JP2007078003A - Gland packing and sealing device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブのステムのようにヘリカル運動する軸、回転ポンプや撹拌機等のように回転する軸、往復動ポンプやシリンダ装置のように往復運動する軸等の軸部分をシールするのに用いられるものであり、低温から高温まで広範囲の温度変化に対応することができると共に、高圧に於いても低摺動トルクで耐久性及びシール性の向上を図れるようにしたグランドパッキン及びこれを用いたシール装置に関するものである。 The present invention seals shaft parts such as a shaft that moves helically like a stem of a valve, a shaft that rotates like a rotary pump or a stirrer, and a shaft that reciprocates like a reciprocating pump or cylinder device. A gland packing that can cope with a wide range of temperature changes from low to high temperature, and that can improve durability and sealability with low sliding torque even at high pressures, and uses this gland packing. The present invention relates to a sealing device.
一般に、バルブのステム、回転ポンプの回転軸、撹拌機の回転軸、送風機の回転軸、混合機の回転軸、往復動ポンプの往復作動軸、シリンダ装置の往復作動軸等の軸部分のシールには、従前からグランドパッキン及びグランドパッキンを用いたシール装置が広く利用されている。 Generally, seals for shaft parts such as valve stems, rotary pump rotary shafts, agitator rotary shafts, blower rotary shafts, mixer rotary shafts, reciprocating pump reciprocating operation shafts, reciprocating operation shafts of cylinder devices, etc. Conventionally, a gland packing and a sealing device using a gland packing have been widely used.
前記グランドパッキンとしては、炭素繊維やアラミド繊維等の繊維材料から成るヤーンを単数又は複数撚り合わせたものを所望の形状に編組した編組パッキン、シート状の材料を打ち抜いて所望の形状に加工し、これを金型等でプレス成形した積層パッキン、膨張黒鉛を主材料とした黒鉛パッキン、フッ素系樹脂を主原料とした樹脂パッキン等が知られている。 As the gland packing, a braided packing obtained by braiding yarns made of fiber materials such as carbon fibers and aramid fibers into a desired shape by knitting one or a plurality of yarns, punching a sheet-like material, and processing it into a desired shape, A laminate packing obtained by press molding this with a mold or the like, a graphite packing using expanded graphite as a main material, a resin packing using a fluorine-based resin as a main material, and the like are known.
又、シール装置としては、例えば、バルブのボディに形成したスタフィンボックスとこれを貫通するステムとの間に形成された円筒状のシール空間に上述したグランドパッキンを充填し、スタフィンボックスの外周面に螺着したグランドナットを締め付けてシール空間の入口側に嵌合したパッキン押えを介して前記グランドパッキンをステムの軸線方向へ加圧することにより、グランドパッキンの内周面をステムの外周面へ、又、グランドパッキンの外周面をスタフィンボックスの内周面へ夫々密着させてシールするようにしたバルブのシール装置が知られている。 Further, as a sealing device, for example, the above-described gland packing is filled in a cylindrical seal space formed between a staffin box formed in a valve body and a stem penetrating the staffin box, and the outer periphery of the staffin box is The inner surface of the gland packing is moved to the outer surface of the stem by tightening the gland nut screwed to the surface and pressurizing the gland packing in the axial direction of the stem through a packing presser fitted to the inlet side of the seal space. In addition, there is known a valve sealing device in which the outer peripheral surface of the gland packing is in close contact with the inner peripheral surface of the staffin box for sealing.
ところで、最近のグランドパッキン及びシール装置に於いては、シール性等の向上を図るために異なる材質により形成した環状のパッキンリングを組み合せた構造のグランドパッキン及びこれを用いたシール装置が使用されている(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
By the way, in recent gland packing and sealing devices, a gland packing having a structure in which an annular packing ring formed of different materials is combined and a sealing device using the same are used in order to improve sealing performance and the like. (For example, refer to
例えば、ボイラー給水や各種ガス等の流体を制御するバルブに於いては、耐熱性、耐薬品性、自己潤滑性等に優れたポリテトラフルオロエチレン(PTFE)により形成した環状のパッキンと、ポリテトラフルオロエチレンに匹敵する特性を持つテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)により形成した環状のパッキンとを組み合せた構造のグランドパッキン及びこれを用いたシール装置が使用されている。 For example, in a valve for controlling fluids such as boiler feed water and various gases, an annular packing made of polytetrafluoroethylene (PTFE) excellent in heat resistance, chemical resistance, self-lubricating property, etc., and polytetra A gland packing having a structure in which a ring packing formed of a tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) having characteristics comparable to that of fluoroethylene is combined, and a seal device using the same are used.
