JP2022018073A - メカニカルシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低速回転する回転機器であっても必要流量の封液を循環させることができるメカニカルシール装置を提供する。【解決手段】メカニカルシール装置１の循環ポンプ機構３０は、回転軸５１に取り付けられたロータ３１と、ロータ３１の外周面３１ｂに対して出没自在な複数のベーン３２と、各ベーン３２を突出させる方向に付勢する複数の付勢部材３３と、ロータ３１の外周面３１ｂに対して偏心して形成されるとともにロータ３１の回転に伴ってベーン３２の突出端３２ａが摺動する内周面３５ｂを有しシールケース２に取り付けられたハウジング３４と、ロータ３１の外周面３１ｂとハウジング３４の内周面３５ｂとの間において、複数のベーン３２により区画された複数のポンプ室３８と、を備える。ハウジング３４は、ポンプ室３８に封液を吸い込む吸込口３６ａと、ポンプ室３８から封液を吐出する吐出口３７ａと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、メカニカルシール装置に関する。

回転機器に設置されるメカニカルシールは、回転密封環及び固定密封環のシール面同士の潤滑性を高めるとともに、前記シール面同士の間で発生した摺動熱を除去するために、封液を循環させる循環構造を備えている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のメカニカルシールは、前記循環構造として、回転機器の回転軸の回転による遠心力を利用して封液を循環させるポンピングリングを備えている。

国際公開第２０１４／２０８２３５号

特許文献１のメカニカルシールでは、封液の循環流量は、遠心力の大きさに左右される。このため、ポンプ等の高速回転する回転機器では遠心力が大きくなるので、必要流量の封液を循環させることはできるが、撹拌機等の低速回転する回転機器では遠心力が小さくなるので、必要流量の封液を循環させることができない場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、低速回転する回転機器であっても必要流量の封液を循環させることができるメカニカルシール装置を提供することを目的とする。

本発明のメカニカルシール装置は、回転機器の回転軸を包囲し、前記回転機器の機内領域と機外領域とを区画するシールケースと、前記シールケースと前記回転軸との間に配置された少なくとも１つのメカニカルシールと、前記シールケース内に形成され、前記メカニカルシールの摺動部を潤滑する封液が導入される環状の封液室と、前記封液室内の封液を循環させる循環ポンプ機構と、を備え、前記循環ポンプ機構は、前記回転軸側に一体回転可能に取り付けられたロータと、前記ロータの周方向に所定間隔をあけて設けられ、前記ロータの外周面に対して出没自在な複数のベーンと、前記ロータに設けられ、前記各ベーンを前記ロータの外周面から突出させる方向に付勢する複数の付勢部材と、前記ロータの外周面に対して偏心して形成されるとともに前記ロータの回転に伴って前記ベーンの突出端が摺動する摺動面を内周に有し、前記シールケースに取り付けられたハウジングと、前記ロータの外周面と前記ハウジングの摺動面との間において、前記複数のベーンにより区画された複数のポンプ室と、を備え、前記ハウジングは、前記封液室から前記ポンプ室に封液を吸い込む吸込口と、前記ポンプ室から前記封液室に封液を吐出する吐出口と、を有する、メカニカルシール装置。

本発明によれば、循環ポンプ機構において、回転機器の回転軸と共にロータが回転すると、付勢部材により突出する方向に付勢された各ベーンの突出端が、ハウジングの偏心した摺動面を摺動しながら回転することで、各ポンプ室の容積が変化する。その容積変化により、封液室の封液を吸込口からポンプ室に吸い込む作用、及びポンプ室の封液を吐出口から封液室に吐出する作用が発生することで、封液室内の封液を循環させることができる。これにより、循環ポンプ機構は、ベーンポンプとして機能し、ロータの１回転毎に一定容積の封液を循環させることができるので、低速回転する回転機器であっても必要流量の封液を循環させることができる。

前記ハウジングは、前記摺動面である内周面を有するカムリングと、前記カムリングの軸方向両側に配置された一対の外側板と、を有し、前記カムリング、及び前記一対の外側板は、前記シールケースに対して軸方向に移動自在に取り付けられており、前記メカニカルシール装置は、前記一対の外側板のいずれか一方を、前記カムリング側となる軸方向一方側へ向けて押圧する押圧部と、前記一対の外側板のいずれか他方が、前記シールケースに対して所定位置よりも前記軸方向一方側へ移動するのを規制する規制部と、を備えるのが好ましい。

