JP5130568B2 - メカニカルシール装置 - Google Patents
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Description
メカニカルシール装置210は、機内側メカニカルシール230及び機外側(大気側)メカニカルシール250を有する。
機内側メカニカルシール230は、機内側に配置される回転環231と、機外側に配置される固定環241とを有する。機内側メカニカルシール230は、固定環241がスプリング242により回転環231方向に押圧されて密封摺動面が形成されており、いわゆる静止形のシール装置である。なお、固定環241はパッキン243を介してシールケース211に装着されている。
機外側メカニカルシール250は、機内側に配置される回転環251と、機外側に配置される固定環261とを有する。機外側メカニカルシール250も、固定環261がスプリング262により回転環251方向に押圧されて密封摺動面が形成されており、静止形のシール装置である。
このようにメカニカルシール装置210は、タンデム形のダブルシールである。
中間室273内において、機外側メカニカルシール250の回転環251を収容するケース252の背面には、径方向に傾斜したポンピング孔253が形成されている。これにより、ケース252が回転軸202とともに回転すると、中間室273内の流体(クエンチング液)がポンピング孔253に沿って流動される。その結果、供給孔271から供給されたクエンチング液を中間室273を通過させて排出孔272から排出させるというクエンチング液の流路が形成され、機内側メカニカルシール230及び機外側メカニカルシール250、及び、その摺動面の冷却が行われる。
しかしながらこのような構成においては、ケース254には機外側メカニカルシール250のメイティングリング(回転環251)が内装されているので、ポンピング孔253は機外側(大気側)に位置するメイティングリング(回転環251)と連通しないようにしなければならない。このため、ケース254は、回転軸202の軸方向に十分な長さが必要となり、軸方向に厚くなる。その結果、メカニカルシール装置210の全体としても厚さが厚くなり好ましくない。
また、前述した従来のメカニカルシール装置210においては、回転環(メイティングリング)251がケース253に内装されているため、その外表面はクエンチング液に触れず、冷却が効率よく行えないという問題もある。
また、カートリッジ化するセットプレートが大気側に設けてあり、その分長手方向に長くなるという問題もある。
また、中間室流体は回転環の表面を均等に流れるとともに、機外側メカニカルシール(第2シール装置)のシール端面近傍にも流れる。従って、シール装置の冷却を効果的に行うことができる。
前記ポンピングリングは、前記供給孔から供給される前記中間室流体が前記中間室を通過して前記排出孔から排出されるように前記ポンピング作用を奏することを特徴とする。
図1は、そのメカニカルシール装置10の構成を示す図であり、シャフト(回転軸)2の軸中心を通る平面を切断面とした断面図である。なお、図1においては、右側が機内側であり、左側が大気側である。
メカニカルシール装置10は、シャフト2が貫通しているハウジング3の軸孔部3aに機内側から装着されるカートリッジ形式のシール装置である。
図1に示すように、メカニカルシール装置10は、主な構成として、第1シールケース11、第2シールケース12、シールカバー13、スリーブ21、機内側メカニカルシール30、機外側メカニカルシール50及び本発明にかかるポンピングリングとしてのカラー80を有する。
第1シールケース11はハウジング3との間にOリング4及び14を介在させて、また第2シールケース12は第1シールケース11との間にOリング15を介在させて、この順番で六角ボルト18によりハウジング3の軸孔部3aに機内側から取り付けられる。
また、シールカバー13は、第1シールケース11の大気側の端部に、その端面を覆うように、第1シールケース11との間にOリング17を介在させて、六角ボルト19により取り付けられる。
また、第2シールケース12には、機内側空間にスラリーを供給するためのスラリー供給孔75が設けられている。
第1シールケース11の軸方向中央部には、径方向内側に向けて環状に突出した凸部40が形成されている。凸部40には、パッキン42を介して機内側メカニカルシール30の固定環41が設置される。また、シールカバー13には、機外側メカニカルシール50の固定環61が設置される。
またスリーブ21の中央部には、カラー80を係止するための段差23が形成されている。
回転環31は内周側に段差が形成されており、この段差が凸部22の大気側角部に係合されてスリーブ21の凸部22と密封嵌合されている。
スリーブ21の凸部22の側面には、軸方向大気側に突出するように周方向に等配に複数のノックピン33が形成されており、また回転環31には、このノックピン33に対応するように、周方向に等配の複数の係合溝34が形成されている。このノックピン33が回転環31の係合溝34に係止することにより、回転環31のスリーブ21に対する相対的な回動が阻止されて、スリーブ21に保持される。換言すれば、回転環31はスリーブ21(シャフト2)と一体的に回転するように装着される。
回転環31は、炭化珪素、カーボン、セラミック等の材質により構成される。
第1シールケース11の凸部40の先端部(最内周部)側面には、軸方向機内側に突出するように図示せぬノックピンが周方向に等配に形成されており、また固定環41の背面には、ノックピンに対応するように、周方向に等配の複数の図示せぬ係合溝が形成されている。このノックピンが固定環41の係合溝に係止することにより、固定環41は回動しないように第1シールケース11に保持される。
また、固定環41の背面には周方向に等配の複数の図示せぬばね座が設けられており、各ばね座に各々図示せぬスプリングが着座して、固定環41を弾発に回転環31方向へ押圧している。
