JP2011058517A - Dry contact mechanical seal - Google Patents

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Masaki Miyamoto
正樹 宮本
Makoto Ueda
誠 上田
Yuki Maeda
祐樹 前田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dry contact mechanical seal effectively suppressing heat generation and rise of temperature of a static sealing ring to demonstrate a good mechanical seal function. <P>SOLUTION: The dry contact mechanical seal seals an internal gas area A and an external gas area B by relative rotation slid-contact action between a rotary sealing ring and the static sealing ring 3. The rotary sealing ring 5 is held to be axially movable by a rotational shaft 4, and the static sealing ring 3 is fitted and fixed to an inner peripheral face of a metallic seal case 2 through a pair of O-rings 8, 9. An annular space 14 sealed with the O-rings 8, 9 is formed between opposed peripheral faces of the seal case 2 and the static sealing ring 3. The annular space 14 is filled with and encloses heat medium oil (such as silicone oil and grease) 15 higher in heat expansion coefficient than air, and heat generated in the static sealing ring 3 by slide-contact with the rotary sealing ring 5 is radiated to the seal case 2 through the heat medium oil 15. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガスを扱う攪拌機等の回転機器に軸封装置として装備されるドライコンタクトメカニカルシールに関するものである。   The present invention relates to a dry contact mechanical seal equipped as a shaft seal device in a rotating device such as a stirrer that handles gas.

従来のドライコンタクトメカニカルシールとして、回転軸に軸線方向移動可能に保持された回転密封環と金属製のシールケースの内周面に一対のOリングを介して嵌合固定された静止密封環との相対回転摺接作用により機内ガス領域と機外ガス領域(大気領域)とをシールするように構成されたものが周知である。   As a conventional dry contact mechanical seal, a rotary seal ring held axially movable on a rotary shaft and a stationary seal ring fitted and fixed to the inner peripheral surface of a metal seal case via a pair of O-rings It is well known that it is configured to seal the in-machine gas region and the out-of-machine gas region (atmosphere region) by the relative rotational sliding action.

このようなドライコンタクトメカニカルシールにあっては、両密封環の相対回転摺接部分が液体潤滑されないドライ雰囲気(ガス雰囲気)で運転されることから、両密封環の摺接面(密封端面)には摩擦熱が発生する。而して、回転密封環については、これが回転軸によって回転されることから、その回転作用により発生熱は効果的に放熱(一種の空冷作用)されることになる。しかし、静止密封環については、それがガス領域内に静止するものであることから、回転密封環との摩擦による発生熱はこれが放熱されず蓄熱されることになり、静止密封環の温度上昇による異常摩耗や熱歪による密封端面の変形による多量漏れを生じる等、良好なメカニカルシール機能を発揮できない虞れがある。ところで、静止密封環を嵌合保持するシールケースは熱伝導率の高い金属材で構成されているが、静止密封環とシールケースとの間には、当該メカニカルシールの組み立て上、前記一対のOリングで閉塞された空間が必然的に形成されることから、つまり静止密封環とシールケースとの間には熱伝導率の低い空気層が形成されることから、静止密封環からシールケースへの放熱は期待することができない。静止密封環とシールケースとの間には空気に比して熱伝導率の高いゴム材で構成されるOリングが介装されていることから、Oリングを介して静止密封環からシールケースへと放熱される可能性はあるが、Oリングと静止密封環及びシールケースとの接触面積(放熱面積)は極く僅かであるから、かかるOリングを介しての放熱による効果は殆ど期待できない。   In such a dry contact mechanical seal, since the relative rotational sliding contact portions of both sealing rings are operated in a dry atmosphere (gas atmosphere) in which liquid lubrication is not performed, the sliding contact surfaces (sealing end surfaces) of both sealing rings are used. Generates frictional heat. Thus, since the rotating seal ring is rotated by the rotating shaft, the generated heat is effectively dissipated by the rotating action (a kind of air cooling action). However, since the stationary seal ring is stationary in the gas region, the heat generated by friction with the rotating seal ring is stored without being dissipated. There is a possibility that a good mechanical seal function cannot be exhibited, such as a large amount of leakage due to abnormal wear or deformation of the sealed end face due to thermal strain. By the way, the seal case that fits and holds the stationary seal ring is made of a metal material having high thermal conductivity. However, the assembly of the mechanical seal between the stationary seal ring and the seal case causes the pair of O Since a space closed by the ring is inevitably formed, that is, an air layer with low thermal conductivity is formed between the stationary sealing ring and the sealing case, the stationary sealing ring to the sealing case is formed. Heat dissipation cannot be expected. Since an O-ring made of a rubber material having a higher thermal conductivity than air is interposed between the stationary seal ring and the seal case, the stationary seal ring is passed through the O-ring to the seal case. However, since the contact area (heat dissipating area) between the O-ring and the stationary sealing ring and the seal case is very small, the effect of heat dissipation via the O-ring can hardly be expected.

