JP2842211B2 - Non-contact mechanical seal - Google Patents

Non-contact mechanical seal

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JP2842211B2
JP2842211B2 JP6048075A JP4807594A JP2842211B2 JP 2842211 B2 JP2842211 B2 JP 2842211B2 JP 6048075 A JP6048075 A JP 6048075A JP 4807594 A JP4807594 A JP 4807594A JP 2842211 B2 JP2842211 B2 JP 2842211B2
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retainer
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mechanical seal
retainer sleeve
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直之 北村
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NIPPON JON KUREEN KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非接触メカニカルシー
ルに係わり、更に詳しくはガスタービンやブロアー、遠
心コンプレッサ等の流体機器の軸封装置として高周速且
つ高温条件下若しくは超低温条件下で使用する非接触メ
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 non-contact mechanical seal, and more particularly to a shaft seal device for a fluid device such as a gas turbine, a blower, a centrifugal compressor or the like, which is used at a high peripheral speed and at a high temperature or at a very low temperature. Non-contact mechanical seal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、コンプレッサ等における回転軸と
ケーシング間を密封する非接触メカニカルシールは既に
提供されている。例えば、本出願人の先願に係る特開平
5−164249号公報には、回転軸に密封固定したメ
ーティングリングとシールハウジングに密封装着し且つ
押圧手段にて軸方向へ付勢したプライマリーリングとの
対面する各シール面の何れか一方のシール面に、相対的
回転方向に対して前進角を有する複数の螺旋溝を円周方
向に一定間隔で設けて封入流体をシール面間に圧送して
なる非接触メカニカルシールが提供されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a non-contact mechanical seal for sealing between a rotating shaft and a casing in a compressor or the like has already been provided. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 5-164249, filed by the applicant of the present invention, discloses a mating ring hermetically sealed on a rotating shaft and a primary ring hermetically mounted on a seal housing and urged in the axial direction by pressing means. A plurality of spiral grooves having an advancing angle with respect to the relative rotation direction are provided at regular intervals in the circumferential direction on one of the sealing surfaces facing each other, and the sealed fluid is pressure-fed between the sealing surfaces. A non-contact mechanical seal is provided.

【0003】そして、この非接触メカニカルシールは、
プライマリーリングとメーティングリングのシール面間
に中心に向かう動圧が発生し、この動圧により両シール
面間にミクロン単位のギャップを生じさせて非接触状態
を保持して高周速回転を可能にしたものである。
[0003] And, this non-contact mechanical seal,
A dynamic pressure toward the center is generated between the sealing surfaces of the primary ring and the mating ring, and this dynamic pressure creates a micron-level gap between both sealing surfaces to maintain a non-contact state and enable high peripheral speed rotation. It was made.

【0004】ここで、前記プライマリーリングは、回転
軸の軸振れや軸方向の変移に起因するメーティングリン
グの微少変移に追従し、またシール面間の動圧によるギ
ャップ形成のために、リテーナースリーブに対して軸方
向に変移可能となすとともに、その間を密封する必要が
ある。そのため、前述の公報記載のものは、リテーナー
スリーブの外周面とプライマリーリングの内周面間にO
リングを介在させているのである。また、流体機器のケ
ーシング若しくはシールハウジングとリテーナー、メー
ティングリングと固定スリーブ、回転軸と固定スリーブ
の各部材間の密封にもOリングを使用している。
Here, the primary ring follows a minute displacement of the mating ring due to axial runout of the rotating shaft or displacement in the axial direction, and a retainer sleeve for forming a gap due to dynamic pressure between the sealing surfaces. It is necessary to make it possible to displace in the axial direction with respect to, and to seal between them. Therefore, the one described in the above-mentioned publication is characterized in that the O.D.
The ring is interposed. Also, an O-ring is used for sealing between members such as a casing or a seal housing of a fluid device and a retainer, a mating ring and a fixed sleeve, and a rotating shaft and a fixed sleeve.

【0005】しかし、各部材間の密封にOリングを使用
しているので、高温での連続運転には不向きであり、P
TFE製の耐熱性Oリングを使用したとしても連続運転
に耐えられる温度は高々300℃である。特に、プライ
マリーリングとリテーナースリーブ間に用いるOリング
は、プロセス側の高圧、高温流体が直接接触し、しかも
リテーナースリーブの軸方向に絶えず摺動しながら密封
するといった最も過酷な使用環境に曝されており、機械
的強度を十分に維持する必要があることから、Oリング
が軟化しない程度の温度で使用しなければならず、その
上耐久性における安全性を考慮すれば連続運転できる上
限は200℃程度である。同様に、−100℃以下の超
低温で使用する場合には、通常のOリングでは脆くなっ
て使用に耐えられない。
However, since an O-ring is used for sealing between members, it is not suitable for continuous operation at a high temperature.
Even if a heat-resistant O-ring made of TFE is used, the temperature that can withstand continuous operation is at most 300 ° C. In particular, the O-ring used between the primary ring and the retainer sleeve is exposed to the harshest operating environment in which high-pressure, high-temperature fluid on the process side comes into direct contact and seals while constantly sliding in the axial direction of the retainer sleeve. Since the mechanical strength needs to be sufficiently maintained, the O-ring must be used at a temperature at which the O-ring does not soften. In addition, considering safety in durability, the upper limit of continuous operation is 200 ° C. It is about. Similarly, when used at an extremely low temperature of −100 ° C. or lower, ordinary O-rings become brittle and cannot be used.

【0006】そのため、高温用又は超低温用のメカニカ
ルシールでは、プライマリーリングとリテーナースリー
ブ間の密封をカーボンピストンリングで行っている。こ
のカーボンピストンリング100は、図8及び図9に示
すように、プライマリーリング101の軸方向と直交す
る端面102と、複数のコイルばねからなる押圧手段1
03のディスク104との間に位置し、該端面102に
一側面を圧接するとともに、リテーナースリーブ105
の外周面に密嵌してプライマリーリング101とリテー
ナースリーブ105間を密封するものである。その構造
は、略同形の一対の内構成リング106a,106bを
軸方向に密接し、それぞれの外周に略同形の一対の外構
成リング107a,107bを密嵌するとともに、各外
構成リング107a,107bの外周に設けた環状溝に
それぞれガータースプリング108a,108bを嵌着
して緊迫したものである。ここで、各構成リング10
6,107は、それぞれ三ヶ所に形成したスプリット1
09,…で三分割されたものであり、全てのスプリット
109が軸方向及び半径方向に重ならないように互いに
位置をずらせて組立てられている。それにより、ガータ
ースプリング108a,108bによって、内構成リン
グ106a,106bの内周摺接面110a,110b
がリテーナースリーブ105の外周面111に密接する
のである。
[0006] Therefore, in a mechanical seal for high temperature or ultra low temperature, the sealing between the primary ring and the retainer sleeve is performed by a carbon piston ring. As shown in FIGS. 8 and 9, the carbon piston ring 100 has an end face 102 orthogonal to the axial direction of a primary ring 101 and a pressing means 1 comprising a plurality of coil springs.
03, and one side thereof is pressed against the end surface 102, and the retainer sleeve 105
To tightly seal the space between the primary ring 101 and the retainer sleeve 105. The structure is such that a pair of substantially identical inner component rings 106a and 106b are closely contacted in the axial direction, and a pair of substantially identical outer component rings 107a and 107b are closely fitted on the respective outer circumferences. The garter springs 108a and 108b are fitted into the annular grooves provided on the outer periphery of the rim, respectively, and are tightened. Here, each constituent ring 10
6, 107 are splits 1 formed at three places, respectively.
., And all the splits 109 are assembled so as to be shifted from each other so as not to overlap in the axial direction and the radial direction. As a result, the inner peripheral sliding contact surfaces 110a, 110b of the inner constituent rings 106a, 106b are formed by the garter springs 108a, 108b.
Are in close contact with the outer peripheral surface 111 of the retainer sleeve 105.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の構造の
カーボンピストンリングは、内構成リングの摺接面とリ
テーナースリーブの外周面との間の摺動摩擦抵抗が大き
いので、メーティングリングに対するプライマリーリン
グの素早い追従性が損なわれる。また、実際にプライマ
リーリングとリテーナースリーブとの間の密封に寄与す
るのは、プライマリーリング側の内構成リング106a
であり、他のリングは該内構成リング106aの三つの
スプリット109,…からの漏れを防止する目地材の作
用をなすのであるが、図9の断面における十字状の接合
部での目地作用が不十分であるためOリングと比較して
漏れが多いのである。
However, the carbon piston ring having the above structure has a large sliding frictional resistance between the sliding surface of the inner ring and the outer peripheral surface of the retainer sleeve. Quick follow-up is impaired. Also, what actually contributes to the seal between the primary ring and the retainer sleeve is the internal component ring 106a on the primary ring side.
The other ring acts as a joint material for preventing leakage from the three splits 109,... Of the inner component ring 106a, but the joint action at the cross-shaped joint in the cross section of FIG. Because of the insufficiency, there is more leakage than the O-ring.

