JP5921958B2

JP5921958B2 - mechanical seal

Info

Publication number: JP5921958B2
Application number: JP2012124654A
Authority: JP
Inventors: 田中　幸雄; 幸雄田中; 俊明亀岡
Original assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Torishima Pump Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP2013249888A

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.

ボイラー吸水等の高温流体を扱う流体機械でメカニカルシールを使用する場合、強制冷却が必要となる場合がある。メカニカルシールの強制冷却の方式の一つとして、シートリング（固定環）の周囲に冷却液を供給して冷却することより、メカニカルシール端面で発生した摩擦熱を間接的に除去することが知られている（例えば非特許文献１参照）。 When a mechanical seal is used in a fluid machine that handles high-temperature fluid such as boiler water absorption, forced cooling may be required. As one of the methods of forced cooling of the mechanical seal, it is known to indirectly remove the frictional heat generated at the end face of the mechanical seal by supplying the coolant around the seat ring (fixed ring) and cooling it. (For example, refer nonpatent literature 1).

押田良輝他３名著、「渦巻ポンプ歯車ポンプ遠心ファン」、第１版、オーム社、１９８９年２月２５日、ｐ４８Yoshiteru Oshida and three other authors, “Swirl Pump Gear Pump Centrifugal Fan”, 1st Edition, Ohmsha, February 25, 1989, p. 48

従来知られているシートリングの周囲に冷却液を供給する強制冷却では、シートリング（固定環）の外周部のみが冷却液と接液しているため、冷却効率が低い。冷却効率向上のために外周部の接液面積を増やすには、シートリングの軸方向の寸法を大きくする必要がある。軸方向寸法を大きくしてシートリングの大型化することは、材料費等のコスト面で好ましくない。また、シートリングの大型化は、冷却効率の観点からも好ましくない。 In the conventional forced cooling in which the coolant is supplied around the seat ring, the cooling efficiency is low because only the outer peripheral portion of the seat ring (fixed ring) is in contact with the coolant. In order to increase the liquid contact area of the outer peripheral portion for improving the cooling efficiency, it is necessary to increase the axial dimension of the seat ring. Increasing the axial dimension and increasing the size of the seat ring is not preferable in terms of costs such as material costs. Further, increasing the size of the seat ring is not preferable from the viewpoint of cooling efficiency.

本発明は、メカニカルシールの固定環（シートリング）の冷却効率向上を、固定環を大型化させることなく実現することを課題としている。 This invention makes it a subject to implement | achieve the cooling efficiency improvement of the stationary ring (seat ring) of a mechanical seal, without enlarging a stationary ring.

本発明は、回転軸が貫通するハウジングと、前記ハウジング内に配置され、前記回転軸と共に回転する回転環と、回転不能、かつ、前記回転軸の軸線方向に移動可能に前記ハウジング内に配置され、前記回転環と摺動面を形成する固定環と、前記ハウジングの一部であって、前記回転軸に向けて延びる第１環状部と、前記ハウジングの一部であって、前記第１環状部に対して前記回転軸の軸線方向に間隔をあけて対向し、前記第１環状部よりも前記摺動面に近接している、前記回転軸に向けて延び、前記第１環状部との間に前記固定環が配置されている第２環状部と、前記第１環状部と、前記第２環状部と、前記固定環と、前記ハウジングとの間に形成された冷却液室と、前記固定環と前記第１環状部との間に配置され、前記冷却液室を前記大気側に対して密封すると共に、前記固定環と前記第１環状部の背面との間に間隙を形成する前記第１密封手段と、前記固定環と前記第２環状部との間に配置され、前記摺動面が配置された封止液室を前記冷却液室に対して密封する第２密封手段と、前記冷却液室に冷却液を供給するための冷却液入口と、前記冷却液室から前記冷却液を排出するための冷却液出口とを備え、前記冷却液入口から供給された前記冷却液が前記間隙を通って前記固定環の前記背面に供給されるように、前記第１密閉手段が前記固定環の外周面に対して前記回転軸側に間隔をあけて位置している、メカニカルシールを提供する。 The present invention provides a housing through which a rotating shaft passes, a rotating ring that is arranged in the housing and rotates together with the rotating shaft, is non-rotatable, and is movable in the axial direction of the rotating shaft. A stationary ring that forms a sliding surface with the rotary ring, a first annular portion that is a part of the housing and extends toward the rotary shaft, and a part of the housing that is the first annular part With a gap in the axial direction of the rotating shaft with respect to the part, extending toward the rotating shaft, closer to the sliding surface than the first annular part, and with the first annular part A second annular portion having the stationary ring disposed therebetween, the first annular portion, the second annular portion, the cooling ring chamber formed between the stationary ring and the housing; Between the stationary ring and the first annular portion, the cooling liquid chamber With seal against air side, it is arranged between the stationary ring and said first sealing means for forming a gap between the rear surface of the first annular portion, said fixed ring and said second annular portion A second sealing means for sealing the sealing liquid chamber in which the sliding surface is disposed with respect to the cooling liquid chamber, a cooling liquid inlet for supplying the cooling liquid to the cooling liquid chamber, and the cooling liquid chamber A cooling liquid outlet for discharging the cooling liquid from the cooling liquid, and the cooling liquid supplied from the cooling liquid inlet is supplied to the back surface of the stationary ring through the gap. A mechanical seal is provided in which the means is located at a distance from the outer peripheral surface of the stationary ring toward the rotating shaft .

