JP3782690B2 - メカニカルシール装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱する摺動シール面を冷却する冷却流体の吐出手段を有するメカニカルシール装置に関する。特に、摺動シール面に冷却水を効率的に送り込んで冷却するメカニカルシール装置の技術分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係わる先行技術には、米国特許第４，２９０，６１１号明細書が存在する。図５は、この米国特許第４，２９０，６１１号の図面の図４に開示されていると共に、この特許に関連して一般に市販されているメカニカルシール製品の半断面図でもある。
【０００３】
この図５に示す従来例１のメカニカルシール１００は、回転軸１５１に取り付けられてスタフィングボックス１５０内にボルト１６０を介して装着されるように一対に構成さいされている。
このメカニカルシール１００は、スタフィングボックス１５０の内部から軸方向外方に向かって配置された液体シール装置１０１と第１シールフランジ１１０と第２シールフランジ１２０と気体シール装置１２１とが主要な構成部品である。
【０００４】
液体シール装置１０１は、回転軸１５１にスクリューソケット１５２を介して固着されたスリーブ１５３の外周面に装着されている。この回転軸１５１とスリーブ１５３との嵌合間にはＯリング１５４が配置されており、このＯリング１５４により嵌合間をシールしている。
この液体シール装置１０１は、回転シール面１０３を設けた回転用密封環１０２がＵ型ガスケット１０７とスペーサ１０８を介してスプリング１０５により弾発に押圧されている。
又、回転シール面１０３と接面する固定シール面１１３を設けた固定用密封環１１２は、第１シールフランジ１１０の内周面にＯリング１１６を介して嵌着されている。又、固定用密封環１１２に固着されたピン１１５を介して固定用密封環１１２と第１シールフランジ１１０の内周面に設けられた溝とが係止している。
【０００５】
第１シールフランジ１１０と結合する第２シールフランジ１２０の内周面内には、気体シール装置１２１が装着されている。この気体シール装置１２１は、止めねじ１２６を介してスリーブ１５３に固着されたドライブスリーブ１２５を設けている。このドライブスリーブ１２５に嵌合してスライドする第２回転用密封環１２２には動圧発生させる流体通路が形成された第２回転シール面１２３が設けられている。
この第２回転用密封環１２２の第２回転シール面１２３と密接する第２固定シール面１３３を設けた第２固定用密封環１３２は、Ｏリング１３６を介して第２シールフランジ１２０の内周嵌合面に嵌着されている。この第２固定シール面１３３には第２回転シール面１２３と協動して動圧を発生させる溝が周面に沿って複数設けられている。更に、第２回転用密封環１２２はコイルばね１２７を介して弾発に第２固定用密封環１３２側へ押圧されている。
【０００６】
このメカニカルシール１００は、回転軸１５１に組み立てられて回転軸１５１と共に、スタフィングボックス１５０の内周面１５６内に挿入して内装される。そして、第２シールフランジ１２０にはドレン１２８が設けられているので、気体シール装置１２１を設けた中間室１３０は、大気圧とほぼ同一の圧力に構成されている。
【０００７】
上述のように構成されたメカニカルシール１００では、例えば、フラッシングポート１５８から冷却水を噴出しても、液体シール装置１０１は被密封流体に満たされているので、冷却水は被密封流体と混合してしまう。このため、シール装置１０１の冷却効果が悪く、摺動面が発熱すると熱変形が惹起する。このシール面が熱変形した状態で摺動すると、変形した摺動面が急速に摩耗してシール面の平面度を維持することが困難になる。そして、シール面の密封能力が低下し、ついには、シール面が熱変形すると共に強度を低下させ、最後には破損することになる。
【０００８】
更に、気体シール装置１２１が配置されている室にドレン１２８から冷却水を供給しても、構造的に液体シール装置は冷却できないので、各シール装置１０１、１２１ごとに冷却供給ポートを設けなければならない。このため冷却供給装置が高価に成ると共に、メカニカルシール装置が複雑になって大型になる問題がある。
【０００９】
更に、本発明に関する従来例２として、特開平７−１２２３８号公報が存在する。この公報には、図４に示すメカニカルシール１００Ｂが開示されている。この図４は、メカニカルシールがケーシング２０１と回転軸２０２との間に装着された半断面図である。
このメカニカルシール１００Ｂは、ボイラーの循環ポンプやミルや撹拌機等の軸封として用いられるものである。
【００１０】
図４において、回転軸２０６は、ハウジング２０７に設けられた貫通孔２０７Ａに嵌通している。この回転軸２０６とハウジング２０７との間を機内Ａと機外Ｂとに密封に仕切るためにメカニカルシール１００Ｂが装着されている。
このメカニカルシール１００Ｂは、回転密封環２０１がスリーブ２０４を介して回転軸２０６に嵌着されて回転軸２０６と共に回転するように構成されている。この回転軸２０６と回転密封環２０１との嵌合間は被密封流体が漏洩しないようにＯリングにより密封されている。そして、回転密封環２０１には回転シール面Ｓ１が設けられており、この回転シール面Ｓ１が相手の固定シール面Ｓ２と密接してシールする。
【００１１】
一方、静止密封環２０２は、ハウジング２０７の部品にＯリングを介して摺動自在に嵌合している。Ｏリングは、ハウジング２０７の環状溝に挿嵌されてハウジング２０７と静止密封環２０２との嵌合間を密封する。
又、静止密封環２０２には端面に固定シール面Ｓ２が設けられており、この固定シール面Ｓ２が回転シール面Ｓ１と摺動密接して回転中でも機内Ａから機外Ｂへ流体が流失しないように阻止される。この固定シール面Ｓ２が回転シール面Ｓ１に圧接するように固定用密封環２０２の背面からスプリング２０３により押圧されている。
【００１２】
回転軸２０６に嵌着したスリーブ２０４には内周側にパーシャルインペラ２０５が形成されている。又、ハウジング２０７にはパーシャルインペラ２０５の近傍から外方に冷却液流出孔２０７ａが形成されている。
更に又、ハウジング２０７には、メカニカルシール１００Ｂの近傍に貫通する冷却液流入孔２０７ｂが形成されている。そして、冷却液流出孔２０７ａと冷却液流入孔２０７ｂとは、機外で配管により連通している。その配管には冷却器が装備されていて、メカニカルシール１００Ｂを冷却して冷却液流出孔２０７ａから流出する冷却液は冷却器により再冷却される。
しかし、パーシャルインペラは、スリーブの外周面に一体に形成されているために、更には、ハウジング内に形成されているために、インペラの直径を大きくすることができない。更に、回転軸２０６の回転数はポンプの吐出量により決められるから、回転軸２０６の回転数をメカニカルシール１００Ｂの必要に応じて勝手に大きくすることができない。このため、パーシャルインペラ２０５の吐出量は小さく、メカニカルシール１００Ｂを十分に冷却することができない。
【００１３】
この様に構成された従来例１のメカニカルシール１００Ａは、各シール装置１０１、１２１ごとに冷却装置を設けて冷却用の各流体通路１５８、１２８から各シール装置へ噴射させて冷却しなければならないが、この様な構造にすると設備のコストが上昇する。更には、メカニカルシール１００Ａが構造的に大型になる問題がある。
又、被密封流体が、例えば、火力発電所の高温水の循環ポンプの場合の様に高温の場合には、液体シール装置を冷却するために冷却水を高温水に噴射しても液体シール装置を効率的に冷却することは困難である。
【００１４】
更に、メカニカルシール１００Ａがタンデムシールやダブルシールのようにシール装置が２個以上配列されている場合には、１つの冷却装置で２つのシール装置を冷却することは構造的に困難になる。
【００１５】
又、上述の従来例２のように、ポンプ等の回転軸２０６に嵌着したスリーブ２０４のパーシャルインペラ２０５を回転して冷却水を循環させ、メカニカルシール１００Ｂを冷却する場合には、回転軸２０６の回転数はポンプに合わせ設定されており、パーシャルインペラ２０５に合わせて回転数を設定したり、更にはパーシャルインペラの直径をポンプの構造に関係なく設定することはできないから、規制されたパーシャルインペラ２０５の特性によりメカニカルシール１００Ｂの冷却効果が低下する。そして、回転用、及び固定用密封環２０１、２０１のシール面Ｓ１、Ｓ２が発熱温度により変形し、更には、シール面Ｓ１、Ｓ２が破損することになる。その結果、シール能力が低下して被密封流体が漏洩することになる。
