JP2019015355A

JP2019015355A - 軸封装置

Info

Publication number: JP2019015355A
Application number: JP2017133871A
Authority: JP
Inventors: 祐介加門; Yusuke Kamon; 辰佳山下; Tatsuyoshi Yamashita
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-07-07
Also published as: JP6823559B2

Abstract

【課題】被密封流体が１次シールの内側シール部材と外側シール部材との間から２次シール側へ漏洩するのを抑制することができる軸封装置を提供する。【解決手段】軸封装置１の１次シール１０は、内周面が回転軸３の外周面に密着し、回転軸３の軸線Ｘに対して傾斜する第１テーパ面１１ｂが外周に形成された環状の内側シール部材１１と、内側シール部材１１の径方向外側に配置され、第１テーパ面１１ｂと同じ方向に傾斜する第２テーパ面１２ｂが内周に形成された環状の外側シール部材１２と、外側シール部材１２の外周に設けられ、第２テーパ面１２ｂを第１テーパ面１１ｂに押圧付勢する付勢部材１４と、を備える。内側シール部材１１の外周および外側シール部材１２の内周には、機内側Ａから第１テーパ面１１ｂと第２テーパ面１２ｂとの間に浸入した被密封流体を留める空間１９を形成する段差部１８，１９が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、軸封装置に関する。

従来より、例えばニーダーや乾燥機等の大型の回転機器内の被密封流体をシールするものとして、リップシールを有する１次シールを機内側に配置し、複数のセグメントシールを有する２次シールを機外側に配置して構成された軸封装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来の軸封装置の１次シールを示す断面図である。この１次シール１００は、リップシールからなる環状の内側シール部材１１０と、この内側シール部材１１０の径方向外側に配置された環状の外側シール部材１２０とを備えている。内側及び外側シール部材１１０，１２０は、回転軸１６０と共に回転するようになっている。

内側シール部材１１０は、その内周に形成されたリップ部１１１と、機内側のシールケース１５１の側面に摺接する摺接端面１１２と、外周において軸線に対して傾斜して形成されたテーパ面１１３とを有している。リップ部１１１は、その外周面に装着された弾性部材１３１の付勢力によって回転軸１６０の外周面に押し付けられている。

外側シール部材１２０は、機外側のシールケース１５２の側面に摺接する摺接端面１２２と、内周において軸線に対して傾斜して形成されたテーパ面１２３とを有している。このテーパ面１２３は、内側シール部材１１０のテーパ面１１３と同じ方向に傾斜しており、当該テーパ面１１３に面接触している。

外側シール部材１２０の外周面にはガータースプリング１３２が装着されており、このガータースプリング１３２の付勢力によって、外側シール部材１２０は、そのテーパ面１２３を介して内側シール部材１１０のテーパ面１１３に沿って機外側にずれるとともに、内側シール部材１１０は、そのテーパ面１１３を介して外側シール部材１２０のテーパ面１２３に沿って機内側にずれる。これにより、内側シール部材１１０の摺接端面１１２をシールケース１５１の側面に確実に摺接させることができ、且つ外側シール部材１２０の摺接端面１２２をシールケース１５２の側面に確実に摺接させることができる。

実開平１−７８７７２号公報

しかし、上記軸封装置では、機内側の被密封流体が、内側シール部材１１０の摺接端面１１２とシールケース１５１の側面との間、両テーパ面１１３，１２３同士の間、及び内側シール部材１１０の機外側の端面とシールケース１５２の機内側の側面との間を通過して、２次シール側（機外側）に漏洩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、被密封流体が１次シールの内側シール部材と外側シール部材との間から２次シール側へ漏洩するのを抑制することができる軸封装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の軸封装置は、回転機器のケーシングに固定されるシールケースと、前記シールケースを貫通する回転軸との間に、機内側の１次シールおよび機外側の２次シールが前記回転軸の軸方向に並列に配置されている軸封装置であって、前記１次シールは、内周面が前記回転軸の外周面に密着し、前記回転軸の軸線に対して傾斜する第１テーパ面が外周に形成された環状の内側シール部材と、前記内側シール部材の径方向外側に配置され、前記第１テーパ面と同じ方向に傾斜する第２テーパ面が内周に形成された環状の外側シール部材と、前記外側シール部材の外周に設けられ、前記第２テーパ面を前記第１テーパ面に押圧付勢する付勢部材と、を備え、前記内側シール部材の外周および前記外側シール部材の内周のうち少なくとも一方には、前記機内側から前記第１テーパ面と前記第２テーパ面との間に浸入した被密封流体を留める空間を形成する段差部が形成されている。

