JP2005048818A

JP2005048818A - Mechanical seal

Info

Publication number: JP2005048818A
Application number: JP2003204490A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Fujinaga; 繁行藤永; Noriyuki Yamamoto; 範之山本
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP3997184B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanical seal which can give a strong quenching function by increasing the supply pressure or supply volume of quenching fluid, and can give an excellent sealing function even for slurry fluid. <P>SOLUTION: A cartridge type mechanical seal is composed of a stationary side sealing element (3) composed of a seal case (8) and a group of members to be fixed to the seal case (8), and a rotary side sealing element (4) composed of a sleeve (22) which is inserted and fixed to a rotary shaft (2) and a group of members to be fixed to the sleeve (22), so as to be integrally connected by means of dismountable setting jaws (7). A secondary sealing member (6) for sealing a quenching chamber (5) and an outside region (B) gives a sealing function by a relative rotary sliding function between a movable sealing ring (40), which is movably held in the axial direction by one of a seal case (8) and the sleeve (22), and a fixed sealing ring (41) fixed to the other of the seal case (8) and the sleeve (22). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールケース側の密封環と回転軸側の密封環との相対回転摺接作用により機内領域と機外領域とを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のメカニカルシールとしては、図７に示す如く、回転機器の軸封部ケーシング１０１に取り付けられたシールケース１０８と、シールケース１０８に軸線方向移動可能に保持された静止密封環１０９と、回転軸１０２にストッパーリング１２４により挿通固定されたスリーブ１２２と、スリーブ１２２に静止密封環１０９に対向して固定された回転密封環１２３と、静止密封環１０９に相対回転不能に係合保持されたスプリング受体１１０と、スプリング受体１１０に対向して、シールケース１０８に取り付けられたスプリング保持体１１１と、スプリング受体１１０とスプリング保持体１１１との間に装填されて、静止密封環１０９を回転密封環１２３に押圧附勢するコイルスプリング１１２と、スプリング受体１１０とスプリング保持体１１１との間に介装されて、静止密封環１０９のシールケース１０８に対する相対回転を軸線方向移動を許容しつつ阻止するドライブピン１２０とを具備して、両密封環１０９，１２３の相対回転摺接作用により、機内領域Ａと機外領域（大気領域）Ｂとを遮蔽シールするように構成されたもの（以下「従来シール」という）が公知である。
【０００３】
而して、従来シールにあっては、スプリング受体１１０は、静止密封環１０９の端部に嵌合されており、その嵌合部分における相対回転が、スプリング受体１１０に設けたピン１１０ａを静止密封環１０９に形成した係合溝に係合させることによって、阻止されている。また、スプリング保持体１１１の一端部には周方向に所定間隔を隔てて環状に並列する第１凹部１１１ａが形成されており、他端部には、第１凹部１１１ａに干渉しない第２凹部１１１ｂが形成されている。第１凹部１１１ａには、コイルスプリング１１２の一端部が係合保持されている。また、ドライブピン１２０はスプリング受体１１０に螺合固着されていて、その先端部がスプリング保持体１１１を貫通して第２凹部１１１ｂへと突出されている。そして、ドライブピン１２０の先端部には、第２凹部１１１ｂ内において軸線方向移動を許容される大径の抜け止め部１２０ａが形成されている。したがって、静止密封環１０９は、スプリング受体１１０及びドライブピン１２０を介してスプリング保持体１１１に相対回転不能に係止され、且つドライブピン１２０の抜け止め部１２０ａが第２凹部１１１ｂ内を移動しうる範囲において軸線方向移動を許容されるようになっている。また、スプリング保持体１１１は、これに突設したピン１１１ｃをシールケース１０８の外端部を構成する蓋体１０８ａに係合させることにより、シールケース１０８に対する相対回転を阻止されている。また、蓋体１０８ａの内周部にスリーブ１２２との間をシールする弾性シール１０６を設けて、スリーブ１２２とシールケース１０８との間に形成されたクエンチング室１０５にクエンチング液１３６を供給することにより、クエンチング機能（密封環１０９，１２３の冷却，洗浄等）を発揮させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、メカニカルシールは、回転機器の機能を左右する重要な役割（軸封）を果たすものではあるが、回転機器の主要部をなすものではないことから、構造的にもコスト的にも可及的にコンパクトなものとしておくことが要請される。つまり、回転機器の主要部品と附属部品であるメカニカルシール等とは、構造的，経済的な許容度は大きく異なり、メカニカルシールのような附属部品に許容される構造的，経済的負担は極力低減しておくことが要請される。一方、メカニカルシールの構成部品は、シール機能に直結するために形状変更や構成変更が殆ど許容されない密封環等の主要部品と、かかる主要部品の機能に悪影響を及ぼさない範囲であれば、形状変更や部品点数の削除を含む構成変更をある程度自由に行うことができる附属部品とに大別することができる。したがって、上記した要請を満足するためには、このような附属部品（静止密封環の附勢手段や回転阻止手段を構成する部品等）の形状を可及的にシンプルなものとする等の工夫をしておくことが好ましい。
【０００５】
かかる観点から従来シールの構成を検討してみると、例えば、スプリング受体１１０は、コイルスプリング１１２を受け止めるためのものであるから、コイルスプリング１２１を受け止めるに十分な径を有するものであればよく、形状シンプルにして製作コストの安価な環状板で構成しておくことが可能である。しかし、スプリング受体１１０には、静止密封環１０９の端部への嵌合部分とドライブピン１２０を螺合固着するための螺子孔部分が必要である。したがって、スプリング受体１１０は、かかる嵌合部分及び螺子孔部分を確保するために必要且つ十分な大きさのものとしておく必要があり、上記した環状板のようなシンプル形状とすることができないことから、スプリング受体１１０ひいてはメカニカルシール全体の大型化を招くことになると共に製作コストも低減することができない。
【０００６】
このように、従来シールでは、形状のシンプル化や部品点数の低減を図りうる余地のある構成部分が存在するものの、かかる構成部分を上記した要請を満足しうるように改良することができないものであった。
【０００７】
本発明は、シール機能に直結しない附属部品について形状のシンプル化と部品点数の削除を可及的に図ることにより、上記した要請を満足しうるメカニカルシールを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シールケースの内周部に軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、シールケース及び静止密封環を洞貫する回転軸に固定された回転密封環と、シールケースに設けたスプリング保持体と静止密封環に設けたスプリング受体との間に介装されて静止密封環を回転密封環へと押圧接触させるスプリング部材とを具備して、両密封環の相対回転摺接部分で機内領域と機外領域とを遮蔽シールするように構成されたメカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、次のように構成しておくことを提案するものである。
【０００９】
すなわち、スプリング受体を環状板で構成すると共に、静止密封環の基端部分に、スプリング受体を挿通させる挿通部とスプリング受体の挿通部から回転密封環方向への移動を阻止する係止部とを形成して、挿通部に挿通させたスプリング受体をスプリング部材による附勢力により係止部に衝合保持させるように構成する。また、静止密封環の基端部分に軸線方向に延びる切欠溝を形成して、この切欠溝にシールケースに設けた係止ピンを係合させることにより、静止密封環のシールケースに対する軸線方向の相対移動を許容しつつその相対回転を阻止するように構成する。
【００１０】
