JP2006070942A

JP2006070942A - メカニカルシール装置

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Publication number: JP2006070942A
Application number: JP2004252547A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Takahashi; 秀和高橋
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: JP4577487B2

Abstract

【課題】メカニカルシール装置の各密封環の冷却、洗浄及び摺動シール面の潤滑を良くすると共に、メカニカルシール装置を小型にする。さらに、組立と分解を容易にすることにある。
【解決手段】メカニカルシール装置（１）は、軸（７０）が挿入可能な耐食性材の嵌合面（２０Ｃ）を有するシールカバー（３０）と、シールカバー（３０）の嵌合面（２０Ｃ）と移動自在に嵌合する移動面（３Ｓ）を有するとともに、一端面に摺動シール面（３Ａ）を有する耐食性材の固定用密封環（３）と、固定用密封環（３）の摺動シール面（３Ａ）と密接する相対摺動シール面（１０Ａ）を有するとともに、嵌合可能な内周面（１０Ｃ）を有する耐食性材の回転用密封環（１０）と、内周面（１０Ｃ）と密封に嵌着する固定面（４Ｄ）を有するとともに、軸（７０）と嵌着する嵌着面（４Ｃ）を有する耐食性材の撹拌部（４）と、を具備し、攪拌部（４）に固定用密封環（３）と回転用密封環（１０）との内周側に存在する被密封流体を撹拌する撹拌手段（４Ｅ）を有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケミカル液をシールするメカニカルシール装置に関する。特に、ケミカル液の被密封流体、高粘度の被密封流体、スラリーを含む被密封流体などをシールするのに適し、被密封流体により部品が腐食したり、シール部品間に目詰まりするのを防止したカートリッジ型のメカニカルシール装置の技術分野に関するものである。

メカニカルシール装置は、化学装置に使用される特殊な液体をシールするときに、部品が酸化して腐食し、耐久能力に問題が生じる。さらに、部品が酸化して腐食すると、腐食した接合面間から被密封流体が漏洩する原因にもなる。同時に、このメカニカルシール装置は、上述のように被密封流体から部品に悪影響を受けるために、メカニカルシール装置は構造が簡単であると共に、組立・点検が容易でなければならない。さらに、営業上、メカニカルシール装置は、生産コストを低減できる構造でなければならない。また、メカニカルシール装置は、油や、ケミカル液のような被密封流体をシールするために、その被密封流体である液体により密封環のシール面や摺動面に不純物が付着するのを防止しなければならない。近年、このような技術的背景の基にメカニカルシール装置の機能の改善が求められている。

本発明に係わる先行技術には、図４に示すメカニカルシール装置が存在する（特許文献１参照）。図４は、ケーシング１６０に取り付けたメカニカルシール装置１００の全断面図である。このメカニカルシール装置１００は、ケミカル液等を作動させるポンプの軸封装置として利用できる。

まず、このメカニカルシール装置１００の構成を簡単に説明する。図４に於いて、メカニカルシール装置１００は、ケーシング１６０の孔に貫通する回転軸１７０とケーシング１６０との間をシールするために、ケーシング１６０の端面１６０Ａに取り付けられるカートリッジ型である。このメカニカルシール装置１００は、ケーシング１６０の機内Ａに配置された固定密封環１０３と回転密封環１１０を設けたメカニカルシール１０２と、メカニカルシール１０２の固定密封環１０３とその保持体１０６をケーシング１６０の機外Ｂに保持するためのケース本体１３０と、メカニカルシール１０２の回転密封環１１０を回転軸１７０の機内Ａ側に保持するためのスリーブ１２０とが主要な構成部品である。

回転密封環１１０は、ケーシング１６０の孔の機内Ａに配置されている。この回転密封環１１０は、ケーシング１６０の孔における機内Ａの奥行きに配置するために、金属製のスリーブ１２０の内周面１２０Ｃを回転軸１７０に嵌着して保持した長尺の一端部に装着されている。また、スリーブ１２０の外方側の他端部は、保持部１２５と嵌着すると共に、図示省略の部分のスクリューソケット１２７を回転軸１７０に係止して固着している。回転密封環１１０とスリーブ１２０との連結は、金属製の連結部品１２９を介して結合されている。この回転軸１７０とスリーブ１２０及びスリーブ１２０と連結部品１２９との各嵌合間には、シール用のＯリング１０５C、１０５Ｃを配置している。また、スリーブ１２０と連結部品１２９とは、ドライブピン１２０Ｐを介して共に回動可能に連結されている。さらに、連結部品１２９と回転密封環１１０とは、嵌合内で符号が付いていないドライブピンを介して共に回動可能に連結されている。連結部品１２９と回転密封環１１０との嵌合間はＯリング１０５Ｂによりシールされている。

