JP2578222B2

JP2578222B2 - Static pressure seal

Info

Publication number: JP2578222B2
Application number: JP28180489A
Authority: JP
Inventors: 興二竹下; 昭博川口; 達道花田; 積徳榊原; 守西川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH03144173A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は各種高圧ポンプ用シールに利用できる静圧シ
ールに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a static pressure seal that can be used for various high-pressure pump seals.

（従来の技術）従来より用いられている静圧シールは、第２図にその
片断面図として示すように、フエースプレート（１）
と、リテーナ（３）とリングクランプ（５）と、これら
を組立て締結するボルト（７）、各部材間からの漏れを
防止する側面Ｏリング（16）と背面Ｏリング（17）とで
構成されるリングと、同様にフエースプレート（２）と
リテーナ（３）と、リングクランプ（５）とこれらを組
立て締結するボルト（７）との各部材間からの漏れを防
止する側面Ｏリング（16）と背面Ｏリング（17）とで構
成されるランナで静圧シールを構成している。なお図中
（４）はインサート、（８）はＯリング、（９）は回り
止めピン、（11）は支持台、（12）はスリツパシール、
（13）は回転軸を示す。(Prior Art) Conventionally used static pressure seals have a face plate (1) as shown in FIG.
, A retainer (3), a ring clamp (5), a bolt (7) for assembling and fastening these, a side O-ring (16) and a back O-ring (17) for preventing leakage from between the members. O-ring (16) for preventing leakage from each other between the ring, the face plate (2), the retainer (3), the ring clamp (5) and the bolt (7) for assembling and fastening them. A static pressure seal is constituted by a runner composed of the rear O-ring (17). In the figure, (4) is an insert, (8) is an O-ring, (9) is a detent pin, (11) is a support base, (12) is a slipper seal,
(13) shows a rotation axis.

ここでフエートスプレート（１）（２）の相対するシ
ール面はテーパ（またはステツプ）を設け、この微小隙
間（20）を高圧流体（14）が低圧側（15）へ流れるとき
の流体の圧力分布により微小隙間（20）が小さくなると
圧力分布の平均圧力が大きくなり、また微小隙間（20）
が大きくなると平均圧力が小さくなること、即ちフイル
ム剛性を有することを利用して微小隙間（20）を保持
し、非接触で微小隙間（20）からの流体を抑えるよう設
計されている。そして、静圧シールの微小隙間（20）の
フイルム剛性は比較的大きく、微小隙間（20）を保持す
る能力は、非常に優れているが、微小隙間（20）そのも
のが10〜20μｍと非常に小さく微小隙間（20）のフイル
ム剛性は大きいにもかかわらず隙間の絶対値が１〜２μ
ｍと僅かの値変化しただけでもこの微小隙間（20）から
の流体は微小隙間（20）の値の３乗に比例するため大き
な流量の変化を生じる特性を有している。Here, the opposed sealing surfaces of the face plates (1) and (2) are provided with a taper (or step), and the pressure of the fluid when the high-pressure fluid (14) flows to the low-pressure side (15) passes through the minute gap (20). If the minute gap (20) becomes smaller due to the distribution, the average pressure of the pressure distribution will increase, and the minute gap (20)
It is designed to maintain the small gap (20) by utilizing the fact that the average pressure becomes smaller as the value becomes larger, that is, having film rigidity, and to suppress the fluid from the small gap (20) in a non-contact manner. The film rigidity of the small gap (20) of the static pressure seal is relatively large, and the ability to hold the small gap (20) is very excellent, but the very small gap (20) itself is very small, 10 to 20 μm. Despite the small and small gap (20) having high film rigidity, the absolute value of the gap is 1-2 μm.
Fluid from the minute gap (20) is proportional to the cube of the value of the minute gap (20) even if the value slightly changes to m.