また、好ましい実施の形態にあっては、スプリング保持体がシールケースの内周部に嵌合保持された環状体であり、係止ピンがその両端部をスプリング保持体の内外周面から突出させた状態でスプリング保持体に保持されたものであり、係止ピンの一端部であってスプリング保持体の外周面から突出する部分をシールケースの内周部に形成した係合溝に係合させることにより、スプリング保持体のシールケースに対する相対回転が阻止されており、係止ピンの他端部であってスプリング保持体の内周面から突出する部分を前記静止密封環の切欠溝に係合させることにより、静止密封環のシールケースに対する相対回転が阻止される。また、回転軸とシールケースとの間に、両密封環により機内領域と遮蔽されると共に当該密封環の機外領域側に設けた二次シール部材により機外領域と遮蔽された閉塞空間たるクエンチング室を形成して、このクエンチング室にクエンチング液を給排するように構成される。この場合において、高圧のクエンチング液の供給を可能ならしめるために、二次シール部材を、シールケース及び回転軸の一方に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と他方に固定された固定密封環との相対回転摺接作用によりクエンチング室と機外領域とを遮蔽シールするメカニカルシール構造をなすものに構成しておくことが好ましい。また、当該メカニカルシールは、回転機器への取り付け及び取り外しを容易に行なうために、シールケース及びこれに取り付けられる部材群からなる静止側密封要素と回転軸に挿通固定されるスリーブ及びこれに取り付けられる部材群からなる回転側密封要素とを着脱自在なセット爪により一体連結しうるように構成したカートリッジ形のものとしておくことが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて具体的に説明する。
【００１２】
図１〜図３は本発明に係るメカニカルシールの一例を示したもので、図１はカートリッジ形メカニカルシールＭ１の回転機器への組み込み状態を示す縦断側面図であり、図２はその要部の拡大図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う要部の縦断正面図である。
【００１３】
すなわち、このメカニカルシールＭ１は、図１に示す如く、回転機器の軸封部ケーシング１とこれを貫通して機器外に突出する回転軸２との間に介装されて、機内領域（当該回転機器の内部領域）Ａと機外領域（当該回転機器の外部領域）たる大気領域Ｂとを遮蔽シールするものであり、静止側密封要素３と回転側密封要素４とを、複数個のセット爪７により当該メカニカルシールＭ１の軸封部ケーシング１及び回転軸２への着脱時に一体連結させておくように構成されたカートリッジ形のものである。また、このメカニカルシールＭ１には、二次シール部材６によりシールされた閉塞空間たるクエンチング室５が形成されていて、このクエンチング室５にクエンチング液３６を給排することによりクエンチングを行ないうるように工夫されている。以下の説明において、前後とは図１及び図２における左右を意味するものとする。
【００１４】
静止側密封要素３は、図１に示す如く、軸封部ケーシング１に取り付けられる環状のシールケース８と、シールケース８の内部に設けられた静止密封環９と、静止密封環９に取り付けられたスプリング受体１０と、スプリング受体１０とシールケース８との間に配設されたスプリング部材１２と、二次シール部材６の静止側要素（シールケース８側に保持される可動密封環４０，スプリング部材４２，Ｏリング４３）とを具備する。
【００１５】
シールケース８は、図１に示す如く、ケース本体１４にスプリング保持体１１及びセット爪係合体１３を設けてなる。ケース本体１４は円形内周部を有する筒状をなし、これを回転軸２が同心状に洞貫する状態で適当数のボルト１５により軸封部ケーシング１の後端部に取付けられている。スプリング保持体１１は、ケース本体１４と別体に構成された円環状のものであり、ケース本体１４の内周部に嵌合固定されている。セット爪係合体１３は、ケース本体１４と別体に構成された円筒体であって、ケース本体１４の後端部に、ケース本体１４の内周部及びスプリング保持体１１と同心をなして、取り付けられている。
【００１６】
静止密封環９は、図２に示す如く、円筒状の保持体１７とこれに固着した環状の密封環本体１８とからなり、Ｏリング１９及び係止ピン（ドライブピン）２０を介してシールケース８の内周部に軸線方向（前後方向）に移動可能に且つ相対回転不能に保持されている。
【００１７】
保持体１７は、外周部が後方へと順次小径となる階段状に形成されたもので、前端部である保持部１７ａとその後端に連なり且つ外径を保持部１７ａより小径とする二次シール部１７ｂとその後端に連なり且つ外径を二次シール部１７ｂより小径とする挿通部１７ｃとからなる。保持部１７ａには、密封環本体１８が内嵌状に固着されており、二次シール部１７ｂは、シールケース８の前端側内周部に二次シールたるＯリング１９を介して軸線方向に移動自在に内嵌保持されている。なお、Ｏリング１９の軸線方向への移動範囲は、密封環９の保持部１７ａの後端部１７ｄとケース本体１４の内周部に形成した環状壁部１４ａとによって規制されている。環状壁部１４ａの内径は、密封環９の保持部１７ａの外径より小さく且つ二次シール部１７ｂの外径より若干大きく設定されている。
【００１８】
静止密封環９の基端部分（後端部分）には軸線方向に延びる切欠溝２１が形成されていて、この切欠溝２１にシールケース８に設けた係止ピン２０を係合させることにより、静止密封環９のシールケース８に対する軸線方向の相対移動を許容しつつその相対回転を阻止するようになっている。この例では、各切欠溝２１は、図２に示す如く、保持体１７の挿通部１７ｃに形成されており、その前端部（切欠溝２１の先端部）は二次シール部１７ｂの後端部まで延長されている。また、係止ピン２０及び切欠溝２１は、図３に示す如く、直径方向に対向する２箇所に設けられている。
【００１９】
係止ピン２０は、シールケース８にスプリング保持体１１を介して固定されるものであり、スプリング保持体１１のシールケース８に対する相対回転を阻止する手段としても機能するものに構成されている。すなわち、各係止ピン２０は円柱状のもので、一端部に大径の円形頭部２０ａが一体形成されている。スプリング保持体１１には、直径方向に対向する位置に配して、当該スプリング保持体１１を径方向に貫通する一対のピン孔１１ａ，１１ａが形成されている。而して、各係止ピン２０は、一端部であるピン頭部２０ａをスプリング保持体１１の外周面に突出させると共に他端部（係止ピン２０の先端部）２０ｂをスプリング保持体１１の内周面から突出させた状態で、ピン孔１１ａに挿通されている。ピン先端部２０ｂは切欠溝２１に係合されており、ピン頭部２０ａはシールケース８の内周部（ケース本体１４の内周部における後端部）に形成した係合溝８ａに係合されている。係合溝８ａは、図３に示す如く、スプリング保持体１１の径方向においてピン頭部２０ａの移動を阻止しうる半円柱形状をなすものである。スプリング保持体１１はケース本体１４の内周部に嵌合されており、ケース本体１４に適当数のビス１６により取り付けられた環状のセット爪係合体１３によって軸線方向移動を阻止されている。したがって、ピン頭部２０ａの係合溝８ａへの係合によりスプリング保持体１１のシールケース８に対する相対回転が阻止され、ピン先端部２０ｂの切欠溝２１への係合により静止密封環９のシールケース８に対する相対回転が阻止される。
【００２０】
スプリング受体１０は、図２に示す如く、環状板で構成されており、保持体１７の保持部１７ｃに挿通保持されており、前方への移動（後述する回転密封環２３方向への移動）は二次シール部１７ｂの後端部で形成される係止部１７ｅによって阻止される。すなわち、保持部１７ｃに挿通されたスプリング受体１０は、これとスプリング保持体１１との間に介装されたスプリング部材１２による押圧力により、係止部１７ｅに衝合した状態に保持される。
【００２１】
スプリング部材１２は、図２に示す如く、スプリング保持体１１とスプリング受体１０との間に介装された複数のコイルスプリング１２ａで構成されており、静止密封環９を前方へと押圧附勢している。コイルスプリング１２ａは、図３に示す如く、スプリング保持体１１の前端部に周方向に等間隔を隔てて形成した第１凹部１１ｂに係合保持されている。
【００２２】
回転側密封要素４は、図１に示す如く、回転軸２に挿通されたスリーブ２２と、回転軸２にスリーブ２２を介して固定保持された回転密封環２３と、スリーブ２２を回転軸２に固定するためのストッパーリング２４と、二次シール部材６の回転側要素（回転軸２（スリーブ２２）側に保持される固定密封環４１，Ｏリング４５，ドライブピン４６）とを具備する。
【００２３】
スリーブ２２は、図１に示す如く、その後端部をシールケース８から突出させた状態で回転軸２に挿通固定される。スリーブ２２は前端部２２ａを除いて薄肉の円筒形状をなすものであり、後端部には複数のセット孔２２ｂが穿設されている。スリーブ２２の前端部２２ａの内周部には、回転軸２との間を二次シールするＯリング２６が保持されている。
【００２４】
回転密封環２３は、図１及び図２に示す如く、スリーブ２２の前端部に固定されている。すなわち、スリーブ２２の前端部２２ａにはＯリング２７及びドライブピン２８を介して保持体２９が外嵌固定されており、この保持体２９の後端部に、Ｏリング３０及びドライブピン３１を介して、回転密封環２３が内嵌固定されている。回転密封環２３には、静止密封環９つまり密封環本体１８がコイルスプリング１２ａにより押圧接触されている。静止密封環９の密封環本体１８と回転密封環２３との対向端面は、軸線に直交する環状平滑面をなす密封端面１８ａ，２３ａに形成されている。特に、密封環本体１８の先端部は、図２に示す如く、尖端形状に形成されていて、密封端面１８ａを微小幅の環状面となしている。なお、静止密封環９の密封環本体１８及び回転密封環２３の構成材はシール条件等に応じて適宜に選定されるが、この例では、特に両者１８，２３を炭化珪素製のものとしてある。
【００２５】
