JP2022067422A - すきま型回転メカニカルシール - Google Patents

Abstract

【課題】温度調整を容易に行うことができるすきま型回転メカニカルシールの提供。【解決手段】すきま型回転メカニカルシールは、内側カップ部１３Ｃの穴内に第１の流体を供給し、もってその流体圧である第１流体圧を大きくする内側流路１３Ｄと、外側カップ部１４Ｃの穴内に第２の流体を供給し、もってその流体圧である第２流体圧を大きくする外側流路１４Ｄとを備える。調整装置は、第１の流体および第２の流体をコントロールし、もって第１流体圧および第２流体圧を調整する。第１の流体および第２の流体は、その一方が水２０Ａ（液体）であり、他方が空気２０Ｂ（気体）である。【選択図】図２

Description

本開示は、ステーターに対してローターが相対回転する回転機器に備えられるすきま型回転メカニカルシールに関する。

「すきま型回転メカニカルシール」とは、ローター側の回転部材およびステーター側の固定側部材が有するシール面を、流体を介して互いに対向させ、この流体の圧力作用によって各シール面間の距離を所定の距離範囲内にとどめて漏れ止めをするメカニカルシールのことをいう。このすきま型回転メカニカルシールには、その作動中においてシール面同士の接触がなく、他の種類のメカニカルシールと比べて摩擦が少ないというメリットがある。ここで、すきま型回転メカニカルシールにおいては、シール面にこのシール面を横切る溝となるものがあると漏れが生じるという技術思想があり、シール面を完全に平滑な状態となるようにラップ加工されたものにする技術が公知であった（例えば下記の特許文献１を参照）。

米国特許第３４９９６５３号明細書

上記特許文献１に開示された従来の技術においては、すきま型回転メカニカルシールは、漏れ止めをするための流体の圧力作用を、回転部材と一体に回転するうずまき溝がシールチャンバー内の流体（シール流体）をすきま型回転メカニカルシールの内部に取り込む作用によって確保する。このため、上記従来の技術では、すきま型回転メカニカルシールの温度がシール流体の温度により変化し、それゆえにすきま型回転メカニカルシールの温度調整が難しいという問題が生じていた。

本開示は、すきま型回転メカニカルシールにおいて、その温度調整を容易にすることを実現させるものである。

本開示における１つの特徴によると、ステーターに対してローターが相対回転する回転機器に備えられるすきま型回転メカニカルシールが提供される。このすきま型回転メカニカルシールは、ローターの外周面を取り巻くように設けられた内側回転部材を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、内側回転部材の外周面を取り巻くように設けられた外側回転部材を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、ステーターに設けられて、内側回転部材と互いに対向する内側固定部材を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、ステーターに設けられて、外側回転部材と互いに対向する外側固定部材を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、内側回転部材において、内側固定部材に対向する部分の表面をなす第１内側シール面を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、内側固定部材において、第１内側シール面に対向する部分の表面をなす第２内側シール面を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、外側回転部材において、外側固定部材に対向する部分の表面をなす第１外側シール面を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、外側固定部材において、第１外側シール面に対向する部分の表面をなす第２外側シール面を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、第１内側シール面および第２内側シール面の一方に、他方の側を向いて開口した穴をなして設けられる内側カップ部を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、第１外側シール面および前記第２外側シール面の一方に、他方の側を向いて開口した穴をなして設けられる外側カップ部を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、内側カップ部に接続されて、この内側カップ部の穴の中に第１の流体を供給することで、内側カップ部の穴内における第１の流体の流体圧である第１流体圧をより大きくすることを実現させる流体供給路である内側流路を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、外側カップ部に接続されて、この外側カップ部の穴の中に第２の流体を供給することで、外側カップ部の穴内における第２の流体の流体圧である第２流体圧をより大きくすることを実現させる流体供給路である外側流路を備えている。また、すきま型回転メカニカルシールは、内側流路内の第１の流体をコントロールし、もって第１流体圧を調整すること、および、外側流路内の第２の流体をコントロールし、もって第２流体圧を調整することを実現させる調整装置を備えている。ここで、第１の流体および第２の流体は、その一方が液体であり、他方が気体である。

上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、第１の流体は第１内側シール面と第２内側シール面との間に広がろうとし、第２の流体は第１外側シール面と第２外側シール面との間に広がろうとする。このため、第１の流体および第２の流体をコントロールすることで、すきま型回転メカニカルシールにおける漏れ止めをするための流体の圧力作用を調整することと、第１の流体および第２の流体を熱媒体としたすきま型回転メカニカルシールの温度調整とが可能となる。これにより、すきま型回転メカニカルシールにおいて、その温度調整を容易にすることができる。また、第１の流体および第２の流体の一方を液体として他方を気体とする構成によれば、すきま型回転メカニカルシールの外部に漏らしたくない相の流体（液体または気体）を第１の流体とすることで、この相の流体の漏れ出しを抑えることができる。