そのため微小隙間（20）を流れる流体の速度は高圧流
体（14）と低圧側（15）との差圧によりかなりの速さに
なるためシール面がエロージヨン等で損傷しないようフ
エースプレート（１）（２）はセラミツクス製となって
おり、リテーナ（３）リングクランプ（５）は金属製で
製作されている。Therefore, the velocity of the fluid flowing through the minute gap (20) becomes considerably high due to the pressure difference between the high-pressure fluid (14) and the low-pressure side (15), so that the face plate (1) ( 2) is made of ceramics, and the retainer (3) and the ring clamp (5) are made of metal.

（発明が解決しようとする課題）上述した従来の静圧シールは、リングとライナとの材
質の線膨脹係数や弾性率の異なるリテーナおよびリング
クランプをボルトで締付けているため昇圧，降圧時ある
いは温度変化時には第３図に示すようにフエースプレー
ト（２）とリテーナ（３）及びフエースプレート（２）
とリングクランプ（５）の接触部（18）で摩擦が生じ、
この摩擦力によりフエースプレート（１）（２）やリテ
ーナ（３）等の変形量が僅かであるが変化し、これがフ
エースプレート（１）（２）のシール面を形成している
テーパ量変化へとつながり、これによって微小隙間（2
0）の流量が変化する。さらに長時間使用により側面Ｏ
リング（16）や背面Ｏリング（17）はゴム製であるため
に経年劣化し、流量特性が変化するというような課題が
ある。(Problems to be Solved by the Invention) In the above-described conventional static pressure seal, a retainer and a ring clamp having different linear expansion coefficients and elastic moduli of the material of the ring and the liner are tightened with bolts, so that the pressure is raised or lowered or the temperature is increased. At the time of change, as shown in FIG. 3, the face plate (2), the retainer (3) and the face plate (2)
Friction occurs at the contact portion (18) between the ring clamp (5) and
Due to this frictional force, the deformation amount of the face plates (1) and (2) and the retainer (3) is slightly changed, and this changes to the change of the taper amount forming the sealing surfaces of the face plates (1) and (2). To the small gap (2
The flow rate of 0) changes. Further use for longer side
Since the ring (16) and the back O-ring (17) are made of rubber, there is a problem that they deteriorate over time and the flow characteristics change.

本発明はかかる現状に鑑み提案されたものであって温
度や圧力が変化しても微小間隙の流量は所定の値に対し
変化が生じなく、又、経年劣化のない静圧シールを提供
することを目的とする。The present invention has been proposed in view of the above situation, and provides a static pressure seal in which the flow rate of a minute gap does not change from a predetermined value even if the temperature or pressure changes, and which does not deteriorate over time. With the goal.

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するための本発明の構成を実施例に
対応する第１図を用いて説明すると本発明は回転軸（1
3）に取付けられたランナ（32）と、該ランナ（32）に
相対してハウジング（10）に固定のインサート（４）に
保持されるリング（31）とより成り、これらランナ（3
2）とリング（31）とのシール面がテーパ状に加工され
た静圧シールにおいて、前記ランナ（32）と前記リング
（31）とを各々のシール面側に近い外周を小径とした外
周に段差部を有するセラミツク一体形に形成し、その大
径側の外周から側面にかけて包むリテーナ（33）を嵌挿
すると共にその小径側の外周にリングクランプ（35）を
嵌挿し、該リングクランプ（35）と前記リテーナ（33）
とを弾性体を介して連結すると共に前記各リテーナ（3
3）を回り溜めピン（39）を介してそれぞれ前記回転軸
（13）と前記インサート（４）とに取付けたことを特徴
とする。(Means for Solving the Problems) The configuration of the present invention for achieving the above object will be described with reference to FIG. 1 corresponding to the embodiment.
A runner (32) attached to the runner (3) and a ring (31) held by an insert (4) fixed to the housing (10) relative to the runner (32);
2) In a hydrostatic seal in which the sealing surface between the ring (31) and the ring (31) is formed into a tapered shape, the runner (32) and the ring (31) are formed on the outer circumference with the outer circumference close to the respective sealing faces being reduced in diameter. The retainer (33), which is formed integrally with the ceramic having a stepped portion and is wrapped from the outer periphery on the large diameter side to the side surface, is inserted and a ring clamp (35) is inserted on the outer periphery on the small diameter side. ) And the retainer (33)
Are connected via an elastic body, and each of the retainers (3
3) is attached to the rotating shaft (13) and the insert (4) via a whirlpool pin (39), respectively.

