JP2019039502A - ダブル形メカニカルシール - Google Patents

Abstract

【課題】回転機器への適用時に、封液領域において封液の置換を効率よく行うことができるダブル形メカニカルシールを提供する。【解決手段】ダブル形メカニカルシール１は、機内側メカニカルシール７および機外側メカニカルシール８の両メカニカルシールで構成される。ダブル形メカニカルシール１においては、両メカニカルシール７，８の外周側が、ケーシング１０で覆われる。両メカニカルシール７，８の間に、封液３０を吸入して吐出するための循環リング１２が設けられる。ケーシング１０の機内側および機外側の両箇所に、封液３０をケーシング１０内に導入するための導入孔１５，１６が設けられる。ケーシング１０のうちの循環リング１２と対向する箇所に、封液３０をケーシング１０外に導出するための導出孔１８が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、ダブル形メカニカルシールに関する。

従来、ポンプ、圧縮機等の回転機器に適用され得るダブル形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）。

この種のダブル形メカニカルシールにおいては、２個のメカニカルシールが、回転機器の回転軸回りに設けられて、ケーシングで覆われている。両メカニカルシールは、それぞれ、軸方向において機内側および機外側に配置されている。

前記ケーシングの内部領域のうちの両メカニカルシールで挟まれた封液領域には、各メカニカルシールの摺動部を潤滑し、冷却するための封液が注入される。封液は、前記摺動部において発生する熱により温度上昇させられることから、所定温度を保つために、前記封液領域を流動して置換される。すなわち、封液は、導入孔より導入されて導出孔より導出される。

しかしながら、前記導入孔および導出孔は、前記封液領域に対して、一方が前記ケーシングの機外側に配置され、他方が前記ケーシングの機内側に配置されていたので、前記封液領域において封液が流動する距離が比較的長くなってしまい、封液の置換効率ひいては前記摺動部の冷却効率が良くなかった。

特開２０００−０６５２１８号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転機器への適用時に、封液領域において封液の置換を効率よく行うことができるダブル形メカニカルシールの提供を目的とする。

本発明は、
機内側メカニカルシールおよび機外側メカニカルシールの両メカニカルシールで構成されるダブル形メカニカルシールにおいて、
前記両メカニカルシールの外周側は、ケーシングで覆われており、
前記両メカニカルシールの間に、封液を吸入して吐出するための循環リングが設けられており、
前記ケーシングの機内側および機外側の両箇所に、封液を導入するための導入孔が設けられており、
前記ケーシングのうちの前記循環リングと対向する箇所に、封液を導出するための導出孔が設けられているものである。

この構成によれば、前記機内側メカニカルシールおよび前記機外側メカニカルシールにそれぞれシール機能を発揮させることができる。そのうえで、封液を、前記ケーシングの機内側および機外側の両箇所に設けた導入孔により導入できるとともに、その導入された封液を前記循環リングが吸入して循環リングと対向する導出孔側に吐出し、その吐出された封液を前記導出孔により導出できる。

したがって、前記ケーシング内において、封液の置換を実現できる。しかも、封液の流動距離の短縮化を図って、封液の置換を効率よく行うことができる。

本発明の別の態様によれば、
前記循環リングの内部には、封液を吸入して吐出するための流路孔が設けられており、
前記循環リングの流路孔は、両側面に開口する軸方向孔および外周面に開口する径方向孔が互いに連通したものから構成される。

本発明の更なる態様によれば、
前記両メカニカルシールが装着されるシャフトの外周面に、スリーブが外嵌されており、
前記循環リングは、前記スリーブと一体的に形成される。

本発明によれば、回転機器への適用時に、封液領域において封液の置換を効率よく行うことができるダブル形メカニカルシールを提供できる。

本発明の一実施形態に係るダブル形メカニカルシールの断面図である。 図１の部分拡大図である。 図１の別の部分拡大図である。 図１のＸ−Ｘ矢視図である。 本発明の別実施形態に係るダブル形メカニカルシールの断面図である。