固定環とハウジングの一部である第１環状部との間には、隙間が形成されている。そのため、固定環の外周面だけでなく固定環の背面（摺動面と反対側の面）も、冷却液入口から冷却液室に供給された冷却液と接液する。外周面だけでなく背面が接液することで、固定環の冷却液に対する接液面積が大幅に増加するので、固定環を大型化することなく、冷却液によって固定環を高効率で冷却できる。 A gap is formed between the stationary ring and the first annular portion that is a part of the housing. Therefore, not only the outer peripheral surface of the stationary ring but also the back surface (the surface opposite to the sliding surface) of the stationary ring comes into contact with the coolant supplied from the coolant inlet to the coolant chamber. Since not only the outer peripheral surface but also the back surface is in contact with the liquid, the liquid contact area of the stationary ring with respect to the cooling liquid is greatly increased. Therefore, the stationary ring can be cooled with the cooling liquid with high efficiency without increasing the size of the stationary ring.

具体的には、第１及び第２密封手段は弾性材料からなる環状部材である。 Specifically, the first and second sealing means are annular members made of an elastic material.

また、前記ハウジングは、前記第１環状部を含む第１部材と、前記第２環状部を含み前記第１部材と互いに固定される第２部材とを備える。 The housing includes a first member including the first annular portion, and a second member including the second annular portion and fixed to the first member.

前記固定環と前記第１環状部との間に配置され、前記固定環を前記第２環状部へ弾性的に付勢する弾性手段を備えてもよい。 You may provide the elastic means arrange | positioned between the said fixed ring and the said 1st annular part, and elastically urges | biases the said fixed ring to the said 2nd annular part.

本発明のメカニカルシールでは、固定環とハウジングの一部である第１環状部との間には隙間が形成され、固定環の外周面だけでなく背面も冷却液室に供給される冷却液に接液し、固定環の冷却液に対する接液面積が大幅に増加する。その結果、固定環の大型化を招くことなく、冷却液によって固定環を高効率で冷却でき、摺動面で発生する摩擦熱を効果的に除去できる。また、外周面だけでなく背面も接液することで固定環の接液面積が増加するので、同じ冷却効率を得るために必要な固定環の寸法を小型化し、材料費等を節減できる。 In the mechanical seal of the present invention, a gap is formed between the stationary ring and the first annular portion which is a part of the housing, and not only the outer peripheral surface of the stationary ring but also the back surface is supplied to the cooling liquid chamber. The liquid contact area with respect to the coolant of the stationary ring is greatly increased. As a result, the stationary ring can be cooled with high efficiency by the coolant without causing an increase in the size of the stationary ring, and the frictional heat generated on the sliding surface can be effectively removed. Further, since the wetted area of the stationary ring increases by contacting not only the outer peripheral surface but also the back surface, the size of the stationary ring necessary for obtaining the same cooling efficiency can be reduced, and the material cost and the like can be reduced.

本発明の第１実施形態に係るメカニカルシールの断面図。Sectional drawing of the mechanical seal which concerns on 1st Embodiment of this invention. プレート８を取り外した状態の図１の模式的な右側面図。The typical right view of FIG. 1 of the state which removed the plate 8. FIG. 本発明の第２実施形態に係るメカニカルシールの断面図。Sectional drawing of the mechanical seal which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第１の変形例の断面図。Sectional drawing of a 1st modification. 第２の変形例の断面図。Sectional drawing of the 2nd modification. 第３の変形例の断面図。Sectional drawing of a 3rd modification.

（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係るメカニカルシール１を示す。 (First embodiment)
1 and 2 show a mechanical seal 1 according to a first embodiment of the present invention.

メカニカルシール１は、流体機械（例えば高温流体を扱うボイラー給水用のポンプ）のケーシング２に固定されるハウジング３を備える。本実施形態におけるハウジング３は、ハウジング本体４、カバー５、及び環状リテーナ６を備える。ハウジング本体４は流体機械のケーシング２に接している。ハウジング本体４とのケーシング２の接合部には、封止（後述する封止水室１１から大気側への封止水の漏れ防止）のためのシールパッキン（本実施形態では弾性材料からなるＯリング）７Ａが配置されている。カバー５はハウジング本体４の外側に図示しないボルトで固定されている。カバー５の外側にはプレート８がボルト９Ａで固定されている。環状リテーナ６は、ハウジング３の内部に配置され、ボルト９Ｂでカバー５に固定されている。環状リテーナ６は後述する副環状部５ｂと共に本発明における第２環状部を構成する。ハウジング本体４、カバー５、及び環状リテーナ６は、いずれも概ね円環状であり、これらを流体機械の回転軸１０が貫通している。ハウジング３内には、流体機械の取り扱う流体である封止水（封止液）で満たされた封止水室１１が形成されている（封止水室１１の空気抜き経路がハウジング３に設けられている）。 The mechanical seal 1 includes a housing 3 that is fixed to a casing 2 of a fluid machine (for example, a boiler feed water pump that handles high-temperature fluid). The housing 3 in this embodiment includes a housing body 4, a cover 5, and an annular retainer 6. The housing body 4 is in contact with the casing 2 of the fluid machine. A seal packing (in this embodiment, an O made of an elastic material) for sealing (preventing leakage of sealing water from the sealing water chamber 11 to be described later) to the joint portion of the casing 2 with the housing body 4 is provided. Ring) 7A is arranged. The cover 5 is fixed to the outside of the housing body 4 with bolts (not shown). A plate 8 is fixed to the outside of the cover 5 with bolts 9A. The annular retainer 6 is disposed inside the housing 3 and is fixed to the cover 5 with bolts 9B. The annular retainer 6 constitutes a second annular portion in the present invention together with a later-described sub-annular portion 5b. The housing body 4, the cover 5, and the annular retainer 6 are all generally annular, and the rotating shaft 10 of the fluid machine passes through them. A sealing water chamber 11 filled with sealing water (sealing liquid) that is a fluid handled by the fluid machine is formed in the housing 3 (an air vent path of the sealing water chamber 11 is provided in the housing 3. ing).