従来からも、このような静止密封環の発熱,温度上昇を防止,回避するために、静止密封環とシールケースとの間に前記一対のOリングでシールされた環状の冷却空間を形成して、これに冷却水を循環供給するようにすることが提案されている(例えば、特許文献1の第2図を参照)。   Conventionally, in order to prevent and avoid such heat generation and temperature rise of the stationary seal ring, an annular cooling space sealed with the pair of O-rings is formed between the stationary seal ring and the seal case. It has been proposed to circulate and supply cooling water to this (see, for example, FIG. 2 of Patent Document 1).

実開平2−98271号公報Japanese Utility Model Publication No. 2-98271

しかし、このような冷却水の循環供給を行う場合には、これに要する設備が別途必要となることから、メカニカルシール構成が必要以上に大型化,複雑化し、イニシャルコスト,ランニングコストも高騰するといった問題がある。   However, when such a circulating supply of cooling water is performed, the equipment required for this is required separately, so the mechanical seal configuration becomes larger and more complicated than necessary, and the initial cost and running cost also rise. There's a problem.

本発明は、このような問題を生じることなく、静止密封環の発熱,温度上昇を効果的に抑制し得て、良好なメカニカルシール機能を発揮することができるドライコンタクトメカニカルシールを提供することを目的とするものである。   The present invention provides a dry contact mechanical seal that can effectively suppress the heat generation and temperature rise of the stationary seal ring without causing such problems, and can exhibit a good mechanical seal function. It is the purpose.

本発明は、回転軸に軸線方向移動可能に保持された回転密封環と金属製のシールケースの内周面に一対のOリングを介して嵌合固定された静止密封環との相対回転摺接作用により機内ガス領域と機外ガス領域とをシールするように構成されたドライコンタクトメカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、シールケースと静止密封環との対向周面間に前記一対のOリングでシールされた環状空間を形成し、この環状空間に流動性を有し且つ熱膨張係数が空気より高い熱媒体を充填封入させることにより、回転密封環との摺接により静止密封環に発生する熱を当該熱媒体を介してシールケースに放熱させるように構成しておくことを提案するものである。かかるドライコンタクトメカニカルシールにあっては、静止密封環が前記一対のOリングを介してシールケースの内周面にこれと非接触状態で嵌合固定されていることが好ましい。また熱媒体としては、流動性を有し且つ熱膨張係数が空気より高い水等を使用することができるが、一般には、加熱に対する安定性,不揮発性を有する熱媒体油(シリコンオイル・グリース等)を使用するのが最適である。   The present invention relates to a relative rotational sliding contact between a rotary seal ring held axially movable on a rotary shaft and a stationary seal ring fitted and fixed to an inner peripheral surface of a metal seal case via a pair of O-rings. In the dry contact mechanical seal configured to seal the in-machine gas region and the out-of-machine gas region by the action, in order to achieve the above-described object, in particular, between the opposed peripheral surfaces of the seal case and the stationary seal ring, the pair An annular space sealed with an O-ring is formed, and the annular space is filled and filled with a heat medium having fluidity and a higher thermal expansion coefficient than air, so that the stationary sealing ring is brought into sliding contact with the rotary sealing ring. It is proposed that the heat generated in the heat sink is radiated to the seal case through the heat medium. In such a dry contact mechanical seal, it is preferable that the stationary sealing ring is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the seal case via the pair of O-rings in a non-contact state. As the heat medium, water having fluidity and a coefficient of thermal expansion higher than that of air can be used. Generally, heat medium oil (silicon oil, grease, etc.) having stability against heating and non-volatility is used. ) Is best used.

