JP2013096568A - Mechanical seal device - Google Patents

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Yoshihiro Suefuji
嘉博 末藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanical seal device for reducing abnormal wear, as well as leakage, while stably rotating an intermediate ring.SOLUTION: This mechanical seal device 10 seals a fluid to be sealed between a rotary shaft 12 and a casing 14 for covering the rotary shaft 12. This device 10 includes: the intermediate ring 20 held between a rotary sealing ring 22 and a resting sealing ring 18 along the axial direction of the rotary shaft 12, sliding with both the rotary sealing ring 22 and the resting sealing ring 18, and relatively rotatably arranged with respect to both the rotary sealing ring 22 and the resting sealing ring 18; and gears 66, 68, 70 and 72 connected to the intermediate ring 20 and forcibly rotating the intermediate ring 20 in the same direction as the rotary sealing ring 22 at a rotating speed α slower than a rotating speed β of the rotary sealing ring 22.

Description

本発明は、メカニカルシール装置に係り、さらに詳しくは、中間リングを用いたメカニカルシール装置の改良に関する。   The present invention relates to a mechanical seal device, and more particularly to an improvement of a mechanical seal device using an intermediate ring.

たとえばボイラ供給用ポンプ(BFP)用の軸シール等に代表される高温高速回転ポンプ用の軸シールでは、熱水等からなる被密封流体の温度が低下することを防ぐために、メカニカルシール装置の冷却を行わないシステムが求められる。   For example, in a shaft seal for a high-temperature and high-speed rotary pump represented by a shaft seal for a boiler supply pump (BFP), the mechanical seal device is cooled in order to prevent the temperature of the sealed fluid made of hot water from decreasing. A system that does not perform is required.

しかし、高温、高圧、高回転ポンプ用のメカニカルシール装置において、摺動面を冷却しないシステムを採用した場合、摺動面を構成する部材の温度・圧力による変形量が増大し、摺動面の当たり面の状況が、エッジ状の当たりとなり、漏れが発生するという問題を有する。また、摺動面流体が摺動発熱で蒸発し、摺動面において固体接触が発生し、異常摩耗や破損に繋がる場合がある。   However, when a system that does not cool the sliding surface is used in a mechanical seal device for high temperature, high pressure, and high rotation pumps, the amount of deformation due to temperature and pressure of the members constituting the sliding surface increases, and the sliding surface The situation of the contact surface is an edge-like contact, and there is a problem that leakage occurs. Further, the sliding surface fluid evaporates due to sliding heat generation, and solid contact occurs on the sliding surface, which may lead to abnormal wear or damage.

このような問題を解決するための従来技術としては、たとえば、摺動面の変形を抑制するために、回転密封環と静止密封環との間に中間リングを配置したものが知られている(例えば、特許文献1等参照)。   As a conventional technique for solving such a problem, for example, an arrangement in which an intermediate ring is arranged between a rotary seal ring and a stationary seal ring in order to suppress deformation of a sliding surface is known ( For example, see Patent Document 1).

また、他の従来技術としては、中間リングと回転密封環および静止密封環との摺動面に羽根列を設置して、中間リングと回転密封環および静止密封環との摺動トルクを軽減させるものが知られている(例えば、特許文献2等参照)。   As another conventional technique, a blade row is installed on the sliding surfaces of the intermediate ring, the rotary seal ring, and the stationary seal ring to reduce the sliding torque between the intermediate ring, the rotary seal ring, and the stationary seal ring. (For example, see Patent Document 2).

しかし、回転密封環と静止密封環との間に中間リングを配置した従来技術では、中間リングが静止密封環に対して回転することができなかったり、あるいは、回転密封環と共に同じ回転速度で回転してしまったり、あるいは、これらの状態を繰り返したりすることがあった。すなわち、従来の技術では、中間リングを、たとえば回転密封環の回転速度の約1/2で安定して回転させることが困難であった。   However, in the prior art in which the intermediate ring is arranged between the rotary seal ring and the stationary seal ring, the intermediate ring cannot rotate with respect to the static seal ring or rotates at the same rotational speed as the rotary seal ring. Or have repeated these conditions. That is, with the conventional technique, it has been difficult to stably rotate the intermediate ring at, for example, about 1/2 of the rotational speed of the rotary seal ring.

また、摺動面に羽根列を設置した従来技術では、中間リングと静止密封環および回転密封環に対する摺動トルクの制御が難しいため、中間リングの静止密封環に対する回転速度を最適値に保持することが困難であるという問題や、摺動面から漏れが発生するという問題を有している。   In addition, in the conventional technology in which the blade row is installed on the sliding surface, it is difficult to control the sliding torque for the intermediate ring, the stationary seal ring, and the rotary seal ring. The problem that it is difficult, and the problem that leakage occurs from the sliding surface.

なお、特許文献3に示すように、中間リングの外周に羽根状溝付きの保持リングを取り付け、保持リングの外周に流体を吹き付ける(噴出流体)ことにより、中間リングを回転させようとする構造も提案されている。しかしながら、このような構造においては、回転体の回転により加圧された内部流体を噴出流体として用いているため、内部流体の圧力変化に中間リングの回転速度(単位時間当たりの回転数)が影響する。このため、中間リングを安定して回転させることが困難であり、摺動面の摩擦係数が安定しない。   In addition, as shown in Patent Document 3, a structure in which a retaining ring with a blade-like groove is attached to the outer periphery of the intermediate ring and fluid is blown to the outer periphery of the retaining ring (a jetting fluid) to rotate the intermediate ring. Proposed. However, in such a structure, since the internal fluid pressurized by the rotation of the rotating body is used as the ejection fluid, the rotation speed of the intermediate ring (number of rotations per unit time) affects the pressure change of the internal fluid. To do. For this reason, it is difficult to stably rotate the intermediate ring, and the friction coefficient of the sliding surface is not stable.

