JP2006308097A - フロー・マシン、その滑動リング・シール、前記滑動リング・シールの本体部品、および前記滑動リング・シールを前記フロー・マシンに締結する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、例えば渦巻きポンプの主軸空間をその給送空間に対して密封するなどのために使用する新種のメカニカル・シール、いわゆる滑動リング・シールに関する。
【解決手段】本発明は特に、前記メカニカル・シールをセンタリングすること、および／または前記メカニカル・シールを前記渦巻きポンプのケーシングおよび取り付ける使用する本体部品に締結することとの両方に関する。少なくとも１つの回転滑動リング・ユニット、前記シールを前記ケーシングに取り付ける本体部品、および前記本体部品に静止状態で取り付けられる少なくとも１つの別個のカウンタ・リング・ユニットまたはカウンタ・リング・ユニットを有する本発明によるメカニカル・シールの特徴的な形体は、前記本体部品に、本体部品を軸方向と半径方向の両方でケーシングに締め付ける傾斜した締結手段を設けることである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば渦巻きポンプの主軸空間の給送空間に対する密封などに使用する新種のメカニカル・シール、いわゆる滑動リング・シールに関する。本発明は特に、前記メカニカル・シールをフロー・マシンのケーシングまたはケーシングのカバーに締結することと、フロー・マシン自体および前記滑動リング・シールの本体部品と、前記滑動リング・シールを前記フロー・マシンに締結する方法の両方に関する。

以下では、フロー・マシンとは渦巻きポンプを指すが、フロー・マシンという用語は本発明に関しては、処理すべき液体が主軸に沿って装置から流出できないような方法で密封すべき回転主軸を有する全ての液体処理装置を指すことに留意されたい。先行技術は、例えばポンプの主軸シールとして使用する滑動リング・シールを通常はポンプ・ケーシングまたは前記ポンプ・ケーシングのカバーに締結する図１のような滑動リング・シールを導入する。シールを取り付けるために、２つ以上の六角ねじ、六角穴つきねじ、または植え込みボルトとナットを使用する。シールは通常、ケーシングまたはケーシングのカバーとシールの本体部品との間の案内によって、ケーシング内、またはケーシングのカバー内に半径方向に、および本体部品に対して軸方向に位置決めされる。シールによって必要とされる封水導管は通常、ケーシング内またはケーシングのカバー内の単動シール内に、およびシールの本体／端部品との関連で複動シール内に位置決めされる。

主軸シールは常に、シールの本体または端部品の外側に配置された単動シール、さらに複動シール内にねじを締結する別個の締結フランジまたはグランド（ｇｌａｎｄ）を有する。ポンプのケーシングまたはケーシングのカバーを考察する場合、先行技術の滑動リング・シールは、比較的複雑なシール構造に加えて、シールのねじを締結する少なくとも２つの穴も必要とする。このような構造は比較的複雑であり、したがって費用もかかる。

本発明は、別個のフランジ部品がなく、好ましくはポンプの軸線に対して傾斜方向で動作する締結手段によって、シールをポンプのケーシングへ、またはケーシングのカバーへ締め付けることにより先行技術の滑動リング・シールの問題の少なくとも幾つかを解消しようとするものである。前記締結手段によって、シールはケーシング内またはケーシングのカバー内の案内部に対して半径方向に、さらにケーシングのカバー内またはケーシングの案内部内、またはそのいずれかに関連して配置構成された肩部などに対して軸方向にセンタリングされる。この方法で、複雑で費用がかかり、不必要でもある密封グランドを省略することができ、さらにケーシングまたはケーシングのカバー内で必要な穴の数も減少する。したがって、シールはさらに単純かつ簡単に組み立てられるようになる。

本発明による滑動リング・シール、フロー・マシン、前記シールの本体部品および前記滑動リング・シールを前記フロー・マシンに締め付ける方法の他の典型的特徴は、添付の請求の範囲で明白になる。