ストッパーリング２４は、図１に示す如く、スリーブ２２の後端部に嵌合された円環状体であり、周方向に適当間隔を隔てて径方向に貫通する複数個の第１及び第２ネジ孔２４ａ，２４ｂが穿設されている。スリーブ２２の後端部には、各第２ネジ孔２４ｂに合致する同数のセット孔２２ｂが穿設されている。ストッパーリング２４は、各第１ネジ孔２４ａに螺合させた第１セットスクリュー３２ａをスリーブ２２の外周面へと締め付けることにより、スリーブ２２の後端部に固定される。スリーブ２２は、これにストッパーリング２４を固定した上、各第２ネジ孔２４ｂに螺合させた第２セットスクリュー３２ｂを締め付けて、当該セットスクリュー３２ｂの先端部をセット孔２２ｂを通して回転軸２の外周面へと締め付けることにより、回転軸２に固定される。このように、ストッパーリング２４に設けた各第１及び第２セットスクリュー３２ａ，３２ｂを締め付けることにより、スリーブ２２を回転軸２に固定させることができ（図１に示す状態）、各第２セットスクリュー３２ｂを緩めることにより、スリーブ２２を回転軸２に挿脱自在となすことができる。
【００２６】
クエンチング室５は、図１に示す如く、回転軸２とシールケース８との間に形成された閉塞空間であって、両密封環９，２３の相対回転摺接部分１８ａ，２３ａの内周側領域を含むものであり、機外領域Ｂとは両密封環９，２３の機外側（後方側）に配置した二次シール部材６によってシールされている。すなわち、クエンチング室５は、機内領域Ａとの間を両密封環９，２３（及びＯリング１９）によってシールされると共に機外領域Ｂとの間を二次シール部材６によってシールされたものである。而して、シールケース８のケース本体１４には、これを径方向に貫通して、クエンチング室５に開口する給排液通路３４，３５が形成されていて、供液通路（クエンチ通路）３４からクエンチング室５に供給されたクエンチング液（一般に、冷却水）３６により、クエンチング作用つまり密封環９，２３等の冷却及び機内領域Ａから漏洩残渣等の洗浄を行なうようになっている。また、冷却，洗浄後のクエンチング液３６ａは、クエンチング室５から排液通路（ドレン）３５を経てシールケース８外に排出されるようになっている。なお、ケース本体１４には、前記相対回転摺接部分１８ａ，２３ａの外周側に開口するフラッシング通路３８が形成されており、このフラッシング通路３８からフラッシング液３７を供給することにより当該相対回転摺接部分１８ａ，２３ａの冷却を行なうようになっている。
【００２７】
二次シール部材６は、図１に示す如く、シールケース８に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環４０と、その後方に配して回転軸２に固定された固定密封環４１と、可動密封環４０を固定密封環４１へと押圧附勢するスプリング部材４２とを具備して、両密封環４０，４１の対向端面である密封端面４０ａ，４１ａの相対回転摺接作用によりクエンチング室５と機外領域Ｂとの間をシールするメカニカルシールに構成されている。
【００２８】
可動密封環４０は、セット爪係合体１３の内周部にＯリング４３を介して軸線方向に移動可能に保持されており、前記スプリング保持体１１に突設したドライブピン４４を当該密封環４０に形成した凹部４０ｂに係合させることによって、軸線方向への移動を許容しつつシールケース８に対する相対回転を阻止されている。スプリング部材４２は、図２に示す如く、前記スプリング保持体１１と可動密封環４０との間に介装された複数のコイルスプリング４２ａで構成されており、可動密封環４０を固定密封環方向（後方）へと押圧附勢している。コイルスプリング４２ａは、図３に示す如く、スプリング保持体１１の後端部に周方向に適当間隔を隔てて形成した第２凹部１１ｃに係合保持されている。このように、スプリング保持体１１は、可動密封環４０の回転阻止手段及びスプリングリテーナとして兼用されている。なお、スプリング保持体１１におけるピン孔１１ａ、凹部１１ｂ，１１ｃ及びドライブピン４４は、相互に干渉しないように配置されている。
【００２９】
固定密封環４１は、図１及び図２に示す如く、可動密封環４０とストッパーリング２４との配してスリーブ２２に固定されている。固定密封環４１の固定は、ストッパーリング２４を利用して行なわれている。すなわち、固定密封環４１はスプリング部材４２による附勢力によって可動密封環４０を介してストッパーリング２４方向へと押圧されるが、その押圧方向への移動（軸線方向移動）はストッパーリング２４に衝合することによって阻止されている。また、固定密封環４１の回転は、ストッパーリング２４に突設したドライブピン４６を当該密封環４１に形成した凹部４１ｂに係合させることによって阻止されている。なお、固定密封環４１とスリーブ２２との間はＯリング４５によってシールされている。また、密封環４０，４１の構成材は一般的なメカニカルシールにおける密封環と同様であり、例えば可動密封環４０としてカーボン製のものを使用し、固定密封環４１として炭化珪素等のセラミックス製のものや超硬合金製のものを使用する。
【００３０】
而して、二次シール部材６によれば、両密封環４０，４１の対向端面たる密封端面４０ａ，４１ａの相対回転摺接作用により、クエンチング室５を機外領域Ｂから遮蔽シールすることができ、クエンチング室５に供給させるクエンチング液３６を高圧とした場合或いは供給液量が多くした場合にも、これを良好にシールすることができる。
【００３１】
セット爪７は、図１に示す如く、先端部（前端部）をセット爪係合体１３に形成した環状突起１３ａに係合させた状態で、基端部（後端部）をストッパーリング２４にボルト３３により取り付けることにより、シールケース８及びこれに取り付けられる部材群からなる静止側密封要素３とスリーブ２２及びこれに取り付けられる部材群からなる回転側密封要素４とを一体連結するものであり、メカニカルシールＭ１を使用形態と同一形態をなすカートリッジ構造に組み立てるものである。組み立ては、次のような手順で行なわれる。まず、スリーブ２２の前端部２２ａに保持体２９を介して回転密封環２３を固定保持させる。次に、Ｏリング１９を嵌合させた静止密封環９を、回転密封環２３に対向させた状態で、スリーブ２２に挿通させた上、スリーブ２２の後端側部分を、ケース本体１４に、その前方から挿通させて、静止密封環９の二次シール部１７ｂの後端部を環状壁１４ａより後方に突出させる。そして、静止密封環９の挿通部１７ｃにスプリング受体１０を挿通させた上、第１凹部１１ｂにコイルスプリング１２ａを保持させると共にピン孔１１ａに係止ピン２０を挿通保持させたスプリング保持体１１を、ピン頭部２０ａをケース本体１４の係合溝８ａに係合させると共にピン先端部２０ｂを静止密封環９の切欠溝２１に係合させた状態で、ケース本体１４の内周部に嵌合させる。さらに、スプリング保持体１１の第２凹部１１ｃにコイルスプリング４２ａを保持させると共に、内周部にＯリング４３を介して可動密封環４０を嵌合保持させたセット爪係合体１３をケース本体１４に取り付ける。しかる後、固定密封環４１を可動密封環４０に対向させた状態でスリーブ２２に挿通させた上、スリーブ２２の後端部に第１セットスクリュー３２ａによりストッパーリング２４を取り付けると共に、セット爪係合体１３とストッパーリング２４とをセット爪７により連結することによって、両密封要素３，４の軸線方向及び径方向における位置関係が使用形態と同一となるように位置決めされたカートリッジ構造のメカニカルシールＭ１が組み立てられる。なお、ストッパーリング２４のスリーブ２２への取り付けに際しては、第２セットスクリュー３２ｂの先端をセット孔２２ｂに突入させておくことにより、第１セットスクリュー３２ａを必要以上に強く締め付けることなく、ストッパーリング２４のスリーブ２２に対する軸線方向移動を阻止することが可能となる。而してして、このように組み立てられたメカニカルシールＭ１は、スリーブ２２を回転軸２に挿通させた上、シールケース８つまりケース本体１４を軸封部ケーシング１に取り付けると共に、第２セットスクリュー３２ｂによりスリーブ２２を回転軸２に固定させることにより、回転機器に組み込まれる。このように、メカニカルシールＭ１は使用形態と同一形態に組み立てられた状態で、そのまま回転機器に組み込むことができ、組み込み作業を効率良く行なうことができる。組み込み後は、セット爪７を取り外して両密封要素３，４の連結を解除することにより、直ちに、良好なシール機能を発揮させることができる。また、保守点検時等においては、セット爪７を取り付けて両密封要素３，４を連結すると共に第２セットスクリュー３２ｂを緩めて回転軸２とスリーブ２２との連結を解除することによって、メカニカルシールＭ１を組み立て状態で回転機器から容易に取り外すことができる。
【００３２】
以上のように構成されたメカニカルシールＭ１は、冒頭で述べた要請（構造的，コスト的に可及的にコンパクトなものとする）を満足しつつ、良好なシール機能を発揮するものである。
【００３３】
すなわち、スプリング受体１０が環状板であり、スプリング部材１２の弾性力を受けるに十分な強度を有するものであればよいこと、及びシールケース８側に設けた係止ピン２０を静止密封環９の切欠溝２１に係合させることにより、静止密封環９を軸線方向移動を許容しつつ回転阻止するようにして、スプリング保持体１１をスプリング保持用の凹部１１ｂを形成しうるに必要最小限の大きさのものとできるようにしたことから、静止密封環１０９の端部への嵌合部分やドライブピン１２０を螺合固着するための螺子孔部分を確保するに十分な大きさを必要とするスプリング受体１１０及びドライブピン１２０の抜け止め部１２０ａが移動するための第２凹部１１１ｂを確保するに十分な大きさを必要とするスプリング保持体１１２を使用する従来シールに比して、構造簡略化及び低コスト化を図ることができる。また、スプリング保持体１２をシールケース８に一体形成せず、別体に構成しているが、スプリング保持体１２のケース本体１４への固定（相対回転阻止）を静止密封環９の回転阻止手段である係止ピン２０を利用して行なうようにしたから、スプリング保持体１２の固定構造を簡略化できる。
【００３４】