一方、固定密封環１０３は、金属製で円筒状の保持体１０６の一端部に設けられた段付きの環状面に嵌着して保持されている。保持体１０６は、金属製のケース本体１３０の内周面に軸方向へ移動自在に嵌合している。また、ケース本体１３０に設けられた固定ピン１３２により保持体１０６を回転不能に保持している。この保持体１０６とケース本体１３０との嵌合間はＯリング１０５Ａによりシールされている。そして、保持体１０６の他端部には、ばね受部１０７が嵌め込まれて固定されている。

ケース本体１３０はケーシング１６０の端面１６０Ａに接合すると共に、ケーシング１６０に設けられた植え込みボルト１６３にナット１６３Ａを螺合してケース本体１３０をケーシング１６０に固定している。このケース本体１３０の側面には段付き面１３０Ａが設けられている。この段付き面１３０Ａにばね座体１１２が止めねじ部１１９により取り付けられている。ばね座体１１２に支持されたばね１０９は、ばね受部１０７との間に配置されており、ばね１０９によりばね受部１０７と保持体１０６とを介して固定密封環１０３を弾発に押圧している。このばね１０９により押圧された固定密封環１０３は回転密封環１１０と密接して被密封流体をシールする。ばね座体１１２の内周には取付溝１１２Ｇが設けられている。この取付溝１１２Ｇにはスパイラルに巻かれたガスケット１１５が配置されている。このガスケット１１５のシール面１１５Ｂはスリーブ１２０の外周面１２０Ｂに密接している。

そして、メカニカルシール１０２の回転密封環１１０と固定密封環１０３との摺動面を冷却するために、この摺動面に通じるクエンチング通路１４１と、摺動面の外周に通じるフラッシング通路１４０がケース本体１３０の外周面から内周面に向かって貫通している。そして、クエンチング通路１４１をクエンチング流体（清水）Ｖ２が流れると共に、フラッシング通路１４０をフラッシング流体（清水）Ｖ１が流れる。

このように構成されたメカニカルシール装置１００は、ケース本体１３０にフラッシング通路１４０とクエンチング通路１４１とを設けてメカニカルシール１０２の固定密封環１０３と回転密封環１１０との外周面側の通路にフラッシング通路１４０からのフラッシング流体Ｖ１を流すと共に、その内周面側の通路にクエンチング通路１４１からのクエンチング流体Ｖ２を供給する構成である。このため、スリーブ１２０の外方端部と内方端部の間に、フラッシング通路１４０とクエンチング通路１４１及び回転密封環１１０と固定密封環１０３を設けたメカニカルシール１０２を配置する構成にしなければならないので、スリーブ１２０は長尺になる。さらに、スリーブ１２０の機外Ｂ側の外方端部にガスケット１１５を取付ける部品（ばね座体１１２）を設けると共に、機内Ａ側の内方端部にＯリング１０５Ｃ，１０５Ｃが取付られる部品（連結部品１２９）を設けている為に、メカニカルシール装置１００はさらに大型になる。さらに、メカニカルシール装置１は、ガスケット１１５とＯリング１０５Ａ，１０５Ｃ，１０５Ｃとを取付けるためのシール構造が複雑になるので、ケミカル液をシールする構造としては点検・修理する点からは好ましくない。また、部品点数も多くなるから、製作コストが上昇する。

特に、被密封流体がケミカル液の場合には、被密封流体と接触するメカニカルシール装置１００の付属部品に対しても被密封流体が悪影響を与える。具体例として、硫酸用の化学ポンプに使用するメカニカルシール装置１００が、例えば、被密封流体の硫酸をシールするとき、硫酸はメカニカルシール装置１００の金属製のケース本体１３０のフラッシング通路１４０と金属製の連結部品１２９と金属製の保持体１０６に接触する。さらに、ゴム製の各Ｏリング１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１５０Ｃにも接触する。このため、各部品は硫酸により腐食して各Ｏリングに接触する接触面も腐食することになる。この腐食が起こると各Ｏリング１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｃのシール能力が低下する。また、フラッシング流体に被密封流体である硫酸が混合するから、この硫酸が混入した混合液がドレン孔を通って循環ポンプに流れるから、循環ポンプの部品を腐食させて故障の原因ともなる。さらに、被密封流体を、例えば、苛性ソーダにすると、摺動面の摺動熱により苛性ソーダが結晶することになる。この結晶した固形物が固定密封環１０３の摺動シール面と回転密封環１１０の摺動シール面とに付着し、固形物が両摺動シール面を摩耗させることになる。さらに、Ｏリング１０５Ａに付着すると、ばね１０９により保持体１０６を面圧に応じて作動させようとしても、その作動の応答性が悪化して固定密封環１０３の回転密封環１１０に対する密接応答性を悪化させる。