【００１６】
また、この従来例２の冷却方法では、メカニカルシール１００Ｂが並列にダブルに配置された構成の場合に、このパーシャルインペラ２０５では、２つのメカニカルシール１００Ｂをこの１つのパシャルインペラ２０５で冷却することは、困難になる。そして、液体側のシール装置の摺動発熱を冷却することが困難になるから、密封環２０１、２０２を破損させ、或いは、シール能力を低下させて被密封流体を漏洩させることになる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする技術的課題は、冷却用流体をシール装置へ効果的に循環させて冷却することにある。更に、メカニカルシールがタンデム型シールであっても、ダブル型シールであっても同一の冷却水でシール装置を同時に冷却を可能にすることにある。
【００１８】
又、回転軸の回転数が小さくとも、効率的にシール装置を冷却できるようにし、ポンピングリングをポンプ等の装置の回転軸に利用できるようにすることにある。
【００１９】
更に、シール装置の冷却装置の設備費を安価にし、しかも、ポンピングリングの加工を容易にし、更にはハウジングに取付可能なシールフランジに内装できるような小型にすることにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【００２１】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置は、回転軸とハウジングとの間で機内側の被密封流体をシールするために軸方向へ並列に配置された第１シール装置と第２シール装置とを少なくとも有するメカニカルシール装置であって、前記ハウジングに形成されて前記第１シール装置の前記被密封流体側と反対側の面を流れる流体用の流体通路と、前記流体通路に連通する流体室を前記第１シール装置と前記第２シール装置との間の前記ハウジングに形成する通路空間面と、前記通路空間面内に配置されて外周面を有すると共に前記回転軸と連結する内周面を有するポンピングリングと、前記流体室に連通して前記ポンピングリングから前記第２シール装置側へ流出する前記流体を排出する排出孔とを具備し、前記ポンピングリングには前記流体通路に連通する流入口と前記第２シール装置側と連通する流出口とを有して前記流体を前記第２シール装置側へポンピングするポンピング孔と、前記外周面に形成された吐出テーパ面とを有し、且つ前記吐出テーパ面は前記通路空間面に設けたテーパ状絞り面と間隙を有して対向し、前記流体通路側の流体を前記ポンピングリングの回転時に前記第２シール装置側へ吐出させる吐出手段に構成したものである。
【００２２】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置では、ポンピング孔は、小径のポンピングリングの内部にでも設けることができるので、ポンピングリングの直径を小型にすることができる。このため、メカニカルシール装置全体の径方向を小さくできる効果を奏する。
しかも、ポンピング孔は、流体通路から流れる流体の軸方向の流れとほぼ同一方向に構成されているから、流体の流れに沿ってポンピングの能力が大きくなる。一方、ポンピング孔は孔によるポンピング作用であるから、他の大型の吐出手段に比較して大きなポンピング作用は期待できなくとも、このポンピングリングには、ポンピング孔の他に周速度の大きい吐出テーパ面による吐出手段が設けられているから、流体通路から流れてくる流体を、第２シール装置側へ効果的に吐出させることが可能になる。
さらに、ポンピングリングの外周面と通路空間面とは非接触状態にした吐出手段に構成されているから、耐久性のないゴム材製のシールリングでポンピングリングの外周面側の間隙をゴム材製のシールリングによりシールする必要もない。したがって、密封環のみによりシールできるので、メカニカルシール装置の耐久能力が飛躍的に向上できる。また、吐出 テーパ面には、径方向へ突出するインペラーなどを必要としないから、メカニカルシール装置が大径になるのを防止できる。そして、各シール装置を軸方向へ向かって連続に冷却して摺動するシール面の摩耗と、シール面のシール能力の低下が防止できる効果を奏する。
【００２３】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ポンピングリングの吐出テーパ面に流体通路側の流体を第２シール装置側へ圧送する凹凸状の圧送部が形成されているものである。
【００２４】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置では、吐出テーパ面に流体通路側の流体を第２シール装置側へ圧送する圧送部が形成されているから、ポンピング作用に加えて、さらに強力に流体を圧送させる効果が期待できる。
しかも、圧送部は、吐出テーパ面に沿って小さく設けるだけで、吐出テーパ面と協働してその効果が発揮できるから、メカニカルシール装置の能力の向上と共に、全体を小型にできる効果を奏する。
【００２５】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ポンピングリングの外周面には吐出テーパ面より第２シール装置側に絞り部を形成し、絞り部と通路空間面との間隙寸法を吐出テーパ面とテーパ状絞り面との間隙寸法より小さくして流体を吐き出す絞り手段に構成したものである。
【００２６】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置では、ポンピングリングの外周面に吐出テーパ面より第２シール装置側に絞り部を形成し、絞り部と通路空間面との間隙寸法を吐出テーパ面とテーパ状絞り面との間隙寸法よりも小さくして流体を強く吐出させる絞り手段に構成したものであるから、吐出手段により吐出される流体をさらに絞り手段により吐き出すことができる効果を奏する。
【００２７】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ポンピングリングにポンピング孔より内周側へ設けた取付段部に第２回転用密封環を嵌着したものである。
【００２８】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置では、ポンピングリングにポンピング孔より内周側へ設けた取付段部に第２回転用密封環を嵌着したものであるから、第２回転用密封環を回転軸に取り付ける取付部品を不用として、メカニカルシール装置を小型にすることが可能になる。しかも、ポンピング孔と第２シール装置を近接できるから、第２シール装置の冷却効果と共に、洗浄効果も発揮させることが可能になる。さらに、メカニカルシール装置の構造が簡単になるから、メカニカルシール装置の製作コストが低減できる効果を奏する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる実施の形態のメカニカルシール装置１を図面に基づいて詳述する。尚、説明する各図面は、特許用の概念図ではなく、実験データを基にした寸法関係が正確な設計図である。
【００３０】
図１は、本発明に係わるメカニカルシール装置１を装置本体（スタフィングボックス）６０と回転軸７０の外面にカートリッジとして装着した断面図である。又、図２は、図１のメカニカルシール装置１を回転軸７０に嵌合した装置本体６０の内方側から軸方向へ見た側面図である。
【００３１】
図１は、本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置１である。この図１のメカニカルシール装置１は、全体構成として、装置本体６０の外面６１にボルト６３を介してシールフランジ３０が取り付けられている。尚、装置本体（スタフィングボックス）６０とシールフランジ３０を合わせてハウジングとする。
一方、回転軸７０に嵌着したスリーブ５３の外周面にシールカラー５０を嵌合してセットスクリュー５１により両者を回転軸７０に固定されている。そして、複数のセットプレート５５をシールフランジ３０の側面にボルト５９により取り付けるとともに、セットプレート５５の溝５６とシールカラー５０の環状凸部３７とを係合してシールフランジ３０とシールカラー５０とを位置決めし、その後にシールカラー５０を回転軸７０に固定状態に取り付ける。
