JP5123371B2 - mechanical seal - Google Patents

Description

本発明は、メカニカルシールに関する。   The present invention relates to a mechanical seal.

回転軸とハウジングとの隙間を封止するメカニカルシールは、ＪＩＳ−Ｂ２４０５にその通則が定められている。メカニカルシールは、回転軸の外周に嵌合して、回転軸と共に回転するスリーブに気密に取り付けられ、スリーブと共に回転する回転環と、ハウジングに固定されるシールカバーに気密に取り付けられ、回転しない固定環とを有する。回転環と固定環とは、軸に直角な摺動面で互いに摺接し、いずれか一方が軸方向に不動のメイティングリングであり、他方が軸方向に移動可能でばね付勢されてメイティングリングに圧接されるシールリングである。   The general rule of the mechanical seal that seals the gap between the rotating shaft and the housing is defined in JIS-B2405. The mechanical seal is fitted to the outer periphery of the rotating shaft and is hermetically attached to a sleeve that rotates together with the rotating shaft. The mechanical seal is hermetically attached to a rotating ring that rotates together with the sleeve and a seal cover that is fixed to the housing. And having a ring. The rotating ring and the fixed ring are in sliding contact with each other on a sliding surface perpendicular to the shaft, one of which is a mating ring that does not move in the axial direction, and the other is movable in the axial direction and spring-biased mating. It is a seal ring pressed against the ring.

メカニカルシールは、摺動面に潤滑油などの軸封流体が存在することで、摺動面の隙間が完全に封止される。回転環と固定環との摩擦によって摺動面の温度が上昇すると、軸封流体が劣化したり、軸封流体に溶解したプロセスガスなどの不純物が変性して、固形の劣化物を生じることがある。このような劣化物は、摺動面に付着すると摺動面にブリスタリングと呼ばれる損傷を引き起こす。また、劣化物は、摺動面の周囲に付着すると擬似的に摺動面を拡げる２次摺動面を形成して回転環と固定環との当接圧力を減少させ、メカニカルシールの封止能力を損なうという問題がある。   In the mechanical seal, a shaft seal fluid such as lubricating oil is present on the sliding surface, so that the clearance between the sliding surfaces is completely sealed. If the temperature of the sliding surface rises due to friction between the rotating ring and the stationary ring, the shaft seal fluid may deteriorate, or impurities such as process gas dissolved in the shaft seal fluid may denature, resulting in solid deterioration. is there. When such a deteriorated material adheres to the sliding surface, it causes damage called blistering on the sliding surface. In addition, when the deteriorated material adheres to the periphery of the sliding surface, it forms a secondary sliding surface that pseudo-expands the sliding surface to reduce the contact pressure between the rotating ring and the stationary ring, and seal the mechanical seal. There is a problem of losing ability.

劣化物の生成を防止するには、回転環と固定環との圧接力を小さくしたり、回転環と固定環との摺接面積を小さくすることで発熱量を小さくすることが有効であるが、これによって軸封能力が低くなるという問題がある。   In order to prevent the generation of deteriorated products, it is effective to reduce the calorific value by reducing the pressure contact force between the rotating ring and the stationary ring or by reducing the sliding contact area between the rotating ring and the stationary ring. As a result, there is a problem that the shaft sealing ability is lowered.

また、回転環と固定環とを軸封流体で効率的に冷却するために、例えば特許文献１に記載されているように、ハイドロカットと呼ばれる軸封流体の流路を設ける方法が知られている。しかしながら、この方法では、軸封流体の低圧側への漏れ量が多くなるという問題がある。   In addition, in order to efficiently cool the rotating ring and the stationary ring with the shaft seal fluid, for example, as described in Patent Document 1, a method of providing a shaft seal fluid channel called hydrocut is known. Yes. However, this method has a problem that the amount of leakage of the shaft seal fluid to the low pressure side increases.

また、特許文献２には、摺動面の周囲に、冷却のためにスチームなどのクエンチング流体を強制的に供給する発明が開示されている。しかしながら、クエンチング流体を供給するためには、付帯設備が必要となりコストアップが避けられない。   Patent Document 2 discloses an invention for forcibly supplying a quenching fluid such as steam around a sliding surface for cooling. However, in order to supply the quenching fluid, an incidental facility is required, and an increase in cost is inevitable.