特開２０００−３５６２７０号公報

本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決
しようとする技術的課題は、被密封流体と接触するメカニカルシール装置の部品を耐食性に構成できるような構造にすることにある。また、ケミカル液と混合しやすいフラッシング液の循環ポンプを不用にすることにある。同時に、メカニカルシール装置の構造を簡単にして小型にすることにある。また、メカニカルシール装置の組立と、分解を容易にするとともに、点検・修理を簡単にできるようにすることにある。

本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、
その技術的解決手段は以下のように構成されている。

請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置は、着脱自在なカートリッジ型のメカニカルシール装置であって、装置本体の外面に取り付けられて軸が挿入可能な耐食性材により形成された嵌合面を有するシールカバーと、シールカバーの嵌合面との間がシールされて移動自在に嵌合する移動面を有するとともに、一端に摺動シール面を有する耐食性材の固定用密封環と、固定用密封環の摺動シール面と密接可能な相対摺動シール面を有するとともに、嵌合可能な内周面を有する耐食性材の回転用密封環と、回転用密封環の内周面と密封にして嵌着する耐食性材の固定面を有するとともに、軸と密封状態に保持されて軸と共に廻る嵌着周面を有する耐食性材の撹拌部と、を具備し、攪拌部に固定用密封環の内周面と回転用密封環の内周面との内方に存在する被密封流体を撹拌する撹拌手段を有するものである。

請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置は、シールカバーには嵌合面より機外側に流体案内用の環状溝を有し、環状溝の内周側には固定用密封環の摺動シール面と摺動シール面と密接する回転用密封環の相対摺動シール面を有するとともに、環状溝内に貫通して環状溝内を仕切る固定用密封環と回転用密封環との外周面との間に流体を供給するクエンチング通路を有するものである。

請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置は、撹拌部の嵌着面は耐食性材の軸用スリーブの外周面に嵌着するものである。

請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置は、撹拌手段が円筒部を凹凸に形成した撹拌羽根を有するものである。

請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置は、シールカバーの嵌合面がシールカバーの内周に嵌着した耐食性材の保持環に形成されているものである。

請求項６に係わる本発明のメカニカルシール装置は、撹拌部が軸に嵌着するシールカラーに一体に保持されているものである。

この請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、被密封流体と接触する部品は、ケース本体の嵌合面と、撹拌部と、固定用密封環と、回転用密封環である。そして、このケース本体の嵌合面と、撹拌部と、固定用密封環と、回転用密封環は、耐食性の材料により形成されている。この為、メカニカルシール装置は硫酸等の酸類の被密封流体をシールしても部品が腐食して不具合になるのが防止できる。また、このメカニカルシール装置には、軸と回転する撹拌部が設けられているから、固定用密封環と回転用密封環から成るメカニカルシールを洗浄するフラッシング通路を不用とする。さらに、フラッシングするためのポンプ等の装置を不用とする。このため、メカニカルシール装置の製作コストが低減できる。さらに、酸類の被密封流体がフラッシング装置に流れることもないから、フラッシング装置が腐食して不良になるのを防止できる。また、苛性ソーダのようなケミカル液の被密封流体によりメカニカルシール装置の摺動シール面間に不純物が付着する場合でも、攪拌部により直接に摺動シール面間の不純物が取り除かれるから、摺動シール面間が不純物により摩耗するのを防止できる。さらに、摺動シール面の摺動による発熱を防止して、摺動発熱により不純物の付着も防止できる。

この請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、環状溝内にクエンチング通路から清水等の流体が供給されるので、固定用密封環と回転用密封環からなるメカニカルシールの摺動時における両摺動シール面の発熱を効果的に防止する。このため、摺動シール面に発熱に伴って付着する被密封流体の結晶物等の発生を防止できる。また、摺動シール面の発熱に伴って摺動シール面が摩耗するのを防止できる。そして、メカニカルシールの外周側からのクエンチング効果は、メカニカルシールの内周側からの撹拌手段と協働して撹拌効果および冷却効果を効果的に発揮させる。

