JP5367423B2 - シール装置 - Google Patents
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Description
また機内側シールの二次シールに機内側の媒体が固着すると、作動特性が変化し作動不良等が発生する可能性がある。
また、非接触シールを大気側、機内側の両方に用いると、中間室に循環流体を多量に供給する必要がある。
本実施形態においては、高濃度のスラリーや高粘度の溶液等を取り扱う粉砕機や分散機等の機器において回転軸と機器本体のハウジングとの間隙をシールするシール装置について説明する。
シール装置10は、第1〜第3のシールハウジング161〜163、機内側非接触シール200、機外側接触シール300、第1及び第2の仕切り壁510、530、及び、フローティングリング520、540を有する。
また、シール装置10においては、機外側接触シール300と機内側非接触シール200との間に中間室400が、機内側非接触シール200と第1の仕切り壁510との間に第1のガス室410が、第1の仕切り壁510と第2の仕切り壁530との間に第2のガス室420が形成されている。
なお、本実施形態において、機外側空間Aは大気領域である。
本実施形態のシール装置10はこのような概略構成のシール装置である。
また、本実施形態においては、図3(A)に示すように、相互に対称な形状に形成された動圧発生溝212の組が回転環210のシール面211に形成されているため、回転環210の回転方向がどちらになったとしても、動圧発生溝212は同様な作用を有する。
第1のスリーブ111の外周面の第2のスリーブ131が嵌合されている領域には、Oリング溝135が形成されており、Oリング137が装着されている。これにより、第1のスリーブ111と第2のスリーブ113との間がシールされ、中間室400に流されるバッファガスあるいは機外側空間Aに存在する流体が第1のスリーブ111と第2のスリーブ113との間に流入することを防止している。Oリング137の材質は、Oリング117と同様に例えば合成ゴム等で構成するものとするが、Oリング137は、中間室400に配置され、通常状態では被密封流体には接触しないので、前述したOリング117、125よりは安価な材質にすることもできる。
機外側接触シール300の回転環310も、SiC、超硬合金、セラミックコーティング材などの硬質材料で構成される。
また、第2のシールハウジング162の機内側の外周面には、Oリング溝173が形成してあり、Oリング175が装着されている。Oリング175は、第1のシールハウジング161の内周面に押し付けられて、第1のシールハウジング161と第2のシールハウジング162との間の隙間をシールしている。
さらにまた、第2のシールハウジング162の機外側の外周面には、Oリング溝177が形成してあり、Oリング179が装着されている。Oリング179は、第3のシールハウジング163の内周面に押し付けられて、第2のシールハウジング162と第3のシールハウジング163との間の隙間をシールしている。
リテーナ部181は、軸方向機内側に向けて開口した複数の凹部183を有する。複数の凹部183は、リング状のリテーナ部181に等配に配置されている。この凹部183には、圧縮スプリング251の基端が保持される。圧縮スプリング251の先端は、第1のシールハウジング161の内周側中空部内に配置される機内側非接触シール200の静止環220の背面(大気側端面)に接触し、静止環220を軸方向機内側に押圧する。これにより、機内側非接触シール200の静止環220は機内側非接触シール200の回転環210に押し付けられる。
なお、機内側非接触シール200のシール面200Sは、回転軸2の軸芯に対して略垂直になっているが、必要に応じて傾斜面にしてもよい。
リテーナ部191は、軸方向機内側に向けて開口した複数の凹部193を有する。複数の凹部193は、リング状のリテーナ部191に等配に配置されている。この凹部193には、圧縮スプリング351の基端が保持される。圧縮スプリング351の先端は、機外側接触シール300の静止環320の背面(大気側端面)に接触し、静止環320を軸方向機内側に押圧する。これにより、機外側接触シール300の静止環320は機外側接触シール300の回転環310に押し付けられる。
また、機外側接触シール300の静止環320の内周側の、第3のシールハウジング163のリテーナ部191との接触面には、Oリング溝341が形成されOリング343が装着されており、第3のシールハウジング163のリテーナ部191と静止環320との隙間をシールするようになっている。
なお、Oリング343の材質は、例えばOリング171、175等と同様な材質でよい。
また、機外側接触シール300の静止環320の材質は、本実施態様では、例えば潤滑性に優れたカーボンで構成してある。
第2の溝323に形成されている細孔324は、直径が3mm以下の小径の管であって、固定環320の摺動面321側に形成される第2の溝323の底部と、固定環320の背面とを貫通する。
中間室400には、第3のシールハウジング163に形成されたバッファガス加圧供給口167から、N2 ガス等の不活性ガスが供給される。
フローティングリング520、540は、各々、内周部にスパイラル溝が設けられており、回転軸2の回転に伴って第2のガス室420方向に流体が流れるように流体に方向性を持たせる部材である。すなわち、第1の仕切り壁510の内周部に設置されたフローティングリング520は、回転軸2の回転に伴って第1のガス室410の流体が第2のガス室420に流れるように流体の流れを形成する。また、第2の仕切り壁530の内周部に設置されたフローティングリング540は、回転軸2の回転に伴って機内側空間Qの流体が第2のガス室420に流れるように流体の流れを形成する。
