JP2017506318A

JP2017506318A - 送給スリーブを有するメカニカルシール

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Publication number: JP2017506318A
Application number: JP2016553520A
Authority: JP
Inventors: フィヒトナー，ヨーゼフ; レディッグ，ステファン; スカーズィドロ，ヨアヒム; コリンガー，ルドルフ; ブーム，トーマス; フローリッヒ，ダニエル
Original assignee: イーグルブルクマンジャーマニーゲセルシャフトミトベシュレンクテルハフツングウントコンパニーコマンディトゲゼルシャフト
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2035-02-12
Also published as: EP3111117A1; CN204493725U; EP3111117B1; JP6292644B2; US9695941B2; WO2015128196A1; DE102014203336A1; CN104864098A; CN104864098B; PL3111117T3; DE102014203336B4; US20160356383A1

Abstract

本発明は、メカニカルシール装置に関し、このメカニカルシール装置は、それらの間にシール間隙（４）を画定する回転摺動リング（２）及び固定摺動リング（３）と、流体を送るための送給装置（５）であって、第１貫通開口（７）及び第２貫通開口（８）を有するスリーブ状本体（６）を備える送給装置（５）とを備え、送給装置（５）は回転摺動リング（２）と共に回転し、第１貫通開口（７）のそれぞれは、スリーブ状本体（６）の外周に第１入口領域（７０）と、スリーブ状本体（６）の内周に第１出口領域（７１）とを有し、第２貫通開口（８）のそれぞれは、スリーブ状本体（６）の内周に第２入口領域（８０）と、スリーブ状本体（６）の外周に第２出口領域（８１）とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、メカニカルシールの冷却を向上させる回転送給装置を有するメカニカルシール装置に関する。

従来技術より、様々な形態のメカニカルシール装置が知られている。そのようなメカニカルシールにおいて問題となるのは、多くの場合、動作中比較的高い温度が生じることである。メカニカルシールの損傷を避けるために、この熱を放出しなくてはならない。これに関連して、このような熱を、例えば供給媒体を別途用いて放出することが知られている。通常、このような供給媒体を循環させるために、外部ポンプが用いられる。さらに、例えば、いわゆるポンプリングを用いることも可能だが、通常、その送給性能は低いため、低いレベルの放熱しか確保できない。さらに、特許文献１より、供給媒体の循環にテスラポンプを用いることが知られている。このテスラポンプは、基本的に有用であると認められているが、これよりも特に小さい代替手段が望まれる。

独国特許出願公開第１０２０１１１１８２９４号明細書

従って、本発明は、構造が簡素であり、廉価に製造でき、且つ設置スペースが小さいながらも、高いレベルの送給性能が実現可能なメカニカルシール装置を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１の特徴を有するメカニカルシール装置により達成される。従属請求項は、本発明の好適な発展形態を示す。

請求項１の特徴を有する本発明に係るメカニカルシール装置は、高いレベルの送給性能を実現できるという効果を有し、本発明に係る送給装置は、小さな設置スペースしか取らない。これに関して、本発明に係る送給装置は、軸方向及び径方向において小さな設置スペースしか取らない。これは、送給装置が第１貫通開口と第２貫通開口とを有するスリーブ状本体を有する本発明により達成される。送給装置は、回転摺動リングと共に回転し、送給装置自体を通る流体流路を備え、この流路は、外側から内側に延び、その後内側から外側に延びる。これは、第１及び第２貫通開口がスリーブ状本体内に設けられている本発明によって達成される。これに関して、第１貫通開口は、スリーブ状本体の外周に第１入口領域と、スリーブ状本体の内周に第１出口領域とを有する。逆に、第２貫通開口は、スリーブ状本体の内周に第２入口領域と、スリーブ状本体の外周に第２出口領域とを有する。このため、冷却目的に用いられる流体は、スリーブ状本体の外側から、第１貫通開口を通って内側領域に流入し、そして内側領域から第２貫通開口を通ってスリーブ状本体の外側領域に流出可能である。本発明に係る送給装置は、非常に堅牢に形成され、また、比較的廉価に製造可能である。送給装置における流体の迂回により、メカニカルシール装置における非常に高温な領域を、選択的に放熱させることができる。本発明に係る送給装置は、そのスリーブ状の構造により、熱源に直接覆うように配置でき、選択的に放熱させることができる。具体的には、送給装置は、メカニカルシール装置の回転及び固定摺動リング間におけるシール間隙の近傍へ、流体を導く。

