JP4009585B2

JP4009585B2 - 軸封装置

Info

Publication number: JP4009585B2
Application number: JP2003420978A
Authority: JP
Inventors: 博之坂倉; 英人橋口
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: JP2005180547A

Description

本発明は、洗浄用ストレーナやその他の攪拌機などの高圧液体が使用される機器の軸封部に適用される軸封装置に関する。

この種の軸封装置として、たとえば、機器のケーシング（缶）内の液体が大気側へ漏洩することのないように軸封部に高圧液体に耐え得るダブルメカニカルシールを採用し、運転初期から運転中においてダブルメカニカルシールの外周領域にケーシング内の圧力よりも高圧の清浄な封液を循環させることによりシールを行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−６５２１８号公報

しかるに、ダブルメカニカルシールの外周領域に封液を循環させる上記軸封装置では、ケーシング内圧力が高い場合、その圧力よりも高い封液を別途用意し、この封液を循環させる必要がある。例えば、ケーシング内圧が８．９４ＭＰａである場合、それよりも０．９ＭＰａ以上高い封液を注液する必要があった。このため、封液の加圧源としては貯液タンク、ポンプ、窒素ボンベなどにより構成される高圧対応型のプレッシャーユニットや高圧ガス保安法適用タイプの加圧タンクなどを別途用意しなければならず、設備コスト高となり、広い設置面積を要するなどの問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、一次シール側はグランドシール（グランドパッキンシール）とし、二次シール側は封液を採用するタイプのメカニカルシールとする多段シール構造を採用するが、そのメカニカルシールの封液としては運転中において、ケーシング内圧力と同じか若しくはそれよりも低い圧力でケーシング内の被密封液体を使用することで足りるようにし、もって上記のような別途封液や、この封液の加圧源である高圧対応型のプレッシャーユニットなどを用意する必要がなく、信頼性の高い高圧シールを可能にして設備コストの低減、設置スペースの縮小化を図れる軸封装置を提供することにある。

本発明の軸封装置は、高圧の被密封液体が入っているケーシングと、このケーシングの軸挿通口部に挿通された回転軸と、この回転軸と前記ケーシングとの間を多段シールする第１段のグランドシールと第２段のメカニカルシールとを備えるものである。
前記グランドシールと前記メカニカルシールはグランドシールが前記回転軸上の前記ケーシング側に、前記メカニカルシールが前記回転軸上の大気側にそれぞれ位置するようタンデムに配列される。
前記グランドシールは、前記回転軸と前記軸挿通口部との間をシールするグランドパッキン、パッキン押さえ、及び前記グランドパッキンに対し前記パッキン押さえを押し付けるスプリングを備え、パッキン押さえ及びスプリングを前記ケーシング内側に配置している。
前記メカニカルシールは、シールケースに内包され、このシールケースに固定されたシートリングと、前記回転軸に該回転軸と共に回転し且つ前記シートリングの方へ移動付勢するよう保持されたシールリングとを軸方向に対向させるとともに、前記シートリングと前記シールリングの軸方向に互いに対向する端面どうしを密接させて密封端面を形成しており、前記密封端面の外周領域には前記グランドパッキンの回転軸側のシール部に連通する空間部を設けて前記グランドパッキンの回転軸側のシール部を通って前記空間部に侵入してくるケーシング内圧力と同じか若しくはそれよりも低い圧力の被密封液体を前記密接端面の外周領域の封液として充填しているものとしてある。

この場合において、前記メカニカルシールとしては、前記シートリングと前記シールリングとの間に環状のフローティングシートを挟持してあるものを使用することが好ましい。

上記構成の軸封装置によれば、ケーシングと回転軸との間を第１段のグランドシールと第２段のメカニカルシールで多段シールするので、ケーシング内の高圧の被密封液体がケーシングと回転軸との間の軸周隙間を通じて大気側へ漏洩するのを防止する信頼性の高い高圧シールが得られる。

すなわち、第１段のグランドシールは、回転軸との摺動面のシールを行うものの、ケーシング内の高圧の被密封液体が大気側のメカニカルシールの方へ漏れるのを許容し、このときグランドパッキンはメカニカルシールの大敵である被密封液体中のスラリの一部をろ過し、同時にグランドパッキンのオリフィス又はラビリンス作用により高圧被密封液体の圧力を低減しながら被密封液体をメカニカルシールの方へ侵入させる。つまり、グランドパッキンは、回転軸との摺動面のシールを行うとともに、高圧被密封液体の圧力の降圧作用とスラリのろ過作用とを発揮する。

