JP2018017251A - メカニカルシールの取り付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の分割体を回転軸の外周面側から組み合わせ、メカニカルシールを組み付ける場合においても、初期の段階からシール性を高めることのできるメカニカルシールの取り付け方法を提供する。【解決手段】回転軸７００とメカニカルシール１００との間に形成される環状空間を含む第１空間領域（Ｒ１）内の流体圧力と、ハウジング８００の内部の第２空間領域（Ｒ２）内の流体圧力とが異なる状態を形成可能な差圧形成用環状部材５００を設けると共に、第１空間領域（Ｒ１）内に気体を供給する気体供給装置４００を設けておき、メカニカルシール１００を回転軸７００とハウジング８００に対して組み付け後に、気体供給装置４００によって第１空間領域（Ｒ１）内に気体を供給しながら回転軸７００を回転させるならし運転を行うことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、分割型シールリングを備えたメカニカルシールの取り付け方法に関する。

メカニカルシールにおいては、装着性の観点から、シールリングが分割されており、取り付け箇所に取り付ける際に、これら分割された分割体を組み合わせることによって、環状のシールリングを構成する技術が知られている。メカニカルシールを適用する機器に対して、最初にメカニカルシールを取付ける際には、予めシールリングを一体化した上で、機器に取付けることができる場合もある。この場合には、一体化したシールリングの摺動面となる面に研磨加工を施すことによって、初期の段階から所望のシール性を得ることができる。しかしながら、例えば、メカニカルシールを交換する場合には、機器を分解できないことがあり、機器に設けられた回転軸に対して、シールリングを構成する複数の分割体を回転軸の外周面側から組み合わせ、メカニカルシールを組み付けなければならない場合がある。この場合には、複数の分割体により構成されるシールリングの摺動面となる面に、段差が生じてしまうことを避けるのは困難である。従って、初期の段階では密封対象流体の漏れが生じてしまう。なお、しばらく使用することで、シールリングの摺動面は摩耗が進み、研磨された状態になるため、所望のシール性が得られる。また、機器内に密封対象流体を供給することなく、ならし運転を行うことも考えられ得るが、この場合には、シールリングの摺動面の温度が高くなり過ぎて、シールリングが損傷してしまうおそれがあるため、通常行うことができない。

国際公開第２０１５／１１９２７０号 国際公開第２０１４／１６８０１３号

本発明の目的は、複数の分割体を回転軸の外周面側から組み合わせ、メカニカルシールを組み付ける場合においても、初期の段階からシール性を高めることのできるメカニカルシールの取り付け方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明のメカニカルシールの取り付け方法は、
回転軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するメカニカルシールであって、分割された複数の分割体を組み合わせることにより環状のシールリングが構成される分割型シールリングを備えるメカニカルシールの取り付け方法において、
前記回転軸と前記メカニカルシールとの間に形成される環状空間を含む第１空間領域内の流体圧力と、前記ハウジングの内部の第２空間領域内の流体圧力とが異なる状態を形成可能な差圧形成部を設けると共に、第１空間領域内に気体を供給する気体供給装置を設けておき、
前記複数の分割体を前記回転軸の外周面側から組み合わせ、前記メカニカルシールを前記回転軸とハウジングに対して組み付ける組み付け工程と、
前記組み付け工程後に、前記気体供給装置によって第１空間領域内に気体を供給しながら前記回転軸を回転させるならし運転工程と、
前記ならし運転工程後に、前記気体供給装置による気体の供給を停止させる工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、気体供給装置によって第１空間領域内に気体を供給しながら回転軸を回転させるならし運転が行われる。そして、差圧形成部よって、第１空間領域内の流体圧力と第２空間領域内の流体圧力とが異なる状態が形成されるため、ならし運転中に、第２空間領域内の流体（密封対象流体）が第１空間領域内に入り込むのを抑制することができる。従って、ならし運転の間、密封対象流体がメカニカルシールから漏れてしまうことを抑制することができる。

前記ならし運転工程の最中に、第２空間領域内に密封対象流体を供給するとよい。

これにより、密封対象流体の漏れをより確実に抑制することができる。

前記組み付け工程後であって、前記ならし運転を開始する前に、第２空間領域内に密封対象流体を供給すると共に、
前記ならし運転においては、第１空間領域内の気圧を第２空間領域内の流体圧力よりも高くするとよい。