回転軸１０にはスリーブ１３が嵌められている。スリーブ１３は一体回転するように回転軸１０に固定されている。スリーブ１３と回転軸１０との隙間の封止（この隙間を通る封止水室１１から大気側への封止水の漏れ防止）のために、スリーブ１３の内周にシールパッキン（本実施形態では弾性材料からなるＯリング）７Ｂが装着されている。スリーブ１３にはホルダ１４が一体回転するように固定されている。ホルダ１４には、従動リング（回転環）１５の後部（図１において左側部分）が収容されている。従動リング１５は、ホルダ１４に対して回転不能であるが、回転軸１０の軸線Ｌに沿った方向（軸方向）には移動可能である。従動リング１５の後端には回転軸１０の軸方向に移動可能なコンプレッションリング１６が配置されている。コンプレッションリング１６とホルダ１４との間には、従動リング１５を後述するシートリング２１に向けて弾性的に付勢するためのスプリング１７が配置されている。従動リング１５の内周（スリーブ１３の外周に摺接する）には、シールパッキン（本実施形態では弾性材料からなるＯリング）７Ｃが装着されている。 A sleeve 13 is fitted on the rotary shaft 10. The sleeve 13 is fixed to the rotary shaft 10 so as to rotate integrally. In order to seal the gap between the sleeve 13 and the rotary shaft 10 (to prevent leakage of sealing water from the sealing water chamber 11 passing through the gap to the atmosphere side), a seal packing (this embodiment) is provided on the inner periphery of the sleeve 13. Then, an O-ring 7B made of an elastic material is attached. A holder 14 is fixed to the sleeve 13 so as to rotate integrally. The holder 14 accommodates a rear portion (left side portion in FIG. 1) of a driven ring (rotating ring) 15. The driven ring 15 cannot rotate with respect to the holder 14, but can move in a direction (axial direction) along the axis L of the rotating shaft 10. A compression ring 16 that is movable in the axial direction of the rotary shaft 10 is disposed at the rear end of the driven ring 15. A spring 17 is disposed between the compression ring 16 and the holder 14 for elastically urging the driven ring 15 toward a seat ring 21 described later. A seal packing (O-ring made of an elastic material in the present embodiment) 7C is attached to the inner periphery of the driven ring 15 (in sliding contact with the outer periphery of the sleeve 13).

シートリング（固定環）２１は、回転不能、かつ回転軸１０の軸線方向に移動に可能にカバー５内に保持されている。シートリング２１に対し、従動リング１５がスプリング１７の付勢力により弾性的に押し付けられている。具体的には、シートリング２１の前部（図において左側）に設けられている回転軸１０の軸線Ｌに対して直交する固定面２１ａに対し、従動リング１５の前部（図において右側）に設けられている回転軸１０の軸線Ｌに対して直交する回転面１５ａが押し付けられている。固定面２１ａと回転面１５ａは封止水室１１を大気側に対して封止する摺動面２４を構成する。 The seat ring (fixed ring) 21 is held in the cover 5 so that it cannot rotate and can move in the axial direction of the rotary shaft 10. The driven ring 15 is elastically pressed against the seat ring 21 by the urging force of the spring 17. Specifically, on the front part (right side in the figure) of the driven ring 15 with respect to the fixed surface 21a orthogonal to the axis L of the rotating shaft 10 provided on the front part (left side in the figure) of the seat ring 21. A rotating surface 15a orthogonal to the axis L of the rotating shaft 10 provided is pressed. The fixed surface 21a and the rotating surface 15a constitute a sliding surface 24 that seals the sealing water chamber 11 to the atmosphere side.

本実施形態では、従動リング１５の材質はカーボンで、シートリング２１の材質はシリコンカーバイトである。ただし、従動リング１５とシートリング２１の材質はこれに限定されず、一般的には、一方にはカーボンを用い、他方にはセラミックス、超硬合金、ステンレス鉄等を用いることができる。 In this embodiment, the material of the driven ring 15 is carbon, and the material of the seat ring 21 is silicon carbide. However, the material of the driven ring 15 and the seat ring 21 is not limited to this, and generally, carbon can be used on one side, and ceramics, cemented carbide, stainless steel, or the like can be used on the other side.

