JP2545728Y2 - Mechanical seal for cryogenic liquid - Google Patents

Mechanical seal for cryogenic liquid

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JP2545728Y2
JP2545728Y2 JP530291U JP530291U JP2545728Y2 JP 2545728 Y2 JP2545728 Y2 JP 2545728Y2 JP 530291 U JP530291 U JP 530291U JP 530291 U JP530291 U JP 530291U JP 2545728 Y2 JP2545728 Y2 JP 2545728Y2
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亮丞 長
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は、例えば液体酸素、液体
窒素、液体アルゴン等の極低温液体を密封対象とするメ
カニカルシールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical seal for sealing a cryogenic liquid such as liquid oxygen, liquid nitrogen or liquid argon.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、極低温液体用メカニカルシー
ルとして、図3に示すようなものがある。すなわちこの
メカニカルシールは、機体のハウジング101に挿通さ
れた回転軸102と一体に回転する超硬合金製のメイテ
ィングリング103の端面に対し、ハウジング101に
気密的に固定されるケース104に金属ベローズ105
を介して弾性的に支持されたカーボン製シールリング1
06の先端の摺動突起部106aが気密摺接して軸封機
能を営み、その外周空間に存在する液体酸素等の極低温
液体Lが軸周から漏れるのを阻止するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a mechanical seal for a cryogenic liquid as shown in FIG. In other words, the mechanical seal is provided with a metal bellows on a case 104 which is airtightly fixed to the housing 101 with respect to an end surface of a cemented carbide mating ring 103 which rotates integrally with a rotating shaft 102 inserted into a housing 101 of the fuselage. 105
Seal ring 1 elastically supported via
The sliding projection 106a at the tip of the reference numeral 06 performs a shaft sealing function by airtight sliding contact, and prevents the cryogenic liquid L such as liquid oxygen existing in the outer peripheral space from leaking from the shaft circumference.

【0003】[0003]

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記従来構造
の極低温液体用メカニカルシールは、ベローズ105及
びシールリング106が振動等により径方向に偏位する
と、金属からなる前記ベローズ105の内周縁が回転軸
102の外周面と接触して破損したり火花が生じる危険
がある。
However, in the mechanical seal for cryogenic liquid having the above-mentioned conventional structure, when the bellows 105 and the seal ring 106 are displaced in the radial direction due to vibration or the like, the inner peripheral edge of the bellows 105 made of metal is formed. There is a risk that the rotating shaft 102 may be damaged by contact with the outer peripheral surface thereof or sparks may be generated.

【0004】また、超硬合金製メイティングリング10
3との摺動によってカーボン製シールリング106の摺
動突起部106aが摩滅した後も継続使用すると、この
シールリング106の摩耗は、ベローズ105が自由長
に伸長するまで進行しようとするので、その過程で、ベ
ローズ105の自由端にシールリング106を嵌着保持
している金属製リテーナ107が超硬合金製のメイティ
ングリング103と金属接触して急激に摺動負荷が大き
くなり、リテーナ107を含むシールリング106の飛
散及びこれに伴うベローズ105の破損によって極低温
液体Lが突発的に大量に漏洩したり、あるいは発火とい
った事態が生じる恐れがあった。
[0004] Further, a cemented carbide mating ring 10
If the sliding projection 106a of the carbon-made seal ring 106 is worn out due to sliding with the third ring 3, the wear of the seal ring 106 tends to progress until the bellows 105 extends to a free length. In the process, the metal retainer 107 that fits and holds the seal ring 106 at the free end of the bellows 105 comes into metallic contact with the cemented carbide mating ring 103, and the sliding load increases rapidly. The cryogenic liquid L may suddenly leak in large quantities, or a situation such as ignition may occur due to the scattering of the seal ring 106 including the seal ring 106 and the damage of the bellows 105 accompanying the scattering.