この軸封装置によれば、内側シール部材と外側シール部材との間には、内側シール部材の外周および外側シール部材の内周のうち少なくとも一方に形成した段差部によって空間が形成されるため、機内側の被密封流体が、内側シール部材の外周に形成された第１テーパ面と、外側シール部材の内周に形成された第２テーパ面との間に浸入しても、その被密封流体を前記空間に留めることができる。これにより、機内側の被密封流体が、１次シールの内側シール部材と外側シール部材との間から２次シール側へ漏洩するのを抑制することができる。

（２）前記軸封装置において、前記段差部は、前記内側シール部材の外周および前記外側シール部材の内周にそれぞれ形成されており、前記内側シール部材の段差部は、径方向に延びる第１段差面を有し、前記外側シール部材の段差部は、前記空間を介して前記第１段差面に対向する第２段差面を有するのが好ましい。

従来の軸封装置では、１次シールを組み付ける際に、作業者が１次シールから手を離すと、外側シール部材が、第２テーパ面を介して内側シール部材の第１テーパ面に沿って軸方向に移動し、内側シール部材から脱落するおそれがある。
しかし、上記（２）の軸封装置では、外側シール部材が軸方向に移動したときに、外側シール部材の段差部に形成された第２段差面が、内側シール部材の段差部に形成された第１段差面に当接することで、外側シール部材が内側シール部材から脱落するのを防止することができる。これにより、１次シールの組み付け作業を容易に行うことができる。

本発明によれば、被密封流体が１次シールの内側シール部材と外側シール部材との間から２次シール側へ漏洩するのを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る軸封装置を示す断面図である。前記軸封装置の１次シールを示す拡大断面図である。本発明の第２実施形態に係る軸封装置の１次シールを示す拡大断面図である。第２実施形態の１次シールをケーシングに組み付ける途中の状態を示す断面図である。従来の軸封装置の１次シールを示す断面図である。

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実施形態に係る軸封装置を示す断面図である。図１において、軸封装置１は、例えばニーダーや乾燥機等からなる大型の回転機器のケーシングＣに固定されたシールケース２と、前記回転機器の回転軸３との間に設けられている。軸封装置１は、軸方向一方側の機内側Ａと、軸方向他方側の機外側Ｂとを仕切り、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。

軸封装置１は、回転軸３の軸方向に並列に配置された機内側Ａの１次シール１０および機外側Ｂの２次シール２０を備えている。
１次シール１０は、シールケース２の第１ケース４及び第２ケース５により形成された環状の収納空間Ｓ１に配置されており、機内側Ａに存在する被密封流体が２次シール２０側に漏洩するのを抑制するものである。１次シール１０の詳細については後述する。

２次シール２０は、シールケース２の第２ケース５及び第３ケース６により形成された環状の収納空間Ｓ２において軸方向に並んで配置された一対のセグメントシール２１，２２と、シールケース２の第３ケース６及び第４ケース７により形成された環状の収納空間Ｓ３において軸方向に並んで配置された一対のセグメントシール２３，２４とを備えている。これらの各セグメントシール２１〜２４は、図示を省略するが、円弧状に形成された複数の分割体を、周方向に沿って環状に配列することによって構成されている。

２次シール２０は、各セグメントシール２１〜２４の外周に装着された円環状のガータスプリング２５〜２８をさらに備えている。各ガータスプリング２５〜２８は、対応するセグメントシール２１〜２４の内周面を回転軸３の外周面に圧接させている。これにより、機内側Ａに存在する被密封流体が機外側Ｂに漏洩するのを防止している。

