CN102369375B - 机械密封装置 - Google Patents

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Abstract

技术问题：提供一种机械密封装置，即便在流体的压力在正压与逆压之间频繁切换的条件下，也能被较为理想地使用。技术方案：机械密封装置包括：旋转环(137)，该旋转环(137)以与转轴(113)一体旋转的方式设置于该转轴，并在该旋转环上形成有旋转环侧滑动面(139)，该旋转环侧滑动面(139)构成动态密封面(173)的一个面；静止环组装体(52)，在该静止环组装体(52)上形成有静止环侧滑动面(54)，该静止环侧滑动面(54)与所述旋转环侧滑动面滑动并构成所述动态密封面的另一个面；密封盖(22)，该密封盖(22)将所述静止环组装体收纳于内径侧，并将所述静止环组装体支承成能在所述转轴的轴向上自由移动；第一○形环(92)，该第一○形环(92)被所述密封盖和所述静止环组装体在所述转轴的径向上夹住以对所述第一流体进行密封；以及第二○形环(96)，该第二○形环(96)设置于比所述第一○形环靠近机外侧的位置，并被所述密封盖和所述静止环组装体在所述径向上夹住以对所述第二流体进行密封，在所述第一○形环与所述第二○形环之间形成有低压力室(193)，该低压力室(193)被所述第一○形环和所述第二○形环密封以免受到所述第一流体和所述第二流体的影响，并被维持在比所述第一流体及所述第二流体的压力低的压力，当在所述径向上观察时，第一压力作用直径(100)相对于所述动态密封面的所述第一流体侧的端部即第一密封端部(175)位于所述动态密封面的所述第二流体侧的端部即第二密封端部(177)的一侧，当在所述径向上观察时，第二压力作用直径相对于所述第二密封端部位于所述第一密封端部的一侧。

Description

机械密封装置
技术领域
本发明涉及一种作为离心泵、搅拌机等的轴密封是优选的机械密封装置。
背景技术
对高粘度的流体等进行密封的机械密封装置有的要在存在于机内侧的流体的压力在工作中频繁地变动这样的条件下被使用。作为在这种条件下被使用的机械密封装置，例如已知有一种双端面机械密封装置，将形成有台阶部的静止环在该静止环与形成于外壳的台阶部之间夹住一个二次密封用○形环的状态下设置(参照专利文献1等)。
即便在存在于机内侧的流体的压力变动的情况下，在静止环的台阶部与外壳的台阶部之间夹住二次密封用○形环的现有技术的机械密封装置也能对存在于机内侧的流体进行密封。即，即便在存在于机内侧的流体的压力比存在于机外侧的流体的压力高的正压的情况和在存在于机内侧的流体的压力比存在于机外侧的流体的压力低的逆压的情况下，具有这种结构的机械密封装置也能使将静止环按压到旋转环的力产生作用。
然而，在静止环的台阶部与外壳的台阶部之间夹住○形环的机械密封装置中，当流体的压力在正压与逆压之间变化时，可观察到○形环在被静止环的台阶部和外壳的台阶部围住的房间中移动的现象。即，可观察到以下现象：在流体的压力为正压的情况下○形环移动至机外侧，而在流体的压力为逆压的情况下○形环移动至机内侧。
因此，在现有技术的机械密封装置中，○形环自身、与○形环接触的静止环、外壳的台阶部因○形环的移动而磨损，从而产生机械密封装置的寿命降低这样的问题。特别地，当现有技术的机械密封装置在液体的压力在正压与逆压之间频繁切换的条件下被使用时，○形环及与○形环接触的接触部会迅速磨损，从而容易产生泄漏、寿命降低等问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2003-97728号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明鉴于上述技术问题而作，其目的在于提供一种即便在流体的压力在正压与逆压之间频繁切换的条件下也能被较为理想地使用的机械密封装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为解决上述技术问题，本发明的机械密封装置包括：旋转环，该旋转环以与转轴一体旋转的方式设置于该转轴，并在该旋转环上形成有旋转环侧滑动面，该旋转环侧滑动面构成对存在于机内侧的第一流体与存在于机外侧的第二流体之间动态地进行密封的动态密封面的一个面；静止环组装体，在该静止环组装体上形成有静止环侧滑动面，该静止环侧滑动面与上述旋转环侧滑动面滑动并构成上述动态密封面的另一个面；密封盖，该密封盖将上述静止环组装体收纳于内径侧，并将上述静止环组装体支承成能在上述转轴的轴向上自由移动；第一○形环，该第一○形环被上述密封盖和上述静止环组装体在上述转轴的径向上夹住以对上述第一流体进行密封；以及第二○形环，该第二○形环设置于比上述第一○形环靠近机外侧的位置，并被上述密封盖和上述静止环组装体在上述径向上夹住以对上述第二流体进行密封，在上述第一○形环与上述第二○形环之间形成有低压力室，该低压力室被上述第一○形环和上述第二○形环密封以免受到上述第一流体和上述第二流体的影响，并被维持在比上述第一流体及上述第二流体的压力始终低的压力，当在上述径向上观察时，第一压力作用直径相对于上述动态密封面的上述第一流体侧的端部即第一密封端部位于上述动态密封面的上述第二流体侧的端部即第二密封端部的一侧，其中，上述第一压力作用直径由上述第一流体对除了上述静止环侧滑动面之外的上述静止环组装体产生压力的区域与不产生压力的区域的边界形成，当在上述径向上观察时，第二压力作用直径相对于上述第二密封端部位于上述第一密封端部的一侧，其中，上述第二压力作用直径由上述第二流体对除了上述静止环侧滑动面之外的上述静止环组装体产生压力的区域与不产生压力的区域的边界形成。