また、機内領域Ａの流体が凝固成分，固形成分等のスラリ成分を含む液体（スラリ流体）である場合、密封端面１８ａ，２３ａ間からの微少漏れを放置しておくと、スラリ成分が密封端面１８ａ，２３ａの摺動熱により固化する等により密封端面１８ａ，２３ａに付着して、良好なシール機能が阻害される虞れがある。したがって、密封端面１８ａ，２３ａ等をクエンチング室５に供給されたクエンチング液３６により洗浄する必要があるが、上記したメカニカルシールＭ１では、クエンチング室５をシールする二次シール部材６として密封環４０，４１からなるメカニカルシールを使用していることから、従来シールのように弾性シール１０６を使用した場合に比して、クエンチング室５へのクエンチング液圧ないし供給量を高めておくことができ、クエンチング液３６による洗浄を効果的に行なうことができる。また、密封端面１８ａを微少幅のナイフエッジ形状としておくことにより、密封端面１８ａ，２３ａへの付着物を削り取ることができるが、削り取られた残滓は、高圧又は多量のクエンチング液３６によりクエンチング室５から良好に排出され、メカニカルシールＭ１内に残留，堆積することがない。これらのことから、上記メカニカルシールＭ１によれば、スラリ流体に対しても良好なシール機能を発揮することができる。
【００３５】
また、上記メカニカルシールＭ１では、クエンチング室５の機外領域Ｂ側をメカニカルシール６でシールさせるようにしているが、スプリング部材４２の保持手段としてスプリング部材１２用の保持手段（スプリング保持体１１）を兼用していること、可動密封環４０の回転阻止を密封環４０自体に形成した凹部４０ｂとスプリング保持体１１に突設したドライブピン４４との係合によって行なっていること、固定密封環４１の固定手段としてストッパーリング２４及びスプリング部材４２を利用していることから、二次シール部材６をメカニカルシール構造としているにも拘らず、当該メカニカルシールＭ１の全長（軸線方向長さ）を可及的に短尺化することできる。かかる点は、カートリッジ形メカニカルシールにおいて、極めて優れた利点である。
【００３６】
ところで、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。例えば、機内領域Ａの流体の性状によっては、クエンチング室５へのクエンチング液３６の供給圧，供給量を高くしておく必要がない場合があるが、かかる場合には、二次シール部材６として、図４及び図５に示す如きスロットルブッシュ６ａや図６に示す如き弾性シール（Ｖシール）６ｃを使用することができる。すなわち、図４及び図５に示すメカニカルシールＭ２では、セット爪係合体１３の端部（後端部）に環状の保持壁１３ｂを設けて、この保持壁１３ｂとスプリング保持体１１との対向端面間に、スリーブ２２との間に極く僅かな隙間を有するスロトットルブッシュ６ａを挟圧保持させてある。スロットルブッシュ６ａの回転は、スプリング保持体１１に突設したドライブピン６ｂにより阻止されている。また、図６に示すメカニカルシールＭ３では、セット爪係合体１３の端部（後端部）に環状のシール壁１３ｃを設けて、このシール壁１３ｃにスリーブ２２に嵌合固定したＶシール６ｃのリップ部（シール部）を圧接させてある。ところで、これらのメカニカルシールＭ２，Ｍ３では、セット爪７にセット爪係合体１３とストッパーリング２４との間隔を規制する突起７ａを設けて、メカニカルシールＭ２の組み立て時における軸線方向の位置決めを容易ならしめるように図っている。また、メカニカルシールＭ３では、シールケース８を、ケース本体１４とこれに取り付けられる環状の蓋体２５とこれに取り付けられるセット爪係合体１３とで構成して、蓋体２５の内周部にスプリング保持体１１を一体形成すると共に係合ピン２０を突設してある。なお、メカニカルシールＭ２，Ｍ３の構成は、上記した構成を除いて、前記メカニカルシールＭ１と同一である。
【００３７】
また、本発明は、上記したカートリッジ形のメカニカルシールＭ１，Ｍ２，Ｍ３の他、各構成部材を各別に一定の手順で回転機器の軸封部に組み込むようにしたメカニカルシールにも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解されるように、本発明のメカニカルシールは、静止密封環の附勢手段ないし回転阻止手段を構成する部品の形状を可及的にシンプルなものとし、且つ当該手段の部品点数を低減したものであるから、構造簡単にして安価に製作することができ且つ組み立ても容易であり、極めて実用的価値の高いものである。また、本発明のメカニカルシールによれば、クエンチング室の機外側をシールする二次シール部材をメカニカルシール構造としておくことにより、クエンチング液の供給圧ないし供給量を高くして、強力なクエンチング機能を発揮させることができ、スラリ流体に対しても良好なシール機能を発揮させることができる。また、本発明によれば、回転機器への脱着作業を容易に行なうことができるコンパクトなカートリッジ形メカニカルシールを提供することができる。
【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一例を示したもので、回転機器への組み込み状態を示す縦断側面図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す縦断側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う縦断正面図である。
【図４】本発明に係るメカニカルシールの変形例を示す図１相当の縦断側面図である。
【図５】図４の要部を拡大して示す縦断側面図である。
【図６】本発明に係るメカニカルシールの他の変形例を示す図１相当の縦断側面図である。
【図７】従来シールを示す縦断側面図である。
【符号の説明】
Ａ…機内領域、Ｂ…機外領域、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…メカニカルシール、１…軸封部ケーシング、２…回転軸、３…静止側密封要素、４…回転側密封要素、５…クエンチング室、６…二次シール部材、７…セット爪、８…シールケース、８ａ…係合溝、９…静止密封環、１０…スプリング受体、１１…スプリング保持体、１１ａ…ピン孔、１１ｂ…第１凹部、１１ｃ…第２凹部、１２…スプリング部材、１２ａ…コイルスプリング、１３…セット爪係合体、１４…ケース本体、１７…保持体、１７ａ…保持部、１７ｂ…二次シール部、１７ｃ…挿通部、１７ｅ…係止部、１８…密封環本体、１８ａ，２３ａ…密封端面（相対回転摺接部分）、２０…係止ピン、２０ａ…ピン頭部、２０ｂ…ピン先端部、２１…切欠溝、２２…スリーブ、２３…回転密封環、２４…ストッパーリング、３４…供液通路、３４…排液通路、３６，３６ａ…クエンチング液、４０…可動密封環、４０ａ，４１ａ…密封端面（相対回転摺接部分）、４１…固定密封環、４２…スプリング部材、４２ａ…コイルスプリング。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an end surface contact type mechanical seal configured to shield and seal an in-machine region and an out-of-machine region by a relative rotational sliding contact action between a seal ring on a seal case side and a seal ring on a rotary shaft side. is there.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 7, a conventional mechanical seal includes a seal case 108 attached to a shaft seal portion casing 101 of a rotary device, a stationary seal ring 109 held in the seal case 108 so as to be movable in the axial direction, and a rotary shaft. 102, a sleeve 122 inserted and fixed by a stopper ring 124, a rotary seal ring 123 fixed to the sleeve 122 so as to oppose the stationary seal ring 109, and a spring receiver engaged and held by the stationary seal ring 109 so as not to be relatively rotatable. The body 110, a spring holder 111 attached to the seal case 108 opposite to the spring receiver 110, and the spring holder 110 and the spring holder 111 are loaded between the stationary seal ring 109 and rotationally sealed. A coil spring 112 that presses and urges the ring 123; a spring receiver 110; And a drive pin 120 that is interposed between the body 111 and prevents relative rotation of the stationary seal ring 109 with respect to the seal case 108 while allowing axial movement, so that the relative rotation of both the seal rings 109 and 123 is achieved. An apparatus configured to shield and seal the in-machine area A and the out-of-machine area (atmosphere area) B by sliding action (hereinafter referred to as “conventional seal”) is known.
