4Bと、を軸心P方向に並べてボス部5Aに外嵌することで構成されており、根元側静止輪部4Bとボス部5Aとの間にOリング7が介装されるとともに、根元側静止輪部4Bの熱膨張係数がボス部5Aの熱膨張係数より大となるように設定されている。
That is, in the mechanical seal A of the first embodiment, the
また、Oリング7は、根元側静止輪部4Bと先端側静止輪部4Aとの間をシールする手段、及び、先端側静止輪部4Aとボス部5Aとの間をシールする手段に兼用されているとともに、コイルスプリング6によって根元側静止輪部4Bに加わる押圧力を先端側静止輪部4Aに伝達する部材にも兼用される多機能部品とされている。但し、押圧力が強い場合には、Oリング7が一定量変形した後に、根元側静止輪部4Bが直接に先端側静止輪部4Aに当接して押圧力を伝える構成となるように、根元側静止輪部4Bと先端側静止輪部4Aとの軸心P方向での隙間eが設定されている。
The O-
そして、図6に示される比較例によるメカニカルシールでも、厳しい条件ではまだ不安があるものの、従来のものに比べると改善されて実用化できそうなレベルにはなっていた。従って、図6に示す比較例のものでも発明に値するものであると考えられるが、実施例1のものは更なる改善により、前記不安(高温条件下では、場合によっては静止密封環4の追従不良のおそれが残ること)を拭い去ることができる迄に改善されたメカニカルシールとすることができたのである。
The mechanical seal according to the comparative example shown in FIG. 6 is still uneasy under severe conditions, but has been improved to a level where it can be put into practical use as compared with the conventional one. Accordingly, even the comparative example shown in FIG. 6 is considered to be worthy of the invention, but the example 1 is further improved, and the anxiety (following the
〔参考実施例〕
参考実施例によるメカニカルシールAは、図2に示すように、図6に示す比較例のメカニカルシールにおける静止密封環4が異なるものである。即ち、静止密封環4が、Sic製の回転密封環2との間にシール部Sを形成するカーボン製の先端側静止輪部4Aと、コイルスプリング6による押圧力を受ける根元側静止輪部4Bと、を軸心P方向に並べてボス部5Aに外嵌することで構成されている。
[ Reference Example ]
As shown in FIG. 2, the mechanical seal A according to the reference example is different from the
そして、ステンレス材製の根元側静止輪部4Bとステンレス材製のボス部5Aとの間にシールリングであるゴム製のOリング7が介装されるとともに、根元側静止輪部4BにおけるOリング7を収容する環状切欠き部分13の内径Dが、ボス部5Aに外嵌装着されている状態のOリング7の外径dよりも十分大きくなる(D>d)ように設定されている。
A rubber O-
環状切欠き部分13は、断面形状が矩形を為して根元側静止輪部4Bの回転密封環側端の内径側に形成されており、その側周壁(符記省略)とボス部5Aの外周面(符記省略)との間をシールするOリング7は、図1に示す実施例1のメカニカルシールと同様の多機能部品となる状態に構成されている。
The
参考実施例のメカニカルシールAにおいては、常温状態においてはOリング7と環状切欠き部分13とには径方向のクリアランス〔(D−d)/2〕が形成されているので、高温となってボス部5A及びOリング7が膨張しても、環状切欠き部分13に位置するOリング7を介して根元側静止輪部4Bとボス部5Aとが径方向に強く押されてOリング7の締め代がきつくなるということが生じないものとなる。また、高温となって各部品(5A,7,4B)が熱膨張した際に、上記クリアランスが無くなってOリング7を、その外径部からコイルスプリング6による押圧力を阻害しない程度に締める構成でも良い。その結果、静止密封環4の追従不良、即ちシール不良が起らないように改善されたメカニカルシールを実現することができるのである。
In the mechanical seal A of the reference example , since the radial clearance [(D−d) / 2] is formed in the O-
〔実施例2〕
実施例2によるメカニカルシールAは、図3に示すように、根元側静止輪部4Bのボス部5Aを内嵌する内孔部14における先端側静止輪部側の端部を、先端側静止輪部4A側が大径となる先拡がり状の円錐面15に形成するとともに、円錐面15とボス部5Aとの間にOリング(シールリングの一例)7が介装される構成を有している。この場合のOリング7も、実施例1、参考実施例のものと同様の多機能部品になっている。
[ Example 2 ]
As shown in FIG. 3, the mechanical seal A according to the second embodiment is configured so that the end portion on the distal end side stationary wheel portion side of the
つまり、根元側静止輪部4BにおけるOリングの装着される部分を円錐面(断面でテーパとなる面)15としてあるので、常温状態(大気温度程度)並びに高温状態の広い温度範囲において、外径部からコイルスプリング6による押圧力を阻害しない程度にOリング7を締めることが常に行えるものとなる。その結果、静止密封環4の追従不良、即ちシール不良が起らないように改善されたメカニカルシールを実現することができるのである。
That is, since the portion where the O-ring is mounted on the root side
〔実施例3〕
実施例3によるメカニカルシールAは、図4に示すように、根元側静止輪部4BにおけるOリング(シールリングの一例)7を収容する収容凹部16の内径Wが、ボス部5Aに外嵌装着されている状態のOリング7の外径dよりも十分大きく(W>d)なるように設定され、かつ、収容凹部16におけるシールリング7を弾性機構6の付勢力によって先端側静止輪部4Aに向けて押圧することとなる側周面17が、その径内側ほど軸心P方向で先端側静止輪部4Aから離れる先拡がり状の円錐面に形成される構成を有している。
