JP3903499B2

JP3903499B2 - 高圧用メカニカルシール

Info

Publication number: JP3903499B2
Application number: JP20505496A
Authority: JP
Inventors: 直之北村
Original assignee: 日本ジョン・クレーン株式会社
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2016-08-02
Also published as: JPH1047494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧用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、特に高圧ガスシールとして使用する高圧用メカニカルシールに関する。
【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。
【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。
【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、二次シールとしてゴム製のＯリングを介在させているのである。
【０００５】
図５は二次シールとしてＯリングを用いた従来例を示すものである。プライマリーリング１００は、リテーナー１０１を介してケーシングに軸方向にのみ可動となして装着され、ディスク１０２とスプリング１０３からなる押圧手段にて図示しないメーティングリング側に弾性付勢している。前記プライマリーリング１００の円筒状内周面１００Ａの半径方向内方にリテーナースリーブ１０４の円筒状外周面１０４Ａ（シールバランス径）が延びており、前記ディスク１０２の半径方向内周部にＯリング１０５を保持する環状段部１０６が形成され、該環状段部１０６にＯリング１０５が装着された状態では、Ｏリング１０５はディスク１０２の押圧側よりも軸方向へ突出し且つ半径方向内方へ突出し、それぞれプライマリーリング１００の端面１００Ｂの半径方向内周部とリテーナースリーブ１０４の円筒状外周面１０４Ａに接触して両者間を密封している。
【０００６】
ここで、前記プライマリーリング１００はカーボンで作製され、またリテーナー１０１（リテーナースリーブ１０４）とディスク１０２はステンレス鋼で作製されており、カーボンの弾性係数及び熱膨張係数がステンレス鋼より小さいことからプライマリーリング１００の円筒状内周面１００Ａとリテーナースリーブ１０４の円筒状外周面１０４Ａとの間に十分な間隙ｄを設けておく必要がある。例えば、プライマリーリング１００の円筒状内周面１００Ａは高圧のプロセス流体によって内径が小さくなる（図５(b) の２点鎖線を参照）ので、その間隙は小さくなる。従って、プライマリーリング１００やリテーナースリーブ１０４の圧力や温度による径変化を見越して、両部材が接触しないように間隙ｄを大きく設定している。しかし、間隙ｄが大きくなると、Ｏリング１０５がこの間隙ｄに、ハミ出すことから一定の制限があり、そのためメカニカルシールとしての耐圧限度はこの間隙ｄの限度に依存していた。つまり、この構造のメカニカルシールは高圧用には不向きである。
【０００７】
一方、前述のようにプライマリーリングが圧力によって縮んでも、その二次シール部の隙間が変化しないように、端面シール構造をプライマリーリングの背面に設け、その部分に高圧時の信頼性が高い樹脂シールを設けた二次シール構造（図６参照）も提案されている。即ち、プライマリーリング２００の半径方向端面２００Ａと、該プライマリーリング２００を弾性付勢する押圧部材２０１（前記ディスク１０２に相当する要素）の押圧面２０１Ａを面接合可能とするとともに、該押圧面２０１Ａに形成した環状のシール溝２０１Ｂに断面略Ｕ字形の樹脂シール２０２を装着して前記端面２００Ａに圧接し、プライマリーリング２００と押圧部材２０１との間の密封を行い、また押圧部材２０１に一体形成したスリーブ部２０３の円筒状外周面２０３Ａをリテーナー２０４の円筒状内周面２０４Ａの半径方向内方に微小間隙を設けて位置させるとともに、前記内周面２０４Ａに形成した環状のシール溝２０４Ｂに断面略Ｕ字形の樹脂シール２０５を装着して前記外周面２０３Ａに圧接し、押圧部材２０１とリテーナー２０４との間の密封を行う構造のものである。ここで、前記プライマリーリング２００と押圧部材２０１とに半径方向の変位差が生じた場合には、前記樹脂シール２０２が端面２００Ａを摺動して吸収し、またプライマリーリング２００が軸方向に変動した場合には、前記樹脂シール２０５が外周面２０３Ａを摺動して追従するのである。