本発明のドライコンタクトメカニカルシールにあっては、シールケースと静止密封環との間に熱媒体(熱媒体油等)が介在していることから、静止密封環から熱媒体を介して金属製のシールケースへと放熱されることになり、静止密封環に摩擦による発生熱が蓄熱されることがなく、熱歪が生じて静止密封環やその密封端面が変形するようなことがない。したがって、本発明によれば、冷却水循環供給設備等を必要とすることなく、静止密封環の放熱作用を効果的に行うことができ、メカニカルシール機能を良好に発揮しうるドライコンタクトメカニカルシールを提供することができる。   In the dry contact mechanical seal of the present invention, since a heat medium (heat medium oil or the like) is interposed between the seal case and the stationary seal ring, the metal is made from the stationary seal ring through the heat medium. Heat is dissipated to the seal case, heat generated by friction is not stored in the stationary seal ring, and thermal distortion does not occur and the stationary seal ring and its sealed end face are not deformed. Therefore, according to the present invention, there is provided a dry contact mechanical seal that can effectively perform the heat dissipation action of the stationary seal ring without requiring a cooling water circulation supply facility and the like, and can exhibit a mechanical seal function well. can do.

図1は、本発明に係るドライコンタクトメカニカルシールの一例を示す縦断正面図である。FIG. 1 is a longitudinal front view showing an example of a dry contact mechanical seal according to the present invention. 図2は、同メカニカルシールの縦断側面図である。FIG. 2 is a longitudinal side view of the mechanical seal. 図3は、図1の要部を拡大して示す詳細図である。FIG. 3 is an enlarged detailed view showing a main part of FIG.

以下、本発明の実施の形態を図1〜図3に基づいて具体的に説明する。図1は本発明に係るドライコンタクトメカニカルシールの一例を示す縦断正面図であり、図2は当該メカニカルシールの縦断側面図であり、図3図1の要部を拡大して示す詳細図である。   Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a longitudinal front view showing an example of a dry contact mechanical seal according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal side view of the mechanical seal, and FIG. 3 is an enlarged detailed view showing the main part of FIG. .

この実施の形態におけるドライコンタクトメカニカルシールは、竪型の回転機器(攪拌機等)の軸封手段として使用されるものであり、本発明に従って、次のように構成されている。なお、以下の説明において、上下とは図1〜図3における上下を意味するものとする。   The dry contact mechanical seal in this embodiment is used as a shaft sealing means of a vertical rotating device (such as a stirrer), and is configured as follows according to the present invention. In the following description, the top and bottom mean the top and bottom in FIGS.

すなわち、ドライコンタクトメカニカルシールは、図1及び図2に示す如く、回転機器のハウジング1の上端部である軸封部1aにシールケース2を取り付け、このシールケース2に静止密封環3を固定し、静止密封環3を同心状に貫通する当該回転機器の回転軸(攪拌軸等)4に回転密封環5をOリング6を介して軸線方向移動可能に嵌合保持し、回転密封環5をこれと回転軸4との間に介装したスプリング部材7(図2)により静止密封環3へと押圧附勢して、両密封環3,5の対向端面たる密封端面3a,5aの相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の内周側領域である機内ガス領域Aとその外周側領域である機外ガス領域Bとを遮蔽シールするように構成されている。なお、この例では、機外ガス領域Bは大気領域であり、機内ガス領域Aは大気領域Bより高圧の正圧ガス領域又は大気領域Bより低圧の負圧ガス領域(例えば、真空領域)である。   That is, in the dry contact mechanical seal, as shown in FIGS. 1 and 2, the seal case 2 is attached to the shaft seal portion 1 a that is the upper end portion of the housing 1 of the rotating device, and the stationary seal ring 3 is fixed to the seal case 2. The rotary seal ring 5 is fitted and held on the rotary shaft (stirring shaft or the like) 4 of the rotating device concentrically penetrating the stationary seal ring 3 through the O-ring 6 so as to be movable in the axial direction. The spring member 7 (see FIG. 2) interposed between this and the rotating shaft 4 is pressed and urged to the stationary sealing ring 3, and the relative rotation of the sealing end faces 3a and 5a, which are the opposite end faces of the both sealing rings 3 and 5, is achieved. The sliding contact action is configured to shield and seal the in-machine gas region A that is the inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion and the out-of-machine gas region B that is the outer peripheral side region. In this example, the out-of-machine gas region B is an atmospheric region, and the in-machine gas region A is a positive pressure gas region having a higher pressure than the atmospheric region B or a negative pressure gas region (for example, a vacuum region) having a lower pressure than the atmospheric region B. is there.