滑動リング・シール、フロー・マシン、前記シールの本体部品、および前記滑動リング・シールを前記フロー・マシンに締め付ける方法について、添付図面に関して以下でさらに詳細に説明する。

図１は、渦巻きポンプの先行技術の滑動リング・シールの配置構成を示し、その配置構成では、渦巻きポンプのインペラ１０の区域にある給送空間１２が、ポンプの主軸空間１４から分離される。給送空間とは、インペラ１０とほぼ開放型の連絡をする全てのこのような空間を指す。つまり、給送空間１２は、インペラ１０の前方、さらに背後の両方の区域をカバーする。全く同じ方法で、主軸空間１４とは、ポンプの主軸と直接連絡する空間を指す。この場合、主軸空間１４は、滑動リング・シールと主軸１８の間に配置される。シールの配置構成は当然、給送空間から大気へ給送すべき液体が、ケーシング１６とシールの間から漏れることも防止する。図１により概略的に図示された配置構成では、メカニカル・シールは、主軸の肩部２０とインペラ１０の間で主軸１８上に位置決めされた回転滑動リング・ユニット２４、シールの本体部品および締結リング３０を備える完全なアセンブリ２６として図示された非回転滑動リング・ユニット、つまりカウンタリング（ｃｏｕｎｔｅｒｒｉｎｇ）・ユニットを有する。実際の滑動リングは、参照番号２８で示される。以上の説明は、一般的な滑動リング・ユニットを指す。というのは、これは従来通りの技術であり、滑動リング２８、保持リング、および場合によってはばね器具および／または駆動ピン、Ｏリングなどを有するからである。本発明は、滑動リング・ユニットの内部構造には全く関係しないので、本明細書でも、本発明そのものに関してもこれより詳細には検討しない。さらに、シールは幾つかのＯリング３２（回転滑動リング・ユニットに関して図示したが、カウンタ・リング・ユニットに関しても設けることができる。）または同様のシール、および非回転滑動リング・ユニットおよび本体部品内の穴内の保持ピンを有し、ピンは、非回転滑動リング・ユニット、つまりカウンタリング・ユニットが回転滑動リング・ユニット２４とともに回転できないことを確保するために使用される。シールは適切なばね器具も有し、これによって滑動リング対２８の間に適切な圧力が確保される。さらに、シールは、ケーシング内またはケーシング１６のカバー内の液体導管３６を有する。滑動リング・シールのポンプへの実際の取り付けは、ケーシング１６へと延在する軸方向のボルト即ち植え込みボルト３８によって実行される。１つのシールに２本以上のボルト、植え込みボルトまたはねじが必要である。これらのねじ、またはさらに正確にはこれらのねじのための開口に必要な空間は、ポンプの長さに関する要件を設定する。

図２は、本発明の好ましい実施形態によるいわゆる単動滑動リング・シールを示し、これは先行技術によるシールとほとんど同じ基本的要素を有する。両方の図で、同様の要素には同じ参照番号を使用する。しかし、本発明の説明が先行技術の説明より重大である場合は、対応する要素にも新しい参照番号を使用する。さらに、単純にするために、以下の説明はフロー・マシンのケーシングについて検討するが、正確な用語は、例えばケーシングのカバーまたはシール・ケーシングでもよいことに留意されたい。

つまり、図２による滑動リング・シールは、その回転部品については、主軸１８の肩部２０とインペラ１０に配置構成された回転滑動リング・ユニット２４を有する。図面の前記滑動リング・ユニットの単純化された図は、実際には先行技術の部分で既に検討したように他の要素も有する。本発明による滑動リング・シールの非回転部品は、シールの本体部品４０を有し、これはケーシング１６の内縁と、本体部品４０の内面によって案内される非回転カウンタリング・ユニット４２とによって案内される。言うまでもなく、場合によっては非回転カウンタリング・ユニットが、本体部品とは別個のユニットではなく、本体部品と一体であることも可能である。さらに、図は、幾つかの従来通りのシール・リング（例えばいわゆるＯリング）を示し、それによって例えばケーシング１６と本体部品４０の間の空間、さらに本体部品４０とカウンタリング・ユニット４２の間の空間が密封される。