また、グランドシールは回転軸と軸挿通口部との間に介入したグランドパッキンを常にスプリングでパッキン押さえを介して押し付けるものとしてあるので、メンテナンスを不要とする。しかもパッキン押さえ及びスプリングはケーシング内側に配置しているので、ケーシング内のガス圧がパッキン押さえに作用することになり、スプリングがケーシング内のガス圧と共にグランドパッキンをパッキン押さえを介して押し付けることができ、それだけスプリングが小型で、またその設置個数が少なくても、グランドパッキンを常に強く締め付けて一次シール機能を十分に発揮することができる。

第２段のメカニカルシールは、ケーシング内からグランドパッキンの回転軸側のシール部を通ってこのシール部に連通する密接端面の外周領域の空間部に侵入してくるケーシング内圧力と同じか、または大気圧程度にまで降圧された低い圧力の被密封液体を封液とし、この封液によりシートリングとシールリングの端面どうしを密接させた密封端面によるシール機能を高め、このシールによって大気側へ漏洩するのを防止できる。

ケーシング内からグランドパッキンの回転軸側のシール部を通ってこのシール部に連通する密接端面の外周領域の空間部に侵入してくる被密封液体をメカニカルシールの封液に利用するため、従来のように別途封液を用意して循環させたり、その封液の加圧源である高圧対応型のプレッシャーユニットなどを用いたりしなくとも高圧条件下において信頼性の高い高圧シールを可能にする。したがって、設備コストの低減、設置スペースの縮小化を図ることができる。

第２段のメカニカルシールとして、シートリングとシールリングとの間にフローティングシートを挟み込むものを採用した場合は、フローティングシートを有さず、シールリングとシートリングの端面どうしだけを密接状に対向させてシールするように構成された一般的なメカニカルシールに比べて、高圧条件下においても、フローティングシートの一端面とシートリングの端面とが密接する密封端面、およびフローティングシートの他端面とシールリングの端面とが密接する密封端面がそれぞれ回転軸の軸線に対して垂直状態を保つことができてシール機能をより高めることができる。このように二次シール側にシートリングとシールリングとの間にフローティングシートを挟み込むメカニカルシールとした場合は、一次シール側のグランドシールと相俟って、高圧対応に適した高いシール効果を得ることができる。

本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。図１は一実施例の軸封装置の半欠截断面図、図２は図１の軸封装置のグランドシール部及びメカニカルシール部の拡大図、図３は図１の軸封装置のメカニカルシール部の別箇所における半欠截断面図である。

図１は、洗浄用ストレーナ等機器に設置した軸封装置を示すものである。図１において、軸封装置は、洗浄用ストレーナ等の缶といわれる高圧の被密封液体Ｓが入っているケーシングと、このケーシング（缶）１に開口された軸挿通口部２に挿通された回転軸３と、この回転軸３とケーシング１との間を二段階にシールする第１段のグランドシール４と第２段のメカニカルシール５とを備える。なお、回転軸３の外周には超硬コートのスリーブ３ａを嵌め込んでおり、回転軸３のケーシング１内に延びる軸端部には、ケーシング１内の被密封液体Ｓを攪拌する攪拌羽根（図示せず）が取り付けられる。

ケーシング１には軸挿通口部２を形成するフランジ６が外方突出状にボルト７で取り付けられる。そのフランジ６はケーシング１に一体に加工することもできる。フランジ６の外方突出端面にはシールケース８を、またシールケース８の外方端面にはベアリングケース９をそれぞれ同心状に突き合わせてボルト１０で共締め結合される。

第１段のグランドシール４は、図２に示すように、軸挿通口部２の内周と回転軸３との間に高圧液体に耐えられる高圧用のグランドパッキン１１をケーシング１の内側から挿入するとともに、グランドパッキン１１をパッキン押さえ１２でブッシュ１３を介してケーシング１の内側から押し付ける。

高圧用のグランドパッキン１１としては、例えば、組み点が多く高密度となる３６打以上の格子編み構造で、目詰処理として摺動時に低摩擦となるＰＴＦＥなどのような樹脂が含浸され、更により高密度化を目的として金型等により流体圧以上の高圧にてリング形状に成形したパッキンが望ましい。また、グランドパッキン１１の編み糸としては、アラミド繊維など高強度な繊維がスラリに対する耐摩耗性に優れて好ましい。このようにグランドパッキン１１は、高密度で且つリング成形されて回転軸３及びフランジ６とのクリアランスを初期から小さくしておくことで、スラリのろ過作用を十分に発揮すると同時に降圧作用をも十分に発揮する。また編み糸として高強度繊維を使用することで前記クリアランスを長期間維持することが可能で、スラリのろ過作用と降圧作用を長期間維持することができる。

