JP2009250378A - Mechanical seal device for liquid - Google Patents
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Description
本発明は、液体用のメカニカルシール装置に関する。さらに詳しくは、ポンプの軸封用メカニカルシール装置、水力発電の水車の軸封用メカニカルシール装置又はタービンの軸封用メカニカルシール装置に関する。 The present invention relates to a mechanical seal device for liquid. More specifically, the present invention relates to a shaft seal mechanical seal device for a pump, a shaft seal mechanical seal device for a hydroelectric power generation turbine, or a turbine shaft seal mechanical seal device.
本発明に係わる従来のメカニカルシール装置は、ポンプやタービンなどに用いられている。特に、ポンプやタービンなどではシールする被密封流体が水の場合がある。この軸封用のメカニカルシール装置は、図示は省略するが、ハウジングに密封に保持される固定用密封環のシール面と回転軸に密封に保持される回転用密封環の対向シール面が互いに密接してシール面の外周側に存在する被密封水をシールする。この水には、不純物が含まれるから、シール面が損傷しないように密封環は硬質のカーボン又は炭化珪素材料から形成されている。そして、水をシールしている間は、水がシール面間に介在するから、シール面は水により潤滑されて摺動発熱することもなく、被密封液体をシールすることができる。 A conventional mechanical seal device according to the present invention is used for a pump, a turbine, or the like. In particular, in a pump or a turbine, the sealed fluid to be sealed may be water. In this mechanical seal device for shaft sealing, although not shown in the drawing, the sealing surface of the sealing ring for fixing that is hermetically held by the housing and the opposing sealing surface of the sealing ring for rotation that is hermetically held by the rotating shaft are in close contact with each other. Thus, the sealed water present on the outer peripheral side of the sealing surface is sealed. Since this water contains impurities, the sealing ring is made of a hard carbon or silicon carbide material so that the sealing surface is not damaged. While the water is sealed, the water is interposed between the sealing surfaces, so that the sealing surface is lubricated by the water and does not generate heat by sliding, and the sealed liquid can be sealed.
しかし、ポンプや水車では、被密封水が自然水であるから、ポンプや水車に導入されなくなる場合がしばしばある。この場合は、シール面間に水が介在しなくなるから、両シール面は、硬質であるが故に、摺動発熱して高温になるので急速に摩耗する。そして、シール面間は、摩耗により隙間が生じるから、シール能力を低下させる。特に、ポンプや水車などのメカニカルシール装置は、大型であるために、円形を成すシール面の径は大きくなるから周速度も速くなる。その結果、シール面に潤滑作用がなくなると、シール面の摺動発熱が激しくなってシール面が急速に摩耗する。又、炭化珪素やカーボン材製の密封環は、高価であるために、密封環が摩耗して損傷すると、交換のための密封環のコストが大きくなる。また、シール面に被密封流体側に連通する液体導入溝を設けても、被密封液体が枯れる状態では、シール面の摩耗を防止することは困難になる。 However, in a pump or a water wheel, since the sealed water is natural water, it is often not introduced into the pump or the water wheel. In this case, since water does not intervene between the seal surfaces, both the seal surfaces are hard and thus wear rapidly because they generate high temperatures due to sliding heat generation. And since a clearance gap arises between seal surfaces by abrasion, a sealing capability is reduced. In particular, since mechanical seal devices such as pumps and water wheels are large, the diameter of the circular seal surface is increased, so that the peripheral speed is also increased. As a result, when the sealing surface loses its lubricating action, sliding heat generation on the sealing surface becomes intense and the sealing surface is worn rapidly. Further, since the seal ring made of silicon carbide or carbon material is expensive, if the seal ring is worn and damaged, the cost of the seal ring for replacement increases. Even if the liquid introduction groove communicating with the sealed fluid side is provided on the sealing surface, it is difficult to prevent the sealing surface from being worn in a state where the sealed liquid is withered.