好ましくは、第１貫通開口は、第２貫通開口とは異なる幾何学形状を有する。これにより、具体的には、送給装置のスリーブ状本体を通る流れを向上でき、流体の激しい乱流により、冷却作用が向上する。

特に好適な形態において、第１貫通開口は長孔として設けられる。また、好適な形態において、長孔はスリーブ状本体の周方向に延在する。好ましくは、最大４個の長孔がスリーブ状本体の周方向に設けられる。

また、好適な形態において、スリーブ状本体の第２貫通開口は円筒状孔として設けられる。特に好適な形態において、円筒状孔は、スリーブ状本体上の周方向の線に沿って均等間隔で配置される。また、好適な形態において、スリーブ状の孔の直径は、隣接する孔間の最小間隔よりも常に大きい。

本発明のさらに好適な実施形態によれば、送給装置は、スリーブ状本体の軸方向端部に追加ポンプ段を備える。好ましくは、スリーブ状本体は、追加ポンプ段が配置される、径方向内側に向けられたフランジ領域を備える。好ましくは、追加ポンプ段は、ポンプ作用を実現する翼又は突起を多数備える。追加ポンプ段を設けることにより、本発明に係る送給装置の送給性能がさらに向上する。

また、好適な形態において、本発明に係るメカニカルシール装置は排出路を備え、スリーブ状本体の第２貫通開口は、径方向において、排出路の下方に位置している。好ましくは、第２貫通開口は、その全体が、径方向において、排出路の下方に位置している。これにより、メカニカルシール装置からの媒体の速やかな排出を実現でき、これにより、速やかな放熱が可能になる。

本発明のさらに好適な実施形態によれば、第２貫通開口は、径方向において、各摺動リングの上方に配置され、具体的には、径方向において、回転及び固定摺動リングの間におけるシール間隙の上方に配置されている。これにより、メカニカルシール装置の上記領域において、特に良好な放熱を確保できる。通常、この領域は、温度が最も高い領域である。

本発明のさらに好適な実施形態によれば、スリーブ状本体は、第１外径を有する第１部分と、第２外径を有する第２部分とを備え、第１外径は第２外径より小さい。このため、スリーブ状本体の第１貫通開口は、第１及び第２部分の両方に形成されるように配置される。これにより、第１貫通開口の領域に流入縁が形成されて、スリーブ状本体に対する流体の通過が向上する。さらに、より大きな外径を有する第２部分を設けることにより、ハウジング部分と協働して、より大きな外径に対する絞り作用を実現できる。その結果、冷却用の流体の大部分が、確実に第１貫通開口を流れることになる。

また、好適な形態において、第２貫通開口は、その全体が、より大きな直径を有する第２部分に形成されている。

また、好適な形態において、メカニカルシール装置は、スリーブ状本体の外周との間に間隙を形成するハウジングを備える。このため、この間隙の断面積は、全第１貫通開口の断面積以下且つ全第２貫通開口の断面積以下である。これにより、十分な量の流体が、スリーブ状本体を通る流体流路を確実に流れるようになる。その結果、最適な冷却作用が実現される。

以下に、本発明の好適な例示的実施形態を、添付の図面を参照して、詳細に説明する。図面は以下の通りである。

本発明の好適な例示的実施形態に係るメカニカルシール装置の概略断面図である。図１に示す送給装置の概略側面図である。図１のメカニカルシール装置の拡大概略断面図である。

以下に、本発明に係る送給装置５を有するメカニカルシール装置１を、図１〜図３を参照して説明する。

図１に示すように、本例示的実施形態のメカニカルシール装置１は、第１メカニカルシール１１と第２メカニカルシール２１とを有するデュアルメカニカルシール装置として構成されている。メカニカルシール装置１は、大気領域３１に対して製品領域３０をシールする。第１メカニカルシール１１は、それらの間にシール間隙４を画定する回転摺動リング２及び固定摺動リング３を備える。同様に、第２メカニカルシール２１は、それらの間にシール間隙２４を画定する回転摺動リング２２及び固定摺動リング２３を備える。