前記収納空間Ｓ２には、セグメントシール２２と第３ケース６との間に環状の押え板３１が配置されている。この押え板３１は、第３ケース６の周方向に所定間隔をあけて装着された複数（図１では１個のみ図示）のスプリング３２の付勢力により、第３ケース６に対して機内側Ａに押圧されている。これにより、一対のセグメントシール２１，２２は、押え板３１と第２ケース５との間に挟持されている。

一方のセグメントシール２２には、機内側Ａに突出するピン３３が周方向に所定間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）固定されている。他方のセグメントシール２１の側面には、前記各ピン３３が挿入される複数のピン穴３４が周方向に所定間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。そして、前記複数のピン３３は、対応するピン穴３４に挿入されることで、一対のセグメントシール２１，２２が互いに相対回転するのを規制している。

前記収納空間Ｓ３には、第３ケース６とセグメントシール２３との間に環状の押え板３５が配置されている。この押え板３５は、第３ケース６の周方向に所定間隔をあけて装着された複数のスプリング（図示省略）の付勢力により、第３ケース６に対して機外側Ｂに押圧されている。これにより、一対のセグメントシール２３，２４は、押え板３５と第４ケース７との間に挟持されている。

一方のセグメントシール２４には、機内側Ａに突出するピン３６が周方向に所定間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）固定されている。他方のセグメントシール２３の側面には、前記各ピン３６が挿入される複数のピン穴３７が周方向に所定間隔をあけて複数（図１では１個のみ図示）形成されている。そして、前記複数のピン３６は、対応するピン穴３７に挿入されることで、一対のセグメントシール２３，２４が互いに相対回転するのを規制している。

なお、押え板３５は、回り止めピン３８により第３ケース６に対する相対回転が規制されている。同様に、押え板３１も、図示しない回り止めピンにより第３ケース６に対する相対回転が規制されている。また、第１〜第４ケース４〜７は、図示しないボルトによりケーシングＣに固定されている。

第３ケース６には、収納空間Ｓ２及び収納空間Ｓ３にパージガスを供給するガス供給路８が径方向に貫通して形成されている。パージガスには、例えば窒素ガスまたは大気（空気）などの不活性ガスが使用され、その不活性ガスの圧力は、機内側Ａに存在する被密封流体の圧力よりも高く設定されている。これにより、機内側Ａに存在する被密封流体が収納空間Ｓ２及び収納空間Ｓ３に漏洩するのを防止している。

ケーシングＣの機外側Ｂの側面と第１ケース４の機内側Ａの側面との間は、Ｏリング４１によりシールされている。また、収納空間Ｓ１の径方向外方において、第１ケース４の機外側Ｂの側面と第２ケース５の機内側Ａの側面との間は、Ｏリング４２によりシールされている。

同様に、収納空間Ｓ２の径方向外方における第２ケース５の機外側Ｂの側面と第３ケース６の機内側Ａの側面との間は、Ｏリング４３によりシールされている。さらに、収納空間Ｓ３の径方向外方における第３ケース６の機外側Ｂの側面と第４ケース７の機内側Ａの側面との間は、Ｏリング４４によりシールされている。

図２は、１次シール１０を示す拡大断面図である。１次シール１０は、リップシールからなる環状の内側シール部材１１と、この内側シール部材１１の径方向外側に配置された環状の外側シール部材１２と、内側シール部材１１に装着された第１付勢部材１３と、外側シール部材１２に装着された第２付勢部材１４とを備えている。

内側シール部材１１は、機外側Ｂに開口するように断面コ字形状に形成されており、内側シール部材１１の内周部には、機外側Ｂに突出するリップ部１１ａが形成されている。リップ部１１ａの外周には、ガータスプリングからなる第１付勢部材１３が装着されている。この第１付勢部材１３の付勢力により、リップ部１１ａの内周面は、回転軸３の外周面に押圧されて密着しており、内側シール部材１１は、回転軸３と共に回転するようになっている。なお、第１付勢部材１３は、ガータスプリング以外の弾性部材であってもよい。