【００３２】
装置本体６０に取り付けられるシールフランジ（取付部品）３０は、図２に示すように、環状の円板を成すと共に、円板の側面周方向に沿って４等配に取付孔４５が設けられている。このシールフランジ３０は、取付孔４５を介してボルト６３により装置本体６０に取り付けられる。
【００３３】
このシールフランジ３０の内周面には、第１固定用密封環３と第２固定用密封環２１を取り付ける第１取付部３１と第２取付部４２とが設けられている。更に、第１取付部３１と第２取付部４２との間に流体が通る通路空間面３２が設けられていると共に、第１取付部３１の外周側に保持面３３が形成されている。
【００３４】
又、シールフランジ３０には、外周面に沿って等配に２〜３個の冷却用の流体通路４０と、排出孔４１が設けられている。この流体通路４０は、外方の配管と接続可能な管用ねじ部４０Ａから内周面の液体シール装置（第１シール装置）２側へ連通するように形成されている。そして、この流体通路４０からクエンチング液（冷却流体）が直接に各シール面６、１２に注水されるように成されており、この各シール面６、１２の摺動発熱を冷却すると共に、ポンピングリング４７のポンピング孔４８を通って第２シール装置２０に於ける第２固定用密封環２１の第２シール面２２の近傍に達して排出孔４１から流出する。そして、クエンチング液により第１及び第２固定用密封環３、２１及び第１及び第２回転用密封環１０、２３などの摺動する各シール面６、１２、２２、２４が冷却される。
【００３５】
又、シールフランジ３０の内周面には、第１取付部３１が設けられている。この第１取付部３１には固定ピン３５が設けられており、この固定ピン３５が第１固定用密封環３の係合溝７に係止して第１固定用密封環３を回動しないように保持している。
又、シールフランジ３０には、内周面に保持面３３が設けられており、この保持面３３にパッキン５の固着部５Ｂが密封に嵌着されている。
【００３６】
更に、シールフランジ３０の外周面には、等配に４個の冷却用の流体通路４０が設けられており、この流体通路４０は内周面の第１取付部３１側近傍へ貫通していると共に、第１固定用密封環３の背面及びパッキン５の背面に流体が通じるように通路空間面３２が形成されている。又、この流体通路４０が内周面へ貫通した開口の１部を塞ぐようにしてシールフランジ３０の嵌合面３８に流体ガイド環４６が嵌着している。そして、止めねじ等により流体ガイド環４６はシールフランジ３０に係止される。この流体ガイド環４６は、クエンチング液を第１固定用密封環３の第１シール面６の近傍やパッキン５の背面へ導入するように外周に案内面が形成されている。
【００３７】
又、シールフランジ３０には、内周に通路空間面３２が設けられており、この通路空間面３２内をクエンチング液が通るように形成されている。そして、シールフランジ３０に設けられた流体通路４０と同じ様な形状の排出孔４１が他方に設けられており、この排出孔４１は通路空間面３２内を介して流体通路４０と連通している。そして、流体通路４０から導入されたクエンチング液は、通路空間面３２内を通過して排出孔４１から排出される。
【００３８】
第１固定用密封環３は、第１シール面６を端面に形成されており、その背面に周方向等配に係合溝７が形成されている。更に、第１固定用密封環３の背面には周方向に等配の複数のばね座が設けられており、各ばね座に各々スプリング９が着座して第１固定用密封環３を弾発に第１シール面６方向へ押圧している。又、第１固定用密封環３の外周面には、パッキン５と密接する段部に形成された接合面３Ａと支持面３Ｂとが設けられている。この第１固定用密封環３は、炭化珪素、カーボン、セラミックなどの材質により構成されている。
【００３９】
又、第１相対シール面１２を設けた第１回転用密封環１０の内周側段部１３は、スリーブ５３のフランジ５３Ａの外周角部に密封嵌着している。この第１回転用密封環１０は、スリーブ５３に設けられた固定ピン５２に係止溝１１が係止して回動が阻止されている。更に、第１回転用密封環１０はスナップリング５３Ｂにより軸方向が固定されている。この第１回転用密封環１０は、炭化珪素、カーボン、その他セラミックなどの材質により構成されている。
【００４０】
パッキン５はゴム材製で円板状のリングに形成されている。このパッキン５には外周に固着部５Ｂが設けられていると共に、内周がシールリップ部５Ａに形成されている。そして、固着部５Ｂはシールフランジ３０の保持面３３に嵌着されている。
更に、このパッキン５の固着部５Ｂは、カバープレート４３により側面から保持されていると共に、パッキン５の被密封流体側を内方のシールリップ部５Ａ側へほぼ半分までカバープレート４３により覆われている。そして、被密封流体の圧力が直接パッキン５に作用しないようにカバープレート４３により保護している。
【００４１】
又、パッキン５は、固着部５Ｂが保持面３３に固着されていると共に、シールリップ部５Ａが第１固定用密封環３の外周面に形成された段部状の接合面３Ａに密封嵌合して第１固定用密封環３を第１シール面６方向へシールリップ部３Ａの弾性力で弾発している。
このパッキン５の材質は、パーフロロエラストマ、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、ポリエステル系エラストマーなどが用いられる。
【００４２】
シールカラー５０は、一端にフランジ５０Ａを設けた円管状に形成されている。又、スリーブ５３も、一端にフランジ部５３Ａを設けた円管状に形成されている。そして、シールカラー５０とスリーブ５３とは互いのフランジ５０Ａとフランジ部５３Ａを反対側にしてスリーブ５３にシールカラー５０を嵌合している。このスリーブ５３を回転軸７０にＯリングを介して密封に嵌着すると共に、セットスクリュー５１によりシールカラー５０とスリーブ５３とが回転軸７０に固定されている。そして、第１回転用密封環１０の内周面は、前述したようにスリーブ５３のフランジ部５３ＡにＯリングを介して密封嵌合している。
【００４３】
カバープレート４３は、断面Ｌ型を成して環状に形成されている。そして、カバープレート４３の外周面は、スタフィングボックス６０の被密封流体側の内周面６２に嵌着すると共に、シールフランジ３０の取付の位置決めをする。このカバープレート４３は大気側の外部からボルト４４により固定できるように成されている。
そして、カバープレート４３は環状を成してパッキン５の固着部５Ｂが移動しないように保持すると共に、パッキン５の被密封流体側に於ける内方中間までカバーする内径に形成されて被密封流体の圧力が作用しないようにしている。
【００４４】
シールフランジ３０の通路空間面３２内の流体室１５には、ポンピングリング４７の内周面が回転軸７０にＯリングを介して一体に嵌着されている。このポンピングリング４７には、ポンピング孔４８が設けられており、このポンピング孔４８は、ポンピングリング４７における上流側の流入口４８Ａから下流側の流出口（吐出口）４８Ｂへ向って外方へ傾斜している。更に、ポンピングリング４７の周方向へ沿って等配にポンピング孔４８が配置されている。
そして、ポンピング孔４８は、ポンピングリング４７の回転時に、液体シール装置２側のクエンチング液を排出孔４１の方向へポンピング作用をする。又、ポンピングリング４７の内周に設けられた凹部５７Ａは、シールカラー５０の管状端部の凸部５７Ｂと凹凸係合部５７に係止して、ポンピングリング４７と回転軸７０とが一体に回転するように構成されている。
【００４５】
ポンピングリング４７の外周角部には吐出テーパ面４７Ａが形成されている。この吐出テーパ面４７Ａと対向する通路空間面３２にはテーパ状絞り面３２Ａが形成されている。この吐出テーパ面４７Ａとテーパ状絞り面３２Ａとの協動作用により吐出手段を構成する。そして、クエンチング液を効率的に第２シール装置へ圧送する。
更に、ポンピングリング４７の吐出テーパ面４７Ａより第２シール装置２０側に絞り部１６を形成し、この絞り部１６と通路空間面３２との間を近接させ、この両面の間隙Ｈを吐出手段を構成する間隙よりも小さくし、絞り手段に構成している。この絞り部１６によりクエンチング液は、強く吐出される。
【００４６】
次に、シールフランジ３０の流体室１５の機外方向には、第２シール装置２０が設けられている。