本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るダブル形メカニカルシール１の断面図を示す。

以下の説明において、機内側、機外側とは、それぞれ、軸方向において、図１に示す機内領域２の側、機外領域３の側を指す。つまり、図１において、機内側は右側（シャフト５の軸方向一方側）であり、機外側は左側（シャフト５の軸方向他方側）である。

図１に示すように、ダブル形メカニカルシール１は、ポンプ、圧縮機等の回転機器に適用され得るものである。ダブル形メカニカルシール１は、機内側メカニカルシール７および機外側メカニカルシール８の両メカニカルシールで構成されている。

ダブル形メカニカルシール１においては、両メカニカルシール７，８の外周側が、ケーシング（シールケース）１０で覆われている。そして、機内側メカニカルシール７と機外側メカニカルシール８とは軸方向に所定の間隔をあけて設けられており、両メカニカルシール７，８の間に、封液３０を吸入して吐出するための循環リング１２が設けられている。

ケーシング１０の機内側および機外側の両箇所に、封液３０をケーシング１０内に導入するための導入孔１５，１６が設けられている。ケーシング１０のうちの循環リング１２と対向する箇所に、封液３０をケーシング１０外に導出するための導出孔１８が設けられている。封液３０としては、機内領域２に存在する被密封流体よりも高い圧力の流体であり、好ましくは機内領域２および機外領域３に流出しても無蓋である流体（例えば、水）が用いられる。

このような構成により、機内側メカニカルシール７および機外側メカニカルシール８にそれぞれシール機能を発揮させることができる。そのうえで、封液３０を、ケーシング１０の機内側および機外側の両箇所に設けた導入孔１５，１６により導入できるとともに、その導入された封液３０を循環リング１２が吸入して循環リング１２と対向する導出孔１８側に吐出し、その吐出された封液３０を導出孔１８により導出できる。

したがって、ケーシング１０内において、封液３０の置換を実現できる。しかも、封液３０の流動距離の短縮化を図って、封液３０の置換を効率よく行うことができる。

また、本実施形態においては、循環リング１２の内部に、封液３０を吸入して吐出するための流路孔２０が設けられている。そしてこの流路孔２０が、循環リング１２の両側面２１，２２に開口する軸方向孔２３および外周面２５に開口する径方向孔２６が互いに連通したものから構成されている。

図２に、図１の上側部分の拡大図を示す。図３に、図１の下側部分の拡大図を示す。図４に、図１のＸ−Ｘ矢視図を示す。

詳しくは、図１、図２および図３に示すように、ダブル形メカニカルシール１は、ケーシング１０に回転自在に支持されたシャフト５に設けられる。

以下では、ダブル形メカニカルシール１が所定の回転機器に適用された状態にあることを前提に説明を行う。

ケーシング１０は、シャフト５（厳密にはシャフト５に外嵌固定されたスリーブ２７を含む意であり、以下、スリーブ２７を含めてシャフト５と呼称することがある。）を包囲するように筒状に形成されている。ケーシング１０は、シャフト５との間に環状の内部領域を有している。

スリーブ２７は、機内側メカニカルシール７および機外側メカニカルシール８が装着されるシャフト５の外周面に外嵌固定されている。

本実施形態においては、機内側メカニカルシール７および機外側メカニカルシール８の構成部材をまとめてシャフト５に簡便に装着するために、スリーブ２７が用いられている。

機内側メカニカルシール７は、内部領域を機内領域２と封液領域２８とに区画して遮断するように構成されている。機内側メカニカルシール７は、ダブル形メカニカルシール１において軸方向機内側に配置されている。