さらに、他の従来のメカニカルシール装置として図8に示すメカニカルシール装置のシール面が存在する(例えば、特許文献1の図6及び特許文献2のFig2を参照)。特許文献1の図6に相当する図8のシール面104には、L字形溝105が周面に沿って多数形成されている。このL字形溝105は気体導入溝105Aと動圧発生部105Bとから構成されている。そして、そのL字形溝105の深さは、15×10−6m以下の寸法に形成されている(同明細書の段落番号0023の欄を参照)。このL字形溝105の深さは、気体に対して動圧を発生させる(同明細書の段落番号0001の欄を参照)。なお、気体用の動圧発生溝は、気体であるが故に、シール面に潤滑作用がないので、シール面間を非接触状態にして焼き付き等を防止するものである。さらに、特許文献2の溝の深さは、2.5×10−6m以下である(同明細書の実施例の欄を参照)。この特許文献2の軸用気密密閉装置も気体用メカニカルシール装置である(同明細書の発明の名称及び実施例の欄を参照)。以上から、シール面に設けた動圧発生溝は、全て気体用メカニカルシール装置に用いるものであることが判明する。
Furthermore, as another conventional mechanical seal device, there is a seal surface of the mechanical seal device shown in FIG. 8 (see, for example, FIG. 6 of
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、メカニカルシール装置のシール面の摺動発熱やシール面の焼き付き・摩耗を防止することにある。また、シール面間に不純物が侵入してシール面が損傷するのを防止することにある。さらに、シール面のシール能力を向上することにある。同時に、炭化珪素のような高価な密封環の耐久能力を向上して密封環のコストを低減することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and the technical problem to be solved by the invention is that the heat generation of the seal surface of the mechanical seal device and the seizure / wear of the seal surface are caused. It is to prevent. Another object is to prevent the sealing surfaces from being damaged by the entry of impurities between the sealing surfaces. Furthermore, it is in improving the sealing capability of a sealing surface. At the same time, it is to improve the durability of an expensive seal ring such as silicon carbide and reduce the cost of the seal ring.
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。
The present invention has been made to solve the technical problems as described above,
The technical solution is configured as follows.
請求項1に係わる本発明のメカニカルシール装置は、回転軸の周りの間隙の被密封液体側と気体側とを遮断するメカニカルシール装置であって、前記回転軸が内設されたハウジングの軸用孔を囲む取付面に取り付け可能にされた保持面と、前記回転軸の廻りの内周嵌合面と、流体供給側の一端部から前記内周嵌合面に貫通する第1通路とを有する環状のシールカバー、前記シールカバーの前記内周嵌合面と移動自在に嵌合する外周嵌合面と、前記回転軸と間隙を設けて遊合可能な内周面と、一端面に接合端面を設けたフランジ部と、前記第1通路と連通するとともに前記接合端面に貫通する第2通路と、を有するリテーナ、
前記リテーナの前記接合端面に密接して保持される第1接合面と、前記第1接合面と反対の端面に設けたシール面と、前記回転軸と遊合可能な内周面とを有する固定用密封環、前記固定用密封環のシール面と摺動可能にして密接する対向シール面を一端に有するとともに前記回転軸と嵌合可能な回転用密封環、および前記回転用密封環を密封に保持すると共に回転軸に密封に嵌着する回転側リテーナを具備し、前記固定用密封環のシール面または前記回転用密封環の対向シール面に被密封流体を流入および流出させるとともにシール面と対向シール面の間に動圧力を発生させるディンプルを有し、前記ディンプルの被密封流体側と径方向反対の前記シール面の位置に周方向に長手溝または環状溝に形成された拡散溝を有するとともに、前記拡散溝内に貫通するとともに前記第2通路と連通する気体または液体を流す第3通路を有し、前記第1通路と前記第2通路と第3通路から構成される流体通路を通して液体または気体が前記シール面と前記対向シール面の間に供給されるものである。
A mechanical seal device according to a first aspect of the present invention is a mechanical seal device that shuts off a sealed liquid side and a gas side of a gap around a rotary shaft, and is for a shaft of a housing in which the rotary shaft is provided. A holding surface capable of being attached to an attachment surface surrounding the hole, an inner peripheral fitting surface around the rotating shaft, and a first passage penetrating from the one end on the fluid supply side to the inner peripheral fitting surface. An annular seal cover, an outer peripheral fitting surface that is movably fitted to the inner peripheral fitting surface of the seal cover, an inner peripheral surface that can be loosely coupled with the rotation shaft, and a joint end surface at one end surface A retainer having a flange portion provided with a second passage that communicates with the first passage and penetrates the joining end surface;
A fixed member having a first joint surface held in close contact with the joint end surface of the retainer, a seal surface provided on an end surface opposite to the first joint surface, and an inner peripheral surface capable of freely mating with the rotating shaft. A sealing ring for rotation, a sealing ring for rotation having a counter seal surface that is slidably in close contact with the sealing surface of the sealing ring for fixing, and fits with the rotating shaft, and seals the sealing ring for rotation A rotating side retainer that is held and fitted on the rotating shaft in a hermetically sealed manner is provided, and fluid to be sealed flows in and out of the sealing surface of the fixing sealing ring or the opposing sealing surface of the rotating sealing ring, and faces the sealing surface. A dimple for generating dynamic pressure between the sealing surfaces, and a diffusion groove formed in a longitudinal or annular groove in the circumferential direction at a position of the sealing surface opposite to the sealed fluid side of the dimple in the radial direction , The expansion A third passage that passes through the groove and communicates with the second passage and allows a gas or liquid to flow, and the liquid or gas passes through a fluid passage formed by the first passage, the second passage, and the third passage. It is supplied between the sealing surface and the opposing sealing surface.