この第２シール装置２０は、クエンチング液が外部に流出しないようにシールするものである（又、被密封流体の補助的シールの役目もする）。第２シール装置２０には、第２固定用密封環２１が設けられている。この第２固定用密封環２１は、端面に第２シール面２２が形成されており、シールフランジ３０の内周面の嵌合面３６とＯリングを介して移動自在に嵌合している。そして、第２取付部４２に取り付けられる第２固定用密封環２１は、外周のフランジに設けられた係合溝２５と第２取付部４２の固定ピン２７とが係止して回動しないように保持されている。又、第２固定用密封環２１は、第２取付部４２に着座した第２スプリング２８により背面から第２シール面２２方向へ押圧されている。
【００４７】
又、第２固定用密封環２１と対向して密接する第２回転用密封環２３には、第２相対シール面２４が形成されている。この第２相対シール面２４は、第２固定用密封環２１の第２シール面２２と密封に接触する。更に、第２回転用密封環２３の外周面は、ポンピングリング４７の取付段部４７Ａ１にＯリングを介して嵌着している。又、第２回転用密封環２３は、ポンピングリング４７に固着した固定ピン４９と係止溝２６とが係止している。そして、第２回転用密封環２３はポンピングリング４７と連結して回転軸７０と共に回動するように構成されている。 この第２固定用密封環２１及び回転用密封環２３は、炭化珪素、カーボン、その他のセラミックスなどの材質から製作される。
【００４８】
第２シール装置２０の外方には、クエンチング液を第２シール装置側へ流すための凸状の案内堰部１７がシールフランジ３０に設けられている。この案内堰部１７は、円板リング、又はスナップリング等をシールフランジ３０に設けた溝に嵌着状態に取り付けられる。そして、ポンピング孔４８から吐出されるクエンチング液を案内堰部１７により第２シール装置２０側へ流出させて第２シール装置２０を冷却し、その後に排出孔４１から流出させる。そして、この排出されたクエンチング液は、配管の途中で冷却器Ｒにより冷却されると共に、供給ポンプＭにより又流体通路４０へ圧送される。
【００４９】
図３は本発明の第２実施の形態を示すメカニカルシール装置の要部断面図である。
図３のメカニカルシール装置は、図１に示すメカニカルシール装置１とほぼ同様に構成されている。相違する点は、ポンピングリング４７の外周に設けられた吐出テーパ面４７Ａに断面が台形状ねじの圧送部４７Ｂが形成されている。そして、クエンチング液を第２シール装置２０側へ強力に圧送する。
この圧送部４７Ｂの実施例としては、テーパ状絞り面３２Ａに同様な形状の圧送部４７Ｂを形成することもできる。更には、吐出テーパ面４７Ａとテーパ状絞り面３２Ａとの両面に圧送部４７Ｂを形成しても良い。この圧送部４７Ｂは断面３角形、断面４角形の凹凸部に形成しても良い。又は、テーパ方向に溝を形成しても良い。そして、凹凸部は軸方向へねじ状に連続し、溝は周方向に等配に配設される。
【００５０】
このポンピングリング４７は、第１シール装置２と第２シール装置２０との間の流体室１５に設けられていると共に、シールフランジ３０に設けられた流体通路４０と排出孔４１との連通する途中に配設されている。そして、被密封流体とは混合しない冷却されたクエンチング液により冷却されるから、複数のシール装置を効率的に、しかも、連続に冷却することが可能になる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係わるメカニカルシール装置によれば、以下のような効果を奏する。
【００５２】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、ポンピングリングに流体通路側の内径側の流入口から外方へ傾斜するポンピング孔を有するので、流体を吐出させて軸方向へ配置されたシール装置を効果的に冷却できる。このために、シール装置を効率的に冷却して、シール装置の摺動時の摩擦に伴う発熱によりシール装置のシール面の損傷、更にはシール能力の低下が防止できる効果を奏する。
しかも、ポンピング孔は、ドリル加工で可能であるから、加工が簡単であり、製作コストを低減する効果が期待できる。
しかも、１つのポンピングリングで軸方向へ並列する２つのシール装置を連続して強力に冷却する効果が可能になる。
【００５３】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、ポンピングリングの吐出テーパ面に設けた圧送部によって第２シール装置側へ流体を吐出させることが可能になる。その結果、シール装置を効果的に冷却できる効果を奏する。さらに、圧送部は吐出テーパ面に設けているから、ポンピングリングの径方向を小型にして、メカニカルシール装置全体の径方向を小型にすることが可能になる。
【００５４】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、ポンピングリングの外周に設けた絞り手段によって、さらに流体を第２シール装置側へ圧送することが可能なる。その結果、軸方向へ配置されたシール装置が効率的に冷却できる効果を奏する。
【００５５】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、小型化を可能にしたポンピングリングにおけるポンピング孔の内周側に第２回転用密封環を取付可能にしたので、全体のメカニカルシール装置を小型にできる効果を奏する。さらに、ポンピングリングに設けたポンピング孔と第２回転用密封環を近接させることによって、第２シール装置の冷却効果と共に、洗浄効果を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置をシールフランジと回転軸との間に装着した断面図である。
【図２】図１に示すメカニカルシール装置を装置本体の内部から見た軸方向の側面図である。
【図３】本発明に係わる第２実施の形態を示すメカニカルシール装置の要部を示す半断面図である。
【図４】従来例のメカニカルシールの断面図である。
【図５】他の従来例のメカニカルシールの状態図である。
【符号の説明】
１ メカニカルシール
２ 液体シール装置
３ 第１固定用密封環
３Ａ 接合面
３Ｂ 支持面
５ パッキン
５Ａ シールリップ部
５Ｂ 固着部
５Ｃ 補強環
６ 第１シール面
７ 係合溝
９ スプリング
１０ 第１回転用密封環
１１ 係合溝
１２ 相対シール面
１３ 内周側段部
１５ 流体室
１７ 案内堰部
２０ 第２シール装置
２１ 第２固定用密封環
２２ 第２シール面
２３ 第２回転用密封環
２４ 第２相対シール面
２５ 係合溝
２６ 係合溝
２７ 固定ピン
２８ 第２スプリング
３０ シールフランジ
３１ 第１取付部
３２ 通路空間面
３２Ａ テーパ状絞り面
３３ 保持面
３５ 固定ピン
３６ 嵌合面
３７ 位置決凸部
３８ 嵌合面
４０ 流体通路
４０Ａ 管用ねじ部
４１ 排出孔
４２ 第２取付部
４３ カバープレート
４４ ボルト
４５ 取付穴
４６ 流体ガイド環
４７ ポンピングリング
４７Ａ 吐出テーパ面
４７Ｂ 圧送部
４８ ポンピング孔
４９ 固定ピン
５０ シールカラー
５１ セットスクリュー
５２ 固定ピン
５３ スリーブ
５３Ａ フランジ
５３Ｂ スナップリング
５５ セットプレート
５６ 係合溝
５７ 凹凸係合部
５７Ａ 凹部
５７Ｂ 凸部
５９ ボルト
６０ 装置本体（スタフィングボックス）
６１ 外面
６２ 内周面
６３ ボルト
７０ 回転軸
Ｍ 供給ポンプ
Ｒ 冷却器
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱する摺動シール面を冷却する冷却流体の吐出手段を有するメカニカルシール装置に関する。特に、摺動シール面に冷却水を効率的に送り込んで冷却するメカニカルシール装置の技術分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係わる先行技術には、米国特許第４，２９０，６１１号明細書が存在する。図５は、この米国特許第４，２９０，６１１号の図面の図４に開示されていると共に、この特許に関連して一般に市販されているメカニカルシール製品の半断面図でもある。
【０００３】
この図５に示す従来例１のメカニカルシール１００は、回転軸１５１に取り付けられてスタフィングボックス１５０内にボルト１６０を介して装着されるように一対に構成さいされている。
このメカニカルシール１００は、スタフィングボックス１５０の内部から軸方向外方に向かって配置された液体シール装置１０１と第１シールフランジ１１０と第２シールフランジ１２０と気体シール装置１２１とが主要な構成部品である。