機内側メカニカルシール７は、径方向においてシャフト５とケーシング１０との間に設けられている。機内側メカニカルシール７は、静止環３１と、回転環３２とを有している。

静止環３１は、ケーシング１０の内周側に取り付けられている。静止環３１は、機内側メカニカルシール７において回転環３２よりも軸方向機内側に配置されている。

静止環３１は、シャフト５を包囲しつつ、Ｏリング３４，３５を介してケーシング１０に内嵌されている。

静止環３１は、環状の機外側端部を有している。静止環３１の前記機外側端部は、軸方向機外側に延び、先端面に環状のシール面（摺動面）３６を含んでいる。

回転環３２は、シャフト５の外周側に取り付けられている。回転環３２は、機内側メカニカルシール７において静止環３１よりも軸方向機外側に配置されている。

回転環３２は、シャフト５の軸方向に移動可能な状態でＯリング３８を介してスリーブ２７に外嵌されている。回転環３２は、また、シャフト５およびスリーブ２７と一体的に回転するように設けられている。

回転環３２は、環状の機内側端部を有している。回転環３２の前記機内側端部は、先端面に環状のシール面（摺動面）３９を含んでいる。

回転環３２の側方に、環状カラー４１が設けられている。環状カラー４１は、機内側メカニカルシール７において回転環３２よりも軸方向機外側に配置されている。

環状カラー４１は、スリーブ２７に外嵌されている。環状カラー４１は、回転環３２と一体的に回転するように回転環３２に連結されている。

環状カラー４１の側方に、スプリングリテーナ４２が設けられている。スプリングリテーナ４２は、機内側メカニカルシール７において環状カラー４１よりも軸方向機外側に配置されている。

スプリングリテーナ４２は、スリーブ２７に外嵌固定されている。シャフト５の回転に伴いスプリングリテーナ４２が回転すると、回転環３２およびこれに連結された環状カラー４１が一体的に回転するように構成されている。

具体的には、スプリングリテーナ４２に固定ピン４３が突設されている。そしてこの固定ピン４３が環状カラー４１に形成されたピン孔に挿通されている。

軸方向において環状カラー４１（回転環３２）とスプリングリテーナ４２との間には、付勢部材４５が設けられている。付勢部材４５は、本実施形態においては複数のコイルスプリングから構成されている。

付勢部材４５は、環状カラー４１を介して回転環３２を静止環３１に向かって押すように、スプリングリテーナ４２に形成されたスプリング穴に保持されている。付勢部材４５は、その伸縮方向がシャフト５の軸方向となるように配置されている。

このような構成により、機内側メカニカルシール７は、シャフト５の回転時に付勢部材４５により回転環３２のシール面３９を静止環３１のシール面３６に摺接させて、静止環３１と回転環３２との間に摺動部４８を生じさせることが可能となっている。

また、機外側メカニカルシール８は、内部領域を機外領域３と封液領域２８とに区画して遮断するように構成されている。機外側メカニカルシール８は、ダブル形メカニカルシール１において機内側メカニカルシール７よりも軸方向機外側に配置されている。

機外側メカニカルシール８は、径方向においてシャフト５とケーシング１０との間に設けられている。機外側メカニカルシール８は、静止環５１と、回転環５２とを有している。

静止環５１は、ケーシング１０の内周側に取り付けられている。静止環５１は、機外側メカニカルシール８において回転環５２よりも軸方向機外側に配置されている。

静止環５１は、シャフト５を包囲しつつ、Ｏリング５４，５５を介してケーシング１０に内嵌されている。

静止環５１は、環状の機内側端部を有している。静止環５１の前記機内側端部は、軸方向機内側に延び、先端面に環状のシール面（摺動面）５６を含んでいる。

回転環５２は、シャフト５の外周側に取り付けられている。回転環５２は、機内側メカニカルシール７において静止環５１よりも軸方向機内側に配置されている。

回転環５２は、シャフト５の軸方向に移動可能な状態でＯリング５８を介してスリーブ２７に外嵌されている。回転環５２は、また、シャフト５およびスリーブ２７と一体的に回転するように設けられている。

