JP2882693B2 - メカニカルシール組立体 - Google Patents
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Description
圧流体の制御されない漏れを阻止する高圧メカニカルシ
ール組立体の改良に関し、かつ1986年5月6日に発
行された米国特許第4,586,719号に示されるよ
うなメカニカルシール組立体の改良に関する。
ル組立体は、原子炉冷媒ポンプ、ボイラ循環ポンプ及び
パイプラインポンプに使用するために、圧力及び温度の
極端にかつ広範囲に変化する条件に対する要件を満たす
ように開発され、そこにおいて、ポンプ軸はこのような
条件の下で軸方向に移動しかつ半径方向に動揺しまた歪
む。このような条件の下で運転するために、上記米国特
許に示されたメカニカルシール組立体は回転可能な軸に
弾性的に連結された回転可能なシールリングと、ばね保
持具のばねポケット内に受けられた軸方向に整合された
ばねによって回転可能なシールリングに向かって軸方向
に弾性的に偏倚された回転不能なシールリングとを備え
ている。シールリングは高圧流体を低圧流体から隔離し
かつ汲み上げた流体によって潤滑される対向するシール
面を有している。回転可能なシールリングの外面は、包
囲するシリンダ状部材内に包囲されかつそのシリンダ状
部材に弾性的に連結されており、回転不能なシールリン
グは他の包囲するシリンダ状部材の内側に密封されてい
る。シールフランジ内に緩く嵌合されたバランススリー
ブは回転不能なシールリングを支持しかつシール組立体
の運転中に軸とバランススリーブとの間の角度の不整合
を許容する。しかし、上記米国特許に示されたメカニカ
ルシール組立体ではバランススリーブと接触しているシ
ール装置としてOリングシールを使用しているため、バ
ランススリーブとシール装置との間の滑り摩擦抵抗が大
きく、また回転不能なシールリングに好ましくない歪み
が発生する。
ル装置として前方及び後方の突部とそれらの突部間の逃
がし通路とを有する略四角形のリングを使用することに
よってそのリングとバランススリーブとの摩擦抵抗を小
さくして、上記従来のメカニカルシール組立体の欠点を
改良したメカニカルシール組立体を提供することであ
る。
軸、バランススリーブ及び静止ハウジングに関連付けら
れていて高圧流体と低圧流体とを分離するためのメカニ
カルシール組立体であって、前記軸に接続された回転可
能なシールリングと、軸方向移動が制限されるように前
記ハウジングに接続されかつ前記バランススリーブによ
り支持された回転不能なシールリングと、前記回転不能
なシールリングを前記回転可能なシールリングに向かっ
て軸方向に偏倚する装置とを備えたメカニカルシール組
立体において、回転不能なシールリングを前記バランス
スリーブに対して密封するためのシール装置を備え、前
記シール装置が前方の突部と、高圧流体に面している前
記前方の突部から軸方向に隔てられた後方の突部とを備
え、前記シール装置が前記バランススリーブと前記回転
不能なシールリングとの間に配置され、前記高圧流体と
連通するための逃がし通路装置が前記前方の突部と後方
の突部との間に配置され、それによって、前記バランス
スリーブ(33)に関する前記シール装置(11)の滑
り摩擦を軽減しかつ回転不能なシールリング(20)の
歪みを調和するように前記前方の突部と後方の突部との
間で均一な圧力にするように構成されている。本発明の
メカニカルシール組立体は高圧流体を低圧流体から分離
するために使用され、前述の米国特許に示された改良点
の総てを含み、更に、回転不能シール面の滑り摩擦を軽
減しかつ圧力歪みを調和するように回転不能シールリン
グに逃げ部が形成されたXリング(又は四つの突部を有
するリングすなわち切り込みの入った略四角形のリン
グ)と、高圧側と低圧側との間の圧力差を高圧側圧力と
ゼロ圧力との間の圧力差の1/2にする圧力降下装置を
シール組立体内に配置するための改良された装置とを備
えることによって改良されている。更に別の改良とし
て、汲み上げられた流体がシール組立体内に含まれかつ
シール組立体の動作を妨げる条件の下で、シール組立体
の外周の回りの清浄な流体の循環を改良するために装置
が設けられる。
係】請求項1中の「回転不能なシールリング(20)を
回転可能なシールリング(18)に向かって軸方向に偏
倚する装置」は、発明の詳細な説明の欄の実施例の説明
中の『コイルばね50』に対応し、請求項1中の「シー
ル装置」は、実施例の説明中の『四角形リング11』に