上記のすきま型回転メカニカルシールにおいては、内側流路および外側流路のうち、液体を流体として供給する流体供給路とされる液体流路が、外側部材の内周面と内側部材の外周面とによって構成されているものが好ましい。ここで、内側部材は、内側回転部材および内側固定部材のうちのいずれか一方である。また、外側部材は、外側回転部材および外側固定部材のうちのいずれか一方であって、内側部材の外周面に隣りあうように設けられたものである。

上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、気体と比して単位体積あたりの熱容量が大きい液体により、外側部材と内側部材との両方の温度調整を行い、もってこの温度調整を容易にすることができる。

上記のすきま型回転メカニカルシールにおいては、後述する液体流路と気体流路とを備えているものが好ましい。ここで、液体流路は、内側流路および外側流路のうちのいずれか一方であって、液体を流体として供給する流体供給路とされるものである。また、気体流路は、内側流路および外側流路のうちのいずれか一方であって、気体を流体として供給する流体供給路とされるものである。この場合において、調整装置は、液体の流体圧である液圧を、気体の流体圧であるガス圧よりも高圧となるように調整する。また、液体は、上記気体中にて気化可能な物質である。

上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、液体流路から気体流路に漏れ出す液体を気体流路内にて気化させることで、この液体の漏れ出しによる悪影響をさけながら、液体の気化熱による気体流路の冷却を実現させることができる。これにより、温度を低下させる温度調整がより容易とされたすきま型回転メカニカルシールを提供することができる。

上記のすきま型回転メカニカルシールにおいては、第１の流体が液体であり、第２の流体が気体であるものが好ましい。

上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、このすきま型回転メカニカルシールにおいて内部側に位置される内側流路に、気体と比して単位体積あたりの熱容量が大きい液体を供給することで、すきま型回転メカニカルシールの内部の温度調整を容易にすることができる。さらに、すきま型回転メカニカルシールにおいて外部側に位置される外側流路に、液体と比して断熱性能の高い気体を供給することで、すきま型回転メカニカルシールの内部の温度が、外部の温度による影響を受けることを抑えることができる。

上記のすきま型回転メカニカルシールにおいては、後述する液体流路と気体流路とを備えているものが好ましい。ここで、液体流路は、内側流路および外側流路のうちのいずれか一方であって、液体を流体として供給する流体供給路とされるものである。また、気体流路は、内側流路および外側流路のうちのいずれか一方であって、気体を流体として供給する流体供給路とされるものである。この場合において、調整装置は、液体の流体圧である液圧を、気体の流体圧であるガス圧よりも低圧となるように調整する。また、液体流路には、この液体流路内の液体に気体が混入した場合に、この気体を液体流路外に逃がすガス抜き孔が付設されている。

上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、液体流路から気体流路への液体の漏れ出しを、この液体よりも高圧の気体によって抑えることができる。また、気体流路から液体流路への気体の漏れ出しがあったときには、この気体をガス抜き孔から逃がすことで、この気体の漏れ出しによる悪影響をさけることができる。

上記のすきま型回転メカニカルシールにおいては、後述する液体流路と、液体カップ部と、一方側部材と、他方側部材とを備えているものが好ましい。ここで、液体流路は、内側流路および外側流路のうちのいずれか一方であって、液体を流体として供給する流体供給路とされるものである。また、液体カップ部は、内側カップ部および外側カップ部のうちのいずれか一方であって、液体流路から液体の供給を受けるものである。また、一方側部材は、内側回転部材、内側固定部材、外側回転部材、および、外側固定部材のうちのいずれかであって、液体カップ部が設けられるものである。また、他方側部材は、内側回転部材、内側固定部材、外側回転部材、および、外側固定部材のうちのいずれかであって、一方側部材と互いに対向して液体カップ部の開口をふさぐものである。ここで、他方側部材において液体カップ部の開口をふさぐ部分には、一方側部材と他方側部材とを離間させる方向に対して傾斜した壁面を有する凹部が設けられている。

上記のすきま型回転メカニカルシールによれば、液体カップ部内の液体の圧力は、少なくとも凹部の壁面において、一方側部材と他方側部材とを離間させる方向に対して傾斜した向きに作用する。これにより、一方側部材と他方側部材とが液体カップ部内の液体の圧力により離間されて、すきま型回転メカニカルシールにおいて漏れ止めをするための液体の圧力作用が得られなくなるおそれを低減させることができる。

本開示にかかるすきま型回転メカニカルシールは、その温度調整を容易に行うことができる。

第１の実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシールを表した要部断面図である。 図１のＩＩ部拡大図である。 第２の実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシールを表した要部断面図である。 図３のＩＶ部拡大図である。

以下に、本開示を実施するための形態について、図面を用いて説明する。

〈第１の実施形態〉
始めに、本開示の第１の実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシール１０について、図１および図２を用いて説明する。このすきま型回転メカニカルシール１０は、図１に示すように、ステーター９２Ａに対してローター９２Ｂが相対回転する回転機器９２に備えられる。