【０００４】
液体シール装置１０１は、回転軸１５１にスクリューソケット１５２を介して固着されたスリーブ１５３の外周面に装着されている。この回転軸１５１とスリーブ１５３との嵌合間にはＯリング１５４が配置されており、このＯリング１５４により嵌合間をシールしている。
この液体シール装置１０１は、回転シール面１０３を設けた回転用密封環１０２がＵ型ガスケット１０７とスペーサ１０８を介してスプリング１０５により弾発に押圧されている。
又、回転シール面１０３と接面する固定シール面１１３を設けた固定用密封環１１２は、第１シールフランジ１１０の内周面にＯリング１１６を介して嵌着されている。又、固定用密封環１１２に固着されたピン１１５を介して固定用密封環１１２と第１シールフランジ１１０の内周面に設けられた溝とが係止している。
【０００５】
第１シールフランジ１１０と結合する第２シールフランジ１２０の内周面内には、気体シール装置１２１が装着されている。この気体シール装置１２１は、止めねじ１２６を介してスリーブ１５３に固着されたドライブスリーブ１２５を設けている。このドライブスリーブ１２５に嵌合してスライドする第２回転用密封環１２２には動圧発生させる流体通路が形成された第２回転シール面１２３が設けられている。
この第２回転用密封環１２２の第２回転シール面１２３と密接する第２固定シール面１３３を設けた第２固定用密封環１３２は、Ｏリング１３６を介して第２シールフランジ１２０の内周嵌合面に嵌着されている。この第２固定シール面１３３には第２回転シール面１２３と協動して動圧を発生させる溝が周面に沿って複数設けられている。更に、第２回転用密封環１２２はコイルばね１２７を介して弾発に第２固定用密封環１３２側へ押圧されている。
【０００６】
このメカニカルシール１００は、回転軸１５１に組み立てられて回転軸１５１と共に、スタフィングボックス１５０の内周面１５６内に挿入して内装される。そして、第２シールフランジ１２０にはドレン１２８が設けられているので、気体シール装置１２１を設けた中間室１３０は、大気圧とほぼ同一の圧力に構成されている。
【０００７】
上述のように構成されたメカニカルシール１００では、例えば、フラッシングポート１５８から冷却水を噴出しても、液体シール装置１０１は被密封流体に満たされているので、冷却水は被密封流体と混合してしまう。このため、シール装置１０１の冷却効果が悪く、摺動面が発熱すると熱変形が惹起する。このシール面が熱変形した状態で摺動すると、変形した摺動面が急速に摩耗してシール面の平面度を維持することが困難になる。そして、シール面の密封能力が低下し、ついには、シール面が熱変形すると共に強度を低下させ、最後には破損することになる。
【０００８】
更に、気体シール装置１２１が配置されている室にドレン１２８から冷却水を供給しても、構造的に液体シール装置は冷却できないので、各シール装置１０１、１２１ごとに冷却供給ポートを設けなければならない。このため冷却供給装置が高価に成ると共に、メカニカルシール装置が複雑になって大型になる問題がある。
【０００９】
更に、本発明に関する従来例２として、特開平７−１２２３８号公報が存在する。この公報には、図４に示すメカニカルシール１００Ｂが開示されている。この図４は、メカニカルシールがケーシング２０１と回転軸２０２との間に装着された半断面図である。
このメカニカルシール１００Ｂは、ボイラーの循環ポンプやミルや撹拌機等の軸封として用いられるものである。
【００１０】
図４において、回転軸２０６は、ハウジング２０７に設けられた貫通孔２０７Ａに嵌通している。この回転軸２０６とハウジング２０７との間を機内Ａと機外Ｂとに密封に仕切るためにメカニカルシール１００Ｂが装着されている。
このメカニカルシール１００Ｂは、回転密封環２０１がスリーブ２０４を介して回転軸２０６に嵌着されて回転軸２０６と共に回転するように構成されている。この回転軸２０６と回転密封環２０１との嵌合間は被密封流体が漏洩しないようにＯリングにより密封されている。そして、回転密封環２０１には回転シール面Ｓ１が設けられており、この回転シール面Ｓ１が相手の固定シール面Ｓ２と密接してシールする。
【００１１】
一方、静止密封環２０２は、ハウジング２０７の部品にＯリングを介して摺動自在に嵌合している。Ｏリングは、ハウジング２０７の環状溝に挿嵌されてハウジング２０７と静止密封環２０２との嵌合間を密封する。
又、静止密封環２０２には端面に固定シール面Ｓ２が設けられており、この固定シール面Ｓ２が回転シール面Ｓ１と摺動密接して回転中でも機内Ａから機外Ｂへ流体が流失しないように阻止される。この固定シール面Ｓ２が回転シール面Ｓ１に圧接するように固定用密封環２０２の背面からスプリング２０３により押圧されている。
【００１２】
回転軸２０６に嵌着したスリーブ２０４には内周側にパーシャルインペラ２０５が形成されている。又、ハウジング２０７にはパーシャルインペラ２０５の近傍から外方に冷却液流出孔２０７ａが形成されている。
更に又、ハウジング２０７には、メカニカルシール１００Ｂの近傍に貫通する冷却液流入孔２０７ｂが形成されている。そして、冷却液流出孔２０７ａと冷却液流入孔２０７ｂとは、機外で配管により連通している。その配管には冷却器が装備されていて、メカニカルシール１００Ｂを冷却して冷却液流出孔２０７ａから流出する冷却液は冷却器により再冷却される。
しかし、パーシャルインペラは、スリーブの外周面に一体に形成されているために、更には、ハウジング内に形成されているために、インペラの直径を大きくすることができない。更に、回転軸２０６の回転数はポンプの吐出量により決められるから、回転軸２０６の回転数をメカニカルシール１００Ｂの必要に応じて勝手に大きくすることができない。このため、パーシャルインペラ２０５の吐出量は小さく、メカニカルシール１００Ｂを十分に冷却することができない。
【００１３】
この様に構成された従来例１のメカニカルシール１００Ａは、各シール装置１０１、１２１ごとに冷却装置を設けて冷却用の各流体通路１５８、１２８から各シール装置へ噴射させて冷却しなければならないが、この様な構造にすると設備のコストが上昇する。更には、メカニカルシール１００Ａが構造的に大型になる問題がある。
又、被密封流体が、例えば、火力発電所の高温水の循環ポンプの場合の様に高温の場合には、液体シール装置を冷却するために冷却水を高温水に噴射しても液体シール装置を効率的に冷却することは困難である。
【００１４】
更に、メカニカルシール１００Ａがタンデムシールやダブルシールのようにシール装置が２個以上配列されている場合には、１つの冷却装置で２つのシール装置を冷却することは構造的に困難になる。
【００１５】
又、上述の従来例２のように、ポンプ等の回転軸２０６に嵌着したスリーブ２０４のパーシャルインペラ２０５を回転して冷却水を循環させ、メカニカルシール１００Ｂを冷却する場合には、回転軸２０６の回転数はポンプに合わせ設定されており、パーシャルインペラ２０５に合わせて回転数を設定したり、更にはパーシャルインペラの直径をポンプの構造に関係なく設定することはできないから、規制されたパーシャルインペラ２０５の特性によりメカニカルシール１００Ｂの冷却効果が低下する。そして、回転用、及び固定用密封環２０１、２０１のシール面Ｓ１、Ｓ２が発熱温度により変形し、更には、シール面Ｓ１、Ｓ２が破損することになる。その結果、シール能力が低下して被密封流体が漏洩することになる。
【００１６】
また、この従来例２の冷却方法では、メカニカルシール１００Ｂが並列にダブルに配置された構成の場合に、このパーシャルインペラ２０５では、２つのメカニカルシール１００Ｂをこの１つのパシャルインペラ２０５で冷却することは、困難になる。そして、液体側のシール装置の摺動発熱を冷却することが困難になるから、密封環２０１、２０２を破損させ、或いは、シール能力を低下させて被密封流体を漏洩させることになる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする技術的課題は、冷却用流体をシール装置へ効果的に循環させて冷却することにある。更に、メカニカルシールがタンデム型シールであっても、ダブル型シールであっても同一の冷却水でシール装置を同時に冷却を可能にすることにある。
【００１８】
又、回転軸の回転数が小さくとも、効率的にシール装置を冷却できるようにし、ポンピングリングをポンプ等の装置の回転軸に利用できるようにすることにある。