この場合、ハウジングにおけるカムリング及び一対の外側板は、押圧部により軸方向一方側に押圧された状態で、規制部と押圧部とにより軸方向両側から挟まれた状態で保持される。これにより、カムリングの軸方向両側に各外側板が密着するので、ポンプ室内の封液が外部へ漏洩するのを抑制することができる。その結果、封液の循環効率が低下するのを抑制することができる。また、カムリング及び一対の外側板は、押圧部の押圧力に抗して軸方向他方側へ移動自在であるため、回転軸が軸ぶれ等により軸方向他方側へ移動しても、その移動に追従してハウジング全体を軸方向他方側へ移動させることができる。その結果、循環ポンプ機構が破損するのを抑制することができる。

前記少なくとも１つのメカニカルシールは、機内領域側に配置された第１メカニカルシールと、機外領域側に配置された第２メカニカルシールと、を含むのが好ましい。
この場合、第１メカニカルシールと第２メカニカルシールとによりダブル型メカニカルシールを構成するメカニカルシール装置では、各メカニカルシールの摺動部をそれぞれ潤滑するために比較的多くの封液を循環させる必要がある。しかし、そのようなメカニカルシール装置においても、上記のようにロータの１回転毎に一定容積の封液を循環させることができるので、低速回転する回転機器であっても必要流量の封液を循環させることができる。

前記循環ポンプ機構は、前記第１メカニカルシールと前記第２メカニカルシールとの間に配置されているのが好ましい。
この場合、循環ポンプ機構は、第１メカニカルシール及び第２メカニカルシールと径方向に重なることはないので、メカニカルシール装置を径方向にコンパクトに構成することができる。

前記シールケースは、前記封液室に封液を供給する供給路と、前記封液室の封液を排出する排出路と、を有し、前記メカニカルシール装置は、前記排出路から排出された封液を前記供給路に戻す循環路と、前記循環路に設けられ、封液を冷却する第１冷却機構と、を備えるのが好ましい。
この場合、封液室においてメカニカルシールの摺動部で発生した摺動熱等により封液の温度が上昇しても、その昇温した封液が排出路から循環路を通過して供給路に戻されるまでの間に、当該封液を第１冷却機構により冷却することができる。

前記第１冷却機構は、前記封液を一時的に貯留するタンクと、前記タンク内に設けられ、内部に冷却媒体が流れる冷却コイルと、を有するのが好ましい。
この場合、昇温した封液がタンク内に一時的に貯留されるときに、当該封液を冷却コイルによって冷却することができる。これにより、封液を一時的に貯留するタンクを、第１冷却機構の一部として利用することができるので、第１冷却機構の構成を簡素化することができる。

前記メカニカルシール装置は、前記循環路において前記第１冷却機構よりも前記供給路側に設けられ、封液を冷却する第２冷却機構を備えるのが好ましい。
この場合、第１冷却機構で冷却しきれなかった封液を、第２冷却機構により冷却することができるので、封液の冷却能力を向上させることができる。

本発明によれば、低速回転する回転機器であっても必要流量の封液を循環させることができる。

本発明の第１実施形態に係るメカニカルシール装置の断面図である。 図１のＩ－Ｉ矢視断面図である。 循環ポンプ機構を示す図１の要部拡大断面図である。 第１外側板を機外側から見た側面図である。 第２外側板を機外側から見た側面図である。 本発明の第２実施形態に係るメカニカルシール装置の概略構成図である。 第２実施形態の第１冷却機構の断面図である。

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＞
［全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係るメカニカルシール装置の断面図である。メカニカルシール装置１は、被密封流体を取り扱うポンプや撹拌機等の回転機器５０に設けられている。メカニカルシール装置１は、シールケース２と、第１メカニカルシール６と、第２メカニカルシール７と、封液室８と、循環ポンプ機構３０と、を備えている。

シールケース２は、回転機器５０のケーシング（図示省略）に固定されており、回転機器５０の機内領域Ａと機外領域Ｂとを区画している。本実施形態のシールケース２は、機外領域Ｂ側から機内領域Ａ側へ向かって順に、第１ケース体３、第２ケース体４、及び第３ケース体５を有している。第１ケース体３、第２ケース体４、及び第３ケース体５は、それぞれ環状に形成されており、回転機器５０の回転軸５１を包囲している。以下、本明細書において、機内領域Ａ側を機内側といい、機外領域Ｂ側を機外側という。

第１メカニカルシール６及び第２メカニカルシール７は、ダブル型メカニカルシールを構成しており、シールケース２と回転軸５１との間において、回転軸５１の軸方向（以下、単に「軸方向」という）に所定間隔をあけて配置されている。第１メカニカルシール６は機内側に配置され、機内領域Ａと封液室８（後述）との間をシールしている。第２メカニカルシール７は機外側に配置され、機外領域Ｂと封液室８との間をシールしている。

