JP3008177U - Self-excited vibration prevention mechanism of mechanical seal - Google Patents
Self-excited vibration prevention mechanism of mechanical sealInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 メカニカルシール10の密封摺動面Sでの捩
り方向自励振動を吸収し、シール鳴きと呼ばれる騒音の
発生を防止する。
【構成】 コイルスプリング12で付勢されたシールリ
ング14に防振エラストマ部材22を介して環状質量体
21を設け、この環状質量体21と防振エラストマ部材
22からなる制振制振系20の固有振動数を、シールリ
ング14の自励振動の振動数域に設定することによっ
て、密封摺動面Sでのスティック・スリップによるシー
ルリング14の自励振動を吸収する。
(57) [Abstract] [Purpose] To absorb self-excited vibration in the torsional direction on the sealing sliding surface S of the mechanical seal 10 and prevent the generation of noise called seal squeal. A ring-shaped mass body 21 is provided on a seal ring 14 urged by a coil spring 12 via a vibration-proof elastomer member 22, and a vibration-damping / damping system 20 including the ring-shaped mass body 21 and the vibration-proof elastomer member 22 is provided. By setting the natural frequency in the frequency range of the self-excited vibration of the seal ring 14, the self-excited vibration of the seal ring 14 due to the stick-slip on the sealing sliding surface S is absorbed.
Description
【0001】[0001]
本考案は、各種機器の回転軸周を密封するメカニカルシールにおいて、このメ カニカルシールの自励振動を防止するものに関する。 The present invention relates to a mechanical seal for sealing the circumference of a rotary shaft of various devices, which prevents self-excited vibration of the mechanical seal.
【0002】[0002]
例えば自動車のエンジン冷却水をラジエータとの間で循環させるためのウォー タポンプに軸封装置として用いられるメカニカルシールは、一般に図3に示すよ うな構造を有する。図中の参照符号1はウォータポンプのハウジング、2はこの ハウジング1の軸孔に挿通されてインペラ(羽根車)3を回転させる回転軸であ る。メカニカルシール10は、ハウジング1の軸孔開口部に密嵌され軸方向一端 が開放された環状のケース11と、このケース11内に軸方向移動自在かつ遊嵌 係合部11a,14aによって回り止めされた状態に支持され、コイルスプリン グ12によって軸方向に付勢される共にエラストマからなるベローズ13によっ てケース11との間の気密が保持された固定摺動環であるシールリング14と、 回転軸2と一体である前記インペラ3のボス部こカップガスケット15を介して 抱持されて前記シールリング14に軸方向に対接された回転摺動環であるメイテ ィングリング16とを備えている。すなわちこのメカニカルシール10は、ハウ ジング1側の非回転のシールリング14は、コイルスプリング12の付勢力によ って、回転軸2と一体回転するメイティングリング16に押し付けられて摺接し 、両者12,16間に形成される密封摺動面Sにおいて、その外周側のポンプ室 内の密封対象液Wが大気A側(軸受側)へ漏洩するのを阻止するものである。 For example, a mechanical seal used as a shaft sealing device in a water pump for circulating engine cooling water of an automobile with a radiator generally has a structure as shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 is a water pump housing, and 2 is a rotary shaft which is inserted into a shaft hole of the housing 1 and rotates an impeller (impeller) 3. The mechanical seal 10 has a ring-shaped case 11 that is tightly fitted in the shaft hole opening of the housing 1 and has one axial end opened, and is rotatable in the case 11 by axially movable and loose fitting engagement portions 11a and 14a. A seal ring 14, which is a fixed sliding ring that is supported in a fixed state and is kept airtight from the case 11 by a bellows 13 that is axially biased by a coil spring 12 and is made of an elastomer. A mating ring 16 that is a rotary sliding ring that is held by the boss portion of the impeller 3 that is integral with the rotary shaft 2 and a cup gasket 15 and is axially opposed to the seal ring 14. There is. That is, in this mechanical seal 10, the non-rotating seal ring 14 on the housing 1 side is pressed by the urging force of the coil spring 12 against the mating ring 16 that rotates integrally with the rotating shaft 2 to make sliding contact therewith. In the sealing sliding surface S formed between 12 and 16, the liquid W to be sealed in the pump chamber on the outer peripheral side is prevented from leaking to the atmosphere A side (bearing side).