これにより、ならし運転を開始した後においては、密封対象流体の漏れを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、複数の分割体を回転軸の外周面側から組み合わせ、メカニカルシールを組み付ける場合においても、初期の段階からシール性を高めることができる。

図１は本発明の実施例に係るメカニカルシールが機器に取り付けられた状態を示す模式的断面図である。 図２は本発明の実施例に係るメカニカルシールの取り付け工程説明図である。 図３は本発明の実施例に係るメカニカルシールの取り付け工程説明図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例に係るメカニカルシールの取り付け方法について説明する。

＜メカニカルシール＞
図１を参照して、本実施例に係るメカニカルシールの全体構成等について説明する。図１は本発明の実施例に係るメカニカルシールが機器に取り付けられた状態を示す模式的断面図である。なお、図１中のメカニカルシールは、回転軸の中心軸線を含む面で切断した断面を示している。ただし、説明の便宜上、特徴的な部分を示すため、切断位置の位相（
周方向の位置）は適宜異なっている。また、図１においては、切断面のみを示し、奥行き線は省略している。

本実施例に係るメカニカルシール１００は、固定環ユニット２００と回転環ユニット３００を備えたアウトサイドシールであり、回転軸７００とハウジング８００との間の環状隙間を封止する役割を担っている。より具体的には、メカニカルシール１００が適用される機器に設けられるハウジング８００には、回転軸７００が挿通される挿通孔が設けられており、回転軸７００とハウジング８００における挿通孔との間の環状隙間をメカニカルシール１００によって封止している。ハウジング８００は、例えば、機器における筐体などに相当する。本実施例においては、機器内から機器外部に回転軸７００が飛び出すように構成されており、機器の筐体（ハウジング８００）の外側に、メカニカルシール１００が設けられている。

そして、メカニカルシール１００は、回転軸７００とハウジング８００との間の環状隙間に封止されている密封対象流体側（Ｆ）の密封対象流体が、密封対象流体側（Ｆ）とは反対側の大気側（Ａ）に漏れることを防止するために用いられる。また、本実施例に係るメカニカルシール１００は静止形のシールであり、固定環ユニット２００側にスプリング２３０などの作動部が備えられている。

固定環ユニット２００は、環状のシールリングとしての固定環２１０と、固定環２１０を構成する複数の分割体（以下、適宜、分割体２１０Ａ，２１０Ｂと称する）の外周面を締め付けることで、これら複数の分割体２１０Ａ，２１０Ｂを固定する固定部材としてのホースバンド２５０とを備えている。ここで、ホースバンド２５０は、一般的に、ホースを蛇口等に固定するために用いられるもので、ホースクリップとも呼ばれる。

このように構成される固定環ユニット２００は、ハウジング８００に対して取付けられる。本実施例においては、ハウジング８００の端面に、気体が通る通路４２１を有する環状部材（シールカバー）４２０が固定されている。この環状部材４２０に取り付けられたピン２２０が、固定環２１０に設けられたピン用穴２１１に挿入されることによって、固定環ユニット２００はハウジング８００に対して取り付けられている。なお、固定環２１０の外周側には環状溝２１３が形成されている。この環状溝２１３にＯリング２４０が装着されることで、ハウジング８００に固定された環状部材４２０の内周面と固定環２１０の外周面との間の環状隙間が封止される。

また、固定環２１０にはスプリング２３０が装着されるスプリング孔２１２が複数設けられており、これら複数のスプリング孔２１２にそれぞれスプリング２３０が装着される。これにより、固定環ユニット２００は回転環ユニット３００側に付勢されている。つまり、固定環ユニット２００は、ハウジング８００に対して、回転方向についてはピン２２０によって移動しないように規制されているが、軸方向については移動可能に構成されている。

回転環ユニット３００も、環状のシールリングとしての回転環３１０が設けられている。この回転環３１０も複数の分割体により構成されている。そして、回転環ユニット３００は、複数の分割体の外周面を締め付けることで、これら複数の分割体を固定する固定部材としてのホースバンド３４０を備えている。