特開２００４−２９３７６５号公報JP 2004-293765 A 特開２００３−７４７１２号公報JP 2003-74712 A

そこで、前記問題点に鑑みて、本発明は、摺動面で生成した劣化物が堆積しないメカニカルシールを提供することを課題とする。   Then, in view of the said problem, this invention makes it a subject to provide the mechanical seal | sticker in which the deteriorated material produced | generated on the sliding surface does not accumulate.

前記課題を解決するために、本発明によるメカニカルシールは、軸と共に回転するスリーブと、前記軸が貫通するハウジングに固定されるシールカバーと、前記シールカバーの外側を前記スリーブを取り囲むように延伸する外部カバーと、前記スリーブに取り付けられた回転環と、前記シールカバーに取り付けられ、前記回転環と前記軸に直角な摺動面で摺接する、固定環とを有し、前記外部カバーと前記スリーブとの間にシールが配置されて、前記外部カバーは、前記スリーブ、前記回転環、前記固定環および前記シールカバーで形成される空間を封止して密閉空間を形成し、該密閉空間に溶媒または不活性ガスが封入され、前記回転環と前記固定環との前記摺動面に潤滑用軸封流体が存在し、前記密封空間の内部の圧力よりも高圧のプロセスガスを前記ハウジングの内部に封止するものとする。 In order to solve the above problems, a mechanical seal according to the present invention extends a sleeve that rotates with a shaft, a seal cover fixed to a housing through which the shaft passes, and an outer side of the seal cover so as to surround the sleeve. An outer cover; a rotating ring attached to the sleeve; and a fixed ring attached to the seal cover and in sliding contact with a sliding surface perpendicular to the rotating ring and the shaft, the outer cover and the sleeve The outer cover seals a space formed by the sleeve, the rotating ring, the fixed ring, and the seal cover to form a sealed space, and a solvent is formed in the sealed space. or an inert gas is sealed, the rotating ring and there is lubricating shaft sealing fluid to the sliding surface of the fixed ring, high professional than the internal pressure of the sealed space The Sugasu shall seal the interior of the housing.

この構成によれば、不活性ガスにより軸封流体や不純物の酸化などの変性を防止して、劣化物の生成を抑制でき、或いは、溶媒によって劣化物を溶解して堆積させないようにできる。これによって、摺動面の圧接力が変化せず、軸封能力が低下しない。   According to this configuration, it is possible to prevent the shaft seal fluid and impurities from being oxidized by the inert gas and suppress the generation of the deteriorated material, or to prevent the deteriorated material from being dissolved and deposited by the solvent. Thereby, the pressure contact force of the sliding surface does not change, and the shaft sealing ability does not decrease.

以上のように、本発明は、メカニカルシールの摺動面の内縁に劣化物を堆積させないので、軸封能力が低下しない。   As described above, according to the present invention, the deteriorated material is not deposited on the inner edge of the sliding surface of the mechanical seal, so the shaft sealing ability is not lowered.

本発明の第１実施形態のメカニカルシールの断面図である。It is sectional drawing of the mechanical seal of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態のメカニカルシールの断面図である。It is sectional drawing of the mechanical seal of 2nd Embodiment of this invention.

１ メカニカルシール
２ 回転軸
３ ハウジング
４ スリーブ
５ シールカバー
６ 回転環（メイティングリング）
７ 固定環（シールリング）
８ Ｏリング
９ 摺動面
１０ ばね
１５ 外部カバー
１６ リップシール
１７ 密閉空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mechanical seal 2 Rotating shaft 3 Housing 4 Sleeve 5 Seal cover 6 Rotating ring (mating ring)
7 Fixed ring (seal ring)
8 O-ring 9 Sliding surface 10 Spring 15 External cover 16 Lip seal 17 Sealed space

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態のメカニカルシール１を示す。メカニカルシール１は、回転軸２と、回転軸２が貫通するハウジング３との隙間を封止している。メカニカルシール１は、回転軸２の外周に嵌合し、回転軸２と共に回転するスリーブ４と、ハウジング３に固定されて不動のシールカバー５と、スリーブ４の外周に固定され、回転軸２と共に回転する環状の回転環（メイティングリング）６と、シールカバー５に、軸方向に摺動可能ではあるが回転不能に取り付けられた固定環（シールリング）７とを有する。 Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a mechanical seal 1 according to a first embodiment of the present invention. The mechanical seal 1 seals a gap between the rotating shaft 2 and the housing 3 through which the rotating shaft 2 passes. The mechanical seal 1 is fitted to the outer periphery of the rotary shaft 2, rotates with the rotary shaft 2, fixed to the housing 3, and fixed to the stationary seal cover 5, and fixed to the outer periphery of the sleeve 4. A rotating ring (mating ring) 6 that rotates, and a fixed ring (seal ring) 7 that is slidable in the axial direction but non-rotatably attached to the seal cover 5.