内側シール部材１１の外周には、回転軸３の軸線Ｘに対して傾斜する第１テーパ面１１ｂが全周にわたって形成されている。本実施形態の第１テーパ面１１ｂは、内側シール部材１１の外周の機内側Ａから機外側Ｂへ向かうに従って漸次縮径するように形成されている。

外側シール部材１２の内周には、内側シール部材１１の第１テーパ面１１ｂと同じ方向に同じ角度で傾斜する第２テーパ面１２ｂが形成されている。具体的には、第２テーパ面１２ｂは、外側シール部材１２の内周の機内側Ａから機外側Ｂへ向かうに従って漸次縮径するように形成されている。これにより、外側シール部材１２は、その第２テーパ面１２ｂが内側シール部材１１の第１テーパ面１１ｂの面接触した状態で配置されている。

外側シール部材１２の外周には環状溝１２ａが形成されており、この環状溝１２ａには、ガータスプリングからなる第２付勢部材１４が装着されている。なお、第２付勢部材１４は、ガータスプリング以外の弾性部材であってもよい。この第２付勢部材１４の付勢力により、外側シール部材１２は、内側シール部材１１と共に一体回転可能するようになっている。

また、第２付勢部材１４の付勢力により、外側シール部材１２は、その第２テーパ面１２ｂを介して内側シール部材１１の第１テーパ面１１ｂに沿って機外側Ｂにずれた状態で保持されるとともに、内側シール部材１１は、その第１テーパ面１１ｂを介して外側シール部材１２の第２テーパ面１２ｂに沿って機内側Ａにずれた状態で保持される。これにより、内側シール部材１１の機内側Ａの摺接端面１１ｃを第１ケース４の機外側Ｂの側面４ａに対して確実に摺接させることができ、且つ外側シール部材１２の機外側Ｂの摺接端面１２ｃを第２ケース５の機内側Ａの側面５ａに対して確実に摺接させることができる。

内側シール部材１１の摺接端面１１ｃには、環状の凹溝１１ｄが形成されており、この凹溝１１ｄと、これに対向する第１ケース４の側面４ａとによって、被密封流体を一時的に留めるための環状の空間１５が形成されている。これにより、摺接端面１１ｃと前記側面４ａとの間に浸入した被密封流体が前記空間１５に留まることで、当該被密封流体が１次シール１０の径方向外側へ漏洩するのを抑制することができる。

同様に、外側シール部材１２の摺接端面１２ｃには、環状の凹溝１２ｄが形成されており、この凹溝１２ｄと、これに対向する第２ケース５の側面５ａとによって、被密封流体を一時的に留めるための環状の空間１６が形成されている。これにより、摺接端面１２ｃと前記側面５ａとの間に浸入した被密封流体が前記空間１６に留まることで、当該被密封流体が１次シール１０の径方向外側へ漏洩するのを抑制することができる。

内側シール部材１１の第１テーパ面１１ｂには、その軸方向の中間部に段差部１７が形成されている。本実施形態の段差部１７は、環状の凹溝からなり、互いに軸方向に対向する一対の段差面１７ａ，１７ｂと、これらの段差面１７ａ，１７ｂの間に形成された底面１７ｃとを有している。段差面１７ａ，１７ｂは、径方向に延びて形成されており、底面１７ｃは、第１テーパ面１１ｂと平行に形成されている。

同様に、外側シール部材１２の第２テーパ面１２ｂには、その軸方向の中間部に段差部１８が形成されている。本実施形態の段差部１８は、内側シール部材１１の段差部１７に対向する位置に形成された環状の凹溝からなる。段差部１８は、互いに軸方向に対向する一対の段差面１８ａ，１８ｂと、これらの段差面１８ａ，１８ｂの間に形成された底面１８ｃとを有している。各段差面１８ａ，１８ｂは、径方向に延びて形成されており、図２に示す状態で、内側シール部材１１の段差部１７の各段差面１７ａ，１７ｂと面一に形成されている。底面１８ｃは、第２テーパ面１２ｂと平行に形成されている。