このように構成される回転環ユニット３００は、回転軸７００に取り付けられる。すなわち、回転軸７００に固定されたカラー６００に取り付けられたピン３２０が、回転環３１０に設けられているピン用穴３１１に挿入されることによって、回転環ユニット３００は回転軸７００に取り付けられている。つまり、回転環ユニット３００は、カラー６００
に対して、ピン３２０によって回転方向に移動しないように規制されている。

なお、回転環３１０の内周側には環状の切欠き３１２が形成されており、この切欠き３１２にＯリング３３０が装着されることで、回転軸７００の外周面と回転環３１０の内周面との間の環状隙間が封止される。また、カラー６００も２つに分割された分割体により構成されており、これら２つの分割体はボルトＢによって固定される。これにより、分割体同士が固定されることで環状のカラー６００が構成される。また、カラー６００は、セットスクリュ６１０によって回転軸７００に固定される。

そして、上記の通り、複数のスプリング２３０によって、固定環ユニット２００は回転環ユニット３００側に付勢されるので、固定環２１０のシール端面２１４と、回転環３１０のシール端面３１３とが離れてしまうことはない。

以上のように構成されるメカニカルシール１００によれば、回転軸７００の回転に伴って回転環ユニット３００も回転し、回転環３１０のシール端面３１３と固定環２１０のシール端面２１４とが密着した状態を保ちながら摺動する。従って、密封対象流体の大気側（Ａ）への漏れを抑制することができる。

また、本実施例においては、回転軸７００とメカニカルシール１００との間に形成される環状空間を含む第１空間領域（Ｒ１）内の流体圧力と、ハウジング８００の内部の第２空間領域（Ｒ２）内の流体圧力とが異なる状態を形成可能な差圧形成部としての差圧形成用環状部材５００が設けられている。この差圧形成用環状部材５００は、環状部材４２０の内周面側に固定されている。

そして、本実施例においては、第１空間領域（Ｒ１）内に気体を供給する気体供給装置４００が設けられている。この気体供給装置４００は、気体供給装置本体４１０と、上述した環状部材４２０と、これらの間の配管上に設けられる逆止弁４３０とを備えている。気体供給装置本体４１０の具体例としては、空気などの高圧気体を封入した加圧タンクを挙げることができる。以上のように構成される気体供給装置４００によれば、気体供給装置本体４１０から送られる気体は、環状部材４２０に設けられた通路４２１を通って、第１空間領域（Ｒ１）内に供給される。また、逆止弁４３０が設けられているため、気体の逆流を防ぐことができる。

差圧形成用環状部材５００の内周面と回転軸７００の外周面との間には、微小な隙間が形成されている。そして、差圧形成用環状部材５００の内周面には複数の凹凸５１０が設けられている。これにより、上記の微小な隙間は、ラビリンスシール機能が発揮される。従って、第１空間領域（Ｒ１）内の流体圧力と、第２空間領域（Ｒ２）内の流体圧力とが異なる状態を形成することができる。つまり、気体供給装置４００によって、第１空間領域（Ｒ１）内に気体を供給することで、第１空間領域（Ｒ１）内の気圧を、第２空間領域（Ｒ２）内の流体圧力及び大気よりも高い状態を維持することができる。

＜メカニカルシールの構成部材＞
メカニカルシール１００を構成する部材について、より詳細に説明する。本実施例に係るメカニカルシール１００を構成するシールリング（固定環２１０及び回転環３１０）は、装着性の観点（必要性）から、いずれも２つの分割体を組み合わせることによって環状の部材となる二つ割構造である。つまり、本実施例に係るメカニカルシール１００においては、分割された複数の分割体を組み合わせることにより環状のシールリングが構成される分割型シールリングを採用している。なお、固定環２１０及び回転環３１０は、ＳｉＣやカーボンによって構成される。

また、固定環ユニット２００と回転環ユニット３００は、基本的な構成は同一である。従って、以下の説明においては、説明を簡略化するために、固定環ユニット２００側の構成部品についてのみ詳細に説明する。

固定環２１０は、例えば、環状の部材を引っ張ることによって２つに分割した２つの分割体２１０Ａ，２１０Ｂから構成される（図２参照）。従って、環状の部材を、例えば左右に引っ張ることで、中央部分が割れて、２つの分割体２１０Ａ，２１０Ｂが得られる。そして、２つの分割体２１０Ａ、２１０Ｂを組み合わせることで固定環２１０が得られる。