在本发明的机械密封装置中，设置有隔着由第一○形环和第二○形环构成的两个○形环而安装于密封盖的静止环组装体，另外在两个○形环之间形成有低压力室。由于低压力室的压力被维持为比第一流体及第二流体的压力低的压力，因此，即便流体的压力状态为正压或逆压，两个○形环也可受到被朝低压力室按压的力。藉此，在流体的压力状态在正压与逆压之间切换时，本发明的机械密封装置能防止流体的二次密封即○形环移动的现象。因此，本发明的机械密封装置能防止○形环自身、○形环的接触部分磨损的现象，因而耐久性较高。也可在密封盖中形成有连通路，该连通路在密封盖的外周表面具有开口并贯穿到低压力室。
另外，在本发明的机械密封装置中，在径向上观察时，第一压力作用直径相对于第一密封端部位于第二密封端部的一侧，第二压力作用直径相对于第二密封端部位于第一密封端部的一侧。藉此，即便在液体的压力状态为正压或逆压的情况下，本发明的机械密封装置也能使将静止环组装体按压到旋转环的力产生作用。
另外，也可形成为：上述密封盖具有盖侧卡合突起，该盖侧卡合突起在上述轴向上卡定上述第一○形环，以限制上述第一○形环的上述轴向上的动作，上述静止环组装体具有静止环侧卡合突起，该静止环侧卡合突起在上述轴向上卡定上述第二○形环，以限制上述第二○形环的上述轴向上的动作，上述第一压力作用直径与第一流体二次密封内周一致，并且该第一流体二次密封内周的直径比上述第一密封端部的直径小，其中，上述第一流体二次密封内周由上述第一○形环与上述静止环组装体的在上述径向上的接触面形成，上述第二压力作用直径与第二流体二次密封外周一致，并且该第二流体二次密封外周的直径比上述第二密封端部的直径大，其中，上述第二流体二次密封外周由上述第二○形环与上述密封盖的在上述径向上的接触面形成。
通过利用盖侧卡合突起卡定第一○形环并利用静止环侧卡合突起卡定第二○形环，本发明的机械密封装置能将第一○形环与第二○形环的形状设为大致相同的形状。因此，具有这种结构的机械密封装置能使构成零件的种类减少，从而能容易地进行组装。另外，通过采用利用密封盖来卡定第一○形环并利用静止环组装体来卡定第二○形环的结构，从而能使低压力室及密封盖的形状简化。
另外，也可形成为：上述静止环组装体由静止环滑动部和接头部构成，其中，在上述静止环滑动部上形成有上述静止环侧滑动面，上述静止环滑动部与上述第一○形环接触，上述接头部的至少一部分配置于比上述静止环滑动部靠近机外侧的位置，并与上述第二○形环接触，上述静止环滑动部和上述接头部是分体形成的，上述静止环滑动部的机外侧端面即滑动部机外侧端面与上述接头部接触。通过将静止环滑动部和接头部设为分体构件，从而能容易地进行机械密封装置的组装，并能使密封盖的形状简化。
另外，也可形成为：上述盖侧卡合突起兼用作对上述接头部在上述轴向上脱落的情况进行防止的限位件。由于具有这种结构的机械密封装置能在组装、分解时防止接头部脱落，因此，能容易地进行组装、分解。
也可形成为：上述静止环滑动部由形成有上述静止环侧滑动面的滑动环和与上述第一○形环接触的护圈构成，上述滑动环和上述护圈是分体形成的，上述滑动环固定于上述护圈。通过将滑动环和护圈设为分体构件，来使形成有静止环侧滑动面的滑动环小型化，从而能防止在滑动环上产生裂纹等。上述滑动环可通过热压嵌合而固定于上述护圈上，也可隔着第三○形环而固定于上述护圈上。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的机械密封装置的纵剖图。
图2是将图1所示的机械密封装置中所包括的机内侧动态密封面的周边放大表示的放大剖视图。
图3是表示本发明第二实施方式的机械密封装置的纵剖图。
图4是表示本发明第三实施方式的机械密封装置的纵剖图。
具体实施方式
图1是表示本发明一实施方式的机械密封装置10的纵剖图。能使用本实施方式的机械密封装置10作为例如泵、搅拌机、回转节等的轴封装置。特别地，能将机械密封装置10优选作为齿轮泵、螺杆泵这样的对高粘度的流体进行输送的泵的轴封装置，但机械密封装置10的用途并不限定于此。
图1表示将本实施方式的机械密封装置10安装于供转轴113贯穿的装置的外壳16的状态。如图1所示，在外壳16上形成有轴孔20，转轴113贯穿轴孔20。机械密封装置10设置于外壳16及转轴113以将贯穿轴孔20的转轴113与外壳16的间隙封闭。
机械密封装置10能将由机内侧动态密封面173和机外侧动态密封面171构成的两个动态密封面形成于内部。即，机械密封装置10是形成机内侧动态密封面173及机外侧动态密封面171的两个机械密封沿着转轴113排列的双端面机械密封。