請求項2に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記流体通路が前記固定用密封環を保持するリテーナと前記リテーナと移動自在に嵌合するシールカバーの両嵌合面を貫通して形成されているものである。
In the mechanical seal device of the present invention according to
この請求項1に係わる本発明のメカニカルシール装置では、回転軸が始動するときはシール面と対向シール面間に液体が介在しない場合が惹起する。また、回転軸が回転を終了する時にもシール面と対向シール面間に液体が介在しない場合が惹起する。更には、自然現象などで,被密封流体がシール面間に介在しなくなる場合もある。このような状況では、シール面と対向シール面間に液体が介在しなくなるから、摺動発熱してシール面が急速に摩耗する恐れが生じる。しかし、本発明では、このような場合でも、流体通路から供給される液体が拡散溝を介してシール面間に液膜となって介在して摺動発熱を防止する。さらにシール面間に介在する液膜をディンプルによって被密封流体側へ押し出してシール面間に被密封流体が浸入するのを防止し、シール能力を発揮させる。さらに、流体通路からの液体が不足した場合には、シール面におけるディンプルの動圧発生力によりシール面間を非接触状態にしてシール面の摺動発熱とともに、摩耗が防止できる効果を奏する。 In the mechanical seal device according to the first aspect of the present invention, when the rotary shaft is started, there is a case where no liquid is interposed between the seal surface and the opposed seal surface. In addition, there is a case where no liquid is interposed between the seal surface and the opposing seal surface when the rotation shaft finishes rotating. Furthermore, due to natural phenomena, the sealed fluid may not be interposed between the sealing surfaces. In such a situation, no liquid is interposed between the seal surface and the opposed seal surface, so that there is a risk that the seal surface will rapidly wear due to sliding heat generation. However, in the present invention, even in such a case, the liquid supplied from the fluid passage is interposed as a liquid film between the seal surfaces via the diffusion groove to prevent sliding heat generation. Further, the liquid film interposed between the sealing surfaces is pushed out to the sealed fluid side by dimples to prevent the sealed fluid from entering between the sealing surfaces, thereby exerting the sealing ability. Further, when there is a shortage of liquid from the fluid passage, the dynamic pressure generating force of the dimples on the seal surface brings the seal surfaces into a non-contact state, and there is an effect of preventing wear as well as sliding heat generation on the seal surface.
この請求項2に係わる本発明のメカニカルシール装置では、リテーナは移動可能にし、シール面の面圧を対向シール面に対して最適にしなければシール能力は向上しない。しかし、リテーナの摺動面(外周面)に潤滑作用が無くなると、シール面の面圧の応答性が低下してシール能力も低下する。本発明では、流体通路がリテーナの摺動面を横断するので、このとき、流体通路を通る液体によって摺動面を潤滑する。その結果、シール面の対向シール面に対する面圧の応答能力が向上し、シール能力を発揮させる。この効果は、リテーナを押圧するばね手段の設計を最適にすることができる。
In the mechanical seal device of the present invention according to
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の形状は、設計図を基にして作成したものであって寸法関係が正確である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a mechanical seal device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the shape of each drawing demonstrated below was created based on the design drawing, and its dimensional relationship is accurate.