【０００８】
図６に示した構造の場合、部品点数が多くなる欠点があり、また前記押圧部材２０１は小さな断面積で全圧力を受ける構造であるので、スリーブ部２０３の厚みを十分に確保する必要があり、寸法が大きくなる傾向があった。また、従動する部品の全質量が大きくなり、振動等の速い動きに対する従動機能が劣る傾向があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
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、高圧用メカニカルシールにおけるプライマリーリングとリテーナーとの間でプロセス流体を密封する二次シール構造を改良して、高圧下でシールリングがハミ出す可能性のある間隙を小さくすることができるとともに、その間隙が圧力や温度の負荷で変化し難く、高圧下で長期間にわたって安定にプライマリーリングの変動に追従して密封することが可能な構造とし、特に高圧ガスシールとして優れた高圧用メカニカルシールを提供する点にある。
【００１０】
【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の一次シール面と、ケーシングにリテーナーを介して軸方向にのみ可動となして密封装着し且つリテーナーに設けたディスクとスプリングからなる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の一次シール面とを、接触又は非接触の状態で回転密封するメカニカルシールにおいて、前記プライマリーリングの一次シール面とは反対側の半径方向端面であって内周側縁部に形成した二次シール面と前記ディスクの押圧面側の内方フランジ部に形成した二次シール面とを気密接触するとともに、該ディスクの内周部であって半径方向内方へ延びた前記内方フランジ部と外方フランジ部との間に形成した半径方向内方へ開放した環状溝内にシールリングを装着して前記ディスクと、前記リテーナーの半径方向内周部であってメーティングリング側へ軸方向に延びたリテーナースリーブの円筒状外周面との間を摺動可能に密封し、前記プライマリーリングを前記リテーナー及びディスクより弾性係数及び熱膨張係数が小さい素材で形成し且つ前記リテーナーとディスクとを弾性係数及び熱膨張係数が一致又は近似した素材で形成し、プライマリーリングの円筒状内周面とその半径方向内方に位置するリテーナースリーブの円筒状外周面との間に、該プライマリーリングとリテーナースリーブの圧力及び温度による径変化差を許容する逃がし間隙を形成するとともに、リテーナースリーブの円筒状外周面とディスクの内方フランジ部の内周縁との間に、前記逃がし間隙よりも狭い微小間隙を形成してなる高圧用メカニカルシールを構成した。
【００１１】
このような構成の高圧用メカニカルシールは、高圧下でプライマリーリングの半径が小さくなっても、プライマリーリングの円筒状内周面とリテーナースリーブの円筒状外周面との間にその径変化差を吸収し得る十分な逃がし間隙を形成していることから、両部材が接触する恐れがなく、またリテーナースリーブとディスクとは圧力、温度の負荷によって略同様な径変化を生じるので、リテーナースリーブの円筒状外周面とディスクの内方フランジ部の内周縁との間に、高圧下でのシールリングのハミ出しを規制することができる程度の微小間隙を形成しても、両部材が接触する恐れや両部材間の間隔が開いてシールリングがハミ出す恐れが全くなく、従って高圧のプロセス流体の密封に適したものである。
【００１２】
ここで、前記プライマリーリングの素材をカーボンとし、前記リテーナー及びディスクの素材をステンレス鋼としてなることが好ましい。カーボン素材は、熱に対する変形が少なく且つ低摩擦性を有することから、高速に回転する回転軸とケーシング間において、高温のプロセス流体を密封するのに適しており、またステンレス鋼素材は、加工の容易性と圧力に対する変形が小さいので好ましいものである。
【００１３】