特許第4147216号公報Japanese Patent No. 4147216 特公昭61−58704号公報Japanese Examined Patent Publication No. 61-58704 特開平9−229204号公報JP-A-9-229204

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、中間リングを安定して回転させることが可能であり、異常な摩耗が少なく、しかも漏れが少ないメカニカルシール装置を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a mechanical seal device that can stably rotate an intermediate ring, has less abnormal wear, and has less leakage. .

上記目的を達成するために、本発明に係るメカニカルシール装置は、
回転軸と当該回転軸を覆うケーシングとの間の被密封流体を密封するメカニカルシール装置であって、
前記回転軸と一体的に回転する回転密封環と、
前記ケーシングに対して相対回転不可に取り付けられる静止密封環と、
前記回転軸の軸方向に沿って前記回転密封環と前記静止密封環に挟まれて、前記回転密封環および前記静止密封環の双方と摺動し、前記回転密封環および前記静止密封環の双方に対して相対回転可能に配置される中間リングと、
前記中間リングに連結され、前記回転密封環の回転速度よりも遅い回転速度で前記中間リングを前記回転密封環と同じ方向に強制回転させる機械式回転伝達機構と、を有する。
In order to achieve the above object, a mechanical seal device according to the present invention comprises:
A mechanical seal device for sealing a sealed fluid between a rotating shaft and a casing covering the rotating shaft,
A rotating seal ring that rotates integrally with the rotating shaft;
A stationary seal ring attached to the casing so as not to rotate relative to the casing;
It is sandwiched between the rotary seal ring and the stationary seal ring along the axial direction of the rotary shaft, and slides with both the rotary seal ring and the stationary seal ring. An intermediate ring arranged to be rotatable relative to
A mechanical rotation transmission mechanism connected to the intermediate ring and forcibly rotating the intermediate ring in the same direction as the rotary seal ring at a rotation speed lower than the rotation speed of the rotary seal ring.

本発明に係るメカニカルシール装置では、中間リングが機械式回転伝達機構により回転密封環の回転速度よりも遅い回転速度で回転密封環と同じ方向に強制回転させられる。そのため、中間リングが静止密封環に対して回転することができなくなる状態を避けることができ、中間リングを、安定して強制的に所定の回転速度(α)で回転させることが可能になる。   In the mechanical seal device according to the present invention, the intermediate ring is forcibly rotated in the same direction as the rotary seal ring at a rotation speed slower than the rotation speed of the rotary seal ring by the mechanical rotation transmission mechanism. Therefore, it is possible to avoid a state in which the intermediate ring cannot be rotated with respect to the stationary seal ring, and the intermediate ring can be stably and forcibly rotated at a predetermined rotation speed (α).

所定の回転速度(α)は、回転密封環の回転速度(β)よりも小さい速度であり、中間リングと静止密封環との間の摺動面で発生する発熱は、回転密封環を直接に静止密封環に接触させる場合に摺動面に発生する摺動面の発熱よりも小さくなる。   The predetermined rotational speed (α) is smaller than the rotational speed (β) of the rotary seal ring, and the heat generated on the sliding surface between the intermediate ring and the stationary seal ring directly causes the rotary seal ring to It is smaller than the heat generated on the sliding surface when it comes into contact with the stationary seal ring.

そのため、本発明のメカニカルシール装置では、仮に高温、高圧および/または高速回転の環境下で使用されても、回転密封環、静止密封環および中間リングの異常な摩耗が少なくなり、これらの耐久性が向上する。さらに、本発明のメカニカルシール装置では、従来技術と異なり、回転密封環、中間リングおよび静止密封環の摺動面に羽根列を形成する必要がないと共に、噴出流体を摺動面に吹き付けることが無いので、摺動面からの被密封流体の漏れも少ない。   Therefore, even if the mechanical seal device of the present invention is used in an environment of high temperature, high pressure and / or high speed rotation, abnormal wear of the rotary seal ring, stationary seal ring and intermediate ring is reduced, and their durability Will improve. Furthermore, unlike the prior art, in the mechanical seal device of the present invention, it is not necessary to form blade rows on the sliding surfaces of the rotary seal ring, the intermediate ring, and the stationary seal ring, and the ejected fluid can be sprayed onto the slide surface. Because there is no leakage of the sealed fluid from the sliding surface.

好ましくは、前記機械式回転伝達機構が、前記回転軸の回転数を減速して前記中間リングに伝達する減速機構である。中間リングには、機械式回転伝達機構を介して、回転軸の回転とは関係の無い別の駆動力(たとえばモータなどの回転駆動力)を伝達させても良いが、回転軸の回転力を用いることで、別に動力源を必要とすることなく、中間リングを強制的に回転させることが可能になる。   Preferably, the mechanical rotation transmission mechanism is a reduction mechanism that decelerates the number of rotations of the rotation shaft and transmits it to the intermediate ring. Another driving force that is not related to the rotation of the rotating shaft (for example, a rotational driving force of a motor or the like) may be transmitted to the intermediate ring via a mechanical rotation transmission mechanism. By using it, the intermediate ring can be forcibly rotated without requiring a separate power source.