ホースバンド２５０は、図３に示すように、金属製バンド２５１と、金属製バンド２５１を締め付ける締め付けボルト２５２とを備えている。ホースバンド（上記の通りホースクリップとも呼ばれる）については、公知技術であるので詳細な説明は省略するが、ホースバンド２５０においては、ボルト２５２をマイナスドライバーなどの工具９００を用いて締め付けたり緩めたりすることで、金属製バンド２５１を締め付けたり緩めたりすることができるように構成されている。

＜メカニカルシールの取り付け方法＞
本実施例に係るメカニカルシールの取り付け方法について説明する。なお、図２はシールリング（固定環２１０）を取り付ける様子を簡略的に示したものである。また、図３はホースバンド２５０によって固定環２１０を締め付ける様子を簡略的に示したものである。

＜＜組み付け工程＞＞
分割型シールリングを備えるメカニカルシール１００を、回転軸７００及びハウジング８００に対して組み付ける方法自体については、公知技術であるので、以下に簡単に説明する。固定環ユニット２００の組み立て方と回転環ユニット３００の組み立て方は同様であるので、固定環ユニット２００の組み立て方のみ、簡単に説明する。

まず、固定環２１０を構成する複数の分割体（分割体２１０Ａと分割体２１０Ｂ）が、回転軸７００の外周面側から組み合わされる（図２参照）。その後、Ｏリング２４０やスプリング２３０が取り付けられる。そして、ホースバンド２５０によって、分割体２１０Ａと分割体２１０Ｂが固定される（図３参照）。このようにして、固定環ユニット２００がハウジング８００に対して組み付けられる。同様の方法により、回転環ユニット３００も回転軸７００に対して組み付けられる。以上により、メカニカルシール１００は回転軸７００とハウジング８００に対して組み付けられる。

＜＜ならし運転工程＞＞
メカニカルシール１００が組み付けられた後に、ならし運転が行われる。分割型シールリングの場合、単に分割体を固定しただけの状態においては、シールリング（固定環２１０及び回転環３１０）の摺動面となる面（シール端面２１４及びシール端面３１３）に、段差が生じてしまうことを避けるのは困難である。従って、そのまま運転を行った場合には、初期の状態においては、漏れが生じてしまうことは避けられない。そこで、本実施例に係るメカニカルシールの取り付け方法においては、ならし運転工程を設けている。以下、ならし運転工程について、詳細に説明する。

ならし運転工程は、概略、気体供給装置４００によって第１空間領域（Ｒ１）内に気体を供給しながら回転軸７００を回転させる工程である。このとき、第１空間領域（Ｒ１）内の気圧は、第２空間領域（Ｒ２）内に密封対象流体が封止されている場合における流体圧力よりも高くなる（例えば、０．０２ＭＰａ〜０．１ＭＰａ程度高くなる）ように設定
されている。このように、第１空間領域（Ｒ１）内の気圧が高い状態で、回転軸７００が回転することで、固定環２１０のシール端面２１４と回転環３１０のシール端面３１３との間から気体が大気側（Ａ）に漏れつつ、これらシール端面２１４，３１３は摺動する。このように、ガスパージがなされつつ、シール端面２１４，３１３は摺動による摩耗が進む。従って、摺動面の温度が高くなってしまうことを抑止しつつ、シール端面２１４，３１３を研磨させることができる。

そして、所定時間経過後、ならし運転工程は終了する。すなわち、気体供給装置４００による気体の供給は停止される。なお、「所定時間」については、予め決めた時間とすることもできるし、研磨状態に応じて決めることもできる。また、気体供給装置本体４１０として、予め一定量の高圧気体を封入した加圧タンクを採用した場合には、加圧タンク内の高圧気体がなくなる（少なくなる）ことで、自動的に気体の供給は停止される。気体供給装置４００による気体の供給が停止されてしばらくすると、第１空間領域（Ｒ１）内の流体圧力と、第２空間領域（Ｒ２）内の流体圧力とは等しくなる。また、シール端面２１４，３１３は、ならし運転により研磨されているため、ならし運転が終了した後は、メカニカルシール１００本来の機能が発揮され、密封対象流体の漏れは抑制される。