また、前記シールリングとして、高圧プロセス流体側に開放した凹溝内に予圧スプリングを内蔵した樹脂シールを用いる。即ち、低摩擦性に優れた樹脂シールを用いることによって、樹脂シールとリテーナースリーブの円筒状外周面との摺動摩擦抵抗が少なくなって、プライマリーリングの軸方向への変動に対して優れた追従性を確保できる。そのため、樹脂シールを用いた場合の本発明は、プロセス流体がガスの場合に特に有効である。つまり、プロセス流体がガスの場合には、樹脂シールとリテーナースリーブとの接触部がドライコンタクトであるため、液体の場合に比べて摺動摩擦抵抗は高くなり、更に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間が非接触シールである場合には、回転に伴って発生する動圧が液体の場合に比べて小さいので、プライマリーリングの良好な追従性を確保するにはその動作を阻害する抵抗を小さくする必要があるからである。
【００１４】
更に、前記ディスク及びプライマリーリングの一方の二次シール面であって半径方向外方の一部分に、高圧プロセス流体が侵入可能な複数の溝を円周方向に沿って隔設してなることがより好ましい。二次シール面に前記溝を形成することにより、この溝内にプロセス流体が侵入し、その流体圧力が二次シール面の接触面に侵入し、摩擦抵抗を小さくする作用をなすことから、カーボン製プライマリーリングが高圧下で径方向に縮んだり、減圧下で径方向に大きくなったりする時のディスクとの相対変位による滑りが円滑になり、プロセス流体がガスの場合にドライコンタクトであるため特に有効である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に添付図面に示した実施形態に基づき更に本発明の詳細を説明する。図１は本発明の高圧用メカニカルシールの要部を示し、図２は本発明の主要部である二次シール構造の拡大断面図を示し、図中１は回転軸、２はメーティングリング、３はプライマリーリング、４はリテーナー、５は押圧手段、６はシールリングをそれぞれ示している。
【００１６】
本発明の高圧用メカニカルシールは、回転軸１に密封固定したメーティングリング２の一次シール面７と、ケーシング８にリテーナー４を介して軸方向にのみ可動となして密封装着し且つリテーナー４に設けたディスク９とスプリング１０からなる押圧手段５にて前記メーティングリング２側へ付勢したプライマリーリング３の一次シール面１１とを、接触又は非接触の状態で回転密封するメカニカルシールにおいて、前記プライマリーリング３の一次シール面１１とは反対側の半径方向端面であって内周側縁部に形成した二次シール面１２と前記ディスク９の押圧面側の内方フランジ部１３に形成した二次シール面１４とを気密接触するとともに、該ディスク９の内周部であって内方フランジ部１３と外方フランジ部１５間に形成した半径方向内方へ開放した環状溝１６内にシールリング６を装着して前記ディスク９とリテーナースリーブ１７の円筒状外周面１７Ａとの間を摺動可能に密封し、前記プライマリーリング３を前記リテーナー４及びディスク９より弾性係数及び熱膨張係数が小さい素材で形成し且つ前記リテーナー４とディスク９とを弾性係数及び熱膨張係数が一致又は近似した素材で形成し、プライマリーリング３の円筒状内周面３Ａとその半径方向内方に位置するリテーナースリーブ１７の円筒状外周面１７Ａとの間に、該プライマリーリング３とリテーナースリーブ１７の圧力及び温度による径変化差を許容する逃がし間隙１８を形成するとともに、リテーナースリーブ１７の円筒状外周面１７Ａとディスク９の内方フランジ部１３の内周縁との間に、前記逃がし間隙１８よりも狭い微小間隙１９を形成してなることを要旨としている。
【００１７】
更に詳しくは、前記プライマリーリング３は、少なくとも前記ディスク９と接触する端面の半径方向内方部分に他の外方部分よりも軸方向に突出した二次シール面１２を形成するとともに、ケーシング８に密封固定したリテーナー４の外筒部２０の内面に軸方向に形成したスプライン溝２１に、スライド係合して非回転且つ軸方向可動とするために、その外周部に回転規制部２２を突設している。
【００１８】
また、前記リテーナー４は、リテーナースリーブ１７と外筒部２０との間に凹所を形成して、該凹所内にプライマリーリング３の一部を収容した状態で、該凹所の一部に形成した係合孔２３に前記スプリング１０の一端を受け入れるとともに、前記ディスク９の外周部に形成した係合凹所２４にスプリング１０の他端を受け入れて、ディスク９を介してプライマリーリング３をメーティングリング２側に押圧する等、プライマリーリング３を可動可能に支持する機能と、プライマリーリング３とケーシング８間における二次シールの機能を果たすものである。そして、リテーナー４の半径方向内周部であってメーティングリング２側へ軸方向に延びたリテーナースリーブ１７は、プライマリーリング３の半径方向内方へ位置し、プライマリーリング３との間に該プライマリーリング３の軸方向移動を許容するクリアランスを設けている。