【００１９】
更に、シール装置の冷却装置の設備費を安価にし、しかも、ポンピングリングの加工を容易にし、更にはハウジングに取付可能なシールフランジに内装できるような小型にすることにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【００２１】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置は、回転軸とハウジングとの間で機内側の被密封流体をシールするために軸方向へ並列に配置された第１シール装置と第２シール装置とを少なくとも有するメカニカルシール装置であって、前記ハウジングに形成されて前記第１シール装置の前記被密封流体側と反対側の面を流れる流体用の流体通路と、前記流体通路に連通する流体室を前記第１シール装置と前記第２シール装置との間の前記ハウジングに形成する通路空間面と、前記通路空間面内に配置されて外周面を有すると共に前記回転軸と連結する内周面を有するポンピングリングと、前記流体室に連通して前記ポンピングリングから前記第２シール装置側へ流出する前記流体を排出する排出孔とを具備し、前記ポンピングリングには前記流体通路に連通する流入口と前記第２シール装置側と連通する流出口とを有して前記流体を前記第２シール装置側へポンピングするポンピング孔と、前記外周面に形成された吐出テーパ面とを有し、且つ前記吐出テーパ面は前記通路空間面に設けたテーパ状絞り面と間隙を有して対向し、前記流体通路側の流体を前記ポンピングリングの回転時に前記第２シール装置側へ吐出させる吐出手段に構成したものである。
【００２２】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置では、ポンピング孔は、小径のポンピングリングの内部にでも設けることができるので、ポンピングリングの直径を小型にすることができる。このため、メカニカルシール装置全体の径方向を小さくできる効果を奏する。
しかも、ポンピング孔は、流体通路から流れる流体の軸方向の流れとほぼ同一方向に構成されているから、流体の流れに沿ってポンピングの能力が大きくなる。一方、ポンピング孔は孔によるポンピング作用であるから、他の大型の吐出手段に比較して大きなポンピング作用は期待できなくとも、このポンピングリングには、ポンピング孔の他に周速度の大きい吐出テーパ面による吐出手段が設けられているから、流体通路から流れてくる流体を、第２シール装置側へ効果的に吐出させることが可能になる。
さらに、ポンピングリングの外周面と通路空間面とは非接触状態にした吐出手段に構成されているから、耐久性のないゴム材製のシールリングでポンピングリングの外周面側の間隙をゴム材製のシールリングによりシールする必要もない。したがって、密封環のみによりシールできるので、メカニカルシール装置の耐久能力が飛躍的に向上できる。また、吐出 テーパ面には、径方向へ突出するインペラーなどを必要としないから、メカニカルシール装置が大径になるのを防止できる。そして、各シール装置を軸方向へ向かって連続に冷却して摺動するシール面の摩耗と、シール面のシール能力の低下が防止できる効果を奏する。
【００２３】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ポンピングリングの吐出テーパ面に流体通路側の流体を第２シール装置側へ圧送する凹凸状の圧送部が形成されているものである。
【００２４】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置では、吐出テーパ面に流体通路側の流体を第２シール装置側へ圧送する圧送部が形成されているから、ポンピング作用に加えて、さらに強力に流体を圧送させる効果が期待できる。
しかも、圧送部は、吐出テーパ面に沿って小さく設けるだけで、吐出テーパ面と協働してその効果が発揮できるから、メカニカルシール装置の能力の向上と共に、全体を小型にできる効果を奏する。
【００２５】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ポンピングリングの外周面には吐出テーパ面より第２シール装置側に絞り部を形成し、絞り部と通路空間面との間隙寸法を吐出テーパ面とテーパ状絞り面との間隙寸法より小さくして流体を吐き出す絞り手段に構成したものである。
【００２６】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置では、ポンピングリングの外周面に吐出テーパ面より第２シール装置側に絞り部を形成し、絞り部と通路空間面との間隙寸法を吐出テーパ面とテーパ状絞り面との間隙寸法よりも小さくして流体を強く吐出させる絞り手段に構成したものであるから、吐出手段により吐出される流体をさらに絞り手段により吐き出すことができる効果を奏する。
【００２７】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ポンピングリングにポンピング孔より内周側へ設けた取付段部に第２回転用密封環を嵌着したものである。
【００２８】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置では、ポンピングリングにポンピング孔より内周側へ設けた取付段部に第２回転用密封環を嵌着したものであるから、第２回転用密封環を回転軸に取り付ける取付部品を不用として、メカニカルシール装置を小型にすることが可能になる。しかも、ポンピング孔と第２シール装置を近接できるから、第２シール装置の冷却効果と共に、洗浄効果も発揮させることが可能になる。さらに、メカニカルシール装置の構造が簡単になるから、メカニカルシール装置の製作コストが低減できる効果を奏する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる実施の形態のメカニカルシール装置１を図面に基づいて詳述する。尚、説明する各図面は、特許用の概念図ではなく、実験データを基にした寸法関係が正確な設計図である。
【００３０】
図１は、本発明に係わるメカニカルシール装置１を装置本体（スタフィングボックス）６０と回転軸７０の外面にカートリッジとして装着した断面図である。又、図２は、図１のメカニカルシール装置１を回転軸７０に嵌合した装置本体６０の内方側から軸方向へ見た側面図である。
【００３１】
図１は、本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置１である。この図１のメカニカルシール装置１は、全体構成として、装置本体６０の外面６１にボルト６３を介してシールフランジ３０が取り付けられている。尚、装置本体（スタフィングボックス）６０とシールフランジ３０を合わせてハウジングとする。
一方、回転軸７０に嵌着したスリーブ５３の外周面にシールカラー５０を嵌合してセットスクリュー５１により両者を回転軸７０に固定されている。そして、複数のセットプレート５５をシールフランジ３０の側面にボルト５９により取り付けるとともに、セットプレート５５の溝５６とシールカラー５０の環状凸部３７とを係合してシールフランジ３０とシールカラー５０とを位置決めし、その後にシールカラー５０を回転軸７０に固定状態に取り付ける。
【００３２】
装置本体６０に取り付けられるシールフランジ（取付部品）３０は、図２に示すように、環状の円板を成すと共に、円板の側面周方向に沿って４等配に取付孔４５が設けられている。このシールフランジ３０は、取付孔４５を介してボルト６３により装置本体６０に取り付けられる。
【００３３】
このシールフランジ３０の内周面には、第１固定用密封環３と第２固定用密封環２１を取り付ける第１取付部３１と第２取付部４２とが設けられている。更に、第１取付部３１と第２取付部４２との間に流体が通る通路空間面３２が設けられていると共に、第１取付部３１の外周側に保持面３３が形成されている。
【００３４】
又、シールフランジ３０には、外周面に沿って等配に２〜３個の冷却用の流体通路４０と、排出孔４１が設けられている。この流体通路４０は、外方の配管と接続可能な管用ねじ部４０Ａから内周面の液体シール装置（第１シール装置）２側へ連通するように形成されている。そして、この流体通路４０からクエンチング液（冷却流体）が直接に各シール面６、１２に注水されるように成されており、この各シール面６、１２の摺動発熱を冷却すると共に、ポンピングリング４７のポンピング孔４８を通って第２シール装置２０に於ける第２固定用密封環２１の第２シール面２２の近傍に達して排出孔４１から流出する。そして、クエンチング液により第１及び第２固定用密封環３、２１及び第１及び第２回転用密封環１０、２３などの摺動する各シール面６、１２、２２、２４が冷却される。