カバー５は内側に回転軸１０に向けて突出する主環状部（第１環状部）５ａを備える。また、カバー５は主環状部５ａに対して回転軸１０の軸線方向に間隔をあけて対向する副環状部５ｂを備える。副環状部５ｂは主環状部５ａよりも摺動面２４側に位置している。副環状部５ｂの回転軸１０側への突出量は主環状部５ａの突出量よりも少ない。主環状部５ａと副環状部５ｂとの間には溝５ｃが形成されている。 The cover 5 includes a main annular portion (first annular portion) 5 a that protrudes toward the rotary shaft 10 on the inner side. Further, the cover 5 includes a sub-annular portion 5b that is opposed to the main annular portion 5a with an interval in the axial direction of the rotary shaft 10. The sub annular portion 5b is located closer to the sliding surface 24 than the main annular portion 5a. The amount of protrusion of the auxiliary annular portion 5b toward the rotary shaft 10 is smaller than the amount of protrusion of the main annular portion 5a. A groove 5c is formed between the main annular portion 5a and the sub-annular portion 5b.

環状リテーナ６は副環状部５ｂの溝５ｃとは反対側（摺動面２４側）に隣接するように、カバー５に固定されている。環状リテーナ６の先端部６ａは副環状部５ｂの先端部５ｄよりも回転軸１０側へ突出している。 The annular retainer 6 is fixed to the cover 5 so as to be adjacent to the side (sliding surface 24 side) opposite to the groove 5c of the sub-annular portion 5b. The tip portion 6a of the annular retainer 6 protrudes toward the rotating shaft 10 with respect to the tip portion 5d of the sub annular portion 5b.

以下、シートリング２１及びその周辺構造の詳細を説明する。 Hereinafter, details of the seat ring 21 and its peripheral structure will be described.

シートリング２１には、固定面２１ａを含む前面（図において左側の面）２１ｂと外周面２１ｃとの接合部に環状切欠２１ｄが形成されている。また、シートリング２１には、背面（図において右側の面）２１ｅと外周面２１ｃとの接合部に窪み２１ｆが形成されている。 In the seat ring 21, an annular notch 21d is formed at a joint portion between the front surface (left surface in the figure) 21b including the fixed surface 21a and the outer peripheral surface 21c. Further, in the seat ring 21, a recess 21f is formed at a joint portion between the back surface (right surface in the drawing) 21e and the outer peripheral surface 21c.

シートリング２１は、副環状部５ｂの先端部５ｄで形成される円形開口５ｅから差し込まれた状態でカバー５内に配置されている。シートリング２１の外周面２１ｃは溝５ｃの底壁と間隔をあけて対向している。シートリング２１の外周面２１ｃ、溝５ｃの底壁、主環状部５ａの内側面、及び副環状部５ｂの内側面により、環状の冷却水室（冷却液室）２５が形成されている。カバー５には、それぞれ回転軸１０の径方向に延びる流路５ｆ，５ｇを介して冷却水室２５と連通する冷却水入口（冷却液入口）５ｈと冷却水出口（冷却液出口）５ｉとが設けられている。 The seat ring 21 is disposed in the cover 5 in a state of being inserted from a circular opening 5e formed by the distal end portion 5d of the sub annular portion 5b. The outer peripheral surface 21c of the seat ring 21 is opposed to the bottom wall of the groove 5c with a gap. An annular cooling water chamber (cooling liquid chamber) 25 is formed by the outer peripheral surface 21c of the seat ring 21, the bottom wall of the groove 5c, the inner surface of the main annular portion 5a, and the inner surface of the sub-annular portion 5b. The cover 5 has a cooling water inlet (cooling liquid inlet) 5h and a cooling water outlet (cooling liquid outlet) 5i communicating with the cooling water chamber 25 through flow paths 5f and 5g extending in the radial direction of the rotary shaft 10, respectively. Is provided.

シートリング２１の背面２１ｅと対向する主環状部５ａの内側面には環状溝５ｊが形成され、この環状溝５ｊには本実施形態では弾性材料からなるＯリングであるシールパッキン（第１密封手段）７Ｄが配置されている。シートリング２１の前面２１ｂ側の環状切欠２１ｄと、副環状部５ｂの先端部５ｂと、環状リテーナ６の先端部６ａとにより画定される空間にも、本実施形態では弾性材料からなるＯリングであるシールパッキン（第２密封手段）７Ｅが配置されている。シートリング２１の前後に配置されたシールパッキン７Ｄ，７Ｅは、それぞれ主環状部５ａの内側面と副環状部５ｂに先端部５ｄとにより回転軸１０の軸線方向に圧縮されている。 An annular groove 5j is formed on the inner surface of the main annular portion 5a facing the back surface 21e of the seat ring 21, and in this embodiment, the annular groove 5j is a seal packing (first sealing means) which is an O-ring made of an elastic material. ) 7D is arranged. The space defined by the annular notch 21d on the front surface 21b side of the seat ring 21, the distal end portion 5b of the secondary annular portion 5b, and the distal end portion 6a of the annular retainer 6 is also an O-ring made of an elastic material in this embodiment. A certain seal packing (second sealing means) 7E is arranged. The seal packings 7D and 7E arranged before and after the seat ring 21 are compressed in the axial direction of the rotary shaft 10 by the inner surface of the main annular portion 5a, the sub-annular portion 5b and the tip portion 5d.

