JP2018200068A - シール構造及びメカニカルシール - Google Patents

Abstract

【課題】両シール面同士を非接触状態に保持する動圧を増大させることができるシール構造及びメカニカルシールを提供する。【解決手段】シール構造の静止密封環１０は、そのシール面１０ａにおいて周方向に所定間隔をあけて複数形成され、シールガスが流入する動圧発生溝２４を有する。シール構造の回転密封環３は、そのシール面において周方向に所定間隔をあけて複数形成され、シールガスが流入する第１溝部３１を有する。複数の第１溝部３１は、回転密封環３の回転中に、複数の動圧発生溝２４のいずれかに連通する連通状態と、複数の動圧発生溝２４のいずれとも連通しない非連通状態と、を交互に繰り返すように形成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、シール構造及びメカニカルシールに関する。

従来より、回転機器の内部の被密封流体をシールするものとして、ケーシング側に固定された静止密封環と、回転軸側に一体回転可能に取り付けられた回転密封環とを備え、静止密封環及び回転密封環の互いに対向するシール面間にシールガスを供給することによって当該シール面同士を非接触状態に保持する非接触メカニカルシールが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような非接触メカニカルシールでは、一方のシール面は平坦に形成され、他方のシール面にはシールガスが流入する動圧発生溝（「グルーブ」とも呼ばれる）が形成されている。そして、回転密封環の回転時に、動圧発生溝に発生するシールガスの動圧が、両シール面を互いに離間させようとする力（浮上力）として作用することで、両シール面同士は非接触状態に保持される。

特開平９−３０３５７１号公報

しかし、上記従来の非接触メカニカルシールでは、動圧発生溝へ供給されるシールガスの流量が不足したり、シール全体の大きさが制限されたりすることによって、両シール面を互いに離間させるために必要な動圧を得ることができない場合がある。このような状態でメカニカルシールが作動すると、両シール面が互いに接触して変形や損傷が生じ、シール性能が大幅に低下するという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、両シール面同士を非接触状態に保持する動圧を増大させることができるシール構造及びメカニカルシールを提供することを目的とする。

（１）本発明のシール構造は、互いに相対回転可能であり且つ軸方向に対向して配置された一対の密封環を備え、前記一対の密封環の互いに対向するシール面同士の間にシールガスが供給されることで、これら両シール面を非接触状態に保持させつつ当該両シール面の間をシールするシール構造であって、一方の前記密封環は、そのシール面において周方向に所定間隔をあけて複数形成され、前記シールガスが流入する動圧発生溝を有し、他方の前記密封環は、そのシール面において周方向に所定間隔をあけて複数形成され、前記シールガスが流入する第１溝部を有し、前記複数の第１溝部は、前記一対の密封環の相対回転中に、前記複数の動圧発生溝のいずれかに連通する連通状態と、前記複数の動圧発生溝のいずれとも連通しない非連通状態と、を交互に繰り返すように形成されている。

このシール構造によれば、一対の密封環の相対回転中に、一方の密封環のシール面に形成された複数の動圧発生溝、及び他方の密封環のシール面に形成された複数の第１溝部が、互いに連通する連通状態と、互いに連通しない非連通状態とを交互に繰り返す。その際、非連通状態では、第１溝部内に滞留したシールガスが、前記相対回転に伴う慣性力によって高圧となり、この状態から連通状態となったときに、第１溝部内の高圧のシールガスが動圧発生溝内に流れ込む。これにより、動圧発生溝に発生する動圧を増大させることができる。その結果、両シール面の離間距離が増すので、両シール面の接触に起因するシール性能の低下を効果的に抑制することができる。

（２）前記シール構造において、前記他方の密封環は、そのシール面において、前記第１溝部に連通するとともに前記一対の密封環の相対回転中に前記複数の動圧発生溝のいずれとも連通しないように形成された、前記シールガスが流入する第２溝部をさらに有しているのが好ましい。
この場合、第１溝部と動圧発生溝とが連通した連通状態において、第１溝部内で高圧となったシールガスが動圧発生溝に流出することで、第１溝部内の圧力は一時的に低下するが、その圧力を均一化しようと第２溝部内のシールガスが第１溝部内に流入する。これにより、連通状態から再び非連通状態となったときに、第１溝部内のシールガスを確実に高圧にすることができる。

