JP2007024095A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

【課題】 液漏れを確実に防止しつつ、強アルカリに耐えるメカニカルシールとする。
【解決手段】 このメカニカルシール１５０は、液体抵抗器の電解液（炭酸ソーダ水溶液）を循環流通させる液循環ポンプに用いるものである。メイティングリング１５２は回転軸１５１に遊嵌され、軸方向には移動しない。シールリング１５７は回転軸１５１に環装され、回転軸１５１と共に回転し軸方向移動できる。ばね１６０によりシールリング１５７の端面をメイティングリング１５２の端面に押しつけて両者の回転摺動面がシール面となる。本例では、メイティングリング１５２及びシールリング１５７を、耐アルカリ性があり、且つ、硬くて摺動特性のよい炭化ケイ素により形成したため、摺動面に粒子の堆積がなくなり、シーク特性が向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明はメカニカルシールに関するものである。
更に説明すると、液体抵抗器の電解液（炭酸ソーダ水溶液）を循環流通させる液循環ポンプに用いるメカニカルシールにおいて、液漏れを確実に防止するように工夫したものである。

抵抗器の一種として液体抵抗器がある。この液体抵抗器は、例えば、巻線型誘導電動機の二次側に接続され、抵抗値を可変させ比例推移を利用して、始動または速度制御等を行う場合に使用される。

図３は、液体抵抗器１０と循環冷却装置２０を含む液体抵抗器システムを示している。

図３に示すように、液体抵抗器１０では、タンク１１内に電解液１２を入れている。タンク１１内には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用の絶縁筒１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗが、電解液１２に浸漬される状態で配置されている。各絶縁筒１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ内には、それぞれ、固定電極１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗと可動電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗが対向配置されている。この液体抵抗器１０では、電解液１２中において、固定電極１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗに対して可動電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを接近または離間させることにより、抵抗値を変化させるようになっている。

電解液１２は、抵抗調整のために用いるものであるため、純粋な水ではなく、強アルカリ水溶液である炭酸ソーダ水溶液を使用している。

この液体抵抗器システムでは、液体抵抗器１０のタンク１１内の温度を一定にするため、循環冷却装置２０により、電解液１２を冷却している。

この循環冷却装置２０には、タンク１１内の電解液１２を取り出してから循環流通させ、再び電解液１２をタンク１１に戻す循環パイプ２１が備えられている。この循環パイプ２１には、電解液１２を循環流通させるための液循環ポンプ２２と、循環流通する電解液１２を冷却するプレート式冷却器２３が介装されている。プレート式冷却器２３では、冷却水Ｗにより冷却をしている。なお、２４，２５は仕切弁である。

前述したように、電解液１２は、強アルカリ水溶液である炭酸ソーダ水溶液であるため、液循環ポンプ２２としては、純粋な水ではなく特殊対応の物を使用する必要がある。つまり、液循環ポンプ２２では、ポンプ部とモータ部とのシールをするのに、メカニカルシールを採用したものとしている。

メカニカルシールは、過酷な条件の回転密封用に用いられる軸封装置である。周知のように、メカニカルシールは、シール面（摺動面）の摩耗に従い、ばねなどによって軸方向に動くことができる「シールリング」、および、軸方向に動かない「メイティングリング」からなり、軸にほぼ垂直な相対的に回転するシール面において流体の漏れを制限する働きを持つものである。

液循環ポンプ２２のメカニカルシールにおいては、メイティングリングとしてポーラスＳＩＣ（炭化ケイ素）、シールリングとしてカーボンを使用してきた。
なおＳＩＣ（炭化ケイ素）の特徴としては、共有結合が強いため各種のセラミックスの中では最も硬い、耐食性に優れている（耐アルカリ性に強い）、液中での摺動特性が良い、ということが挙げられる。
またカーボンは軟らかいため、硬いセラミックスと「なじみ」がよい。

特開平５−７１４６４７ 特開平８−２６９７４６ 特開平７−１９３４９

液循環ポンプ２２により流通させる電解液（炭酸ソーダ水溶液）１２には、固体粒子（炭酸ナトリウム）が混入している。メカニカルシールの性質上、摺動面にはわずかに電解液１２が滲み出すため、摺動面に粒子（炭酸ナトリウムの粒子）が堆積してしまうことがある。
このようにして、液循環ポンプ２２に用いたメカニカルシールの摺動面に粒子が堆積してしまうと、摺動面に堆積した粒子により、カーボンで形成した軟らかいシールリングが削れ、摺動隙間が広がり液漏れの事象が生じる恐れがあった。