対応し、請求項2、6及び7の「コイル状の管」は、実
施例の説明中の『チューブ64』に対応し、請求項3中
の「清浄流体を循環するための装置」は、実施例の説明
中の『清浄流体循環装置13』に対応し、請求項6及び
7中の「清浄流体を前記加圧された清浄流体源から前記
シール組立体に向けて半径方向に流す装置」は、実施例
の説明中の『半径方向通路77』に対応し、請求項6及
び7中の「前記半径方向に流された清浄流体を前記シー
ル組立体の回りで接線方向に流す装置」は、実施例の説
明中の『スロット81』に対応する。
て説明する。図1は、実質的に同じ構造の段を有する多
段メカニカルシール組立体を示し、両方の段に共通の部
品は図面を簡単にしかつ説明を簡単にするために一方の
段で詳細に説明され、記載された段における部品同じよ
うに機能する同様の部品を示すのに同じ参照番号が使用
されている。また、「メカニカルシール組立体」及び
「シール組立体」の用語は互換可能に使用されている。
2段のメカニカルシール組立体が示されているが、必要
な所では別の段を追加できかつこの改良は1段のメカニ
カルシール組立体にも同様に使用され得る。最後に、こ
れらの改良は前記米国特許のシール組立体に関連して記
載されているが、他のシール組立体にも適用できること
は当業者には明らかである。
カルシール組立体の一つの段全体が10で示され、かつ
11で示されかつ図3により詳細に示されている前述の
四つの丸い突部(lobe)を有する(横断面で見て)
リング(以下、四角形リング(quad ring)と
呼ぶ)と、全体が12で示されかつ図4により詳細に示
されている前述の圧力降下(pressure bre
akdown)装置と、図8ないし図10により詳細に
示されている前述の改良した清浄流体循環装置13とを
備え、それらの総ては以下で詳細に記載される。上記四
角形リングは本発明におけるシール装置を構成してい
る。
を詳細に示しているが、この明細書において、本発明を
十分に理解できるようにするために、特許されたシール
組立体が十分詳細に記載されている。
14の上に設けられて示され、回転不能なシールハウジ
ングはシールフランジ15及びシールハウジング16か
ら成り、それらは一部のみが17で示されるポンプハウ
ジング内にある。
回転可能なシールリング18と、回転可能なシールリン
グ18に向かって弾性的に偏倚されている回転不能なシ
ールリング20とを備えている。シールリング18及び
20は相対的に回転し対向する磨かれたシール面21及
び22を有し、そのシール面は高圧流体が高圧領域23
から低圧領域24に流れるのを実質的に防止する。低圧
領域24は2段目の高圧領域でありかつ時には中圧領域
と呼ばれる。2段目の低圧領域は24aで示されてい
る。
25及びそれらの間のOリング26と協働して回転可能
なシールリング18をアダプタ25から密封しかつ隔
て、作られている材料の相違に基づく動作条件の下での
回転可能シールリング18及びアダプタ25の異なる半
径方向歪みの好ましくない影響を排除する。アダプタ2
5内及び軸スリーブ14内の駆動ピン27は軸スリーブ
14とアダプタ25との間の駆動接続部を形成する。
状部材であるロックリング28がアダプタ25及び回転
可能なシールリング18を囲みかつ回転可能なシールリ
ング18の平坦部31によって限定された横方向ポケッ
ト内及びロックリング28の溝32内に受けられたエラ
ストマ(elastomer)のキー30によってアダ
プタ及び回転可能なシールリングに接続されている。回
転可能なシールリング18は軸スリーブ14内に伸びる
駆動ピン27を介して動作するロックリング28によっ
て駆動される。キー30はロックリング28と回転可能
なシールリング18との間で弾性駆動接続部を与えかつ
それらの間の駆動にクッションを与える。
ルリング18に半径方向内側に向く力を加えかつシール
面21と22との間の摩擦力が増加したときキー30は
回転可能なシールリング18に加える力を増加してシー
ル面21を波形に歪め、シール面21及び22を横切る
流体の流れを増加させてそれらの間の摩擦を減少する。
トルクが増加すると、シール面21の歪みが増加して密
封作用が自己補償されう。
転不能なシールリング20は、回転不能なシールリング
20とバランススリーブ(balance sleev
e)33との間でかつ回転不能なシールリング20のパ
ッキン受け(gland)34内に配置されかつ本発明
に係るシール装置を構成する四角形リング11によっ
て、バランススリーブ33上で中心決めされている。こ
の四角形リング11はバランススリーブ33に関する回