回転環５２は、環状の機外側端部を有している。回転環５２の前記機外側端部は、先端面に環状のシール面（摺動面）５９を含んでいる。

回転環５２の側方に、環状カラー６１が設けられている。環状カラー６１は、機外側メカニカルシール８において回転環５２よりも軸方向機内側に配置されている。

環状カラー６１は、スリーブ２７に外嵌されている。環状カラー６１は、回転環５２と一体的に回転するように回転環５２に連結されている。

環状カラー６１の側方に、スプリングリテーナ６２が設けられている。スプリングリテーナ６２は、軸方向機外側メカニカルシール８において環状カラー６１よりも機内側に配置されている。

スプリングリテーナ６２は、スリーブ２７に外嵌固定されている。シャフト５の回転に伴いスプリングリテーナ６２が回転すると、回転環５２およびこれに連結された環状カラー６１が一体的に回転するように構成されている。

具体的には、スプリングリテーナ６２に固定ピン６３が突設されている。そしてこの固定ピン６３が環状カラー６１に形成されたピン孔に挿通されている。

軸方向において環状カラー６１（回転環５２）とスプリングリテーナ６２との間には、付勢部材６５が設けられている。付勢部材６５は、本実施形態においては複数のコイルスプリングから構成されている。

付勢部材６５は、環状カラー６１を介して回転環５２を静止環５１に向かって押すように、スプリングリテーナ６２に形成されたスプリング穴に保持されている。付勢部材６５は、その伸縮方向がシャフト５の軸方向となるように配置されている。

このような構成により、機外側メカニカルシール８は、シャフト５の回転時に付勢部材６５により回転環５２のシール面５９を静止環５１のシール面５６に摺接させて、静止環５１と回転環５２との間に摺動部６８を生じさせることが可能となっている。

したがって、ダブル形メカニカルシール１においては、機内側メカニカルシール７および機外側メカニカルシール８によって、封液３０が封液領域２８から機内領域２および機外領域３へ漏れることを防止でき、封液をケーシング１０内の封液領域２８に密封することができる。

本実施形態において、封液領域２８は、ケーシング１０内において、シャフト５の周囲に位置する筒状を呈する環状の領域である。封液領域２８は、軸方向中央部に配置された中央領域８１と、軸方向に関してこの中央領域８１を挟んで両側に位置する機内側領域８２および機外側領域８３を含んでいる。

機内側領域８２は、機内側メカニカルシール７の摺動部４８と径方向で対向するように設けられている。機外側領域８３は、機外側メカニカルシール８の摺動部６８と径方向で対向するように設けられている。

そして、両メカニカルシール７，８の間に、封液領域２８（中央領域８１）に臨むように、循環リング１２が設けられている。循環リング１２は、シャフト５と一体的に回転するように構成されている。

循環リング１２は、本実施形態においてはスリーブ２７に外嵌固定されている。具体的には、循環リング１２は、これに螺合されたセットスクリュー８４が締め付けられてその先端がスリーブ２７の外周面に当接することにより、スリーブ２７に相対回転不能に取り付けられている。

循環リング１２は、機内側メカニカルシール７（静止環３１および回転環３２）と機外側メカニカルシール８（静止環５１および回転環５２）の各々よりも大きい外径を有している。

循環リング１２は、封液領域２８を機内側と機外側とに仕切るように、より詳しくは封液領域２８の中央領域８１を機内側メカニカルシール７に臨む第１の領域８６と機外側メカニカルシール８に臨む第２の領域８７とに仕切るように、封液領域２８の軸方向中途部に配置されている。

本実施形態において、循環リング１２は、略一定の外径を有している。循環リング１２は、その外周面２５を略一定の内径を有するケーシング１０の一部の内周面に対向させるとともに、この内周面にできるだけ近接させている。