【0008】そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決
しようとするところは、非接触メカニカルシールにおい
て、プライマリーリングとリテーナースリーブ間の密封
を、耐熱性に優れたカーボンピストンリングで行うにあ
たって、リテーナースリーブに対する摺動摩擦抵抗を少
なくしてメーティングリングに対するプライマリーリン
グの追従性を確保しつつ、プロセス流体の漏れを少なく
することが可能な非接触メカニカルシールを提供する点
にある。
In view of the above situation, the present invention is to solve the problem that a non-contact mechanical seal uses a carbon piston ring having excellent heat resistance to seal between a primary ring and a retainer sleeve. It is an object of the present invention to provide a non-contact mechanical seal capable of reducing the leakage of process fluid while reducing the sliding frictional resistance to the sleeve and ensuring the followability of the primary ring to the mating ring.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、回転軸に密封固定したメーティングリング
と、シールハウジングに軸方向可動となして密封装着し
且つリテーナーに設けた押圧手段にて前記メーティング
リング側へ付勢したプライマリーリングとの両シール面
の少なくとも一方のシール面に、相対的回転方向に対し
て前進角を有する多数の螺旋溝を円周方向に形成してな
る非接触メカニカルシールであって、前記押圧手段のデ
ィスクとプライマリーリングの軸方向と直交する端面間
に、リテーナースリーブに摺動可能に密嵌したカーボン
ピストンリングを介在させ、前記リテーナースリーブが
カーボンピストンリングに近似した熱膨張率を有すると
もに、前記カーボンピストンリングは一ヶ所にスプリッ
トを形成した複数の構成リングを互いに密嵌し、外周を
ガータースプリングで緊迫するとともに、リテーナース
リーブに接触する軸方向内外縁に環状凹部を形成してな
という構成を備え
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a mating ring which is hermetically fixed to a rotating shaft, a sealing housing which is axially movable in a seal housing, and is provided on a retainer. A number of spiral grooves having an advancing angle with respect to the relative rotation direction are formed in the circumferential direction on at least one of the two sealing surfaces with the primary ring biased toward the mating ring side by means. A non-contact mechanical seal, wherein a carbon piston ring slidably fitted tightly on a retainer sleeve is interposed between an end surface of the pressing means and a disc perpendicular to the axial direction of the primary ring, and the retainer sleeve is
With a coefficient of thermal expansion close to that of a carbon piston ring
In addition, the carbon piston ring tightly fits a plurality of constituent rings forming a split in one place with each other, tightens the outer periphery with a garter spring, and forms an annular concave portion on the inner and outer edges in the axial direction that contacts the retainer sleeve. Ru a configuration of becoming.

【0010】更に、本発明の非接触メカニカルシール
は、前記カーボンピストンリングとして、リテーナース
リーブに密嵌する一対の内構成リングを軸方向に密接
し、両内構成リングの外周にわたって一つの外構成リン
グを密嵌するとともに、該外構成リングの外周をガータ
ースプリングで緊迫してなる構造、あるいはリテーナー
スリーブに密嵌する内構成リングの外周に外構成リング
を密嵌するとともに、内外構成リング一側の両側端面で
あって押圧手段のディスク側にリテーナースリーブに密
嵌する側構成リングを密接し、前記外構成リングと側構
成リングをそれぞれガータースプリングで緊迫してなる
構造を備えるものである
Furthermore, the non-contact mechanical seal of the present invention
As the carbon piston ring, a pair of inner component rings tightly fitted to a retainer sleeve are axially closely contacted, one outer component ring is closely fitted over the outer periphery of both inner component rings, and the outer The outer component ring is closely fitted to the outer periphery of the inner component ring which is tightly fitted to the retainer sleeve, and the retainer is provided on both sides of one side of the inner and outer component ring and on the disk side of the pressing means. closely side structure ring which closely fitted to the sleeve, the outer configuration ring and the side structure ring in which each comprise a structure formed by tension in the garter spring.

【0011】ここで、前記カーボンピストンリングの端
面と前記押圧手段のディスクとの間に、膨張グラファイ
トシートを介在させてなることが好ましい。
Here, it is preferable that an expanded graphite sheet is interposed between the end face of the carbon piston ring and the disk of the pressing means.

【0012】また、前記リテーナースリーブとして、カ
ーボンピストンリングに近似した熱膨張率を有するタン
グステンカーバイド、シリコンカーバイド又はそれと同
等の硬度及び熱膨張率を有するセラミックスで形成した
リテーナースリーブを用いてなることがより好ましい。
Further, the retainer sleeve may be made of tungsten carbide or silicon carbide having a coefficient of thermal expansion close to that of a carbon piston ring, or a retainer sleeve formed of ceramics having a hardness and a coefficient of thermal expansion equivalent to those. preferable.

【0013】そして、前記回転軸とメーティングリン
グ、シールハウジングとリテーナー及びリテーナーとリ
テーナースリーブの各部材間をグラファイト製ガスケッ
トで密封してなるのである。
The members between the rotating shaft and the mating ring, the seal housing and the retainer, and between the retainer and the retainer sleeve are sealed with a graphite gasket.