転不能なシールリング20の軸方向移動を許容しかつ回
転不能なシールリング20の好ましからざる歪みを防止
する。
いてはバランススリーブと回転不能なシールリングとの
間のシール装置としてOリングがパッキン受け34内に
配置されていたが、本発明ではそのOリングを逃げ部が
形成された四角形リング11で置き換えたため、回転不
能なシールリング20とバランススリーブ33との間の
滑り摩擦を小さくすることによってこのシール組立体を
改善した。したがって、四角形リングは本発明における
シール装置を構成している。四角形リング11はシール
面22により良いかつ調和した歪みを与える。これらの
改良を達成するために、高圧の流体が丸い突部11aと
11bとの間の隙間11cを満たすように四角形リング
11は複数(単に1個のみが示されている)の半径方向
の逃がし通路35が設けられている。このように、汲み
上げられる流体は四角形リングの潤滑を助けかつ後方の
丸い突部11aはワイパとして作用し同時に前方の丸い
突部はシールを形成している。隙間11cに高圧がある
と、丸い突部11aと11bとの間に均一な予知可能な
圧力が与えられ、そうでないと、丸い突部間の予知不可
能な流体圧が回転可能なシールリングのシール面22を
予知不可能に歪める。
リンダ状部材である保持具37で囲まれかつ密封されて
いて、環状のフランジ部材38が押さえねじ40によっ
て保持具37に取り付けられている。また、運転中に押
さえねじ40が引っ込むのを防止するため、環状のフラ
ンジ部材38は押さえねじ40を被っているばねリング
41を有しかつそのばねリングはスロット43内に配置
されている。保持具37は回転不能なシールリング20
の厳しい半径方向歪みをかなり除去し、その歪みは回転
不能なシールリング20の内側と外側との間の極端な圧
力差によって引き起こされる。保持具37は締め付けボ
ルト46(1個のみ示される)を受けるための複数の開
口45(1個のみ示される)のある半径方向外側に伸び
るフランジ44を有し、その締め付けボルトは薄い平ら
なストレーナ47(図2参照)を通して伸びかつシール
ハウジング16の内側向きの半径方向壁48内に螺合さ
れかつ回転不能なシールリングの回転を阻止する。開口
45は締め付けボルト46の直径よりも大きいので回転
不能なシールリング20が回転可能なシールリング18
に向かって軸方向に自由に動ける。図1及び図5に示さ
れるように、フランジ44はばね保持具51内に配置さ
れた複数の同一のコイルばね50によって係合される。
複数のコイルばね50はストレーナ47とも係合する。
これらのコイルばねは回転不能なシールリング20をば
ね保持具51を介して回転可能なシールリング18の方
に向かって偏倚する。ばね保持具51の回転を阻止する
ために、ボルト46はまたばね保持具51の穴52を通
して伸びている。穴52はばね保持具51が軸方向に動
けるのに十分なだけ大きい。
コイルばね50はばね保持具51のポケット53内に配
置されている。ばね保持具51はそのポケット53の幾
つかが半径方向壁48に向かって開口しかつその他がシ
ール面22に向かって開口する。前述の米国特許におい
て説明したように、コイルばね50は総ての運転条件の
下で回転不能なシールリング20に実質的に均一なばね
荷重を与えかつばねが総て一方向に向いている通常のば
ね装置に比較して軸スリーブ14の軸方向移動を2倍許
容するばねセットのグループとして配置されている。
ールフランジ15との間及びバランススリーブ33と半
径方向壁48との間に位置決めされている。バランスス
リーブ33は、溝56内に着座しかつ位置決めリング5
7と係合してバランススリーブ33を軸方向に位置決め
する半径方向外側に伸びるフランジ55を有している。
なお、上記溝56、位置決めリング57及びブッシュ5
8は第2段のメカニカルシール組立体のバランススリー
ブに関連して説明されているが、第1段のメカニカルシ
ール組立体のバランススリーブにも適用される。ブッシ
ュ58がシールフランジ15の溝61内に配置された位
置決めリング60と係合しかつ低圧領域の外端を形成し
ているバランススリーブ33から軸方向に隔てられてい
る。
ールフランジ15との間で液体シールを与えかつ軸の動
揺又は不整合は回転不能なシールリング20及びそれに
関連した部品の整合に影響しない。
炭素で作られかつ回転可能なシールリング18は好まし
くは炭化チタニウム、炭化タングステン、炭化シリコン
等のような堅い材料で作られる。エラストマのリング及
びキーを除いた組立体の残りのものはシール組立体が使