（３）前記シール構造において、前記第２溝部は、軸方向から見た正面視において、前記複数の第１溝部の全てに連通するように、円環形状に形成されているのが好ましい。
この場合、第２溝部を各第１溝部に対応して複数形成する場合に比べて、簡単に形成することができる。

（４）前記シール構造において、前記各第１溝部の外形は、軸方向から見た正面視において円弧形状に形成されているのが好ましい。
この場合、第１溝部を簡単に形成することができる。

（５）前記シール構造において、前記各第１溝部は、前記非連通状態の維持時間が前記連通状態の維持時間よりも短くなるように形成されているのが好ましい。
この場合、非連通状態において第１溝部内のシールガスが動圧発生溝に流入しない時間を短くすることができるので、シール性能が低下することを抑えることができる。

（６）本発明のメカニカルシールは、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のシール構造を備える。
このメカニカルシールによれば、一対の密封環の相対回転中に、一方の密封環のシール面に形成された複数の動圧発生溝、及び他方の密封環のシール面に形成された複数の第１溝部が、互いに連通する連通状態と、互いに連通しない非連通状態とを交互に繰り返す。その際、非連通状態では、第１溝部内に滞留したシールガスが前記相対回転に伴う慣性力によって高圧となり、この状態から連通状態となったときに、第１溝部内の高圧のシールガスが動圧発生溝内に流れ込む。これにより、動圧発生溝に発生する動圧を増大させることができる。その結果、両シール面の離間距離が増すので、両シール面の接触に起因するシール性能の低下を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、両シール面同士を非接触状態に保持する動圧を増大させることができる。

本発明の第１実施形態に係るシール構造を備えたメカニカルシールを示す断面図である。 静止密封環のシール面を軸方向から見た正面図である。 回転密封環のシール面を軸方向から見た正面図である。 図１の要部拡大断面図である。 回転密封環の回転中における、第１及び第２溝部と動圧発生溝との軸方向から見た位置関係を示しており、（ａ）は連通状態、（ｂ）は非連通状態である。 本発明の第２実施形態に係るシール構造における静止密封環のシール面を軸方向から見た正面図である。 第２実施形態に係るシール構造における回転密封環のシール面を軸方向から見た正面図である。 第２実施形態の回転密封環の回転中における、第１及び第２溝部と動圧発生溝との軸方向から見た位置関係を示しており、（ａ）は連通状態、（ｂ）は非連通状態である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るシール構造を備えたメカニカルシールを示す断面図である。図１において、このメカニカルシールＭは、タービン又は圧縮機等の高速回転機器に用いられ、この高速回転機器のケーシング１と、ケーシング１に挿入される回転軸２との間に配置されている。メカニカルシールＭは、後述するシール面間を挟んで、径方向外側及び軸方向一方側の機内側（第１空間）Ａと、径方向内側及び軸方向他端側の機外側（第２空間）Ｂとを仕切り、機内側Ａを低圧、機外側Ｂを高圧にして、機内側Ａに存在する被密封流体が機外側Ｂに漏れるのを防止する。

メカニカルシールＭは、回転側ユニットとして、回転軸２に取り付けられた環状の回転密封環３と、回転軸２に外嵌して固定されているストッパーリング４と、このストッパーリング４に固定され、回転軸２に外嵌されたフランジ５ａ付きのスリーブ５とを備えている。

回転密封環３は、スリーブ５に外嵌されており、当該スリーブ５のフランジ５ａとストッパーリング４とに挟まれて回転軸２に固定されている。これにより、回転密封環３は回転軸２と一体回転可能である。回転密封環３の機外側Ｂの端面は、シール面３ａとされている。スリーブ５及びストッパーリング４は、ボルト６により固定されており、ストッパーリング４は、セットスクリュー７により回転軸２に固定されている。