【0014】[0014]

【作用】以上の如き内容からなる本発明の非接触メカニ
カルシールは、メーティングリングとプライマリーリン
グの両シール面のうち少なくとも一方のシール面に形成
した螺旋溝によって、封入流体をシール面間へ圧送する
動圧を発生させ、この流体輸送作用によりシール面間に
圧送された封入流体の圧力で両シール面間にギャップを
形成して密封するので、メーティングリングとプライマ
リーリングとは非接触となって高周速回転が可能とな
り、またプライマリーリングとリテーナースリーブとの
間をカーボンピストンリングで密封するので、300〜
500℃程度の高温での連続運転が可能である。そし
て、カーボンピストンリングの各構成リングには1ヶ所
のみスプリットが形成されているので、ガータースプリ
ングの緊迫力によって弾性的に変形する程度の構造的弾
性を備え且つ該スプリットを通しての封入流体の漏れを
最小限に抑制し、更にカーボンピストンリングのリテー
ナースリーブに接触する軸方向内外縁に環状凹部を形成
したので、該リテーナースリーブの外周面との接触面積
が少なくなって軸方向への摺動摩擦抵抗が小さくなり、
もってメーティングリングに対するプライマリーリング
の追従性を確保するのである。
According to the non-contact mechanical seal of the present invention having the above-described contents, the sealed fluid is pressure-fed between the sealing surfaces by the spiral groove formed on at least one of the sealing surfaces of the mating ring and the primary ring. A dynamic pressure is generated, and a gap is formed between the sealing surfaces by the pressure of the sealed fluid pumped between the sealing surfaces by this fluid transport action, so that the mating ring and the primary ring do not contact each other. High peripheral speed rotation, and the space between the primary ring and the retainer sleeve is sealed with a carbon piston ring.
Continuous operation at a high temperature of about 500 ° C. is possible. Since only one split is formed in each of the constituent rings of the carbon piston ring, the carbon piston ring has structural elasticity enough to be elastically deformed by the tension of the garter spring and prevents leakage of the sealed fluid through the split. Since the annular concave portion is formed on the inner and outer edges in the axial direction that contacts the retainer sleeve of the carbon piston ring, the contact area with the outer peripheral surface of the retainer sleeve is reduced, and the sliding friction resistance in the axial direction is reduced. Smaller,
This ensures the ability of the primary ring to follow the mating ring.

【0015】そして、前記カーボンピストンリングとし
て、リテーナースリーブに密嵌する一対の内構成リング
を軸方向に密接し、両内構成リングの外周にわたって一
つの外構成リングを密嵌するとともに、該外構成リング
の外周をガータースプリングで緊迫してなる構造のも
の、あるいはリテーナースリーブに密嵌する内構成リン
グの外周に外構成リングを密嵌するとともに、内外構成
リング一側の両側端面であって押圧手段のディスク側に
リテーナースリーブに密嵌する側構成リングを密接し、
前記外構成リングと側構成リングをそれぞれガータース
プリングで緊迫してなる構造のものを採用した場合、各
構成リングの断面における接合部がT字状になり、プラ
イマリーリング側に位置する内構成リングに対する他の
構成リングの目地作用が十分になって、漏れを最小限に
抑制するのである。また、前者の構造のカーボンピスト
ンリングは、ガータースプリングが一つになるので部品
点数が減少する。
[0015] As the carbon piston ring, a pair of inner component rings closely fitted to the retainer sleeve are closely contacted in the axial direction, and one outer component ring is closely fitted over the outer periphery of both inner component rings. A structure in which the outer periphery of the ring is tightened by a garter spring, or an outer constituent ring is closely fitted to the outer periphery of an inner constituent ring closely fitted to a retainer sleeve, and both side end faces on one side of the inner and outer constituent rings and a pressing means The side component ring that closely fits the retainer sleeve on the disk side of
When the outer component ring and the side component ring are each configured to be tightened by a garter spring, a joining portion in a cross section of each component ring becomes T-shaped, and the inner component ring located on the primary ring side is formed. The joint effect of the other component rings is sufficient to minimize leakage. Also, the carbon piston ring having the former structure has one garter spring, so that the number of parts is reduced.

【0016】また、前記カーボンピストンリングの端面
と前記押圧手段のディスクとの間に、膨張グラファイト
シートを介在させることにより、カーボンピストンリン
グの端面の歪みを吸収するのである。
Further, by disposing an expanded graphite sheet between the end face of the carbon piston ring and the disk of the pressing means, the distortion of the end face of the carbon piston ring is absorbed.

【0017】また、前記リテーナースリーブとして、カ
ーボンピストンリングに近似した熱膨張率を有するタン
グステンカーバイド、シリコンカーバイド又はそれと同
等の硬度及び熱膨張率を有するセラミックスで形成した
リテーナースリーブを用いると、高温においてもカーボ
ンピストンリングの内径とリテーナースリーブの外径の
差が少なく、良好なシール性を確保できる。
If the retainer sleeve is made of tungsten carbide or silicon carbide having a coefficient of thermal expansion close to that of a carbon piston ring or a ceramic having the same hardness and coefficient of thermal expansion as those of a carbon piston ring, it can be used at high temperatures. The difference between the inner diameter of the carbon piston ring and the outer diameter of the retainer sleeve is small, and good sealing performance can be ensured.

【0018】更に、前記回転軸とメーティングリング、
シールハウジングとリテーナー及びリテーナーとリテー
ナースリーブの各部材間をグラファイト製ガスケットで
密封することにより、高温の連続運転時にもシール性を
維持できるのである。
Further, the rotating shaft and a mating ring,
By sealing between the seal housing and the retainer and between the retainer and the retainer sleeve with a graphite gasket, the sealing performance can be maintained even during continuous high-temperature operation.

【0019】[0019]

【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。本実施例においては高温のガス
シール用に用いる非接触メカニカルシールについて主に
説明するが、液体シール用でも同様である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention; In this embodiment, a non-contact mechanical seal used for a high-temperature gas seal will be mainly described, but the same applies to a liquid seal.

【0020】図1は本発明に係る非接触メカニカルシー
ルMの全体構造を示し、流体機器の密封容器であるケー
シング1と、該ケーシング1の開放端を貫通する回転軸
2との間に設けている。ここで、図中Aは大気圧(低
圧)側、Bはプロセス(高圧)側を示している。
FIG. 1 shows the entire structure of a non-contact mechanical seal M according to the present invention. The non-contact mechanical seal M is provided between a casing 1 which is a sealed container of a fluid device and a rotary shaft 2 penetrating an open end of the casing 1. I have. Here, in the figure, A indicates the atmospheric pressure (low pressure) side, and B indicates the process (high pressure) side.

【0021】本実施例の非接触メカニカルシールMは、
前記ケーシング1にシールハウジング3、リテーナー4
を順次ボルト締めして形成したシール空間内に、前記回
転軸2に密封固定したメーティングリング5と、前記リ
テーナー4に固定しシール空間内に突出させたリテーナ
ースリーブ6に密封装着したプライマリーリング7を配
し、該メーティングリング5とプライマリーリング7の
互いのシール面8,9を対接させ、そしてプライマリー
リング7はリテーナー4とリテーナースリーブ6間に非
回転且つ軸方向可動となしてリテーナースリーブ6に密
封するとともに、リテーナー4で保持された押圧手段1
0にて各シール面8,9が接近する方向に付勢してい
る。ここで、前記押圧手段10は、リテーナー4とリテ
ーナースリーブ6間に配したホルダー11で支持された
複数のコイルばね12,…とその軸方向内方に配したリ
ング状のディスク13とから構成されている。そして、
前記ディスク13とプライマリーリング7の軸方向と直
交する端面14間に、リテーナースリーブ6に摺動可能
に密嵌したカーボンピストンリング15を介在させて、
プライマリーリング7とリテーナースリーブ6間を密封
している。
The non-contact mechanical seal M of this embodiment is
The casing 1 includes a seal housing 3 and a retainer 4.
In a sealing space formed by sequentially tightening bolts, a mating ring 5 hermetically fixed to the rotating shaft 2 and a primary ring 7 hermetically mounted in a retainer sleeve 6 fixed to the retainer 4 and projected into the sealing space. And the sealing surfaces 8, 9 of the mating ring 5 and the primary ring 7 are brought into contact with each other, and the primary ring 7 is non-rotatable and axially movable between the retainer 4 and the retainer sleeve 6 so as to be retained. 6 and the pressing means 1 held by the retainer 4
At 0, the seal surfaces 8 and 9 are urged in the approaching direction. Here, the pressing means 10 is composed of a plurality of coil springs 12,... Supported by a holder 11 disposed between the retainer 4 and the retainer sleeve 6, and a ring-shaped disk 13 disposed inward in the axial direction. ing. And
A carbon piston ring 15 slidably fitted to the retainer sleeve 6 is interposed between the disk 13 and an end surface 14 orthogonal to the axial direction of the primary ring 7,
The space between the primary ring 7 and the retainer sleeve 6 is sealed.