シールケース2は、図1及び図2に示す如く、軸封部1aに衝合する状態でハウジング1に取り付けられた円筒体であり、ステンレス鋼等の金属材(例えば、SUS304等)で構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the seal case 2 is a cylindrical body attached to the housing 1 so as to abut against the shaft seal portion 1a, and is made of a metal material such as stainless steel (for example, SUS304). ing.

静止密封環3は、図1及び図2に示す如く、シール条件に応じて選定された適宜の材料(カーボン,炭化珪素等のセラミックス,ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を主成分とする複合材,超硬合金等)で構成された円環状体であり、シールケース2の内周部に上下一対のOリング8,9を介して同心状に内嵌固定されている。静止密封環3の先端面たる上端面は、軸線に直交する円環状の平滑平面である密封端面(以下「静止側密封端面」という)3aに構成されている。なお、静止密封環3の下端側内周面は、下方に拡径する円錐面3bとされている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the stationary sealing ring 3 is made of an appropriate material selected according to the sealing conditions (carbon, ceramics such as silicon carbide, composite material mainly composed of polytetrafluoroethylene (PTFE), An annular body made of cemented carbide or the like, and is concentrically fitted and fixed to the inner peripheral portion of the seal case 2 via a pair of upper and lower O-rings 8 and 9. The upper end surface, which is the distal end surface of the stationary seal ring 3, is configured as a sealed end surface (hereinafter referred to as "stationary side sealed end surface") 3a which is an annular smooth plane orthogonal to the axis. In addition, the lower end side inner peripheral surface of the stationary seal ring 3 is a conical surface 3b that expands downward.

回転軸4は軸封部1aから上下方向に延びてシールケース2及び静止密封環3を同心状に貫通しているが、この回転軸4には、図1及び図2に示す如く、静止密封環3の上位に配して、ステンレス鋼等の金属材(例えば、SUS316等)で構成されたスプリングリテーナ10が嵌合固定されている。このスプリングリテーナ10は、円筒状の密封環保持部10aとその上端部に一体形成された大径の円環状のスプリング保持部10bとからなる断面L字状の円筒体であり、適当数のセットスクリュー11により回転軸4に固定されている。   The rotary shaft 4 extends vertically from the shaft seal portion 1a and passes through the seal case 2 and the stationary seal ring 3 concentrically. As shown in FIGS. A spring retainer 10 made of a metal material such as stainless steel (for example, SUS316 or the like) is fitted and fixed above the ring 3. This spring retainer 10 is a cylindrical body having an L-shaped cross section comprising a cylindrical sealing ring holding portion 10a and a large-diameter annular spring holding portion 10b integrally formed at the upper end thereof. The screw 11 is fixed to the rotating shaft 4.