パッキン押さえ１２は一端に鍔１４を付けた短円筒からなって、その他端を軸挿通口部２の内周と回転軸３との間に挿入してグランドパッキン１１にブッシュ１３を介して当接させている。このパッキン押さえ１２は鍔１４に設けた孔１４ａにケーシング１の内面に回転軸３と平行に固定した植込ボルト１５を通すことにより軸方向に移動可能に挿通支持される。植込ボルト１５のパッキン押さえ１２からケーシング１内方へ突出する突出端部には、パッキン押さえ１２をグランドパッキン１１に押し付けるためのスプリング１６を取り付けるとともに、スプリング１６をパッキン押さえ１２の鍔１４にアダプタ１７を介して押し付けるための円筒形状のスプリング押さえ１８を、植込ボルト１５の突出端部に螺合されたロックナット１９で締め付けている。

パッキン押さえ１２及びスプリング１６はケーシング１の内側に配置されるため、パッキン押さえ１２の鍔１４にはケーシング１内の液体圧が作用し、パッキン押さえ１２はスプリング１６による押圧力とケーシング１内の液体圧によってグランドパッキン１１に押し付けられることになる。

グランドシール４のグランドパッキン１１は、回転軸３との摺動面のシールを行うとともに、被密封液体Ｓ中のスラリの一部をろ過し、それと同時にグランドパッキン１１のオリフィス又はラビリンス作用により高圧被密封液体Ｓの圧力を低減しながら被密封液体Ｓをメカニカルシール５の方へ侵入させる。

第２段のメカニカルシール５は、図２に示すように、回転軸３のスリーブ３ａの外周部にグランドシール４の大気側に並べて配列される。メカニカルシール５は、シールケース８にピン２０等によりフッ素ゴム製などのＯリング２１を介して固定されたＳUＳ製などのシートリング２２と、回転軸３に該回転軸３と共に回転しかつシートリング２２の方へ移動付勢するように保持された超硬合金製などのシールリング２３とを軸方向に相対向させるとともに、シートリング２２とシールリング２３との間にカーボン製などの環状のフローティングシート２４を挟み込み保持している。

フローティングシート２４は、図３に示すように、軸方向に貫通するピン孔２５を有し、このピン孔２５にシートリング２２から軸方向に突設した回り止めピン２６を挿通させることにより、シートリング２２に対して軸方向移動を許容しつつ相対回転不能に保持されている。シートリング２２とフローティングシート２４の軸方向に互いに相対向する端面２２ａ，２４ａどうしは密接させて第１密封端面２７を形成するとともに、この密封端面２７の外周をフッ素ゴム製などのＯリング２８でシールしている。

シールリング２３は、図２に示すように、フッ素ゴム製などのＯリング２９を介して回転軸３のスリーブ３ａの外周部に、軸方向に移動できるように嵌めてある。このシールリング２３はＯリング２９によって緩衝的に支持されており、回転軸３のスリーブ３ａには接触させない。回転軸３のスリーブ３ａの外周部には環状のスプリングリテーナ３０をセットスクリュ３１で固定し、このスプリングリテーナ３０とシールリング２３のＯリング２９側に固定されたドライブカラ３２との間にはスプリング３３を介在させてシールリング２３をフローティングシート２４へ押し付けてある。図３に示すように、シールリング２３とフローティングシート２４の軸方向に互いに相対向する端面２３ａ，２４ｂどうしは密接させて第２密封端面３４を形成している。また、シールリング２３とスプリングリテーナ３０とは、ドライブカラ３２から軸方向に突設したピン３５をスプリングリテーナ３０に軸方向に貫通状に形成したピン孔３６に挿通させることによって、これらの間の相対回転は防止し、シールリング２３の軸方向の移動は可能にしている。

メカニカルシール５は、設置当初や運転初期時におけるドライ運転問題、すなわちドライ運転によりシートリング２２の端面２２ａ、シールリング２３の端面２３ａ及びフローティングシート２４の両端面２４ａ，２４ｂが異常摩耗するという問題発生を防止するために、運転初期にのみ、別途、大気圧程度の封液を第１、２密封端面２７，３４の外周領域に注液する。そのために、運転初期用の別途封液の注入路３７をフランジ６に、流出路３９をシールケース８にそれぞれ設けている。フローティングシート２４には第１密封端面２７の外周領域と第２密封端面３４の外周領域とを連通させるための連通孔３８を設けている。しかるときは、運転初期にのみ、別途の大気圧程度の封液を注入路３７より注入し、フランジ６の内周と回転軸３との間の空間部４０、連通孔３８、シールケース８の内周と密封端面２７の外周との間の空間部４１を経て流出路３９へ流すことでドライ運転を防止できる。