【0022】そして、図2に示す如く、前記メーティン
グリング5のシール面8には、その外周縁を始端として
内方へ延び、回転方向Rに対して前進角を有する螺旋溝
16を円周方向に一定間隔毎に多数設けている。それに
より、プロセスガスの存在下でメーティングリング5が
プライマリーリング7に対して回転(回転方向R)する
ことにより、螺旋溝16によってシール面8,9間に半
径方向中心へ向かう動圧を発生させてプロセスガスを圧
送し、両シール面8,9間に微少ギャップを形成すると
ともに、プロセス側の圧力よりも高いシール圧を形成し
て密封するのである。一方、図示しないが、前記プライ
マリーリング7のシール面9にも同様な螺旋溝17を形
成し、この螺旋溝17は相対的回転方向に対して前進角
を有するものであっても、後進角を有するものであって
も良く、前進角を有する場合には前記螺旋溝16と同じ
作用をなし、後進角を有する場合には前記螺旋溝16に
よって圧送されたプロセスガスを一部逆流させて、漏れ
を少なくする作用をなすのである。尚、本実施例では、
メーティングリング5の素材はタングステンカーバイド
であり、プライマリーリング7の素材はカーボンであ
る。
As shown in FIG. 2, the sealing surface 8 of the mating ring 5 has a spiral groove 16 extending inward starting from the outer peripheral edge thereof and having an advancing angle with respect to the rotation direction R. Many are provided at regular intervals in the direction. As a result, the mating ring 5 rotates relative to the primary ring 7 (rotation direction R) in the presence of the process gas, thereby generating a dynamic pressure between the sealing surfaces 8 and 9 toward the center in the radial direction by the spiral groove 16. Then, the process gas is fed under pressure to form a minute gap between the two sealing surfaces 8 and 9, and a sealing pressure higher than the pressure on the process side is formed for sealing. On the other hand, although not shown, a similar spiral groove 17 is also formed on the seal surface 9 of the primary ring 7, and even if this spiral groove 17 has an advancing angle with respect to the relative rotation direction, the backward angle is reduced. When it has an advancing angle, it has the same effect as the spiral groove 16, and when it has a backward angle, it partially reverses the process gas pumped by the spiral groove 16, and It has the effect of reducing In this embodiment,
The material of the mating ring 5 is tungsten carbide, and the material of the primary ring 7 is carbon.

【0023】前記メーティングリング5の回転軸2への
固定については、先ず回転軸2に外挿固定したアセンブ
リスリーブ18に密嵌したドライブカラー19をボルト
締めし、該ドライブカラー19にその内方側、即ちシー
ル空間内に位置し、アセンブリスリーブ18に外嵌した
シャフトスリーブ20をボルトで軸方向に締付けて固定
し、更にシャフトスリーブ20にその内方側に位置し、
アセンブリスリーブ18に外嵌したロッキングスリーブ
21をボルトで軸方向に締付けて固定すると同時に、前
記シャフトスリーブ20に設けた環状段部22にトレラ
ンスリング23を介在させて外嵌したメーティングリン
グ5を、該環状段部22の半径方向壁面とロッキングス
リーブ21のフランジ24とで挾持して固定するのであ
る。尚、前記アセンブリスリーブ18は、複数の非接触
メカニカルシールMを軸方向にタンデムに配列するため
に使用するものであり、単数の場合にはアセンブリスリ
ーブ18を省略して前述の各部材を直接回転軸2に取付
けるのである。
In order to fix the mating ring 5 to the rotating shaft 2, first, a drive collar 19 tightly fitted to an assembly sleeve 18 extrapolated and fixed to the rotating shaft 2 is bolted, and the drive collar 19 is attached to the inside of the drive collar 19. Side, i.e., in the sealing space, the shaft sleeve 20 externally fitted to the assembly sleeve 18 is axially tightened and fixed with a bolt, and further positioned on the shaft sleeve 20 on the inner side thereof.
At the same time, the locking sleeve 21 externally fitted to the assembly sleeve 18 is axially tightened and fixed with a bolt, and at the same time, the mating ring 5 externally fitted to the annular step 22 provided on the shaft sleeve 20 with the tolerance ring 23 interposed therebetween. It is clamped and fixed between the radial wall surface of the annular step portion 22 and the flange 24 of the locking sleeve 21. The assembly sleeve 18 is used for arranging a plurality of non-contact mechanical seals M in tandem in the axial direction. In the case of a single assembly sleeve, the assembly sleeve 18 is omitted and the above-described members are directly rotated. It is attached to the shaft 2.

【0024】そして、アセンブリスリーブ18とシャフ
トスリーブ20との密封は、前記ドライブカラー19の
内方側にシャフトスリーブ20に沿って延設した筒状の
押圧部25に、シャフトスリーブ20の外方側であって
アセンブリスリーブ18に沿って形成した環状空間部2
6を外嵌し、押圧部25の先端で環状空間部26内に密
嵌したグラファイト製の台形状ガスケット27を圧縮
し、該ガスケット27をシャフトスリーブ20の環状空
間部26の壁面とアセンブリスリーブ18の外周面に密
着させて行っている。また、メーティングリング5とシ
ャフトスリーブ20との密封は、前記シャフトスリーブ
20の環状段部22の半径方向壁面に形成した環状のシ
ール溝にグラファイト製のガスケット28を嵌着してお
き、ロッキングスリーブ21をシャフトスリーブ20に
固定する締結力を利用して該ガスケット28をメーティ
ングリング5に圧接することにより行っている。また、
前記ロッキングスリーブ21とメーティングリング5を
回転に対して一体化するために、ロッキングスリーブ2
1のフランジ24に突設したピン29をメーティングリ
ング5に埋設している。
The assembly sleeve 18 and the shaft sleeve 20 are sealed by a cylindrical pressing portion 25 extending along the shaft sleeve 20 on the inner side of the drive collar 19 and on the outer side of the shaft sleeve 20. An annular space 2 formed along the assembly sleeve 18
6 is compressed and a trapezoidal gasket 27 made of graphite tightly fitted in the annular space 26 at the tip of the pressing portion 25 is compressed, and the gasket 27 is fitted to the wall surface of the annular space 26 of the shaft sleeve 20 and the assembly sleeve 18. In close contact with the outer peripheral surface of. The sealing between the mating ring 5 and the shaft sleeve 20 is performed by fitting a gasket 28 made of graphite into an annular seal groove formed on a radial wall surface of the annular step portion 22 of the shaft sleeve 20. The gasket 28 is pressed against the mating ring 5 by using a fastening force for fixing the shaft 21 to the shaft sleeve 20. Also,
In order to integrate the locking sleeve 21 and the mating ring 5 for rotation, the locking sleeve 2
A pin 29 protruding from the first flange 24 is embedded in the mating ring 5.