第１メカニカルシール６は、スプリングリテーナ１１、スプリング１２、ドライブピン１３、ドライブカラー１４、リテーナ１５、回転密封環１６、静止密封環１７、セットスクリュー１８、ピン１９、Ｏリング２０、及びＯリング２１を備えている。

スプリングリテーナ１１は、環状に形成されており、回転軸５１の外周側においてスリーブ９を介して固定されている。スプリングリテーナ１１には、径方向に貫通する複数のねじ孔１１ａ（図１では１つのみ図示）が周方向に所定間隔をあけて形成されている。各ねじ孔１１ａにはセットスクリュー１８が螺合されており、セットスクリュー１８の先端部はスリーブ９の外周面を押し付けている。これにより、スプリングリテーナ１１は、セットスクリュー１８によって回転軸５１側に固定されている。

スプリングリテーナ１１には、軸方向に貫通する複数の貫通孔１１ｂ（図１では１つのみ図示）が周方向に所定間隔をあけて形成されている。各貫通孔１１ｂにはドライブピン１３が挿入されており、ドライブピン１３は、スプリングリテーナ１１に対して軸方向の所定範囲で移動自在に保持されている。

ドライブピン１３の機内側の端部は、スプリングリテーナ１１よりも機内側において、スリーブ９の外周面に対して軸方向に移動可能に取り付けられた環状のドライブカラー１４に固定されている。具体的には、ドライブカラー１４には、軸方向に貫通する複数のねじ孔１４ａ（図１では１つのみ図示）が周方向に所定間隔をあけて形成されている。各ねじ孔１４ａには、各ドライブピン１３の機内側の端部に形成された雄ねじ部１３ａが螺合されている。これにより、ドライブカラー１４は、ドライブピン１３を介してスプリングリテーナ１１に対して軸方向に移動可能に保持されながら、スプリングリテーナ１１に対する相対回転が規制されている。

スプリングリテーナ１１は、周方向に所定間隔をあけて複数のスプリング１２（図１では１つのみ図示）の一端部を保持している。スプリング１２の他端部は、ドライブカラー１４の機外側の端面に当接している。これにより、ドライブカラー１４は、スプリング１２の付勢力によって機内側に付勢されている。

ドライブカラー１４よりも機内側には、環状のリテーナ１５が隣接して配置されている。リテーナ１５は、スリーブ９の外周面に対して軸方向に移動可能に取り付けられている。リテーナ１５の機外側の端面には、機外側に突出する複数の係合ピン１５ａ（図１では１つのみ図示）が周方向に所定間隔をあけて設けられている。

各係合ピン１５ａは、ドライブカラー１４に形成された係合孔１４ｂに係合されている。これにより、リテーナ１５は、ドライブカラー１４と共に回転軸５１に対して軸方向に移動可能に保持されながら、ドライブカラー１４に対する相対回転が規制されている。リテーナ１５の内周には、スリーブ９の外周面との間をシール（二次シール）するゴム製のＯリング２０が設けられている。

リテーナ１５の機内側には、環状の回転密封環１６が嵌合して固定されている。回転密封環１６の機内側の端面は、シール面１６ａとされている。回転密封環１６よりも機内側には、静止密封環１７が隣接して配置されている。静止密封環１７は、第３ケース体５の内周側に嵌合して固定されている。静止密封環１７の機外側の端面は、回転密封環１６のシール面１６ａが摺動するシール面１７ａとされている。

静止密封環１７の機内側には、複数のピン溝１７ｂ（図１では１つのみ図示）が周方向に所定間隔をあけて形成されている。各ピン溝１７ｂには、第３ケース体５の内周側において機外側に突出して固定されたピン１９が挿入されている。これにより、静止密封環１７は、第３ケース体５に対する相対回転が規制されている。静止密封環１７の外周には、第３ケース体５の内周面との間をシール（二次シール）するゴム製のＯリング２１が設けられている。

第２メカニカルシール７は、第１メカニカルシール６と同様に、スプリングリテーナ１１、スプリング１２、ドライブピン１３、ドライブカラー１４、リテーナ１５、回転密封環１６、静止密封環１７、セットスクリュー１８、ピン１９、Ｏリング２０、及びＯリング２１を備えている。第２メカニカルシール７の構成部材であるスプリングリテーナ１１～Ｏリング２１は、循環ポンプ機構３０を挟んで、第１メカニカルシール６の構成部材であるスプリングリテーナ１１～Ｏリング２１と軸方向に対称に配置されている。