図1は、本発明に係わるメカニカルシール装置1の軸方向の上側の片側断面図である。なお、図1の正面図は、回転軸50に挿入された円環状である。また、図2は、図1の下側の片側断面図である。図3の上側のA部は、図1の断面から周方向へ90度の位置の片側断面図である。さらに、図3の下側のB部は、図1の断面の位置から45度の位置の片側断面図である。
FIG. 1 is a half sectional view of the upper side in the axial direction of a
図1、図2及び図3は、本発明に係わる第1実施の形態(実施例1)を示すものであって、水力発電用の水車に取り付けたメカニカルシール装置1の要部を示すものである。以下に、図1、図2及び図3を用いて説明する。回転軸50は、ハウジング60の軸用孔60Aに挿入されて回転可能に支持されている。ハウジング60の符号Rは被密封流体が存在する機外の河川水側である(被密封流体側)。又、符号A側は機内の気体側または大気側である。メカニカルシール装置1は、回転軸50が貫通するハウジング60の軸用孔60Aと回転軸50との間を軸封するために設ける。シールカバー30の符号省略の保持面は、ハウジング60の軸用孔60Aを囲む取付面60Bにシール用Oリングを介してボルト61により締結する。ボルト61は周面に沿って等配に、例えば、16個所に設けている。このボルト61の個数は、シールカバー40の直径が約1mにもなるので多数個にしているが、このボルト61の個数はシールカバー40の直径に応じて設定する。
FIGS. 1, 2 and 3 show a first embodiment (Example 1) according to the present invention, which shows a main part of a
シールカバー40には、不純物が含まれない水道水などの液体(潤滑液とも言う)または液体が切れたときは気体を供給できる第1通路20Aを大気側Aの管用ネジから内周嵌合面40Aに貫通する。また、シールカバー40の側面40B1に設けた突部40Eには、穴状のばね座40Cを設ける。このばね座40Cは周面に沿って等配に、例えば、15個所、20個所と設計に応じて複数個を設ける。このシールカバー40は、回転軸50に対向する径方向の両側から抱き合わせに装着できるようにするために、2分割、3分割または4分割の分割シールカバーに構成する。図1では分割シールカバーは2分割である。そして、回転軸50を囲んで各分割シールカバーを円環状体に結合するために、各分割シールカバーの両側面40B1,40B2における両結合面側(両端部側)には、連結板40Dを溶接により一体に結合する(図3を参照)。
The
この各分割シールカバーに設けた各連結板40Dは、互いに近接して対向するように溶接して取り付ける。この一対の連結板40D、40Dのうち一方の連結板40Dには雌ネジを設けるとともに、他方の連結板40Dには通し孔を設ける。そして、この通し孔にボルト45を通してボルト45を一方の連結板40Dの雌ネジに締結して各分割シールカバーを円環状体のシールカバー40に形成する。なお、シールカバー40は、直径が小径の場合、または回転軸50に容易に挿入できる構成の場合には、分割シールカバーに分割して互いに連結合するような分割構造にする必要はない。つまり、一体の円環状を成すシールカバー40に形成しても良い。
Each connecting
シールカバー40の内周嵌合面40Aは、リテーナ30の外周嵌合面30Aと摺動自在に嵌合する。このリテーナ30は円筒体の端部にフランジ部30Bを設けた形に形成する。リテーナ30には、一方の側面40B2(液体または気体の流体を供給する一端部)からL字型に内周嵌合面40Aへ貫通する第1通路20Aを設ける。この第1通路20Aの内周嵌合面40A側は軸方向へ第1通路20Aの直径より大きい幅の溝に形成する。また、第1通路20Aと連通するとともに、軸方向を成した他端がフランジ部30Bの接合端面に貫通する第2通路20Bを設ける。この第2通路20Bの第1通路20Aと連通する嵌合面には第1通路20Aと対称形状に軸方向へ第2通路20Bの直径より大きい幅の溝に形成する。この軸方向へ幅がある両溝は、リテーナ30が軸方向へ微少な距離だけ移動しても第1通路20Aと第2通路20Bとが連通できるようにするためである。
The inner peripheral
また、この第2通路20Bが貫通するフランジ部30Bの接合端面(単に、端面とも言う)は、第2通路20Bを囲んで第2通路20Bより大きな凹部に形成する。この第1通路20Aと第2通路20Bとの全体が液体または気体用の流体通路20である。そして、リテーナ30の外周嵌合面30Aとシールカバー40の内周嵌合面40Aとの嵌合間の第1通路20Aと第2通路との接続する両側には流体通路20を通る液体または気体が嵌合間から外部へ漏洩しないようにシール用のOリング21、21を設ける。この流体通路20は、通常、液体を供給するが、液体が自然現象で不足したときは(山岳地帯の発電用水車では、自然現象で水が不足する場合もある)気体を圧送する。この液体用ポンプは液体でも気体でも供給できるものである。
In addition, a joining end face (also simply referred to as an end face) of the
このリテーナ30のフランジ部30Bとシールカバー40のばね座40Cとの間にはリテーナ30のフランジ部30Bをシールカバー40から前方へ押し出すばね手段(コイル状ばね)41を周方向へ沿って各ばね座40Cの個数だけ設ける。また、リテーナ30は、内周面が回転軸50と間隙を設けて遊嵌合する。さらに、リテーナ30のフランジ部30B側の内周面は段付面に形成する。このリテーナ30もシールカバー40と同様にして分割リテーナに形成する。このリテーナ30の締付部30Cは、図3のA部に示すように、径方向へ突出する一対が二枚の締付板であって、この二枚の締付板を互いに結合するように六角孔付ボルト46とソケットボルト47を締め付けて分割リテーナを円環状体に結合する。このリテーナ30の一対の締付板は分割リテーナの分割数だけ設ける。このリテーナ30も、直径が小径の場合、または回転軸50に簡単に挿入可能な構造の場合には、分割リテーナに構成することなく、一体の円環状に形成することもできる。