シールパッキン７Ｄは、主環状部５ａと内側面とシートリング２１の背面２１ｅとにより回転軸１０の軸線方向に圧縮され、封止水室１１を大気側に対して密封している。また、シートリング２１の背面２１ｅと主環状部５ａと内側面との間にシールパッキン７Ｄが配置されることで、隙間２６が形成されている。つまり、弾性的に圧縮されたシールパッキン７Ｄによりシートリング２１が摺動面２４側に付勢されることで、隙間２６が維持されている。主環状部５ａの内側面に固定されたピン２７を背面２１ｅの窪み２１ｆに差し込むことで、シートリング２１は回転不可に保持されている。 The seal packing 7D is compressed in the axial direction of the rotary shaft 10 by the main annular portion 5a, the inner surface and the back surface 21e of the seat ring 21, and seals the sealing water chamber 11 from the atmosphere side. Moreover, the clearance gap 26 is formed by arrange | positioning seal packing 7D between the back surface 21e of the seat ring 21, the main annular part 5a, and an inner surface. That is, the clearance 26 is maintained by the seat ring 21 being urged toward the sliding surface 24 by the elastically compressed seal packing 7D. By inserting the pin 27 fixed to the inner side surface of the main annular portion 5a into the recess 21f of the back surface 21e, the seat ring 21 is held so as not to rotate.

シールパッキン７Ｅは、副環状部５ｂの先端部５ｄとシートリング２１の環状切欠２１ｄとにより回転軸１０の径方向に圧縮され、封止水室１１を冷却水室２５に対して密封している。 The seal packing 7E is compressed in the radial direction of the rotary shaft 10 by the tip 5d of the sub-annular portion 5b and the annular notch 21d of the seat ring 21, and seals the sealing water chamber 11 with respect to the cooling water chamber 25. .

シートリング２１の回転軸１０の軸線方向の位置は、シールパッキン７Ｄ，７Ｅで挟み込まれることで保持されている。また、シートリング２１の回転軸１０の径方向の位置は、副環状部５ｂの先端部５ｄとの間に圧縮された状態のシールパッキン７Ｅが介在することで保持されている。つまり、シートリング２１は、一種のフローティング状態でハウジング３内に保持されている。特に、シートリング２１はシールパッキン７Ｄが介在することで、主環状部５ａの内側面に対して隙間２６を隔てて対向している。 The position of the seat ring 21 in the axial direction of the rotating shaft 10 is held by being sandwiched between the seal packings 7D and 7E. In addition, the radial position of the rotary shaft 10 of the seat ring 21 is held by the compressed seal packing 7E interposed between the distal end portion 5d of the sub-annular portion 5b. That is, the seat ring 21 is held in the housing 3 in a kind of floating state. In particular, the seat ring 21 is opposed to the inner side surface of the main annular portion 5a with a gap 26 interposed by the seal packing 7D.

冷却水入口５ｈから冷却水室２５に供給された冷却水は、シートリング２１（回転軸１０の回転に伴い摺動面２４での発生する摩擦熱で昇温している）と熱交換し、冷却水出口５ｉから排出される。シートリング２１は外周面２１ｃが冷却水に接液するだけでなく、背面２１ｅも冷却水に接液しているので、シートリング２１の冷却水に対する接液面積は外周面２１ｃのみが接液している場合と比較して大幅に増加する。その結果、シートリング２１を冷却水によって高効率で冷却でき、摺動面２４で発生する摩擦熱を効果的に除去できる。また、外周面２１ｃだけでなく背面２１ｅも接液することでシートリング２１の接液面積が増加するので、同じ冷却効率を得るために必要なシートリング２１の寸法を小型化し、材料費等を節減できる。特に、本実施形態ではシートリング２１はシリコンカーバイト製（カーボンと比較して高価）であるので、小型化による材料費等の節減効果が大きい。 The cooling water supplied to the cooling water chamber 25 from the cooling water inlet 5h exchanges heat with the seat ring 21 (temperature rising due to frictional heat generated on the sliding surface 24 as the rotating shaft 10 rotates), It is discharged from the cooling water outlet 5i. Since the seat ring 21 has not only the outer peripheral surface 21c in contact with the cooling water, but also the back surface 21e is in contact with the cooling water, the liquid contact area of the seat ring 21 with respect to the cooling water is in contact with only the outer peripheral surface 21c. Compared to the case, it increases significantly. As a result, the seat ring 21 can be cooled with cooling water with high efficiency, and the frictional heat generated on the sliding surface 24 can be effectively removed. In addition, since the liquid contact area of the seat ring 21 is increased by contacting not only the outer peripheral surface 21c but also the back surface 21e, the size of the seat ring 21 necessary for obtaining the same cooling efficiency is reduced, and the material cost is reduced. You can save. In particular, in the present embodiment, since the seat ring 21 is made of silicon carbide (expensive compared to carbon), the effect of saving material costs and the like due to downsizing is great.