また、固定環41の外周面は、パッキン42と密接する段部41aに形成されている。
固定環41は、炭化珪素、カーボン、セラミック等の材質により構成される。
パッキン42のシールリップ部42aは、固定環41の外周面に形成された段部41aに密封嵌合しており、シールリップ部42aの弾性力で固定環41を回転環31方向へ弾発している。
パッキン42は、パーフロロエラストマ、フッ素ゴム、ニトリルゴム、EPDM、ポリエステル系エラストマー等の材質により構成されている。
固定環61は、Oリング62を介在させてシールカバー13の内周部に形成された凹部に嵌着される。
シールカバー13の内周部には、軸方向機内側に突出するようにノックピン63が周方向に複数に形成されており、また固定環61の背面には、ノックピン63に対応するように、周方向に複数の係合溝65が形成されている。このノックピン63が固定環61の係合溝65に係止することにより、固定環61は回動しないようにシールカバー13に保持される。
冷却用流体供給孔71は、ハウジング3内に設置された配管と第1シールケース11の外周面において接続され、機内側メカニカルシール30の近傍に貫通した流体流路であり、機内側メカニカルシール30の固定環41及びパッキン42の背面に冷却用流体が供給されるように形成されている。
また、冷却用流体排出孔72は、ハウジング3内に設置された配管と第1シールケース11の外周面において接続され、機外側メカニカルシール50の近傍に貫通した流体流路であり、機外側メカニカルシール50の回転環51の近傍から冷却用流体を排出するように形成されている。
また、そのカラー80の背面部81とその外側に位置する第1シールケース11の内周面との間隔は非常に狭い間隔となるように、カラー80及び第1シールケース11が形成されている。なお、本実施形態のメカニカルシール装置10においては、カラー80の背面部81は径方向外側になるにつれて機外側に傾斜した傾斜面に形成されており、第1シールケース11の内周面もこれに極狭い間隔で対向するように、同様の傾斜面に形成されている。
またこれに伴って、カラー80の内部には、カラー80の背面に形成された吸い込み口83を通って機内側メカニカルシール30側の中間室から流体が導入されるような流路が形成される。
このような構成においては、カラー80の内周と回転環51の外周との隙間に冷却用流体の流路を形成することができるので、軸方向の厚みを薄くすることができ、メカニカルシール装置10全体の厚みも非常に薄くすることができる。
この環状溝24に図中に2点鎖線で示すようなセットプレート90を装着することにより、メカニカルシール装置10をカートリッジ式シールとすることができる。
この際、例えばセラミック製の攪拌羽等を設置するようにし、その攪拌羽等の部品によりメカニカルシール装置10の機内側の接液部を覆うようにすれば、接液部は金属が露出しない構成とすることができる。その結果、被封止流体に固形分や硬質成分が存在する場合も、メカニカルシール装置10の機内側接液部の摩耗を防止することができる。
このように、セットプレート90を装着する溝24と、Oリング用の溝24とを兼用することで、メカニカルシール装置10の軸方向の長さを短くすることができ、メカニカルシール装置10を小型にすることができる。
従って、小型ながら効率よくシール面及び各シールリングの冷却を行うことのできるメカニカルシール装置を提供することができる。
さらに、機内側に配置される第2シールケース12をもセラミック製とすることにより、より一層耐摩耗性を向上させることができる。
Claims (5)
- 回転軸とハウジングとの間に装着されて被封止流体をシールするメカニカルシール装置であって、
前記被封止流体が配される空間に対して近位側に配置される第1シール装置と、遠位側に配置される第2シール装置と、
前記第1シール装置と前記第2シール装置との間に形成される中間室と、
前記中間室に供給された中間室流体が当該中間室内を流動するようにポンピング作用を奏するポンピングリングとを有し、
前記第2シール装置は、回転環が固定環より前記第1シール装置側に配置され、当該回転環が前記固定環方向に押圧される回転形のシール装置であり、
前記ポンピングリングは、
前記中間室の前記第2シール装置近傍に径方向に立設された背面部と、
前記背面部の外周から前記第2シール装置方向に前記回転環を収容するように形成された筒状部と、
前記背面部に形成された開口であって、前記中間室流体を前記筒状部内に導入するための吸い込み口と、
前記筒状部の周面に形成された複数の開口であって、当該ポンピングリングの回転により前記筒状部内の前記中間室流体を前記筒状部の外部に導出する吐き出し口と
を有することを特徴とするメカニカルシール装置。 - 前記中間室に前記中間室流体を供給する供給孔と、
前記中間室から前記中間室流体を排出する排出孔とをさらに有し、
前記ポンピングリングは、前記供給孔から供給される前記中間室流体が前記中間室を通過して前記排出孔から排出されるように前記ポンピング作用を奏することを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシール装置。 - 前記中間室流体は、冷却用流体であることを特徴とする請求項1又は2に記載のメカニカルシール装置。
- 当該メカニカルシール装置をカートリッジ式にて装着するためのセットプレートを装着するための溝を、当該メカニカルシール装置の装着後に前記回転軸に他の部品を取り付けるためのOリング用溝として兼用することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のメカニカルシール装置。
- 前記第1シール装置において前記被封止流体が配される空間側に配置される回転環の背面位置が、前記溝の前記第1シール装置側の側面の位置と等しいことを特徴とする請求項4に記載のメカニカルシール装置。
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