Between the
また、リテーナ30のフランジ部30Bには、六角孔付ボルト46により第1ホルダ35を軸方向へ結合する。この第1ホルダ35もリテーナ30と同様に分割されており、各分割ホルダの各結合面側の外周に径方向へ突出する第1締付板35Aを設ける。この周方向2個所の各一対の第1締付板35A,35Aをリテーナ30と同様にして締結する。一対の第1締付板35A,35Aを設けた第1ホルダ35は、分割された固定用密封環(以下、固定密封環とも言う)2を環状にして軸方向へ移動しないように保持するものである。
The
この固定密封環2は、リテーナ30と同様に2分割しており、断面が図4に示すような形状である。つまり、固定密封環2の一端面にはシール面2Aを設けるとともに他端面には第1接合面2Eを設ける。このシール面2Aは研磨されて鏡面に仕上げられている。この固定密封環2の軸方向に貫通する第3通路20Dは、第2通路20Bに連通するようにリテーナ30の接合端面と固定密封環2の第1接合面2Eとは密接する。この両部品の密接構造は、リテーナ30の接合端面に第2通路20Bを囲んだ大きい凹部を形成するとともに、凹部の外周の廻りにはシール用のOリング23を設けて第2通路20Bと第3通路20Dとの連通間の間隙の周りをシールするものである。また、リテーナ30の接合端面に打ち込まれた固定ピン5は、固定密封環2の第1接合面2Eに設けた係止穴2Hに係止して固定密封環2が周方向へ回動しないように保持する。
The fixed
固定密封環2の第1外周面2Bにはテーパ面を設ける。そして、固定密封環2のテーパ面と第1ホルダ35の段付面との間によりシール用の第1Oリング22を断面が三角状に弾性変形させてシールするとともに、第1ホルダ35により分割した固定密封環2を環状体に保持する。この第1ホルダ35により固定密封環2を締め付けるときには、その間に第1スペーサ34を挟むのが好ましい。このように構成された固定密封環2は、シール面2Aの被密封流体(河川水、河川水が不足すると空気となる)R側(外周側)に、L形のディンプル3を形成する(他の実施例の図6を参照)。このディンプル3はL形にするとともに、周方向へ対称に配置して一対の正逆回転両用の各ディンプル3,3に構成する。この固定密封環2は、一実施例として、直径が約500mmあるので、シール面2Aに12対(24個)のディンプル3,3,・・を設けている。このディンプル3の個数は固定密封環2の大きさ、ポンピング作用力等を考慮して設定する。ディンプル3の平面の幅は、例えば、5mmから25mmにすると良い。深さは15×10−6mから50×10−6mにすると良い。なお、回転密封環12が一方にのみ回転させる場合は、一対のディンプルにする必要はなく、L型を周方向へ同じ形に配列すればよい。ディンプル3は、径方向を成す流体の流入流出溝3Aと周方向を成す動圧発生溝3Bとから構成する。
A tapered surface is provided on the first outer peripheral surface 2B of the fixed
このディンプル3は、ディンプル3の径方向と周方向の各長さにより、第3通路20Dから供給された液体を外周側へポンピング作用をする。同時に、被密封流体側Rの流体をシール面に導入する働きをする。このディンプル3の作用は、動圧発生溝3Bによりポンピング作用をするので、動圧発生溝3Bの周方向の長さを、気体がシール面2A,12Aに介在する場合よりも(従来技術よりも)、短く形成すると良い。また、流入流出溝3Aは、気体がシール面2A,12Aに介在する場合より、幅広く形成すると良い。さらに、ディンプル3の内周側に周方向へ長い拡散溝2Dを形成する(被密封流体がシール面2Aの第1内周面2C側にある時は、拡散溝2Dと流体通路20の出口はディンプル3の外周側となる)。拡散溝2Dの深さは、ディンプル3の深さより深くすると良い。拡散溝2Dの周方向のほぼ中央に第3通路20Dの出口を設ける。
The
この第3通路20Dは固定密封環2の軸方向に貫通しているが、第3通路20Dの途中から被密封流体側の方向で、且つディンプル3に向かって20度から50度に傾斜させると良い。第3通路20Dの個数は4個所から12個所設けている。このように構成された拡散溝2Dとディンプル3は、第3通路20Dから噴出する液体を両シール面2A,12A間に膜状にして潤滑作用を成すとともに、ディンプル3により潤滑作用をした液体を被密封流体側Rへポンピングして被密封流体が両シール面間2A,12Aに浸入するのを防止するする。同時に、被密封流体がシール面2A,12A間へ浸入するのをディンプル3のポンピング作用により防止して、シール能力を発揮させる。同時に、自然水である被密封流体が不足して、または、断水してシール面2A,12Aに介在しなくなった場合には、流体通路20から供給される液体をディンプル3によりシール面2へ液膜のように拡散して潤滑作用によりシール面2A,12Aの磨耗を防止する。さらには、シール面2A,12A間を動圧発生溝3Bによる圧力により、非接触状態にしてシール面2A,12Aの損傷を防止する。この固定密封環2は炭化珪素、カーボン、セラミック、超鋼等の耐摩耗性の材料で製作する。
The