回転密封環5は、図1及び図2に示す如く、本体部5bとその基端(上端)に一体形成された二次シール部5cと二次シール部5cにその基端面(上端面)及び外周面に衝合させた状態で嵌合固定された補強部5dとからなる円環状体に構成されており、二次シール部5cと回転軸4との間にOリング6を介在させた二次シール状態で回転軸4に軸線方向移動可能に嵌合保持されている。本体部5b及び二次シール部5cは一体構造物で、静止密封環3の構成材に応じて選定された適宜の材料(カーボン,炭化珪素等のセラミックス,ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を主成分とする複合材,超硬合金等)で構成されており、本体部5bの先端面たる下端面は、軸線に直交する円環状の平滑平面である密封端面(以下「回転側密封端面」という)5aに構成されている。補強部5dはステンレス鋼等の金属材(例えば、SUS316等)で構成されたドライブカラーであり、これに固着したドライブピン12を回転密封環5の二次シール部5cの基端部に形成した係合孔5eに係合させることにより、本体部5b及び二次シール部5cとの相対回転が阻止されている。また補強部5dには、スプリングリテーナ10のスプリング保持部10bに形成した貫通孔10cに挿通させたドライブピン13が固着されていて、回転密封環5をその軸線方向移動を所定範囲で許容した状態で回転軸4に対する相対回転不能ならしめている。また、Oリング6の軸線方向移動は、二次シール部5cの内周部に突入させたスプリングリテーナ10の密封環保持部10aの先端面とこれに対向する回転密封環5の本体部5bの内周側基端面とによって係止規制されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rotary seal ring 5 includes a main body portion 5b and a secondary seal portion 5c formed integrally with the base end (upper end), and a base seal surface (upper end surface) and a secondary seal portion 5c. It is constituted by an annular body composed of a reinforcing portion 5d fitted and fixed in a state of being brought into contact with the outer peripheral surface, and an O-ring 6 is interposed between the secondary seal portion 5c and the rotating shaft 4. In the next sealed state, the rotary shaft 4 is fitted and held so as to be movable in the axial direction. The main body portion 5b and the secondary seal portion 5c are an integral structure, and an appropriate material (ceramics such as carbon and silicon carbide, polytetrafluoroethylene (PTFE)) as a main component is selected according to the constituent material of the stationary seal ring 3 The lower end surface, which is the front end surface of the main body portion 5b, is a sealed end surface that is an annular smooth plane orthogonal to the axis (hereinafter referred to as "rotation side sealed end surface"). 5a. The reinforcing portion 5d is a drive collar made of a metal material such as stainless steel (for example, SUS316), and the drive pin 12 fixed thereto is formed at the base end portion of the secondary seal portion 5c of the rotary seal ring 5. By engaging with the engagement hole 5e, relative rotation between the main body 5b and the secondary seal 5c is prevented. A drive pin 13 inserted through a through hole 10c formed in the spring holding portion 10b of the spring retainer 10 is fixed to the reinforcing portion 5d, and the rotary seal ring 5 is allowed to move in the axial direction within a predetermined range. Thus, the rotation relative to the rotation shaft 4 is impossible. Further, the axial movement of the O-ring 6 is caused by the front end surface of the sealing ring holding portion 10a of the spring retainer 10 that has entered the inner peripheral portion of the secondary seal portion 5c and the main body portion 5b of the rotary sealing ring 5 facing this. Locking is restricted by the inner peripheral base end face.

スプリング部材7は、図2に示す如く、回転密封環5の補強部5dとスプリングリテーナ10のスプリング保持部10bとの間に周方向に等間隔を隔てて装填した複数本のコイルスプリング7aで構成されており、回転密封環5を静止密封環3へと押圧附勢している。   As shown in FIG. 2, the spring member 7 is composed of a plurality of coil springs 7a loaded at equal intervals in the circumferential direction between the reinforcing portion 5d of the rotary seal ring 5 and the spring holding portion 10b of the spring retainer 10. The rotary seal ring 5 is pressed and urged to the stationary seal ring 3.

而して、以上のように構成されたドライコンタクトメカニカルシールにあっては、本発明に従って、静止密封環3における発生熱(回転密封環5との摺接による摩擦熱)を効果的に放熱させるべく、次のような工夫が施されている。   Thus, in the dry contact mechanical seal configured as described above, the heat generated in the stationary seal ring 3 (friction heat due to sliding contact with the rotary seal ring 5) is effectively radiated according to the present invention. Therefore, the following measures are taken.