第２メカニカルシール７のピン１９は、第１ケース体３の内周側において機内側に突出して固定されている。第２メカニカルシール７のＯリング２１は、静止密封環１７と第１ケース体３との間をシール（二次シール）している。第２メカニカルシール７の他の構成は、第１メカニカルシール６と同様の構成であるため、説明を省略する。

封液室８は、シールケース２内に形成された環状の空間である。封液室８には、第１メカニカルシール６のシール面１６ａ，１７ａ同士の摺動部、及び第２メカニカルシール７のシール面１６ａ，１７ａ同士の摺動部を潤滑及び冷却する封液が導入される。封液としては、被密封流体に応じて、被密封流体内に混入しても支障のない水，油，溶剤等が使用される。

第２ケース体４には、外部から封液室８に封液を供給する供給路４ａが形成されている。第１ケース体３には、封液室８から外部に封液を排出する排出路３ａが形成されている。これにより、回転機器５０の運転中に供給路４ａから封液室８に供給された封液は、第１及び第２メカニカルシール６，７の各摺動部を潤滑及び冷却し、排出路３ａから外部に排出される。

［循環ポンプ機構］
図２は、図１のＩ－Ｉ矢視断面図である。図１及び図２において、循環ポンプ機構３０は、封液室８内の封液を循環させるものであり、シールケース２内において第１メカニカルシール６と第２メカニカルシール７との間に配置されている。循環ポンプ機構３０は、ロータ３１と、複数のベーン３２と、複数の付勢部材３３と、ハウジング３４と、複数のポンプ室３８と、を備えている。

ロータ３１は、ステンレス等の金属製の環状部材からなり、スリーブ９の外周側に固定されている。具体的には、スリーブ９の外周に固定されたキー３９が、ロータ３１の内周側に形成されたキー溝３１ａに係合することで、スリーブ９の外周側にロータ３１が固定されている。これにより、ロータ３１は、回転軸５１側に一体回転可能に取り付けられ、回転軸５１の回転トルクは、スリーブ９を介してロータ３１に伝達される。

図３は、循環ポンプ機構３０を示す図１の要部拡大断面図である。図２及び図３において、ロータ３１には、その外周面３１ｂで開口する取付溝３１ｃが、周方向に所定間隔をあけて複数（図２では４つ）形成されている。各取付溝３１ｃは、ロータ３１の幅方向（図３の左右方向）全体にわたって形成されている。

各取付溝３１ｃには、ベーン３２が、ロータ３１の外周面３１ｂに対して出没自在に挿入されている。ベーン３２は、例えば平板部材からなり、ベーン３２の幅は、取付溝３１ｃ（ロータ３１）の幅と略同一寸法に設定されている。また、各取付溝３１ｃにおけるベーン３２よりも奥側には、所定数（図３では３つ）の付勢部材３３が、ロータ３１の幅方向に並べて配置されている。付勢部材３３は、例えば圧縮コイルばねからなり、ベーン３２をロータ３１の外周面３１ｂから突出させる方向に付勢している。

ハウジング３４は、シールケース２に取り付けられており、カムリング３５と、カムリング３５の軸方向両側に配置された第１外側板３６及び第２外側板３７と、を有している。
カムリング３５は、例えばステンレス等の金属製の環状部材からなり、第１ケース体３とロータ３１との間に配置されている。

カムリング３５の幅は、ロータ３１の幅と略同一寸法に設定されている。カムリング３５の外周面３５ａは、回転軸５１の軸線Ｃ１を中心とする円周面とされている。カムリング３５の内周面３５ｂは、回転軸５１の軸線Ｃ１に対して偏心した位置を中心Ｃ２とする円周面とされている。これにより、カムリング３５の内周面３５ｂは、ロータ３１の外周面３１ｂに対して偏心している。カムリング３５の内周面３５ｂは、ロータ３１の回転に伴って各ベーン３２の突出端３２ａが摺動する摺動面とされている。

第１外側板３６及び第２外側板３７は、例えばカーボン製の円板部材からなり、第１ケース体３とスリーブ９との間に配置されている。第１外側板３６の機外側の側面、及び第２外側板３７の機内側の側面には、ロータ３１の軸方向両側面がそれぞれ摺動するようになっている。

以上の構成により、ハウジング３４の内部におけるロータ３１の外周面３１ｂとカムリング３５の内周面３５ｂとの間には、周方向に隣り合うベーン３２，３２により区画されたポンプ室３８が複数（図２では４つ）形成されている。各ポンプ室３８の容積は、ロータ３１の回転に伴って変化する。例えば本実施形態では、ロータ３１が矢印Ｅ方向に１回転するたびに、図２の６時から１２時までの第１角度範囲θ１ではポンプ室３８の容積は徐々に増加するように変化し、図２の１２時から６時までの第２角度範囲θ２ではポンプ室３８の容積は徐々に減少するように変化する。