図6に示す固定密封環2は、実施例2ある。この図6に示す固定密封環2は、直径が100mmから300mmのように小径の場合である。つまり、この固定密封環2は分割しない場合である。なお、固定密封環2を分割する場合は、ディンプル3と、燐接するディンプル3の間を径方向へ2分割する。図6に示すシール面2Aに設けたディンプル3は、外周側に被密封流体側Rがる場合である。このディンプル3の形状はL型に限定されず、液体を流入と流出させるとともに、ポンピング作用または動圧発生力を生起させる構成であれば他の形状でも良い。ただし、ディンプル3の溝の深さは従来技術の気体の場合とは異なり、深くされている。なお、固定密封環2の第1内周面2C内に被密封流体側Rがある場合は、さらに、実施例3の図7に示すような固定密封環2に形成する。図7において、拡散溝2Dは、シール面2Aに円環状溝に形成されているが、図6に示すように断続溝に形成することもできる。つまり、固定密封環2の拡散溝2Dは、潤滑する液体をシール面2Aに拡散して液膜にできれば、環状溝、断続溝、周方向へ蛇行した溝等を形成することができる。なお、図7の符号が図6と同一のものは、同一構成である。なお、図7において、固定密封環2は分割していない例を挙げたが、固定密封環2の大きさに応じて径方向へ2分割、3分割することもできる。
The fixed
固定密封環2に対向した位置には回転用密封環(以下、回転密封環とも言う)12を配置する。回転密封環12の断面形状は、図5に示すとおりである。回転密封環12の一端面には対向シール面12Aを設ける。この対向シール面12Aはシール面2Aと摺動可能なように鏡面に仕上げられている。対向シール面12Aと軸方向反対の端面には、第2接合面12Eを設ける。この回転密封環12の第2接合面12Eには、ドライブピン15と係止する第2係止穴12Hを設ける。また、回転密封環12の第2外周面12Bは、ほぼ固定密封環2の第1外周面2Bと同形状に形成する。また、第2内周面12Cは、回転軸50と間隙を設けた状態の非接触である。この2分割に分割された回転密封環12は、第2ホルダ36,36とともに環状体に締め付ける。第2ホルダ36にも、第1ホルダ36と同様に各分割ホルダごとに第2締付板36Aを設ける。そして、互いに対向する各締付板36A,36Aを六角穴付ボルトとソケットボルトにより締め付けて第2ホルダ36とともに回転密封環12を環状体に結合する。なお、第2Oリング22と第2スペーサ34は、第1Oリングと第1スペーサ34と同様に回転密封環12と第2ホルダ36の間に挟んで介在させる。
A rotational sealing ring (hereinafter also referred to as a rotational sealing ring) 12 is disposed at a position facing the fixed
回転側リテーナ31は、分割されており、回転側リテーナ31の外周面には第1ホルダ35の締付板35Aと同様な第3締付板32Aが各分割リテーナごとに分割面側に設ける。そして、第3締付板32Aを六角穴付ボルト46により締め付けて回転側リテーナ31を環状体に結合する。このとき、回転側リテーナ31は、シール用のOリング25を介して回転軸50に嵌着するとともに、シール用のOリング24を介して回転密封環12に密封に接合する(図2を参照)。さらに、回転側リテーナ31の穴に打ち込んで嵌着したドライブピン15は、回転密封環12の第2係止穴12Hに係合して両部品がともに回動するように固定する(図2を参照)。また、第2ホルダ36と回転側リテーナ31とは六角穴付ボルト46により締め付けて結合する。
The
回転側リテーナ31より被密封流体側Rのクランプリング37は、分割されている。分割クランプリングにも、第1ホルダ35と同様な第4締付板37Aを各分割クランプリングの分割面側に設ける。そして、クランプリング37も第1ホルダ35と同様に第4締付板37Aを六角穴付ボルト46とソケットボルト47により締め付けて環状体に結合する。同時に、このクランプリング37に設けたキー溝37Bは、回転軸50に設けたキー42に係合して回転軸50とともに回動するように固定する。このクランプリング37と回転側リテーナ31とは六角穴付ボルト46により軸方向に結合する。
The
図2のバイパス通路20Cは、流体通路20からバイパス通路20Cを通って流れた液体を図示する流れ線の流路F1にそって流して両シール面12A,12Aの外周側に達するようにする。そして、ごみ等がシール面2A、12Aに付着するのを防止する。図3のB部は図2の他の断面を示すものである。また、図3のA部は、図1と90度異なる位置の断面を示すものである。また、メカニカルシール装置1は、周方向へ複数に分割されて機械に装着された回転軸50に容易に挿入できるように成されているが、このメカニカルシール装置1は、各シール面2A,12Aに設けた各ディンプル3,3・・と流体通路20からの潤滑液の作用効果により各シール面2A,12Aが分割されていても、問題なく、シール能力を発揮できる。
The bypass passage 20C in FIG. 2 allows the liquid flowing from the
このように構成されたメカニカルシール装置1は、流体通路20を流れた水道水のような潤滑液を各シール面2A,12Aの間に供給して潤滑する。被密封流体側Rの河川水が自然現象で不足した場合には、各シール面2A,12Aが乾燥状態で摺動して発熱する恐れがあるが、この流体通路20から供給される潤滑液により各シール面2A,12Aの摺動発熱が防止される。この各シール面2A,12Aの潤滑作用とシール効果は、上述したようにディンプル3により効果的に発揮される。同時に、各シール面2A,12Aに介在する潤滑液は、ディンプル3のポンピング作用により泥水等を含む被密封流体が各シール面2A,12Aに進入するのを効果的に防止してシール能力を向上させる。また、自然現象により河川水の不足とともに、故障等で各シール面2A,12Aへの潤滑液の供給が停止した場合でも、ディンプル3により各シール面2A,12A間に動圧力を発生させて各シール面2A,12A間を非接触状態にして摺動発熱を防止できる。この摺動発熱が防止されると、各シール面2A,12Aに惹起する焼き付きや、破損が防止できる。このため、高価な密封環2,12の破損が防止できれば、この破損防止は、コストを低減できる効果がきわめて大きい。
The