すなわち、シールケース2とこれに嵌合保持された静止密封環3との対向周面間に、図1〜図3に示す如く、Oリング8,9でシールされた環状空間14を形成して、この環状空間14に、流動性を有し且つ熱膨張係数が空気より高い熱媒体15を充填封入してある。この例では、熱媒体15として熱媒体油を使用している。Oリング8,9は、静止密封環3の外周面の両端部とシールケース2の内周面の両端部との間に、静止密封環3の外周面の中央部に突設した環状凸部3cとシールケース2の内周面の上端部に突設した環状突起2a及びハウジング1に突設された環状突起1bとによって軸線方向変位を規制された状態で装填されている。環状空間14は、シールケース2の内周面に環状凸部3cに対向する環状凹部を形成することによって形成されており、Oリング8,9によってシールされている。なお、環状空間14は、冒頭で述べたようなメカニカルシール組み立て上必然的に生じるものより大きいものであることは言うまでもない。静止密封環3とシールケース2(及びハウジング1)とは、図3に示す如く、Oリング8,9を介して間接的に接触しているにすぎず、直接的には完全に非接触の状態となっている。すなわち、シールケース2の内周面(環状突起2aを含む)は静止密封環3の外周面(環状凸部3cを含む)に接触しておらず、またハウジング1の環状突起1bはシールケース2と静止密封環3との間に突入しているが、静止密封環3には接触していない。   That is, an annular space 14 sealed with O-rings 8 and 9 is formed between the opposed peripheral surfaces of the seal case 2 and the stationary seal ring 3 fitted and held therein, as shown in FIGS. The annular space 14 is filled with a heat medium 15 having fluidity and a thermal expansion coefficient higher than that of air. In this example, heat medium oil is used as the heat medium 15. The O-rings 8 and 9 are annular protrusions projecting at the center of the outer peripheral surface of the stationary seal ring 3 between both ends of the outer peripheral surface of the stationary seal ring 3 and both ends of the inner peripheral surface of the seal case 2. 3c and an annular protrusion 2a protruding from the upper end of the inner peripheral surface of the seal case 2 and an annular protrusion 1b protruding from the housing 1 are loaded in a state where displacement in the axial direction is restricted. The annular space 14 is formed by forming an annular recess facing the annular protrusion 3 c on the inner peripheral surface of the seal case 2, and is sealed by O-rings 8 and 9. Needless to say, the annular space 14 is larger than what is inevitably produced in the mechanical seal assembly as described at the beginning. As shown in FIG. 3, the stationary seal ring 3 and the seal case 2 (and the housing 1) are in indirect contact with each other via the O-rings 8 and 9, and are not completely in direct contact with each other. It is in a state. That is, the inner peripheral surface (including the annular protrusion 2 a) of the seal case 2 is not in contact with the outer peripheral surface (including the annular protrusion 3 c) of the stationary seal ring 3, and the annular protrusion 1 b of the housing 1 is not in contact with the seal case 2. However, the stationary sealing ring 3 is not in contact with the stationary sealing ring 3.

熱媒体油15の環状空間14への充填封入は、例えば、次のようにして行われる。すなわち、シールケース2に、図1に示す如く、その外周部から環状空間14へと貫通する熱媒体油供給孔16を形成し、この熱媒体油供給孔16から環状空間14に熱媒体油15を供給する。そして、環状空間14に熱媒体油15が充填された後において、熱媒体油供給孔16の開口部を適宜のプラグ(メクラ栓,メクラ蓋)17により閉塞する。なお、熱媒体油15の充填に際しては、空気を環状空間14から完全に排除しておく必要があるが、このような環状空間14内の空気を熱媒体油15に完全に置換させるために、例えば図1に鎖線図示する如く、シールケース2に環状空間14から上方に開口する空気抜き孔18を形成しておくことが好ましい。   Filling and enclosing the heat medium oil 15 in the annular space 14 is performed, for example, as follows. That is, as shown in FIG. 1, a heat medium oil supply hole 16 penetrating from the outer peripheral portion to the annular space 14 is formed in the seal case 2, and the heat medium oil 15 is transferred from the heat medium oil supply hole 16 to the annular space 14. Supply. Then, after the heat medium oil 15 is filled in the annular space 14, the opening of the heat medium oil supply hole 16 is closed with an appropriate plug (mekura plug, mekra lid) 17. In addition, when filling the heat medium oil 15, it is necessary to completely exclude the air from the annular space 14. In order to completely replace the air in the annular space 14 with the heat medium oil 15, For example, it is preferable to form an air vent hole 18 opening upward from the annular space 14 in the seal case 2 as shown by a chain line in FIG.