好ましくは、前記機械式回転伝達機構が、少なくとも二つ以上のギア歯車の組合せである。機械式回転伝達機構としては、プーリーなども考えられるが、ギア歯車を用いることで、装置の構造がシンプルになる。   Preferably, the mechanical rotation transmission mechanism is a combination of at least two gears. A pulley or the like can be considered as the mechanical rotation transmission mechanism, but the structure of the apparatus is simplified by using a gear gear.

好ましくは、前記中間リングが外周側スリーブに固定してあり、当該外周側スリーブが軸受けを介して内周側スリーブに対して回転自在に装着してあり、前記内周側スリーブが、前記回転軸に固定してある。このような構成を採用することで、中間リングを、回転軸、回転密封環および静止密封環に対して、独立して所定の回転速度で中間リングを回転させることが容易になる。   Preferably, the intermediate ring is fixed to the outer sleeve, the outer sleeve is rotatably attached to the inner sleeve via a bearing, and the inner sleeve is connected to the rotating shaft. It is fixed to. By adopting such a configuration, it becomes easy to rotate the intermediate ring independently at a predetermined rotational speed with respect to the rotation shaft, the rotary sealing ring, and the stationary sealing ring.

好ましくは、前記内周側スリーブには、駆動側ギア歯車が固定してあり、
前記外周側スリーブには、受動側ギア歯車が固定してあり、
前記駆動側ギア歯車と受動側ギア歯車が、その他のギア歯車で連結され、
これらのギア歯車が、前記機械式回転伝達機構を構成している。このような構成を採用することで、回転軸の回転力を利用して、中間リングを所定の回転速度(α)で強制的に回転させることができる。
Preferably, a drive side gear gear is fixed to the inner peripheral side sleeve,
A passive gear is fixed to the outer sleeve,
The drive side gear gear and the passive side gear gear are connected by other gear gears,
These gear gears constitute the mechanical rotation transmission mechanism. By adopting such a configuration, the intermediate ring can be forcibly rotated at a predetermined rotational speed (α) using the rotational force of the rotating shaft.

図1は本発明の一実施形態に係るメカニカルシール装置の上側半分を示す概略縦断面図である。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an upper half of a mechanical seal device according to an embodiment of the present invention. 図2は図1に示すメカニカルシール装置の下側半分を示す概略縦断面図であり、図1とは異なる縦断面である。FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing a lower half of the mechanical seal device shown in FIG. 1, and is a longitudinal section different from FIG. 図3は図1に示すメカニカルシール装置の要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the mechanical seal device shown in FIG.

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1〜図3に示す本発明の一実施形態に係るメカニカルシール装置10は、たとえばボイラ給水ポンプ(BFP)用の軸シールに用いられるが、ボイラ給水ポンプに限定されず、その他の高温、高圧および/または高速回転の装置のための軸シールとして、好適に用いることができる。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
The mechanical seal device 10 according to one embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 is used, for example, as a shaft seal for a boiler feed pump (BFP), but is not limited to a boiler feed pump, and other high temperature and high pressure. And / or as a shaft seal for a high-speed rotating device.

メカニカルシール装置10は、軸中心Zを中心として回転する回転軸12と、ポンプなどのケーシング14との間の内部隙間30を流通する被密封流体が、ケーシングの外部31に漏洩することを防止するための装置であり、シールカバー16の内部に取り付けられる。   The mechanical seal device 10 prevents the sealed fluid that flows through the internal gap 30 between the rotary shaft 12 that rotates about the shaft center Z and the casing 14 such as a pump from leaking to the outside 31 of the casing. And is attached to the inside of the seal cover 16.

シールカバー16は、フランジカバー15を介してケーシング14の軸端部に着脱自在に取り付けられ、それらの取付面は、Oリング24a〜24cにより密封されている。なお、シールカバー16は、フランジカバー15を含むケーシング14の一部を構成しており、フランジカバー15を含むケーシング14と一体的に形成してあっても良い。ただし、メカニカルシール装置10のメンテナンスを容易にするためには、シールカバー16は、フランジカバー15を介して、あるいは介さずにケーシング14に対して着脱自在に固定することが好ましい。   The seal cover 16 is detachably attached to the shaft end portion of the casing 14 via the flange cover 15, and their attachment surfaces are sealed by O-rings 24a to 24c. The seal cover 16 constitutes a part of the casing 14 including the flange cover 15, and may be formed integrally with the casing 14 including the flange cover 15. However, in order to facilitate maintenance of the mechanical seal device 10, the seal cover 16 is preferably detachably fixed to the casing 14 with or without the flange cover 15.

シールカバー16の内側には、内部隙間30からケーシング外部31に向けて回転軸12に沿って、回転密封環22、中間リング20および静止密封環18が、この順で配置してある。本実施形態において、静止密封環18、中間リング20および回転密封環22の材質は、特に限定されず、たとえばSiC、C、SiN、Al、ジルコニアなどで構成され、静止密封環18、中間リング20および回転密封環22を全て同じ材質で構成しても良く、異ならせても良い。好ましくは、静止密封環18および回転密封環22を、中間リング20よりも柔らかい材質で構成する。 Inside the seal cover 16, a rotary sealing ring 22, an intermediate ring 20 and a stationary sealing ring 18 are arranged in this order along the rotary shaft 12 from the internal gap 30 toward the casing exterior 31. In the present embodiment, the material of the stationary seal ring 18, the intermediate ring 20, and the rotary seal ring 22 is not particularly limited, and is made of, for example, SiC, C, SiN, Al 2 O 3 , zirconia, and the like. The intermediate ring 20 and the rotary seal ring 22 may all be made of the same material, or may be different. Preferably, the stationary seal ring 18 and the rotary seal ring 22 are made of a material softer than the intermediate ring 20.