机内侧动态密封面173对移送流体A与供给流体B之间进行密封，其中，上述移送流体A存在于比机内侧动态密封面173靠近机内侧的(图1中左侧)的机内室199中，上述供给流体B存在于比机内侧动态密封面173靠近机外侧(图1中右侧)的供给流体室191中。另外，机外侧动态密封面171对存在于比机外侧动态密封面171靠近机内侧的供给流体室191中的供给流体B与比机外侧动态密封面171靠近机外侧的第三流体C(外部气体)之间进行密封。
机械密封装置10具有机内侧旋转环137、机外侧旋转环159、机内侧静止环组装体52、机外侧静止环78、密封盖22、第一○形环92及第二○形环96。此外，机械密封装置10具有套筒115、机内侧套筒套环131、机外侧套筒套环151、固定螺丝155、○形环88等。
首先，对机械密封装置10中的安装于外壳16等并不与转轴113一起旋转的静止部分进行说明。密封盖22由第一盖构件24、第二盖构件28、第三盖构件34及第四盖构件42构成。第一盖构件24、第二盖构件28、第三盖构件34及第四盖构件42在利用止转机构来防止相对移动，且各构件间的间隙被○形环封闭的状态下彼此连结在一起。
由第一盖构件～第四盖构件24、28、34、42构成的密封盖22隔着○形环197而设置于外壳16的机外侧的端面即外表面18。密封盖22通过将螺栓14旋紧在形成于外壳16的外表面18的螺栓孔(未图示)中而固定于外壳16。如图1所示，螺栓14通过螺母12而将密封盖22固定于外壳16。
第一盖构件24构成密封盖22的机外侧部分。在第一盖构件24的内周面即第一盖内周面26上设置有机外侧静止环78。机外侧静止环78以在径向上夹住○形环88的方式配置于在机外侧静止环78的外周面即机外侧静止环外周面80与第一盖内周面26之间。
在本实施方式中，轴向是指转轴113的轴向，并是指与转轴113的中心轴L平行的方向。另外，径向是指转轴113的径向，并是指从转轴113的中心轴L朝向转轴113的外周面的方向。
机外侧静止环78具有朝外径侧突出的腕部82。机外侧静止环78利用与腕部82和第一盖构件24这两个构件卡合的止转销84而被卡定成不会相对于密封盖22旋转。另外，在腕部82与第一盖构件24之间设置有机外侧弹簧86。机外侧静止环78利用机外侧弹簧86朝设置于机外侧静止环78的机外侧的机外侧旋转环159施力。在机外侧静止环78的机外侧的端面上形成有相对于机外侧动态密封面171的一个面滑动的另一个面。
第二盖构件28构成密封盖22的机内侧部分的外径侧部分。第二盖构件28配置于第一盖构件24与外壳16之间。另外，在第二盖构件28的内径侧配置有第三盖构件34和第四盖构件42。
在第二盖构件28上形成有供给流体B朝机械密封装置10内部的入口即供给导入流路30。在第二盖构件28的外周面形成有供给导入流路30的开口，在供给导入流路30的开口上连接有用于供给供给流体B的外部配管(未图示)。
供给导入流路30与形成于第三盖构件34的供给连通流路36连通，供给流体B经由供给导入流路30及供给连通流路36而导入供给流体室191。作为供给流体B并未被特别地限定，例如，使用水等。作为供给至供给流体室191的供给流体B的供给压力并未被特别地限定，例如，能设定为比移送流体A的压力高0.2MPa左右的值。
在第二盖构件28及第三盖构件34上也形成有用于对供给流体B进行排出的流路。用于排出供给流体B的流路相对于用于供给供给流体B的流路形成于在周向上不同的位置。然而，用于排出供给流体B的流路具有与由供给导入流路30及供给连通流路36构成的供给流路相同的形状，因此，省略说明。
在第二盖构件28上形成有低压导入流路32，该低压导入流路32将低压流体D(参照图2)导入形成于机械密封装置10内部的低压力室193。低压导入流路32与形成于第四盖构件42的低压连通流路38连通，低压流体D经由低压导入流路32及供给连通流路38而导入低压力室193。导入低压力室193的低压流体D并未被特别地限定，但在本实施方式的机械密封装置10中使用外部气体(大气)。因此，在第二盖构件28的外周面上形成有低压导入流路32的开口，外部气体从低压导入流路32的开口导入低压导入流路32的内部。
第三盖构件34构成密封盖22的机内侧部分的内径侧部分的一部分。第三盖构件34配置于第一盖构件24的机内侧，并配置于第二盖构件28的内径侧。另外，在第三盖构件34的机内侧配置有第四盖构件42。
在第三盖构件34中形成有用于将供给流体B供给至供给流体室191的供给连通流路36。供给连通流路36的一个开口与形成于第二盖构件28的供给导入流路30连接，供给连通流路36的另一个开口与供给流体室191连接。
第四盖构件42构成密封盖22的机内侧部分的内径侧的一部分。第四盖构件42配置于第二盖构件28的内径侧，并配置于第三盖构件34的机内侧。
在第四盖构件42中形成有用于将低压流体D导入低压力室193的低压连通流路38。低压连通流路38的一个开口与形成于第二盖构件28的低压导入流路32连接，低压连通流路38的另一个开口与低压力室193连接。