以上の構成により、内側シール部材１１と外側シール部材１２との間には、互いに対向する段差部１７，１８によって環状の空間１９が形成されている。この空間１９は、図２の２点鎖線の矢印で示すように、機内側Ａから、内側シール部材１１の摺接端面１１ｃと第１ケース４の側面４ａとの間を通過して、両シール面１１ｂ，１２ｂ間に浸入した被密封流体を一時的に留めることができる。これにより、両シール面１１ｂ，１２ｂ間に浸入した被密封流体が、内側シール部材１１の機外側Ｂの端面と第２ケース５の側面５ａとの間、及び回転軸３の外周面と第２ケース５の内周面との間を通過して２次シール２０側（機外側Ｂ）に漏洩するのを抑制することができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る軸封装置１の１次シール１０を示す拡大断面図である。第２実施形態の軸封装置１は、１次シール１０の内側シール部材１１の外周、及び外側シール部材１２の内周にそれぞれ形成される段差部１７，１８の形状が、第１実施形態と異なる。

本実施形態の段差部１７は、内側シール部材１１の外周における機外側Ｂの端部において、第１テーパ面１１ｂよりも径方向外側に突出して形成された環状の凸部からなる。段差部１７は、第１テーパ面１１ｂの機外側Ｂの端縁から径方向外側に延びる第１段差面１７ｄと、この第１段差面１７ｄの径方向外端縁から機外側Ｂに延びる突出面１７ｅとを有している。突出面１７ｅは、第１テーパ面１１ｂと平行に形成されている。

本実施形態の段差部１８は、外側シール部材１２の内周における機外側Ｂにおいて、第２テーパ面１２ｂに対して径方向外側に窪むように形成された環状の切欠溝からなる。段差部１８は、第２テーパ面１２ｂの機外側Ｂの端縁から径方向外側に延びる第２段差面１８ｄと、この第２段差面１８ｄの径方向外端縁から機外側Ｂに延びる底面１８ｅとを有している。

底面１８ｅは、第２テーパ面１２ｂと平行に形成されており、底面１８ｅの機外側Ｂの一部は、内側シール部材１１の段差部１７の突出面１７ｅに面接触している。この状態において、第２段差面１８ｄは、内側シール部材１１の第１段差面１７ｄに対向して配置されている。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、内側シール部材１１と外側シール部材１２との間には、第１テーパ面１１ｂの機外側Ｂの一部、第１段差面１７ｄ、底面１８ｅの機内側Ａの一部、及び第２段差面１８ｄによって、環状の空間１９が形成されている。この空間１９は、図３の２点鎖線の矢印で示すように、機内側Ａから、内側シール部材１１の摺接端面１１ｃと第１ケース４の側面４ａとの間を通過して、両シール面１１ｂ，１２ｂ間に浸入した被密封流体を一時的に留めることができる。これにより、両シール面１１ｂ，１２ｂ間に浸入した被密封流体が、段差部１７の突出面１７ｅと段差部１８の底面１８ｅとの間、内側シール部材１１の機外側Ｂの端面と第２ケース５の側面５ａとの間、及び回転軸３の外周面と第２ケース５の内周面との間を通過して２次シール２０側（機外側Ｂ）に漏洩するのを抑制することができる。

図４は、第２実施形態の１次シール１０をケーシングＣに組み付ける途中の状態を示す断面図である。本実施形態の１次シール１０をケーシングＣに組み付ける際には、まず、ケーシングＣの機外側Ｂに第１ケース４を組み付けた後、第１ケース４の側面４ａの機外側Ｂに１次シール１０を配置させる。そして、この状態から、第１ケース４及び１次シール１０の機外側Ｂに第２ケース５を組み付ける。