回転軸２、スリーブ４および回転環６は、Ｏリング８によって互いに気密に固定され、ハウジング３、シールカバー５および固定環７も、Ｏリング８によって互いに気密に固定されている。回転環６と固定環７とは回転軸２に直角な摺動面９で互いに摺接している。固定環７は、ばね１０で回転環６の方向に付勢され、摺動面９で回転環６に対して所定の力で圧接している。   The rotating shaft 2, the sleeve 4, and the rotating ring 6 are airtightly fixed to each other by an O-ring 8, and the housing 3, the seal cover 5, and the fixing ring 7 are also airtightly fixed to each other by the O-ring 8. The rotating ring 6 and the fixed ring 7 are in sliding contact with each other at a sliding surface 9 perpendicular to the rotating shaft 2. The fixed ring 7 is urged in the direction of the rotating ring 6 by a spring 10 and is pressed against the rotating ring 6 with a predetermined force by a sliding surface 9.

さらに、メカニカルシール１は、シールカバー５の外側をスリーブ４を取り囲むように延伸する外部カバー１５が設けられ、外部カバー１５とスリーブ４との間にリップシール１６が配置されている。外部カバー１５は、スリーブ４、回転環６、固定環７およびシールカバー５が形成する空間を封止して密閉空間１７を形成しており、この密閉空間１７には、溶媒（例えばアルコール系溶液）が封入されている。   Further, the mechanical seal 1 is provided with an outer cover 15 extending so as to surround the sleeve 4 on the outside of the seal cover 5, and a lip seal 16 is disposed between the outer cover 15 and the sleeve 4. The outer cover 15 seals the space formed by the sleeve 4, the rotating ring 6, the stationary ring 7 and the seal cover 5 to form a sealed space 17, and a solvent (for example, an alcohol-based solution) is contained in the sealed space 17. ) Is enclosed.

続いて、以上の構成からなるメカニカルシール１の作用について説明する。
メカニカルシール１は、ハウジング３の内部（図中左側）に存在する外部よりも高圧のプロセスガスを、ハウジング３の内部に封止するものである。Ｏリング８によって、回転軸２、スリーブ４および回転環６が互いに気密であり、ハウジング３、シールカバー５および固定環７も互いに気密であるから、プロセスガスは、回転環６と固定環７との間の摺動面隙間からのみスリーブ４とシールカバー５との間の隙間を介して大気に流出可能である。ばね１０は、摺動面９の隙間が大きくならないように固定環７を回転環６に対して圧接し、さらに、摺動面９には、潤滑油のような軸封流体が供給され、摺動面９の僅かな隙間を封止する。これによって、メカニカルシール１は、軸封流体を僅かながら摺動面９からスリーブ４とシールカバー５との間の隙間に漏出させるが、ハウジング３内のプロセスガスは外部に漏出させない。 Then, the effect | action of the mechanical seal 1 which consists of the above structure is demonstrated.
The mechanical seal 1 seals process gas having a pressure higher than that of the outside existing inside the housing 3 (left side in the drawing) inside the housing 3. Since the rotary shaft 2, the sleeve 4, and the rotary ring 6 are hermetically sealed by the O-ring 8, and the housing 3, the seal cover 5, and the stationary ring 7 are also hermetically sealed, the process gas flows between the rotary ring 6 and the stationary ring 7. It is possible to flow out to the atmosphere through the gap between the sleeve 4 and the seal cover 5 only from the gap between the sliding surfaces. The spring 10 presses the stationary ring 7 against the rotating ring 6 so that the gap between the sliding surfaces 9 does not become large. Further, a shaft seal fluid such as lubricating oil is supplied to the sliding surface 9 so that the sliding surface 9 slides. A slight gap in the moving surface 9 is sealed. As a result, the mechanical seal 1 slightly leaks the shaft seal fluid from the sliding surface 9 into the gap between the sleeve 4 and the seal cover 5, but does not allow the process gas in the housing 3 to leak outside.