ローター９２Ｂは、原動機９１のシャフト９１Ａの外周面を取り巻くように設けられた筒状の部材であり、このシャフト９１Ａと一体に回転するものである。ここで、原動機９１は、設備９０に据え付けられるものであり、そのシャフト９１Ａの回転をもって、このシャフト９１Ａの先端に結合された負荷９１Ｂに対して回転運動の動力を供給するものである。本実施形態においては、設備９０は、その内部で水濡れが生じることに不都合がある施設である。また、ローター９２Ｂは、シャフト９１Ａに対して、その外周面上をスライド移動することが可能なはめあいであるすきまばめのはめあいをなす。

ここで、ローター９２Ｂにおいて、その負荷９１Ｂ側となる端部９２Ｅには、シャフト９１Ａを取り巻く列をなす複数本（図１では２本を示す。）のいもねじ９２Ｆが設けられている。これらいもねじ９２Ｆは、シャフト９１Ａの外周面を締め付けてこのシャフト９１Ａにローター９２Ｂを固定するとめねじとして機能する。したがって、ローター９２Ｂは、そのいもねじ９２Ｆを緩めた状態でシャフト９１Ａの外周面上をスライド移動させ、しかるのちにいもねじ９２Ｆを締めてローター９２Ｂを固定することによる、シャフト９１Ａの外周面上での位置調整が可能とされている。

ステーター９２Ａは、設備９０内の空間を仕切る壁９０Ａに開けられた貫通孔９０Ｂをふさぐように固設される環状の部材であり、この環の中にローター９２Ｂおよびシャフト９１Ａが挿通された状態に配設されるものである。この構成により、原動機９１の本体部分９１Ｃと負荷９１Ｂとは、壁９０Ａを隔てて互いに反対側となる位置に位置される。以下においては、壁９０Ａから見て負荷９１Ｂが位置される側（図１では右側）を「一方側」とし、同じく原動機９１の本体部分９１Ｃが位置される側（図１では左側）を「他方側」として説明を行う。

また、ステーター９２Ａは、ローター９２Ｂに設けられた溝９２Ｈに係合されることで、ステーター９２Ａとローター９２Ｂとの相対位置を位置決めする位置決めボルト９２Ｇを備えている。本実施形態においては、溝９２Ｈは、ローター９２Ｂの端部９２Ｅにおけるいもねじ９２Ｆの列に他方側から隣り合う位置に、くびれをなす台形溝として設けられている。また、位置決めボルト９２Ｇは、ステーター９２Ａにおける一方側の端部に、複数本（図１では２本を示す。）がローター９２Ｂを取り巻く列をなした状態に設けられている。

すきま型回転メカニカルシール１０は、ローター９２Ｂの筒の外周面を取り巻くように設けられた輪をなす内側回転部材１１と、この内側回転部材１１の外周面に隣り合い、この外周面を取り巻くように設けられた輪をなす外側回転部材１２とを備えている。これら内側回転部材１１および外側回転部材１２は、ローター９２Ｂにおける他方側の端に、一方側に開口された状態に設けられた環状のソケット９２Ｃにはめ込まれる。このソケット９２Ｃは、その開口の底にばね１１Ａ、１２Ａを備えて、これらばね１１Ａ、１２Ａにより内側回転部材１１および外側回転部材１２を一方側に付勢する。

また、すきま型回転メカニカルシール１０は、内側回転部材１１に対して互いに対向する内側固定部材１３と、外側回転部材１２に対して互いに対向する外側固定部材１４と、を備えている。ここで、内側固定部材１３は、ローター９２Ｂの筒の外周面を取り巻くように設けられた輪をなす。また、外側固定部材１４は、内側固定部材１３の外周面に隣り合い、この外周面を取り巻くように設けられた輪をなす。また、内側固定部材１３および外側固定部材１４は、ステーター９２Ａの環の内周面に、他方側に開口された状態に設けられた環状のソケット９２Ｄにはめ込まれ、もってステーター９２Ａに設けられた状態とされる。

内側回転部材１１は、図２に示すように、内側固定部材１３に対向する部分の表面が、ラップ加工により平坦な鏡面とされた第１内側シール面１１Ｂとされている。また、内側固定部材１３は、内側回転部材１１の第１内側シール面１１Ｂに対向する部分の表面が、ラップ加工により平坦な鏡面とされた第２内側シール面１３Ｂとされている。ここで、互いに対向する第１内側シール面１１Ｂと第２内側シール面１３Ｂとをそれぞれラップ加工が施されたものにする構成は、これら第１内側シール面１１Ｂと第２内側シール面１３Ｂとが互いに接触したときの真実接触面積を大きくし、もってこれらシール面間のすきま１３Ａをより流体が通りにくいものにする作用を奏する。