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るメカニカルシール１を示す。図３中の第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付している。 (Second Embodiment)
FIG. 3 shows a mechanical seal 1 according to the second embodiment of the present invention. Elements identical to those of the first embodiment in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.

メカニカルシール１のハウジング１０３は、流体機械のケーシングに接するハウジング本体１０４と、ハウジング本体１０３の大気側にボルト１０７で固定されたカバー１０５を備える。 The housing 103 of the mechanical seal 1 includes a housing main body 104 that contacts a casing of the fluid machine, and a cover 105 that is fixed to the atmosphere side of the housing main body 103 with bolts 107.

カバー１０５は回転軸１０に向けて突出する主環状部（第１環状部）１０５ａを備え、ハウジング本体１０４は主環状部１０５ａに対して回転軸１０の軸線に間隔を開けて対向する位置で回転軸１０に向けて突出する副環状部１０４ａ（第２環状部）を備える。副環状部１０４ａは主環状部１０５ａよりも摺動面２４側に位置し、副環状部１０４ａの回転軸１０への突出量は主環状部１０５ａよりも少ない。主環状部１０５ａと副環状部１０４ａとの間には溝１０５ｂが形成されている。 The cover 105 includes a main annular portion (first annular portion) 105a that protrudes toward the rotary shaft 10, and the housing body 104 rotates at a position facing the main annular portion 105a with an interval from the axis of the rotary shaft 10. A sub-annular portion 104a (second annular portion) protruding toward the shaft 10 is provided. The sub-annular portion 104a is located closer to the sliding surface 24 than the main annular portion 105a, and the amount of protrusion of the sub-annular portion 104a to the rotating shaft 10 is smaller than that of the main annular portion 105a. A groove 105b is formed between the main annular portion 105a and the sub-annular portion 104a.

シートリング２１は、副環状部１０４ａとは反対側の開口（カバー１０５で閉じられる）から差し込まれた状態でハウジング本体１０４内に配置されている。シートリング２１の外周面２１ｃは溝１０５ｂの底壁と間隔をあけて対向している。シートリング２１の外周面２１ｃ、溝１０５ｂの底壁、主環状部１０５ａの内側面、及び副環状部１０４ａの内側面により、環状の冷却水室１２５が形成されている。ハウジング本体１０４には、それぞれ回転軸１０の径方向に延びる流路１０４ｃ，１０４ｄを介して冷却水室１２５と連通する冷却水入口１０４ｅと冷却水出口１０４ｆとが設けられている。 The seat ring 21 is disposed in the housing main body 104 in a state where the seat ring 21 is inserted from an opening (closed by the cover 105) opposite to the sub-annular portion 104a. The outer peripheral surface 21c of the seat ring 21 is opposed to the bottom wall of the groove 105b with a gap. An annular cooling water chamber 125 is formed by the outer peripheral surface 21c of the seat ring 21, the bottom wall of the groove 105b, the inner surface of the main annular portion 105a, and the inner surface of the sub-annular portion 104a. The housing main body 104 is provided with a cooling water inlet 104e and a cooling water outlet 104f communicating with the cooling water chamber 125 via flow paths 104c and 104d extending in the radial direction of the rotary shaft 10, respectively.

シートリング２１の背面２１ｅと主環状部１０５ａの内側面には、本実施形態では弾性材料からなるＯリングであるシールパッキン（第１密封手段）１０７Ａ（主環状部１０５ａの内側面に形成された環状溝１０５ｃに収容されている）が配置されている。また、シートリング２１の前面２１ｂ側の環状切欠２１ｄと副環状部１０４ａの先端部１０４ｂとにより画定される空間にも、本実施形態では弾性材料からなるＯリングであるシールパッキン（第２密封手段）１０７Ｂが配置されている。シートリング２１の前後に配置されたシールパッキン１０７Ａ，１０７Ｂは、それぞれ主環状部１０５ａの内側面と副環状部１０４ａの先端部１０４ｂとにより回転軸１０の軸線方向に圧縮されている。 On the back surface 21e of the seat ring 21 and the inner side surface of the main annular portion 105a, in this embodiment, a seal packing (first sealing means) 107A (an inner surface of the main annular portion 105a) which is an O-ring made of an elastic material is formed. Is accommodated in the annular groove 105c). Further, in the space defined by the annular notch 21d on the front surface 21b side of the seat ring 21 and the tip end portion 104b of the sub-annular portion 104a, a seal packing (second sealing means) which is an O-ring made of an elastic material in this embodiment. 107B is arranged. The seal packings 107A and 107B arranged before and after the seat ring 21 are compressed in the axial direction of the rotary shaft 10 by the inner side surface of the main annular portion 105a and the tip end portion 104b of the sub annular portion 104a.

シートリング２１は、一種のフローティング状態でハウジング１０３内に保持されている。特に、シートリング２１はシールパッキン１０７Ａが介在することで、主環状部１０５ａの内側面に対して隙間２６を隔てて対向している。 The seat ring 21 is held in the housing 103 in a kind of floating state. In particular, the seat ring 21 is opposed to the inner side surface of the main annular portion 105a with a gap 26 interposed therebetween by the seal packing 107A.