本発明は、上記従来技術に鑑み、液体抵抗器の電解液（炭酸ソーダ水溶液）を循環流通させる液循環ポンプの液漏れを確実に防止でき、且つ、炭酸ソーダ水溶液に強いメカニカルシールを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
液体抵抗器の電解液を循環流通させる液循環ポンプに用いるメカニカルシールであって、
回転軸に遊嵌されたメイティングリングと、
前記回転軸に環装され、前記回転軸と共に回転し、且つ、前記回転軸の軸方向に移動可能となっているシールリングと、
前記シールリングを前記メイティングリング側に付勢するばねとを有し、
しかも、前記メイティングリング及び前記シールリングを、炭化ケイ素により形成していることを特徴とする。

本発明では、メイティングリング及びシールリングを炭化ケイ素により形成したため、摺動面に粒子が堆積することがなくなり液漏れを確実に防止でき、しかも、強アルカリ水溶液である炭酸ソーダ水溶液に対して強いメカニカルシールとなる。

以下に本発明の実施の形態を実施例に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施例に係るメカニカルシールを用いた液循環ポンプ１００を示し、図２はこの液循環ポンプ１００に採用した実施例に係るメカニカルシール１５０を示している。

図１に示すように、この液循環ポンプ１００は、図３における液循環ポンプ２２と同じ位置に配置されて、液体抵抗器１０の電解液（炭酸ソーダ水溶液）１２を循環流通させるものである。液循環ポンプ１００は、ポンプ部１０１とモータ部１０２とでなり、ポンプ部１０１を流通する電解液がモータ部１０２に浸入しないように、ポンプ部１０１とモータ部１０２との間に、メカニカルシール１５０を介装している。

メカニカルシール１５０は、図２に示す通りの構成となっている。
図２に示すように、回転軸１５１に遊嵌されたメイティングリング１５２は、カバープレート１５３及びボルト１５４を介して、固定部であるスタッフィングボックス１５５に固定されている。このため、メイティングリング１５２は、回転軸１５１の軸方向にも周方向にも移動することはない。
またメイティングリング１５２とカバープレート１５３との間には、固定側二次シール１５６が介装されている。

シールリング１５７は、回転軸１５１に環装されており、シールリング１５７の内周側と回転軸１５１の外周面との間には、回転側二次シール１５８が介装されている。シールリング１５７と回転側二次シール１５８は、回転軸１５１と共に回転すると共に、回転軸１５１の軸方向に沿い移動可能となっている。

ばね受け部１５９は回転軸１５１に固定設置されている。このばね受け部１５９は、回転軸１５１の軸方向に関して、シールリング１５７を間に挟んでメイティングリング１５２と対向する位置に配置されている。

ばね１６０は、シールリング１５７とばね受け部１５９との間に介装されており、シールリング１５７をメイティングリング１５２に向けて押しつける（付勢する）バネ力を発生する。
このため、シールリング１５７の端面（摺動面）とメイティングリング１５２の端面（摺動面）とが回転しつつ摺接してシール面を形成する。

本実施例では、メイティングリング１５２もシールリング１５７も、共に、ＳＩＣ（炭化ケイ素）により形成した。前述したように、ＳＩＣは、共有結合が強いため各種のセラミックスの中では最も硬く、耐食性に優れており（耐アルカリ性に強い）、液中での摺動特性が良い、という特徴を有している。

このように、メイティングリング１５２及びシールリング１５７を共に、上述した特徴を有するＳＩＣにより形成しているため、摺動特性が良く摺動面に粒子が堆積することが極めて少なくなり、液漏れの防止を図ることができると共に、炭酸ソーダ水溶液（水抵抗器の電解液）に対して摺動特性のよいシール構造となる。

なお、ポーラスＳＩＣは摺動面に粒子が堆積し易いので、本実施例では、メイティングリング１５２及びシールリング１５７の材質を、ポーラスＳＩＣではなく、ＳＩＣとした。

本発明の実施例に係るメカニカルシールを用いた液循環ポンプを示す構成図。 本発明の実施例に係るメカニカルシールを示す構成図。 液体抵抗器システムを示す構成図。

符号の説明

１００ 液循環ポンプ
１０１ ポンプ部
１０２ モータ部
１５０ メカニカルシール
１５１ 回転軸
１５２ メイティングリング
１５３ カバープレート
１５４ ボルト
１５５ スタッフィングボックス
１５６ 固定側二次シール
１５７ シールリング
１５８ 回転側二次シール
１５９ ばね受け部
１６０ ばね

Claims (1)

1. 液体抵抗器の電解液を循環流通させる液循環ポンプに用いるメカニカルシールであって、
   回転軸に遊嵌されたメイティングリングと、
   前記回転軸に環装され、前記回転軸と共に回転し、且つ、前記回転軸の軸方向に移動可能となっているシールリングと、
   前記シールリングを前記メイティングリング側に付勢するばねとを有し、
   しかも、前記メイティングリング及び前記シールリングを、炭化ケイ素により形成していることを特徴とするメカニカルシール。

Images