【0025】また、ケーシング1とシールハウジング3
との密封は、両部材の接合面にグラファイト製のガスケ
ット30を介在させて行い、シールハウジング3とリテ
ーナー4との密封は、両部材の接合面にグラファイト製
のガスケット31を介在させて行っている。更に、リテ
ーナー4とリテーナースリーブ6は、半径方向にトレラ
ンスリング23aを介して調心され、それらの熱膨張差
による同心ずれを防止するとともに、その間の密封は、
前記同様に両部材の接合面にグラファイト製のガスケッ
ト32を介在させて行っている。
The casing 1 and the seal housing 3
Is sealed with a gasket 30 made of graphite on the joint surface of both members, and the seal between the seal housing 3 and the retainer 4 is made with a gasket 31 made of graphite on the joint surface of both members. I have. Further, the retainer 4 and the retainer sleeve 6 are radially aligned via the tolerance ring 23a, to prevent concentric misalignment due to a difference in thermal expansion therebetween, and to seal between them.
As described above, the gasket 32 made of graphite is interposed between the joining surfaces of the two members.

【0026】次に、プライマリーリング7の組付構造に
ついて説明すれば、該プライマリーリング7のバランス
直径部を前記リテーナースリーブ6の外周面に軸方向移
動可能に外嵌するとともに、外周に突設した回転規制部
33をリテーナー4の内周面に軸方向に向けて形成した
スプライン溝34に軸方向移動可能に嵌挿して、該プラ
イマリーリング7の非回転状態を維持するのである。こ
こで、前記プライマリーリング7とリテーナースリーブ
6との間には、メーティングリング5に対するプライマ
リーリング7の素早い追従性を確保するために、微少間
隙を設けることが好ましい。
Next, the assembling structure of the primary ring 7 will be described. The balance diameter portion of the primary ring 7 is externally fitted to the outer peripheral surface of the retainer sleeve 6 so as to be movable in the axial direction, and protruded from the outer periphery. The rotation restricting portion 33 is axially movably fitted into the spline groove 34 formed in the inner peripheral surface of the retainer 4 in the axial direction so as to maintain the non-rotational state of the primary ring 7. Here, it is preferable to provide a small gap between the primary ring 7 and the retainer sleeve 6 in order to ensure quick following of the primary ring 7 with respect to the mating ring 5.

【0027】そして、本実施例のカーボンピストンリン
グ15は、図3〜図5に示すように、リテーナースリー
ブ6の外周面35に密嵌する一対の内構成リング36,
37を軸方向に並設して互いに密接し、両内構成リング
36,37の外周にわたって一つの外構成リング38を
密嵌するとともに、該外構成リング38の外周に形成し
た環状溝39にガータースプリング40を緊張状態で嵌
着し、外構成リング38を介して両内構成リング36,
37をリテーナースリーブ6の外周面35に緊迫するも
のであり、各構成リング36,37,38にはそれぞれ
一ヶ所にスプリット41,…を形成して構造的な弾力性
を付与したものである。ここで、両内構成リング36,
37の軸方向幅の和と外構成リング38の軸方向幅とを
一致させている。更に、一対の両内構成リング36,3
7のリテーナースリーブ6に接触する各外縁に、即ち両
内構成リング36,37をリテーナースリーブ6に組付
けた状態での軸方向内外縁に、図5に示すように環状凹
部42,42を形成し、リテーナースリーブ6に接触す
る摺接面43,43の軸方向幅を狭くし、リテーナース
リーブ6に対する摺接摩擦抵抗を減少させている。ま
た、両内構成リング36,37は、完全に同一の形状で
良く、その一方を反転させて使用することで、コスト低
減化を図れる。
As shown in FIGS. 3 to 5, the carbon piston ring 15 of the present embodiment has a pair of inner component rings 36, which are closely fitted to the outer peripheral surface 35 of the retainer sleeve 6.
37 are arranged side by side in the axial direction and are in close contact with each other, one outer component ring 38 is closely fitted over the outer periphery of both inner component rings 36 and 37, and a garter is The spring 40 is fitted in tension, and the inner component rings 36,
37 is pressed against the outer peripheral surface 35 of the retainer sleeve 6, and each of the constituent rings 36, 37, 38 is provided with a split 41 at one location to provide structural elasticity. Here, both inner constituent rings 36,
The sum of the axial widths of the outer ring 37 and the axial width of the outer component ring 38 is made to match. Further, a pair of both inner constituent rings 36, 3
As shown in FIG. 5, annular recesses 42, 42 are formed on each outer edge of the retainer sleeve 6 in contact with the retainer sleeve 6, that is, on the inner inner and outer edges of the retainer sleeve 6 when both inner constituent rings 36, 37 are assembled. Then, the axial width of the sliding contact surfaces 43, 43 in contact with the retainer sleeve 6 is narrowed, and the sliding frictional resistance to the retainer sleeve 6 is reduced. In addition, both inner constituent rings 36 and 37 may have completely the same shape, and the cost can be reduced by inverting and using one of them.

【0028】それから、リテーナースリーブ6に、内構
成リング36,37及び外構成リング38を、各スプリ
ット41,…の位置を約120゜の回転角度だけずらせ
て次々に嵌合し、最後にガータースプリング40で緊迫
するのである。この組付状態において、図5に示すよう
に、断面において各構成リング36,37,38の接合
部はT字状となり、軸方向内方に位置する内構成リング
36と外構成リング38の半径方向シール面44,44
は正確に面一となってプライマリーリング7の半径方向
端面14に密接している。一方、軸方向外方に位置する
内構成リング37と外構成リング38の半径方向側面4
5,45とは正確に面一に設定することが好ましいが、
多少の寸法誤差があっても押圧手段10のディスク13
との間に膨張グラファイトシート46を介在させること
で、その寸法誤差を吸収して、コイルばね12の押圧力
を略均等に、内構成リング37を介して内構成リング3
6と、外構成リング38に伝達し、前記端面14と各シ
ール面44,44との面圧の均衡が図れる。勿論、内構
成リング37と外構成リング38の側面45,45が正
確に面一であれば、膨張グラファイトシート46は省略
可能である。
Then, the inner rings 36, 37 and the outer ring 38 are fitted into the retainer sleeve 6 one after another by shifting the positions of the splits 41,... By a rotation angle of about 120 °. I am nervous at 40. In this assembled state, as shown in FIG. 5, the joint of the constituent rings 36, 37 and 38 has a T-shape in cross section, and the radius of the inner constituent ring 36 and the outer constituent ring 38 located inward in the axial direction. Directional sealing surfaces 44,44
Are exactly flush and in close contact with the radial end face 14 of the primary ring 7. On the other hand, the radial side surfaces 4 of the inner component ring 37 and the outer component ring 38 located axially outward.
Although it is preferable to set exactly the same as 5, 45,
Even if there is some dimensional error, the disc 13 of the pressing means 10
The expanded graphite sheet 46 is interposed between the internal component ring 3 and the internal component ring 37 via the internal component ring 37 to absorb the dimensional error and make the pressing force of the coil spring 12 substantially uniform.
6 to the outer component ring 38 so that the surface pressures of the end face 14 and the sealing faces 44, 44 can be balanced. Of course, if the side surfaces 45, 45 of the inner component ring 37 and the outer component ring 38 are exactly flush, the expanded graphite sheet 46 can be omitted.