【００１９】
前記ディスク９は、外周部に複数の前記係合凹所２４，…を一定間隔で円周方向に設けるとともに、その内方に半径方向内方へ延びた内方フランジ部１３と外方フランジ部１５を形成し、その間の円筒壁面２５とで前記環状溝１６を形成している。前記内方フランジ部１３の内周縁は、外方フランジ部１５よりも半径方向内方に延びているとともに、前記プライマリーリング３の円筒状内周面３Ａの内径よりも半径を小さく設定し、リテーナースリーブ１７の円筒状外周面１７Ａとの間に微小間隙１９を形成している。前記リテーナー４とディスク９とは、弾性係数及び熱膨張係数が一致又は近似した素材で形成するため、圧力や温度が変化しても前記微小間隙１９の変化は極僅かであるので、この微小間隙１９は、製造上の寸法誤差を許容し得る程度に小さくできる。
【００２０】
前記シールリング６には、本発明では予圧スプリングを内蔵した樹脂シールを用いている。この樹脂シール６は、基端部６Ａから半径方向内外に分岐した一対のリップ部６Ｂ，６Ｂを有し、両リップ部６Ｂ，６Ｂの間の凹溝内に予圧スプリング６Ｃを嵌合した構造のものである。そして、この樹脂シール６は、前記ディスク９の環状溝１６内に装着され、その装着された状態では、外方のリップ部６Ｂは前記円筒壁面２５に圧接するとともに、内方のリップ部６Ｂは前記リテーナースリーブ１７の円筒状外周面１７Ａに圧接し、予圧スプリング６Ｃによって緊迫され、また両リップ部６Ｂ，６Ｂは、プロセス流体側に向いて基端部６Ａが内方フランジ部１３に当接している。ここで、前記基端部６Ａは、半径方向端面を有して、該端面がプロセス流体の圧力によって内方フランジ部１３の内面に密接する構造が好ましい。
【００２１】
ここで、予圧スプリングを内蔵した樹脂シール６の特徴と利点を簡単に説明する。
▲１▼優れた耐薬品、耐食性能（ゴムＯリングより遙に広い範囲の薬品や溶剤に耐えられる。）
▲２▼高圧からの耐急減圧（ゴムＯリングに起こる急減圧破損がない。）
▲３▼高圧下の耐ハミ出し性能（ゴムＯリングより大きいハミ出し限度の特性をもっている。）
▲４▼優れた耐熱性能（一般のゴムＯリングより高い耐熱限度特性を持っている。）
▲５▼優れた耐低温性能（広い使用温度範囲で、ゴムＯリングより低温度まで耐えられる。）
▲６▼優れた耐候性：長期保管寿命（長期保管しても材質劣化がほとんど皆無である。）
▲７▼摩擦力安定性（ゴムＯリングでの長期間使用時の密着面状態変化に伴う摩擦変化が起こり難く、可動部にて摩擦力が安定で、ガス・シールの性能をより安定化させる。）
【００２２】
そして、前記メーティングリング２とプライマリーリング３の各一次シール面７，１１の何れか一方に、図例ではメーティングリング２の一次シール面７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２６を円周方向に一定間隔で設けてプロセス流体を一次シール面７，１１間に圧送し、両シール面７，１１間を非接触状態で密封するようにすれば、高速回転用、ガスシール用として適している。
【００２３】
このように本発明は、前記プライマリーリング３の二次シール面１２と前記ディスク９の二次シール面１４とを密接するとともに、該ディスク９の環状溝１６に装着した樹脂シール６を前記リテーナースリーブ１７の円筒状外周面１７Ａに摺接させる構造とし、しかも前記プライマリーリング３を前記リテーナー４及びディスク９より弾性係数及び熱膨張係数が小さい素材で形成し且つ前記リテーナー４とディスク９とを弾性係数及び熱膨張係数が一致又は近似した素材で形成したことにより、前記プライマリーリング３の円筒状内周面３Ａとリテーナースリーブ１７の円筒状外周面１７Ａとの間に比較的大きな逃がし間隙１８を形成することができるので、両部材間の圧力による半径方向の変形量差を吸収することができるとともに、ディスク９の内方フランジ部１３の内周縁とリテーナースリーブ１７の円筒状外周面１７Ａとの間に、シールリング（樹脂シール）６の圧力変形によってハミ出すことがないような微小間隙１９を形成することが可能となったのである。
【００２４】
次に、本発明の代表的実施形態として図１に示した高圧ガスシール用非接触メカニカルシールを簡単に説明するが、液体シール用でも同様である。図１は、非接触メカニカルシールＭの要部の構造を示し、流体機器の密封容器であるケーシング８と、該ケーシング８の開放端を貫通する回転軸１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。