[ Example 3 ]
As shown in FIG. 4, the mechanical seal A according to the third embodiment has an inner diameter W of an
つまり、常温状態においては、Oリング7と収容凹部16とには十分な径方向のクリアランスが形成されており、各部品(5A,7,4B)が熱膨張する高温状態時でも収容凹部16に位置するOリング7を介して根元側静止輪部4Bとボス部5Aとが径方向に強く押されてOリング7の締め代がきつくなるということが生じないものとなる。また、高温となって各部品(5A,7,4B)が熱膨張した際に、上記クリアランスが無くなってOリング7を、その外径部からコイルスプリング6による押圧力を阻害しない程度に締める構成でも良い。
That is, in the normal temperature state, a sufficient radial clearance is formed between the O-
その結果、静止密封環4の追従不良、即ちシール不良が起らないように改善されたメカニカルシールを実現することができるのである。そして、収容凹部16の円錐面となる側周面17により、Oリング7と根元側静止輪部4Bとのシール性が、温度範囲の如何に拘らずに向上する利点もある。尚、根元側静止輪部4Bと先端側静止輪部4Aとの間隙eによる前述の効果は、参考実施例、実施例2,3のものにでも同様に発揮される。
As a result, it is possible to realize an improved mechanical seal so that the follow-up failure of the
1 回転軸
2 回転密封環
3 シールハウジング
4 静止密封環
4A 先端側静止輪部
4B 根元側静止輪部
5 リテーナ
5A ボス部
6 弾性機構
7 シールリング
13 シールリングを収容する部分
14 内孔部
15 円錐面
16 シールリングを収容する収容凹部
17 側周面
D シールリングを収容する部分の内径
P 軸心
S シール部
W シールリングを収容する収容凹部の内径
d シールリングの外径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
シールハウジングに対して回転不能で、かつ、前記回転軸の軸心方向に移動自在に支持される静止密封環と、
前記静止密封環を前記軸心方向への移動が自在な状態に外嵌するボス部を有するとともに前記シールハウジングに固定されるリテーナと、
前記静止密封環を前記回転密封環に押付けるべく前記リテーナと前記静止密封環との間に介装される弾性機構と、
前記ボス部と前記静止密封環との間をシールするためのシールリングとを有して、
前記回転密封環と前記静止密封環との間がシールされるように構成されるメカニカルシールであって、
前記静止密封環が、前記回転密封環との間にシール部を形成する先端側静止輪部と、前記弾性機構による押圧力を受けるPEEK製の根元側静止輪部と、を前記軸心方向に並べてステンレス材製の前記ボス部に外嵌することで構成されており、
前記根元側静止輪部と前記ボス部との間に前記シールリングが介装されるとともに、前記根元側静止輪部の熱膨張係数が前記ボス部の熱膨張係数より大となるように設定されているメカニカルシール。 A rotary seal ring that rotates integrally with the rotary shaft;
A stationary sealing ring that is non-rotatable with respect to the seal housing and is supported so as to be movable in the axial direction of the rotating shaft;
A retainer that has a boss part that fits the stationary seal ring in a state in which the stationary seal ring is movable in the axial direction and is fixed to the seal housing;
An elastic mechanism interposed between the retainer and the stationary sealing ring to press the stationary sealing ring against the rotating sealing ring;
A seal ring for sealing between the boss portion and the stationary seal ring,
A mechanical seal configured to be sealed between the rotary seal ring and the stationary seal ring,
The stationary sealing ring includes a distal-side stationary ring portion that forms a seal portion between the stationary sealing ring and a PEEK-made stationary stationary ring portion that receives a pressing force by the elastic mechanism in the axial direction. It is configured by fitting outside the boss part made of stainless steel side by side,
The seal ring is interposed between the root-side stationary ring part and the boss part, and the coefficient of thermal expansion of the root-side stationary ring part is set to be larger than the coefficient of thermal expansion of the boss part. Mechanical seal.
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