図3に示すように、静止密封環18における中間リング側の軸端(左側軸端)に形成してある先端摺動面18aは、中間リング20の第1摺動面20aに回転摺動するようになっている。また、中間リング20の第1摺動面20aと反対側の第2摺動面20bは、回転密封環22における中間リング側の軸端(右側軸端)に形成してある先端摺動面22aに回転摺動するようになっている。   As shown in FIG. 3, the tip sliding surface 18 a formed at the shaft end (left shaft end) on the intermediate ring side in the stationary seal ring 18 rotates and slides on the first sliding surface 20 a of the intermediate ring 20. It is like that. The second sliding surface 20b opposite to the first sliding surface 20a of the intermediate ring 20 is a tip sliding surface 22a formed at the shaft end (right shaft end) on the intermediate ring side of the rotary seal ring 22. It is designed to rotate and slide.

静止密封環18における先端摺動面18aの外周側には、外方凸部18bが形成してある。外方凸部18bには、弾性部材としてのスプリング32の軸方向先端が当接してあり、スプリング32の後端は、シールカバー16に形成してあるスプリング保持孔に保持してある。スプリング32の弾性力により、静止密封環18が軸方向に押圧され、その押圧力は、静止密封環18から中間リング20および回転密封環22に伝わり、これらの各摺動面18a,20aおよび20b,22aにおける接触を確保する。   On the outer peripheral side of the tip sliding surface 18a in the stationary seal ring 18, an outward projection 18b is formed. The outer protrusion 18 b is in contact with the tip end of the spring 32 as an elastic member in the axial direction, and the rear end of the spring 32 is held in a spring holding hole formed in the seal cover 16. The stationary sealing ring 18 is pressed in the axial direction by the elastic force of the spring 32, and the pressing force is transmitted from the stationary sealing ring 18 to the intermediate ring 20 and the rotary sealing ring 22, and each of these sliding surfaces 18 a, 20 a and 20 b. , 22a is ensured.

スプリング32は、円周方向に沿って複数位置に配置される。円周方向に沿って各スプリング32の間には、図2に示す回り止めピン34の基端部がシールカバー16に固定してある。回り止めピン34の先端部は、静止密封環18の外方凸部18bに形成してある回り止め溝または孔に係合し、その結果、静止密封環18は、シールカバー16に対して、軸方向移動自在にしかも相対回転不可に取り付けられる。静止密封環18とシールカバー16との間にはOリング26が取り付けられ、それらの間から被密封流体が漏れることを防止している。   The springs 32 are arranged at a plurality of positions along the circumferential direction. A base end portion of a detent pin 34 shown in FIG. 2 is fixed to the seal cover 16 between the springs 32 along the circumferential direction. The distal end portion of the detent pin 34 engages with a detent groove or hole formed in the outward projection 18 b of the stationary seal ring 18, so that the stationary seal ring 18 is in contact with the seal cover 16. It is mounted so that it can move in the axial direction but cannot be rotated relative to it. An O-ring 26 is attached between the stationary seal ring 18 and the seal cover 16 to prevent the sealed fluid from leaking between them.

回転密封環22は、回転軸12と一体的に回転するように、回転軸12に取り付けられる。具体的には、次のように取り付けられる。図1〜図3に示すように、回転軸12には、第1セットねじ46aなどにより第1スリーブカラー44aが固定される。この第1スリーブカラー44aにより内周側スリーブ40aが回転軸12に固定され、内周側スリーブ40aは、回転軸12と共に回転するようになっている。   The rotary seal ring 22 is attached to the rotary shaft 12 so as to rotate integrally with the rotary shaft 12. Specifically, it is attached as follows. As shown in FIGS. 1-3, the 1st sleeve collar 44a is fixed to the rotating shaft 12 with the 1st set screw 46a. The inner sleeve 40a is fixed to the rotating shaft 12 by the first sleeve collar 44a, and the inner sleeve 40a rotates together with the rotating shaft 12.

内周側スリーブ40aの外周には、ニードルベアリングなどで構成してある軸受け41を介して、外周側スリーブ40bが内周側スリーブ40aとは独立して回転自在に装着してある。   On the outer periphery of the inner peripheral sleeve 40a, an outer peripheral sleeve 40b is rotatably mounted independently of the inner peripheral sleeve 40a via a bearing 41 constituted by a needle bearing or the like.

外周側スリーブ40bの一方の軸端には、中間リング20の内方端が相対回転不可に固定してあり、中間リング20は、外周側スリーブ40bと共に回転軸12の回りを回転自在に構成してある。外周側スリーブ40bの他方の軸端には、後述する受動側ギア歯車72が固定してあり、外周側スリーブ40bと一体的に回転自在になっている。   The inner end of the intermediate ring 20 is fixed to one shaft end of the outer sleeve 40b so as not to rotate relative to the outer sleeve 40b. The intermediate ring 20 is configured to be rotatable around the rotary shaft 12 together with the outer sleeve 40b. It is. A passive gear gear 72, which will be described later, is fixed to the other shaft end of the outer sleeve 40b, and is rotatable integrally with the outer sleeve 40b.