また、外側回転部材１２は、外側固定部材１４に対向する部分の表面が、ラップ加工により平坦な鏡面とされた第１外側シール面１２Ｂとされている。また、外側固定部材１４は、外側回転部材１２の第１外側シール面１２Ｂに対向する部分の表面が、ラップ加工により平坦な鏡面とされた第２外側シール面１４Ｂとされている。ここで、互いに対向する第１外側シール面１２Ｂと第２外側シール面１４Ｂとをそれぞれラップ加工が施されたものにする構成は、これら第１外側シール面１２Ｂと第２外側シール面１４Ｂとが互いに接触したときの真実接触面積を大きくし、もってこれらシール面間のすきま１４Ａをより流体が通りにくいものにする作用を奏する。

また、すきま型回転メカニカルシール１０は、第１内側シール面１１Ｂおよび第２内側シール面１３Ｂのうち一方側（図２では右側）に位置される第２内側シール面１３Ｂに、他方側（図２では左側）を向いて開口した穴をなして設けられる内側カップ部１３Ｃを備えている。この内側カップ部１３Ｃには、その穴の中に液体（本開示における「第１の流体」に相当する。図２では水２０Ａ）を供給する流体供給路（すなわち本開示における「液体流路」）である内側流路１３Ｄが接続されている。

本実施形態においては、内側流路１３Ｄは、外側固定部材１４の内周面と内側固定部材１３の外周面との間に設定されるすきまとされている。言いかえると、内側流路１３Ｄは、外側固定部材１４の内周面と内側固定部材１３の外周面とによって構成されている。ここで、外側固定部材１４は、本開示における「外側部材」に相当する。また、内側固定部材１３は、本開示における「内側部材」に相当する。

内側流路１３Ｄは、図１に示すように、ステーター９２Ａ内においてローター９２Ｂを取り巻く円環流路９３Ａを有する状態に設けられた第１の流路９３を流れる水２０Ａを内側カップ部１３Ｃ（図２参照）の穴の中に供給し、もってこの穴内における水２０Ａの流体圧（すなわち本開示における「液圧」）である第１流体圧をより大きくする。すなわち、内側カップ部１３Ｃは、本開示における「液体カップ部」に相当する。また、内側固定部材１３は、本開示における「一方側部材」に相当する。

なお、上記第１流体圧は、内側回転部材１１と内側固定部材１３とを互いに離間させ、もってこれらの間のすきま１３Ａ（図２参照）を押し広げようとする作用をもたらす。しかるに、この作用はばね１１Ａが内側回転部材１１を一方側（すなわち内側固定部材１３の側）に付勢する作用によって抑えられる。この付勢の作用の強さは、内側回転部材１１が設けられるローター９２Ｂと、内側固定部材１３が設けられるステーター９２Ａとの相対位置に応じて変化する。すなわち、例えばローター９２Ｂが比較的一方側に寄った位置に位置されてステーター９２Ａと近接した状態にあるときには、ばね１１Ａの縮みは大となり、それゆえに上記付勢の作用は強くなる。同様に、例えばローター９２Ｂが比較的他方側に寄った位置に位置されてステーター９２Ａと離間した状態にあるときには、ばね１１Ａの縮みは小となり、それゆえに上記付勢の作用は弱くなる。

また、すきま型回転メカニカルシール１０は、第１外側シール面１２Ｂおよび第２外側シール面１４Ｂのうち一方側（図２では右側）に位置される第２外側シール面１４Ｂに、他方側（図２では左側）を向いて開口した穴をなして設けられる外側カップ部１４Ｃを備えている。この外側カップ部１４Ｃには、その穴の中に気体（本開示における「第２の流体」に相当する。図２では空気２０Ｂ）を供給する流体供給路（すなわち本開示における「気体流路」）である外側流路１４Ｄが接続されている。

外側流路１４Ｄは、図１に示すように、ステーター９２Ａ内においてローター９２Ｂを取り巻く円環流路９４Ａを有する状態に設けられた第２の流路９４を流れる空気２０Ｂを外側カップ部１４Ｃ（図２参照）の穴の中に供給し、もってこの穴内における空気２０Ｂの流体圧（すなわち本開示における「ガス圧」）である第２流体圧をより大きくする。なお、空気２０Ｂは、水２０Ａと比して、単位体積あたりの熱容量が小さく、かつ、断熱性能が高い物質（本実施形態では乾燥空気）である。また、水２０Ａは、空気２０Ｂの中で気化可能な物質である。

なお、上記第２流体圧は、外側回転部材１２と外側固定部材１４とを互いに離間させ、もってこれらの間のすきま１４Ａ（図２参照）を押し広げようとする作用をもたらす。しかるに、この作用はばね１２Ａが外側回転部材１２を一方側（すなわち外側固定部材１４の側）に付勢する作用によって抑えられる。この付勢の作用の強さは、外側回転部材１２が設けられるローター９２Ｂと、外側固定部材１４が設けられるステーター９２Ａとの相対位置に応じて変化する。すなわち、例えばローター９２Ｂが比較的一方側に寄った位置に位置されてステーター９２Ａと近接した状態にあるときには、ばね１２Ａの縮みは大となり、それゆえに上記付勢の作用は強くなる。同様に、例えばローター９２Ｂが比較的他方側に寄った位置に位置されてステーター９２Ａと離間した状態にあるときには、ばね１２Ａの縮みは小となり、それゆえに上記付勢の作用は弱くなる。

