JP4954167B2 - Mechanical seal device for vertical shaft - Google Patents
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Description
本発明は、主に医薬・食品業界用の攪拌機等の洗浄や滅菌処理が必要とされる機器の軸封部に用いられる立軸用メカニカルシール装置に関するものである。 The present invention relates to a vertical shaft mechanical seal device used for a shaft seal portion of equipment that requires cleaning and sterilization processing such as a stirrer for the pharmaceutical and food industries.
メカニカルシール装置は回転機器のシールを担うものとして多用されており、回転機器の一例として、攪拌槽内の流体を攪拌する攪拌機がある。攪拌機は、攪拌槽と、その内部下部に配備される攪拌翼と、攪拌翼を回転させるための攪拌槽の底部を上下に貫く立軸(縦向き回転軸)と、を有して構成されているものが多い。そして、立軸回りの液密性を得るための手段としてメカニカルシール装置が用いられる。この種のメカニカルシール装置としては、例えば、特許文献1において開示されるものが知られている。
A mechanical seal device is frequently used as a seal for rotating equipment, and an example of the rotating equipment is a stirrer that stirs fluid in a stirring tank. The stirrer includes a stirring tank, a stirring blade disposed in a lower portion of the stirring tank, and a vertical shaft (vertical rotating shaft) penetrating vertically through the bottom of the stirring tank for rotating the stirring blade. There are many things. A mechanical seal device is used as means for obtaining liquid tightness around the vertical axis. As this type of mechanical seal device, for example, one disclosed in
また、メカニカルシール装置は医薬や食品業界においても、即ち、薬品や食品の攪拌機でも用いられる。薬品や食品等の分野においては、衛生上の観点から、流体の攪拌処理に際して無菌状態の処理を必要とされる場合が多い。その場合、攪拌槽内の無菌状態を維持するために、メカニカルシール装置に関しても、洗浄や滅菌が必要とされる。 Mechanical seal devices are also used in the pharmaceutical and food industries, that is, in chemical and food agitators. In the fields of medicines and foods, from the viewpoint of hygiene, in many cases, aseptic processing is required for fluid agitation processing. In that case, in order to maintain the aseptic condition in the stirring tank, cleaning and sterilization are also required for the mechanical seal device.
静止密封環と回転密封環とを互いに軸方向に押付けてのシール部を有するメカニカルシール装置においては、そのシール部の接触面も洗浄や滅菌させるには、静止密封環と回転密封環とを互いに軸方向に引き離して維持させることが必要になるが、現状のメカニカルシール装置ではそのようなことが行える構造とはなっていない。従って、従来におけるメカニカルシール装置の洗浄、滅菌は、そのメカニカルシール装置を分解して行うしかなく、非常に面倒で煩わしいものであった。 In a mechanical seal device having a seal portion in which a stationary seal ring and a rotary seal ring are pressed against each other in the axial direction, in order to clean and sterilize the contact surface of the seal portion, the stationary seal ring and the rotary seal ring are mutually connected. Although it is necessary to maintain it separated in the axial direction, the current mechanical seal device is not structured to do so. Therefore, conventional cleaning and sterilization of the mechanical seal device can only be performed by disassembling the mechanical seal device, which is very troublesome and troublesome.
そこで、特許文献2において開示されるように、CIP(定置洗浄)やSIP(定置滅菌)と呼ばれる手段、即ち、メカニカルシール装置を分解をせずに洗浄や滅菌を行うことを可能とする手段により、前述の「面倒で煩わしい」という課題を解決可能なことが提案されている。それは、メカニカルシール部を囲む部分に無菌媒体室を形成して、その無菌媒体室を蒸気で滅菌したり、その室内に無菌水を導いたりして無菌状態を保つという手段である。
Therefore, as disclosed in
しかしながら、特許文献2による技術を用いても、シール部の接触面は所定の面圧で圧接状態となっているため、接触面に蒸気を到達ことができず、従って完全な滅菌を行えない。これは、滅菌に代えて、或いは併用して洗浄を行う場合にあっても、同様の問題が生ずる。
本発明の目的は、メカニカルシールにおけるシール部、即ち静止密封環と回転密封環との接触面についても、確実な洗浄や滅菌を行うことができる立軸用メカニカルシール装置を提供する点にある。 An object of the present invention is to provide a vertical shaft mechanical seal device capable of performing reliable cleaning and sterilization on a seal portion in a mechanical seal, that is, a contact surface between a stationary seal ring and a rotary seal ring.