この請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、撹拌部の嵌着周面が軸に嵌着した耐食性材のスリーブの外周面に嵌着しているものであるから、撹拌部と軸との腐食を防止できる。また、軸は、装置本体に設けられており、高価である。また、軸は被密封流体により不具合になっても、簡単に交換することが困難であるが、軸は耐食性のスリーブにより覆われているから、軸は酸類の被密封流体により腐食するのが防止できる。

この請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、撹拌手段はスリーブに嵌着した円筒部が撹拌羽根に形成されているものであるから、メカニカルシールの内周面内に直接に取り付けることが可能になる。そして、被密封流体の不純物がメカニカルシールの内周面側の摺動面間に付着するのを直接に排除できる。さらに、撹拌部は、メカニカルシールの内周面に簡単に取り付けられる構造であるために脆い耐食性の材料で構成することができる。

この請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、シールカバーの嵌合面がシールカバーの内周に嵌着した耐食材製の保持環に形成されているものであるから、シールカバーの全部を耐食性の材質により形成する必要もない。このため、シールカバーの製作コストを低減することが可能になる。また、ケース本体の内周面に耐食性の材質によりコーテングして耐食性を付与することもできる。このため、シールカバーは、鉄やステンレススチールにして、強度を向上できるとともに、製作コストを低減することができる。

請求項６に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、撹拌部が軸に嵌着したシールカラーに保持されているから、撹拌部が、耐食性の材質であるために、脆くとも、または弱い材質であっても、軸に対して強固に保持することが可能になる。しかも、スリーブが耐食性にすぐれたセラミックのような超硬質材であっても、超硬質材に対して軟質材の鉄やステンレススチール材製のシールカラーは、撹拌部を軸に保持することが可能になる。また、シールカラーは、耐食性の材料にする必要もないから、安価な材料にすることもできる。

以下、本発明に係わる実施の形態のメカニカルシール装置を図面に基づいて
詳述する。尚、以下に説明する各図面は、寸法関係が正確な設計図である。

図１は、本発明に係わるメカニカルシール装置１を装置本体（ケーシング）６０と回転軸７０の間とに装着した図２に於けるＩ−Ｉ矢視の全断面図である。又、図２は、図１のメカニカルシール装置のII−II矢視の正面図である。更に図３は図１のメカニカルシール装置のIII−III矢視の断面図である。

図１は、本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置１を示すものである。以下、本発明のメカニカルシール装置１を図１と図２と図３に基づいて説明する。装置本体（ケーシング）６０の軸用の孔には、回転軸７０が貫通している。メカニカルシール装置１は、装置本体６０の軸用の孔の周りに設けられた外面６１にシールカバー３０を介して取り付ける。この装置本体６０には、外面６１側に４個の植え込みボルト６３が４等配に設けられている。また、回転軸７０は軸用の孔に装着されて図示省略の軸受けにより回転可能に支持されている。なお、装置本体６０の孔内が機内Ａであり、メカニカルシール装置１において装置本体６０と反対の外方が機外Ｂである。

さらに、図１から図３に基づいてメカニカルシール装置の詳細な構成を以下に説明する。装置本体６０に取り付けられるシールカバー３０は、図３に示すように、円形状に形成する。このシールカバー３０は、ステンレススチール材製である。そして、シールカバー３０の円周を四等配にした位置に中心から外方が突抜けの固定溝４５を設ける。このシールカバー３０の固定溝４５を植え込みボルト６３に通してから植え込みボルト６３にナット６３Ａを締め付けて装置本体６０の外面６１にシールカバー３０を固定する。このシールカバー３０の内部には孔を形成する。また、機外Ｂ側になるシールカバー３０の前面には、孔を囲んで位置決め部３０Ｈを設ける。この位置決め部３０Ｈは、外周面に位置決め溝を設けるために機外Ｂ方向へ凸部に形成する。このシールカバー３０の孔の内周には、機内Ａから機外Ｂへ向かって順に段付きの嵌合面２０Ｃと環状溝３０Ｇと絞り面３０Ｃとを形成する。この内、環状溝３０Ｇは嵌合面２０Ｃと絞り面３０Ｃとの間で嵌合面２０Ｃの外径より大径に形成する。また、環状溝３０Ｇの内周に固定用密封環３と回転用密封環１０の大部分が内在するように環状溝３０Ｇの軸方向の幅寸法を大きく形成する。さらに、絞り面３０Ｃは、環状溝３０Ｇの軸方向の幅を大きくするために、機外Ｂへ突出する位置決め部３０Ｈの内周に形成する。