【００３５】
又、シールフランジ３０の内周面には、第１取付部３１が設けられている。この第１取付部３１には固定ピン３５が設けられており、この固定ピン３５が第１固定用密封環３の係合溝７に係止して第１固定用密封環３を回動しないように保持している。
又、シールフランジ３０には、内周面に保持面３３が設けられており、この保持面３３にパッキン５の固着部５Ｂが密封に嵌着されている。
【００３６】
更に、シールフランジ３０の外周面には、等配に４個の冷却用の流体通路４０が設けられており、この流体通路４０は内周面の第１取付部３１側近傍へ貫通していると共に、第１固定用密封環３の背面及びパッキン５の背面に流体が通じるように通路空間面３２が形成されている。又、この流体通路４０が内周面へ貫通した開口の１部を塞ぐようにしてシールフランジ３０の嵌合面３８に流体ガイド環４６が嵌着している。そして、止めねじ等により流体ガイド環４６はシールフランジ３０に係止される。この流体ガイド環４６は、クエンチング液を第１固定用密封環３の第１シール面６の近傍やパッキン５の背面へ導入するように外周に案内面が形成されている。
【００３７】
又、シールフランジ３０には、内周に通路空間面３２が設けられており、この通路空間面３２内をクエンチング液が通るように形成されている。そして、シールフランジ３０に設けられた流体通路４０と同じ様な形状の排出孔４１が他方に設けられており、この排出孔４１は通路空間面３２内を介して流体通路４０と連通している。そして、流体通路４０から導入されたクエンチング液は、通路空間面３２内を通過して排出孔４１から排出される。
【００３８】
第１固定用密封環３は、第１シール面６を端面に形成されており、その背面に周方向等配に係合溝７が形成されている。更に、第１固定用密封環３の背面には周方向に等配の複数のばね座が設けられており、各ばね座に各々スプリング９が着座して第１固定用密封環３を弾発に第１シール面６方向へ押圧している。又、第１固定用密封環３の外周面には、パッキン５と密接する段部に形成された接合面３Ａと支持面３Ｂとが設けられている。この第１固定用密封環３は、炭化珪素、カーボン、セラミックなどの材質により構成されている。
【００３９】
又、第１相対シール面１２を設けた第１回転用密封環１０の内周側段部１３は、スリーブ５３のフランジ５３Ａの外周角部に密封嵌着している。この第１回転用密封環１０は、スリーブ５３に設けられた固定ピン５２に係止溝１１が係止して回動が阻止されている。更に、第１回転用密封環１０はスナップリング５３Ｂにより軸方向が固定されている。この第１回転用密封環１０は、炭化珪素、カーボン、その他セラミックなどの材質により構成されている。
【００４０】
パッキン５はゴム材製で円板状のリングに形成されている。このパッキン５には外周に固着部５Ｂが設けられていると共に、内周がシールリップ部５Ａに形成されている。そして、固着部５Ｂはシールフランジ３０の保持面３３に嵌着されている。
更に、このパッキン５の固着部５Ｂは、カバープレート４３により側面から保持されていると共に、パッキン５の被密封流体側を内方のシールリップ部５Ａ側へほぼ半分までカバープレート４３により覆われている。そして、被密封流体の圧力が直接パッキン５に作用しないようにカバープレート４３により保護している。
【００４１】
又、パッキン５は、固着部５Ｂが保持面３３に固着されていると共に、シールリップ部５Ａが第１固定用密封環３の外周面に形成された段部状の接合面３Ａに密封嵌合して第１固定用密封環３を第１シール面６方向へシールリップ部３Ａの弾性力で弾発している。
このパッキン５の材質は、パーフロロエラストマ、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、ポリエステル系エラストマーなどが用いられる。
【００４２】
シールカラー５０は、一端にフランジ５０Ａを設けた円管状に形成されている。又、スリーブ５３も、一端にフランジ部５３Ａを設けた円管状に形成されている。そして、シールカラー５０とスリーブ５３とは互いのフランジ５０Ａとフランジ部５３Ａを反対側にしてスリーブ５３にシールカラー５０を嵌合している。このスリーブ５３を回転軸７０にＯリングを介して密封に嵌着すると共に、セットスクリュー５１によりシールカラー５０とスリーブ５３とが回転軸７０に固定されている。そして、第１回転用密封環１０の内周面は、前述したようにスリーブ５３のフランジ部５３ＡにＯリングを介して密封嵌合している。
【００４３】
カバープレート４３は、断面Ｌ型を成して環状に形成されている。そして、カバープレート４３の外周面は、スタフィングボックス６０の被密封流体側の内周面６２に嵌着すると共に、シールフランジ３０の取付の位置決めをする。このカバープレート４３は大気側の外部からボルト４４により固定できるように成されている。
そして、カバープレート４３は環状を成してパッキン５の固着部５Ｂが移動しないように保持すると共に、パッキン５の被密封流体側に於ける内方中間までカバーする内径に形成されて被密封流体の圧力が作用しないようにしている。
【００４４】
シールフランジ３０の通路空間面３２内の流体室１５には、ポンピングリング４７の内周面が回転軸７０にＯリングを介して一体に嵌着されている。このポンピングリング４７には、ポンピング孔４８が設けられており、このポンピング孔４８は、ポンピングリング４７における上流側の流入口４８Ａから下流側の流出口（吐出口）４８Ｂへ向って外方へ傾斜している。更に、ポンピングリング４７の周方向へ沿って等配にポンピング孔４８が配置されている。
そして、ポンピング孔４８は、ポンピングリング４７の回転時に、液体シール装置２側のクエンチング液を排出孔４１の方向へポンピング作用をする。又、ポンピングリング４７の内周に設けられた凹部５７Ａは、シールカラー５０の管状端部の凸部５７Ｂと凹凸係合部５７に係止して、ポンピングリング４７と回転軸７０とが一体に回転するように構成されている。
【００４５】
ポンピングリング４７の外周角部には吐出テーパ面４７Ａが形成されている。この吐出テーパ面４７Ａと対向する通路空間面３２にはテーパ状絞り面３２Ａが形成されている。この吐出テーパ面４７Ａとテーパ状絞り面３２Ａとの協動作用により吐出手段を構成する。そして、クエンチング液を効率的に第２シール装置へ圧送する。
更に、ポンピングリング４７の吐出テーパ面４７Ａより第２シール装置２０側に絞り部１６を形成し、この絞り部１６と通路空間面３２との間を近接させ、この両面の間隙Ｈを吐出手段を構成する間隙よりも小さくし、絞り手段に構成している。この絞り部１６によりクエンチング液は、強く吐出される。
【００４６】
次に、シールフランジ３０の流体室１５の機外方向には、第２シール装置２０が設けられている。
この第２シール装置２０は、クエンチング液が外部に流出しないようにシールするものである（又、被密封流体の補助的シールの役目もする）。第２シール装置２０には、第２固定用密封環２１が設けられている。この第２固定用密封環２１は、端面に第２シール面２２が形成されており、シールフランジ３０の内周面の嵌合面３６とＯリングを介して移動自在に嵌合している。そして、第２取付部４２に取り付けられる第２固定用密封環２１は、外周のフランジに設けられた係合溝２５と第２取付部４２の固定ピン２７とが係止して回動しないように保持されている。又、第２固定用密封環２１は、第２取付部４２に着座した第２スプリング２８により背面から第２シール面２２方向へ押圧されている。
【００４７】
又、第２固定用密封環２１と対向して密接する第２回転用密封環２３には、第２相対シール面２４が形成されている。この第２相対シール面２４は、第２固定用密封環２１の第２シール面２２と密封に接触する。更に、第２回転用密封環２３の外周面は、ポンピングリング４７の取付段部４７Ａ１にＯリングを介して嵌着している。又、第２回転用密封環２３は、ポンピングリング４７に固着した固定ピン４９と係止溝２６とが係止している。そして、第２回転用密封環２３はポンピングリング４７と連結して回転軸７０と共に回動するように構成されている。 この第２固定用密封環２１及び回転用密封環２３は、炭化珪素、カーボン、その他のセラミックスなどの材質から製作される。