【0005】本考案は、このような問題に鑑み、回転軸
との接触による金属製ベローズの破損及びカーボン製シ
ールリングの過度の摩耗による金属製リテーナと超硬合
金製メイティングリングの接触を防止して、安全性を高
めた極低温液体用メカニカルシールを提供するものであ
る。
In view of the above problems, the present invention prevents the metal bellows from being damaged by contact with the rotating shaft and the metal retainer from contacting with the cemented carbide mating ring due to excessive wear of the carbon seal ring. Thus, a mechanical seal for a cryogenic liquid with improved safety is provided.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本考案の極低温液体用メカニカルシールは、ケース
側に、ベローズの内周空間からシールリングの内周空間
にかけて延びるバッフルスリーブを固定し、シールリン
グの内周に位置するバッフルスリーブの先端に外径側へ
突出した屈曲部を設ける一方、リテーナの後端フランジ
部の内径端を、シールリングの内周から前記屈曲部の外
径端よりも内径位置まで延設し、シールリングに形成し
たメイティングリングとの摺動突起部の軸方向高さより
も、前記屈曲部とリテーナの後端フランジ部内径端の対
向面間の軸方向距離を小さく設定したものである。
In order to solve the above problems, a mechanical seal for a cryogenic liquid according to the present invention has a baffle sleeve extending from an inner peripheral space of a bellows to an inner peripheral space of a seal ring on a case side. At the tip of the baffle sleeve located on the inner periphery of the seal ring, a bent portion protruding to the outer diameter side is provided, while the inner diameter end of the rear end flange portion of the retainer is moved from the inner periphery of the seal ring to the outer diameter end of the bent portion. Than the axial height of the sliding protrusion with the mating ring formed on the seal ring, extending to the inner diameter position, and the axial distance between the bent surface and the opposing surface of the inner end of the rear flange end of the retainer. Is set to be small.

【0007】[0007]

【作用】上記構成において、バッフルスリーブは金属製
ベローズの内周縁が回転軸の外周面に接触するのを防止
するもので、超硬合金製メイティングリングとの摺動に
よってカーボン製シールリングの摺動突起部の摩耗が進
行するのに伴い、金属製リテーナの後端フランジ部内径
端と、前記バッフルスリーブ先端の屈曲部との対向面間
の距離が漸次狭まり、やがて両者が干渉する。この時点
で、金属製ベローズからシールリングへの軸方向付勢力
は遮断され、前記摺動突起部の摩耗の進行が止まる。
In the above construction, the baffle sleeve prevents the inner peripheral edge of the metal bellows from contacting the outer peripheral surface of the rotating shaft, and slides on the carbon seal ring by sliding with the cemented carbide mating ring. As the wear of the dynamic projections progresses, the distance between the opposing surfaces of the inner end of the rear flange portion of the metal retainer and the bent portion of the front end of the baffle sleeve gradually decreases, and the two eventually interfere. At this point, the axial biasing force from the metal bellows to the seal ring is cut off, and the wear of the sliding protrusion is stopped.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本考案の極低温液体用メカニカルシー
ルの一実施例を、図1及び図2を参照しながら説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the mechanical seal for a cryogenic liquid according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0009】図において、1は機体のハウジング、2は
このハウジング1の軸孔に挿通された回転軸で、本実施
例のメカニカルシールは、回転軸2の外周面に気密的に
装着されキー3でこの回転軸2との相対的な回転を阻止
された超硬合金製のメイティングリング4と、ハウジン
グ1側に金属製ベローズ5を介して弾性的に支持されて
前記メイティングリング4に摺接するカーボン製のシー
ルリング6とを備えている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a housing of the body, and 2 denotes a rotary shaft inserted through a shaft hole of the housing 1. The mechanical seal of this embodiment is mounted on the outer peripheral surface of the rotary shaft 2 in an airtight manner, and a key 3 is provided. And a mating ring 4 made of cemented carbide, which is prevented from rotating relative to the rotating shaft 2. The mating ring 4 is elastically supported by the housing 1 via a metal bellows 5 and slides on the mating ring 4. And a carbon-made seal ring 6 in contact therewith.

