JP2001090846A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 横方向に延びる回転軸の外周に配置される静
止側密封要素が、その重量によって傾くことによる密封
性能の低下を防止する。 【解決手段】 横方向に延びる回転軸２の外周に配置さ
れる静止側密封要素４が、そのリテーナ４１の後端近傍
の外周を作動用Ｏリング５を介してハウジング１の内周
面に支持され、回転側密封要素３寄りの下部外周を、流
体が加圧供給されることにより軸受圧力を発生する静圧
軸受によりハウジング１の下部内周面１ｅから浮上支持
されることによって、ハウジング１と略同心的に保持さ
れると共に、軸方向及び径方向に対する追随作動性が確
保される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転軸の軸周を密封
するメカニカルシールに関する。

【０００２】

【従来の技術】回転軸が横方向（例えば水平）に延びる
ポンプ等の軸封手段として使用されるメカニカルシール
としては、図３に示されるようなものが用いられる。す
なわちこの種のメカニカルシールは、軸心が略水平な回
転軸１０６の外周に固定された回転側密封要素１０１に
対して密封的に摺接される静止側密封要素１０２が、回
転側密封要素１０１と反対側の端部寄りの外周を作動用
Ｏリング１０３を介してハウジング１０７の内周面に軸
方向移動可能な状態に保持されると共に、回転側密封要
素１０１寄りの外周部がコイルスプリング１０４により
回転側密封要素１０１側へ軸方向に付勢され、係合手段
１０５によって回り止めされた構造を有する。

【０００３】上記構成において、作動用Ｏリング１０３
による静止側密封要素１０２の支持位置が、この静止側
密封要素１０２の重心Ｇより後方へずれているが、この
種のメカニカルシールは、一般的には回転軸１０６の軸
径φが２００ｍｍ以下のものについて多く用いられ、こ
の場合は静止側密封要素１０２の重量が比較的小さいた
め、作動用Ｏリング１０３の弾性によって、この静止側
密封要素１０２は軸心が略水平になるように、言い換え
ればハウジング１０７と同心的に支持される。

【０００４】しかしながら、大型の排水ポンプや水車
等、軸径がφ３００ｍｍ以上の回転軸を軸封するための
メカニカルシールも、基本的に同様の構造のものを採用
した場合、静止側密封要素１０２の重量が数十ｋｇにも
及ぶため、作動用Ｏリング１０３の弾性では静止側密封
要素１０２をその軸心が水平となるように支持すること
が困難になる。

【０００５】図４はそのような場合の例を示すもので、
回転側密封要素（図示省略）と密封的に摺接される摺動
材１０２ａをリテーナ１０２ｂの端部にホルダ１０２ｃ
で嵌合固定した構造の静止側密封要素１０２は、その重
量によって作動用Ｏリング１０３の下部１０３ａを潰す
ように全体的に下方へ変位すると共に、前記作動用Ｏリ
ング１０３によるハウジング１０７との嵌合部を中心に
して、その軸心Ｏ’が回転軸１０６及びハウジング１０
７の軸心Ｏに対して角度θをなすように下方へ傾斜した
状態となっている。

【０００６】このため、符号Ｃ１あるいはＣ２で示され
る部分で静止側密封要素１０２の一部がハウジング１０
７とのカジリを発生し、その結果、メカニカルシールが
必要とする重要な機能の一つである軸方向及び径方向の
追随作動性が損なわれ、密封性能に悪影響を及ぼすおそ
れがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたもので、その主な技術的課題とする
ところは、横方向に延びる回転軸の外周に配置される静
止側密封要素が、その重量によって傾くことによる密封
性能の低下を有効に防止することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を有
効に解決するための手段として、本発明に係るメカニカ
ルシールは、横方向に延びる回転軸の外周に配置される
静止側密封要素が、回転側密封要素と反対側の端部寄り
の外周を作動用パッキングを介してハウジングの内周面
に支持され、前記回転側密封要素寄りの下部外周を前記
ハウジングとの間に画成した静圧軸受に供給する流体の
静圧で支持されることにより、前記ハウジングと略同心
的に保持されてなるものである。前記流体としては、典
型的には水等の液体が用いられる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明に係るメ
カニカルシールの好ましい一実施形態を示すものであ
る。この図において、参照符号１は大型水車等における
機体に固定されたハウジング、参照符号２はこのハウジ
ング１に水平方向に開設された軸孔の内周に同心的に挿
通された回転軸である。

【００１０】すなわち、回転軸２は軸心がほぼ水平であ
り、その軸周を密封するメカニカルシールは、回転軸２
の外周に密封的に固定された回転側密封要素３と、この
回転側密封要素３に軸方向に対向して前記回転軸の外周
に遊挿されると共にハウジング１の内周に作動用Ｏリン
グ５を介して挿入された静止側密封要素４と、この静止
側密封要素４を弾性付勢して前記回転側密封要素３に摺
接させる軸方向コイルスプリング６とを備える。