内周側スリーブ40aにおける中間リング20側の軸端には、軸受け保護リング43および補助スリーブ40cが、軸方向に沿ってこの順で配置してある。軸受け保護リング43は、ボルトなどにより、内周側スリーブ40aの軸端に固定してあり、回転密封環22の内側空間56に漏れた被密封流体が、軸受け41の内部に入り込むことを防止している。   A bearing protection ring 43 and an auxiliary sleeve 40c are arranged in this order along the axial direction at the shaft end on the intermediate ring 20 side of the inner circumferential sleeve 40a. The bearing protection ring 43 is fixed to the shaft end of the inner sleeve 40 a with a bolt or the like, and prevents the sealed fluid leaking into the inner space 56 of the rotary sealing ring 22 from entering the bearing 41. ing.

補助スリーブ40cは、第2スリーブカラー44bにより回転軸12に固定され、回転軸12と一体的に回転するようになっている。補助スリーブ40cと回転軸12との間には、Oリング42が装着してあり、これらの間から被密封流体が漏れることを防止している。   The auxiliary sleeve 40c is fixed to the rotating shaft 12 by the second sleeve collar 44b and rotates integrally with the rotating shaft 12. An O-ring 42 is mounted between the auxiliary sleeve 40c and the rotary shaft 12, and the sealed fluid is prevented from leaking from between these.

第2スリーブカラー44bは、第2セットねじ46bなどにより、補助スリーブ40cと共に回転軸12に固定され、回転軸12と共に回転するようになっている。第2スリーブカラー44bと補助スリーブ40cとの間には、Oリング48が装着してあり、これらの間から被密封流体が内側空間56へ漏れることを防止している。   The second sleeve collar 44b is fixed to the rotary shaft 12 together with the auxiliary sleeve 40c by a second set screw 46b or the like, and rotates together with the rotary shaft 12. An O-ring 48 is mounted between the second sleeve collar 44b and the auxiliary sleeve 40c, and the sealed fluid is prevented from leaking into the inner space 56 from between these.

図3に示すように、回転密封環22における先端摺動面22aの外周側には、外方凸部22bが形成してある。図2に示すように、外方凸部22bには、弾性部材としてのスプリング52の軸方向先端が当接してあり、スプリング52の後端は、第2スリーブカラー44bに形成してあるスプリング保持孔に保持してある。スプリング52の弾性力は、前述したスプリング32の弾性力よりも弱いことが好ましく、たとえばスプリング32の弾性力の1/4〜1/8が好ましい。あるいは、スプリング52は、本実施形態においては、必ずしも具備させる必要はない。   As shown in FIG. 3, an outward convex portion 22 b is formed on the outer peripheral side of the tip sliding surface 22 a in the rotary sealing ring 22. As shown in FIG. 2, the axially forward end of a spring 52 as an elastic member is in contact with the outward convex portion 22b, and the rear end of the spring 52 is a spring holding member formed on the second sleeve collar 44b. Retained in the hole. The elastic force of the spring 52 is preferably weaker than the elastic force of the spring 32 described above. For example, 1/4 to 1/8 of the elastic force of the spring 32 is preferable. Alternatively, the spring 52 is not necessarily provided in the present embodiment.

図2に示すスプリング52は、たとえば円周方向に沿って複数位置に配置される。円周方向に沿って各スプリング52の間では、図1に示す回り止めピン54の基端部が第2スリーブカラー44bに固定してある。回り止めピン54の先端部は、回転密封環22の外方凸部22bに形成してある回り止め溝または孔に係合し、その結果、回転密封環22は、第2スリーブカラー44bに対して、軸方向移動自在にしかも相対回転不可に取り付けられる。回転密封環22とスリーブカラー44との間にはOリング50が取り付けられ、それらの間から回転密封環22の内側空間56に被密封流体が漏れることを防止している。   The springs 52 shown in FIG. 2 are arranged at a plurality of positions, for example, along the circumferential direction. Between the springs 52 along the circumferential direction, the base end portion of the detent pin 54 shown in FIG. 1 is fixed to the second sleeve collar 44b. The distal end portion of the detent pin 54 engages with a detent groove or hole formed in the outward convex portion 22b of the rotary seal ring 22, so that the rotary seal ring 22 is in contact with the second sleeve collar 44b. In addition, it is attached so as to be movable in the axial direction and not to be relatively rotatable. An O-ring 50 is attached between the rotary seal ring 22 and the sleeve collar 44 to prevent the sealed fluid from leaking into the inner space 56 of the rotary seal ring 22.

図1および図2に示すように、シールカバー16におけるケーシング14とは反対側の軸端部には、ギアボックスカバー60が着脱自在に取り付けられている。ギアボックスカバー60は、ボルト17によりフランジカバー15に着脱自在に取り付けられ、フランジカバー15は、ボルト19によりケーシング14に対して着脱自在に取り付けられる。   As shown in FIGS. 1 and 2, a gear box cover 60 is detachably attached to a shaft end of the seal cover 16 opposite to the casing 14. The gear box cover 60 is detachably attached to the flange cover 15 with bolts 17, and the flange cover 15 is detachably attached to the casing 14 with bolts 19.

ギアボックスカバー60の内部空間61には、機械式回転伝達機構としてのギア歯車66,68,70および72が配置される。中間ギア歯車66および70は、ギアボックスカバー60の端壁60aにボールベアリングなどの軸受け64を介して回転自在に装着してあるギア回転軸62に対して固定してあり、ギア回転軸62と共に回転可能になっている。   In the internal space 61 of the gear box cover 60, gear gears 66, 68, 70 and 72 as mechanical rotation transmission mechanisms are arranged. The intermediate gear gears 66 and 70 are fixed to a gear rotation shaft 62 that is rotatably mounted on an end wall 60 a of the gear box cover 60 via a bearing 64 such as a ball bearing, and together with the gear rotation shaft 62. It can be rotated.