回転密封環３とスリーブ５との間には、機内側Ａと機外側Ｂとの間をシールするＯリング８が介在している。また、回転軸２とスリーブ５との間には、機内側Ａと機外側Ｂとの間をシールするＯリング９が介在している。これらのＯリング８，９により、回転密封環３と回転軸２と間で、機内側Ａの被密封流体が機外側Ｂに漏れるのを防止している。

メカニカルシールＭは、静止側ユニットとして、回転密封環３と軸方向に対向する環状の静止密封環１０と、この静止密封環１０をケーシング１に取り付けるための環状のシールケース１１と、静止密封環１０を回転密封環３に向かって押圧する弾性部材であるスプリング１２とを備えている。

シールケース１１は、第１ケース１３と第２ケース１４とで構成されている。両ケース１３、１４は、円環形状に形成されており、ボルト１５によってケーシング１に固定されている。第２ケース１４は、静止密封環１０に対して軸方向に対向する壁部１７と、この壁部１７の径方向内側において軸方向（機内側Ａの方向）に延びる円筒部１８とを有している。円筒部１８の内周面と、静止密封環１０の外周面との間にはＯリング１９が介在している。第２ケース１４には、シールガス（例えばエア）を供給するガス供給孔１６が径方向に貫通して形成されている。

静止密封環１０は、第１ケース１３の径方向内側であって、第２ケース１４と回転密封環３との間に挟まれて配置されている。第１ケース１３の内周面と静止密封環１０の外周面との間には、Ｏリング２０が配設されている。

静止密封環１０の機外側Ｂには、機外側Ｂから機内側Ａに向かって軸方向に凹んでいる穴２１が周方向に等間隔で複数形成されている。各穴２１内には、前記スプリング１２が配設されている。スプリング１２の一端は穴２１の底面に当接し、他端が第２ケース１４の壁部１７の機内側Ａの壁面１７ａに当接している。スプリング１２の弾性復元力により、静止密封環１０は回転密封環３側へ押圧されている。

静止密封環１０の内周面及び外周面は、前記Ｏリング１９と前記Ｏリング２０とによって径方向両側から支持されている。そして、静止密封環１０は、前記スプリング１２の弾性力に抗して軸方向に移動可能である。静止密封環１０の機内側Ａの端面は、回転密封環３のシール面３ａに対向するシール面１０ａとされている。

静止密封環１０の機内側Ａの内周面および円筒部１８の内周面と、ストッパーリング４の外周面との間には、前記ガス供給孔１６を通じてシールガスが供給される環状の空間Ｓが形成されている。静止密封環１０のシール面１０ａには、前記空間Ｓからシールガスが流入する動圧発生溝２４が形成されている。この動圧発生溝２４に流入したシールガスは、回転密封環３の回転時に発生する動圧によって、両シール面３ａ，１０ａを互いに離間させる力（浮上力）を生じさせる。

具体的には、前記動圧によって、静止密封環１０のシール面１０ａをスプリング１２の弾性力に抗して機外側Ｂへ押圧する力が生じる。これにより、動圧発生溝２４に流入したシールガスは、両シール面３ａ、１０ａ間の隙間を通じて、径方向外側へ流出する。そして、シールガスが供給されている間、径方向内側の空間Ｓから両シール面３ａ、１０ａを経由して、径方向外側へと流出する流れが常に生じている。

そして、前記隙間におけるシールガスのガス圧（動圧）と機内側Ａの被密封流体による圧力との合力と、スプリング１２の弾性力とが拮抗する位置まで静止密封環１０が機外側Ｂへ移動した後に、当該位置で保持される。そして、前記隙間に充填されるシールガスによって、静止密封環１０と回転密封環３とが非接触状態となり、この状態が保持されたまま、回転軸２及び回転密封環３が回転する。