然し乍ら、前記グランドパッキン及びシール装置に於いては、流体の圧力が30MPaを超える高圧になると、バルブの開閉操作に伴ってグランドパッキンが直ぐに摩耗し、シール機能が低下してグランド部分から流体が漏洩し、開閉耐久性能が極めて悪いと云う問題があった。例えば、流体の圧力が40MPaの加圧下に於いては、バルブの開閉操作を50回程度行うだけで、グランドパッキンが摩耗してしまい、グランド部分からの漏洩が発生している。
そのため、前記グランドパッキン及びシール装置では、流体の圧力が30MPa以上の高圧に耐えられる耐久性の実現は困難であった。
又、前記グランドパッキン及びシール装置を手動式のバルブに用いた場合、流体の圧力が高圧になると、グランド部分の摺動抵抗が増加し、バルブを開閉操作する際のハンドルトルクが高くなってバルブの開閉操作が困難になると云う問題があった。
更に、前記グランドパッキン及びシール装置は、その使用温度範囲も−20℃〜150℃と比較的狭く、手動式のバルブで要求の多い−50℃〜230℃の温度範囲に使用することができなかった。
Therefore, in the gland packing and the sealing device, it has been difficult to realize durability that can withstand a high pressure of 30 MPa or more.
In addition, when the gland packing and the seal device are used in a manual type valve, when the fluid pressure becomes high, the sliding resistance of the gland increases, and the handle torque when the valve is opened and closed increases. There has been a problem that the opening / closing operation of the door becomes difficult.
Furthermore, the operating temperature range of the gland packing and the sealing device is relatively narrow, such as -20 ° C to 150 ° C, and it cannot be used in the temperature range of -50 ° C to 230 ° C, which is often required for manual valves. It was.
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は取り扱う流体が高圧であっても、グランド部分の摺動抵抗が小さくて高い開閉耐久性能を持つと共に、低温から高温まで広い温度範囲に対応することができるグランドパッキン及びこれを用いたシール装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to have a low sliding resistance at the ground portion and high switching durability even when the fluid to be handled is high pressure, and from low temperatures. An object of the present invention is to provide a gland packing capable of supporting a wide temperature range up to a high temperature and a sealing device using the same.
本願発明者は、様々な材質により形成した環状のパッキンリングを色々組み合せて数十種類のグランドパッキンを形成し、各グランドパッキンを流体の圧力及び温度等の条件を変えて各種試験を行い、そのシール性能、耐久性、摺動抵抗等を調べた結果、グラファイト入りのポリテトラフルオロエチレン(以下、グラファイト入りPTFEと呼ぶ)製のパッキンリングとこのパッキンリングの材質よりも硬度の高い材質のプラスチック材により形成した硬質パッキンリングとを組み合せたグランドパッキンが最も耐久性、シール性、摺動抵抗等に優れていることを見出した。 The inventor of the present application forms dozens of types of gland packing by combining various ring packing rings made of various materials, and performs various tests on each gland packing by changing conditions such as fluid pressure and temperature. As a result of investigating sealing performance, durability, sliding resistance, etc., it was found that a packing ring made of graphite containing polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as PTFE containing graphite) and a plastic material having a hardness higher than that of the packing ring. It was found that the gland packing combined with the hard packing ring formed by the above method has the most excellent durability, sealing performance, sliding resistance and the like.
本発明の請求項1の発明は、上述の如き過程を経て創作されたものであり、グラファイト入りPTFEにより形成した環状のパッキンリングと、パッキンリングの両端面に配置され、パッキンリングの材質よりも硬度の高い材質のプラスチック材により形成した環状の硬質パッキンリングとから成り、前記パッキンリングを硬質パッキンリングで挾持するようにしたことに特徴がある。
The invention of
本発明の請求項2の発明は、請求項1の発明に於いて、環状の硬質パッキンリングをポリエーテルエーテルケトンにより形成したことに特徴がある。
The invention of
本発明の請求項3の発明は、スタフィンボックスとこれを貫通する軸との間に形成された円筒状のシール空間にグランドパッキンを充填すると共に、前記グランドパッキンをパッキン押えにより軸の軸線方向へ締め付け、スタフィングボックスの内周面と軸の外周面との隙間をグランドパッキンによりシールするようにしたシール装置に於いて、前記グランドパッキンを請求項1、請求項2又は請求項3に記載のグランドパッキンとしたことに特徴がある。
According to a third aspect of the present invention, a gland packing is filled in a cylindrical seal space formed between a staffin box and a shaft passing through the staffin box, and the gland packing is pressed in the axial direction of the shaft by a packing presser. 4. A sealing device in which a gap between the inner peripheral surface of the stuffing box and the outer peripheral surface of the shaft is sealed with a gland packing, and the gland packing is defined in
本発明のグランドパッキン及びシール装置は、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性等に優れたグラファイト入りPTFE製の環状のパッキンリングを、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性等に優れ且つ高温・高圧下でも優れた特性を発揮するポリエーテルエーテルケトン製の硬質パッキンリングで挾持するようにしているため、広範囲の温度領域と高圧の条件下にも充分に対応することができ、高いシール性と高い開閉耐久性を確保することができる。
又、本発明のグランドパッキン及びシール装置は、耐摩耗性等に優れたグラファイト入りPTFE製のパッキンリングと同じく耐摩耗性等に優れたポリエーテルエーテルケトン製の硬質パッキンリングとを使用しているため、バルブに用いた場合には、グランド部分の摺動抵抗が小さくなり、バルブのハンドルトルクの上昇を抑制することができ、バルブのハンドルの回転操作を容易に行える。
更に、本発明のグランドパッキン及びシール装置は、一枚のパッキンリングを二枚の硬質パッキンリングで挾持しているため、グランドパッキン自体がコンパクトになり、バルブ等の各種機器のコンパクト化を図れる。
The gland packing and sealing device of the present invention is a PTFE annular packing ring made of graphite, which has excellent heat resistance, wear resistance, chemical resistance, etc., and is excellent in heat resistance, wear resistance, chemical resistance, etc.・ Since it is held by a rigid packing ring made of polyetheretherketone that exhibits excellent characteristics even under high pressure, it can fully handle a wide range of temperature ranges and high pressure conditions, and has high sealing performance And high opening and closing durability can be secured.