ギア回転軸62は、回転軸12の軸芯Zと平行であり、中間ギア歯車66および70と共に、回転軸12の回りの複数位置(たとえば2〜6カ所)で、ギアボックスカバー60の端壁60aに対して回転自在に装着してある。外径が比較的大きい一方の中間ギア歯車66は、内周側スリーブ40aに回転不可に固定してある駆動側ギア歯車68と噛み合っており、回転軸12の回転に伴い駆動側ギア歯車68が回転すると、同時に、中間ギア歯車66も回転する。   The gear rotation shaft 62 is parallel to the axis Z of the rotation shaft 12, and together with the intermediate gear gears 66 and 70, the end wall of the gear box cover 60 at a plurality of positions (for example, 2 to 6 locations) around the rotation shaft 12. It is rotatably mounted on 60a. One intermediate gear gear 66 having a relatively large outer diameter meshes with a drive side gear gear 68 fixed to the inner circumferential sleeve 40 a so as not to rotate. As the rotary shaft 12 rotates, the drive side gear gear 68 is engaged. At the same time, the intermediate gear 66 is rotated.

中間ギア歯車66は、ギア回転軸62に固定してあることから、中間ギア歯車66の回転力は、外径が比較的に小さい中間ギア歯車70に伝達し、中間ギア歯車70を同時に回転させる。中間ギア歯車70は、前述した受動側ギア歯車72に噛み合っており、中間ギア歯車70の回転力は、受動側ギア歯車72に伝達され、受動側ギア歯車72を、外周側スリーブ40bと共に回転させる。外周側スリーブ40bには、中間リング20が固定してあることから、外周側スリーブ40bが回転すれば中間リング20も強制的に軸芯Z回りに回転する。   Since the intermediate gear gear 66 is fixed to the gear rotation shaft 62, the rotational force of the intermediate gear gear 66 is transmitted to the intermediate gear gear 70 having a relatively small outer diameter, and the intermediate gear gear 70 is simultaneously rotated. . The intermediate gear gear 70 meshes with the aforementioned passive gear gear 72, and the rotational force of the intermediate gear gear 70 is transmitted to the passive gear gear 72, causing the passive gear gear 72 to rotate with the outer sleeve 40b. . Since the intermediate ring 20 is fixed to the outer sleeve 40b, the intermediate ring 20 is forcibly rotated around the axis Z when the outer sleeve 40b rotates.

これらのギア歯車66,68,70,72は、減速機構を構成しており、これらのギア歯車66,68,70,72の歯数および外径を適切に設定することで、回転軸12の回転速度(β)よりも小さい所定の回転速度(α)で、中間リング20を回転軸12の回転方向と同じ方向に回転させることができる。   These gear gears 66, 68, 70, 72 constitute a reduction mechanism, and by appropriately setting the number of teeth and the outer diameter of these gear gears 66, 68, 70, 72, The intermediate ring 20 can be rotated in the same direction as the rotation direction of the rotary shaft 12 at a predetermined rotation speed (α) smaller than the rotation speed (β).

所定の回転速度(α)は、回転軸12の回転速度および回転密封環22の回転速度(β)よりも小さい速度であり、特に限定されないが、回転密封環22の回転速度(β)に対する比率(α/β)が1未満、好ましくは1/4〜3/4、特に好ましくは1/2±1/10以内となるように決定される。   The predetermined rotation speed (α) is a speed smaller than the rotation speed of the rotary shaft 12 and the rotation speed (β) of the rotary seal ring 22, and is not particularly limited, but is a ratio to the rotation speed (β) of the rotary seal ring 22. (Α / β) is determined to be less than 1, preferably ¼ to ¾, particularly preferably ½ ± 1/10.

すなわち、本実施形態に係るメカニカルシール装置10では、ギア歯車66,68,70,72の歯数および外径を適切に設定することで、中間リング20は、強制的に所定の回転速度(α)で回転させられる。そのため、中間リング20が静止密封環18に対して回転することができなくなる状態を有効に避けることができ、中間リング20を、安定して強制的に所定の回転速度(α)で回転させることが可能になる。   That is, in the mechanical seal device 10 according to the present embodiment, the intermediate ring 20 is forcibly set to a predetermined rotational speed (α by appropriately setting the number of teeth and the outer diameter of the gear gears 66, 68, 70, 72. ). Therefore, it is possible to effectively avoid a state in which the intermediate ring 20 cannot rotate with respect to the stationary sealing ring 18, and the intermediate ring 20 can be stably and forcibly rotated at a predetermined rotational speed (α). Is possible.