したがって、回転軸２の回転時に両シール面３ａ，１０ａ間にシールガスを供給することによって、両シール面３ａ，１０ａ間をシールすることができる。本実施形態では、回転密封環３及び静止密封環１０が、これら一対の密封環の互いに対向するシール面３ａ，１０ａ同士を非接触状態に保持させつつ、両シール面３ａ，１０ａの間をシールするシール構造２５を構成している。

図２は、静止密封環１０のシール面１０ａを軸方向から見た正面図である。図２において、静止密封環１０のシール面１０ａには、前記動圧発生溝２４（図中のハッチングで示す部分）が周方向に等間隔をあけて複数（図例では８個）形成されている。各動圧発生溝２４は、前記空間Ｓからシールガスが流入するように、静止密封環１０の内周端で開口している。そして、各動圧発生溝２４は、静止密封環１０の内周端から、径方向外側であって、且つ回転密封環３の回転方向Ｒ側に向かって螺旋状に延びて形成されている。

図３は、回転密封環３のシール面３ａを軸方向から見た正面図である。図３において、回転密封環３のシール面３ａには、複数の第１溝部３１（図中のクロスハッチングで示す部分）と、１個の第２溝部３２（図中のハッチングで示す部分）とが形成されている。第２溝部３２は、シール面３ａの径方向内側部分において、例えば、回転密封環３と同心の円環形状に形成されている。

複数の第１溝部３１は、第２溝部３２の径方向外側において周方向に等間隔をあけて形成されており、これらの第１溝部３１それぞれは、第２溝部３２に連通している。各第１溝部３１の外形は、第２溝部３２の外周から径方向外側に突出するように円弧形状に形成されている。本実施形態の第１溝部３１の個数は、動圧発生溝２４の個数と同数（８個）である。

図４は、図１の要部拡大断面図である。図４において、回転密封環３の第１溝部３１及び第２溝部３２の各軸方向（図中の左右方向）の深さは、同じ深さＨに設定されている。そして、前記深さＨは、静止密封環１０の動圧発生溝２４の軸方向の深さｈよりも深く設定されている。

図４に示すように、回転密封環３の第２溝部３２は、その全周が上記空間Ｓに対応する位置に形成されており、当該空間Ｓに連通している。一方、回転密封環３の第１溝部３１は、上記空間Ｓよりも径方向外側において、静止密封環１０の動圧発生溝２４に対応する位置に形成されており、当該動圧発生溝２４に連通している。これにより、空間Ｓ内のシールガスは、図４中の破線矢印で示すように、第２溝部３２から各第１溝部３１を通過して動圧発生溝２４に流入するようになっている。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、回転密封環３の回転中における、第１及び第２溝部３１，３２と動圧発生溝２４との軸方向から見た位置関係を示す説明図である。なお、図５（ａ）及び（ｂ）では、第１溝部３１をクロスハッチング（図５（ｂ）では黒塗り部分も含む）、第２溝部３２をハッチング、動圧発生溝２４をハッチング無し、でそれぞれ示している。また、図５（ａ）及び（ｂ）では、説明の便宜上、回転密封環３の第１及び第２溝部３１，３２以外の部分、及び静止密封環１０のシール面１０ａよりも径方向外側の部分は図示を省略している。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２溝部３２は、複数の動圧発生溝２４よりも径方向内側に形成されている。つまり、第２溝部３２は、回転密封環３と共に回転方向Ｒに回転しているとき、複数の動圧発生溝２４のいずれとも連通しないように形成されている。

複数の第１溝部３１は、回転密封環３と共に回転方向Ｒに回転しているとき、複数の動圧発生溝２４のいずれかに連通する連通状態（図５（ａ）の状態）と、複数の動圧発生溝２４のいずれとも連通しない非連通状態（図５（ｂ）の状態）とを交互に繰り返すように形成されている。

ここで、「連通状態」とは、図５（ａ）に示すように、第１溝部３１の全体が動圧発生溝２４に連通している（軸方向において重なり合っている ）状態だけでなく、第１溝部３１の一部が動圧発生溝２４の一部と連通している状態も含む。
また、「非連通状態」とは、連通状態以外の場合をいい、図５（ｂ）に示すように、第１溝部３１の全体が隣り合う動圧発生溝２４同士の間に位置している状態のみを含む。