本発明によるシールの軸方向および半径方向の案内は、以下のようにさらに精密に実行される。ケーシング１６のほぼ軸方向で円筒形の内面は、本体部品４０が動作時にそれと接触する長さのほぼ全体にわたって案内表面として作用し、それに対して本体部品４０は十分な正確さで半径方向にセンタリングされる。前記案内表面４４は肩部４６で終了し、ここでケーシング１６の内面の半径が減少する。つまり、ケーシング１６の内面４４は、インペラ１０から遠く離れると、肩部４６でケーシング１６の内面４４が収束する。肩部４８における本体部品４０の半径の減少は、前記肩部４６に対応し、これによって前記肩部４６および４８により軸方向の位置決めが実行される。上述した案内は、適切な手段で本体部品４０をケーシング１６に締結または締め付けることによって確保され、したがって締結手段は、両方の案内部を同時に相互に押しつける。前記締結または締め付け手段は、ケーシング１６の傾斜穴５０を通して本体部品４０の傾斜ねじ穴５２に締め付けるねじ５４であることが好ましい。穴５０はねじ無し穴とすることができる。ねじ５４は、案内表面４４とケーシング１６の肩部４６との両方に対して本体部品４０を引っ張ることが好ましい。

図２に示した本発明の好ましい実施形態による滑動リング・シールは、シールの本体部品４０に肩部４８およびねじ穴５２を有することを特徴とする。シールを軸方向に位置決めするという目的を達成することが、肩部４８の特徴である。この目的は、図示の円錐形の肩部に加えて、放射状の肩部によっても、さらにはケーシングの対応する表面に対向させて、またはケーシングに関連して配置構成された対応する表面に対向させた本体部品の端面によって肩部を置換することによっても達成できることが理解される。しかし、図示した円錐形の肩部を選択することが、実際には最も好ましい。本発明によるシールの別の重要な要素は、前述したようにシールの本体部品４０のねじ穴５２であり、これは軸方向および半径方向と比較して傾斜位置に設定される。本体部品の軸線の方向に対するねじ穴５２の傾斜は、およそ５°から８５°好ましくは１５°から７５°である。通常の場合前記ねじ穴は、本体部品の軸線に沿って通る面に配置されるが、言うまでもなく何らかの理由で、穴は適当な面に配置することが可能である。それにより、上述した傾斜角度は穴の軸線に平行、さらに本体の軸線に沿って通る面への穴の投影、さらに正確にはその軸線を使用することによって決定される。

本発明の好ましい実施形態によると、ねじ穴の方向は本体部品の円錐形の肩部表面に対して直角であり、それによりケーシングの穴を通ってねじ穴へと延在する締結ねじは、ケーシングの対応する肩部に対して本体部品の肩部を直角方向に引っ張る。ねじ５４を締め付けると、シールの本体部品４０が半径方向および軸方向の両方でその位置へと締め付けられることが、ねじ穴５２およびケーシング１６の穴５０の方向を上記の通りとしたことによる作用効果である。

図３は、本発明の別の実施形態によるいわゆる複動滑動リング・シールを示す。実際、シールの構造は、図２で示した単動シールと非常に類似している。相違点は、別の対の滑動リングを、図のシールの右側に、つまりポンプ軸受けに面する側にシールの左側のリングの鏡像として追加することに関する。つまり、図３による実施形態では、第１回転滑動リング・ユニット２４’が主軸１８の肩部２０とインペラ１０の間に配置構成され、これに対して非回転カウンタ・リング・ユニット４２’が、ポンプの軸受けアセンブリに向かう方向に配置され、このカウンタ・リング・ユニット４２’は、シール・ケーシングの内面に対して案内された本体部品４０’に支持される。第２回転滑動リング・ユニット２４”は、本体部品４０の右側で、カウンタ・リング・ユニット４２’と主軸１８の第２肩部６４の間に配置される。つまり、非回転カウンタリング・ユニット４２’の両端に滑動リングを設ける。図２の実施形態とまさしく対応する方法で、本体部品４０’は軸方向ではその肩部によってケーシング１６の肩部に対して、および半径方向にはケーシングの案内表面に対して支持される。本体部品も、ケーシングの穴５０に傾斜位置で配置構成されたねじによって、本体部品４０’のねじ穴へと同様に締結される。したがって、単動シールに関して上述された変形例は、複動シールにも適用することができる。