また、シールカバー３０には、側面３０Ｂから環状溝３０Ｇ内に貫通するクエンチング通路４０を設けると共に、環状溝３０Ｇから側面３０Ｂへ貫通するドレン孔４０Ａを設ける。このクエンチング通路４０とドレン孔４０Ａのポートには、図示省略の配管と接続可能な管用ねじ穴を形成する。尚、クエンチング通路４０とドレン孔４０Ａの外周面３０Ａの各開口部はメクラ栓４１により密閉しているが、この外周面３０Ａのメクラ栓４１用の管用ねじ穴に配管を接続することもできる。この場合は、側面３０Ｂの管用ねじ穴４０，４０Ａにメクラ栓４１を配置変えする。そして、配管を流れてきたクエンチング液（流体）は、クエンチング通路４０から直接にメカニカルシール２の外周面に吹きかけられて冷却されるとともに、摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの間の外面に注入される。そして、この摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの摺動時の発熱を冷却すると共に、両摺動シール面３Ａ、１０Ａ間および各Ｏリング（シールリング）５Ａ、５Ｂと段付面間に付着している不純物を洗浄する。尚、メカニカルシール２は、固定用密封環３と回転用密封環１０との組合せたシール構造の名称である。また、実施例では、各部品のＯリング用の段付面間にＯリングを設けているが、Ｏリングに限定するものではなく、全てのシール構造を含む、例えばシールリングである。

シールカバー３０の段付内周面３０Ｄには、固定用密封環３を取り付けるための保持環２０を嵌着する。この保持環２０は、耐食性の非金属材、セラミック、樹脂、耐食チタン合金、耐食Ｎｉ基合金、耐食鋳鉄等の材料から必要に応じた材料を選択して製作する。保持環２０には、内周に段付の嵌合面２０Ｃを設ける。また、保持環２０の接合面２０Ｄと装置本体６０の外面６１との間には樹脂材または耐食性ゴム材のシールリング５Ｄを取り付けて被密封流体が外部へ漏洩するのを防止する。また、段付内周面３０Ｄと段付外周面２０Ｅとの間にも耐食性のシールリング５Ｄを設ける。この耐食材とは、ケミカル液に腐食または軟化しない材料である。腐食には、乾食と湿食とがあるが、耐食材とはこれらの酸化性ガスおよび塩酸、硝酸、硫酸、ピクリン酸ソーダ、苛性ソーダにより腐食されない材料を指す。

固定用密封環３の外周には、シールカバー３０の嵌合面２０Ｃと移動自在に嵌合する段付の移動面３Ｓを設ける。この固定用密封環３の材質は炭化珪素材である。この移動面３Ｓの段付面と、嵌合面２０Ｃの段付面との間にはＯリング５Ａを設ける。このＯリング５Ａにより被密封流体とクエンチング液との間をシールする。このＯリング５Ａの材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、Ｈ−ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどでる。

さらに、固定用密封環３は、機外Ｂ側の端面に摺動シール面３Ａを形成する。この摺動シール面３Ａの内周側には段付面が設けてあり、摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとが対向して接合したときに間隙溝となる潤滑溝３Ｌを設ける。この潤滑溝３Ｌから被密封流体を摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの間に浸入させて洗浄するとともに、潤滑する。この潤滑溝３Ｌは摺動シール面３Ａに環状の段付き部にしても良いし、摺動シール面３Ａに沿って等配に凹部を形成しても良い。さらに、凹部の正面図は外径方向へ三角形状にしても良い。また、固定用密封環３の移動面３Ｓより機外Ｂ側には外周にフランジを形成する。このフランジの外周面には凹部状の案内溝３Ｇを３等配に形成する。また、シールカバー３０の環状溝３０Ｇの側面に３等配に設けた嵌着穴にそれぞれ３個の固定ピン３５を圧入して取り付ける。この固定ピン３５に対して案内溝３Ｇを遊合し、この固定ピン３５により、固定用密封環３は軸方向へは移動するが、回転方向へは係止する。また、このフランジの側面と対向するシールカバー３０には、周方向へ等配の複数の穴付きばね座を設ける。そして、周面に沿って等配に設けた各コイルスプリング９が各ばね座に着座して固定用密封環３のフランジを弾発に押圧している。