本実施形態では、各第１溝部３１の外形を可及的に大きくするために、図５（ｂ）に示すように、非連通状態において、各第１溝部３１と、その周方向両側にそれぞれ隣接する動圧発生溝２４との間には僅かな隙間しか形成されていない。このため、図５（ｂ）に示す非連通状態から、回転密封環３が僅かに回転すると、各第１溝部３１の一部が隣接する動圧発生溝２４の一部と連通することで、すぐに連通状態に切り替わる。

そして、回転密封環３がさらに回転して、各第１溝部３１が、図５（ａ）に示す状態を経て、次の非連通状態（図５（ｂ）に示す状態）となるまでの間、連通状態が維持される。したがって、本実施形態では、回転密封環３の回転中において、連通状態の維持時間は、非連通状態の維持時間よりも大幅に長くなっている。これにより、連通状態の間に、第１溝部３１内の高圧のシールガスを動圧発生溝２４に確実に流入させることができる。

以上の構成により、回転密封環３の回転中に、複数の第１溝部３１が回転密封環３と共に回転することで、これら複数の第１溝部３１、及び静止密封環１０の複数の動圧発生溝２４とが、互いに連通する連通状態と、互いに連通しない非連通状態とを交互に繰り返す。その際、非連通状態では、シールガスが第１溝部３１内において動圧発生溝２４へ流れずに滞留するため、第１溝部３１内のシールガスは、回転密封環３の高速回転に伴う慣性力によって、図５（ｂ）の黒塗り部分の領域で高圧となる。なお、この時点における、機内側Ａの圧力、機外側Ｂ及び第１溝部３１の圧力、第２溝部３２の前記黒塗り部分（高圧領域）の圧力は、この順に高く（機内側Ａの圧力＜機外側Ｂ及び第１溝部３１の圧力＜第２溝部３２の黒塗り部分の圧力）なっている。

その後、第１溝部３１の前記黒塗り部分の領域で高圧となったシールガスは、非連通状態（図５（ｂ）参照）から連通状態（図５（ａ）参照）となったときに、動圧発生溝２４内に流れ込む。これにより、動圧発生溝２４に発生する動圧を増大させることができる。その結果、両シール面３ａ，１０ａの離間距離が増すので、両シール面３ａ，１０ａの接触に起因するシール性能の低下を効果的に抑制することができる。

また、非連通状態から連通状態となったとき、第１溝部３１内で高圧となったシールガスが動圧発生溝２４に流出することで、第１溝部３１内の圧力は一時的に低下するが、その圧力を均一化しようと第２溝部３２内のシールガスが第１溝部３１内に流入する。これにより、第１溝部３１内にシールガスを迅速に充填することができるので、連通状態から再び非連通状態となったときに、第１溝部３１内のシールガスを迅速に高圧にすることができる。

また、第２溝部３２は、軸方向から見た正面視において、複数の第１溝部３１の全てに連通するように円環形状に形成されているので、第２溝部３２を各第１溝部３１に対応して複数形成する場合に比べて、簡単に形成することができる。
また、各第１溝部３１の外形は、軸方向から見た正面視において円弧形状に形成されているので、第１溝部３１を簡単に形成することができる。

また、動圧発生溝２４の個数と同数の第１溝部３１が周方向に等間隔に形成されているため、各第１溝部３１の前記黒塗り部分の領域で高圧となったシールガスを、全ての動圧発生溝２４に均等に流入させることができる。その結果、両シール面３ａ，１０ａの離間距離を周方向全体で均一に増すことができる。

なお、本実施形態では、第１溝部３１の外形を、可及的に大きく形成しているが、本実施形態よりも小さく形成してもよい。この場合、第１溝部３１の全体が隣り合う動圧発生溝２４同士の間に位置している時間、つまり非連通状態の維持時間が本実施形態に比べて長くなるので、その分だけ第１溝部３１内のシールガスをより高圧にすることができる。これにより、動圧発生溝２４に発生する動圧がさらに増大するので、両シール面３ａ，１０ａの離間距離をさらに増すことができる。