【0003】[0003]
上述のメカニカルシール10のように、水などの低粘度の液体を密封対象とす るメカニカルシールには、従来から、密封摺動面Sにおいていわゆる「シール鳴 き」と呼ばれる耳障りな摺擦音が発生するといった問題が指摘されている。これ について更に説明すると、密封摺動面Sにおける潤滑状態は、密封対象液体の粘 度Z、回転数N及び軸方向荷重Pによって変化し、ZN/Pの値が大きい場合は 液体潤滑による良好な潤滑状態が得られるのに対し、密封対象液が低粘土である 場合はZN/Pの値が小さくなって、密封摺動面Sに介在する液膜が薄くなるの で、境界潤滑(非流体潤滑)となり、前記シール鳴きは、この境界潤滑状態にお いて発生しやすい。 A mechanical seal that seals a low-viscosity liquid such as water like the mechanical seal 10 described above has hitherto produced a jarring rubbing noise called "seal noise" on the sealing sliding surface S. Problems such as occurrence have been pointed out. Explaining this further, the lubrication state on the sealing sliding surface S changes depending on the viscosity Z of the liquid to be sealed, the rotation speed N, and the axial load P, and when the value of ZN / P is large, good lubrication is achieved by liquid lubrication. Whereas the lubrication state is obtained, when the liquid to be sealed is low clay, the value of ZN / P becomes small and the liquid film existing on the sealing sliding surface S becomes thin. Lubrication), and the squeal of the seal is likely to occur in this boundary lubrication state.
【0004】 すなわち、密封摺動面Sが境界潤滑状態になってその摩擦係数が上昇すると、 コイルスプリング12によってメイティングリング16に押し付けられているシ ールリング14は、メイティングリング16の回転に伴う密封摺動面Sの摩擦ト ルクによって回転方向へ捩り変位され、これによって、シールリング14を付勢 しているコイルスプリング12及びエラストマベローズ13が捩り変形されてそ の弾性による捩り復元力が蓄積されるので、所定の捩り変位量に達した時点で、 前記捩り復元力によってシールリング14がメイティングリング16の回転と反 対方向へ復帰し、再び摩擦トルクによって回転方向へ捩り変位されるといったス ティック・スリップ運動,すなわち自励振動を生じる。That is, when the sealing sliding surface S enters the boundary lubrication state and its friction coefficient increases, the seal ring 14 pressed against the mating ring 16 by the coil spring 12 is rotated by the mating ring 16. Due to the friction torque of the sealing sliding surface S, the coil spring 12 and the elastomer bellows 13 urging the seal ring 14 are torsionally deformed by the friction torque of the sealing sliding surface S, and the torsion restoring force due to its elasticity is accumulated. Therefore, when the predetermined torsional displacement amount is reached, the seal ring 14 is returned in the direction opposite to the rotation of the mating ring 16 by the torsional restoring force, and is again torsionally displaced in the rotational direction by the friction torque. Stick-slip motion, that is, self-excited vibration occurs.
【0005】 また、シールリング14と、これをケース11に弾性的に支持しているコイル スプリング12及びエラストマベローズ13は、一種の振動系を構成しているこ とから、シールリング14の慣性モーメントをm0 、コイルスプリング12及び エラストマベローズ13の捩り方向バネ定数をk0 とすると、前記振動系の捩り 方向固有振動数ω0 は、次式Further, since the seal ring 14, and the coil spring 12 and the elastomer bellows 13 that elastically support the seal ring 14 constitute a kind of vibration system, the moment of inertia of the seal ring 14 is increased. Is m 0 , and the torsion spring constant of the coil spring 12 and the elastomer bellows 13 is k 0 , the torsion natural frequency ω 0 of the vibration system is
【数1】 で与えられる。このため、例えばポンプ起動後軸回転数が上昇する過程等におい て、振動数ω0 の自励振動によって、「グーグー」といった騒音を生じるのであ る。[Equation 1] Given in. Therefore, for example, in the process of increasing the shaft rotational speed after starting the pump, self-excited vibration of the frequency ω 0 causes noise such as “googoo”.
【0006】 本考案は、上記のような事情のもとになされたもので、その技術的課題とする ところは、メカニカルシールの密封摺動面での捩り方向自励振動を吸収し、シー ル鳴きの発生を防止することにある。The present invention has been made under the circumstances as described above, and its technical problem is to absorb self-excited vibration in the torsional direction at the sealing sliding surface of the mechanical seal and It is to prevent squeaking.