その際、作業者が１次シール１０から手を離すと、図４に示すように、外側シール部材１２は、第２付勢部材１４による径方向内側への押圧力によって、第２テーパ面１２ｂ及び底面１８ｅを介して、内側シール部材１１の第１テーパ面１１ｂ及び突出面１７ｅに沿って機外側Ｂに移動する。しかし、この場合には、外側シール部材１２の段差部１８に形成された第２段差面１８ｄが、内側シール部材１１の段差部１７に形成された第１段差面１７ｄに当接するので、外側シール部材１２が内側シール部材１１から機外側Ｂに脱落するのを防止することができる。

また、図４に示す状態から、第２ケース５を機内側Ａに移動させて組み付けることで、第２ケース５の側面５ａが外側シール部材１２の機外側Ｂの端面に当接し、当該端面が機内側Ａに押し込まれる。これにより、外側シール部材１２は、第２テーパ面１２ｂ及び底面１８ｅを介して、内側シール部材１１の第１テーパ面１１ｂ及び突出面１７ｅに沿って機内側Ａに移動し、図３に示す適正な状態となる。したがって、作業者が１次シール１０から手を離しても、１次シール１０の組み付け作業を容易に行うことができる。

［その他］
上記各実施形態における段差部１７，１８は、前記空間１９を形成することができれば、凹溝以外の他の段差形状であってもよい。また、段差部１７，１８は、１次シール１０の周方向の全周にわたって形成されているが、周方向の一部のみに形成されていてもよい。また、上記各実施形態では、内側及び外側シール部材１１，１２にそれぞれ段差部１７，１８を形成しているが、内側及び外側シール部材１１，１２のいずれか一方のみに段差部を形成してもよい。この場合、前記空間１９は、内側及び外側シール部材１１，１２のいずれか一方のみに形成された段差部によって構成される。

上記各実施形態における第１及び第２テーパ面１１ｂ，１２ｂは、機内側Ａから機外側Ｂへ向かうに従って漸次縮径するように形成されているが、機内側Ａから機外側Ｂへ向かうに従って漸次拡径するように形成されていてもよい。但し、この場合には、内側シール部材１１が機外側Ｂにずれた状態となり、内側シール部材１１の機内側Ａの端面と第１ケース４の側面４ａとの間に隙間が生じ、この隙間に機内側Ａに存在する被密封流体が浸入し易くなる。このため、第１及び第２テーパ面１１ｂ，１２ｂは、上記各実施形態で示す向きに傾斜しているのが好ましい。

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。

１軸封装置
２シールケース
３回転軸
１０１次シール
１１内側シール部材
１１ｂ第１テーパ面
１２外側シール部材
１２ｂ第２テーパ面
１４第２付勢部材（付勢部材）
１７，１８段差部
１７ｄ第１段差面
１８ｄ第２段差面
１９空間
２０２次シール
Ａ機外側
Ｂ機内側
Ｃケーシング
Ｘ軸線

Claims

回転機器のケーシングに固定されるシールケースと、前記シールケースを貫通する回転軸との間に、機内側の１次シールおよび機外側の２次シールが前記回転軸の軸方向に並列に配置されている軸封装置であって、
前記１次シールは、
内周面が前記回転軸の外周面に密着し、前記回転軸の軸線に対して傾斜する第１テーパ面が外周に形成された環状の内側シール部材と、
前記内側シール部材の径方向外側に配置され、前記第１テーパ面と同じ方向に傾斜する第２テーパ面が内周に形成された環状の外側シール部材と、
前記外側シール部材の外周に設けられ、前記第２テーパ面を前記第１テーパ面に押圧付勢する付勢部材と、を備え、
前記内側シール部材の外周および前記外側シール部材の内周のうち少なくとも一方には、前記機内側から前記第１テーパ面と前記第２テーパ面との間に浸入した被密封流体を留める空間を形成する段差部が形成されている、軸封装置。
前記段差部は、前記内側シール部材の外周および前記外側シール部材の内周にそれぞれ形成されており、
前記内側シール部材の段差部は、径方向に延びる第１段差面を有し、
前記外側シール部材の段差部は、前記空間を介して前記第１段差面に対向する第２段差面を有する、請求項１に記載の軸封装置。