［第２実施形態］
図６及び図７は、いずれも本発明の第２実施形態に係るシール構造２５を示しており、特に図６は、静止密封環１０のシール面１０ａを軸方向から見た正面図であり、図７は、回転密封環３のシール面３ａを軸方向から見た正面図である。
第２実施形態のシール構造２５は、静止密封環１０及び回転密封環３の径方向外側を高圧の機外側Ｂとし、静止密封環１０及び回転密封環３の径方向内側を、被密封流体が存在する低圧の機内側Ａとしている点で、第１実施形態と異なる。したがって、第２実施形態では、図示を省略するが、静止密封環１０及び回転密封環３の径方向外側に、外部からシールガスが流入する空間（第１実施形態の空間Ｓに相当）が形成されている。

図６において、静止密封環１０のシール面１０ａには、複数（図例では８個）の動圧発生溝２４’（図中のハッチングで示す部分）が、静止密封環１０の径方向外側からシールガスが流入するように、静止密封環１０の外周端で開口している。そして、各動圧発生溝２４’は、静止密封環１０の外周端から、径方向内側であって且つ回転密封環３の回転方向Ｒ側に向かって螺旋状に延びて形成されている。

図７において、回転密封環３のシール面３ａには、円環形状に形成された第２溝部３２’（図中のハッチングで示す部分）の径方向内側において、複数の第１溝部３１’（図中のクロスハッチングで示す部分）が周方向に等間隔をあけて形成されている。複数の第１溝部３１’それぞれは、第２溝部３２’に連通している。各第１溝部３１’の外形は、第２溝部３２’の内周から径方向内側に突出するように円弧形状に形成されている。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、回転密封環３の回転中における、第１及び第２溝部３１’，３２’と動圧発生溝２４’との軸方向から見た位置関係を示す説明図である。なお、図８（ａ）及び（ｂ）では、第１溝部３１’をクロスハッチング（図８（ｂ）では黒塗り部分も含む）、第２溝部３２’をハッチング、動圧発生溝２４’をハッチング無し、でそれぞれ示している。また、図８（ａ）及び（ｂ）では、説明の便宜上、回転密封環３の第１及び第２溝部３１’，３２’以外の部分は図示を省略している。

図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２溝部３２’は、複数の動圧発生溝２４’よりも径方向外側に形成されている。つまり、第２溝部３２’は、回転密封環３と共に回転方向Ｒに回転しているとき、複数の動圧発生溝２４’のいずれとも連通しないように形成されている。

複数の第１溝部３１’は、回転密封環３と共に回転方向Ｒに回転しているとき、複数の動圧発生溝２４’のいずれかに連通する連通状態（図８（ａ）の状態）と、複数の動圧発生溝２４’のいずれとも連通しない非連通状態（図８（ｂ）の状態）とを交互に繰り返すように形成されている。なお、第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上の構成により、回転密封環３の回転中に、複数の第１溝部３１’が回転密封環３と共に回転することで、これら複数の第１溝部３１’、及び静止密封環１０の複数の動圧発生溝２４’とが、互いに連通する連通状態と、互いに連通しない非連通状態とを交互に繰り返す。その際、非連通状態では、シールガスが第１溝部３１’内において動圧発生溝２４’へ流れずに滞留するため、第１溝部３１’内のシールガスは、回転密封環３の高速回転に伴う慣性力によって、図８（ｂ）の黒塗り部分の領域で高圧となる。なお、この時点における、機内側Ａの圧力、機外側Ｂ及び第１溝部３１’の圧力、第２溝部３２’の前記黒塗り部分の圧力は、この順に高くなっている。

その後、第１溝部３１’の前記黒塗り部分の領域で高圧となったシールガスは、非連通状態（図８（ｂ）参照）から連通状態（図８（ａ）参照）となったときに、動圧発生溝２４’内に流れ込む。これにより、動圧発生溝２４’に発生する動圧を増大させることができる。その結果、両シール面３ａ，１０ａの離間距離が増すので、両シール面３ａ，１０ａの接触に起因するシール性能の低下を効果的に抑制することができる。