さらに、回転軸７０には、段付の外周面７０Ａを形成する。そして、この外周面７０Ａにスリーブ７５の内周面７５Ｃを嵌着する。スリーブ７５の外周面７５Ａの外径寸法は、回転軸７０の段付きのうちの大径の外径寸法と同一にする。スリーブ７５は、セラミック材製であり、ケミカル液に対して耐食性がある。特に、スリーブ７５は全ての被密封流体の液に対して耐食性の材料にすると良い。固定用密封環３の内周面３Ｃは、スリーブ７５の外周面７５Ａに対して大きな間隙になるように形成する。そして、被密封流体がメカニカルシール２の内周面３Ｃ，１０Ｃの通路を流通できるようにする。尚、スリーブ７５は、軸の一部として回転軸７０に含むが、回転軸７０が耐食材の場合には、スリーブ７５が不用になる。

メカニカルシール２の内周面３Ｃ，１０Ｃ側には、スリーブ７５に嵌着した撹拌部４を設ける。撹拌部４は、基部４Ｂと、基部４Ｂから機内Ａ方向へ切欠円筒状に形成した撹拌手段４Ｅを設ける。基部４Ｂは、内周にスリーブ７５と嵌着する嵌着面４Ｃを形成する。この嵌着面４Ｃには、機外Ｂ側の端部にＯリング用の段付きの取付凹面４Ｐを形成する。また、外周は、Ｏリング５Ｂが取り付けられる段付にした固定面４Ｄに形成する。さらに、撹拌手段４Ｅは、図３に示すように、円筒部を３等配に長方形状に切り欠いた空間部４Ｇと、３等配に軸方向へ長方形状に突出した撹拌羽根４Ｆに形成する。この撹拌手段４Ｅの実施例では、固定用密封環３の内周面３Ｃとスリーブ７５との間隔が大きい寸法に取れない場合に有効である。この撹拌手段４Ｅは種々の形状にすることができる。例えば、図３に示す正面から見て、撹拌羽根４Ｆの周方向半分を外径方向へ折曲げて撹拌力を強くすることもできる。また、撹拌手段４Ｅとしてスクリュウのようにした多数の撹拌羽根４Ｆを設けることもできる。撹拌手段４Ｅは、被密封流体に含む固形物がメカニカルシール２の内周面３Ｃ、１０Ｃに付着するのを防止する。また、潤滑溝３Ｌから摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの間に被密封流体を導入して潤滑作用をさせる。この固定用密封環３は、炭化珪素、カーボン、その他セラミックスなどから製作する。

また、回転用密封環１０の一端には相対摺動シール面１０Ａを形成する。この相対摺動シール面１０Ａは、固定用密封環３の摺動シール面３Ａと密接すると共に、摺動可能な平面に形成する。また、回転用密封環１０の機外Ｂ側の端部の接合面には、ピン用凹部１０Ｇを形成する。さらに、回転用密封環１０の外周には、密封面１０Ｂを設ける。この密封面１０Ｂは、位置決め部３０Ｈの絞り面３０Ｃと近接した間隙を設けて嵌合する。この密封面１０Ｂと絞り面３０Ｃとは近接に嵌合してクエンチング通路４０から供給されるクエンチング液を間隙の効果により遮断する。この間隙によるシール効果は、摺動抵抗を小さくするものであり、この間隙を一方の部品に取りくけた他方の部品と密接する図示省略のシールリングによりシールしても良い。さらに、回転用密封環１０の内周は、シール用の段付の内周面１０Ｃに形成する。この段付面にＯリング５Ｂを取り付けて回転用密封環１０の内周面１０Ｃと撹拌部４の固定面４Ｄとを嵌着する。回転用密封環１０の内周面１０Ｃは、撹拌部４の固定面４Ｄより機内Ａ側へ突出している。このため、内周面１０Ｃは撹拌された被密封流体により洗浄されると共に、冷却される。また、Ｏリング５ＡとＯリング５Ｂと、Ｏリング５Ｃの取付面を溝ではなく段付の組合せ構造にしたのは、不純物が付着しても洗浄しやすくすると共に、分解時に各Ｏリング５Ａ，５Ｂ，５Ｃを外しやすくするためである。

回転用密封環１０のピン用凹部１０Ｇにシールカラー４６に結合したドライブピン４３を挿入し、回転用密封環１０とシールカラー４６の両部品が周方向に対して相対移動しないように互いに係止させる。そして、ドライブピン４３によりシールカラー４６の回転力を回転用密封環１０に伝達する。この回転用密封環１０は、炭化珪素、カーボン、その他のセラミックスなどの材質から製作される。