【0007】[0007]
上述した技術的課題は、本考案によって有効に解決することができる。 すなわち本考案に係るメカニカルシールの自励振動防止機構は、ハウジング側 に装着された非回転の固定摺動環と、前記ハウジング内周の回転軸側に装着され て前記固定摺動環の軸方向一端面に摺接される回転摺動環と、前記固定摺動環及 び回転摺動環のうちの一方の摺動環を他方の摺動環に向けて軸方向に付勢するス プリングとを備えるメカニカルシールにおいて、前記固定摺動環及び回転摺動環 のうち前記スプリングで付勢された摺動環に同心的に配置された環状質量体と、 この環状質量体と前記スプリングで付勢された摺動環とを弾性的に連結した防振 エラストマ部材とを備え、前記環状質量体と防振エラストマ部材からなる制振系 の固有振動数を、前記スプリングで付勢された摺動環の自励振動の振動数域に設 定したものである。 The above technical problems can be effectively solved by the present invention. That is, the self-excited vibration prevention mechanism for the mechanical seal according to the present invention comprises a non-rotating fixed slide ring mounted on the housing side and an axial direction of the fixed slide ring mounted on the rotary shaft side of the inner circumference of the housing. A rotary sliding ring that is in sliding contact with one end surface; and a spring that axially urges one of the fixed sliding ring and the rotary sliding ring toward the other sliding ring. In a mechanical seal including: an annular mass body concentrically arranged on a sliding ring biased by the spring of the fixed sliding ring and the rotary sliding ring; A vibration damping elastomer member elastically coupled to the slidable ring, and the sliding ring biased by the spring to the natural frequency of the damping system composed of the annular mass body and the vibration damping elastomer member. Is set in the frequency range of the self-excited vibration of .
【0008】[0008]
環状質量体の慣性モーメントをm、防振エラストマ部材の捩り方向バネ定数を kとすると、この環状質量体及び防振エラストマ部材からなる制振系の捩り方向 固有振動数ωd は、次式Assuming that the moment of inertia of the annular mass is m and the spring constant of the vibration-proof elastomer member in the torsion direction is k, the natural frequency ω d in the torsion direction of the damping system consisting of this annular mass and the vibration-proof elastomer member is
【数2】 で与えられる。そこで、環状質量体の慣性モーメントm及び防振エラストマ部材 の捩り方向バネ定数kによって、制振系の固有振動数ωd を、スプリングで付勢 された摺動環の自励振動の振動数域に設定しておくと、密封摺動面における自励 振動が生じた時に、この振動が伝達されることによって環状質量体と防振エラス トマ部材からなる制振系が共振し、この共振による振動変位が前記自励振動を相 殺する方向に生じる動的制振機能を奏するので、騒音の発生が有効に防止される 。[Equation 2] Given in. Therefore, the natural frequency ω d of the damping system is determined by the moment of inertia m of the annular mass and the torsional spring constant k of the anti-vibration elastomer member and the frequency range of self-excited vibration of the sliding ring urged by the spring. If this is set to, when self-excited vibration occurs on the sealed sliding surface, this vibration is transmitted and the vibration suppression system consisting of the annular mass body and the vibration-proof elastomer member resonates. Since the displacement has a dynamic damping function that occurs in the direction of canceling the self-excited vibration, the generation of noise is effectively prevented.
【0009】[0009]
図1は、先に説明した図3のウォータポンプ用メカニカルシール10に本考案 を適用した好適な一実施例を示すものである。すなわちこの実施例においては、 エラストマベローズ13の先端フランジ部13aを介してコイルスプリング12 でメイティングリング16側へ付勢されているシールリング14の外周に、金属 環からなる環状質量体21が同心的に配置され、この環状質量体21の内周面と 前記シールリング14の外周部との間に環状の防振エラストマ部材22を介在さ せたものである。防振エラストマ部材22は環状に成形してシールリング14と 環状質量体21の間に圧入するか、接着材あるいは加硫成形時の焼き付けにより 接着することができる。 FIG. 1 shows a preferred embodiment in which the present invention is applied to the mechanical seal 10 for a water pump of FIG. 3 described above. That is, in this embodiment, an annular mass body 21 made of a metal ring is concentric with the outer periphery of the seal ring 14 which is biased toward the mating ring 16 side by the coil spring 12 via the tip flange portion 13a of the elastomer bellows 13. The annular vibration isolating elastomer member 22 is interposed between the inner peripheral surface of the annular mass body 21 and the outer peripheral portion of the seal ring 14. The vibration-proof elastomer member 22 can be formed in an annular shape and press-fitted between the seal ring 14 and the annular mass body 21, or can be adhered by an adhesive or baking during vulcanization molding.