【００１１】静止側密封要素４は、円筒部４１ａ及びそ
の先端から外径側へ展開したフランジ部４１ｂを有する
環状のリテーナ４１と、前記フランジ部４１ｂの前面外
周部に円周方向複数配置されたボルト４３によって固定
された環状のホルダ４２と、外周部が前記フランジ部４
１ｂとホルダ４２の間にパッキング４４，４５を介して
密嵌固定され回転側密封要素３に摺接される環状の摺動
材４６とからなる。

【００１２】ハウジング１の内周は、静止側密封要素４
を収容可能であって回転側密封要素３側が大径となる段
差形状となっており、中間の環状段差部１ａには、軸方
向に延びる複数のスプリング保持穴１ｂ及び切欠部１ｃ
が円周方向交互に形成されている。静止側密封要素４を
回転側密封要素３へ向けて付勢する複数の軸方向コイル
スプリング６は、それぞれ前記スプリング保持穴１ｂの
底面と前記静止側密封要素４のリテーナ４１におけるフ
ランジ部４１ｂの背面との間に適当に圧縮された状態で
配置されている。

【００１３】静止側密封要素４のリテーナ４１における
円筒部４１ａの後端（回転側密封要素３と反対側の端
部）近傍の外周面には環状溝４１ｃが形成されており、
作動用Ｏリング５は、この環状溝４１ｃに装着されて、
ハウジング１における環状段差部１ａの小径側の内周面
１ｄに軸方向摺動可能に密接している。また、前記リテ
ーナ４１におけるフランジ部４１ｂの背面側（回転側密
封要素３と反対側）には板状の突部４１ｄが形成されて
おり、この突部４１ｄがハウジング１に形成された切欠
部１ｃと摺動自在に掛合することによって、静止側密封
要素４の回り止めがなされている。

【００１４】ハウジング１における環状段差部１ａの大
径側（回転側密封要素３側）の内周面のうち、静止側密
封要素４のリテーナ４１におけるフランジ部４１ｂの下
側となる下部内周面１ｅが、前記フランジ部４１ｂの外
周面とほぼ同一の曲率（同一半径）で形成されており、
この下部内周面１ｅには、ハウジング１の軸心の真下に
相当するボトム位置から、円周方向両側へ対称に延びる
帯状凹部１１が形成されている。したがって、ハウジン
グ１における前記下部内周面１ｅと、前記リテーナ４１
のフランジ部４１ｂの下部外周面との間には、前記帯状
凹部１１によって静圧軸受７となる空間が画成される。

【００１５】また帯状凹部１１からは、図示されていな
い給水管及びバルブ等を介して給水源に接続される導圧
孔１２が、ハウジング１の外周へ向けて開設されてい
る。このため、静圧軸受７は、導圧孔１２を通じて前記
給水源から水Ｗが継続的に加圧供給されることによっ
て、静止側密封要素４（リテーナ４１）をハウジング１
の下部内周面１ｅから微小隙間δを介して浮上させる静
圧による軸受力を与えられるものである。なお、帯状凹
部１１（静圧軸受７）の面積は、水Ｗの供給圧力及び静
止側密封要素４の重量を勘案して適切に設定される。

【００１６】ここで、静圧軸受７に供給する静圧の媒体
として水Ｗを用いているのは、排水ポンプや水車等にお
いては、機内空間Ａにおける密封対象が水であり、すな
わち、静圧軸受７に水Ｗが継続的に加圧供給されると、
その静圧軸受力の上昇によってリテーナ４１が浮上支持
され、これに伴いハウジング１の下部内周面１ｅとの間
に形成される微小隙間δを介して前記水Ｗが機内空間Ａ
側へ流出するからである。またこのため、前記微小隙間
δには水Ｗによる潤滑膜が介在しており、これによっ
て、静止側密封要素４は、軸方向移動自在に支持され
る。

【００１７】以上の構成において、回転側密封要素３は
回転軸２と共に回転し、一方、静止側密封要素４は、そ
のリテーナ４１に形成された突部４１ｄがハウジング１
に形成された切欠部１ｃと摺動自在に掛合することによ
って、非回転状態に保持されると共に、軸方向コイルス
プリング６の付勢力で先端の摺動材４６が前記回転側密
封要素３に押し付けられることによって、この摺動材４
６との間に密封摺動面Ｓが形成され、図１における右側
に存在する機内空間Ａ内の密封対象流体が、図１におけ
る左側に存在する機外の大気Ｂ中へ漏洩するのを防止し
ている。