[0003]
Thus, in the conventional seal, the spring receiver 110 is fitted to the end of the stationary seal ring 109, and the relative rotation at the fitting portion causes the pin 110a provided on the spring receiver 110 to move. It is blocked by engaging with an engaging groove formed in the stationary seal ring 109. In addition, a first recess 111a is formed at one end of the spring holder 111 and is annularly arranged in parallel with a predetermined interval in the circumferential direction, and a second recess 111b that does not interfere with the first recess 111a at the other end. Is formed. One end of a coil spring 112 is engaged and held in the first recess 111a. Further, the drive pin 120 is screwed and fixed to the spring receiver 110, and a tip portion of the drive pin 120 passes through the spring holder 111 and protrudes to the second recess 111b. A distal end portion of the drive pin 120 is formed with a large-diameter retaining portion 120a that is allowed to move in the axial direction within the second recess 111b. Therefore, the stationary seal ring 109 is locked to the spring holder 111 through the spring receiver 110 and the drive pin 120 so as not to rotate relative to each other, and the retaining portion 120a of the drive pin 120 moves in the second recess 111b. The axial movement is allowed within a possible range. Further, the spring holder 111 is prevented from rotating relative to the seal case 108 by engaging the pin 111 c projecting from the spring holder 111 with the lid body 108 a constituting the outer end portion of the seal case 108. Further, an elastic seal 106 that seals between the sleeve 122 and the sleeve 122 is provided on the inner peripheral portion of the lid 108 a, and the quenching liquid 136 is supplied to the quenching chamber 105 formed between the sleeve 122 and the seal case 108. Thus, a quenching function (cooling, cleaning, etc. of the sealing rings 109 and 123) is exhibited.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the mechanical seal plays an important role (shaft seal) that influences the function of the rotating device, but it does not form the main part of the rotating device, so it is possible in terms of structure and cost. Is required to be compact. In other words, the structural and economic tolerances differ greatly between the main parts of rotating equipment and the mechanical parts that are attached parts, and the structural and economic burdens allowed on attached parts such as mechanical seals are reduced as much as possible. It is requested to keep. On the other hand, the components of the mechanical seal are changed in shape as long as they are directly connected to the sealing function, so long as they do not adversely affect the functions of the main components, such as a seal ring, which is hardly allowed to change the shape or change the configuration. It can be roughly divided into accessory parts that can be changed to some extent freely, including the deletion of the number of parts. Therefore, in order to satisfy the above-described requirements, such an effort is made to simplify the shape of such attached parts (parts constituting the energizing means of the stationary seal ring and the rotation preventing means) as much as possible. It is preferable to keep
[0005]
Considering the configuration of the conventional seal from this point of view, for example, since the spring receiver 110 is for receiving the coil spring 112, it is sufficient if it has a diameter sufficient to receive the coil spring 121. It is possible to form a circular plate with a simple shape and low manufacturing cost. However, the spring receiver 110 requires a screw hole portion for screwing and fixing the fitting portion to the end portion of the stationary seal ring 109 and the drive pin 120. Therefore, the spring receiver 110 needs to have a size that is necessary and sufficient to secure the fitting portion and the screw hole portion, and cannot be a simple shape like the above-described annular plate. Therefore, the spring receiver 110 and thus the entire mechanical seal are increased in size, and the manufacturing cost cannot be reduced.
[0006]
As described above, in the conventional seal, there are components that have room for simplification of shape and reduction in the number of parts, but such components cannot be improved to satisfy the above-described requirements. there were.
[0007]
It is an object of the present invention to provide a mechanical seal that can satisfy the above-described requirements by simplifying the shape and deleting the number of parts as much as possible for an accessory part that is not directly connected to the sealing function. .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is provided in the seal case, a stationary seal ring that is held axially movable on the inner periphery of the seal case, a rotary seal ring that is fixed to a rotary shaft that penetrates the seal case and the stationary seal ring, and A spring member interposed between a spring holder and a spring receiver provided on the stationary seal ring, and a spring member that presses and contacts the stationary seal ring to the rotary seal ring; In order to achieve the above object, the mechanical seal configured to shield and seal the in-machine region and the out-of-machine region is proposed.
[0009]
That is, the spring receiver is constituted by an annular plate, and a locking portion for preventing the movement of the spring receiver from the insertion portion into the rotational seal ring direction is inserted into the base end portion of the stationary seal ring. And a spring receiver inserted through the insertion portion is configured to abut against the locking portion by the urging force of the spring member. In addition, a notch groove extending in the axial direction is formed in the base end portion of the stationary seal ring, and a locking pin provided in the seal case is engaged with the notch groove, so that the axial direction relative to the seal case of the stationary seal ring is increased. The relative rotation is allowed and the relative rotation is prevented.
[0010]
Further, in a preferred embodiment, the spring holding body is an annular body fitted and held on the inner peripheral portion of the seal case, and the locking pins project both ends from the inner and outer peripheral surfaces of the spring holding body. In this state, it is held by the spring holder and is engaged with an engaging groove formed on the inner peripheral portion of the seal case at one end of the locking pin and protruding from the outer peripheral surface of the spring holder. As a result, the relative rotation of the spring holder with respect to the seal case is prevented, and the other end of the locking pin that protrudes from the inner peripheral surface of the spring holder is engaged with the notch groove of the stationary seal ring. By doing so, relative rotation of the stationary seal ring with respect to the seal case is prevented. In addition, between the rotating shaft and the seal case, the inner space is shielded by both sealing rings, and the closed space is shielded from the outer space by the secondary seal member provided on the outer space side of the sealing ring. A quenching chamber is formed, and the quenching liquid is supplied to and discharged from the quenching chamber. In this case, in order to make it possible to supply a high-pressure quenching solution, the secondary seal member is fixed to the other one of the seal case and the rotary shaft and the movable seal ring that is held so as to be movable in the axial direction. It is preferable to form a mechanical seal structure that shields and seals the quenching chamber and the outside area by a relative rotational sliding contact with the fixed sealing ring. The mechanical seal is attached to a stationary side sealing element including a seal case and a group of members attached to the seal case, a sleeve inserted and fixed to the rotary shaft, and the sleeve to facilitate attachment to and removal from the rotary device. It is preferable that the rotary side sealing element made up of a group of members be in the form of a cartridge that can be integrally connected by a detachable set claw.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to FIGS.
[0012]
FIGS. 1 to 3 show an example of a mechanical seal according to the present invention. FIG. 1 is a longitudinal side view showing a state in which the cartridge-type mechanical seal M1 is incorporated in a rotating device, and FIG. FIG. 3 is an enlarged view, and FIG. 3 is a longitudinal front view of a main part taken along line III-III in FIG.
[0013]
That is, as shown in FIG. 1, the mechanical seal M1 is interposed between a shaft seal casing 1 of a rotating device and a rotating shaft 2 that passes through the casing and protrudes out of the device. It shields and seals the internal region A) and the atmospheric region B, which is an external region (external region of the rotating device). The stationary side sealing element 3 and the rotational side sealing element 4 are divided into a plurality of set claws. 7 is a cartridge type that is configured to be integrally connected when the mechanical seal M1 is attached to and detached from the shaft seal casing 1 and the rotary shaft 2. Further, the mechanical seal M1 is formed with a quenching chamber 5 which is a closed space sealed by the secondary seal member 6, and quenching is performed by supplying and discharging the quenching liquid 36 to and from the quenching chamber 5. It is devised so that it can be done. In the following description, front and rear mean the left and right in FIG. 1 and FIG.
[0014]
As shown in FIG. 1, the stationary-side sealing element 3 is attached to the annular seal case 8 attached to the shaft seal casing 1, the stationary seal ring 9 provided inside the seal case 8, and the stationary seal ring 9. The spring receiver 10, the spring member 12 disposed between the spring receiver 10 and the seal case 8, and the stationary side element of the secondary seal member 6 (the movable sealing ring 40 held on the seal case 8 side). , Spring member 42 and O-ring 43).
[0015]
As shown in FIG. 1, the seal case 8 includes a case body 14 provided with a spring holder 11 and a set claw engagement body 13. The case main body 14 has a cylindrical shape having a circular inner periphery, and is attached to the rear end portion of the shaft seal casing 1 with an appropriate number of bolts 15 in a state where the rotary shaft 2 penetrates concentrically. The spring holder 11 is a ring-shaped member formed separately from the case main body 14, and is fitted and fixed to the inner peripheral portion of the case main body 14. The set claw engaging body 13 is a cylindrical body configured separately from the case main body 14, and is concentric with the inner peripheral portion of the case main body 14 and the spring holding body 11 at the rear end portion of the case main body 14. It is attached.