請求項1に係る発明は、立軸用メカニカルシール装置において、
上下方向の軸心Pを有する回転軸1と一体回転する回転密封環4と、
シールハウジング3に対して回転不能で、かつ、前記回転軸1の軸心P方向に移動可能に支持される状態で前記回転密封環4の下側に配置される静止密封環5と、
前記回転軸1を囲繞する筒状部材であって上下方向に所定範囲で往復移動可能に前記シールハウジング3に支持されるスライドリング6と、
前記静止密封環5を上昇付勢させて前記回転密封環4に押付けるべく前記スライドリング6と前記静止密封環5との上下間に介装されるシール用コイルバネ7と、
前記静止密封環5を前記回転密封環4から離すべく前記スライドリング6を下降付勢する離脱用コイルバネ8と、
前記シール用コイルバネ7によって前記静止密封環5が前記回転密封環4に押付けられるシール状態を得るべく前記離脱用コイルバネ8による付勢力に抗して前記スライドリング6を強制上昇させるエアシリンダ9と、
前記静止密封環5が前記回転密封環4に押付けられることによるシール部S1と前記回転軸1とで囲まれるシール用空間部30に冷却液を供給して満しながら循環させる液封機構10と、を有して成る第1メカニカルシールMS1、
及び、前記第1メカニカルシールMS1の下方に配置される第2メカニカルシールMS2を備えるとともに、
前記スライドリング6の下部が、径外側に広がる大径フランジ部6fと、その大径フランジ部6fの外周端から下方に延びる円環状のピストン部6pとを有する形状に形成され、
前記シールハウジング3に、前記ピストン部6pの内外周に嵌合される内及び外摺動筒部24,25、並びに前記ピストン部6pの下方に位置する環状底壁部26とで成る環状のシリンダ部42が形成され、
前記シリンダ部42と、前記ピストン部6pと、これらシリンダ部42とピストン部6pとで囲まれるリング状のシリンダ室csにエア給排するために前記シールハウジング3に形成されるエア給排路28と、によって前記エアシリンダ9が構成され、
前記スライドリング6における前記液封機構10による冷却液の循環作用を前記シール部S1において促進すべく、前記スライドリング6から上方突出されて前記回転軸1とこれを囲繞する前記静止密封環5との間に遊嵌される筒状の堰き止め部11が装備され、
前記堰き止め部11を越えて流下してくる冷却液の戻り経路rが、前記シールハウジング3における前記大径フランジ部6fの下方に形成される空間34を含む状態に構成されていることを特徴とするものである。
The invention according to
A
A
A
A coil spring for sealing 7 interposed between the
A detaching
An
A
And a second mechanical seal MS2 disposed below the first mechanical seal MS1,
The lower part of the
An annular cylinder comprising the
An air supply /
In order to promote the circulating action of the cooling liquid by the
The return path r of the coolant flowing down beyond the
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の立軸用メカニカルシール装置において、前記静止密封環5が前記回転密封環4に押付けられることによる所定のシール圧維持を可能としながら前記静止密封環5を下方付勢するための補助コイルバネ13が装備されていることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the vertical shaft mechanical seal device according to the first aspect of the present invention, the stationary seal ring is capable of maintaining a predetermined seal pressure by pressing the
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の立軸用メカニカルシール装置において、前記シール用コイルバネ7と前記静止密封環5との間に、前記スライドリング6の前記シールハウジング3に対する上下移動量dよりも少ない量eで上下移動可能に前記スライドリング6に支持される筒状のカラー12が介装されるとともに、前記補助コイルバネ13による下方付勢力が前記カラー12に入力されるように構成されていることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the vertical shaft mechanical seal device according to the second aspect, the vertical movement amount of the
請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の立軸用メカニカルシール装置において、前記第1メカニカルシールMS1に装備される前記堰き止め部11は、その上端11aが前記シール部S1に達するように配設されていることを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the vertical shaft mechanical seal device according to any one of the first to third aspects, the
請求項1の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、スライドリングに作用するエアシリンダのエア圧を解除して離脱用コイルスプリングで下降移動させることにより、静止密封環を下降移動させて回転密封環との接触を断つシール開き状態にすることができる。シール開き状態にすることにより、シール部を形成する回転密封環と静止密封環との各接触面を露呈させて明確に洗浄や滅菌を行うことが可能となる。従って、これまで困難であったシール部及びその接触面(摺動面)の滅菌が可能となり、それによって機器(攪拌槽)のクリーン度における信頼性を高めることができる。その結果、メカニカルシールにおけるシール部、即ち静止密封環と回転密封環との接触面についても、確実な洗浄や滅菌を行うことができる立軸用メカニカルシール装置を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, as will be described in detail in the section of the embodiment, the stationary seal ring is removed by releasing the air pressure of the air cylinder acting on the slide ring and moving it downward with the coil spring for removal. The seal can be opened by moving it downward and breaking the contact with the rotary seal ring. By making the seal open, it is possible to expose each contact surface of the rotary seal ring and the stationary seal ring forming the seal portion and perform clear cleaning and sterilization. Therefore, it is possible to sterilize the seal portion and its contact surface (sliding surface), which has been difficult until now, thereby increasing the reliability of the cleanliness of the device (stirring tank). As a result, it is possible to provide a vertical shaft mechanical seal device that can perform reliable cleaning and sterilization on the seal portion of the mechanical seal, that is, the contact surface between the stationary seal ring and the rotary seal ring.