上述の第1実施例のメカニカルシール装置1は、分割型メカニカルシール装置1について説明したが、取り付けられる装置(発電用水車など)によっては、一体型メカニカルシール装置1に構成することもできる。この場合は、上述の分解した各部品は一体型にされており、締付板32A,35A,36A,37Aは不要になる。
Although the
以上に説明したように、このメカニカルシール装置は、大型の液体用の軸封装置として有用である。特に、大型の密封環は高価であるので、シール面の摩耗を防止したメカニカルシール装置として有用である。さらに、高価な密封環のコストを低減できるので有用である。 As described above, this mechanical seal device is useful as a shaft seal device for large liquids. In particular, since a large seal ring is expensive, it is useful as a mechanical seal device that prevents wear of the seal surface. Furthermore, the cost of the expensive seal ring can be reduced, which is useful.
1 メカニカルシール装置
2 固定用密封環(固定密封環)
2A シール面
2B 第1外周面
2C 第1内周面
2D 拡散溝
2E 第1接合面
3 ディンプル
3A 流入流出溝
3B 動圧発生溝
5 固定ピン
12 回転用密封環(回転密封環)
12A 対向シール面
12B 第2外周面
12C 第2内周面
12E 第2接合面
12H 第2係止穴
20 流体通路
20A 第1通路
20B 第2通路
20C バイパス通路
20D 第3通路
22 第1Oリング、第2Oリング
23 Oリング
30 リテーナ
30A 外周嵌合面
30B フランジ部
30C 締付部
31 回転側リテーナ
32A 第3締付板
34 第1スペーサ、第2スペーサ
35 第1ホルダ
35A 締付板
36 第2ホルダ
36A 第2締付板
37 クランプリング
37A 第3締付板
37B キー溝
40 シールカバー
40A 内周嵌合面
40B1 側面
40B2 側面
40C ばね座
40D 連結板
40E 突部
45 ボルト
46 六角孔付ボルト
47 ソケットボルト
50 回転軸
60 ハウジング
60A 軸用孔
60B 取付面
61 ボルト
A 気体側(大気側)
B 被密封流体側(液体側)
1 Mechanical seal device
2 Sealing ring for fixing (fixed sealing ring)
2A Seal surface
2B 1st outer peripheral surface
2C 1st inner peripheral surface
2D diffusion groove
2E 1st joint surface
3 dimples
3A Inflow / outflow groove
3B Dynamic pressure generating groove
5 Fixing pin
12 Rotating seal ring (Rotating seal ring)
12A Opposing seal surface
12B Second outer peripheral surface
12C 2nd inner peripheral surface
12E Second joint surface
12H Second locking hole
20 Fluid passage
20A 1st passage
20B 2nd passage
20C bypass passage
20D 3rd passage
22 1st O-ring, 2nd O-ring
23 O-ring
30 Retainer
30A outer peripheral mating surface
30B Flange
30C Tightening part
31 Rotating side retainer
32A 3rd clamping plate
34 1st spacer, 2nd spacer
35 First holder
35A clamping plate
36 Second holder
36A Second clamping plate
37 Clamp ring
37A 3rd clamping plate
37B Keyway
40 Seal cover
40A Inner peripheral mating surface
40B1 side
40B2 side
40C Spring seat
40D connecting plate
40E protrusion
45 volts
46 Hexagon socket head cap screw
47 Socket bolt
50 axis of rotation
60 housing
60A shaft hole
60B Mounting surface
61 volts
A Gas side (atmosphere side)
B Sealed fluid side (liquid side)
Claims (2)
前記回転軸が内設されたハウジングの軸用孔を囲む取付面に取り付け可能にされた保持面と、前記回転軸の廻りの内周嵌合面と、流体供給側の一端部から前記内周嵌合面に貫通する第1通路とを有する環状のシールカバー、
前記シールカバーの前記内周嵌合面と移動自在に嵌合する外周嵌合面と、前記回転軸と間隙を設けて遊合可能な内周面と、一端面に接合端面を設けたフランジ部と、前記第1通路と連通するとともに前記接合端面に貫通する第2通路と、を有するリテーナ、
前記リテーナの前記接合端面に密接して保持される第1接合面と、前記第1接合面と反対の端面に設けたシール面と、前記回転軸と遊合可能な内周面とを有する固定用密封環、
前記固定用密封環のシール面と摺動可能にして密接する対向シール面を一端に有するとともに前記回転軸と嵌合可能な回転用密封環、および