The gland packing and sealing device of the present invention uses a PTFE packing ring made of graphite excellent in wear resistance and the like, and a hard packing ring made of polyether ether ketone which is also excellent in wear resistance and the like. Therefore, when used for a valve, the sliding resistance of the ground portion is reduced, the increase in the handle torque of the valve can be suppressed, and the rotation of the handle of the valve can be easily performed.
Furthermore, since the gland packing and the sealing device of the present invention hold one packing ring with two hard packing rings, the gland packing itself becomes compact, and various devices such as valves can be made compact.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態に係るグランドパッキン1及びシール装置を手動式のバルブのグランド部分に適用したものであり、前記グランドパッキン1及びシール装置は、バルブのステム3部分をシールするのに用いられ、広範囲の温度領域と高圧の条件下にも対応することができると共に、摺動抵抗が小さくて耐久性にも優れ、然も、バルブのコンパクト化を達成できるようにしたものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a
前記グランドパッキン1は、グラファイト入りPTFEにより形成した環状のパッキンリング1aと、パッキンリング1aの両端面に配置され、パッキンリング1aの材質よりも硬度の高い材質のプラスチック材により形成した環状の硬質パッキンリング1bとから成り、一枚のパッキンリング1aを二枚の硬質パッキンリング1bで挾持するようにしたものである。
The
即ち、パッキンリング1aは、グラファイト入りPTFE(グラファイトの粉末をPTFEに分散し、PTFEの耐圧縮クリープ特性や耐摩耗性等の不足している特性を強化したもの)により断面形状が矩形の環状に形成されており、耐熱性、耐摩耗性、耐薬品性、非粘性、自己潤滑特性、電気特性等に優れた特性を有している。この例では、パッキンリング1は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)にグラファイト粉末(黒鉛の粉末)を配合して成る材料から形成されている。
That is, the
一方、硬質パッキンリング1bは、パッキンリング1aの材質よりも硬度の高い材質のプラスチック材により断面形状が矩形の環状に形成されており、この例では、エンジニアリングプラスチックの一つであるポリエーテルエーテルケトン(PEEK:登録商標)により形成されている。このポリエーテルエーテルケトンは、耐熱性(UL値で260℃)、耐摩耗性(高温、高加重下でも優れた摺動性を発揮)、耐薬品性(濃硫酸以外の幅広い無機・有機溶剤に対して極めて優れた耐性を発揮)、難燃性(1.5mmの厚みのサンプルでV−0難燃性を達成)、耐加水分解性(250℃以上のスチーム、高圧水の中で数千時間の使用に耐える)等に優れた特性を有している。
On the other hand, the
上述したグランドパッキン1を用いたシール装置は、図1に示す如く、バルブのボディ2に形成した筒状のスタフィンボックス2aとスタフィンボックス2a内に挿通されてボディ2に回転自在且つ昇降自在に螺着されたステム3との間に形成された円筒状のシール空間に、金属製のハメ輪4、硬質パッキンリング1b、パッキンリング1a及び硬質パッキンリング1bを順次充填すると共に、シール空間の入口側に金属製の筒状のパッキン押え5を嵌め込み、スタフィンボックス2aの外周面に螺着したグランドナット6を締め付けてパッキン押え5とハメ輪とでグランドパッキン1を構成するパッキンリング1a及び硬質パッキンリング1bをステム3の軸線方向へ加圧することにより、バルブのグランド部分をシールするようにしたものである。
尚、図1に於いて、7はスタフィンボックス2aの外周面に螺着したパネルナットである。
As shown in FIG. 1, the sealing device using the
In FIG. 1,
このシール装置に於いては、耐熱性及び耐摩耗性等に優れたグラファイト入りPTFE製のパッキンリング1aを耐熱性及び耐摩耗性等に優れ且つ高温・高圧下でも優れた摺動性を発揮するポリエーテルエーテルケトン製の硬質パッキンリング1bで挾持して成るグランドパッキン1を使用しているため、広範囲の温度領域と高圧の条件下にも充分に対応することができ、高いシール性と高い開閉耐久性を確保することかできる。