所定の回転速度(α)は、回転密封環22の回転速度(β)よりも小さい速度であり、中間リング20と静止密封環18との間の摺動面で発生する発熱は、回転密封環22を直接に静止密封環18に接触させる場合に摺動面に発生する摺動面の発熱よりも小さくなる。これは中間リング20を入れることで摺動面が2つに増えるためであり、2つの摺動面に相対速度を生じさせることで、発熱を各摺動面で発生させ、各摺動面で発熱を分散させるため、各摺動面での発熱量は、前述の回転密封環22を直接に静止密封環18に接触させた場合の発熱量よりも小さくすることができるためである。たとえば、α/βが約1/2であれば、中間リング20と静止密封環18との間の摺動面で発生する発熱は、回転密封環22を直接に静止密封環18に接触させる場合に摺動面に発生する摺動面の発熱に比べて約1/2となる。   The predetermined rotational speed (α) is lower than the rotational speed (β) of the rotary seal ring 22, and heat generated on the sliding surface between the intermediate ring 20 and the stationary seal ring 18 is generated by the rotary seal ring. When the 22 is directly brought into contact with the stationary seal ring 18, the heat generated on the sliding surface is smaller than that generated on the sliding surface. This is because the insertion of the intermediate ring 20 increases the number of sliding surfaces to two. By generating a relative speed between the two sliding surfaces, heat is generated on each sliding surface. This is because the amount of heat generated on each sliding surface can be made smaller than the amount of heat generated when the rotary sealing ring 22 is brought into direct contact with the stationary sealing ring 18 in order to disperse the heat generation. For example, if α / β is about ½, the heat generated on the sliding surface between the intermediate ring 20 and the stationary seal ring 18 may cause the rotary seal ring 22 to contact the stationary seal ring 18 directly. Compared to the heat generated on the sliding surface on the sliding surface, it is about ½.

そのため、本実施形態のメカニカルシール装置10では、仮に高温、高圧および/または高速回転の環境下で使用されても、回転密封環22、静止密封環18および中間リング20の異常な摩耗が少なくなり、これらの耐久性が向上する。さらに、本実施形態のメカニカルシール装置10では、従来技術と異なり、回転密封環22、中間リング20および静止密封環18の摺動面に羽根列を形成する必要がないと共に、噴出流体を摺動面に吹き付けることが無いので、摺動面からの被密封流体の漏れも少ない。   Therefore, in the mechanical seal device 10 of the present embodiment, abnormal wear of the rotary seal ring 22, the stationary seal ring 18, and the intermediate ring 20 is reduced even when used in an environment of high temperature, high pressure and / or high speed. , These durability will be improved. Furthermore, in the mechanical seal device 10 of the present embodiment, unlike the prior art, it is not necessary to form blade rows on the sliding surfaces of the rotary seal ring 22, the intermediate ring 20, and the stationary seal ring 18, and the ejected fluid is slid. Since there is no spray on the surface, there is little leakage of the sealed fluid from the sliding surface.

さらに本実施形態では、中間リング20が外周側スリーブ40bに固定してあり、外周側スリーブ40bが軸受け41を介して内周側スリーブ40aに対して回転自在に装着してあり、内周側スリーブ40aが、回転軸12に固定してある。このような構成を採用することで、中間リング20を、回転軸12、回転密封環22および静止密封環18に対して、独立して所定の回転速度αで中間リング20を強制回転させることが容易になる。   Furthermore, in this embodiment, the intermediate ring 20 is fixed to the outer sleeve 40b, and the outer sleeve 40b is rotatably attached to the inner sleeve 40a via the bearing 41. 40 a is fixed to the rotary shaft 12. By adopting such a configuration, the intermediate ring 20 can be forcibly rotated independently at a predetermined rotational speed α with respect to the rotary shaft 12, the rotary seal ring 22, and the stationary seal ring 18. It becomes easy.

さらに本実施形態では、内周側スリーブ40aには、駆動側ギア歯車68が固定してあり、外周側スリーブ40bには、受動側ギア歯車72が固定してあり、駆動側ギア歯車68と受動側ギア歯車72が、その他の中間ギア歯車66および70で連結してある。このような構成を採用することで、回転軸12の回転力を利用して、中間リング20を所定の回転速度(α)で強制的に回転させることができる。   Further, in the present embodiment, the drive side gear gear 68 is fixed to the inner peripheral side sleeve 40a, and the passive side gear gear 72 is fixed to the outer peripheral side sleeve 40b. A side gear gear 72 is connected by other intermediate gear gears 66 and 70. By adopting such a configuration, the intermediate ring 20 can be forcibly rotated at a predetermined rotational speed (α) using the rotational force of the rotary shaft 12.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the present invention.

たとえば、中間リング66と駆動ギア歯車68とを設けることなく、ギア回転軸62を、その他の駆動回転手段(たとえばモータなどの回転手段)により独立して所定の回転速度αで回転させても良い。   For example, without providing the intermediate ring 66 and the drive gear gear 68, the gear rotation shaft 62 may be independently rotated at a predetermined rotation speed α by other drive rotation means (for example, rotation means such as a motor). .

また、上述した実施形態では、機械式回転伝達機構が、少なくとも二つ以上のギア歯車の組合せであるが、機械式回転伝達機構としては、プーリーなどを採用しても良い。ただし、上述した実施形態のように、ギア歯車を用いることで、装置の構造がシンプルになる。   In the above-described embodiment, the mechanical rotation transmission mechanism is a combination of at least two or more gear gears. However, a pulley or the like may be employed as the mechanical rotation transmission mechanism. However, the structure of the apparatus is simplified by using the gear gear as in the above-described embodiment.