【0010】 環状質量体21の慣性モーメントmは、この環状質量体21の内径、外径、軸 方向厚さ及び材質等によって決まる。また、防振エラストマ部材22の捩り方向 バネ定数kは、シールリング14及び環状質量体21との接合面積、肉厚、圧縮 量及び材質等によって決まる。これによって、環状質量体21及び防振エラスト マ部材22からなる制振系20の捩り方向固有振動数ωd が、シールリング14 と、これをケース11に弾性的に支持しているコイルスプリング12及びエラス トマベローズ13からなる振動系の捩り方向固有振動数ω0 とほぼ一致するよう に設定される。The moment of inertia m of the annular mass body 21 is determined by the inner diameter, outer diameter, axial thickness and material of the annular mass body 21. The torsional spring constant k of the vibration-proof elastomer member 22 is determined by the joint area between the seal ring 14 and the annular mass body 21, the wall thickness, the compression amount, the material, and the like. As a result, the torsional natural frequency ω d of the vibration damping system 20 including the annular mass body 21 and the vibration damping elastomer member 22 is the seal ring 14 and the coil spring 12 that elastically supports the seal ring 14 in the case 11. And the natural frequency ω 0 in the torsional direction of the vibration system including the elastoma bellows 13 are set to be substantially the same.
【0011】 なお、メカニカルシール10自体の構造は、先に述べた図3のものと同様であ るため、その説明は省略する。また、環状質量体21及び防振エラストマ部材2 2は、図示の装着状態において、ハウジング1あるいはインペラ3等に接触する ことがないように設けられるものであることは言うまでもない。Since the structure of the mechanical seal 10 itself is the same as that of FIG. 3 described above, the description thereof will be omitted. It goes without saying that the annular mass body 21 and the vibration-proof elastomer member 22 are provided so as not to come into contact with the housing 1, the impeller 3, or the like in the mounted state shown in the drawing.
【0012】 この実施例によれば、メカニカルシール10の密封摺動面Sにおけるシールリ ング14のスティック・スリップ運動による自励振動が発生しても、この捩り方 向の自励振動は、環状質量体21と防振エラストマ部材22からなる制振系20 の動的制振作用によって吸収される。すなわち図2に示すように、密封摺動面S でのスティック・スリップ運動の振動数ω0 が前記制振系20の捩り方向固有振 動数ωd とほぼ一致する場合、一点鎖線で示す従来のメカニカルシールのような 自励振動が抑制され、「シール鳴き」の発生が有効に防止される。According to this embodiment, even if self-excited vibration due to stick-slip motion of the seal ring 14 on the sealing sliding surface S of the mechanical seal 10 occurs, this self-excited vibration in the torsional direction is It is absorbed by the dynamic vibration damping action of the vibration damping system 20 including the body 21 and the vibration damping elastomer member 22. That is, as shown in FIG. 2, when the frequency ω 0 of the stick-slip motion on the sealed sliding surface S 1 is substantially equal to the natural frequency ω d of the vibration damping system 20 in the torsional direction, the conventional one shown by a dashed line Self-excited vibration like that of the mechanical seal is suppressed, and the occurrence of "seal noise" is effectively prevented.
【0013】 なお、本考案は、図示の一実施例に限定されるものではない。すなわち、上述 の実施例においては、メカニカルシール10が、非回転のシールリング14をコ イルスプリング12で付勢している本体静止型となっており、環状質量体21及 び防振エラストマ部材22が、固定摺動環である前記シールリング14に設けら れているが、コイルスプリング及びこれによって付勢されたシールリングが回転 軸側に設けられてこの回転軸と共に回転される本体回転型のメカニカルシールに おいては、環状質量体21及び防振エラストマ部材22が、回転摺動環であるシ ールリングに設けられる。そしてこの場合は、シールリングと共に環状質量体2 1及び防振エラストマ部材22からなる制振系20が回転しつつ捩り方向の自励 振動を吸収する。The present invention is not limited to the illustrated embodiment. That is, in the above-mentioned embodiment, the mechanical seal 10 is of a stationary type in which the non-rotating seal ring 14 is biased by the coil spring 12, and the annular mass body 21 and the vibration-proof elastomer member 22 are provided. Is provided on the seal ring 14, which is a fixed sliding ring, and a coil spring and a seal ring urged by the coil spring are provided on the rotary shaft side and are rotated together with the rotary shaft. In the mechanical seal, the annular mass body 21 and the vibration-proof elastomer member 22 are provided on the seal ring which is a rotary sliding ring. In this case, the vibration damping system 20 including the ring-shaped mass body 21 and the vibration-proof elastomer member 22 absorbs the self-excited vibration in the torsional direction while rotating together with the seal ring.