在第三盖构件34及第四盖构件42的内径侧收纳有机内侧静止环组装体52。机内侧静止环组装体52以在径向上夹住第一○形环92及第二○形环96的方式配置于机内侧静止环组装体52的外周面与第四盖构件42的内周面之间。
机内侧静止环组装体52由静止环滑动部56和接头部62构成。如放大图即图2所示，静止环滑动部56和接头部62分体形成，静止环滑动部56的机外侧的端面即滑动部机外侧端面58与接头部62接触。接头部62所受到的轴向上的力经由滑动部机外侧端面58而传递至静止环滑动部56。另外，在静止环滑动部56与接头部62之间配置有用于止转的销213。在静止环滑动部56的机内侧端面形成有静止环侧滑动面54。另外，静止环滑动部56与第一○形环92接触。
如图1所示，接头部62由薄壁部74、厚壁部64及离合器部65构成，构成接头部62的各部分中的厚壁部64及离合器部65配置于比静止环滑动部56靠近机外侧的位置。如图2所示，接头部62的薄壁部74插入静止环滑动部56的内径侧。在静止环滑动部56的内周面与薄壁部74的外周面之间配置有○形环76(图2)，以对静止环滑动部56与薄壁部74之间进行密封。
如图1所示，在接头部62与第三盖构件34之间配置有机内侧弹簧40。机内侧弹簧40被以轴向上的两侧被接头部62和第三盖构件34夹住的状态配置。机内侧弹簧40朝配置于机内侧静止环组装体52的机内侧的机内侧旋转环137对包括接头部62在内的机内侧静止环组装体52整体进行施力。
离合器部65与形成于第三盖构件34的卡合槽41卡合。使用由离合器部65及卡合槽41构成的离合器结构，将包括接头部62在内的机内侧静止环组装体52相对于密封盖22的第三盖构件34止转。
如图2所示，第一○形环92被第四盖构件42和静止环滑动部56在径向上夹住。第一○形环92对存在于比第一○形环92靠近机内侧的机内室199的移送流体A进行密封。即，利用第一○形环92与静止环滑动部56及第四盖构件42的在径向上的接触面来形成对移送流体A进行密封的移送流体二次密封。
在第四盖构件42的内周面即第四盖内周面44上形成有从该内周面44朝内径侧突出的端部突起46及盖侧卡合突起48。第一○形环92配置于端部突起46与盖侧卡合突起48之间。端部突起46形成于第四盖内周面44的机内侧端部。盖侧卡合突起48形成于比端部突起46靠近机外侧的位置，在该盖侧卡合突起48与端部突起46之间沿轴向夹住第一○形环92。
由于第一○形环92承受到来自存在于机内侧的移送流体A的压力，因此，被按压到形成于比第一○形环92靠近机外侧的位置的盖侧卡合突起48。因此，盖侧卡合突起48在轴向上卡定第一○形环92，从而对第一○形环92的在轴向上的动作进行限制。
与此相对，第二○形环96配置于比第一○形环92靠近机外侧的位置，并被第四盖部42和接头部62在径向上夹住。第二○形环96对存在于比第二○形环96靠近机外侧的供给流体室191的供给流体B进行密封。即，利用第二○形环96与接头部62及第四盖构件42的在径向上的接触面来形成对供给流体B进行密封的供给流体二次密封。
在接头部62的厚壁部64的外周面即厚壁部外周面72上形成有从该外周面72朝外径侧突出的静止环侧卡合突起66。第二○形环96配置于静止环侧卡合突起66的机外侧。
由于第二○形环96承受到来自存在于机外侧的供给流体B的压力，因此，被按压到形成于比第二○形环96靠近机内侧的位置的静止环侧卡合突起66。因此，静止环侧卡合突起66在轴向上卡定第二○形环96，从而对第二○形环96的在轴向上的动作进行限制。
如图1所示，在机内侧静止环组装体52的外周面与第四盖构件42的内周面之间、且在第一○形环92与第二○形环96之间形成有低压力室193。低压力室193通过由第一○形环92产生的移送流体二次密封来对移送流体A进行密封，并通过由第二○形环96产生的移送流体二次密封来对移送流体B进行密封。另外，低压力室193通过形成于密封盖22的低压导入流路32及低压连通流路38而与外部气体连通。因此，低压力室193几乎不会受到来自移送流体A、供给流体B的压力而被保持为大气压力。只要低压力室193被保持为比移送流体A及供给流体B的压力低的压力即可，例如，也可使外部气体以外的其它气体等导入低压力室193。
接着，对安装于转轴113的旋转部分进行说明。相对于机外侧静止环78滑动的机外侧旋转环159和相对于机内侧静止环组装体52滑动的机内侧旋转环137通过套筒115、机内侧套筒套环131及机外侧套筒套环151等而固定于转轴113。
套筒115具有用于供转轴113插通的插通孔，转轴113插通套筒115的插通孔。在套筒115的内周面与转轴113的外周面之间配置有○形环117、119，从而对套筒115与转轴113之间的间隙进行封闭。
在套筒115的机外侧端部使用带六边孔的螺栓153而安装有机外侧套筒套环151。在机外侧套筒套环151中形成有径向上的通孔151a，在通孔151a中形成有螺旋槽。在机外侧套筒套环151的通孔151a中螺合有固定螺丝155。固定螺丝155的前端与转轴113卡合，固定螺丝155将机外侧套环151及与机外侧套筒套环151连结在一起的套筒115固定在转轴113上。机械密封装置10在安装有将机外侧套筒套环151与密封盖22连结在一起的固定板157的状态下设置于转轴113，但固定螺丝157在使用机械密封装置10时被卸下。