図２および図３は封水（ｓｅａｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ）導管も示し、これによってシール表面を潤滑する密封液体としての封水が滑動リングに供給される。図２では、封水導管６０がポンプのケーシング１６に、またはそのカバーに配置され、したがって液体をシールとケーシングの間の空間１２に運搬し、図３では封水導管６０’が液体をシールの本体部品４０’の開口６２を通し、ケーシング１６に配置構成された溝を介してシールと主軸１８の間の空間１４へと運搬する。当然、図２および図３両方の実施形態では、第２封水導管もあり、これを通して液体が運搬された空間から除去される。

図２及び図３で示した例においては、インペラ１０に面したポンプの端部にシールを設置し、そこで修理することができるが、これとは異なり、軸受けアセンブリに面するポンプの端部で少なくとも部分的にシールを組み付けるか、取り外すか、修理できるように、本発明による実施形態を適用することも可能である。実際、変更する必要がある点は、以下の点だけである。第一に、肩部は図２の肩部４８のようにケーシングまたはケーシングのカバーに配置するが、シールの本体部品に対して反対側に、つまり本体部品とインペラの間に配置する。前記肩部のケーシングまたはケーシングのカバーの直径は、インペラに向かって減少し、したがってシールの本体部品を肩部に押し当てて、この肩部により、必要な軸方向の支持を得することができる。半径方向の支持は、前記の実施形態と同じ方法で、シールの本体部品とケーシングまたはケーシングのカバーとの間で案内部に沿って提供される。言うまでもなく、この構造に、図２および図３の実施形態と全く同様の傾斜したねじ締結を提供することが可能であるが、実際には、ケーシングの比較的小さい軸方向の寸法のために、実現することは困難である。というのは、ねじは、インペラの方向からシールの本体部品に締め付けねばならないからである。

つまり、案内表面に対するシールの本体部品の締め付けは、上記の実施形態では、図２および図３の実施形態とは異なる方法で実行することが好ましい。本体部品はインペラに向かって押さねばならないので、例えばねじによる締め付けは、反対の方法で実行しなければならない。本発明のこの実施形態では、シールのケーシングまたはケーシングのカバーには、ねじを締め付けるねじ穴が設けてあり、したがってねじがシールの本体部品をインペラに向かって、つまり上述したケーシングまたはケーシングのカバーの肩部に対して押す。同時に、本体部品はねじによって本体部品のねじとは反対側でケーシングまたはケーシングのカバーの案内内面に対しても押される。本体部品にねじ穴を設ける必要がなく、本体部品の周囲に単なる盲穴、窪み、ほぼ周方向の溝、または同等物を設けるだけでよいが、比較的短い溝で十分であることが、この実施形態に特有の効果である。したがって、前記締結手段によって、ねじをより深く締め付ける場合に、ねじが軸方向と半径方向の両方で本体部品を締め付けるように、ケーシングまたはケーシングのカバーのねじ穴に締め付けたねじの好ましくは円錐形の先端と一緒に動作することが、前記締結手段の特徴である。さらに、ポンプのケーシングまたはケーシングのカバーのねじ穴におけるねじの方向は、半径方向を含むほぼ任意の方向でよいことに言及しておく必要がある。というのは、例えば半径方向および円錐形の先端があるねじによって、シールの本体部品の傾斜締め付けを実行することも可能だからである。それでも、ねじの円錐形先端または他の適切な形状のねじの先端は、溝、窪みまたは穴の側面または側縁とともに、軸方向と半径方向の両方で本体部品の締め付けを遂行する。