前記回転用密封環を密封に保持すると共に回転軸に密封に嵌着する回転側リテーナを具備し、
前記固定用密封環のシール面または前記回転用密封環の対向シール面に被密封流体を流入および流出させるとともにシール面と対向シール面の間に動圧力を発生させるディンプルを有し、前記ディンプルの被密封流体側と径方向反対の前記シール面の位置に周方向に長手溝または環状溝に形成された拡散溝を有するとともに、前記拡散溝内に貫通するとともに前記第2通路と連通する気体または液体を流す第3通路を有し、前記第1通路と前記第2通路と第3通路から構成される流体通路を通して液体または気体が前記シール面と前記対向シール面の間に供給されることを特徴とするメカニカルシール装置。 A mechanical seal device that shuts off a sealed liquid side and a gas side of a gap around a rotating shaft,
A holding surface capable of being attached to a mounting surface surrounding a shaft hole of a housing in which the rotary shaft is provided, an inner peripheral fitting surface around the rotary shaft, and an inner periphery from one end on the fluid supply side An annular seal cover having a first passage penetrating the fitting surface;
An outer peripheral fitting surface that is movably fitted to the inner peripheral fitting surface of the seal cover, an inner peripheral surface that can be loosely coupled with the rotary shaft, and a flange portion that has a joint end surface on one end surface And a retainer having a second passage that communicates with the first passage and penetrates the joining end surface;
A fixed member having a first joint surface held in close contact with the joint end surface of the retainer, a seal surface provided on an end surface opposite to the first joint surface, and an inner peripheral surface capable of freely mating with the rotating shaft. Sealing ring,
One end of the sealing ring that is slidable and in close contact with the sealing surface of the sealing ring for fixing and that can be fitted to the rotating shaft, and the sealing ring for rotation that holds and rotates the sealing ring for rotation It has a rotating side retainer that fits hermetically on the shaft,
A dimple that causes fluid to flow into and out of the sealing surface of the sealing ring for fixing or the opposing sealing surface of the sealing ring for rotation and generates dynamic pressure between the sealing surface and the opposing sealing surface; A gas having a diffusion groove formed in a circumferential groove or an annular groove in the circumferential direction at a position opposite to the sealed fluid side in the radial direction, and penetrating into the diffusion groove and communicating with the second passage; A third passage through which liquid flows, and liquid or gas is supplied between the seal surface and the opposing seal surface through a fluid passage formed by the first passage, the second passage, and the third passage. A mechanical seal device.
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