図４は、第１外側板３６を機外側から見た側面図である。図１及び図４に示すように、第１外側板３６の第１角度範囲θ１には、複数（図４では３つ）の吸込口３６ａが周方向に所定間隔をあけて形成されている。これにより、ロータ３１の回転により各ポンプ室３８が第１角度範囲θ１を通過する際に、ポンプ室３８の容積が徐々に増加することで、ポンプ室３８内は正圧から負圧に変化する。このようにポンプ室３８内が負圧になることで、各吸込口３６ａからポンプ室３８に封液を吸い込む作用が発生する。これにより、封液室８の封液は、各吸込口３６ａからポンプ室３８に吸い込まれる。

図５は、第２外側板３７を機外側から見た側面図である。図１及び図５に示すように、第２外側板３７の第２角度範囲θ２には、複数（図４では３つ）の吐出口３７ａが周方向に所定間隔をあけて形成されている。これにより、ロータ３１の回転により各ポンプ室３８が第２角度範囲θ２を通過する際に、ポンプ室３８の容積が徐々に減少することで、ポンプ室３８内は負圧から正圧に変化する。このようにポンプ室３８内が正圧になることで、各吐出口３７ａからポンプ室３８の外部へ封液を吐出する作用が発生する。これにより、ポンプ室３８の封液は、各吐出口３７ａから封液室８に吐出される。

以上の構成により、循環ポンプ機構３０はベーンポンプとして機能し、ロータ３１の１回転毎に一定容積の封液を循環させることができる。なお、図１では、分かり易くするために、吸込口３６ａ及び吐出口３７ａの位置をずらして示している（図３も同様）。

［押圧部及び規制部］
図３において、第１ケース体３の内周には、第２メカニカルシール７よりも機内側において、環状の段差面３ｂが形成されている。第２ケース体４の内周には、第１ケース体３の内周面よりも径内側において 機外側に突出する環状の突出部４ｂが形成されている。突出部４ｂの突出端面４ｃは、第１メカニカルシール６よりも機外側に配置され、かつ第１ケース体３の段差面３ｂに対して軸方向に対向して配置されている。突出部４ｂの外周には、第１ケース体３の内周面との間をシール（二次シール）するゴム製のＯリング２５が設けられている。

循環ポンプ機構３０のハウジング３４は、第１ケース体３の段差面３ｂと、第２ケース体４の突出端面４ｃとの間に配置されている。ハウジング３４の軸方向の幅は、段差面３ｂと突出端面４ｃとの間の軸方向距離よりも短く形成されている。これにより、ハウジング３４のカムリング３５、第１外側板３６、及び第２外側板３７は、シールケース２に対して軸方向に移動自在に取り付けられている。

図１及び図２に示すように、カムリング３５には、周方向に所定間隔をあけて複数（図２では３つ）の貫通孔３５ｃが軸方向に貫通して形成されている。図１及び図４に示すように、第１外側板３６には、周方向に所定間隔をあけて複数（図４では３つ）の貫通孔３６ｃが軸方向に貫通して形成されている。図１及び図５に示すように、第２外側板３７には、周方向に所定間隔をあけて複数（図５では３つ）の貫通孔３７ｃが軸方向に貫通して形成されている。

図１に示すように、カムリング３５、第１外側板３６、及び第２外側板３７の各貫通孔３５ｃ，３６ｃ，３７ｃには、ピン４０が貫通している。ピン４０の機内側の端部は、第２ケース体４に形成されたピン溝４ｄに挿入されている。ピン４０の機外側の端部は、第１ケース体３に形成されたピン溝３ｄに挿入されている。これにより、カムリング３５、第１外側板３６、及び第２外側板３７は、ピン４０によりシールケース２に対する相対回転が規制されている。

図３に示すように、第２ケース体４の突出部４ｂには、突出端面４ｃで開口する取付溝４ｅが、周方向に所定間隔をあけて複数（図３では１つのみ）形成されている。各取付溝４ｅには、例えば圧縮コイルばねからなる押圧部４１が挿入されている。押圧部４１の一端部は、取付溝４ｅの底部に当接しており、押圧部４１の他端部は、突出端面４ｃよりも機外側へ突出し、第１外側板３６の機内側の側面に当接している。これにより、押圧部４１は、第１外側板３６を機外側（軸方向一方側）へ向けて押圧している。

上記のように押圧部４１が第１外側板３６を機外側へ押圧することで、ハウジング３４は、第１ケース体３の段差面３ｂと第２ケース体４の突出端面４ｃとの間において、機外側へ偏って配置され、第２外側板３７の機外側の側面は、第１ケース体３の段差面３ｂに当接している。