なお、図１に示すように、ベアリングケース９の内周と回転軸３のスリーブ３ａの外周との間にはベアリング４２及びＮＢＲ製などのオイルシール４３，４４を介在させている。

このように構成されたメカニカルシール５にあっては、運転初期にのみ別途、大気圧程度の封液を第１，２密封端面２７，３４の外周領域に注液するが、運転中はケーシング１内の被密封液体Ｓがグランドパッキン１１の回転軸側のシール部１１ａを通ってこのシール部１１ａに連通する第１，２密封端面２７，３４の外周領域の空間部４０にケーシング内圧力と同じか若しくはそれよりも低い圧力で侵入するため、第１，２密封端面２７，３４の異常摩耗等による漏れをも防止できてシール機能を上げることができ、被密封液体Ｓが第１，２密封端面２７，３４から大気側Ｔへ漏洩するのをよく防止する。

上記構成の軸封装置によれば、第１段のグランドシート４と第２段のメカニカルシール５にて多段シールし、そのメカニカルシール５の封液としてはケーシング内圧力と同じか若しくはそれよりも低い圧力の被密封液体Ｓを使用するものとしてあるため、運転中に別途の封液やこの封液の加圧源である高コストでしかも設置スペースを広く要する高圧対応型のプレッシャーユニットなどを用いなくて済むというものである。

上記実施例では、メカニカルシール５として、シートリング２２とシールリング２３との間に環状のフローティングシート２４を挟持してあるものを使用することによってケーシング１の内圧が１１．００ＭＰａという高圧のものにも十分対応できる高圧シールとしてあるが、ケーシング１の内圧が２．０〜２．５ＭＰａ程度である場合には、図示省略するが、敢えてフローティングシート２４を使用しなくとも、シートリング２２の端面２２ａとシールリング２３の端面２３ａどうしを直接密接させて密封端面を形成するメカニカルシール５であってもよい。また、１１．００ＭＰａ以上の高圧の場合はグランドシールやメカニカルシールを複数段配置するようにすれば十分に対応可能である。

本発明の軸封装置は、ケーシング内からグランドパッキンの回転軸側のシール部を通ってこのシール部に連通するメカニカルシールの外周領域の空間部に侵入してくるケーシング内圧力と同じか若しくはそれよりも低い圧力の被密封液体をメカニカルシールの封液としているため、別途封液やその加圧源である高圧対応型のプレッシャーユニットなどを用いなくとも信頼性の高い高圧シールを得、それだけ設備コストの低減、設置スペースの縮小化を図れ、高圧液体、特にスラリを含む液質が使用される洗浄用ストレーナやその他の攪拌機等機器の軸封装置として利用価値大である。

本発明の一実施例の軸封装置の半欠截断面図である。図１の軸封装置のグランドシール部及びメカニカルシール部の拡大図である。図１の軸封装置のメカニカルシール部の別箇所における半欠截断面図である。

符号の説明

１ケーシング
２軸挿通口部
３回転軸
４グランドシール
５メカニカルシール
８シールケース
１１グランドパッキン
１１ａグランドパッキンの回転軸側のシール部
１２パッキン押さえ
１６スプリング
２２シートリング
２２ａシートリングの端面
２３シールリング
２３ａシールリングの端面
２４フローティングシート
Ｓ被密封液体
Ｔ大気側

Claims

高圧の被密封液体が入っているケーシングと、このケーシングの軸挿通口部に挿通された回転軸と、この回転軸と前記ケーシングとの間を多段シールする第１段のグランドシール及び第２段のメカニカルシールとを備えた軸封装置であって、
前記グランドシールと前記メカニカルシールは、グランドシールが前記回転軸上の前記ケーシング側に、メカニカルシールが前記回転軸上の大気側にそれぞれ位置するようタンデムに配列されており、
前記グランドシールは、前記回転軸と前記軸挿通口部との間をシールするグランドパッキン、パッキン押さえ、及び前記グランドパッキンに対し前記パッキン押さえを押し付けるスプリングを備え、パッキン押さえ及びスプリングを前記ケーシング内側に配置しており、
前記メカニカルシールは、シールケースに内包され、このシールケースに固定されたシートリングと、前記回転軸に該回転軸と共に回転し且つ前記シートリングの方へ移動付勢するよう保持されたシールリングとを軸方向に対向させるとともに、前記シートリングと前記シールリングの軸方向に互いに対向する端面どうしを密接させて密封端面を形成しており、前記密封端面の外周領域には前記グランドパッキンの回転軸側のシール部に連通する空間部を設けて前記グランドパッキンの回転軸側のシール部を通って前記空間部に侵入してくるケーシング内圧力と同じか若しくはそれよりも低い圧力の被密封液体を前記密接端面の外周領域の封液として充填していることを特徴とする、軸封装置。
前記メカニカルシールが、前記シートリングと前記シールリングとの間に環状のフローティングシートを挟持してあることを特徴とする、請求項１記載の軸封装置。