【0010】金属製ベローズ5の固定端5aには環状の
アダプタ7が設けられていて、このアダプタ7が、ハウ
ジング1内周の嵌合部にOリング9を介して嵌着される
ケース10の後端フランジ部10aに気密固定され、ま
た金属製ベローズ5の自由端5bには後端フランジ部8
1とその外径から軸方向に延びる外径支持部82とから
なる金属製の環状のリテーナ8が設けられ、シールリン
グ6はこのリテーナ8内に嵌合保持されている。
An annular adapter 7 is provided at the fixed end 5 a of the metal bellows 5, and the adapter 7 is attached to a fitting portion on the inner periphery of the housing 1 via an O-ring 9. The free end 5b of the metal bellows 5 is airtightly fixed to the rear end flange 10a, and the rear end flange 8 is attached to the free end 5b.
An annular retainer 8 made of metal, comprising an outer diameter supporting portion 82 extending in the axial direction from the outer diameter of the seal ring 1, is provided. The seal ring 6 is fitted and held in the retainer 8.

【0011】シールリング6のメイティングリング4と
の対向面には、軸方向に対して互いに同一の高さであっ
てかつ互いに同心の円周状に延びる二重の摺動突起部6
1,62が設けられ、このうち外周側摺動突起部61に
は、径方向に貫通した所要数の切欠63が設けられてい
る。また、シールリング6と対向するメイティングリン
グ4の端面には、前記両摺動突起部61,62の間64
と対応して、環状溝41が設けられ、さらにこの溝41
内からメイティングリング4の外周面へ向けて所要数の
放射孔42が貫設されている。
On the surface of the seal ring 6 facing the mating ring 4, double sliding projections 6 extending at the same height in the axial direction and extending concentrically with each other are provided.
1, 62 are provided, and a required number of notches 63 penetrating in the radial direction are provided in the outer peripheral side sliding protrusion 61. In addition, an end face of the mating ring 4 facing the seal ring 6 is provided between the sliding protrusions 61 and 62.
Correspondingly, an annular groove 41 is provided.
A required number of radiation holes 42 penetrate from the inside toward the outer peripheral surface of the mating ring 4.

【0012】11はアダプタ7の内周に固定されて軸方
向に延び、金属製ベローズ5の内周空間からシールリン
グ6の内周位置に達するバッフルスリーブで、金属製ベ
ローズ5の偏心やたわみによって、該ベローズ5の内周
縁が回転軸2の外周面に接触して損傷するのを防止して
いる。また、12は反メイティングリング側へ向けて漸
次小径になるテーパ状のPTFE製ダンパで、大径側の
端部がケース10に固定されるとともに、内周面がリテ
ーナ8の後端フランジ部81の外周縁に弾性的に当接し
て、シールリング6の偏心を抑えている。
Reference numeral 11 denotes a baffle sleeve which is fixed to the inner periphery of the adapter 7 and extends in the axial direction, and reaches from the inner peripheral space of the metal bellows 5 to the inner peripheral position of the seal ring 6 due to eccentricity or bending of the metal bellows 5. The inner peripheral edge of the bellows 5 is prevented from contacting the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 and being damaged. Reference numeral 12 denotes a tapered PTFE damper whose diameter gradually decreases toward the anti-mating ring side. The large-diameter end is fixed to the case 10 and the inner peripheral surface is formed at the rear end flange of the retainer 8. The eccentricity of the seal ring 6 is suppressed by elastically contacting the outer peripheral edge of the seal ring 6.