[0016]
As shown in FIG. 2, the stationary sealing ring 9 includes a cylindrical holding body 17 and an annular sealing ring main body 18 fixed to the cylindrical holding body 17, and a sealing case via an O-ring 19 and a locking pin (drive pin) 20. 8 is held so as to be movable in the axial direction (front-rear direction) but not to be relatively rotatable.
[0017]
The holding body 17 is formed in a stepped shape in which the outer peripheral portion is gradually reduced in diameter toward the rear, and is a secondary seal that is connected to the holding portion 17a that is the front end and the rear end and has an outer diameter that is smaller than the holding portion 17a. It consists of a portion 17b and an insertion portion 17c that is continuous with the rear end and has an outer diameter smaller than that of the secondary seal portion 17b. A seal ring main body 18 is fixed to the holding portion 17a so as to fit inside, and the secondary seal portion 17b is arranged in the axial direction through an O-ring 19 serving as a secondary seal on the inner peripheral portion of the front end side of the seal case 8. The inner fitting is held movably. The range of movement of the O-ring 19 in the axial direction is restricted by the rear end portion 17d of the holding portion 17a of the sealing ring 9 and the annular wall portion 14a formed on the inner peripheral portion of the case body 14. The inner diameter of the annular wall portion 14a is set to be smaller than the outer diameter of the holding portion 17a of the sealing ring 9 and slightly larger than the outer diameter of the secondary seal portion 17b.
[0018]
A notch groove 21 extending in the axial direction is formed in the base end portion (rear end portion) of the stationary seal ring 9. By engaging the notch groove 21 with the locking pin 20 provided in the seal case 8, The relative rotation of the stationary seal ring 9 relative to the seal case 8 in the axial direction is allowed while the relative rotation is prevented. In this example, each notch groove 21 is formed in the insertion part 17c of the holding body 17 as shown in FIG. 2, and the front end part (the front end part of the notch groove 21) is the rear end part of the secondary seal part 17b. Has been extended. Further, as shown in FIG. 3, the locking pin 20 and the notch groove 21 are provided at two locations facing each other in the diametrical direction.
[0019]
The locking pin 20 is fixed to the seal case 8 via the spring holder 11, and is configured to function also as a means for preventing relative rotation of the spring holder 11 with respect to the seal case 8. That is, each locking pin 20 has a cylindrical shape, and a large-diameter circular head 20a is integrally formed at one end. The spring holder 11 is formed with a pair of pin holes 11 a and 11 a that are disposed at positions opposed to each other in the diameter direction and penetrate the spring holder 11 in the diameter direction. Thus, each locking pin 20 has a pin head 20a as one end projecting from the outer peripheral surface of the spring holding body 11 and the other end (the tip of the locking pin 20) 20b of the spring holding body 11. The pin hole 11a is inserted in a state protruding from the inner peripheral surface. The pin tip portion 20b is engaged with the notch groove 21, and the pin head portion 20a is engaged with the engagement groove 8a formed in the inner peripheral portion of the seal case 8 (the rear end portion in the inner peripheral portion of the case main body 14). Has been. As shown in FIG. 3, the engagement groove 8 a has a semi-cylindrical shape that can prevent the pin head 20 a from moving in the radial direction of the spring holder 11. The spring holder 11 is fitted to the inner periphery of the case main body 14 and is prevented from moving in the axial direction by an annular set claw engagement body 13 attached to the case main body 14 with an appropriate number of screws 16. Therefore, the relative rotation of the spring holder 11 with respect to the seal case 8 is prevented by the engagement of the pin head 20a with the engagement groove 8a, and the stationary seal ring 9 is sealed by the engagement of the pin tip portion 20b with the notch groove 21. Relative rotation with respect to the case 8 is prevented.
[0020]
As shown in FIG. 2, the spring receiver 10 is formed of an annular plate, and is inserted and held in the holding portion 17 c of the holding body 17, and moves forward (moving in the direction of the rotary seal ring 23 described later). Is blocked by a locking portion 17e formed at the rear end portion of the secondary seal portion 17b. In other words, the spring receiver 10 inserted through the holding portion 17c is held in a state where it abuts on the locking portion 17e by the pressing force of the spring member 12 interposed between the spring receiving member 10 and the spring holding body 11. .
[0021]
As shown in FIG. 2, the spring member 12 is composed of a plurality of coil springs 12a interposed between the spring holder 11 and the spring receiver 10, and presses the stationary seal ring 9 forward. is doing. As shown in FIG. 3, the coil spring 12 a is engaged and held in a first recess 11 b formed at an equal interval in the circumferential direction at the front end portion of the spring holder 11.
[0022]
As shown in FIG. 1, the rotary side sealing element 4 includes a sleeve 22 inserted through the rotary shaft 2, a rotary seal ring 23 fixedly held on the rotary shaft 2 via the sleeve 22, and the sleeve 22 on the rotary shaft 2. A stopper ring 24 for fixing and a rotating side element of the secondary seal member 6 (a fixed sealing ring 41, an O ring 45, and a drive pin 46 held on the rotating shaft 2 (sleeve 22) side) are provided.
[0023]
As shown in FIG. 1, the sleeve 22 is inserted and fixed to the rotary shaft 2 with its rear end portion protruding from the seal case 8. The sleeve 22 has a thin cylindrical shape except for the front end portion 22a, and a plurality of set holes 22b are formed in the rear end portion. An O-ring 26 that holds a secondary seal with the rotary shaft 2 is held on the inner peripheral portion of the front end portion 22 a of the sleeve 22.
[0024]
The rotary seal ring 23 is fixed to the front end portion of the sleeve 22 as shown in FIGS. 1 and 2. That is, a holding body 29 is externally fitted and fixed to the front end portion 22 a of the sleeve 22 via an O-ring 27 and a drive pin 28, and an O-ring 30 and a drive pin 31 are connected to the rear end portion of the holding body 29. Thus, the rotary seal ring 23 is fixedly fitted inside. A stationary seal ring 9, that is, a seal ring main body 18, is pressed against the rotary seal ring 23 by a coil spring 12a. Opposing end surfaces of the sealing ring main body 18 and the rotary sealing ring 23 of the stationary sealing ring 9 are formed on sealing end surfaces 18a and 23a forming an annular smooth surface orthogonal to the axis. In particular, as shown in FIG. 2, the tip end portion of the sealing ring main body 18 is formed in a pointed shape, and the sealing end surface 18a is formed as a minute-width annular surface. The components of the seal ring body 18 and the rotary seal ring 23 of the stationary seal ring 9 are appropriately selected according to the sealing conditions and the like. In this example, both the parts 18 and 23 are made of silicon carbide. .
[0025]
As shown in FIG. 1, the stopper ring 24 is an annular body fitted to the rear end portion of the sleeve 22, and includes a plurality of first and second screws penetrating in the radial direction at an appropriate interval in the circumferential direction. Holes 24a and 24b are formed. At the rear end of the sleeve 22, the same number of set holes 22b that match the second screw holes 24b are formed. The stopper ring 24 is fixed to the rear end portion of the sleeve 22 by tightening the first set screw 32 a screwed into each first screw hole 24 a to the outer peripheral surface of the sleeve 22. The sleeve 22 has a stopper ring 24 fixed thereto, and a second set screw 32b screwed into each second screw hole 24b is tightened, and the tip end portion of the set screw 32b passes through the set hole 22b. It is fixed to the rotating shaft 2 by tightening to the outer peripheral surface. Thus, by tightening the first and second set screws 32a and 32b provided on the stopper ring 24, the sleeve 22 can be fixed to the rotating shaft 2 (the state shown in FIG. 1), and each second set By loosening the screw 32b, the sleeve 22 can be inserted into and removed from the rotary shaft 2.
[0026]
As shown in FIG. 1, the quenching chamber 5 is a closed space formed between the rotating shaft 2 and the seal case 8, and has inner peripheries of the relative rotational sliding contact portions 18 a and 23 a of both the sealing rings 9 and 23. The side area is included, and the outside area B is sealed by a secondary seal member 6 disposed on the outside (rear side) of both sealing rings 9 and 23. That is, the quenching chamber 5 is sealed between the in-machine region A by both sealing rings 9 and 23 (and the O-ring 19) and sealed by the secondary seal member 6 from the out-of-machine region B. It is. Thus, the case main body 14 of the seal case 8 is formed with supply and discharge liquid passages 34 and 35 that pass through the case main body 14 in the radial direction and open to the quenching chamber 5. The quenching liquid (generally cooling water) 36 supplied from 34 to the quenching chamber 5 performs quenching action, that is, cooling of the sealing rings 9 and 23 and cleaning of leaking residues from the in-machine region A. Yes. Further, the quenching liquid 36 a after cooling and washing is discharged from the quenching chamber 5 to the outside of the seal case 8 through the drainage passage (drain) 35. The case main body 14 is formed with a flushing passage 38 that opens to the outer peripheral side of the relative rotational sliding contact portions 18a, 23a. By supplying the flushing liquid 37 from the flushing passage 38, the relative rotational sliding contact is achieved. The portions 18a and 23a are cooled.