（作用）そして本発明は上記の手段によりリング（31）及びラ
ンナ（32）を保持するリテーナ（33）およびリングクラ
ンプ（35）は背面Ｏリングや側面Ｏリングを設けていな
いためセラミツク一体形のシール部材の全周面に均一な
高圧流体が与えられ、このためリング（31）及びランナ
（32）はそれぞれ単体で高圧流体と低圧流体の差圧を受
けられ、さらにリテーナ（33）とリングクランプ（35）
とは弾性体を介して連結されているため流体の圧力や温
度が変化してもセラミツクスシールのランナ（32）とリ
ング（31）との単体で受け部材間の摩擦力はほとんど生
じない。(Operation) According to the present invention, the retainer (33) and the ring clamp (35) for holding the ring (31) and the runner (32) by the above-described means have no back O-ring or side O-ring, and therefore have a ceramic integrated type. A uniform high-pressure fluid is applied to the entire peripheral surface of the seal member, so that the ring (31) and the runner (32) receive the pressure difference between the high-pressure fluid and the low-pressure fluid alone, and furthermore, the retainer (33) and the ring Clamp (35)
Is connected via an elastic body, so that even if the pressure or temperature of the fluid changes, the frictional force between the receiving members by the runner (32) and the ring (31) alone of the ceramic seal hardly occurs.

（実施例）以下本発明の一実施例を第１図に基づいて説明すると
（31）はリング（32）はランナを示し、これらリング
（31）とランナ（32）とはそのシール面側に近い外周を
小径とした外周に段差部を有するセラミツク一体形に形
成し、その大径側の外周から側面にかけて包むリテーナ
（33）を嵌挿すると共にその小径側の外周にリングクラ
ンプ（35）を嵌挿し、該リングクランプ（35）と前記リ
テーナ（33）とはスプリング（36）を組込んだクランプ
ボルト（37）で連結すると共に前記リング（31）側のリ
テーナ（33）はハウジング（10）に固定のインサート
（４）に回り止めピン（39）を介して取付け、又、前記
ランナ（32）側のリテーナ（33）は回転軸（13）に回り
止めピン（39）を介して取付けられている。図中（８）
はＯリング、（11）は支持台、（12）はスリツパシー
ル、（14）は高圧流体、（15）は低圧流体、（20）は微
小隙間を示す。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to Fig. 1. (31) shows a ring (32) showing a runner, and the ring (31) and the runner (32) are provided on the sealing surface side. A ceramic is integrally formed with a stepped portion on the outer periphery having a smaller diameter on the near outer periphery, and a retainer (33) wrapped from the outer periphery on the large diameter side to the side surface is inserted and a ring clamp (35) is attached on the outer periphery on the small diameter side. The ring clamp (35) and the retainer (33) are connected by a clamp bolt (37) incorporating a spring (36), and the retainer (33) on the ring (31) side is a housing (10). The retainer (33) on the runner (32) side is attached to the rotating shaft (13) via a detent pin (39). ing. (8) in the figure
Indicates an O-ring, (11) indicates a support, (12) indicates a slipper seal, (14) indicates a high-pressure fluid, (15) indicates a low-pressure fluid, and (20) indicates a minute gap.

かくて静圧シールとして機能する部材はリング（31）
とランナ（32）との一対のセラミツクシールであり、リ
テーナ（33）やリングクランプ（35）は単にリング（3
1）とランナ（32）とを組込，分解する際ハウジング（1
0）等の他の部材に接触させた際セラミツクが割れた
り、欠けたりすることを防止する。The member that functions as a static pressure seal is a ring (31)
And a runner (32). The retainer (33) and the ring clamp (35) are simply a ring (3).
When assembling and disassembling the runner (32) with the
0) Prevents the ceramic from cracking or chipping when it comes into contact with other members.