【0013】バッフルスリーブ11の先端には、外径側
へ突出した屈曲部13が設けられている一方、リテーナ
8の後端フランジ部81の内径端81aは、シールリン
グ6の内周から突出して、前記屈曲部13の外径端より
も内径位置まで延びており、前記内径端81aと屈曲部
13の対向面間の軸方向距離Aは、前記両摺動突起部6
1,62の軸方向高さBよりも小さく設定されている。
A bent portion 13 protruding toward the outer diameter side is provided at the tip of the baffle sleeve 11, while the inner diameter end 81 a of the rear end flange portion 81 of the retainer 8 projects from the inner periphery of the seal ring 6. The axial distance A between the inner diameter end 81a and the opposing surface of the bent portion 13 is larger than the outer diameter end of the bent portion 13 by an axial distance A.
It is set smaller than the axial heights B of 1,62.

【0014】以上の構成において、メイティングリング
4が回転軸2と一体に回転すると、このメイティングリ
ング4に設けた放射孔42のポンピング作用によって、
メカニカルシール外周の極低温液体Lは切欠63から両
摺動突起部61,62の間の空間64、環状溝41を経
由して前記放射孔42から再びメカニカルシール外周へ
還流されるので、両摺動突起部61,62が冷却・潤滑
されて耐摩耗性が高いものとなっている。
In the above configuration, when the mating ring 4 rotates integrally with the rotating shaft 2, the pumping action of the radiation hole 42 provided in the mating ring 4 causes
Space 64 between the mechanical seal the outer periphery of the cryogenic liquid L Both slides from the notch 63 projecting portions 61 and 62, since it is again returned to the mechanical seal periphery from the radiation hole 42 through the annular groove 41, both sliding The dynamic projections 61 and 62 are cooled and lubricated to have high wear resistance.

【0015】ここで、長期使用によってカーボン製シー
ルリング6の摺動突起61,62が摩耗して行くと、ベ
ローズ5で付勢されているシールリング6がこの摩耗の
進行に伴ってメイティングリング4側へ追随移動するの
で、金属製リテーナ8の後端フランジ部81の内径端8
1aと、バッフルスリーブ11先端の屈曲部13との対
向面間の距離Aが漸次狭まって行く。この距離Aは、摺
動突起部61,62の軸方向高さBよりも小さいことか
ら、摺動突起部61,62が摩滅する以前に前記内径端
81aと屈曲部13は軸方向に干渉し、この時点でメイ
ティングリング4側へのシールリング6の追随移動は阻
止され、メイティングリング4に対するシールリング6
の摺動突起部62の面圧が零となるので、漏れ量が増加
するが、摺動突起部61,62の摩耗の進行は阻止され
るので、金属製リテーナ8の外径支持部82と超硬合金
製メイティングリング4との金属接触は起こり得ない。
なお、図示の例のように、シールリング6の外径寸法を
メイティングリング4の外径寸法よりも大きくし、かつ
ダンパ12によってシールリング6の偏心を抑制するこ
とも、金属製リテーナ8の外径支持部82と超硬合金製
メイティングリング4との金属接触を防止する上で有効
である。
Here, when the sliding projections 61 and 62 of the carbon seal ring 6 are worn out over a long period of use, the seal ring 6 urged by the bellows 5 causes the mating ring to move as the wear progresses. 4, the inner diameter end 8 of the rear end flange portion 81 of the metal retainer 8.
The distance A between the surface 1a and the opposing surface of the bent portion 13 at the tip of the baffle sleeve 11 gradually decreases. Since this distance A is smaller than the axial height B of the sliding protrusions 61 and 62, the inner end 81a and the bent portion 13 interfere with each other in the axial direction before the sliding protrusions 61 and 62 are worn out. At this point, the follow-up movement of the seal ring 6 toward the mating ring 4 is prevented, and the seal ring 6
Since the surface pressure of the sliding protrusions 62 becomes zero, the amount of leakage increases, but the progress of wear of the sliding protrusions 61 and 62 is prevented, so that the outer diameter supporting portion 82 of the metal retainer 8 is Metal contact with the cemented carbide mating ring 4 cannot occur.
As shown in the example of the drawing, the outer diameter of the seal ring 6 is made larger than the outer diameter of the mating ring 4 and the eccentricity of the seal ring 6 is suppressed by the damper 12. This is effective in preventing metal contact between the outer diameter supporting portion 82 and the cemented carbide mating ring 4.