在机外侧套筒套环151的机内侧且套筒115的外径侧设置有机外侧旋转环159。机外侧旋转环159通过○形环195而设置于套筒115及机外侧套筒套环151。利用定位销211来限制机外侧旋转环159的相对于机外侧套筒套环151的相对旋转，并使该机外侧旋转环159与转轴113一体地旋转。
在机外侧旋转环159的机内侧的端面上形成有机外侧动态密封面171的一个面。机外侧动态密封面171由形成于机外侧旋转环159的机内侧的端面的一个面和形成于机外侧静止环78的机外侧的端面的另一个面构成。机外侧动态密封面171对供给流体B与第三流体C即外部气体之间进行密封。
在套筒115的机外侧端部使用带六边孔的螺栓133而安装有机内侧套筒套环131。
在机内侧套筒套环131的机内侧且套筒115的外径侧设置有机内侧旋转环137。机内侧旋转环137通过多个○形环而设置于套筒115及机内侧套筒套环131。另外，在机内侧旋转环137的外周面上安装有用于防止机内侧旋转环137破损的保护环135。
机内侧旋转环137的相对于机内侧套筒套环131的相对旋转被定位销214限制。因此，机内侧旋转环137与机外侧旋转环159相同地与转轴113一体旋转。
在机内侧旋转环137的机外侧的端面上形成有旋转环侧滑动面139。旋转环侧滑动面139相对于形成于静止环滑动部56的机内侧的端面上的静止环侧滑动面54滑动。旋转环侧滑动面139构成机内侧动态密封面173的一个面，静止环侧滑动面54构成机内侧动态密封面173的另一个面。
因旋转环侧滑动面139与静止环侧滑动面54滑动而形成的机内侧动态密封面173在移送流体A与供给流体B之间动态地进行密封，其中，上述移送流体A存在于比机内侧动态密封面173靠近机内侧的位置，上述供给流体B存在于比机内侧动态密封面173靠近机外侧的位置。
如图1所示，在套筒115的外周面与密封盖22的内周面之间形成有供给流体室191。供给流体室191被形成于供给流体室191的机内侧的机内侧动态密封面173相对于移送流体A密封。另外，供给流体室191被形成于供给流体室191的机外侧的机外侧动态密封面171相对于第三流体C密封。
图2是将图1所示的机械密封装置10中所包括的机内侧动态密封面173的周边放大表示的放大剖视图。机内侧动态密封面173是通过使形成于机内侧旋转环137的旋转环侧滑动面139和形成于机内侧静止环组装体52的静止环侧滑动面54滑动而形成的。本实施方式的机内侧动态密封面173对移送流体A与供给流体B之间进行密封，其中，上述移送流体A存在于机内侧动态密封面173的外径侧，上述供给流体B存在于机内侧动态密封面173的内径侧。
即，机内侧动态密封面173防止移送流体A从机内侧动态密封面173的移送流体A侧的端部即第一密封端部175的一侧浸入供给流体室191。另外，机内侧动态密封面173防止供给流体B从机内侧动态密封面173的供给流体B侧的端部即第二密封端部177的一侧浸入供给机内室199。
在此，为了利用机内侧动态密封面173对移送流体A与供给流体B之间进行密封，需要将机内侧静止环组装体52的静止环侧滑动面54朝旋转环侧滑动面139按压的按压力。这是因为机内侧动态密封面173从移送流体A、供给流体B在拉开静止环侧滑动面54和旋转环侧滑动面139的方向上受到力而需施加抵抗该力的力的缘故。
在本实施方式的机械密封装置10中，被设置成能在轴向上自由移动的机内侧静止环组装体52不仅能从机内侧弹簧40，而且还能从移送流体A及供给流体B受到朝向机内侧旋转环137的按压力。
例如，机内侧静止环组装体52能从移送流体A受到与移送流体A的压力相应的按压力。移送流体A被第一○形环92二次密封。因此，由第一○形环92和静止环滑动部56的径向上的接触面形成的第一流体二次密封内周100形成存在移送流体A的区域与不存在移送流体A的区域的边界。在此，当将由移送流体A对除了静止环侧滑动面54之外的机内侧静止环组装体52产生压力的区域与移送流体A不对除了静止环侧滑动面54之外的机内侧静止环组装体52产生压力的区域的边界形成的形状定义为第一压力作用直径时，在本实施方式中，第一压力作用直径与第一流体二次密封内周100一致。
在此，如图2所示，从径向上观察时，第一流体二次密封内周100相对于机内侧动态密封面173的第一密封端部175位于第二密封端部177的一侧即内径侧。第一压力作用直径即第一流体二次密封内周100在位于比第一密封端部175靠近内径侧的位置时，从移送流体A受到压力的表面的面积在机内侧静止环组装体52的机内侧和机外侧不平衡，机外侧的面积变大。因此，机内侧静止环组装体52能从移送流体A受到朝向机内侧旋转环137的按压力。
这样，机内侧静止环组装体52能受到与移送流体A的压力相应的按压力。即，在移送流体A的压力较高的情况下，机内侧静止环组装体52从移送流体A受到较大的按压力，在移送流体A的压力较低的情况下，机内侧静止环组装体52从移送流体A受到更小的按压力。