【００４８】
第２シール装置２０の外方には、クエンチング液を第２シール装置側へ流すための凸状の案内堰部１７がシールフランジ３０に設けられている。この案内堰部１７は、円板リング、又はスナップリング等をシールフランジ３０に設けた溝に嵌着状態に取り付けられる。そして、ポンピング孔４８から吐出されるクエンチング液を案内堰部１７により第２シール装置２０側へ流出させて第２シール装置２０を冷却し、その後に排出孔４１から流出させる。そして、この排出されたクエンチング液は、配管の途中で冷却器Ｒにより冷却されると共に、供給ポンプＭにより又流体通路４０へ圧送される。
【００４９】
図３は本発明の第２実施の形態を示すメカニカルシール装置の要部断面図である。
図３のメカニカルシール装置は、図１に示すメカニカルシール装置１とほぼ同様に構成されている。相違する点は、ポンピングリング４７の外周に設けられた吐出テーパ面４７Ａに断面が台形状ねじの圧送部４７Ｂが形成されている。そして、クエンチング液を第２シール装置２０側へ強力に圧送する。
この圧送部４７Ｂの実施例としては、テーパ状絞り面３２Ａに同様な形状の圧送部４７Ｂを形成することもできる。更には、吐出テーパ面４７Ａとテーパ状絞り面３２Ａとの両面に圧送部４７Ｂを形成しても良い。この圧送部４７Ｂは断面３角形、断面４角形の凹凸部に形成しても良い。又は、テーパ方向に溝を形成しても良い。そして、凹凸部は軸方向へねじ状に連続し、溝は周方向に等配に配設される。
【００５０】
このポンピングリング４７は、第１シール装置２と第２シール装置２０との間の流体室１５に設けられていると共に、シールフランジ３０に設けられた流体通路４０と排出孔４１との連通する途中に配設されている。そして、被密封流体とは混合しない冷却されたクエンチング液により冷却されるから、複数のシール装置を効率的に、しかも、連続に冷却することが可能になる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係わるメカニカルシール装置によれば、以下のような効果を奏する。
【００５２】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、ポンピングリングに流体通路側の内径側の流入口から外方へ傾斜するポンピング孔を有するので、流体を吐出させて軸方向へ配置されたシール装置を効果的に冷却できる。このために、シール装置を効率的に冷却して、シール装置の摺動時の摩擦に伴う発熱によりシール装置のシール面の損傷、更にはシール能力の低下が防止できる効果を奏する。
しかも、ポンピング孔は、ドリル加工で可能であるから、加工が簡単であり、製作コストを低減する効果が期待できる。
しかも、１つのポンピングリングで軸方向へ並列する２つのシール装置を連続して強力に冷却する効果が可能になる。
【００５３】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、ポンピングリングの吐出テーパ面に設けた圧送部によって第２シール装置側へ流体を吐出させることが可能になる。その結果、シール装置を効果的に冷却できる効果を奏する。さらに、圧送部は吐出テーパ面に設けているから、ポンピングリングの径方向を小型にして、メカニカルシール装置全体の径方向を小型にすることが可能になる。
【００５４】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、ポンピングリングの外周に設けた絞り手段によって、さらに流体を第２シール装置側へ圧送することが可能なる。その結果、軸方向へ配置されたシール装置が効率的に冷却できる効果を奏する。
【００５５】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、小型化を可能にしたポンピングリングにおけるポンピング孔の内周側に第２回転用密封環を取付可能にしたので、全体のメカニカルシール装置を小型にできる効果を奏する。さらに、ポンピングリングに設けたポンピング孔と第２回転用密封環を近接させることによって、第２シール装置の冷却効果と共に、洗浄効果を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置をシールフランジと回転軸との間に装着した断面図である。
【図２】図１に示すメカニカルシール装置を装置本体の内部から見た軸方向の側面図である。
【図３】本発明に係わる第２実施の形態を示すメカニカルシール装置の要部を示す半断面図である。
【図４】従来例のメカニカルシールの断面図である。
【図５】他の従来例のメカニカルシールの状態図である。
【符号の説明】
１ メカニカルシール
２ 液体シール装置
３ 第１固定用密封環
３Ａ 接合面
３Ｂ 支持面
５ パッキン
５Ａ シールリップ部
５Ｂ 固着部
５Ｃ 補強環
６ 第１シール面
７ 係合溝
９ スプリング
１０ 第１回転用密封環
１１ 係合溝
１２ 相対シール面
１３ 内周側段部
１５ 流体室
１７ 案内堰部
２０ 第２シール装置
２１ 第２固定用密封環
２２ 第２シール面
２３ 第２回転用密封環
２４ 第２相対シール面
２５ 係合溝
２６ 係合溝
２７ 固定ピン
２８ 第２スプリング
３０ シールフランジ
３１ 第１取付部
３２ 通路空間面
３２Ａ テーパ状絞り面
３３ 保持面
３５ 固定ピン
３６ 嵌合面
３７ 位置決凸部
３８ 嵌合面
４０ 流体通路
４０Ａ 管用ねじ部
４１ 排出孔
４２ 第２取付部
４３ カバープレート
４４ ボルト
４５ 取付穴
４６ 流体ガイド環
４７ ポンピングリング
４７Ａ 吐出テーパ面
４７Ｂ 圧送部
４８ ポンピング孔
４９ 固定ピン
５０ シールカラー
５１ セットスクリュー
５２ 固定ピン
５３ スリーブ
５３Ａ フランジ
５３Ｂ スナップリング
５５ セットプレート
５６ 係合溝
５７ 凹凸係合部
５７Ａ 凹部
５７Ｂ 凸部
５９ ボルト
６０ 装置本体（スタフィングボックス）
６１ 外面
６２ 内周面
６３ ボルト
７０ 回転軸
Ｍ 供給ポンプ
Ｒ 冷却器
Claims (4)
- 回転軸とハウジングとの間で機内側の被密封流体をシールするために軸方向へ並列に配置された第１シール装置と第２シール装置とを少なくとも有するメカニカルシール装置であって、前記ハウジングに形成されて前記第１シール装置の前記被密封流体側と反対側の面を流れる流体用の流体通路と、前記流体通路に連通する流体室を前記第１シール装置と前記第２シール装置との間の前記ハウジングに形成する通路空間面と、前記通路空間面内に配置されて外周面を有すると共に前記回転軸と連結する内周面を有するポンピングリングと、前記流体室に連通して前記ポンピングリングから前記第２シール装置側へ流出する前記流体を排出する排出孔とを具備し、前記ポンピングリングには前記流体通路に連通する流入口と前記第２シール装置側と連通する流出口とを有して前記流体を前記第２シール装置側へポンピングするポンピング孔と、前記外周面に形成された吐出テーパ面とを有し、且つ前記吐出テーパ面は前記通路空間面に設けたテーパ状絞り面と間隙を有して対向し、前記流体通路側の流体を前記ポンピングリングの回転時に前記第２シール装置側へ吐出させる吐出手段に構成したことを特徴とするメカニカルシール装置。
- 前記ポンピングリングの吐出テーパ面には前記流体通路側の流体を前記第２シール装置側へ圧送する凹凸状の圧送部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載メカニカルシール装置。
- 前記ポンピングリングの外周面には吐出テーパ面より前記第２シール装置側に絞り部を形成し、前記絞り部と前記通路空間面との間隙を前記吐出テーパ面と前記テーパ状絞り面との間隙より小さくして前記流体を吐出させる絞り手段に構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール装置。
- 前記ポンピングリングには前記ポンピング孔より内周側に設けた取付段部に第２回転用密封環を嵌着したことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載のメカニカルシール装置。
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