【0016】[0016]

【考案の効果】以上、本考案の極低温液体用メカニカル
シールによると、金属製ベローズの内周縁が回転軸の外
周面に接触するのをバッフルスリーブで防止するととも
に、カーボン製シールリングの摺動突起部の摩耗が一定
量に達した時点で、金属製リテーナの後端フランジ部内
径端と、前記バッフルスリーブ先端の屈曲部が軸方向に
干渉して前記摺動突起部の摩耗の進行を阻止するので、
超硬合金製メイティングリングと金属製リテーナが接触
することによるリテーナとシールリングの飛散及びベロ
ーズの破損、あるいは発火といった突発的な事故の発生
を防止することができる。
As described above, according to the mechanical seal for cryogenic liquid of the present invention, the inner peripheral edge of the metal bellows is prevented from contacting the outer peripheral surface of the rotating shaft with the baffle sleeve, and the sliding of the carbon seal ring is performed. When the wear of the protrusion reaches a certain amount, the inner end of the rear flange portion of the metal retainer and the bent portion of the tip of the baffle sleeve interfere in the axial direction to prevent the wear of the slide protrusion from progressing. So
A sudden accident such as scattering of the retainer and the seal ring, breakage of the bellows, or fire due to contact between the cemented carbide mating ring and the metal retainer can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本考案の一実施例を示す半断面図である。FIG. 1 is a half sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】同じく要部断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an essential part of the same.

【図3】従来例を示す半断面図である。FIG. 3 is a half sectional view showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ハウジング 2 回転軸 4 メイティングリング 5 ベローズ 6 シールリング 8 リテーナ 10 ケース 11 バッフルスリーブ 13 屈曲部 61,62 摺動突起部 81 後端フランジ部 81a 内径端 L 極低温液体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Rotating shaft 4 Mating ring 5 Bellows 6 Seal ring 8 Retainer 10 Case 11 Baffle sleeve 13 Bending part 61, 62 Sliding projection part 81 Rear end flange part 81a Inner diameter end L Cryogenic liquid

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 回転側の超硬合金製メイティングリング
に摺接するカーボン製シールリングが非回転のケース内
周に設けた金属製ベローズの自由端の金属製リテーナに
保持され、極低温液体を密封対象とするメカニカルシー
ルにおいて、ケース側に、ベローズの内周空間からシー
ルリングの内周空間にかけて延びるバッフルスリーブを
固定し、シールリングの内周に位置するバッフルスリー
ブの先端に外径側へ突出した屈曲部を設ける一方、リテ
ーナの後端フランジ部の内径端を、シールリングの内周
から前記屈曲部の外径端よりも内径位置まで延設し、シ
ールリングに形成したメイティングリングとの摺動突起
部の軸方向高さよりも、前記屈曲部とリテーナの後端フ
ランジ部内径端の対向面間の軸方向距離を小さく設定し
たことを特徴とする極低温液体用メカニカルシール。
1. A carbon seal ring slidingly contacting a rotating side cemented carbide mating ring is held by a metal retainer at a free end of a metal bellows provided on an inner periphery of a non-rotating case, and a cryogenic liquid is discharged. In the mechanical seal to be sealed, a baffle sleeve that extends from the inner peripheral space of the bellows to the inner peripheral space of the seal ring is fixed to the case side, and protrudes outward at the tip of the baffle sleeve located on the inner periphery of the seal ring. While providing the bent portion, the inner diameter end of the rear end flange portion of the retainer extends from the inner periphery of the seal ring to the inner diameter position than the outer diameter end of the bent portion, and the mating ring formed on the seal ring. The axial distance between the bent portion and the opposed surface of the inner end of the rear flange portion of the retainer is set smaller than the axial height of the sliding protrusion. Mechanical seal for cryogenic liquids.
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