冷却水入口１０４ｅから冷却水室１２５に供給された冷却水は、シートリング２１と熱交換し、冷却水出口１０４ｆから排出される。シートリング２１は、外周面２１ｃだけでなく背面２１ｅも冷却水に接液しているので、接液面積が大幅に増加し、冷却水によって高効率で冷却できる。また、同じ冷却効率を得るために必要なシートリング２１の寸法を小型化し、材料費等を節減できる。 The cooling water supplied from the cooling water inlet 104e to the cooling water chamber 125 exchanges heat with the seat ring 21, and is discharged from the cooling water outlet 104f. In the seat ring 21, not only the outer peripheral surface 21c but also the back surface 21e is in contact with the cooling water, so that the liquid contact area is greatly increased and can be cooled with high efficiency by the cooling water. Further, the size of the seat ring 21 necessary for obtaining the same cooling efficiency can be reduced, and the material cost and the like can be reduced.

第２実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様である。 Other configurations and operations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

図４から図６は本発明の代案を示す。図４の代案では、シートリング２１の背面２１ｅとカバー５の内側面との間に２個のシールパッキン（この例では弾性材料からなるＯリング）２０７Ａ，２０７Ｂが介在している。図５の代案では、シートリング２１の背面２１ｅとカバー５の内側面との間に、１個のシールパッキン（これ例では弾性材料からなるＯリング）３０１とスプリング（この例ではさらばね）３０２が介在している。シートリング２１は、弾性的に圧縮されたシールパッキン３０１だけでなく、スプリング３０１によっても摺動面２４側に付勢される。図６の代案では、シールパッキン２０７Ａは薄厚円板状の本体２０７ａと、この本体２０７ａの設けた環状の突起２０７ｂを備える。このシールパッキン２０７ａは、突起２０７ｂだけでなく本体２０７ａの図のおいて左側部分もカバー５から突出している（本体２０７ａの突出量を符号２０７ｃで示す）。仮にシートリング２１が図において右側に移動して環状の突起２０７ｂが押し潰されても、この突出量２０７ｃの分はシートリング２１とカバー５との間に隙間が確保される。 4 to 6 show alternatives of the present invention. In the alternative of FIG. 4, two seal packings (O-rings made of an elastic material in this example) 207 </ b> A and 207 </ b> B are interposed between the back surface 21 e of the seat ring 21 and the inner surface of the cover 5. In the alternative of FIG. 5, one seal packing (an O-ring made of an elastic material in this example) 301 and a spring (a spring spring in this example) 302 are provided between the back surface 21 e of the seat ring 21 and the inner surface of the cover 5. Is intervening. The seat ring 21 is urged toward the sliding surface 24 not only by the elastically compressed seal packing 301 but also by the spring 301. In the alternative of FIG. 6, the seal packing 207A includes a thin disk-shaped main body 207a and an annular protrusion 207b provided on the main body 207a. In the seal packing 207a, not only the protrusion 207b but also the left side portion of the main body 207a in the figure protrudes from the cover 5 (the protruding amount of the main body 207a is indicated by reference numeral 207c). Even if the seat ring 21 moves to the right side in the drawing and the annular protrusion 207 b is crushed, a gap is secured between the seat ring 21 and the cover 5 by the amount of the protrusion 207 c.

本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、従動リング１５との摺動面２４の構成等の基本的な機能を実現でき、かつハウジング３，１０３の主環状部５ａ，１０５ａの背面に対して隙間を隔てて配置される限り、シートリング２１の具体的な形状は実施形態のものに限定されない。また、ハウジング３，１０３の具体的な形状も実施形態のものに特に限定されない。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, as long as the basic functions such as the configuration of the sliding surface 24 with the driven ring 15 can be realized and the rear surfaces of the main annular portions 5a and 105a of the housings 3 and 103 are spaced apart from each other, the seat The specific shape of the ring 21 is not limited to that of the embodiment. Further, the specific shape of the housings 3 and 103 is not particularly limited to that of the embodiment.