したがって、第１ケース体３の段差面３ｂは、第２外側板３７がシールケース２に対して所定位置よりも機外側（軸方向一方側）へ移動するのを規制する規制部として機能する。これにより、ハウジング３４は、規制部（段差面）３ｂと押圧部４１とにより軸方向両側から挟まれた状態で保持されており、押圧部４１の押圧力に抗して機内側（軸方向他方側）へ移動自在とされている。

以上より、メカニカルシール装置１は、ハウジング３４を軸方向両側から挟み込んだ状態で保持するとともにハウジング３４の機内側への移動を許容する、規制部（段差面）３ｂと押圧部４１とを備えている。ハウジング３４が規制部３ｂと押圧部４１とにより軸方向両側から挟み込まれることで、第１外側板３６の機外側の側面、及び第２外側板３７の機内側の側面は、カムリング３５の軸方向両側面にそれぞれ密着している。なお、規制部は、第１ケース体３と別体に設けられていてもよい。

［第１実施形態の作用効果］
以上、本実施形態のメカニカルシール装置１によれば、循環ポンプ機構３０において、回転機器５０の回転軸５１と共にロータ３１が回転すると、付勢部材３３により突出する方向に付勢された各ベーン３２の突出端３２ａが、ハウジング３４の偏心した内周面３５ｂを摺動しながら回転することで、各ポンプ室３８の容積が変化する。その容積変化により、封液室８の封液を吸込口３６ａからポンプ室３８に吸い込む作用、及びポンプ室３８の封液を吐出口３７ａから封液室８に吐出する作用が発生することで、封液室８内の封液を循環させることができる。

これにより、循環ポンプ機構３０は、ベーンポンプとして機能し、ロータ３１の１回転毎に一定容積の封液を循環させることができるので、低速回転する回転機器５０であっても必要流量の封液を循環させることができる。特に、本実施形態のようにダブル型メカニカルシールを備えたメカニカルシール装置１では、各メカニカルシール６，７の摺動部をそれぞれ潤滑及び冷却するために比較的多くの封液を循環させる必要があるので、本発明を適用することがより有効となる。

また、循環ポンプ機構３０のハウジング３４は、押圧部４１により機外側へ押圧された状態で、規制部３ｂと押圧部４１とにより軸方向両側から挟まれた状態で保持されている。これにより、第１外側板３６及び第２外側板３７がカムリング３５の軸方向両側に密着するので、ポンプ室３８内の封液が外部へ漏洩するのを抑制することができる。その結果、封液の循環効率が低下するのを抑制することができる。また、カムリング３５、第１外側板３６、及び第２外側板３７は、押圧部４１の押圧力に抗して機内側へ移動自在であるため、回転軸５１が軸ぶれ等により機内側へ移動しても、その移動に追従してハウジング３４全体を機内側へ移動させることができる。その結果、循環ポンプ機構３０が破損するのを抑制することができる。

また、循環ポンプ機構３０は、第１メカニカルシール６と第２メカニカルシール７との間に配置されているので、循環ポンプ機構３０が、第１メカニカルシール６及び第２メカニカルシール７と径方向に重なることはない。その結果、メカニカルシール装置１を径方向にコンパクトに構成することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係るメカニカルシール装置の概略構成図である。本実施形態のメカニカルシール装置１は、封液を冷却する冷却機構を備えている点で第１実施形態と相違する。本実施形態のメカニカルシール装置１は、シールケース２の外部に設けられた循環路６０と、循環路６０に設けられた第１冷却機構７０及び第２冷却機構８０と、を備えている。

［循環路］
循環路６０は、シールケース２の排出路３ａから外部に排出された封液を供給路４ａに戻すための流路である。本実施形態の循環路６０は、第１流路６１、第２流路６２、及び第３流路６３を有している。第１流路６１、第２流路６２、及び第３流路６３は、例えば配管からなる。

第１流路６１の一端は、シールケース２の排出路３ａに接続され、第１流路６１の他端は、第１冷却機構７０の入口７１ａ（後述）に接続されている。第１流路６１には、当該第１流路６１を開閉する第１開閉弁６４が設けられている。

第２流路６２の一端は、第１冷却機構７０の出口７１ｂ（後述）に接続され、第２流路６２の他端は、第２冷却機構８０の入口８１（後述）に接続されている。第２流路６２には、当該第２流路６２を開閉する第２開閉弁６５が設けられている。