一方、シールカラー４６は、内周に嵌着周面４６Ｃと、側面に支持面４６Ｄを設けている。この嵌着周面４６Ｃがスリーブ７５の外周面７５Ａと嵌着すると共に、支持面４６Ｄが撹拌部４の端面に接合して撹拌部４を支持する。同時に、支持面４６Ｄは撹拌部４の取付凹面４Ｐに取り付けられたＯリング５Ｃを支持して撹拌部４の嵌着面４Ｃをシールする。また、シールカラー４６の支持面４６Ｄより外周側の環状の段付面には保持面４６Ｓを設ける。さらに、シールカラー４６の保持面４６Ｓに設けた嵌着穴にドライブピン４３を圧入して取り付ける。また、シールカラー４６の機外Ｂ側の端面４６Ｅにはピン用穴４６Ｈを設ける。そして、シールカラー４６はステンレススチールまたは合金鋼材である。

シールカラー４６の端面４６Ｅ側には、連結部５０が結合周面５０Ｃを回転軸
７０の大径の外周面７０Ａとスリーブ７５の外周面７５Ａとに嵌着している。また、連結部５０に設けたねじ穴５０Ｓにセットねじ５１を螺合して先端部を回転軸７０の外周面７０Ａに止める。そして、連結部５０を回転軸７０に固定する。また、連結部５０の支持面には嵌着穴を設け、この嵌着穴に圧入したドライブピン５３をシールカラー４６のピン用穴４６Ｈに挿入し、連結部５０とシールカラー４６とがドライブピン５３を介して回転軸７０と共に回動するように成されている。

そして、シールカバー３０の環状溝３０Ｇは、固定用密封環３と回転用密封環１０の大部分を覆うように軸方向に大きな寸法に形成して冷却効果を発揮させることが好ましい。この環状溝３０Ｇの機内Ａ側の側面は、固定用密封環３のＯリング５Ａ近くの移動面３Ｓまで大きく形成しており、さらに、環状溝３０Ｇの回転用密封環１０側の側面は回転用密封環１０の中間まで達している。また、環状溝３０Ｇの外周面の径も固定用密封環３のフランジの外径よりも大きく形成すると良い。そして、クエンチング通路４０から供給されるクエンチング液は直接に摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの摺動面の外周へ射出できるように成されている。さらに、環状溝３０Ｇの幅は、固定用密封環３と回転用密封環１０との外周面を覆うように大きく形成されているから、固定用密封環３の摺動シール面３Ａと回転用密封環１０の相対摺動シール面１０Ａが互いに摺動して摩擦により発熱しても、この環状溝３０Ｇを流れるクエンチング液の流量によりメカニカルシール２の全体を冷却すると共に洗浄する。そして、クエンチング液は固定用密封環３と回転用密封環１０を冷却して苛性ソーダ、ピクリン酸ソーダなどが熱により摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの間に結晶になって付着するのを防止する。

一方、撹拌部４はメカニカルシール２の内周面３Ａ，１０Ａに配置されてメカニカルシール２の内周面３Ａ，１０Ａに付着する不純物を撹拌手段４Ｅにより直接に撹拌して排除する。その撹拌状態は、図３に示すように、被密封流体が矢印Ｆのように撹拌されて流れ、メカニカルシール２の内周面３Ａ，１０Ａを洗浄する。同時に、摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとを冷却すると共に、潤滑溝３Ｌから被密封流体を摺動シール面３Ａと相対摺動シール面１０Ａとの間に吹き込んで潤滑する。特に、摺動シール面１０Ａと相対摺動シール面１０Ａの摺動面間を撹拌手段４Ｅにより内方の潤滑溝４Ｌから直接に洗浄することができる。また、従来のようにフラッシング通路を設ける必要もないから、メカニカルシール装置が小型になると共に、フラッシング装置を不用として設備のコストを低減できる。

この様に構成されたシールカバー３０とシールカラー４６は、シールカラー４６に取り付けたセットプレート５５を介して取り付ける。このセットプレート５５の凸部をシールカバー３０の位置決め溝に嵌め込んで位置決めしながら組み立てる。そして、回転用密封環１０が位置決めされたらソケットねじ５１を螺合して先端部を回転軸７０に止める。そして、シールカラー４６をソケットねじ５１により回転軸７０に固定する。尚、セットプレート５５は、仮想線で示すような形に形成されており、シールカラー４６の周面にボルトを介して３等配に取付ける。このセットプレート５５は組立後に取り外すと良い。