以上の説明から、以前の滑動リング・シールより単純に滑動リング・シールを開発することが可能であった。本発明の滑動リング・シールは、以前の構造より費用も少なく、必要な空間も小さい。本発明について、本明細書では現在好ましい実施形態と見なされているものと関連して例示により説明してきたが、本発明は開示された実施形態に制限されず、添付請求の範囲で定義されたような本発明の範囲内で、その形体および他の応用の様々な組合せおよび／または変形をカバーするように意図されていることを理解されたい。添付請求の範囲において、「ハウジング」という用語を使用しているが、これは概ね滑動リング・シールを締結すべき対象物として理解される全ての要素、部品、ケーシングまたはケーシング・カバーを網羅することを理解されたい。

渦巻きポンプの主軸シールのような先行技術による滑動リング・シールを示す。 本発明の好ましい実施形態による滑動リング・シール、つまり渦巻きポンプの主軸シールとしてのいわゆる単動シールを示す。 本発明の別の好ましい実施形態による滑動リング・シール、つまり渦巻きポンプの主軸シールとしてのいわゆる複動シールを示す。

符号の説明

１０ インペラ
１２ 給送空間
１４ 主軸空間
１６ ケーシング
１８ 主軸
２０ 肩部
２４ 回転滑動リング・ユニット
２６ アセンブリ
２８ 滑動リング
３０ 締結リング
３２ Ｏリング
３６ 導管
４０ 本体部品
４２ 非回転カウンタリング・ユニット
４４ 案内表面
４６ 肩部
４８ 肩部
５０ 穴
５２ ねじ穴
５４ ねじ
６０ 封水導管

Claims (27)