（発明の効果）このように本発明によるときは、ランナとリングとは
各々のシール面に近い外周を小径とした外周に段差部を
有するセラミツク一体形に形成してその大径側の外周か
ら側面にかけて包むリテーナを嵌挿すると共にその小径
側の外周にリングクランプを嵌挿してこれらリテーナと
リングプレートとを弾性体を介して連結すると共に、前
記各リテーナを回り止めピンを介して、それぞれ回転軸
とハウジングに固定のインサートとに取付けたものであ
るから、線膨脹係数の異なるセラミツクシールのランナ
及びリングとこれを保持するリテーナおよびリングクラ
ンプは各々独立しており、セラミツクシールのランナ及
びリング単体で流体差圧ならびに温度変化を受けるため
従来の静圧シールのような部材間の摩擦による流体漏洩
量の変化はなくなり、さらに側面Ｏリングや背面Ｏリン
グは不要となるため経年劣化のない長寿命の静圧シール
を得ることができる効果を有する。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the runner and the ring are formed as a ceramic integrated type having a step portion on the outer circumference with the outer circumference near each seal surface being reduced in diameter, and from the outer circumference on the larger diameter side. A retainer to be wrapped over the side surface is inserted and a ring clamp is inserted into the outer periphery on the small diameter side to connect the retainer and the ring plate via an elastic body. Since it is attached to the shaft and the insert fixed to the housing, the runners and rings of the ceramic seals having different linear expansion coefficients and the retainers and ring clamps holding them are independent, and the runners and rings of the ceramic seal alone are independent. Of the fluid leakage due to friction between members such as the conventional static pressure seal There is no change, and the side O-ring and the back O-ring are not required, so that there is an effect that a long-life static pressure seal without deterioration over time can be obtained.

[Brief description of the drawings]

第１図は本発明の一実施例を示す半截断面図、第２図は
従来例を示す半截断面図、第３図は第２図の摩擦発生説
明図である。（４）……インサート、（10）……ハウジング、（13）
……回転軸、（31）……リング、（32）……ランナ、
（33）……リテーナ、（35）……リングクランプ、（3
9）……回り止めピン。FIG. 1 is a half sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a half sectional view showing a conventional example, and FIG. 3 is an explanatory diagram of friction generation in FIG. (4) ... insert, (10) ... housing, (13)
… Rotating shaft, (31)… Ring, (32)… Runner,
(33) Retainer, (35) Ring clamp, (3
9) Lock pin.

フロントページの続き (72)発明者榊原積徳兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者西川守兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内 (56)参考文献特開昭52−109068（ＪＰ，Ａ) 特公昭48−4813（ＪＰ，Ｂ１)Continued on the front page (72) Inventor Sakokubara Sakakibara 2-1-1 Shinama, Arai-machi, Takasago City, Hyogo Prefecture Inside Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Research Laboratory (72) Inventor Mamoru Nishikawa 2-1-1, Arai-machi Shinhama, Takasago-shi, Hyogo Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Works (56) References JP-A-52-109068 (JP, A) JP-B-48-4813 (JP, B1)

Claims

(57) [Claims]

1. A static runner comprising: a runner attached to a rotating shaft; and a ring held by an insert fixed to a housing relative to the runner. The seal surface between the runner and the ring is tapered. In the pressure seal, the runner and the ring are formed integrally with a ceramic having a stepped portion on the outer periphery having a small diameter on the outer periphery close to each seal surface side, and a retainer for wrapping from the outer periphery on the large diameter side to the side surface is inserted. At the same time, a ring clamp is inserted into the outer periphery on the small diameter side, the ring clamp and the retainer are connected via an elastic body, and each of the retainers is connected to the rotating shaft and the insert via a detent pin. A static pressure seal characterized by being attached.