熱媒体油15としては、熱伝導率が空気より高い油系のもの(液状等の流動性を有するもの)であれば任意に使用することができるが、シール条件に応じて、融点ないし沸点の液相の温度範囲が広いものであること、単位体積当たりの熱容量が大きい(比熱が大きい)ものであること、接触部材(シールケース2、Oリング8,9等)を腐食させないものであること、環境,人体に無害であること、の条件を満足するものを使用することが好ましい。この例では、かかる条件を全て満足し且つ経済的にも有利なシリコンオイル・グリースが使用されている。   The heat medium oil 15 can be arbitrarily used as long as it is oil-based (having fluidity such as liquid) having a thermal conductivity higher than that of air, but it has a melting point or boiling point depending on the sealing conditions. The temperature range of the liquid phase is wide, the heat capacity per unit volume is large (specific heat is large), and the contact member (seal case 2, O-rings 8, 9 etc.) is not corroded. It is preferable to use one that satisfies the conditions of being harmless to the environment and the human body. In this example, silicone oil and grease satisfying all such conditions and economically advantageous are used.

以上のように構成されたドライコンタクトメカニカルシールにあっては、密封環3,5の摺接により摩擦熱が発生した場合、回転密封環5については、冒頭で述べた如く、それが回転することによる一種の空冷作用により冷却される。一方、回転せず静止状態にある静止密封環3については、回転密封環5のような自己回転による冷却作用はないが、その発生熱は、静止密封環5から熱媒体油15を介して金属製のシールケース2へと放熱される。すなわち、回転密封環5との摺接によって静止密封環3に摩擦熱が発生したときにも、従来シールのようにシールケース2との間に熱伝導率の低い空気層が形成される場合に比して、当該摩擦熱が熱媒体油15を経て金属製のシールケースへと速やかに放熱されることになり、静止密封環3に蓄熱されることがなく、静止密封環3の密封端面3aに熱歪が生じたり静止密封環3が高温化して変形したりするようなことが効果的に防止される。その結果、静止密封環3の接触領域がガス領域A,Bであるドライ雰囲気において運転(ドライ運転)される場合にも、両密封環3,5の密封端面3a,5aの相対回転摺接作用によるメカニカルシール機能が良好に発揮される。   In the dry contact mechanical seal constructed as described above, when frictional heat is generated by sliding contact between the sealing rings 3 and 5, the rotating sealing ring 5 rotates as described at the beginning. It is cooled by a kind of air cooling action. On the other hand, the stationary seal ring 3 that is stationary without rotating is not cooled by the self-rotation unlike the rotary seal ring 5, but the generated heat is transferred from the stationary seal ring 5 through the heat medium oil 15 to the metal. Heat is radiated to the seal case 2 made of metal. That is, even when frictional heat is generated in the stationary seal ring 3 due to sliding contact with the rotary seal ring 5, an air layer having a low thermal conductivity is formed between the seal case 2 and the conventional seal. In contrast, the frictional heat is quickly radiated to the metal seal case through the heat medium oil 15, so that the heat is not stored in the stationary seal ring 3, and the sealed end face 3 a of the stationary seal ring 3. Thus, it is possible to effectively prevent heat distortion from occurring and deformation of the stationary seal ring 3 due to high temperature. As a result, even when the contact region of the stationary seal ring 3 is operated in a dry atmosphere where the gas regions A and B are in a dry atmosphere (dry operation), the relative rotational sliding contact between the sealed end faces 3a and 5a of both the seal rings 3 and 5 is achieved. The mechanical seal function is excellent.