また、非接触シールは摩耗が少なく耐久性に優れており、被密封流体がスラリー液などであっても、耐摩耗性に優れて有効にシールすることができるシール装置10を提供することができる。
また、仮に機内側非接触シール200の機内側に被密封流体が達した場合でも、ラバースプリング240の作動性は何ら影響を受けず良好なシール特性を得ることができる。
また、2つのシールをともに非接触シールを用いる場合と比較して、バッファガスの使用量を大幅に低減することができる。
また、前述した実施形態では、機内側非接触シール200において回転環210に動圧発生溝212を形成したが、静止環220に形成してもよいし、回転環210と静止環220の両方に形成してもよい。
また、その動圧発生溝212の形状も、前述した実施形態ではL字形状の形態を示したが、T字形状、あるいはスパイラル形状でもよい。
4…ハウジング
5…孔
10…シール装置
111…第1のスリーブ
131…第2のスリーブ
113、133…フランジ
115、123、135、139…Oリング溝
117、125、137、141…Oリング
119…ラビリンスシールリング
127、143…キー溝
129、145…キー
147…スリーブカラー
149…セットスクリュー
151…固着用フランジ
161…第1のシールハウジング
162…第2のシールハウジング
163…第3のシールハウジング
165…ボルト
167…バッファガス加圧供給口
169、173、177…Oリング溝
171、175、179…Oリング
181、191…リテーナ部
183、193…凹部
185…ラバースプリング設置部
200…機内側非接触シール
200S…シール面
210…回転環
211…シール面
212…動圧発生溝
213…放射状部分
214…円周状部分
215…バリア層
220…静止環
221…シール面
222…段差部
223…切り欠き
240…ラバースプリング
251…圧縮スプリング
253…ノックピン
300…機外側接触シール
300S…摺動シール面
310…回転環
311…シール面
320…静止環
321…シール面
322…第1の溝
323…第2の溝
324…細孔
332…切り欠き
341…Oリング溝
343…Oリング
351…圧縮スプリング
353…ノックピン
400…中間室
410…第1のガス室
420…第2のガス室
421…排気口
510…第1の仕切り壁
520…フローティングリング
530…第2の仕切り壁
540…フローティングリング
Claims (4)
- ハウジングの孔と、当該ハウジングの前記孔を貫通する回転軸との間をシールするシール装置であって、
前記回転軸に設置され当該回転軸の軸方向の一方の端部にシール面を有する回転環と、前記ハウジングに設置され前記回転環の前記シール面に対向配置されるシール面を有する静止環とを有し、前記回転環の前記シール面及び前記静止環の前記シール面のいずれか一方又は両方に動圧発生溝が形成されており、前記回転軸の回転によって前記回転環の前記シール面と前記静止環の前記シール面とが相互に非接触状態となる機内側非接触シールと、
前記機内側非接触シールより機外側に設置され、前記回転軸に設置され当該回転軸の軸方向の一方の端部にシール面を有する回転環と、前記ハウジングに設置され前記回転環の前記シール面に対向配置されるシール面を有する静止環とを有し、前記回転環の前記シール面と前記静止環の前記シール面とが密接摺動する機外側接触シールと、
前記非接触シールと前記接触シールとの間の空間であって、バッファガスが流される中間室と、
前記ハウジングの内部の前記機内側非接触シールの機内側に設置され、前記回転軸の周囲空間を軸方向に区分し前記機内側非接触シールとの間に第1のガス室を形成する第1の仕切り壁と、
前記ハウジングの内部の前記第1の仕切り壁のさらに機内側に設置され、前記回転軸の周囲空間を軸方向に区分し前記第1の仕切り壁との間に第2のガス室を形成する第2の仕切り壁とを有し、
前記第2のガス室には排気口が形成されており、
前記中間室、前記第1のガス室、前記第2のガス室及び機内空間の各圧力が、前記中間室の圧力、前記第1のガス室の圧力、前記第2のガス室の圧力、前記機内空間の圧力の順に低くなるように構成されていることを特徴とするシール装置。 - 前記第1の仕切り壁及び前記第2の仕切り壁のいずれか一方又は両方の内周部に、前記回転軸の外周面と微少間隙を形成して遊合し、流体を前記第2のガス室方向に流すフローティングリングが設置されていることを特徴とする請求項1に記載のシール装置。
- 前記接触シールは、前記回転環の前記シール面及び前記静止環の前記シール面のいずれか一方又は両方に、周方向に沿って所定の範囲で凹部に形成された外部と連通していない第1の溝と、周方向に沿って所定の範囲で凹部に形成されるとともに外部から圧力を導入可能に当該外部と連通している第2の溝とが、各々1つ以上形成されていることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のシール装置。
- 前記非接触シールは、二次シールとしてラバースプリングを具備していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のシール装置。
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