此处，在图2中，表示由移送流体A产生的按压力的平衡的平衡值BVA是使用第一密封端部175的直径MO、第二密封端部177的直径MI、第一压力作用直径即第一流体二次密封内周100的直径O1I利用以下数学式1来表示的。
BVA＝S1/S0×100  (数学式1)
其中，S1＝π(MO 2-O1I 2)/4
S0＝π(MO 2-MI 2)/4
平衡值BVA是根据使用机械密封装置10的条件而被合理设定的，但在运送高粘度流体的泵的轴封装置中使用的机械密封装置的情况下，较为理想的是采用例如70％～130％。
另外，机内侧静止环组装体52能从供给流体B受到与供给流体B的压力相应的按压力。供给流体B被第二○形环96二次密封。因此，由第二○形环96和第四盖构件42的径向上的接触面形成的第二流体二次密封外周111形成存在供给流体B的区域与不存在供给流体B的区域的边界。另外，由于第二○形环96与静止环侧卡合突起66卡定，因此，第二○形环96从供给流体B受到的轴向上的力传递至接头部62。在此，当将由供给流体B对除了静止环侧滑动面54之外的机内侧静止环组装体52产生压力的区域与供给流体B不对除了静止环侧滑动面54之外的机内侧静止环组装体52产生压力的区域的边界形成的形状定义为第二压力作用直径时，在本实施方式中，第二压力作用直径与第二流体二次密封内周111一致。
在此，如图2所示，从径向上观察时，第二流体二次密封内周111相对于机内侧动态密封面173的第二密封端部177位于第一密封端部175的一侧即外径侧。第二压力作用直径即第二流体二次密封内周111在位于比第二密封端部177靠近外径侧的位置时，从供给流体B受到压力的表面的面积在机内侧静止环组装体52的机内侧和机外侧不平衡，机外侧的面积变大。因此，机内侧静止环组装体52能从供给流体B受到朝向机内侧旋转环137的按压力。
这样，机内侧静止环组装体52不仅能从移送流体A，而且也能从供给流体B受到与供给流体B的压力相应的按压力。另外，由于机内侧静止环组装体52能从移送流体A和供给流体B这两者受到朝向机内侧旋转环137的按压力，因此，即便在移送流体A的压力比供给流体B的压力高的正压的情况下和在供给流体B的压力比移送流体A的压力高的逆压的情况下，也能受到合适的按压力。因此，即便在移送流体A的压力周期性变化而使移送流体A和供给流体B的压力状态频繁地在正压和逆压之间变化这样的情况下，本实施方式的机械密封装置10也能理想地对移送流体A与供给流体B之间进行密封。
此处，在图2中，表示由供给流体B产生的按压力的平衡的平衡值BVB是使用第一密封端部175的直径MO、第二密封端部177的直径MI、第二压力作用直径即第二流体二次密封外周111的直径O2O利用以下数学式2来表示的。
BVB＝S2/S0×100  (数学式2)
其中，S2＝π(O2O 2-MI 2)/4
S0＝π(MO 2-MI 2)/4
平衡值BVB与平衡值BVA相同根据使用机械密封装置10的条件而被合理地设定。
另外，表示由供给流体B产生的按压力的平衡的平衡值BVB采用与表示由移送流体A的按压力的平衡的平衡值BVA大致相同的值是较为理想的。通过将平衡值BVA和平衡值BVB设为大致相同的值，即便在使移送流体A与供给流体B的压力状态在正压和逆压之间频繁地变化这样的情况下，机内侧静止环组装体52也能受到稳定的按压力。
在将平衡值BVA和平衡值BVB设为大致相同的值的情况下，通过利用盖侧卡合突起48将第一○形环92卡定，并利用静止环侧卡合突起66将第二○形环96卡定，从而能将第一○形环92和第二○形环96的形状设为大致相同的形状。因此，具有这种结构的机械密封装置10通过将第一○形环92和第二○形环96设为通用零件来减少构成零件的种类，从而能容易地进行组装。另外，通过采用利用第四盖构件42来卡定第一○形环92并利用机内侧静止环组装体52来卡定第二○形环96的结构，从而能使低压力室193及第四盖构件42的形状简化。
另外，盖侧卡合突起48兼用作对接头部62在轴向上脱落的情况进行防止的限位件。因此，由于机械密封装置10能在组装、分解时防止接头部62脱落，所以，能容易地进行组装、分解。
在本实施方式的机械密封装置10中，与第一○形环92的内周面接触的滑动部外周面60的直径和与第二○形环96的内周面接触的厚壁部外周面72的直径形成为大致相同的大小。另外，在第四盖构件42的内周面即第四盖内周面44上，与第一○形环92的外周面接触的部分的直径和与第二○形环96接触的部分的直径形成为大致相同的大小。
如图2所示，在第一○形环92与第二○形环96之间形成有低压力室193。由于低压力室193与外部气体连通，因此，低压力室193的气压被保持为：比由被泵输送来的液体等构成的移送液体A和由相对于供给流体室191供给、排出的液体等构成的供给流体B的压力低的压力。
由于第一○形环92对移送流体A与低压流体D之间进行密封，因此，该第一○形环92因移送流体A与低压流体D之间的压力差而被按压到配置于第一○形环92的低压力室193侧的盖侧卡合突起48上。另外，由于第二○形环96对供给流体B与低压流体D之间进行密封，因此，该第二○形环96因供给流体B与低压流体D之间的压力差而被按压到配置于第二○形环96的低压力室193侧的静止环侧卡合突起66上。