また、熱膨張係数の異なる異種材料で構成されるシールケース2と静止密封環3とがOリング8,9及び熱媒体油15のみを介する非接触状態にあることから、両者2,3間に熱膨張差による相互干渉が生じず、シールケース2の熱変形により静止密封環3が変形されるようなこともない。   In addition, since the seal case 2 made of different materials having different thermal expansion coefficients and the stationary seal ring 3 are in a non-contact state through only the O-rings 8 and 9 and the heat medium oil 15, Mutual interference due to the difference in thermal expansion does not occur, and the stationary sealing ring 3 is not deformed by thermal deformation of the seal case 2.

なお、本発明の構成は上記した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良,変形することができる。例えば、上記した例では回転軸が鉛直方向に延びる竪型の回転機器に装備されるドライコンタクトメカニカルシールに本発明を適用したが、本発明は回転軸が水平に延びる横型の回転機器に装備されるドライコンタクトメカニカルシールにも好適に適用することが可能である。また、熱媒体15としては、上記した熱媒体油を使用することが好ましいが、シール条件等によっては、水等を使用することも可能である。   The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately improved and modified without departing from the basic principle of the present invention. For example, in the example described above, the present invention is applied to a dry contact mechanical seal that is installed in a vertical rotating device whose rotating shaft extends in the vertical direction. However, the present invention is installed in a horizontal rotating device in which the rotating shaft extends horizontally. The present invention can also be suitably applied to dry contact mechanical seals. Moreover, although it is preferable to use the above-described heat medium oil as the heat medium 15, water or the like can be used depending on the sealing conditions.

1 回転機器のハウジング
1a 軸封部
2 シールケース
3 静止密封環
3a 静止密封環の密封端面
4 回転軸
5 回転密封環
5a 回転密封環の密封端面
8 Oリング
9 Oリング
14 環状空間
15 熱媒体油(熱媒体)
A 機内ガス領域
B 機外ガス領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing of rotating equipment 1a Shaft sealing part 2 Seal case 3 Static sealing ring 3a Sealing end surface of stationary sealing ring 4 Rotating shaft 5 Rotating sealing ring 5a Sealing end surface of rotating sealing ring 8 O ring 9 O ring 14 Annular space 15 Heat medium oil (Heat medium)
A In-machine gas area B Out-of-machine gas area

Claims (4)

回転軸に軸線方向移動可能に保持された回転密封環と金属製のシールケースの内周面に一対のOリングを介して嵌合固定された静止密封環との相対回転摺接作用により機内ガス領域と機外ガス領域とをシールするように構成されたドライコンタクトメカニカルシールにおいて、
シールケースと静止密封環との対向周面間に前記一対のOリングでシールされた環状空間を形成し、この環状空間に流動性を有し且つ熱膨張係数が空気より高い熱媒体を充填封入させることにより、回転密封環との摺接により静止密封環に発生する熱を当該熱媒体を介してシールケースに放熱させるように構成したことを特徴とするドライコンタクトメカニカルシール。
In-machine gas due to relative rotational sliding contact between a rotary seal ring held axially movable on the rotary shaft and a stationary seal ring fitted and fixed to the inner peripheral surface of a metal seal case via a pair of O-rings In a dry contact mechanical seal configured to seal an area and an off-board gas area,
An annular space sealed with the pair of O-rings is formed between the opposed peripheral surfaces of the seal case and the stationary seal ring, and the annular space is filled with a heat medium having fluidity and a higher thermal expansion coefficient than air. A dry contact mechanical seal characterized in that heat generated in the stationary seal ring by sliding contact with the rotary seal ring is radiated to the seal case through the heat medium.
静止密封環が前記一対のOリングを介してシールケースの内周面にこれと非接触状態で嵌合固定されていることを特徴とする、請求項1に記載するドライコンタクトメカニカルシール。   The dry contact mechanical seal according to claim 1, wherein a stationary seal ring is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the seal case via the pair of O-rings in a non-contact state. 前記熱媒体が熱媒体油であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載するドライコンタクトメカニカルシール。   The dry contact mechanical seal according to claim 1 or 2, wherein the heat medium is a heat medium oil. 前記熱媒体油がシリコンオイル・グリースであることを特徴とする、請求項3に記載するドライコンタクトメカニカルシール。   The dry contact mechanical seal according to claim 3, wherein the heat medium oil is silicone oil / grease.
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