また、非連通状態から連通状態となったとき、第１溝部３１’内で高圧となったシールガスが動圧発生溝２４’に流出することで、第１溝部３１’内の圧力は一時的に低下するが、その圧力を均一化しようと第２溝部３２’内のシールガスが第１溝部３１’内に流入する。これにより、第１溝部３１’内にシールガスを迅速に充填することができるので、連通状態から再び非連通状態となったときに、第１溝部３１’内のシールガスを迅速に高圧にすることができる。

［その他］
上記各実施形態における回転密封環３には、第１溝部３１（３１’）と第２溝部３２（３２’）とが形成されているが、少なくとも第１溝部３１（３１’）が形成されていればよい。この場合、外部からメカニカルシールＭ内に供給されたシールガスを第１溝部３１に直接流入させればよい。また、上記実施形態のシール構造２５は、メカニカルシールＭに用いる場合について説明したが、他のシール装置にも適用することができる。

上記各実施形態におけるシール構造２５では、静止密封環１０側に動圧発生溝２４（２４’）が形成され、回転密封環３側に第１及び第２溝部３１，３２（３１’，３２’）が形成されているが、静止密封環１０側に第１及び第２溝部３１，３２（３１’，３２’）が形成され、回転密封環３側に動圧発生溝２４（２４’）が形成されていてもよい。

上記各実施形態における第１溝部３１（３１’）の個数は、動圧発生溝２４（２４’）の個数と同数であるが、動圧発生溝２４（２４’）の個数よりも少なくしてもよい。また、第１溝部３１（３１’）の外形は、円弧形状に限定されるものではなく、回転密封環３の回転に伴う慣性力により高圧となる領域が存在していれば、多角形状等の他の形状に形成されていてもよい。

上記各実施形態における第２溝部３２（３２’）は、円環形状に形成されているが、多角環形状等の他の環形状に形成されていてもよい。また、上記実施形態では、１つの第２溝部３２（３２’）が複数の第１溝部３１（３１’）の全てに連通するように形成されているが、各第１溝部３１（３１’）に個別に連通する複数の第２溝部３２（３２’）が形成されていてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

３ 回転密封環（密封環）
３ａ シール面
１０ 静止密封環（密封環）
１０ａ シール面
２４，２４’ 動圧発生溝
２５ シール構造
３１，３１’ 第１溝部
３２，３２’ 第２溝部
Ｍ メカニカルシール

Claims (5)

1. 互いに相対回転可能であり且つ軸方向に対向して配置された一対の密封環を備え、前記一対の密封環の互いに対向するシール面同士の間にシールガスが供給されることで、これら両シール面を非接触状態に保持させつつ当該両シール面の間をシールするシール構造であって、
   一方の前記密封環は、そのシール面において周方向に所定間隔をあけて複数形成され、前記シールガスが流入する動圧発生溝を有し、
   他方の前記密封環は、そのシール面において周方向に所定間隔をあけて複数形成され、前記シールガスが流入する第１溝部を有し、
   前記複数の第１溝部は、前記一対の密封環の相対回転中に、前記複数の動圧発生溝のいずれかに連通する連通状態と、前記複数の動圧発生溝のいずれとも連通しない非連通状態と、を交互に繰り返すように形成されている、シール構造。
2. 前記他方の密封環は、そのシール面において、前記第１溝部に連通するとともに前記一対の密封環の相対回転中に前記複数の動圧発生溝のいずれとも連通しないように形成された、前記シールガスが流入する第２溝部をさらに有している、請求項１に記載のシール構造。
3. 前記第２溝部は、軸方向から見た正面視において、前記複数の第１溝部の全てに連通するように、円環形状に形成されている、請求項２に記載のシール構造。
4. 前記各第１溝部の外形は、軸方向から見た正面視において円弧形状に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシール構造。
5. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のシール構造を備えるメカニカルシール。

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