１メカニカルシール
２ケーシング
３ハウジング
４ハウジング本体
５カバー
５ａ主環状部
５ｂ副環状部
５ｃ溝
５ｄ先端部
５ｅ円形開口
５ｆ，５ｇ流路
５ｈ冷却水入口
５ｉ冷却水出口
５ｊ環状溝
６環状リテーナ
６ａ先端部
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅシールパッキン
８プレート
９Ａ，９Ｂボルト
１０回転軸
１１封止水室
１３スリーブ
１４ホルダ
１５従動リング
１５ａ回転面
１６コンプレッションリング
１７スプリング
２１シートリング
２１ａ固定面
２１ｂ前面
２１ｃ外周面
２１ｄ環状切欠
２１ｅ背面
２１ｆ窪み
２４摺動面
２５冷却水室
２６隙間
２７ピン
１０３ハウジング
１０４ハウジング本体
１０４ａ副環状部
１０４ｂ先端部
１０４ｃ，１０４ｄ流路
１０４ｅ冷却水入口
１０４ｆ冷却水出口
１０５カバー
１０５ａ主環状部
１０５ｂ溝
１０５ｃ環状溝
１０７Ａ，１０７Ｂシールパッキン
１２５冷却水室
２０７Ａ，２０７Ｂシールパッキン
３０１シールパッキン
３０２スプリング
Ｌ軸線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mechanical seal 2 Casing 3 Housing 4 Housing main body 5 Cover 5a Main annular part 5b Sub annular part 5c Groove 5d Tip part 5e Circular opening 5f, 5g Flow path 5h Cooling water inlet 5i Cooling water outlet 5j Annular groove 6 Annular retainer 6a Tip part 7A, 7B, 7C, 7D, 7E Seal packing 8 Plate 9A, 9B Bolt 10 Rotating shaft 11 Sealed water chamber 13 Sleeve 14 Holder 15 Driven ring 15a Rotating surface 16 Compression ring 17 Spring 21 Seat ring 21a Fixed surface 21b Front surface 21c Outer periphery 21c Surface 21d annular notch 21e rear surface 21f recess 24 sliding surface 25 cooling water chamber 26 clearance 27 pin 103 housing 104 housing body 104a sub annular portion 104b tip portion 104c, 104d flow path 104e cooling water inlet 104f Cooling water outlet 105 Cover 105a Main annular part 105b Groove 105c Annular groove 107A, 107B Seal packing 125 Cooling water chamber 207A, 207B Seal packing 301 Seal packing 302 Spring L Axis

Claims

回転軸が貫通するハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、前記回転軸と共に回転する回転環と、
回転不能、かつ、前記回転軸の軸線方向に移動可能に前記ハウジング内に配置され、前記回転環と摺動面を形成する固定環と、
前記ハウジングの一部であって、前記回転軸に向けて延びる第１環状部と、
前記ハウジングの一部であって、前記第１環状部に対して前記回転軸の軸線方向に間隔をあけて対向し、前記第１環状部よりも前記摺動面に近接している、前記回転軸に向けて延び、前記第１環状部との間に前記固定環が配置されている第２環状部と、
前記第１環状部と、前記第２環状部と、前記固定環と、前記ハウジングとの間に形成された冷却液室と、
前記固定環と前記第１環状部との間に配置され、前記冷却液室を前記大気側に対して密封すると共に、前記固定環と前記第１環状部の背面との間に間隙を形成する前記第１密封手段と、
前記固定環と前記第２環状部との間に配置され、前記摺動面が配置された封止液室を前記冷却液室に対して密封する第２密封手段と、
前記冷却液室に冷却液を供給するための冷却液入口と、
前記冷却液室から前記冷却液を排出するための冷却液出口と
を備え、
前記冷却液入口から供給された前記冷却液が前記間隙を通って前記固定環の前記背面に供給されるように、前記第１密閉手段が前記固定環の外周面に対して前記回転軸側に間隔をあけて位置している、メカニカルシール。 A housing through which the rotating shaft passes;
A rotating ring disposed within the housing and rotating together with the rotating shaft;
A stationary ring that is non-rotatable and is arranged in the housing so as to be movable in the axial direction of the rotary shaft, and forms a sliding surface with the rotary ring;
A first annular portion that is a part of the housing and extends toward the rotating shaft;
The rotation, which is a part of the housing, is opposed to the first annular portion with an interval in the axial direction of the rotation shaft, and is closer to the sliding surface than the first annular portion. A second annular portion extending toward the shaft, wherein the stationary ring is disposed between the first annular portion,
A coolant chamber formed between the first annular portion, the second annular portion, the stationary ring, and the housing;
It is arrange | positioned between the said fixed ring and the said 1st annular part , and while forming the clearance gap between the said fixed ring and the back surface of the said 1st annular part while sealing the said coolant chamber with respect to the said atmosphere side. Said first sealing means;
A second sealing means disposed between the stationary ring and the second annular portion and sealing the sealing liquid chamber in which the sliding surface is disposed with respect to the cooling liquid chamber;
A coolant inlet for supplying coolant to the coolant chamber;
A coolant outlet for discharging the coolant from the coolant chamber ,
The first sealing means is on the rotating shaft side with respect to the outer peripheral surface of the stationary ring so that the cooling liquid supplied from the cooling liquid inlet is supplied to the back surface of the stationary ring through the gap. Mechanical seals that are positioned at intervals .

第１及び第２密封手段は弾性材料からなる環状部材である、請求項１に記載のメカニカルシール。 The mechanical seal according to claim 1, wherein the first and second sealing means are annular members made of an elastic material.

前記ハウジングは、
前記第１環状部を含む第１部材と、
前記第２環状部を含み前記第１部材と互いに固定される第２部材と
を備える、請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール。 The housing is
A first member including the first annular portion;
The mechanical seal according to claim 1, further comprising: a second member that includes the second annular portion and is fixed to the first member.

前記固定環と前記第１環状部との間に配置され、前記固定環を前記第２環状部へ弾性的に付勢する弾性手段を備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。 4. The apparatus according to claim 1, further comprising elastic means that is disposed between the stationary ring and the first annular portion and elastically biases the stationary ring toward the second annular portion. 5. The mechanical seal described.