[0027]
As shown in FIG. 1, the secondary seal member 6 includes a movable seal ring 40 that is held in the seal case 8 so as to be movable in the axial direction, and a fixed seal ring 41 that is disposed behind the fixed seal ring 41 and is fixed to the rotary shaft 2. And a spring member 42 that presses and urges the movable sealing ring 40 to the fixed sealing ring 41, and quenching is performed by the relative rotational sliding contact action of the sealing end faces 40a and 41a that are opposite end faces of the both sealing rings 40 and 41. A mechanical seal that seals between the chamber 5 and the outside region B is configured.
[0028]
The movable sealing ring 40 is held on the inner peripheral portion of the set claw engaging body 13 so as to be movable in the axial direction via an O-ring 43, and the drive pin 44 protruding from the spring holding body 11 is attached to the sealing ring 40. By engaging with the concave portion 40b formed in the above, relative rotation with respect to the seal case 8 is prevented while allowing movement in the axial direction. As shown in FIG. 2, the spring member 42 is composed of a plurality of coil springs 42a interposed between the spring holder 11 and the movable sealing ring 40, and the movable sealing ring 40 is fixed in the fixed sealing ring direction ( The back is pushed. As shown in FIG. 3, the coil spring 42 a is engaged and held by a second recess 11 c formed at an appropriate interval in the circumferential direction at the rear end portion of the spring holder 11. As described above, the spring holder 11 is also used as a rotation preventing means for the movable sealing ring 40 and a spring retainer. The pin hole 11a, the recesses 11b and 11c, and the drive pin 44 in the spring holder 11 are arranged so as not to interfere with each other.
[0029]
As shown in FIGS. 1 and 2, the fixed sealing ring 41 is fixed to the sleeve 22 by arranging a movable sealing ring 40 and a stopper ring 24. The fixed sealing ring 41 is fixed using the stopper ring 24. That is, the fixed sealing ring 41 is pressed in the direction of the stopper ring 24 via the movable sealing ring 40 by the urging force of the spring member 42, but the movement in the pressing direction (movement in the axial direction) abuts on the stopper ring 24. Is prevented by doing. Further, the rotation of the fixed sealing ring 41 is prevented by engaging the drive pin 46 protruding from the stopper ring 24 with the recess 41 b formed in the sealing ring 41. The fixed seal ring 41 and the sleeve 22 are sealed with an O-ring 45. The constituent materials of the sealing rings 40 and 41 are the same as those of a general mechanical seal. For example, the movable sealing ring 40 is made of carbon, and the fixed sealing ring 41 is made of ceramics such as silicon carbide. Use one made of cemented carbide or cemented carbide.
[0030]
Thus, according to the secondary seal member 6, the quenching chamber 5 is shield-sealed from the out-of-machine region B by the relative rotational sliding contact action of the sealing end faces 40 a and 41 a which are the opposite end faces of the both sealing rings 40 and 41. Even when the quenching liquid 36 to be supplied to the quenching chamber 5 is set to a high pressure or when the amount of the supply liquid is increased, this can be satisfactorily sealed.
[0031]
As shown in FIG. 1, the set claw 7 has a base end portion (rear end portion) attached to the stopper ring 24 in a state where the front end portion (front end portion) is engaged with the annular protrusion 13 a formed on the set claw engaging body 13. By attaching with the bolt 33, the stationary side sealing element 3 consisting of the seal case 8 and a member group attached thereto and the rotary side sealing element 4 consisting of the sleeve 22 and a member group attached thereto are integrally connected. The mechanical seal M1 is assembled into a cartridge structure having the same form as the usage form. Assembly is performed in the following procedure. First, the rotary sealing ring 23 is fixedly held on the front end portion 22 a of the sleeve 22 via the holding body 29. Next, the stationary seal ring 9 fitted with the O-ring 19 is inserted into the sleeve 22 in a state of being opposed to the rotary seal ring 23, and the rear end side portion of the sleeve 22 is inserted into the case body 14. The rear end portion of the secondary seal portion 17b of the stationary seal ring 9 is protruded rearward from the annular wall 14a by being inserted from the front. Then, the spring holder 10 is inserted through the insertion portion 17c of the stationary seal ring 9, and the coil spring 12a is held in the first recess 11b, and the locking pin 20 is inserted and held in the pin hole 11a. The pin head portion 20a is engaged with the engaging groove 8a of the case body 14 and the pin tip portion 20b is engaged with the notch groove 21 of the stationary sealing ring 9, and is fitted to the inner peripheral portion of the case body 14. Combine. Furthermore, the set claw engagement body 13 in which the coil spring 42 a is held in the second recess 11 c of the spring holding body 11 and the movable sealing ring 40 is fitted and held on the inner peripheral portion via the O-ring 43 is attached to the case body 14. Install. Thereafter, the fixed seal ring 41 is inserted into the sleeve 22 in a state of facing the movable seal ring 40, and the stopper ring 24 is attached to the rear end portion of the sleeve 22 by the first set screw 32a, and the set claw engagement body 13 and the stopper ring 24 are connected by the set claw 7, and the mechanical seal M1 of the cartridge structure is positioned so that the positional relationship in the axial direction and the radial direction of the sealing elements 3 and 4 is the same as the usage pattern. Assembled. When the stopper ring 24 is attached to the sleeve 22, the tip of the second set screw 32b is inserted into the set hole 22b so that the first set screw 32a is not tightened more strongly than necessary. It is possible to prevent the movement of the sleeve 22 in the axial direction. Thus, the mechanical seal M1 assembled in this way has the sleeve 22 inserted through the rotary shaft 2, the seal case 8, that is, the case main body 14, is attached to the shaft seal casing 1, and the second set screw. By fixing the sleeve 22 to the rotating shaft 2 by 32b, the sleeve 22 is incorporated into the rotating device. As described above, the mechanical seal M1 can be incorporated into the rotating device as it is in the state of being assembled in the same form as the usage form, and the assembling work can be performed efficiently. After the assembly, the set claw 7 is removed and the connection between the two sealing elements 3 and 4 is released, so that a good sealing function can be immediately exhibited. Further, at the time of maintenance and inspection, the mechanical seal is obtained by attaching the set claw 7 to connect both the sealing elements 3 and 4 and loosening the second set screw 32b to release the connection between the rotary shaft 2 and the sleeve 22. M1 can be easily removed from the rotating device in the assembled state.
[0032]
The mechanical seal M <b> 1 configured as described above exhibits a satisfactory sealing function while satisfying the requirements described in the beginning (the structure and cost should be as compact as possible).
[0033]
That is, it is sufficient that the spring receiver 10 is an annular plate and has sufficient strength to receive the elastic force of the spring member 12, and the locking pin 20 provided on the seal case 8 side is connected to the stationary sealing ring 9. By engaging with the notch groove 21, the stationary seal ring 9 is prevented from rotating while allowing movement in the axial direction, so that the spring holder 11 can be formed to the minimum necessary to form the spring holding recess 11 b. Since it can be made of a large size, it needs to be large enough to secure a fitting portion to the end of the stationary sealing ring 109 and a screw hole portion for screwing and fixing the drive pin 120 to each other. Uses a spring holder 112 that is large enough to secure the second recess 111b for the spring receiver 110 and the retaining portion 120a of the drive pin 120 to move. That in comparison with the conventional seal, it is possible to structure simplification and cost reduction. Further, the spring holder 12 is not formed integrally with the seal case 8 but is formed as a separate body. However, the spring holder 12 is fixed to the case body 14 (relative rotation prevention) to prevent the stationary seal ring 9 from rotating. Therefore, the fixing structure of the spring holder 12 can be simplified.