【００２５】
本実施形態の非接触メカニカルシールは、前記ケーシング８の回転軸１を貫通する開口部にリテーナー４を密封状態で固定し、回転軸１にはアセンブリスリーブ２７を外挿固定し、該アセンブリスリーブ２７の内方端外周に一体形成したフランジ２８にメーティングリング２を密封保持するとともに、その外方に固定スリーブ２９を密封外嵌し、フランジ２８と固定スリーブ２９とでメーティングリング２を挟み込んで固定している。また、回転軸１とアセンブリスリーブ２７との間、アセンブリスリーブ２７とメーティングリング２及び固定スリーブ２９との各間に、トレランスリング３０，…を介在させて、各部材の熱膨張率の差に起因するガタつきを防止するとともに、調心を行っている。そして、ケーシング８とリテーナー４間の密封、アセンブリスリーブ２７のフランジ２８とメーティングリング２間の密封、アセンブリスリーブ２７と固定スリーブ２９間の密封には、Ｏリング３１，…を用いて行っている。
【００２６】
本実施形態では、メーティングリング２とプライマリーリング３の対が軸方向に一対あるシングル型の非接触メカニカルシールを示したが、勿論メーティングリング２とプライマリーリング３が二対のタンデム型のものでも良く、更に両一次シール面７，１１とが接触して密封するものであっても良い。
【００２７】
そして、本実施形態では、前記プライマリーリング３の素材をカーボンとし、前記リテーナー４及びディスク９の素材をステンレス鋼としている。勿論、前記プライマリーリング３の素材は、前記リテーナー４及びディスク９より弾性係数や熱膨張係数が小さく、また前記リテーナー４とディスク９の素材は、弾性係数及び熱膨張係数が一致又は近似したものであれば、他の素材を採用することができる。例えば、プライマリーリング３とリテーナー４及びディスク９の素材の組合せとして、カーボンとステンレス鋼の他に、シリコンカーバイドとインコネル、シリコンカーバイドとハステロイ、シリコナイズド・カーボンとインコネル、シリコナイズド・カーボンとハステロイ等が挙げられる。ここで、シリコナイズド・カーボンとは、カーボンを溶融シリコンに浸漬してカーボンの表面にシリコンカーバイドの合金を形成したものである。次の表１に、代表的なカーボンとステンレス鋼の素材の熱膨張係数と弾性係数を示す。尚、カーボン素材においては、材料メーカーによってその特性はバラツキがあるため、その概略範囲を示している。
【００２８】
【表１】

【００２９】
次に、図３及び図４には、本発明の他の実施形態を示し、前記ディスク９の二次シール面１４であって半径方向外方の一部分に、高圧プロセス流体が侵入可能な複数の溝３２，…を円周方向に沿って隔設した例を示している。尚、前記溝３２は、プライマリーリング３の二次シール面１２であって半径方向外方の一部に形成することも可能である。この二次シール面１４に溝３２，…を形成することにより、該溝３２内にプロセス流体が圧力によって侵入し、摺動摩擦抵抗を小さくするので、プライマリーリング３が高圧下で縮んだり、減圧下で伸びたりする時の両二次シール面１２，１４間の滑りを円滑にすることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上にしてなる本発明の高圧用メカニカルシールによれば、高圧下でプライマリーリングの半径が小さくなっても、プライマリーリングの円筒状内周面とリテーナースリーブの円筒状外周面との間にその径変化差を吸収し得る十分な逃がし間隙を形成していることから、両部材が接触する恐れがなく、またリテーナースリーブとディスクとは圧力、温度の負荷によって略同様な径変化を生じるので、リテーナースリーブの円筒状外周面とディスクの内方フランジ部の内周縁との間に、高圧下でのシールリングのハミ出しを規制することができる程度の微小間隙を形成しても、両部材が接触する恐れや両部材間の間隔が開いてシールリングがハミ出す恐れが全くなく、従って高圧のプロセス流体の密封に適している。
【００３１】
また、前記プライマリーリングの素材をカーボンとし、前記リテーナー及びディスクの素材をステンレス鋼とすると、カーボン素材は、熱に対する変形が少なく且つ低摩擦性を有することから、高速に回転する回転軸とケーシング間において、高温のプロセス流体を密封するのに適しており、またステンレス鋼素材は、加工の容易性と圧力に対する変形が小さいので高い精度で作成できる。
【００３２】