以上に説明したように、メカニカルシール装置は、フラッシング装置を不用として小型化が可能になると共に、軽量化が可能になり、化学装置等のポンプに取り付けて有用である。また、メカニカルシール装置は、組立、分解が容易であるので、量産の装置に用いても組立、分解が容易になり、メカニカルシール装置としても取り付ける装置としても有用である。さらに、メカニカルシールの冷却、洗浄、摺動シール面の潤滑に優れて、しかも、耐久能力を発揮するので、ケミカル液をシールするのに有用である。

図１(Ａ)は本発明の第１実施の形態に係わるメカニカルシール装置の図２に示すＩ−Ｉ矢視の全断面図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)に示す密封環の潤滑溝の拡大図である。図１に示すメカニカルシール装置のII−II矢視の正面図である。図１に示すメカニカルシール装置のIII−III矢視の正面図である。先行するメカニカルシール装置の全断面図である。

符号の説明

１メカニカルシール装置
２メカニカルシール
３固定用密封環
３Ａ摺動シール面
３Ｃ内周面
３Ｓ移動面
３Ｌ潤滑溝
３Ｇ案内溝
４撹拌部
４Ａ外周面
４Ｂ基部
４Ｃ嵌着面
４Ｄ固定面
４Ｅ撹拌手段
４Ｆ撹拌羽根
４Ｇ空間部
４Ｐ取付凹面
９コイルスプリング
１０固定用密封環
１０Ａ相対摺動シール面
１０Ｂ密封面
１０Ｃ内周面
１０Ｇピン用凹部
２０保持環
２０Ｃ嵌合面
２０Ｄ接合面
２０Ｅ段付外周面
３０シールカバー
３０Ａ外周面
３０Ｂ側面
３０Ｃ絞り面
３０Ｄ段付内周面
３０Ｇ環状溝
３０Ｈ位置決め部
３５固定ピン
４０クエンチング通路
４０Ａドレン孔
４５固定溝
４６シールカラー
４６Ｃ嵌着周面
４６Ｄ支持面
４６Ｅ端面
４６Ｈピン用穴
４６Ｓ保持面
５０連結部
５０Ｃ結合周面
５０Ｄねじ孔
５１ソケットねじ
５３ドライブピン
６０装置本体（ケーシング）
６１外面
７０回転軸
７１外周面
７５スリーブ
７５Ａ外周面
７５Ｃ内周面
Ａ機内
Ｂ機外

Claims

カートリッジ型のメカニカルシール装置であって、前記装置本体の外面に取り付け可能にされて前記軸が挿入可能な耐食性材の嵌合面を有するシールカバーと、
前記シールカバーの前記嵌合面との間がシールされて移動自在に嵌合する移動面を有すると共に一端面に摺動シール面を有する耐食性材の固定用密封環と、
前記固定用密封環の前記摺動シール面と密接可能な相対摺動シール面を有すると共に嵌合可能な内周面を有する耐食性材の回転用密封環と、
前記回転用密封環の前記内周面と密封に嵌着する固定面を有するとともに前記軸と密封状態に結合して前記軸と共に廻る嵌着面を有する耐食性材の撹拌部と、を具備し、
前記攪拌部に前記固定用密封環と前記回転用密封環との内周側に存在する被密封流体が撹拌される撹拌手段を有することを特徴とするメカニカルシール装置。
前記シールカバーには前記嵌合面より機外側に流体案内用の環状溝を有し、前記環状溝の内周側に前記固定用密封環の前記摺動シール面と前記摺動シール面と密接する前記回転用密封環の相対摺動シール面を有し、前記シールカバーの前記環状溝内に貫通して前記環状溝と前記環状溝の内周を仕切る前記固定用密封環と回転用密封環との外周面間に流体を供給するクエンチング通路を有することを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
前記撹拌部は前記軸に嵌着可能な耐食性材のスリーブの外周面に嵌着することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール装置。
前記撹拌手段は円筒部が凹凸に形成された撹拌羽根を有することを有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載のメカニカルシール装置。
前記シールカバーの前記嵌合面が前記シールカバーの内周面に嵌着した耐食性材の保持環に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載のメカニカルシール装置。
前記撹拌部が前記軸に嵌着するシールカラーに一体に保持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５に記載のメカニカルシール装置。