また、すきま型回転メカニカルシール１０は、図１に示すように、複数種類の流体（図１では水２０Ａ、空気２０Ｂ、および、空気２０Ｃ）をそれぞれ独立して循環させることが可能な循環装置のアッセンブリである調整装置２０を備えている。この調整装置２０は、循環させる各流体につき、その流速、循環圧、および、温度のそれぞれをコントロールすることが可能に構成されている。本実施形態においては、調整装置２０は、各流体の流れをそれぞれ個別にストップさせることが可能に構成されている。

調整装置２０は、水２０Ａを第１の流路９３に流して循環させながらこの第１の流路９３に接続された内側流路１３Ｄ内の水２０Ａの液圧をコントロールし、もって上記第１流体圧を調整することを実現させる。また、調整装置２０は、空気２０Ｂを第２の流路９４に流して循環させながらこの第２の流路９４に接続された外側流路１４Ｄ内の空気２０Ｂのガス圧をコントロールし、もって上記第２流体圧を調整することを実現させる。本実施形態においては、調整装置２０は、内側流路１３Ｄ内の水２０Ａの流体圧である液圧を、第１の流路９３に流れる水２０Ａの循環圧によってコントロールする。また、調整装置２０は、外側流路１４Ｄ内の空気２０Ｂの流体圧であるガス圧を、第２の流路９４に流れる空気２０Ｂの循環圧によってコントロールする。また、調整装置２０は、上記液圧を、上記ガス圧よりも高圧となるように調整する。

また、調整装置２０は、空気２０Ｂとは別の空気２０Ｃを、ステーター９２Ａとローター９２Ｂとの間のすきまと、ソケット９２Ｃの開口とを含んで構成される第３の流路９５に流す。これにより、調整装置２０は、すきま１３Ａおよび／またはすきま１４Ａ（図２参照）から流体（水２０Ａまたは空気２０Ｂ）が漏れ出したときに、この流体をすきま型回転メカニカルシール１０の外部に流し去ることを実現させる。

ところで、内側回転部材１１は、図２に示すように、内側固定部材１３と互いに対向して内側カップ部１３Ｃの開口をふさぐものである。すなわち、内側回転部材１１は、本開示における「他方側部材」に相当する。ここで、内側回転部材１１において内側カップ部１３Ｃの開口をふさぐ部分には、内側固定部材１３と内側回転部材１１とを互いに離間させる方向（図２では左右方向）に対して所定の角度（本実施形態では４５°）だけ傾斜した壁面１３Ｆを有する凹部１３Ｅが設けられている。

上述したすきま型回転メカニカルシール１０によれば、水２０Ａは第１内側シール面１１Ｂと第２内側シール面１３Ｂとの間に広がろうとし、空気２０Ｂは第１外側シール面１２Ｂと第２外側シール面１４Ｂとの間に広がろうとする。このため、水２０Ａおよび空気２０Ｂをコントロールすることで、すきま型回転メカニカルシール１０における漏れ止めをするための流体の圧力作用を調整することと、水２０Ａおよび空気２０Ｂを熱媒体としたすきま型回転メカニカルシール１０の温度調整とが可能となる。これにより、すきま型回転メカニカルシール１０において、その温度調整を容易にすることができる。

ここで、上記「温度調整」は、冷却の場合と加温の場合のいずれをも想定し得るものである。すなわち、回転機器９２の使用時にステーター９２Ａ側の構成とローター９２Ｂ側の構成とが接触して摩擦熱が発生した場合には、回転機器９２の使用者（図示せず）は、調整装置２０の設定変更によりこの調整装置２０が循環させる水２０Ａ、空気２０Ｂ、および、空気２０Ｃの温度を低下させ、もってすきま型回転メカニカルシール１０を冷却することができる。また、すきま型回転メカニカルシール１０の構成に凍結のおそれがある場合には、回転機器９２の使用者（図示せず）は、調整装置２０の設定変更によりこの調整装置２０が循環させる水２０Ａ、空気２０Ｂ、および、空気２０Ｃの温度を上昇させ、もってすきま型回転メカニカルシール１０を加温することができる。

また、上述したすきま型回転メカニカルシール１０によれば、このすきま型回転メカニカルシール１０の外部に漏らしたくない相の流体（すなわち液体の水２０Ａ）を、内側流路１３Ｄを流れる第１の流体とすることで、この液体の水２０Ａの漏れ出しを抑えることができる。

また、上述したすきま型回転メカニカルシール１０によれば、空気２０Ｂと比して単位体積あたりの熱容量が大きい液体の水２０Ａにより、外側部材たる外側固定部材１４と内側部材たる内側固定部材１３との両方の温度調整を行い、もってこの温度調整を容易にすることができる。