即便在移送流体A的压力变动的情况、在移送流体A与供给流体B的压力状态在正压和逆压之间频繁地变化这样的情况下，与外部气体连通的低压力室193的压力也被维持为比移送流体A、供给流体B的压力足够小的压力。因此，移送流体A的压力变动的情况、在移送流体A与供给流体B的压力状态在正压和逆压之间频繁地变化这样的情况下，第一○形环92和第二○形环96也被维持在按压到低压力室193侧的突起48、66的状态。
这样，机械密封装置10能防止移送流体A及供给流体B的二次密封即第一○形环92及第二○形环96因移送流体A的压力变动等而移动的情况。另外，本实施方式的机械密封装置10能防止第一及第二○形环92、96自身和与第一及第二○形环92、96接触的第四盖构件42及机内侧静止环组装体52磨损的现象，因而耐久性较高。
在本实施方式的机械密封装置10中，由于静止环滑动部56和接头部62是分体构件，因此，第四盖构件42的形状是简单的。然而，机内侧静止环组装体52也可以是静止环滑动部56与接头部62一体形成的一个构件。例如，在将机内侧静止环组装体52设为一个构件的情况下，也可将第四盖构件42设为被沿着转轴的截面分割的分割型，但未被特别限定。
在机械密封装置10中，静止环滑动部56及机内侧旋转环137分别由碳化硅(碳化硅、SiC)、碳、超硬合金等材质制作而成。另外，作为机械密封装置10的第一○形环92及第二○形环96的材料，使用氟化橡胶、丁腈橡胶、EPDM、全氟橡胶等。
第二实施方式
图3是表示本发明第二实施方式的机械密封装置10a的纵剖图。第二实施方式的机械密封装置10a在机内侧静止环组装体231及机内侧旋转环239分别具有分体形成的护圈和滑动环这点上不同，但其它方面与第一实施方式的机械密封装置10相同。在图3所示的机械密封装置10a中，对于与第一实施方式的机械密封装置10相同的部分标注相同的符号并省略说明。
机械密封装置10a的机内侧静止环组装体231与第一实施方式的机内侧静止环组装体52相同，由静止环滑动部233和接头部62构成。静止环滑动部233由彼此分体形成的静止滑动环235和静止侧护圈237构成。在静止滑动环235的机内侧的端部上形成有静止环侧滑动面54，该静止环侧滑动面54与构成机内侧动态密封面173的一个面的旋转环侧滑动面139滑动并构成机内侧动态密封面173的另一个面。静止环护圈237与第一○形环92接触。静止滑动环235通过热压嵌合而固定于静止侧护圈237上。
另外，机械密封装置10a的机内侧旋转环239由彼此分体形成的旋转滑动环251和旋转侧护圈253构成。在旋转滑动环251的机内侧的端部形成有构成机内侧动态密封面173的一个面的旋转环侧滑动面139。旋转滑动环251与静止滑动环235相同通过热压嵌合而固定于旋转侧护圈253上。
由于滑动环235、251和护圈237、253是分体构件，因此，机械密封装置10a能使形成有静止环侧滑动面54或旋转环侧滑动面139的滑动环235、251小型化，并能防止在滑动环235、251上产生裂纹等。另外，通过使滑动环235、251小型化来简化滑动环235、251的形状，从而能抑制机械密封装置10a的制造成本。此外，通过热压嵌合将滑动环235、251固定于护圈237、253上，使滑动环235、251的一部分被护圈237、253保护，因此，能在进行组装、分解时等防止滑动环235、251破损。第二实施方式的机械密封装置10a具有与第一实施方式的机械密封装置10相同的效果。
第三实施方式
图4是表示本发明第三实施方式的机械密封装置10b的纵剖图。除了静止滑动环259及旋转滑动环275通过第三○形环279或第四○形环291而固定于静止侧护圈271或旋转侧护圈277这点之外，第三实施方式的机械密封装置10b与第二实施方式的机械密封装置10a相同。在图4所示的机械密封装置10b中，对于与第一实施方式的机械密封装置10或第二实施方式的机械密封装置10a相同的部分标注相同的符号并省略说明。
机械密封装置10b的机内侧静止环组装体255与第一实施方式的机内侧静止环组装体52相同，由静止环滑动部257和接头部62构成。静止环滑动部257与第二实施方式相同由彼此分体形成的静止滑动环259和静止侧护圈271构成。静止滑动环259被夹着第三○形环279的○形环固定件固定在静止侧护圈271上。
机械密封装置10b的机内侧旋转环273与第二实施方式的机内侧旋转环239(图3)相同由旋转滑动环275和旋转侧护圈277构成。旋转滑动环275被夹着第四○形环291的○形环固定件固定在旋转侧护圈277上。
由于滑动环259、275和护圈271、277是分体构件，因此，机械密封装置10b能使形成有静止环侧滑动面54或旋转环侧滑动面139的滑动环259、275小型化，并能防止在滑动环259、275上产生裂纹等。另外，通过使滑动环259、275小型化来简化滑动环259、275的形状，从而能抑制机械密封装置10b的制造成本。此外，在机械密封装置10b中，滑动环259、275被○形环固定件固定在护圈271、277上。因此，机械密封装置10b仅可更换滑动环259、275，能抑制更换零件的成本。第三实施方式的机械密封装置10b具有与第一实施方式的机械密封装置10相同的效果。