＜＜第２空間領域内への密封対象流体の供給タイミング＞＞
第２空間領域（Ｒ２）内への密封対象流体の供給タイミングについては、以下の２通りがある。

まず、ならし運転工程の最中に、第２空間領域（Ｒ２）内に密封対象流体を供給することができる。この場合、密封対象流体が第２空間領域（Ｒ２）内に供給されても、第１空間領域（Ｒ１）内の気圧が高いため、密封対象流体が第２空間領域（Ｒ２）から第１空間領域（Ｒ１）に進入することが抑制される。従って、密封対象流体がメカニカルシール１００から漏れ出してしまうことをより確実に抑制することができる。

また、組み付け工程後であって、ならし運転を開始する前に、第２空間領域（Ｒ２）内に密封対象流体を供給してもよい。この場合、ならし運転を開始する前は、メカニカルシール１００から密封対象流体が漏れてしまうが、ならし運転を開始させることにより、密封対象流体の漏れを抑制することができる。従って、ならし運転を行わない場合に比べて、早期に漏れを抑制することができる。

＜本実施例に係るメカニカルシールの取り付け方法の優れた点＞
本実施例に係る取り付け方法によれば、気体供給装置４００によって第１空間領域（Ｒ１）内に気体を供給しながら回転軸７００を回転させるならし運転が行われる。そして、差圧形成部としての差圧形成用環状部材５００によって、第１空間領域（Ｒ１）内の流体圧力と第２空間領域（Ｒ２）内の流体圧力とが異なる状態が形成される。そのため、ならし運転中に、第２空間領域（Ｒ２）内の流体（密封対象流体）が第１空間領域（Ｒ１）内に入り込むのを抑制することができる。従って、ならし運転の間、密封対象流体がメカニカルシール１００から漏れてしまうことを抑制することができる。

以上のように、複数の分割体を回転軸７００の外周面側から組み合わせ、メカニカルシール１００を組み付ける場合においても、初期の段階からシール性を高めることができる。

１００ メカニカルシール
２００ 固定環ユニット
２１０ 固定環
２１０Ａ，２１０Ｂ 分割体
２１１ ピン用穴
２１２ スプリング孔
２１３ 環状溝
２１４，３１３ シール端面
２２０ ピン
２３０ スプリング
２４０ Ｏリング
２５０ ホースバンド
２５１ 金属製バンド
２５２ ボルト
３００ 回転環ユニット
３１０ 回転環
３１１ ピン用穴
３１２ 切欠き
３１３ シール端面
３２０ ピン
３３０ Ｏリング
３４０ ホースバンド
４００ 気体供給装置
４１０ 気体供給装置本体
４２０ 環状部材
４２１ 通路
４３０ 逆止弁
５００ 差圧形成用環状部材
５１０ 凹凸
６００ カラー
６１０ セットスクリュ
７００ 回転軸
８００ ハウジング
９００ 工具

Claims (3)

1. 回転軸とハウジングとの間の環状隙間を封止するメカニカルシールであって、分割された複数の分割体を組み合わせることにより環状のシールリングが構成される分割型シールリングを備えるメカニカルシールの取り付け方法において、
   前記回転軸と前記メカニカルシールとの間に形成される環状空間を含む第１空間領域内の流体圧力と、前記ハウジングの内部の第２空間領域内の流体圧力とが異なる状態を形成可能な差圧形成部を設けると共に、第１空間領域内に気体を供給する気体供給装置を設けておき、
   前記複数の分割体を前記回転軸の外周面側から組み合わせ、前記メカニカルシールを前記回転軸とハウジングに対して組み付ける組み付け工程と、
   前記組み付け工程後に、前記気体供給装置によって第１空間領域内に気体を供給しながら前記回転軸を回転させるならし運転工程と、
   前記ならし運転工程後に、前記気体供給装置による気体の供給を停止させる工程と、
   を有することを特徴とするメカニカルシールの取り付け方法。
2. 前記ならし運転工程の最中に、第２空間領域内に密封対象流体を供給することを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシールの取り付け方法。
3. 前記組み付け工程後であって、前記ならし運転を開始する前に、第２空間領域内に密封対象流体を供給すると共に、
   前記ならし運転においては、第１空間領域内の気圧を第２空間領域内の流体圧力よりも高くすることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシールの取り付け方法。