用される環境により適当な材料で作られる。
リング11及びいかにそれが機能するかについて記載さ
れ、第2の改良点は、すなわち圧力降下装置12の改良
した位置決め方法について次に記載する。
る半径方向壁48のストレーナ47に注目する。半径方
向壁48は空洞63(図4)内に開口しかつ中にコイル
状になった中空チューブ64が配置された浅い溝62を
有し、そのチューブ64は開口した入口端部65を有し
かつ取付け具67内の開口した出口端部66で終わって
いる。取付け具67はチューブの末広がりの端部及びナ
ットによってチューブを取付け具に取り付けるための通
常の装置を備え、そのナットは68で示されている。取
付け具67はシールハウジング16の半径方向壁48と
係合し、出口通路71(図5で部分的に示されている)
内に伸びかつ高圧領域23と通路71との間の漏れに対
してOリング72でシールされている肩部70を有して
いる。ストレーナ47は溝62に開口する複数の穴74
と高圧領域23への空洞63とを有している。このよう
に、高圧流体はチューブ64内に入りかつシールハウジ
ング16の回りで数回流れ、取付け具67を出てシール
ハウジング16の通路71内に流れる。通路71は低圧
領域24に開口する。第2段において、通路71は出口
通路75内に開口する。適当な温度センサ76が通路7
1及び75内の流体の流れの温度を連続的に監視する。
大きさによって決定される制御された漏れによって高圧
領域23と低圧領域24との間の及び低圧領域と最終の
ゼロ圧力領域との間で、高圧領域とゼロ圧力領域との圧
力差の1/2の圧力をそれぞれ減圧する装置である。例
えば、もし第1段の高圧領域の圧力が約70kg/cm
2(1000psi)であると、第1段の低圧領域2
3、したがって第2段の高圧領域において約35kg/
cm2(500psi)に制御されかつ24aのような
最終の低圧領域の圧力は0kg/cm2(0psi)に
制御される。もちろんこの圧力制御は流体の少ない損失
に起因するが、種々の領域で圧力を制御する利点は明ら
かである。二つの圧力減少装置が示されたが、段数によ
り同様の装置を追加使用できる。
の第3の改良点すなわち清浄流体循環装置13は、第8
図ないし第10図により明らかに記載されかつ圧力下の
清浄流体源78をシールハウジング16の外周に流す半
径方向通路77有する。シールフランジ16とポンプハ
ウジング17との間には隙間80が形成され、その隙間
において清浄流体がシールハウジング16の接線方向に
かつ高圧領域に循環する。この清浄流体は汲み上げられ
た流体が汚染されかつシール組立体10に損傷を与える
とき使用される。流体の接線方向の循環を容易にするた
めにシールハウジング16の外面はスロット81が形成
され、そのスロットは清浄流体の半径方向の流れを矢印
82で示されるようにシールハウジング16の接線方向
に向ける。
ールリングとの間に設けるシール装置に、軸方向に隔て
られた前方及び後方の丸い突部とその突部間の逃がし通
路とを有する四つの丸い突部を有するリングすなわち四
角形リングを使用したので、バランススリーブと回転不
能なシールリングとの間で両突部間の区域に高圧流体を
流すことによって、バランススリーブとシールリングと
の間の滑り摩擦抵抗を減少でき、また回転不能なシール
リングの好ましくない歪みを防止できる。
面図である。
せるために拡大したストレーナの断面図である。
せるために拡大した四角形リングの断面図である。
せるために拡大した圧力降下装置の取付け具及び入口を
示す図である。
を回転可能なシールリングに向かって偏倚するばねを示
す図4の線5ー5に沿って切断した断面図である。
っているばね保持具の部分斜視図である。
れらの間を弾性的に接続するための装置を示す展開図で
ある。
するための装置を示しているポンプハウジングとシール
組立体の一部の断面図である。
せるために拡大した清浄流体の循環を改良する装置を示
す図である。
きりさせるために拡大した清浄流体の循環を改良する装
置を示す他の図である。
ング 12 圧力降下装置 13 清浄流体
循環装置 14 軸スリーブ 16 シールハ
ウジング 18 回転可能なシールリング 20 回転不能
なシールリング 21、22 シール面 23 高圧領域 24 低圧領域 25 アダプタ 33 バランススリーブ 37 保持具
Claims (7)
- 【請求項1】 回転可能な軸(14)、バランススリー
ブ(33)及び静止ハウジング(16)に関連付けられ
ていて高圧流体と低圧流体とを分離するためのメカニカ