メカニカルシール１では、回転環６と固定環７との摺接によって摩擦熱が発生するため、潤滑流体の不純物などが熱によって変性して固形の劣化物を生じることがある。生成した劣化物は、摺動面９から軸封流体と共に、圧力の低い内側（スリーブ４とシールカバー５との間）に漏出する。摺動面９から漏出した劣化物は、溶媒によって溶解されるので２次摺動面を形成せず、軸封能力を低下させない。リップシール１６は、摺動面９のように、強い封止能力を有しておらず、溶媒は、少しずつリップシール１６から外部に漏れ出すので、溶媒を適宜、継ぎ足す必要がある。   In the mechanical seal 1, frictional heat is generated by the sliding contact between the rotating ring 6 and the fixed ring 7, so that impurities of the lubricating fluid may be denatured by the heat to produce a solid deterioration product. The generated deteriorated material leaks from the sliding surface 9 together with the shaft seal fluid to the inside where the pressure is low (between the sleeve 4 and the seal cover 5). The deteriorated material leaking from the sliding surface 9 is dissolved by the solvent, so that the secondary sliding surface is not formed and the shaft sealing ability is not lowered. The lip seal 16 does not have a strong sealing ability like the sliding surface 9, and the solvent leaks out from the lip seal 16 little by little. Therefore, it is necessary to add the solvent appropriately.

リップシール１６に代えて、セグメントシールなどの他のシール方法を用いてもよい。また、溶媒を循環させる装置を設けてもよい。   Instead of the lip seal 16, another sealing method such as a segment seal may be used. Moreover, you may provide the apparatus which circulates a solvent.

さらに、図２に、本発明の第２実施形態のメカニカルシール１を示す。
本実施形態のメカニカルシール１は、外部カバー１５で封止した密閉空間１７に、不活性ガス（例えば窒素）が供給される。不活性ガスは、スリーブ４と外部カバー１５との隙間から大気に放出される。 Further, FIG. 2 shows a mechanical seal 1 according to a second embodiment of the present invention.
In the mechanical seal 1 of the present embodiment, an inert gas (for example, nitrogen) is supplied to the sealed space 17 sealed with the external cover 15. The inert gas is released into the atmosphere from the gap between the sleeve 4 and the outer cover 15.

本実施形態では、摺動面９の軸封流体に対する酸素の供給を遮断し、不純物の酸化を防止して劣化物の生成を抑えることができる。   In the present embodiment, the supply of oxygen to the shaft seal fluid of the sliding surface 9 can be shut off, and the oxidation of impurities can be prevented to suppress the generation of deteriorated products.

Claims (1)

軸と共に回転するスリーブと、
前記軸が貫通するハウジングに固定されるシールカバーと、
前記シールカバーの外側を前記スリーブを取り囲むように延伸する外部カバーと、
前記スリーブに取り付けられた回転環と、
前記シールカバーに取り付けられ、前記回転環と前記軸に直角な摺動面で摺接する、固定環とを有し、
前記外部カバーと前記スリーブとの間にシールが配置されて、前記外部カバーは、前記スリーブ、前記回転環、前記固定環および前記シールカバーで形成される空間を封止して密閉空間を形成し、該密閉空間に溶媒または不活性ガスが封入され、
前記回転環と前記固定環との前記摺動面に潤滑用軸封流体が存在し、前記密封空間の内部の圧力よりも高圧のプロセスガスを前記ハウジングの内部に封止することを特徴とするメカニカルシール。 A sleeve that rotates with the shaft;
A seal cover fixed to a housing through which the shaft passes;
An outer cover extending outside the seal cover so as to surround the sleeve;
A rotating ring attached to the sleeve;
A fixed ring attached to the seal cover and in sliding contact with the rotating ring and a sliding surface perpendicular to the axis;
A seal is disposed between the outer cover and the sleeve, and the outer cover seals a space formed by the sleeve, the rotating ring, the fixed ring, and the seal cover to form a sealed space. , A solvent or an inert gas is sealed in the sealed space ,
A lubrication shaft sealing fluid exists on the sliding surface of the rotating ring and the stationary ring, and a process gas having a pressure higher than the pressure inside the sealed space is sealed inside the housing. mechanical seal.

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