循環リング１２は、また、両側面２１，２２のうちの一方の機内側側面２１が第１の領域８６に面するとともに、両側面２１，２２のうちの他方の機外側側面２２が第２の領域８７に面するように配置されている。

そして、このような循環リング１２の内部に、流路孔２０が設けられている。本実施形態において、流路孔２０は、図１に示されるように断面Ｔ字状に形成されている。流路孔２０は、図４に示されるように、複数設けられている。

複数の流路孔２０は、循環リング１２の周方向に関して所定間隔ごとに設けられている。複数の流路孔２０は、それぞれ、導出孔１８（後述の環状溝９１）と対向するように設けられている。

より詳しくは、流路孔２０における軸方向孔２３が、軸方向機内側端部で機内側側面２１（その径方向外側部分）に開口し、かつ、機外側端部で軸方向機外側側面２２（その径方向外側部分）に開口するように設けられている。

軸方向孔２３は、その両開口部がそれぞれ循環リング１２の軸方向で両メカニカルシール７，８と対向しないように（両メカニカルシール７，８の外径よりも大径の位置で開口するように）循環リング１２の径方向外側部分に設けられている。軸方向孔２３は、本実施形態においては、循環リング１２の軸方向に直線状に延びるように設けられている。

また、流路孔２０における径方向孔２６が、径方向外側端部で循環リング１２の外周面２５に開口するように設けられている。径方向孔２６は、また、径方向内側端部で軸方向孔２３に連通接続されている。

径方向孔２６は、その開口部がケーシング１０の内周面に設けられた導出孔１８（環状溝９１）に向かって開口するように設けられている。本実施形態において、径方向孔２６は、循環リング１２の径方向に直線状に延びるように設けられている。

こうして、流路孔２０は、軸方向孔２３を封液領域２８における第１の領域８６および第２の領域８７に連通接続させるとともに、径方向孔２６を導出孔１８（環状溝９１）に連通接続させている。

また、本実施形態において、機内側の導入孔１５は、封液領域２８における機内側領域８２に向かって開口するようにケーシング１０に設けられている。機内側の導入孔１５は、機内側領域８２に臨む開口部８８が機内側メカニカルシール７の摺動部４８と径方向で対向するように配置されている。

機外側の導入孔１６は、封液領域２８における機外側領域８３に向かって開口するようにケーシング１０に設けられている。機外側の導入孔１６は、機外側領域８３に臨む開口部８９が機外側メカニカルシール８の摺動部６８と径方向で対向するように配置されている。

導出孔１８は、循環リング１２の流路孔２０（径方向孔２６）に向かって開口するようにケーシング１０に設けられている。導出孔１８は、径方向内側の開口部（環状溝９１）が循環リング１２の径方向孔２６の開口部と対向するように配置されている。

導出孔１８は、シャフト５の軸方向に関して、径方向内側の開口部（環状溝９１）が機内側の導入孔１５（機内側領域８２に臨む開口部８８）と機外側の導入孔１６（機外側領域８３に臨む開口部８９）との間に位置するように配置されている。

導出孔１８は、本実施形態において、環状溝９１および延在孔９２を有している。導出孔１８は、環状溝９１を径方向孔２６に連通接続させかつ延在孔９２を環状溝９１に連通接続させるように構成されている。

環状溝９１は、ケーシング１０の内周面に環状に形成されている。環状溝９１は、複数の流路孔２０（径方向孔２６）のいずれとも対向するように配置されている。

環状溝９１には、堰９５が設けられている。堰９５は、環状溝９１の周方向の一箇所に、具体的には環状溝９１と延在孔９２との連通接続部付近に配置されている。

機内側の導入孔１５および機外側の導入孔１６と導出孔１８は、互いに、ケーシング１０外に設けられた外部配管を介して接続されている。

なお、この外部配管中に、封液３０を一時的に貯溜するタンクや封液３０を冷却するためのクーラー等の付帯設備を設けて、封液３０の流量調整や温度調整を行いつつ封液３０を循環させることが好ましい。