在机械密封装置10a、10b中，静止滑动环235、259及旋转滑动环251、275分别由碳化硅(碳化硅、SiC)、碳、超硬合金等材质制作而成。在该情况下，能使用SUS等金属来制作出静止侧护圈237、271及旋转侧护圈253、277。另外，作为机械密封装置10b的第三○形环279及第四○形环291的材料，使用氟化橡胶、丁腈橡胶、EPDM、全氟橡胶等。
上述实施方式是为使本发明易于理解而记载的，并不对本发明作任何限定。实施方式中公开的各要素也包括属于本发明的技术范围的全部的设计变更和类似设计，另外，还能进行任意适当的各种改变。

Claims (8)

1.一种机械密封装置，其特征在于，包括：
旋转环，该旋转环以与转轴一体旋转的方式设置于该转轴，并在该旋转环上形成有旋转环侧滑动面，该旋转环侧滑动面构成对存在于机内侧的第一流体与存在于机外侧的第二流体之间动态地进行密封的动态密封面的一个面；
静止环组装体，在该静止环组装体上形成有静止环侧滑动面，该静止环侧滑动面与所述旋转环侧滑动面滑动并构成所述动态密封面的另一个面；
密封盖，该密封盖将所述静止环组装体收纳于内径侧，并将所述静止环组装体支承成能在所述转轴的轴向上自由移动；
第一○形环，该第一○形环被所述密封盖和所述静止环组装体在所述转轴的径向上夹住以对所述第一流体进行密封；以及
第二○形环，该第二○形环设置于比所述第一○形环靠近机外侧的位置，并被所述密封盖和所述静止环组装体在所述径向上夹住以对所述第二流体进行密封，
在所述第一○形环与所述第二○形环之间形成有低压力室，该低压力室被所述第一○形环和所述第二○形环密封以免受到所述第一流体和所述第二流体的影响，并被维持在比所述第一流体及所述第二流体的压力始终低的压力，
当在所述径向上观察时，第一压力作用直径相对于所述动态密封面的所述第一流体侧的端部即第一密封端部位于所述动态密封面的所述第二流体侧的端部即第二密封端部的一侧，其中，所述第一压力作用直径由所述第一流体对除了所述静止环侧滑动面之外的所述静止环组装体产生压力的区域与不产生压力的区域的边界形成，
当在所述径向上观察时，第二压力作用直径相对于所述第二密封端部位于所述第一密封端部的一侧，其中，所述第二压力作用直径由所述第二流体对除了所述静止环侧滑动面之外的所述静止环组装体产生压力的区域与不产生压力的区域的边界形成。
2.如权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，
所述密封盖具有盖侧卡合突起，该盖侧卡合突起在所述轴向上卡定所述第一○形环，以限制所述第一○形环的所述轴向上的动作，
所述静止环组装体具有静止环侧卡合突起，该静止环侧卡合突起在所述轴向上卡定所述第二○形环，以限制所述第二○形环的所述轴向上的动作，
所述第一压力作用直径与第一流体二次密封内周一致，并且该第一流体二次密封内周的直径比所述第一密封端部的直径小，其中，所述第一流体二次密封内周由所述第一○形环与所述静止环组装体的在所述径向上的接触面形成，
所述第二压力作用直径与第二流体二次密封外周一致，并且该第二流体二次密封外周的直径比所述第二密封端部的直径大，其中，所述第二流体二次密封外周由所述第二○形环与所述密封盖的在所述径向上的接触面形成。
3.如权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，
所述静止环组装体由静止环滑动部和接头部构成，其中，在所述静止环滑动部上形成有所述静止环侧滑动面，所述静止环滑动部与所述第一○形环接触，所述接头部的至少一部分配置于比所述静止环滑动部靠近机外侧的位置，并与所述第二○形环接触，
所述静止环滑动部和所述接头部是分体形成的，所述静止环滑动部的机外侧端面即滑动部机外侧端面与所述接头部接触。
4.如权利要求3所述的机械密封装置，其特征在于，
所述密封盖具有盖侧卡合突起，该盖侧卡合突起在所述轴向上卡定所述第一○形环，以限制所述第一○形环的所述轴向上的动作，
所述盖侧卡合突起兼用作对所述接头部在所述轴向上脱落的情况进行防止的限位件。
5.如权利要求3所述的机械密封装置，其特征在于，
所述静止环滑动部由形成有所述静止环侧滑动面的滑动环和与所述第一○形环接触的护圈构成，
所述滑动环和所述护圈是分体形成的，所述滑动环固定于所述护圈。
6.如权利要求5所述的机械密封装置，其特征在于，
所述滑动环通过热压嵌合而固定于所述护圈上。
7.如权利要求5所述的机械密封装置，其特征在于，
所述滑动环隔着第三○形环而固定于所述护圈上。
8.如权利要求1所述的机械密封装置，其特征在于，
在所述密封盖中形成有连通路，该连通路在所述密封盖的外周表面上具有开口并贯穿至所述低压力室。
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