[0034]
Further, when the fluid in the in-machine region A is a liquid (slurry fluid) containing a slurry component such as a solidified component or a solid component, if the slight leakage from between the sealed end surfaces 18a and 23a is left untreated, the slurry component is removed from the sealed end surface. There is a possibility that a good sealing function may be hindered by adhering to the sealed end faces 18a and 23a due to solidification by the sliding heat of 18a and 23a. Therefore, it is necessary to clean the sealing end faces 18a, 23a and the like with the quenching liquid 36 supplied to the quenching chamber 5, but the above-described mechanical seal M1 is sealed as the secondary seal member 6 that seals the quenching chamber 5. Since the mechanical seal composed of the rings 40 and 41 is used, the quenching fluid pressure or the supply amount to the quenching chamber 5 is increased as compared with the case where the elastic seal 106 is used like the conventional seal. The cleaning with the quenching liquid 36 can be performed effectively. Further, by setting the sealed end face 18a to have a very small knife edge shape, the deposits on the sealed end faces 18a and 23a can be scraped off. It is discharged well from the chamber 5 and does not remain or accumulate in the mechanical seal M1. For these reasons, according to the mechanical seal M1, it is possible to exhibit a good sealing function against slurry fluid.
[0035]
Further, in the mechanical seal M1, the outside region B side of the quenching chamber 5 is sealed with the mechanical seal 6, but as a holding means for the spring member 42, a holding means for the spring member 12 (spring holding body 11). ), And the rotation of the movable sealing ring 40 is prevented by engaging the recess 40b formed in the sealing ring 40 itself with the drive pin 44 projecting from the spring holder 11, and the fixed sealing ring. Since the stopper ring 24 and the spring member 42 are used as the fixing means 41, the entire length (axial length) of the mechanical seal M1 is possible even though the secondary seal member 6 has a mechanical seal structure. The length can be shortened as much as possible. Such a point is an extremely excellent advantage in the cartridge type mechanical seal.
[0036]
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be improved and changed as appropriate without departing from the basic principle of the present invention. For example, depending on the properties of the fluid in the in-machine region A, it may not be necessary to increase the supply pressure and supply amount of the quenching liquid 36 to the quenching chamber 5, but in such a case, the secondary seal member 6, the throttle bush 6a as shown in FIGS. 4 and 5 and the elastic seal (V seal) 6c as shown in FIG. 6 can be used. That is, in the mechanical seal M2 shown in FIGS. 4 and 5, an annular holding wall 13b is provided at the end (rear end) of the set claw engaging body 13, and the opposing end surface of the holding wall 13b and the spring holding body 11 is provided. A slottle bush 6a having a very slight gap between the sleeve 22 and the sleeve 22 is sandwiched and held therebetween. The rotation of the throttle bush 6a is blocked by a drive pin 6b protruding from the spring holder 11. Further, in the mechanical seal M3 shown in FIG. 6, an annular seal wall 13c is provided at the end (rear end) of the set claw engaging body 13, and the V seal 6c fitted and fixed to the sleeve 22 on the seal wall 13c. The lip portion (seal portion) is in pressure contact. By the way, in these mechanical seals M2 and M3, if the set claw 7 is provided with a projection 7a that regulates the distance between the set claw engaging body 13 and the stopper ring 24, the axial direction when the mechanical seal M2 is assembled can be easily positioned. I am trying to squeeze. In the mechanical seal M3, the seal case 8 is composed of a case main body 14, an annular lid body 25 attached to the case body 14, and a set claw engaging body 13 attached thereto. The holding body 11 is integrally formed, and the engaging pin 20 is projected. The configurations of the mechanical seals M2 and M3 are the same as the mechanical seal M1 except for the configuration described above.
[0037]
In addition to the above-described cartridge-type mechanical seals M1, M2, and M3, the present invention can be applied to mechanical seals in which each component is separately incorporated into the shaft seal portion of the rotating device in a certain procedure. it can.
[0038]
【The invention's effect】
As can be easily understood from the above description, the mechanical seal of the present invention makes the shape of the parts constituting the energizing means or the rotation preventing means of the stationary seal ring as simple as possible, and Since the number of parts is reduced, the structure is simple and can be manufactured at low cost, and the assembly is easy, so that it has extremely high practical value. In addition, according to the mechanical seal of the present invention, the secondary seal member that seals the outside of the quenching chamber has a mechanical seal structure, so that the supply pressure or supply amount of the quenching liquid can be increased and a strong quencher can be provided. The chucking function can be exhibited, and a good sealing function can be exhibited even for slurry fluid. Further, according to the present invention, it is possible to provide a compact cartridge-type mechanical seal that can be easily attached to and detached from the rotating device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a mechanical seal according to the present invention, and is a longitudinal side view showing an assembled state in a rotating device.
FIG. 2 is a longitudinal side view showing an enlarged main part of FIG. 1;
FIG. 3 is a longitudinal front view taken along line III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is a longitudinal side view corresponding to FIG. 1 showing a modification of the mechanical seal according to the present invention.
5 is an enlarged vertical side view showing the main part of FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a longitudinal side view corresponding to FIG. 1 showing another modification of the mechanical seal according to the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal side view showing a conventional seal.
[Explanation of symbols]
A: In-machine region, B: Out-of-machine region, M1, M2, M3 ... Mechanical seal, 1 ... Shaft seal casing, 2 ... Rotating shaft, 3 ... Stationary side sealing element, 4 ... Rotation side sealing element, 5 ... Quenching Chamber 6 ... Secondary seal member 7 ... Set claw 8 ... Seal case 8a ... Engagement groove 9 ... Static seal ring 10 ... Spring receiver 11 ... Spring holder 11a ... Pin hole 11b ... 1st recessed part, 11c ... 2nd recessed part, 12 ... Spring member, 12a ... Coil spring, 13 ... Set claw engaging body, 14 ... Case main body, 17 ... Holding body, 17a ... Holding part, 17b ... Secondary seal part, 17c ... Insertion part, 17e ... Locking part, 18 ... Seal ring main body, 18a, 23a ... Sealed end face (relative rotational sliding contact part), 20 ... Locking pin, 20a ... Pin head, 20b ... Pin tip part, 21 ... Notch groove, 22 ... sleeve, 23 ... times Seal ring, 24 ... stopper ring, 34 ... liquid supply passage, 34 ... drainage passage, 36, 36a ... quenching liquid, 40 ... movable seal ring, 40a, 41a ... sealed end face (relative rotational sliding contact portion), 41 ... Fixed sealing ring, 42... Spring member, 42 a.

Claims

A stationary seal ring held axially movable on the inner periphery of the seal case, a rotary seal ring fixed to a rotary shaft passing through the seal case and the stationary seal ring, and a spring holder provided in the seal case; A spring member interposed between a spring receiver provided on the stationary seal ring and pressing and contacting the stationary seal ring to the rotary seal ring; In the mechanical seal configured to shield and seal the outside area,
The spring receiver is formed of an annular plate, and an insertion portion for inserting the spring receiver into the proximal end portion of the stationary sealing ring and a locking portion for preventing the spring receiver from moving in the direction of the rotational sealing ring from the insertion portion. The spring receiver inserted through the insertion portion is configured to abut against the locking portion by the urging force of the spring member,
A notch groove extending in the axial direction is formed in the proximal end portion of the stationary seal ring, and a locking pin provided in the seal case is engaged with the notch groove, thereby moving the stationary seal ring relative to the seal case in the axial direction. A mechanical seal characterized by being configured to prevent relative rotation while permitting.

The spring holder is an annular body fitted and held on the inner periphery of the seal case, and the locking pin is held by the spring holder with its both ends protruding from the inner and outer peripheral surfaces of the spring holder By engaging a portion protruding from the outer peripheral surface of the spring holding body at one end portion of the locking pin with an engaging groove formed in the inner peripheral portion of the sealing case, the spring holding body is made relatively to the sealing case. Rotation is prevented, and a portion protruding from the inner peripheral surface of the spring holding body at the other end of the locking pin is engaged with the notch groove of the stationary sealing ring, whereby the stationary sealing ring is sealed against the sealing case. The mechanical seal according to claim 1, wherein relative rotation is prevented.

A quenching chamber which is a closed space which is shielded from the in-machine region by both sealing rings and between the rotating shaft and the seal case and is shielded from the out-of-machine region by a secondary seal member provided on the outside of the sealing ring. The movable sealing ring is configured such that the quenching liquid is supplied to and discharged from the quenching chamber, and the secondary seal member is held on one of the seal case and the rotary shaft so as to be movable in the axial direction. 3. A mechanical seal structure that shields and seals the quenching chamber and the outside region by a relative rotational sliding contact action between the first and second fixed sealing rings fixed on the other side. The mechanical seal described in

A stationary side sealing element comprising a seal case and a group of members attached thereto, a sleeve inserted through and fixed to the rotating shaft, and a rotational side sealing element comprising a group of members attached thereto can be integrally connected by a detachable set claw. The mechanical seal according to claim 1, wherein the mechanical seal is a cartridge-type mechanical tool constructed as described above.