第３流路６３の一端は、第２冷却機構８０の出口８２（後述）に接続され、第３流路６３の他端は、シールケース２の供給路４ａに接続されている。
以上の構成により、排出路３ａから排出された封液は、第１流路６１、第１冷却機構７０、第２流路６２、第２冷却機構８０、及び第３流路６３をこの順に通過した後、供給路４ａに戻される。

［第１冷却機構］
図７は、第１冷却機構７０の断面図である。第１冷却機構７０は、排出路３ａから排出された封液を冷却する。本実施形態の第１冷却機構７０は、タンク７１と、冷却コイル７６と、を有している。
タンク７１は、その内部に封液を一時的に貯留する。本実施形態のタンク７１は、図示しないコンプレッサにより内部空間が加圧される加圧タンクからなる。

タンク７１は、円筒状のタンク本体部７２と、タンク本体部７２の軸方向一端側（図６の左側）の開口を閉塞する第１壁部７３と、タンク本体部７２の軸方向他端側（図６の右側）の開口を閉塞する第２壁部７４と、を有している。

タンク本体部７２の周方向の所定箇所には、タンク７１内に封液を流入するための入口７１ａが形成されている。第１壁部７３は、タンク本体部７２の軸方向一端側に形成されたフランジ７２ａに、ボルト７５により固定されている。第２壁部７４には、タンク７１内の封液を外部に流出するための出口７１ｂが形成されている。

冷却コイル７６は、タンク７１内に設けられている、冷却コイル７６は、例えば配管からなり、その内部を冷却媒体が流れるようになっている。冷却媒体としては、例えば水等の液体や、空気等の気体が用いられる。本実施形態では、冷却媒体として、低温の水が用いられる。

本実施形態の冷却コイル７６は、螺旋管７７と、第１直管７８と、第２直管７９と、を有している。螺旋管７７は、螺旋状に形成され、タンク本体部７２の軸方向に延びている。第１直管７８は、螺旋管７７の軸方向一端（図６の左端）から第１壁部７３に向かって直線状に延びている。第２直管７９は、螺旋管７７の軸方向他端（図６の右端）から、第１壁部７３に向かって直線状に延びている。第２直管７９は、螺旋管７７よりもタンク本体部７２の径方向内側に配置されている。

第１壁部７３には、外部から冷却コイル７６に冷却媒体を供給する供給ポート７１ｃと、冷却コイル７６から外部に冷却媒体を排出する排出ポート７１ｄが形成されている。供給ポート７１ｃには、冷却コイル７６の第１直管７８の端部が接続されている。排出ポート７１ｄには、冷却コイル７６の第２直管７９の端部が接続されている。これにより、冷却媒体は、供給ポート７１ｃから、冷却コイル７６の第１直管７８、螺旋管７７、及び第２直管７９をこの順に通過した後、排出ポート７１ｄから外部に排出される。

［第２冷却機構］
図６において、第２冷却機構８０は、第１冷却機構７０よりもシールケース２の供給路４ａ側に設けられ、第１冷却機構７０で冷却された封液をさらに冷却する。第２冷却機構８０は、例えばコイル式クーラーからなり、図示を省略するコイル（螺旋状の配管）内を流れる封液を、コイルの外側で循環する冷却媒体（水や空気等）により冷却する。

第２冷却機構８０は、前記コイル内に封液を流入するための入口８１、及び前記コイル内の封液を外部に流出するための出口８２を有している。
本実施形態の他の構成は、第１実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。

［第２実施形態の作用効果］
以上、本実施形態のメカニカルシール装置１によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、以下の作用効果を奏する。
封液室８において第１メカニカルシール６及び第２メカニカルシール７の各摺動部で発生した摺動熱により封液の温度が上昇する場合がある。しかし、封液の温度が上昇しても、その昇温した封液が排出路３ａから循環路６０を通過して供給路４ａに戻されるまでの間に、当該封液を第１冷却機構７０により冷却することができる。特に、被密封流体が高温である場合、被密封流体の温度と前記摺動熱の両方の影響により封液が上昇しやすいので、このような場合に有効となる。

また、第１冷却機構７０は、昇温した封液がタンク７１内に一時的に貯留されるときに、当該封液を冷却コイル７６によって冷却することができる。これにより、封液を一時的に貯留するタンク７１を、第１冷却機構７０の一部として利用することができるので、第１冷却機構７０の構成を簡素化することができる。

また、第１冷却機構７０で冷却しきれなかった封液を、第２冷却機構８０により冷却することができるので、封液の冷却能力を向上させることができる。

＜その他＞
本発明のメカニカルシール装置は、ダブル型メカニカルシールを備えているが、シングル型メカニカルシールなど、少なくとも１つのメカニカルシールを備えていればよい。
上記実施形態における押圧部４１は、第１外側板３６を機外側へ押圧しているが、第２外側板３７を機内側へ押圧してもよい。その場合、第２ケース体４の突出部４ｂの突出端面４ｃを、第１外側板３６がシールケース２に対して所定位置よりも機内側（軸方向一方側）へ移動するのを規制する規制部としてもよいし、その規制部を第２ケース体４とは別体に設けてもよい。