また、上述したすきま型回転メカニカルシール１０によれば、液体流路たる内側流路１３Ｄから気体流路たる外側流路１４Ｄに漏れ出す液体（図２にてすきま１４Ａから漏れだす水２０Ａを参照）を、外側流路１４Ｄ内にて気化させることができる。したがって、上述したすきま型回転メカニカルシール１０では、上記液体の漏れ出しによる悪影響をさけながら、この液体の気化熱による外側流路１４Ｄの冷却を実現させることができる。これにより、温度を低下させる温度調整がより容易とされたすきま型回転メカニカルシール１０を提供することができる。

また、上述したすきま型回転メカニカルシール１０によれば、このすきま型回転メカニカルシール１０において内部側に位置される内側流路１３Ｄに、空気２０Ｂと比して単位体積あたりの熱容量が大きい液体の水２０Ａを供給することで、すきま型回転メカニカルシール１０の内部の温度調整を容易にすることができる。さらに、すきま型回転メカニカルシール１０において外部側に位置される外側流路１４Ｄに、液体の水２０Ａと比して断熱性能の高い空気２０Ｂを供給することで、すきま型回転メカニカルシール１０の内部の温度が、外部の温度による影響を受けることを抑えることができる。

また、上述したすきま型回転メカニカルシール１０によれば、内側カップ部１３Ｃ内の水２０Ａの圧力は、少なくとも凹部１３Ｅの壁面１３Ｆにおいて、内側固定部材１３と内側回転部材１１とを互いに離間させる方向（図２では左右方向）に対して傾斜した向きに作用する。これにより、内側固定部材１３と内側回転部材１１とが内側カップ部１３Ｃ内の水２０Ａの圧力によって離間されて、すきま型回転メカニカルシール１０において漏れ止めをするための水２０Ａの圧力作用が得られなくなるおそれを低減させることができる。

また、上述したすきま型回転メカニカルシール１０によれば、第１の流体たる水２０Ａと第２の流体たる空気２０Ｂとのいずれか一方の圧力作用による漏れ止めの機能を維持しながら、同じく他方の流れをストップさせることができる。これにより、すきま型回転メカニカルシール１０において水２０Ａおよび空気２０Ｂのいずれか一方が外部に漏れだす故障が発生した場合に、この漏れだす流体の流れのみをストップさせて、すきま型回転メカニカルシール１０を応急的に使用することができる。

また、上述したすきま型回転メカニカルシール１０によれば、ローター９２Ｂをシャフト９１Ａの外周面上で位置調整することにより、すきま１２Ａ、１４Ａが押し広げられることに抗するばね１１Ａ、１２Ａの付勢の強さを調整することができる。これにより、漏れ止めをするための流体の圧力作用の設定をより容易に行うことができるすきま型回転メカニカルシール１０を提供することができる。

〈第２の実施形態〉
続いて、第２の実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシール３０の構成について、図３および図４を用いて説明する。第２の実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシール３０は、第１の実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシール１０について、その一部を変形した実施形態である。したがって、上記第１の実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシール１０の各構成と同一のパーツあるいは構成については、このパーツあるいは構成に付した符号と同じ符号を付して対応させ、その詳細な説明を省略する。また、上記第１の実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシール１０の各構成と形態は異なるが同様の作用効果を奏する構成については、その構成に付した符号における十の位の数字のうち、「９」を「８」に、「１」を「３」にそれぞれ置き換えた符号を付すことで対応させ、その詳細な説明を省略する。

第２の実施形態にかかるすきま型回転メカニカルシール３０は、図４に示すように、内側カップ部１３Ｃの開口をふさぐ部分に壁面１３Ｆを有する凹部１３Ｅが設けられた内側回転部材１１（図２参照）の代わりに、内側カップ部３３Ｃの開口をふさぐ部分の全体が平面をなす内側回転部材３１を備えている。

また、すきま型回転メカニカルシール３０が備えられる回転機器８２は、図３に示すように、すきま型回転メカニカルシール１０が備えられる回転機器９２における、いもねじ９２Ｆ、位置決めボルト９２Ｇ、および、溝９２Ｈ（図１参照）に相当する各構成を備えていない。

また、すきま型回転メカニカルシール３０において、調整装置２０（図３参照）は、内側流路３３Ｄ内の水２０Ａの流体圧である液圧を、外側流路３４Ｄ内の空気２０Ｂの流体圧であるガス圧よりも低圧となるように調整する。

また、すきま型回転メカニカルシール３０は、図３および図４に示すように、外側固定部材１４の内周面と内側固定部材１３の外周面とによって構成される内側流路１３Ｄ（図２参照）の代わりに、内側固定部材３３を貫通して設けられた内側流路３３Ｄを備えている。ここで、内側流路３３Ｄには、内側カップ部１３Ｃにおける外周側の縁部に、すきま３４Ａに面して開口されたガス抜き孔３３Ｇが付設されている。このガス抜き孔３３Ｇは、内側固定部材３３における一方側の端部に開口される流路（図示省略）であり、内側流路３３Ｄ内の水２０Ａに気体（例えば図４に示す空気２０Ｂの泡）が混入した場合に、この気体を内側流路３３Ｄから外に逃がす構成となっている。