更に、前記シールリングとして、高圧プロセス流体側に開放した凹溝内に予圧スプリングを内蔵した樹脂シールを用いると、樹脂シールとリテーナースリーブの円筒状外周面との摺動摩擦抵抗が少なくなって、プライマリーリングの軸方向への変動に対して優れた追従性を確保できる。また、ゴムＯリングが耐食限度が狭い範囲であるのに対し、樹脂シールを用いることにより高耐食性が得られる。更に、高圧からの脱圧でＯリングは破損するが、樹脂シールはそれに耐えられるので、高圧ガス・シールとして特に優れている。
【００３３】
そして、前記ディスク及びプライマリーリングの一方の二次シール面であって半径方向外方の一部分に、高圧プロセス流体が侵入可能な複数の溝を円周方向に沿って隔設すると、この溝内にプロセス流体が侵入し、その流体圧力が二次シール面の接触面に侵入し、摩擦抵抗を小さくする作用をなすことから、カーボン製プライマリーリングが高圧下で径方向に縮んだり、減圧下で径方向に大きくなったりする時のディスクとの相対変位による滑りが円滑になり、特にプロセス流体がガスの場合にはドライコンタクトであるため有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧用メカニカルシールの要部の省略断面図である。
【図２】同じく主要部の拡大断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す部分断面図である。
【図４】同じく二次シール面側から見たディスクの部分平面図である。
【図５】従来例を示し、(a) は部分断面図、(b) はその要部の拡大断面図である。
【図６】同じく他の従来例を示す要部の省略断面図である。
【符号の説明】
１回転軸２メーティングリング
３プライマリーリング３Ａ内周面
４リテーナー５押圧手段
６シールリング（樹脂シール）
６Ａ基端部６Ｂリップ部
６Ｃ予圧スプリング
７一次シール面８ケーシング
９ディスク１０スプリング
１１一次シール面１２二次シール面
１３内方フランジ部１４二次シール面
１５外方フランジ部１６環状溝
１７リテーナースリーブ１７Ａ外周面
１８逃がし間隙１９微小間隙
２０外筒部２１スプライン溝
２２回転規制部２３係合孔
２４係合凹所２５円筒壁面
２６螺旋溝２７アセンブリスリーブ
２８フランジ２９固定スリーブ
３０トレランスリング３１Ｏリング
３２溝

Claims

回転軸に密封固定したメーティングリングの一次シール面と、ケーシングにリテーナーを介して軸方向にのみ可動となして密封装着し且つリテーナーに設けたディスクとスプリングからなる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の一次シール面とを、接触又は非接触の状態で回転密封するメカニカルシールにおいて、前記プライマリーリングの一次シール面とは反対側の半径方向端面であって内周側縁部に形成した二次シール面と前記ディスクの押圧面側の内方フランジ部に形成した二次シール面とを気密接触するとともに、該ディスクの内周部であって半径方向内方へ延びた前記内方フランジ部と外方フランジ部との間に形成した半径方向内方へ開放した環状溝内にシールリングを装着して前記ディスクと、前記リテーナーの半径方向内周部であってメーティングリング側へ軸方向に延びたリテーナースリーブの円筒状外周面との間を摺動可能に密封し、前記プライマリーリングを前記リテーナー及びディスクより弾性係数及び熱膨張係数が小さい素材で形成し且つ前記リテーナーとディスクとを弾性係数及び熱膨張係数が一致又は近似した素材で形成し、プライマリーリングの円筒状内周面とその半径方向内方に位置するリテーナースリーブの円筒状外周面との間に、該プライマリーリングとリテーナースリーブの圧力及び温度による径変化差を許容する逃がし間隙を形成するとともに、リテーナースリーブの円筒状外周面とディスクの内方フランジ部の内周縁との間に、前記逃がし間隙よりも狭い微小間隙を形成してなることを特徴とする高圧用メカニカルシール。
前記プライマリーリングの素材をカーボンとし、前記リテーナー及びディスクの素材をステンレス鋼としてなる請求項１記載の高圧用メカニカルシール。
前記シールリングとして、高圧プロセス流体側に開放した凹溝内に予圧スプリングを内蔵した樹脂シールを用いてなる請求項１記載の高圧用メカニカルシール。
前記ディスク及びプライマリーリングの一方の二次シール面であって半径方向外方の一部分に、高圧プロセス流体が侵入可能な複数の溝を円周方向に沿って隔設してなる請求項１又は２記載の高圧用メカニカルシール。