第２実施形態のメカニカルシール装置１は、第１冷却機構７０及び第２冷却機構８０を備えているが、少なくとも第１冷却機構７０を備えていればよい。第１冷却機構７０は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば第２冷却機構８０と同じコイル式クーラーであってもよい。第２冷却機構８０は、本実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば第１冷却機構７０と同様の構成であってもよい。

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。

１ メカニカルシール装置
２ シールケース
３ａ 排出路
３ｂ 段差面（規制部）
４ａ 供給路
６ 第１メカニカルシール（メカニカルシール）
７ 第２メカニカルシール（メカニカルシール）
８ 封液室
３０ 循環ポンプ機構
３１ ロータ
３１ｂ 外周面
３２ ベーン
３２ａ 突出端
３３ 付勢部材
３４ ハウジング
３５ カムリング
３５ｂ 内周面（摺動面）
３６ 第１外側板（外側板）
３６ａ 吸込口
３７ 第２外側板（外側板）
３７ａ 吐出口
３８ ポンプ室
４１ 押圧部
５０ 回転機器
５１ 回転軸
６０ 循環路
７０ 第１冷却機構
７１ タンク
７６ 冷却コイル
８０ 第２冷却機構
Ａ 機内領域
Ｂ 機外領域

Claims (7)

1. 回転機器の回転軸を包囲し、前記回転機器の機内領域と機外領域とを区画するシールケースと、
   前記シールケースと前記回転軸との間に配置された少なくとも１つのメカニカルシールと、
   前記シールケース内に形成され、前記メカニカルシールの摺動部を潤滑する封液が導入される環状の封液室と、
   前記封液室内の封液を循環させる循環ポンプ機構と、を備え、
   前記循環ポンプ機構は、
   前記回転軸側に一体回転可能に取り付けられたロータと、
   前記ロータの周方向に所定間隔をあけて設けられ、前記ロータの外周面に対して出没自在な複数のベーンと、
   前記ロータに設けられ、前記各ベーンを前記ロータの外周面から突出させる方向に付勢する複数の付勢部材と、
   前記ロータの外周面に対して偏心して形成されるとともに前記ロータの回転に伴って前記ベーンの突出端が摺動する摺動面を内周に有し、前記シールケースに取り付けられたハウジングと、
   前記ロータの外周面と前記ハウジングの摺動面との間において、前記複数のベーンにより区画された複数のポンプ室と、を備え、
   前記ハウジングは、前記封液室から前記ポンプ室に封液を吸い込む吸込口と、前記ポンプ室から前記封液室に封液を吐出する吐出口と、を有する、メカニカルシール装置。
2. 前記ハウジングは、前記摺動面である内周面を有するカムリングと、前記カムリングの軸方向両側に配置された一対の外側板と、を有し、
   前記カムリング、及び前記一対の外側板は、前記シールケースに対して軸方向に移動自在に取り付けられており、
   前記一対の外側板のいずれか一方を、前記カムリング側となる軸方向一方側へ向けて押圧する押圧部と、
   前記一対の外側板のいずれか他方が、前記シールケースに対して所定位置よりも前記軸方向一方側へ移動するのを規制する規制部と、を備える請求項１に記載のメカニカルシール装置。
3. 前記少なくとも１つのメカニカルシールは、機内領域側に配置された第１メカニカルシールと、機外領域側に配置された第２メカニカルシールと、を含む、請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール装置。
4. 前記循環ポンプ機構は、前記第１メカニカルシールと前記第２メカニカルシールとの間に配置されている、請求項３に記載のメカニカルシール装置。
5. 前記シールケースは、前記封液室に封液を供給する供給路と、前記封液室の封液を排出する排出路と、を有し、
   前記排出路から排出された封液を前記供給路に戻す循環路と、
   前記循環路に設けられ、封液を冷却する第１冷却機構と、を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のメカニカルシール装置。
6. 前記第１冷却機構は、
   前記封液を一時的に貯留するタンクと、
   前記タンク内に設けられ、内部に冷却媒体が流れる冷却コイルと、を有する、請求項５に記載のメカニカルシール装置。
7. 前記循環路において前記第１冷却機構よりも前記供給路側に設けられ、封液を冷却する第２冷却機構を備える請求項５又は請求項６に記載のメカニカルシール装置。

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