【0029】また、図6に示したものは、カーボンピス
トンリング15の他の実施例であり、一ケ所にスプリッ
ト41,…を形成した三つの構成リングからなり、各構
成リングの断面における接合部がT字状となる基本構成
は同じである。本実施例のカーボンピストンリング15
は、リテーナースリーブ6の外周面35に密嵌する内構
成リング47の外周に外構成リング48を密嵌するとと
もに、内外構成リング47,48一側の両側端面であっ
て押圧手段10のディスク13側にリテーナースリーブ
6に密嵌する側構成リング49を密接し、前記外構成リ
ング48と側構成リング49をそれぞれガータースプリ
ング50,50で緊迫してなるものである。ここで、内
構成リング47と外構成リング48の軸方向幅を正確に
一致させ、また内構成リング47に外構成リング48を
外嵌した状態の形状と、側構成リング49の形状を反対
称となしている。更に、前記同様に内構成リング47と
側構成リング49のリテーナースリーブ6に接触する各
外縁に、即ち両構成リング47,49をリテーナースリ
ーブ6に組付た状態での軸方向内外縁に、図6に示すよ
うに環状凹部51,51を形成し、リテーナースリーブ
6に接触する摺接面52,52の軸方向幅を狭くし、リ
テーナースリーブ6に対する摺接摩擦抵抗を減少させて
いる。そして、軸方向内方に位置する内構成リング47
と外構成リング48の半径方向シール面53,53は正
確に面一となってプライマリーリング7の半径方向端面
14に密接している。一方、軸方向外方に位置する側構
成リング49の半径方向側面54は、押圧手段10のデ
ィスク13で圧接されている。尚、前記側面54とディ
スク13との間に膨張グラファイトシート46を介在さ
せて、コイルばね12による押圧力を側面54の全面に
均等に作用させることも可能であるが、本実施例の場合
には特に膨張グラファイトシート46を用いる必要はな
い。
FIG. 6 shows another embodiment of the carbon piston ring 15, which is composed of three constituent rings in which splits 41,. Are the same in basic configuration. Carbon piston ring 15 of the present embodiment
The outer component ring 48 is tightly fitted to the outer periphery of the inner component ring 47 that closely fits the outer peripheral surface 35 of the retainer sleeve 6, and the disc 13 of the pressing means 10 A side component ring 49 closely fitted to the retainer sleeve 6 is closely attached to the side, and the outer component ring 48 and the side component ring 49 are tightened by garter springs 50, 50, respectively. Here, the axial widths of the inner component ring 47 and the outer component ring 48 are exactly matched, and the shape of the inner component ring 47 with the outer component ring 48 fitted externally and the shape of the side component ring 49 are antisymmetric. And that. Further, similarly to the above, at the outer edges of the inner component ring 47 and the side component ring 49 which come into contact with the retainer sleeve 6, that is, at the inner and outer edges in the axial direction when both the component rings 47, 49 are assembled to the retainer sleeve 6. As shown in FIG. 6, annular concave portions 51, 51 are formed to reduce the axial width of the sliding contact surfaces 52, 52 that come into contact with the retainer sleeve 6, thereby reducing the sliding frictional resistance to the retainer sleeve 6. Then, the inner component ring 47 located inward in the axial direction
And the radial sealing surfaces 53 of the outer component ring 48 are exactly flush and in close contact with the radial end surface 14 of the primary ring 7. On the other hand, the radial side surface 54 of the side component ring 49 located outward in the axial direction is pressed against the disk 13 of the pressing means 10. It should be noted that the expanded graphite sheet 46 may be interposed between the side surface 54 and the disk 13 so that the pressing force of the coil spring 12 can be applied evenly to the entire surface of the side surface 54. However, in the case of this embodiment, Need not use the expanded graphite sheet 46 in particular.

【0030】次に、このようなカーボンピストンリング
15を採用した場合におけるプロセスガスの密封作用に
ついて簡単に説明する。先ず、図5に示した構造のもの
は、プライマリーリング7側に位置する内構成リング3
6のスプリット41を、内構成リング37の半径方向接
合面と、外構成リング38の軸方向内周接合面とで塞い
で密封し、密封作用に関しては内構成リング37と外構
成リング38があたかも目地の作用をなすのである。ま
た、図6に示した構造のものは、前記同様にプライマリ
ーリング7側に位置する内構成リング47のスプリット
41を、外構成リング48の軸方向内周接合面と、側構
成リング49の半径方向接合面とで塞いで密封するので
ある。
Next, a brief description will be given of the process gas sealing effect when such a carbon piston ring 15 is employed. First, the internal structure ring 3 located on the primary ring 7 side has the structure shown in FIG.
6 is closed and sealed by the radial joining surface of the inner component ring 37 and the axial inner peripheral joining surface of the outer component ring 38, and the inner component ring 37 and the outer component ring 38 have a sealing effect. It acts as a joint. In the structure shown in FIG. 6, the split 41 of the inner component ring 47 located on the primary ring 7 side in the same manner as described above, It is sealed by closing with the directional joining surface.

【0031】また、本実施例の非接触メカニカルシール
Mは、シール面8,9間やカーボンピストンリング15
の摺接面43に粉塵等が侵入しないように工夫が施され
ている。その一は、前記ドライブカラー19の外周に同
軸状にスプリットラビリンス55を配してリテーナー4
に固定し、該スプリットラビリンス55の内周面であっ
てその円周方向に連続し且つ軸方向に等間隔で突設した
複数の突条56,…とドライブカラー19の外周面間に
微少間隙を形成し、外部から粉塵がシール空間へ侵入す
るのを突条56,…で防ぐとともに、仮に突条56,…
に粉塵が付着しても外部へ漏出するプロセスガスが微少
間隙で流速が増して吹き飛ばすのである。その二は、前
記ロッキングスリーブ21の円筒部外周面であってその
円周方向に連続し且つ軸方向に等間隔で複数の突条5
7,…を突設し、該突条57,…と前記円筒部の外周に
同軸状に配してシールハウジング3に固定したブッシン
グ58の内周面との間に微少間隙を形成し、プロセス側
から粉塵がシール空間へ侵入するのを突条57,…で防
ぐとともに、仮に突条57,…に粉塵が付着してもシー
ルハウジング3に設けたガス導入口59からプロセスガ
スと同種のガス又は窒素ガスを注入し、そのガスが微少
間隙で流速が増してプロセス側へ吹き飛ばすのである。
The non-contact mechanical seal M of the present embodiment is provided between the seal surfaces 8 and 9 and the carbon piston ring 15.
The sliding contact surface 43 is designed so that dust and the like do not enter. One of them is to arrange a split labyrinth 55 coaxially around the outer periphery of the drive collar 19 and
And a small gap between the inner peripheral surface of the split labyrinth 55 and a plurality of ridges 56, which are continuous in the circumferential direction and project at equal intervals in the axial direction, and the outer peripheral surface of the drive collar 19. Are formed to prevent dust from entering the seal space from outside with the ridges 56,.
Even if dust adheres to the surface, the process gas that leaks to the outside is blown off at a small gap with an increased flow velocity. The second is an outer peripheral surface of the cylindrical portion of the locking sleeve 21 which is continuous in the circumferential direction and is arranged at equal intervals in the axial direction.
, And a minute gap is formed between the ridges 57,... And the inner peripheral surface of the bushing 58 fixed coaxially to the outer periphery of the cylindrical portion and fixed to the seal housing 3. In order to prevent dust from entering the sealing space from the side by the ridges 57,... Even if dust adheres to the ridges 57,. Alternatively, a nitrogen gas is injected, and the gas is blown toward the process side at an increased flow rate in the minute gap.