ルシール組立体(10)であって、 前記軸(14)に接続された回転可能なシールリング
(18)と、 軸方向移動が制限されるように前記ハウジング(16)
に接続されかつ前記バランススリーブ(33)により支
持された回転不能なシールリング(20)と、 前記回転不能なシールリング(20)を前記回転可能な
シールリング(18)に向かって軸方向に偏倚する装置
(50)とを備えたメカニカルシール組立体において、 回転不能なシールリング(20)を前記バランススリー
ブ(33)に対して密封するためのシール装置(11)
を備え、 前記シール装置(11)が前方の突部(11a)と、高
圧流体に面している前記前方の突部(11a)から軸方
向に隔てられた後方の突部(11b)とを備え、 前記
シール装置(11)が前記バランススリーブ(33)と
前記回転不能なシールリング(20)との間に配置さ
れ、 前記高圧流体と連通するための逃がし通路装置(35)
が前記前方の突部(11a)と後方の突部(11b)と
の間に配置され、 それによって、前記バランススリーブ(33)に関する
前記シール装置(11)の滑り摩擦を軽減しかつ回転不
能なシールリング(20)の歪みを調和するように前記
前方の突部と後方の突部との間で均一な圧力にするメカ
ニカルシール組立体。 - 【請求項2】 請求項1に記載のメカニカルシール組立
体において、 前記高圧流体によって適所に保持される取付け具(6
7)と、高圧流体と低圧流体との間の圧力差を、高圧流
体とゼロ圧力の流体との間の圧力差の1/2に制御する
ように高圧流体と低圧流体との間で限られた量の流体を
流すように前記高圧流体内の入口端部(65)及び前記
取付け具内の出口端部(66)を有するコイル状の管
(64)とを有する圧力降下装置(12)を更に備えた
メカニカルシール組立体。 - 【請求項3】 請求項1に記載のメカニカルシール組立
体において、 前記シール組立体の周囲での加圧された清浄流体源(7
8)からの清浄流体を循環するための装置(13)を更
に備えているメカニカルシール組立体。 - 【請求項4】 請求項1に記載のメカニカルシール組立
体において、 前記シール装置が逃げ部が形成されたエラストマのXリ
ングであるメカニカルシール組立体。 - 【請求項5】 請求項1に記載のメカニカルシール組立
体において、 前記高圧流体内の取付け具(67)と、前記高圧流体に
開口する入口端部(65)及び前記取付け具内にありか
つ前記低圧流体の圧力を制御するために前記低圧流体内
に配置された出口端部(66)を有するコイル状の管
(64)とを有する圧力降下装置(12)を更に備えた
メカニカルシール組立体。 - 【請求項6】 請求項1に記載のメカニカルシール組立
体において、 加圧された清浄流体源(78)と、清浄流体を前記加圧
された清浄流体源から前記シール組立体に向けて半径方
向に流す装置(77)と、前記高圧流体領域内でシール
組立体に清浄流体を与えて前記シール組立体の汚染を減
少するように前記半径方向に流された清浄流体を前記シ
ール組立体の回りで接線方向に流す装置(81)とを更
に備えたメカニカルシール組立体。 - 【請求項7】 請求項1に記載のメカニカルシール組立
体において、 前記高圧流体内にありかつその高圧流体によって適所に
保持された取付け具(67)と、前記高圧流体内に開口
している入口端部(65)及び前記取付け具(67)内
に配置されかつ前記低圧流体の圧力を制御するために前
記低圧流体内に配置された出口端部(66)を有するコ
イル状の管(64)とを有する圧力降下装置(12)
と、 加圧された清浄流体源(78)と、 清浄流体を前記加圧された清浄流体源から前記シール組
立体に向けて半径方向に流す装置(77)及び前記高圧
流体領域内でシール組立体に清浄流体を与えて前記シー
ル組立体の汚染を減少するように前記半径方向に流され
た清浄流体を前記シール組立体の回りで接線方向に流す
装置(81)と、 を更に備えたメカニカルシール組立体。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US488238 | 1990-03-01 | ||
US07/488,238 US5076589A (en) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | Mechanical seal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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