以上のような構成において、シャフト５が回転することにより、循環リング１２をシャフト５と一体回転させて、循環リング１２によるポンピング作用を発生させることが可能となる。

したがって、封液領域２８に存在する封液３０を、循環リング１２によるポンピング作用により、導入孔１５，１６、導出孔１８および前記外部配管を通じて循環させることができる。すなわち、別途ポンプ等を必要とすることなく、封液３０を自己循環させることができる。

封液３０のケーシング１０外への導出過程では、まず、封液３０が、封液領域２８から軸方向孔２３に導入され、径方向孔２６から循環リング１２の径方向外方へ吐出される。そして、径方向孔２６から吐出された封液３０が環状溝９１に受容される。

環状溝９１において、封液３０は、図４中の矢印９７方向へ流動し、堰９５に衝突して延在孔９２に案内される。この封液３０が、延在孔９２を通って前記外部配管側へ流出する。

また、前記外部配管側へ流出した封液３０は、所定の流量および温度に調整される等した後に、再び、導入孔１５，１６を通じて封液領域２８に流入する。したがって、封液領域２８において、封液３０の置換を行うことができる。

しかも、導出孔１８が機内側の導入孔１５と機外側の導入孔１６との間に設けられていことで、ポンピング作用の発生時、封液領域２８において、封液３０が流動する距離の短縮化を図り、封液３０を流動させやすいものにできる。よって、封液領域２８において封液３０の置換を効率よく行うことができる。

また、本実施形態においては、スリーブ２７とは別の部材である循環リング１２をスリーブ２７に外嵌して一体的に固定しているが、これに代えて、図５に示すように、循環リング１２をスリーブ２７と同一の部材で一体化したものとしてもよい。

この構成によれば、ダブル形メカニカルシール１を前記回転機器へ適用する際、機内側メカニカルシール７および機外側メカニカルシール８の装着位置に応じてスリーブ２７をシャフト５に取り付けるだけで、循環リング１２を導出孔１８に対応する適切な位置へ設置可能となる。つまり、循環リング１２の位置決めを容易にかつ正確に行うことができる。

なお、上述の教示を考慮すれば、本発明が多くの変更形態および変形形態をとり得ることは明らかである。したがって、本発明が、添付の特許請求の範囲内において、本明細書に記載された以外の方法で実施され得ることを理解されたい。

１ ダブル形メカニカルシール
５ シャフト
７ 機内側メカニカルシール
８ 機外側メカニカルシール
１０ ケーシング
１２ 循環リング
１５ 機内側の導入孔
１６ 機外側の導入孔
１８ 導出孔
２０ 流路孔
２１ 機内側の側面
２２ 機外側の側面
２３ 軸方向孔
２５ 外周面
２６ 径方向孔
２７ スリーブ
３０ 封液

Claims (3)

1. 機内側メカニカルシールおよび機外側メカニカルシールの両メカニカルシールで構成されるダブル形メカニカルシールにおいて、
   前記両メカニカルシールの外周側は、ケーシングで覆われており、
   前記両メカニカルシールの間に、封液を吸入して吐出するための循環リングが設けられており、
   前記ケーシングの機内側および機外側の両箇所に、封液を導入するための導入孔が設けられており、
   前記ケーシングのうちの前記循環リングと対向する箇所に、封液を導出するための導出孔が設けられている、ダブル形メカニカルシール。
2. 前記循環リングの内部には、封液を吸入して吐出するための流路孔が設けられており、
   前記循環リングの流路孔は、両側面に開口する軸方向孔および外周面に開口する径方向孔が互いに連通したものから構成されている、請求項１に記載のダブル形メカニカルシール。
3. 前記両メカニカルシールが装着されるシャフトの外周面に、スリーブが外嵌されており、
   前記循環リングは、前記スリーブと一体化されている、請求項１または請求項２に記載のダブル形メカニカルシール。

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