さらに、上述した図1〜図3に示す実施形態において、中間リング20における摺動面18a,20aおよび22a,22b(図3参照)の内側位置に、ドレン孔20cを設けて、回転密封環22の内側空間56に漏れた被密封流体を、ギアボックスカバー60の内部空間61方向に排出するようにしても良い。また、ギアボックスカバー60の内部空間61には、ギア歯車66,68,70,72および軸受け41および64を潤滑するための潤滑油供給室を設けても良い。   Further, in the above-described embodiment shown in FIGS. 1 to 3, a drain hole 20 c is provided at an inner position of the sliding surfaces 18 a, 20 a and 22 a, 22 b (see FIG. 3) in the intermediate ring 20, and the rotary sealing ring 22 is provided. The sealed fluid that has leaked into the inner space 56 may be discharged toward the inner space 61 of the gear box cover 60. Further, a lubricating oil supply chamber for lubricating the gear gears 66, 68, 70, 72 and the bearings 41 and 64 may be provided in the internal space 61 of the gear box cover 60.

さらに上述した実施形態では、密封環18および22の外周側に被密封流体が位置するインサイド型メカニカルシール装置について説明したが、本発明の構造は、密封環18および22の内周側に被密封流体が位置するアウトサイド型メカニカルシール装置にも適用することができる。   Further, in the embodiment described above, the inside type mechanical seal device in which the sealed fluid is located on the outer peripheral side of the sealing rings 18 and 22 has been described. However, the structure of the present invention is sealed on the inner peripheral side of the sealing rings 18 and 22. The present invention can also be applied to an outside type mechanical seal device in which a fluid is located.

10… メカニカルシール装置
12… 回転軸
14… ケーシング
15… フランジカバー
16… シールカバー
18… 静止密封環
18a… 摺動面
20… 中間リング
20a,20b… 摺動面
20c… ドレン孔
22… 回転密封環
22a… 摺動面
32,52… スプリング
40a… 内周側スリーブ
40b… 外周側スリーブ
41… 軸受け
60… ギアボックスカバ
62… ギア回転軸
64… 軸受け
66,70… 中間ギア歯車
68… 駆動側ギア歯車
72… 受動側ギア歯車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Mechanical seal apparatus 12 ... Rotating shaft 14 ... Casing 15 ... Flange cover 16 ... Seal cover 18 ... Static sealing ring 18a ... Sliding surface 20 ... Intermediate ring 20a, 20b ... Sliding surface 20c ... Drain hole 22 ... Rotating sealing ring 22a ... Sliding surfaces 32, 52 ... Spring 40a ... Inner peripheral sleeve 40b ... Outer peripheral sleeve 41 ... Bearing 60 ... Gearbox cover 62 ... Gear rotating shaft 64 ... Bearing 66, 70 ... Intermediate gear gear 68 ... Drive side gear gear 72 ... Passive gear

Claims (5)

回転軸と当該回転軸を覆うケーシングとの間の被密封流体を密封するメカニカルシール装置であって、
前記回転軸と一体的に回転する回転密封環と、
前記ケーシングに対して相対回転不可に取り付けられる静止密封環と、
前記回転軸の軸方向に沿って前記回転密封環と前記静止密封環に挟まれて、前記回転密封環および前記静止密封環の双方と摺動し、前記回転密封環および前記静止密封環の双方に対して相対回転可能に配置される中間リングと、
前記中間リングに連結され、前記回転密封環の回転速度よりも遅い回転速度で前記中間リングを前記回転密封環と同じ方向に回転させる機械式回転伝達機構と、を有するメカニカルシール装置。
A mechanical seal device for sealing a sealed fluid between a rotating shaft and a casing covering the rotating shaft,
A rotating seal ring that rotates integrally with the rotating shaft;
A stationary seal ring attached to the casing so as not to rotate relative to the casing;
It is sandwiched between the rotary seal ring and the stationary seal ring along the axial direction of the rotary shaft, and slides with both the rotary seal ring and the stationary seal ring. An intermediate ring arranged to be rotatable relative to
A mechanical seal transmission device connected to the intermediate ring and having a mechanical rotation transmission mechanism that rotates the intermediate ring in the same direction as the rotary seal ring at a rotation speed lower than the rotation speed of the rotary seal ring.
前記機械式回転伝達機構が、前記回転軸の回転数を減速して前記中間リングに伝達する減速機構である請求項1に記載のメカニカルシール装置。   2. The mechanical seal device according to claim 1, wherein the mechanical rotation transmission mechanism is a reduction mechanism that reduces the number of rotations of the rotation shaft and transmits it to the intermediate ring. 前記機械式回転伝達機構が、少なくとも二つ以上のギア歯車の組合せである請求項1または2に記載のメカニカルシール装置。   The mechanical seal device according to claim 1 or 2, wherein the mechanical rotation transmission mechanism is a combination of at least two gears. 前記中間リングが外周側スリーブに固定してあり、当該外周側スリーブが軸受けを介して内周側スリーブに対して回転自在に装着してあり、前記内周側スリーブが、前記回転軸に固定してある請求項1〜3のいずれかに記載のメカニカルシール装置。   The intermediate ring is fixed to the outer sleeve, the outer sleeve is rotatably attached to the inner sleeve via a bearing, and the inner sleeve is fixed to the rotating shaft. The mechanical seal device according to any one of claims 1 to 3. 前記内周側スリーブには、駆動側ギア歯車が固定してあり、
前記外周側スリーブには、受動側ギア歯車が固定してあり、
前記駆動側ギア歯車と受動側ギア歯車が、その他のギア歯車で連結され、
これらのギア歯車が、前記機械式回転伝達機構を構成している請求項4に記載のメカニカルシール装置。
A driving gear is fixed to the inner circumferential sleeve,
A passive gear is fixed to the outer sleeve,
The drive side gear gear and the passive side gear gear are connected by other gear gears,
The mechanical seal device according to claim 4, wherein these gear gears constitute the mechanical rotation transmission mechanism.
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