【００１８】上記実施形態のメカニカルシールは、大型
の排水ポンプや水車等のような大径の回転軸２の外周に
配置されるものであるため、静止側密封要素４の重量が
数十ｋｇにも及ぶものである。しかし機器の運転状態で
は、先に説明したように、静圧軸受７に水Ｗが継続的に
加圧供給されることによって、前記リテーナ４１を、そ
のフランジ部４１ｂの外周面とほぼ同一の曲率（同一半
径）で形成された前記下部内周面１ｅから僅かに浮上し
た状態に支持する軸受力を与えられ、静止側密封要素４
は、その重心の軸方向両側で、作動用Ｏリング５及び前
記静圧軸受７による支持が行われるため、ハウジング１
との同心性が保持される。

【００１９】また、静止側密封要素４は、リテーナ４１
の円筒部４１ａの後端近傍に装着された作動用Ｏリング
５が、ハウジング１の小径内周面１ｄに軸方向摺動可能
に密接すると共に、前記リテーナ４１のフランジ部４１
ｂの下部外周面が、ハウジング１の大径側の下部内周面
１ｅに水Ｗによる潤滑液膜を介して浮上支持されること
によって、軸方向への円滑な作動性が確保されている。
このため、回転軸２の軸方向及び径方向の僅かな挙動
や、密封摺動面Ｓの摩耗に対して静止側密封要素４が良
好に追随し、密封摺動面Ｓにおける良好な密接状態を維
持することができる。

【００２０】静止側密封要素４の形状、寸法、重量等
は、機器の取り合い寸法によって千差万別であるが、上
記構成によれば、静止側密封要素４の同心性を保持する
手段として静圧軸受７を用いているため、供給する水圧
によって、静止側密封要素４の重量を支持し得る軸受力
を容易に与えることができる。

【００２１】なお本発明は、上述した一実施形態に限定
されるものではない。例えば、図示の例では静圧軸受７
（帯状凹部１１）が軸方向一箇所にのみ配置されている
が、静止側密封要素４（リテーナ４１）の形状や重量に
よっては、軸方向複数箇所に配置しても良い。

【００２２】また、先に説明したように、静圧軸受７に
継続的に加圧供給される流体は、リテーナ４１の浮上に
よりハウジング１の下部内周面１ｅとの間に形成される
微小隙間δを介して機内空間Ａ側へ流出するため、機内
空間Ａ内の密封対象流体と同種の液体を用いることが好
ましく、ポンプ等においては、機内のポンプ室のポンプ
圧力を利用し、その被送流体の一部を静圧の媒体とし
て、前記静圧軸受７への静圧供給を行うことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明のとおり本発明に係るメカニ
カルシールによると、軸径の大きな機器に使用される大
重量の静止側密封要素を有するものであっても、この静
止側密封要素が、流体の静圧の供給により軸受力を発生
する静圧軸受によって、ハウジングと同心的に、かつ軸
方向移動自在に支持されるので、軸心に対する密封摺動
面の垂直性及び軸変位等に対する良好な追随作動性が維
持され、優れた密封性能が得られる。

【００２４】静止側密封要素を同心的に支持する方法と
しては、一般的にはガイドピンを用いるといった機械的
手段が採用されるが、このような機械的手段では静止側
密封要素との接触部に経時的に摩耗を生じることが避け
られない。これに対し、本発明では流体による静圧軸受
で支持するため、このような経時変化が発生せず、しか
も軸方向追随動作の際の摩擦抵抗が著しく小さいので、
安定した性能を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメカニカルシールの好適な一実施
形態を軸心を通る平面で切断して示す断面図である。

【図２】図１におけるII−II線位置で切断して示す部分
的な断面図である。

【図３】従来技術に係るメカニカルシールを軸心を通る
平面で切断して示す概略的な断面図である。

【図４】従来技術に係るメカニカルシールの静止側密封
要素に傾きを生じた状態を軸心を通る平面で切断して示
す、回転側密封要素を省略した断面図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 回転軸 ３ 回転側密封要素 ４ 静止側密封要素 ５ 作動用Ｏリング（作動用パッキング） ７ 静圧軸受 Ｗ 水（流体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 真己 新潟県五泉市中川新514番地 新潟イーグ ル株式会社内 Ｆターム(参考） 3J041 AA02 BA02 BA04 BD01 DA20 3J102 AA02 BA03 BA17 CA32 EA03 EA06 EA09 EA13 GA06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横方向に延びる回転軸の外周に配置され
   る静止側密封要素が、回転側密封要素と反対側の端部寄
   りの外周を作動用パッキングを介してハウジングの内周
   面に支持され、前記回転側密封要素寄りの下部外周を前
   記ハウジングとの間に画成した静圧軸受に供給する流体
   の静圧で支持されることにより、前記ハウジングと略同
   心的に保持されたことを特徴とするメカニカルシール。