又、このシール装置に於いては、グラファイト入りPTFE製のパッキンリング1aとポリエーテルエーテルケトン製の硬質パッキンリング1bとから成るグランドパッキン1を使用しているため、取り扱う流体の圧力が高圧になっても、グランド部分の摺動抵抗が小さく、バルブのハンドルトルクの上昇を抑制することができ、バルブのハンドルの回転操作を容易に行える。
更に、このシール装置に於いては、一枚のパッキンリング1aを二枚の硬質パッキンリング1bで挾持したグランドパッキン1を使用しているため、グランドパッキン1自体がコンパクトになり、延いてはバルブのコンパクト化を図れる。
In this sealing device, the
In addition, in this sealing device, since the
Further, in this sealing device, since the gland packing 1 in which one
本発明のグランドパッキン1を用いたシール装置の耐久性や摺動トルク等を確認するために、本発明のグランドパッキン1を用いたシール装置と従来のグランドパッキン(PTFEとPFAを組み合せたもの)を用いたシール装置とを手動式のバルブに用いて耐久性等の試験を行った。その結果、下記の表1に示すような結果となった。
尚、本発明のグランドパッキン1と従来のグランドパッキンとは、同一の形状に形成して試験を行った。
In order to confirm the durability and sliding torque of the sealing device using the
The gland packing 1 of the present invention and the conventional gland packing were formed in the same shape and tested.
表1からも明らかなように、本発明のグランドパッキン1を用いたシール装置は、従来のグランドパッキンを用いたシール装置に比較して耐久性に優れていると共に、摺動抵抗が小さく、使用温度範囲も広いことが判明した。
As is clear from Table 1, the sealing device using the
尚、上記の実施の形態に於いては、グランドパッキン1及びシール装置を手動式のバルブに用いるようにしたが、他の実施の形態に於いては、グランドパッキン1及びシール装置を自動式のバルブに用いるようにしても良い。
In the above embodiment, the
上記の実施の形態に於いては、ステム3がヘリカル運動するバルブにグランドパッキン1及びシール装置を用いるようにしたが、他の実施の形態に於いては、ステム3が回転運動又は往復運動するバルブにグランドパッキン1及びシール装置を用いるようにしても良い。
In the above-described embodiment, the gland packing 1 and the sealing device are used for the valve in which the
上記の形態に於いては、グランドパッキン1を押え付けるパッキン押え5をスタフィンボックス2aの外周面に螺着したグランドナット6で締め付けるようにしたが、他の実施の形態に於いては、パッキン押え5をフランジや内ネジ式の部材で締め付けるようにしても良い。
In the above embodiment, the
上記実施の形態に於いては、硬質パッキンリング1bをポリエーテルエーテルケトンにより環状に形成するようにしたが、他の実施の形態に於いては、硬質パッキンリング1bをパッキンリング1aよりも硬質の他の樹脂材により形成するようにしても良い。例えば、硬質パッキンリング1bをポリフッ化ビニリデ/(PVDF)により形成するようにしても良い。
In the above embodiment, the
上記の実施の形態に於いては、パッキンリング1a及び硬質パッキンリング1bの断面形状を矩形に形成するようにしたが、他の実施の形態に於いては、パッキンリング1a及び硬質パッキンリング1bの断面形状を薄い板状又はV字状等に形成するようにしても良く、又、その他の形状に形成するようにしても良い。
In the above embodiment, the cross-sectional shapes of the
本発明は、バルブの軸部分のシールに利用されるものであるが、回転ポンプや撹拌機等のように回転する軸、往復動ポンプやシリンダ装置のように往復運動する軸等の軸部分をシールするのにも適用することができる。 The present invention is used for sealing a shaft portion of a valve. A shaft portion such as a rotating shaft such as a rotary pump or a stirrer or a shaft such as a reciprocating shaft such as a reciprocating pump or cylinder device is used. It can also be applied to seal.
1はグランドパッキン、1aはパッキンリング、1bは硬質パッキンリング、2aはスタフィンボックス、3は軸(ステム)、5はパッキン押え。 1 is a gland packing, 1a is a packing ring, 1b is a hard packing ring, 2a is a staffin box, 3 is a shaft, and 5 is a packing presser.
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