上述したすきま型回転メカニカルシール３０によれば、液体流路たる内側流路３３Ｄから気体流路たる外側流路３４Ｄへの水２０Ａの漏れ出しを、この水２０Ａよりも高圧の空気２０Ｂによって抑えることができる。また、外側流路３４Ｄから内側流路３３Ｄへの空気２０Ｂの漏れ出しがあったときには、この空気２０Ｂをガス抜き孔３３Ｇから逃がすことで、この空気２０Ｂの漏れ出しによる悪影響をさけることができる。

本開示は、上述した第１および第２の実施形態で説明した外観、構成に限定されず、本開示の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、以下のような各種の形態を実施することができる。

（１）内側カップ部および内側流路は、それぞれ、内側回転部材の側および内側固定部材の側のうちのいずれに設けられるものであってもよい。ここで、内側流路を内側回転部材の側に設ける場合には、この内側流路を外側部材たる外側回転部材の内周面と内側部材たる内側回転部材の外周面とによって構成することで、外側回転部材および内側回転部材の両方の温度調整を、内側流路を流れる第１の流体によって行うことができる。

（２）調整装置が循環させる、第１の流体たる液体の水と、第２の流体たる空気とは、その一方あるいは両方を別の物質に変更したものであってもよい。この場合においては、第１の流体を気体とし、第２の流体を液体としてもよい。このときには、外側流路は本開示における「液体流路」として、内側流路は本開示における「気体流路」として、外側カップ部は本開示における「液体カップ部」として、それぞれ機能する。ここで、上記液体たりうる別の物質の具体例としては、循環可能な液体をなす潤滑油、合成油、あるいは、鉱物油などが挙げられる。また、上記気体たりうる別の物質の具体例としては、窒素ガス、あるいは、アルゴンガスなどの不活性ガスなどが挙げられる。

（３）各シール面間のすきまが押し広げられることに抗するばねは、ローターの側およびステーターの側のうちのいずれに設けられるものであってもよく、あるいは、ローターの側およびステーターの側の両方に設けられるものであってもよい。

１０ すきま型回転メカニカルシール
１１ 内側回転部材
１１Ａ ばね
１１Ｂ 第１内側シール面
１２ 外側回転部材（他方側部材）
１２Ａ ばね
１２Ｂ 第１外側シール面
１３ 内側固定部材（一方側部材、内側部材）
１３Ａ すきま
１３Ｂ 第２内側シール面
１３Ｃ 内側カップ部（液体カップ部）
１３Ｄ 内側流路（液体流路）
１３Ｅ 凹部
１３Ｆ 壁面
１４ 外側固定部材（外側部材）
１４Ａ すきま
１４Ｂ 第２外側シール面
１４Ｃ 外側カップ部
１４Ｄ 外側流路（気体流路）
２０ 調整装置
２０Ａ 水（液体、第１の流体）
２０Ｂ 空気（気体、第２の流体）
２０Ｃ 空気
３０ すきま型回転メカニカルシール
３１ 内側回転部材
３１Ａ ばね
３１Ｂ 第１内側シール面
３２ 外側回転部材（他方側部材）
３２Ａ ばね
３２Ｂ 第１外側シール面
３３ 内側固定部材（一方側部材、内側部材）
３３Ａ すきま
３３Ｂ 第２内側シール面
３３Ｃ 内側カップ部（液体カップ部）
３３Ｄ 内側流路（液体流路）
３３Ｇ ガス抜き孔
３４ 外側固定部材（外側部材）
３４Ａ すきま
３４Ｂ 第２外側シール面
３４Ｃ 外側カップ部
３４Ｄ 外側流路（気体流路）
８２ 回転機器
８２Ａ ステーター
８２Ｂ ローター
８２Ｃ ソケット
８２Ｄ ソケット
８３ 第１の流路
８３Ａ 円環流路
８４ 第２の流路
８４Ａ 円環流路
８５ 第３の流路
９０ 設備
９０Ａ 壁
９０Ｂ 貫通孔
９１ 原動機
９１Ａ シャフト
９１Ｂ 負荷
９１Ｃ 本体部分
９２ 回転機器
９２Ａ ステーター
９２Ｂ ローター
９２Ｃ ソケット
９２Ｄ ソケット
９２Ｅ 端部
９２Ｆ いもねじ
９２Ｇ 位置決めボルト
９２Ｈ 溝
９３ 第１の流路
９３Ａ 円環流路
９４ 第２の流路
９４Ａ 円環流路
９５ 第３の流路

Claims (6)