送給装置５は、軸方向Ｘ−Ｘに沿って配置され、シャフト１４に固定されたシャフトブッシュ１５に取り付けられている。同様に、受け部材１６も、シャフトブッシュ１５に固定され、ベローズ１７を介して第１メカニカルシール１１の回転摺動リング２に接続されている。

また図１に示すように、例えば、加圧された遮断流体である供給媒体が、供給路１０及び流体搬送装置１８を介してメカニカルシール１１，２１に供給される。符号１９は排出路を示している。供給路１０及び排出路１９はハウジング１３に形成されている。このハウジング１３も固定摺動リング３，２３に接続されている。

図２に詳細に示すように、送給装置５はスリーブ状本体６を備える。スリーブ状本体６は、多くの第１貫通開口７と多くの第２貫通開口８とを備える。第１貫通開口７は、周方向に延在する長孔として設けられ、本例示的実施形態では、具体的には３つの第１貫通開口７が形成される。第２貫通開口８は円筒状孔として形成される。このように、第１及び第２貫通開口７，８は、それぞれスリーブ状本体６の周方向の線上に配置されている。

図２は、スリーブ状本体６が、第１直径Ｄ１を有する第１部分６３と、第２直径Ｄ２を有する第２部分６４とを有していることも示している。第１直径Ｄ１は第２直径Ｄ２より小さい。第２貫通開口８は、より大きな直径Ｄ２に亘って、第２部分６４のみに形成されている。第１貫通開口７は、第１部分６３及び第２部分６４の両方に形成されるように、スリーブ状本体６に設けられている。

スリーブ状本体６の軸方向端部６５には、追加ポンプ段９がさらに設けられている。追加ポンプ段９は、軸方向Ｘ−Ｘに突出する突起９０を備え、互いに隣接する突起９０の間に中間空間９１が設けられている。突起９０は、径方向外側に向かって僅かに先細っている。

図３にも詳細に示すように、各第１貫通開口７は、スリーブ状本体６の外周に設けられた第１入口領域７０を有する。第１貫通開口７の第１出口領域７１が、スリーブ状本体６の内周に設けられている。さらに、各第２貫通開口８の第２入口領域８０が、スリーブ状本体６の内周に形成され、第２貫通開口８の第２出口領域８１が、スリーブ状本体６の外周に設けられている。これにより、スリーブ状本体６の外側から内側に流れ、その後内側から外側に流れる通過流が得られる。

本発明に係るメカニカルシール装置１の機能は、以下の通りである。図１の矢印Ａが示すように、冷却目的にも用いられる供給媒体が、供給路１０を介して供給される。図１において小さい矢印が示すように、遮断流体は、流体搬送装置１８を通ってシャフトブッシュ１５の外周まで流れる。動作時においては、シャフト１４がシャフトブッシュ１５と共に回転するため、送給装置５も回転摺動リング２，２２と共に回転する。送給装置５は、受け部材１６にねじで軸方向Ｘ−Ｘに接続され、また、シャフトブッシュ１５にねじで径方向に接続されている。追加ポンプ段９は、送給装置５の回転により、送給作用を発生させる。これにより、流体はスリーブ状本体６の外周へ送られる。

ハウジング１３とスリーブ状本体６の外周との間には、絞り点１２が形成されている。そのため、流体は、スリーブ状本体６の外周から第１貫通開口７を通ってスリーブ状本体６の内部領域に流入する。これは、図３において矢印Ｂが示している。そして、流体は、図３において矢印Ｃが示すように、スリーブ状本体６の内部領域から径方向外側に流れて第２貫通開口８を通る。

第２貫通開口８の第２出口領域８１は、その全体が、径方向において、排出路１９の下方に位置している。これにより、送給装置５からの流体の速やか且つ効果的な排出が実現される。

このように、冷却用の流体は、送給装置５の外側から第１貫通開口７を通って内側に流入し、内側から第２貫通開口８を通って送給装置５の外側に戻る。このため、単一の部材のみを用いるだけで、流体を強制的に迂回させることができる。さらに、この部材は、非常に小さな設置スペースしか取らない。これにより、メカニカルシール装置１において熱負荷が最も高い各部材に対して、冷却用の流体を直接導くことができ、これらの部材を効果的に放熱させることができる。送給装置５の軸方向端部６５における追加ポンプ段９を用いることにより、ポンプ作用をさらに高めることができる。