【0014】 また、上述の実施例においては、環状質量体21及び防振エラストマ部材22 からなる制振系20をシールリング14の外周側に設けたが、メカニカルシール の形状によっては、シールリングの内周側あるいは背面側等に設けることもでき る。Further, in the above-described embodiment, the damping system 20 including the annular mass body 21 and the vibration-proof elastomer member 22 is provided on the outer peripheral side of the seal ring 14, but depending on the shape of the mechanical seal, It can also be provided on the inner circumference side or the back side.
【0015】[0015]
本考案によると、メカニカルシールの密封摺動面で発生するスティック・スリ ップ運動による捩り方向の自励振動が吸収されるため、「シール鳴き」と呼ばれ るメカニカルシールからの騒音の発生を有効に防止することができる。 According to the present invention, the self-excited vibration in the torsional direction due to the stick-slip motion generated on the sealing sliding surface of the mechanical seal is absorbed, so that the noise from the mechanical seal called "seal noise" is generated. It can be effectively prevented.
【図1】本考案に係る自励振動防止機構をウォータポン
プ用メカニカルシールに適用した一実施例を、軸心を通
る平面で切断して示す半断面図である。FIG. 1 is a half sectional view showing an embodiment in which a self-excited vibration preventing mechanism according to the present invention is applied to a mechanical seal for a water pump, cut along a plane passing through an axis.
【図2】上記実施例におけるシールリングの自励振動の
振幅と振動数との関係を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the amplitude and frequency of self-excited vibration of the seal ring in the above embodiment.
【図3】自励振動防止機構を設けない従来のメカニカル
シールの一例を、軸心を通る平面で切断して示す半断面
図である。FIG. 3 is a half cross-sectional view showing an example of a conventional mechanical seal provided with no self-excited vibration prevention mechanism, taken along a plane passing through an axis.
1 ハウジング 2 回転軸 10 メカニカルシール 12 コイルスプリング 14 シールリング(固定摺動環) 16 メイティングリング(回転摺動環) 20 制振系 21 環状質量体 22 防振エラストマ部材 1 Housing 2 Rotating Shaft 10 Mechanical Seal 12 Coil Spring 14 Seal Ring (Fixed Sliding Ring) 16 Mating Ring (Rotating Sliding Ring) 20 Vibration Suppression System 21 Annular Mass Body 22 Anti-Vibration Elastomer Member
Claims (1)
摺動環と、 前記ハウジング内周の回転軸側に装着されて前記固定摺
動環の軸方向一端面に摺接される回転摺動環と、 前記固定摺動環及び回転摺動環のうちの一方の摺動環を
他方の摺動環に向けて軸方向に付勢するスプリングと、 を備えるメカニカルシールにおいて、 前記固定摺動環及び回転摺動環のうち前記スプリングで
付勢された摺動環に同心的に配置された環状質量体と、 この環状質量体と前記スプリングで付勢された摺動環と
を弾性的に連結した防振エラストマ部材とを備え、 前記環状質量体と防振エラストマ部材からなる制振系の
固有振動数を前記スプリングで付勢された摺動環の自励
振動の振動数域に設定したことを特徴とするメカニカル
シールの自励振動防止機構。1. A non-rotating fixed slide ring mounted on the housing side, and a rotary slide mounted on the rotary shaft side of the inner circumference of the housing and in sliding contact with one axial end surface of the fixed slide ring. A fixed seal ring and a rotary slide ring, and a spring for axially urging one of the fixed slide ring and the rotary slide ring toward the other slide ring. And an annular mass body arranged concentrically with the sliding ring biased by the spring of the rotary sliding ring, and the annular mass body and the sliding ring biased by the spring are elastically connected. A vibration damping elastomer member, and the natural frequency of the damping system consisting of the annular mass body and the vibration damping elastomer member is set to the frequency range of the self-excited vibration of the sliding ring urged by the spring. Self-excited vibration prevention mechanism of mechanical seal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1994011435U JP3008177U (en) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | Self-excited vibration prevention mechanism of mechanical seal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1994011435U JP3008177U (en) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | Self-excited vibration prevention mechanism of mechanical seal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3008177U true JP3008177U (en) | 1995-03-07 |
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ID=43144014
Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3008177U (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012021619A (en) * | 2010-07-16 | 2012-02-02 | Ihi Corp | Compressor seal device |
-
1994
- 1994-08-23 JP JP1994011435U patent/JP3008177U/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012021619A (en) * | 2010-07-16 | 2012-02-02 | Ihi Corp | Compressor seal device |
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