【0032】また、図7に示すように、前記プライマリ
ーリング7、押圧手段10及びカーボンピストンリング
15は、リテーナー4とリテーナースリーブ6に仮組立
てた状態で、シールハウジング3にボルト締めするが、
この場合、各部材がリテーナー4から抜け落ちないよう
にするため、リテーナー4のシールハウジング3への連
結面側にセットプレート60をボルト61で固定し、該
セットプレート60の内縁で前記スプライン溝34の開
放端を塞いでプライマリーリング7の回転規制部33を
当止するのである。そして、この状態で、前記シャフト
スリーブ20に外挿した後、前記セットプレート60を
取り去り、プライマリーリング7のシール面9をメーテ
ィングリング5のシール面8に接合するのである。
As shown in FIG. 7, the primary ring 7, the pressing means 10 and the carbon piston ring 15 are bolted to the seal housing 3 in a state where they are temporarily assembled to the retainer 4 and the retainer sleeve 6.
In this case, a set plate 60 is fixed to the connecting surface side of the retainer 4 to the seal housing 3 with bolts 61 so that each member does not fall off from the retainer 4, and an inner edge of the set plate 60 defines the spline groove 34. The rotation restricting portion 33 of the primary ring 7 is stopped by closing the open end. Then, in this state, after extrapolating to the shaft sleeve 20, the set plate 60 is removed, and the sealing surface 9 of the primary ring 7 is joined to the sealing surface 8 of the mating ring 5.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上にしてなる本発明の非接触メカニカ
ルシールによれば、以下に示すような効果を奏するので
ある。
According to the above-described non-contact mechanical seal of the present invention, the following effects can be obtained.

【0034】本発明によれば、回転軸が回転すると、該
回転軸に固定したメーティングリングが回転してプライ
マリーリングとのシール面間に動圧が発生して非接触状
態でプロセスガスを密封することができるとともに、こ
の回転軸の回転の際に、軸振れや軸方向の微少変移が発
生し、メーティングリングに軸振れや軸方向の微少変移
が生じても、プライマリーリングは、メーティングリン
グとは非接触であるので軸振れには追従しないが、リテ
ーナースリーブに対する摺動摩擦抵抗の少ない環状凹部
を有する構造であって耐熱性のあるカーボンピストンリ
ングを介し、押圧手段でメーティングリング側へ押圧さ
れているので、軸方向の微少変移には素早く追従し、そ
れにより高周速回転においても、高温度においても常に
安定したシール性を実現できるのである。また、カーボ
ンピストンリングの各構成リングの一ヶ所にのみスプリ
ットを形成しているので、このスプリットを通してのプ
ロセス流体の漏れを少なくできるのである。
According to the present invention , when the rotating shaft rotates, the mating ring fixed to the rotating shaft rotates to generate a dynamic pressure between the sealing surface with the primary ring, thereby sealing the process gas in a non-contact state. In addition to the primary ring, the primary ring can be used for mating even if the mating ring is subject to axial runout or small axial displacement during rotation of the rotating shaft. Since it is not in contact with the ring, it does not follow the shaft runout, but it has a structure with an annular concave part with little sliding friction resistance to the retainer sleeve, and through a heat-resistant carbon piston ring, it is pushed to the mating ring side by pressing means. As it is pressed, it quickly follows minute displacements in the axial direction, thereby ensuring stable sealing even at high peripheral speeds and high temperatures. Than it can be achieved. Further, since the split is formed only at one position of each of the constituent rings of the carbon piston ring, the leakage of the process fluid through the split can be reduced.

【0035】更に、請求項によれば、断面における各
構成リングの接合部がT字状となって、前述の一ヶ所の
スプリットの効果に加えて、構造的なシール性を有する
ので、プロセス流体の漏れを最小限に抑制できるととも
に、ガータースプリングが一つで足りるので、部品点数
が減少してコスト低減化を図れるのである。
Further, according to the first aspect of the present invention , the joint between the constituent rings in the cross section has a T-shape, and in addition to the above-described effect of one split, it has a structural sealing property. Fluid leakage can be suppressed to a minimum, and only one garter spring is required, so that the number of parts is reduced and cost can be reduced.

【0036】また、請求項によれば、前記同様に断面
における各構成リングの接合部がT字状となって、前述
の一ヶ所のスプリットの効果に加えて、構造的なシール
性を有するので、プロセス流体の漏れを最小限に抑制で
きる。
Further, according to claim 2, wherein become joint T-shaped constituent rings in the same manner in section, in addition to the one place of the split of the above effects, it has the structural sealability Therefore, leakage of the process fluid can be suppressed to a minimum.

【0037】請求項によれば、カーボンピストンリン
グの軸方向外方の端面が正確に面一にならない場合で
も、膨張グラファイトシートの弾性によって押圧手段の
押圧力を均等に各構成リングに作用させることができ、
更にシール性を高めることができる。
According to the third aspect of the present invention, even when the axially outer end face of the carbon piston ring is not exactly flush, the elasticity of the expanded graphite sheet causes the pressing force of the pressing means to uniformly act on each component ring. It is possible,
Further, the sealing performance can be improved.

【0038】請求項によれば、カーボンピストンリン
グとリテーナースリーブとの熱膨張率が近似するので、
超低温から高温まで良好なシール性を維持できる。
According to the fourth aspect , since the coefficient of thermal expansion between the carbon piston ring and the retainer sleeve is similar,
Good sealability can be maintained from extremely low to high temperatures.

【0039】請求項によれば、各部材間に密封する全
てのガスケットをグラファイト製としたことで、耐熱性
と同時にプロセス流体に対する耐食性を備えるのであ
る。
According to the fifth aspect , all the gaskets to be sealed between the members are made of graphite, so that the gaskets have heat resistance and corrosion resistance to the process fluid.

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

【図1】本発明の非接触メカニカルシールを回転軸とケ
ーシング間に装着した状態の要部断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part in a state where a non-contact mechanical seal of the present invention is mounted between a rotating shaft and a casing.

【図2】メーティングリングのシール面に形成した螺旋
溝のパターンの一例を示す側面図である。
FIG. 2 is a side view showing an example of a spiral groove pattern formed on a sealing surface of a mating ring.

【図3】カーボンピストンリングの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of a carbon piston ring.

【図4】同じくカーボンピストンリングの組立てた状態
の側面図である。
FIG. 4 is a side view of the assembled state of the carbon piston ring.

【図5】同じくカーボンピストンリングを組付けた状態
の簡略断面図である。
FIG. 5 is a simplified cross-sectional view showing a state where a carbon piston ring is similarly assembled.

【図6】他の実施例のカーボンピストンリングを組付け
た状態の簡略断面図である。
FIG. 6 is a simplified sectional view showing a state where a carbon piston ring of another embodiment is assembled.

【図7】プライマリーリング回りの仮組立状態を示す断
面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a temporary assembly state around a primary ring.

【図8】従来のカーボンピストンリングの組立てた状態
の側面図である。
FIG. 8 is a side view of a conventional carbon piston ring in an assembled state.