このように、送給装置５は、第１及び２貫通開口７，８によって構成される第１ポンプ段と、軸方向端部６５に設けられた第２ポンプ段９とを備える。図１及び図３に直接示すように、本発明に係る送給装置５は、特にコンパクトな構造である。この構造は、軸方向Ｘ−Ｘ及び径方向の両方において非常に小さい。このため、送給装置５は、ごく小さな設置スペースに配置可能であり、且つ、メカニカルシールの放熱を効果的に向上できる。様々な迂回及び送給が、単一の部材、すなわち、送給装置５によって実現される。このため、廉価且つ製造が簡単であり、また、従来の送給装置よりも大きく優れた効果を有し、放熱を明確に向上できる送給装置５が提供可能である。さらに、本発明に係る送給装置は、回転方向に依存せず、非常に広い適用範囲を有する。

１メカニカルシール装置
２回転摺動リング
３固定摺動リング
４シール間隙
５送給装置
６スリーブ状本体
７第１貫通開口
８第２貫通開口
９送給装置の追加ポンプ段
１０供給路
１１第１メカニカルシール
１２絞り点
１３ハウジング
１４シャフト
１５シャフトブッシュ
１６受け部材
１７ベローズ
１８流体搬送装置
１９排出路
２１第２メカニカルシール
２２回転摺動リング
２３固定摺動リング
２４シール間隙
６３第１部分
６４第２部分
６５軸方向端部
７０第１入口領域
７１第１出口領域
８０第２入口領域
８１第２出口領域
９０突起／翼
９１中間空間
Ｘ−Ｘ軸方向
Ａ流入流
Ｂ／Ｃスリーブ状本体内の流れ
Ｄ流出流
Ｄ１第１直径
Ｄ２第２直径

Claims

それらの間にシール間隙（４）を画定する回転摺動リング（２）及び固定摺動リング（３）と、
流体を送るための送給装置（５）であって、第１貫通開口（７）及び第２貫通開口（８）を有するスリーブ状本体（６）を有する送給装置（５）と、
を備え、
前記送給装置（５）が前記回転摺動リング（２）と共に回転し、
前記第１貫通開口（７）のそれぞれが、前記スリーブ状本体（６）の外周に第１入口領域（７０）と、前記スリーブ状本体（６）の内周に第１出口領域（７１）とを有し、
前記第２貫通開口（８）のそれぞれが、前記スリーブ状本体（６）の内周に第２入口領域（８０）と、前記スリーブ状本体（６）の外周に第２出口領域（８１）とを有する、メカニカルシール装置。
前記第１貫通開口（７）が、前記第２貫通開口（８）とは異なる幾何学形状を有することを特徴とする請求項２に記載のメカニカルシール装置。
前記第１貫通開口（７）が長孔として設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のメカニカルシール装置。
前記第１貫通開口（７）が前記スリーブ状本体（６）の周方向に延在することを特徴とする請求項３に記載のメカニカルシール装置。
前記第２貫通開口（８）が円筒状孔として設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
前記スリーブ状本体（６）の軸方向端部（６５）に追加ポンプ段（９）をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
前記追加ポンプ段（９）が、軸方向（Ｘ−Ｘ）に突出した突起を備えることを特徴とする請求項６に記載のメカニカルシール装置。
前記第２貫通開口（８）が、径方向において、排出路（１９）の下方に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
前記第２貫通開口（８）が、径方向において、前記各摺動リングの上方に配置され、特に、径方向において、前記シール間隙（４）の上方に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
前記スリーブ状本体（６）が、第１外径（Ｄ１）を有する第１部分（６３）と、第２外径（Ｄ２）を有する第２部分（６４）とを有し、
前記第１外径（Ｄ１）が前記第２外径（Ｄ２）より小さく、
前記第１貫通開口（７）が前記第１部分（６３）と前記第２部分（６４）との両方に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。
前記第２貫通開口（８）が前記第２部分（６４）のみに形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のメカニカルシール装置。
ハウジング（１３）をさらに備え、
前記スリーブ状本体（６）の外周と前記ハウジング（１３）の内周との間に間隙（１２）が形成され、
この間隙が、前記第１貫通開口（７）の断面積以下且つ前記第２貫通開口（８）の断面積以下の断面積を有する請求項１〜１１のいずれか一項に記載のメカニカルシール装置。