そして、第1メカニカルシールの下方に第2メカニカルシールを設けるタンデム構造のシール装置とされているので、攪拌槽の回転軸周りからの漏れ防止が完全なまでに行え、薬品や食品等のより衛生条件の厳しい流体にも十分対応できる利点がある。また、スライドリングをエア圧で上昇させるためのピストン部が大径化され、必要となる受圧面積が無理なく確保できて良好なエアシリンダ作動が実現される。 And since it is set as the tandem structure sealing apparatus which provides the 2nd mechanical seal under the 1st mechanical seal, the leak prevention from the rotating shaft circumference of a stirring tank can be performed completely, and more hygiene of chemicals, foods, etc. There is an advantage that it can sufficiently cope with severe fluids. Further, the piston portion for raising the slide ring with the air pressure is increased in diameter, so that a necessary pressure receiving area can be secured without difficulty and a good air cylinder operation is realized.
さらに、詳しくは実施形態の項にて説明するが、大径フランジ部下方の空間に存在する冷却液の圧により、大径フランジ部を上方に押すシリンダ室のような機能を発揮するようになり、従って、ピストン部に作用するエア圧が無くてもスライドリングをシール作用位置に維持可能になる、という利点も得られる。つまり、液封機構によって第1メカニカルシールを機能させることが兼ねられるものとなり、エアシリンダによるスライドリングの上昇付勢はシール装置としての作動開始時に一瞬的に行えば良く、省エネ化や合理化を図ることができる。 Furthermore, as will be described in detail in the section of the embodiment, the function of a cylinder chamber that pushes the large-diameter flange portion upward is exerted by the pressure of the coolant existing in the space below the large-diameter flange portion. Therefore, there is also an advantage that the slide ring can be maintained at the sealing position even without air pressure acting on the piston portion. In other words, the first mechanical seal can be made to function by the liquid sealing mechanism, and the upward biasing of the slide ring by the air cylinder may be performed instantaneously at the start of the operation as the sealing device, and energy saving and rationalization are achieved. be able to.
請求項2の発明によれば、補助コイルバネが常に静止密封環を下降付勢しているので、シール開き状態に切換えられた際の静止密封環の下降移動を助長することができ、静止密封環5の下降移動によるシール開き状態をより確実に得ることができる。また、補助コイルバネにより、メカニカルシール装置の搬送時に静止密封環をふら付かないように押えて安定させる機能も発揮可能である。 According to the second aspect of the present invention, since the auxiliary coil spring always urges the stationary sealing ring downward, it is possible to facilitate the downward movement of the stationary sealing ring when switched to the seal open state. It is possible to obtain the seal open state by the downward movement of 5 more reliably. In addition, the auxiliary coil spring can also exert a function of pressing and stabilizing the stationary sealing ring so as not to wobble during conveyance of the mechanical seal device.
請求項3の発明によれば、スライドリングの下降移動に伴うシール部の開き量wは、スライドリングのシールハウジングに対する上下移動量dからカラーのスライドリングに対する上下移動量eを減じた値、即ち、w=d−e(図2参照)になる。これにより、スライドリングを十分なストローク(移動量d)でアップダウンさせて明確に位置切換が行えるようにしながら、シール部の開き量(開き量W)は洗浄や滅菌に適した僅かな寸法に設定することができるという利点がある。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、上端がシール部に達する筒状の堰き止め部を有する液封機構によって、冷却液がシール用空間部を勢い良く循環するようになり、機構としての最頂部に位置されるシール部(第1メカニカルシールのシール部)にも冷却液が十分行き渡るようになる。従って、装置としての上端部に位置して通常は冷却が難しいシール部を、筒状の堰き止め部を設ける程度の簡単でコストアップも殆どない状態としながら十分に冷却でき、より合理的、経済的な立軸用メカニカルシール装置を提供することができる。
According to the invention of
以下に、本発明による立軸用メカニカルシール装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1はシール作用状態の立軸用メカニカルシール装置の構造を示す断面図、図2はシール開き状態の断面図、図3は図1の第1メカニカルシールの拡大断面図、図4は別実施例による立軸用メカニカルシール装置を示す断面図である。 Embodiments of a vertical shaft mechanical seal device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical shaft mechanical seal device in a sealing action state, FIG. 2 is a cross-sectional view in an open state, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the first mechanical seal in FIG. It is sectional drawing which shows the mechanical seal apparatus for vertical shafts by.