【図9】同じくカーボンピストンリングを組付けた状態
の簡略断面図である。
FIG. 9 is a simplified cross-sectional view showing a state where a carbon piston ring is also attached.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

M 非接触メカニカルシール 1 ケーシング 2 回転軸 3 シールハウジング 4 リテーナー 5 メーティングリング 6 リテーナースリーブ 7 プライマリーリング 8,9 シール面 10 押圧手段 11 ホルダー 12 コイルばね 13 ディスク 14 端面 15 カーボンピストンリング 16,17 螺旋溝 18 アセンブリスリーブ 19 ドライブカラー 20 シャフトスリーブ 21 ロッキングスリーブ 22 環状段部 23,23a トレランスリング 24 フランジ 25 押圧部 26 環状空間部 27,28,30,31,32 ガスケット 29 ピン 33 回転規制部 34 スプライン溝 35 外周面 36 内構成リング 37 内構成リング 38 外構成リング 39 環状溝 40 ガータースプリング 41 スプリット 42 環状凹部 43 摺接面 44 シール面 45 側面 46 膨張グラファイトシート 47 内構成リング 48 外構成リング 49 側構成リング 50 ガータースプリング 51 環状凹部 52 摺接面 53 シール面 54 側面 55 スプリットラビリンス 56 突条 57 突条 58 ブッシング 59 ガス導入口 60 セットプレート 61 ボルト M Non-contact mechanical seal 1 Casing 2 Rotating shaft 3 Seal housing 4 Retainer 5 Mating ring 6 Retainer sleeve 7 Primary ring 8, 9 Seal face 10 Pressing means 11 Holder 12 Coil spring 13 Disk 14 End face 15 Carbon piston ring 16, 17 spiral Groove 18 Assembly sleeve 19 Drive collar 20 Shaft sleeve 21 Locking sleeve 22 Annular step 23, 23a Tolerance ring 24 Flange 25 Pressing part 26 Annular space 27, 28, 30, 31, 31, 32 Gasket 29 Pin 33 Rotation regulating part 34 Spline groove 35 outer peripheral surface 36 inner constituent ring 37 inner constituent ring 38 outer constituent ring 39 annular groove 40 garter spring 41 split 42 annular concave portion 43 sliding contact surface 44 Surface 45 side surface 46 expanded graphite sheet 47 inner constituent ring 48 outer constituent ring 49 side constituent ring 50 garter spring 51 annular concave part 52 sliding contact surface 53 sealing surface 54 side surface 55 split labyrinth 56 ridge 57 ridge 58 bushing 59 gas inlet 60 Set plate 61 Bolt

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F16J 15/34──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F16J 15/34

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 回転軸に密封固定したメーティングリン
グと、シールハウジングに軸方向可動となして密封装着
し且つリテーナーに設けた押圧手段にて前記メーティン
グリング側へ付勢したプライマリーリングとの両シール
面の少なくとも一方のシール面に、相対的回転方向に対
して前進角を有する多数の螺旋溝を円周方向に形成して
なる非接触メカニカルシールであって、 前記押圧手段のディスクとプライマリーリングの軸方向
と直交する端面間に、リテーナースリーブに摺動可能に
密嵌したカーボンピストンリングを介在させ、前記リテーナースリーブが、カーボンピストンリングに
近似した熱膨張率を有し、 前記 カーボンピストンリングが、リテーナースリーブに
密嵌し一ヶ所にスプリットを形成した一対の内構成リン
グを軸方向に互いに密接し、両内構成リングの外周にわ
たって一ヶ所にスプリットを形成した一つの外構成リン
グを密嵌して、該外構成リングの外周をガータースプリ
ングで緊迫するとともに、リテーナースリーブに接触す
る軸方向内外縁に環状凹部を形成してなることを特徴と
する非接触メカニカルシール。
1. A mating ring which is hermetically fixed to a rotating shaft and a primary ring which is axially movable and is hermetically mounted on a seal housing and is urged toward the mating ring by a pressing means provided on a retainer. A non-contact mechanical seal in which a number of spiral grooves having an advancing angle with respect to a relative rotation direction are formed in at least one of the two sealing surfaces in a circumferential direction, wherein the disk and the primary A carbon piston ring closely slidably fitted to the retainer sleeve is interposed between end faces orthogonal to the axial direction of the ring, and the retainer sleeve is attached to the carbon piston ring.
It has an approximate thermal expansion coefficient, the carbon piston rings, the retainer sleeve
A pair of internal components that are closely fitted to form a split at one location
Ring in the axial direction, and
One external component phosphorus with split formed in one place
A non-contact mechanical seal characterized in that the outer ring is tightly fitted with a garter spring to tightly fit the outer ring, and an annular concave portion is formed at an inner and outer edge in the axial direction in contact with the retainer sleeve.
【請求項2】 回転軸に密封固定したメーティングリン
グと、シールハウジングに軸方向可動となして密封装着
し且つリテーナーに設けた押圧手段にて前記メーティン
グリング側へ付勢したプライマリーリングとの両シール
面の少なくとも一方のシール面に、相対的回転方向に対
して前進角を有する多数の螺旋溝を円周方向に形成して
なる非接触メカニカルシールであって、 前記押圧手段のディスクとプライマリーリングの軸方向
と直交する端面間に、リテーナースリーブに摺動可能に
密嵌したカーボンピストンリングを介在させ、前記リテーナースリーブが、カーボンピストンリングに
近似した熱膨張率を有し、 前記 カーボンピストンリングが、リテーナースリーブに
密嵌し一ヶ所にスプリットを形成した内構成リングの外
周に一ヶ所にスプリットを形成した外構成リングを密嵌
し、内外構成リング一側の両側端面であって押圧手段の
ディスク側にリテーナースリーブに密嵌する側構成リン
グを密接し、前記外構成リングと側構成 リングをそれぞ
ガータースプリングで緊迫するとともに、リテーナー
スリーブに接触する軸方向内外縁に環状凹部を形成して
なることを特徴とする非接触メカニカルシール。
2. A mating ring which is hermetically fixed to a rotating shaft and a primary ring which is axially movable and is hermetically mounted on a seal housing and is urged toward the mating ring by a pressing means provided on a retainer. A non-contact mechanical seal in which a number of spiral grooves having an advancing angle with respect to a relative rotation direction are formed in at least one of the two sealing surfaces in a circumferential direction, wherein the disk and the primary A carbon piston ring closely slidably fitted to the retainer sleeve is interposed between end faces orthogonal to the axial direction of the ring, and the retainer sleeve is attached to the carbon piston ring.
It has an approximate thermal expansion coefficient, the carbon piston rings, the retainer sleeve
Outside the inner component ring that is tightly fitted to form one split
Closely fitted outer component ring with split formed in one place around the circumference
And both end faces on one side of the inner and outer constituent rings,
A side component ring that fits tightly on the retainer sleeve on the disk side
The outer ring and the side ring.
A non-contact mechanical seal characterized in that it is tightened by a garter spring and has an annular concave portion formed on the inner and outer edges in the axial direction in contact with the retainer sleeve.
【請求項3】 前記カーボンピストンリングの端面と前
記押圧手段のディスクとの間に、膨張グラファイトシー
トを介在させてなる請求項1又は2記載の非接触メカニ
カルシール。
3. An end face and a front face of said carbon piston ring.
The expanded graphite sheet is placed between the disc and the pressing means.
The non-contact mechanical seal according to claim 1, wherein the mechanical seal is interposed .
【請求項4】 前記リテーナースリーブとして、カーボ
ンピストンリングに近似した熱膨張率を有するタングス
テンカーバイド、シリコンカーバイド又はそれと同等の
硬度及び熱膨張率を有するセラミックスで形成したリテ
ーナースリーブを用いてなる請求項1又は2記載の非接
触メカニカルシール。
4. A carburetor as the retainer sleeve.
Tungs with a coefficient of thermal expansion approximating a piston ring
Ten carbide, silicon carbide or equivalent
Retes made of ceramics with hardness and coefficient of thermal expansion
3. The non-contact mechanical seal according to claim 1, wherein the mechanical seal comprises an inner sleeve .
【請求項5】 前記回転軸とメーティングリング、シー
ルハウジングとリテーナー及びリテーナーとリテーナー
スリーブの各部材間をグラファイト製ガスケットで密封
してなる請求項1又は2記載の非接触メカニカルシー
ル。
5. The rotating shaft, a mating ring and a sheet
Housing and retainer and retainer and retainer
Seal between graphite sleeves with graphite gaskets
The non-contact mechanical seal according to claim 1 or 2, wherein
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