1. メカニカル・シール、いわゆる滑動リング・シールで、少なくとも１つの回転滑動リング・ユニット（２４、２４’、２４”）、前記シールをそのハウジング（１６）に締結する本体部品、および前記本体部品とは別個であるか、それに関連する少なくとも１つの非回転カウンタリング・ユニット（４２、４２’）とを備えるメカニカル・シールであって、前記本体部品（４０、４０’）に、前記本体部品（４０、４０’）を軸方向および半径方向の両方で前記ハウジングに締め付ける傾斜締結手段（５２）を設けることを特徴とするメカニカル・シール。
2. 本体部品（４０、４０’）の前記締結手段がねじ穴であ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。
3. 本体部品（４０、４０’）の前記締結手段が窪み、ほぼ周方向の溝または盲穴であ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。
4. 前記ねじ穴（５２）の方向が、軸方向から５〜８５°であ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。
5. 本体部品（４０、４０’）に、シールをハウジング上で軸方向に支持する肩部（４８）または端面も設けることを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のメカニカル・シール。
6. ２対の滑動リングを有し、本体部品（４０、４０’）には、密封液体を主軸空間（１４）へ、およびそこから供給する手段を設けることを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のメカニカル・シール。
7. シールの本体部品（４０、４０’）を軸方向と半径方向の両方でハウジングに締め付けるために、締結手段（５２）と一緒に作用するねじ（５４）も有することを特徴とする、前記請求項いずれか１項に記載のメカニカル・シール。
8. 非回転滑動リング・ユニット、および前記滑動リング・シールをハウジングに締め付ける手段を設けた滑動リング・シールの本体部品であって、前記本体部品（４０、４０’）に傾斜した締結手段（５２）を設けることを特徴とする本体部品。
9. 本体部品（４０、４０’）を締結する前記手段が、ねじ穴（５２）または窪みまたはほぼ周方向の溝または本体部品の盲穴であることを特徴とする、請求項８に記載の本体部品。
10. 前記ねじ穴（５２）の方向が、軸方向から５〜８５°であることを特徴とする、請求項８に記載の本体部品。
11. 本体部品（４０、４０’）に、シールをハウジングへと軸方向に支持する肩部（４８）または端面も設けることを特徴とする、前記請求項８から１０いずれか１項に記載の本体部品。
12. ハウジング内で滑動リング・シールをセンタリングする本体部品（４０、４０’）内の手段が、本体部品のほぼ円筒形の外面であることを特徴とする、前記請求項８から１１いずれか１項に記載の本体部品。
13. 回転主軸（１８）、および少なくとも主軸（１８）を囲む滑動リング・シールの部材（１６）を有するフロー・マシンであって、滑動リング・シールを前記部材（１６）に締め付けるために、前記部材（１６）に傾斜した締結手段（５０）を配置することを特徴とするフロー・マシン。
14. シールを半径方向に位置決めするために、前記部材の内面にほぼ円筒形の案内表面（４４）を配置し、シールを軸方向に位置決めするために、肩部（４６）を前記内面に、または少なくとも前記部材に関連して配置することを特徴とする、請求項１３に記載のフロー・マシン。
15. 前記締結手段がねじ無し穴（５０）であることを特徴とする、請求項１３または１４に記載のフロー・マシン。
16. 滑動リング・シールが前記部材（１６）の内側に配置され、その本体部品（４０、４０’）が傾斜したねじ穴（５２）を有することを特徴とする、前記請求項１３から１５いずれか１項に記載のフロー・マシン。
17. 部材（１６）の前記締結手段がねじ穴であることを特徴とする、請求項１３または１４いずれか１項に記載のフロー・マシン。
18. 滑動リング・シールが前記部材（１６）の内側に配置され、その本体部品が、本体部品を前記部材（１６）の内側に締め付ける手段を有することを特徴とする、請求項１７に記載のフロー・マシン。
19. 本体部品の前記締め付け手段が、本体部品の窪み、ほぼ周方向の溝または盲穴であることを特徴とする、請求項１８に記載のフロー・マシン。
20. 締結および締め付け手段とともに使用するアクチュエータがねじ（５４）であり、それによって滑動リング・シールを本体部品（４０、４０’）を介して軸方向および半径方向の両方でハウジングに締め付けることを特徴とする、前記請求項１３から１９いずれか１項に記載のフロー・マシン。
21. 前記滑動リングが前記部材の内側に配置され、シールの本体部品（４０、４０’）内に、前記部材（１６）内でシールを位置決めするために部材（１６）の肩部（４６）と一緒に動作する肩部（４８）または端面があることを特徴とする、前記請求項１３から２０いずれか１項に記載のフロー・マシン。
22. 前記部材（１６）が、渦巻きポンプのケーシングまたはケーシングのカバーであることを特徴とする、前記請求項１３から２１いずれか１項に記載のフロー・マシン。
23. 封水導管（６０、６０’）が、封水を滑動リング・シールに供給する部材（１６）内に配置されることを特徴とする、前記請求項１３から２２いずれか１項に記載のフロー・マシン。
24. 封水を主軸空間（１４）に供給するために、本体部品（４０’）に開口（６２）が配置されていることを特徴とする、前記請求項１３から２３いずれか１項に記載のフロー・マシン。
25. 本体部品（４０、４０’）を介してフロー・マシンの主軸（１８）を囲む部材（１６）へと滑動リング・シールを締め付ける方法であって、締め付けが半径方向と軸方向の両方で同時に実行されるような方法で前記本体部品（４０、４０’）を前記部材（１６）の内側に締め付けることを特徴とする方法。
26. 前記締め付けが、本体部品（４０、４０’）の肩部（４８）などと部材（１６）の肩部（４６）などとを相互に押しつけるような方法で、部材（１６）の案内表面（４４）に沿って滑動リング・シールの本体部品（４０、４０’）を引っ張ることによって実行されることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
27. 前記締め付けが、本体部品の肩部などと部材（１６）の肩部を相互に押しつけるような方法で、部材（１６）の案内表面に沿って滑動リング・シールの本体部品を引っ張ることによって実行されることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。

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