〔実施例1〕
実施例1による立軸用メカニカルシール装置Aを図1,図2に示す。このメカニカルシール装置Aは、上下向きの軸心Pを有する回転軸(立軸)1の上下に第1メカニカルシールMS1と第2メカニカルシールMS2を並べて成るタンデム構造のものに構成されている。一例として、メカニカルシール装置Aは攪拌機(符記省略)に用いられるものであって、回転軸1は、攪拌槽2の下端部に連結されるシールハウジング3を上下に貫いて配置され、その上端部には攪拌翼(図示省略)が装備される。
[Example 1]
1 and 2 show a vertical shaft mechanical seal device A according to a first embodiment. This mechanical seal device A is configured to have a tandem structure in which a first mechanical seal MS1 and a second mechanical seal MS2 are arranged above and below a rotary shaft (vertical shaft) 1 having a vertical axis P. As an example, the mechanical seal device A is used for a stirrer (not shown), and the
シールハウジング3は、攪拌槽2にボルト連結される取付フランジ3Aと、これの上側にボルト連結され上端フランジ3Bと、取付フランジ3Aの下側にボルト連結される中間フランジ3C、中間フランジ3Cの下側にボルト連結される下端フランジ3Dと、中間フランジ3Cの径内側で、かつ、下端フランジ3Dの上側に配置されるインナーフランジ3Eとを有して構成されている。第1メカニカルシールMS1は、取付、上端、中間、及びインナーの各フランジ3A〜3C,3Eと回転軸1とに亘って構成され、第2メカニカルシールMS2は下端フランジ3Dと回転軸1とに亘って構成されている。
The
第1メカニカルシールMS1は、図1,2に示すように、第1回転密封環4と、第1静止密封環5と、スライドリング6と、シール用コイルバネ7と、離脱用コイルバネ8と、エアシリンダ9と、液封機構10と、堰き止め部11と、カラー12と、補助コイルバネ13と、を有して構成されており、攪拌槽(攪拌缶)2の内部に対して直接シールする。Sic等の材料で成る第1回転密封環4は、回転軸1に一体回転状態で外嵌される第1スリーブ14の先端フランジ部14aと、回転軸1に外嵌されて先端フランジ部14aにボルト連結される上端フランジ15とで挟まれて回転軸と一体回転する円環状のものに形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the first mechanical seal MS1 includes a first
Sic等の材料で成る第1静止密封環5は、上端フランジ3Bに上下スライド移動可能に内嵌されており、その下端には作用環16が嵌合一体化されている。チタン等の材料で成る作用環16は、その下側に位置される円筒状のカラー12に相対上下移動可能で、かつ、カラー12に植設されるピン17によって相対回転不能に嵌合されている。つまり、第1静止密封環5は、シールハウジング3に対して回転不能で、かつ、回転軸1の軸心P方向に移動可能に支持される状態で第1回転密封環4の下側に配置されている。また、作用環16にはスナップリング18を介して円板19が外嵌載置されている。
The first
スライドリング6は、中間フランジ3Cに上下移動可能に内嵌される下部リング6Aと、この下部リング6Aの上端ボス部6aに外嵌一体化される上部リング6Bとで成り、上部リング6Bにはシール用コイルバネ7を落し込み配置するための設置穴6bが形成されている。シール用コイルバネ7は、静止密封環5を上昇付勢させて回転密封環4に押付けるべくスライドリング6と静止密封環5との上下間に、より具体的には上部リング6Bとカラー12との上下間に介装されている。
The
上部リング6Bには、カラー12に螺着される逆さ向きの連動ボルト20を相対上下移動可能に埋設装備する段付孔21が形成されている。段付孔21はボルト本体20aをスライド移動可能とする小孔部21aと、ボルト頭20bを遊嵌する大孔部21bとから構成されている。この構成により、連動ボルト20は、即ち静止密封環5はスライドリング6に対して間隔eだけ上下方向(軸心P方向)に移動可能に構成されている。また、シール用コイルバネ7と連動ボルト20とは軸心P回りの複数箇所に配置されており、設置穴6bや段付孔21も対応する複数箇所に形成されている。