1. ステーターに対してローターが相対回転する回転機器に備えられるすきま型回転メカニカルシールにおいて、
   前記ローターの外周面を取り巻くように設けられた内側回転部材と、
   前記内側回転部材の外周面を取り巻くように設けられた外側回転部材と、
   前記ステーターに設けられて、前記内側回転部材と互いに対向する内側固定部材と、
   前記ステーターに設けられて、前記外側回転部材と互いに対向する外側固定部材と、
   前記内側回転部材において、前記内側固定部材に対向する部分の表面をなす第１内側シール面と、
   前記内側固定部材において、前記第１内側シール面に対向する部分の表面をなす第２内側シール面と、
   前記外側回転部材において、前記外側固定部材に対向する部分の表面をなす第１外側シール面と、
   前記外側固定部材において、前記第１外側シール面に対向する部分の表面をなす第２外側シール面と、
   前記第１内側シール面および前記第２内側シール面の一方に、他方の側を向いて開口した穴をなして設けられる内側カップ部と、
   前記第１外側シール面および前記第２外側シール面の一方に、他方の側を向いて開口した穴をなして設けられる外側カップ部と、
   前記内側カップ部に接続されて、当該内側カップ部の穴の中に第１の流体を供給することで、前記内側カップ部の穴内における前記第１の流体の流体圧である第１流体圧をより大きくすることを実現させる流体供給路である内側流路と、
   前記外側カップ部に接続されて、当該外側カップ部の穴の中に第２の流体を供給することで、前記外側カップ部の穴内における前記第２の流体の流体圧である第２流体圧をより大きくすることを実現させる流体供給路である外側流路と、
   前記内側流路内の前記第１の流体をコントロールし、もって前記第１流体圧を調整すること、および、前記外側流路内の前記第２の流体をコントロールし、もって前記第２流体圧を調整することを実現させる調整装置と、
   を備え、
   前記第１の流体および前記第２の流体は、その一方が液体であり、他方が気体である、
   すきま型回転メカニカルシール。
2. 請求項１に記載されたすきま型回転メカニカルシールであって、
   前記内側回転部材および前記内側固定部材のうちのいずれか一方である内側部材と、
   前記外側回転部材および前記外側固定部材のうちのいずれか一方であって、前記内側部材の外周面に隣りあうように設けられた外側部材と、
   を備え、
   前記内側流路および前記外側流路のうち、前記液体を流体として供給する流体供給路とされる液体流路が、前記外側部材の内周面と前記内側部材の外周面とによって構成されている、
   すきま型回転メカニカルシール。
3. 請求項１または請求項２に記載されたすきま型回転メカニカルシールであって、
   前記内側流路および前記外側流路のうちのいずれか一方であって、前記液体を流体として供給する流体供給路とされる液体流路と、
   前記内側流路および前記外側流路のうちのいずれか一方であって、前記気体を流体として供給する流体供給路とされる気体流路と、
   を備え、
   前記調整装置は、前記液体の流体圧である液圧を、前記気体の流体圧であるガス圧よりも高圧となるように調整し、
   前記液体が、前記気体中にて気化可能な物質である、
   すきま型回転メカニカルシール。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１項に記載されたすきま型回転メカニカルシールであって、
   前記第１の流体が前記液体であり、
   前記第２の流体が前記気体である、
   すきま型回転メカニカルシール。
5. 請求項１または請求項２に記載されたすきま型回転メカニカルシールであって、
   前記内側流路および前記外側流路のうちのいずれか一方であって、前記液体を流体として供給する流体供給路とされる液体流路と、
   前記内側流路および前記外側流路のうちのいずれか一方であって、前記気体を流体として供給する流体供給路とされる気体流路と、
   を備え、
   前記調整装置は、前記液体の流体圧である液圧を、前記気体の流体圧であるガス圧よりも低圧となるように調整し、
   前記液体流路には、当該液体流路内の前記液体に前記気体が混入した場合に、当該気体を前記液体流路外に逃がすガス抜き孔が付設されている、
   すきま型回転メカニカルシール。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載されたすきま型回転メカニカルシールであって、
   前記内側流路および前記外側流路のうちのいずれか一方であって、前記液体を流体として供給する流体供給路とされる液体流路と、
   前記内側カップ部および前記外側カップ部のうちのいずれか一方であって、前記液体流路から前記液体の供給を受ける液体カップ部と、
   前記内側回転部材、前記内側固定部材、前記外側回転部材、および、前記外側固定部材のうちのいずれかであって、前記液体カップ部が設けられる一方側部材と、
   前記内側回転部材、前記内側固定部材、前記外側回転部材、および、前記外側固定部材のうちのいずれかであって、前記一方側部材と互いに対向して前記液体カップ部の開口をふさぐ他方側部材と、
   を備え、
   前記他方側部材において前記液体カップ部の開口をふさぐ部分には、前記一方側部材と前記他方側部材とを離間させる方向に対して傾斜した壁面を有する凹部が設けられている、
   すきま型回転メカニカルシール。

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