The
スライドリング6の下部である下部リング6Aは、上端ボス部6aの下端に続いて径外側に広が大径フランジ部6f、及び大径フランジ部6fの外周端から続いて下方に延びる円環状のピストン部6pとを有する形状に形成され、中間フランジ3Cに対しては上下のOリング22,23を用いてシールされている。そしてシールハウジング3に、ピストン部6pの内外周に嵌合される内及び外摺動筒壁部24,25、並びにピストン部6pの下方に位置する環状底壁部26とで成る円環状のシリンダ部42が形成されている。そして、シリンダ部42と、ピストン部6pと、これらシリンダ部42とピストン部6pとで囲まれるリング状のシリンダ室csにエア給排するべくシールハウジング3に形成されるエア給排路28とにより、エアシリンダ9が構成されている。
The
内摺動筒壁部24と環状底壁部26とを有して成るインナーフランジ3Eには、ピストン部6pに対するOリング27が装備されており、中間フランジ3Cに入れ込み配置される首部Oリング22、ピストン部6pに入れ込み配置される大径Oリング23、及び内摺動筒壁部24に入れ込み配置される内側Oリング27のそれぞれは、摺動抵抗の軽減を可能とするPTFE(フッ素樹脂)等で成るスリッパーリング22a,23a,27aを介して摺動部分と接する構造とされている。また、中間フランジ3Cには、大径フランジ部6fの上面に作用する離脱用コイルバネ8が入れ込み配置されており、静止密封環5を回転密封環4から離すべくスライドリング6を下降付勢する機能が発揮される。
An
エアシリンダ9は、シール用コイルバネ7によって静止密封環5が回転密封環4に押付けられるシール状態を得るべく離脱用コイルバネ8による付勢力に抗してスライドリング6を強制上昇させるものである。即ち、エア給排路28からのエア供給により、シリンダ室csが膨張すべくピストン部6pが持ち上がり、従って、大径フランジ部6fが中間フランジ3Cの当接面29に当接する位置迄スライドリング6を上昇移動させ、かつ、それによって静止密封環5が回転密封環5に押圧付勢されて当接しての第1シール部S1が形成されるシール状態(図1,3に示す状態)を維持可能になる。
The
図1,3に示すように、上端フランジ3Bには、円板19を下向きに押すように作用する複数の補助コイルバネ13が入れ込み配置されている。これは、カラー12と共に静止密封環5を下降付勢しており、静止密封環5が回転密封環4に押付けられることによる所定のシール圧維持を可能としながら静止密封環5を下方付勢するための手段である。つまり、シール用コイルバネ7と静止密封環5との間に、スライドリング6のシールハウジング3に対する上下移動量dよりも少ない量eで上下移動可能にスライドリング6に支持される筒状のカラー12が介装されるとともに、補助コイルバネ13による下方付勢力が円板19を介してカラー12に入力されるように構成されている。補助コイルバネ13の機能は、後述するシール開き状態時において自重下降する静止密封環5の下降移動をより確実化させるためのものであり、必ず必要なものというわけではない。
As shown in FIGS. 1 and 3, a plurality of auxiliary coil springs 13 acting to push the
液封機構10は、静止密封環5が回転密封環4に押付けられることによる第1シール部S1と回転軸1とで囲まれるシール用空間部30に冷却液を供給して満しながら循環させるものであり、第メカニカルシールMS2の第2シール部S2も冷却する。即ち、取付フランジ3Aの入口路31から供給される冷却液が、第1メカニカルシールMS1の第1シール部S1を冷却し、次いで、第2メカニカルシールMS2の第2シール部S2を冷却した後、下端フランジ3Dに形成されている出口路32を通って機外に排出される。
The
冷却液の流路を詳述すると、入口路31から入ってくる冷却液は、上部リング6Bの周辺部分を通ってカラー12の内側に入り、上部リング6Bの上部に一体形成されているリング筒部(「筒状の堰き止め部」の一例)11と静止密封環5との間の環状部分を競り上がるように移動してシール用空間部30に達し、シール部Sがその内側から冷却液によって冷却される。尚も、上昇移動する冷却液がリング筒部11の頂上に達すると、今度はリング筒部11と第1スリーブ14との間の環状部分を通って下降し、インナーフランジ3Eの内側部分を通って下側のシール用空間部33に達して第2シール部S2をその外側から冷却する。そして、尚も下降する冷却液は出口路32に達っする、という具合である。
The coolant flow path will be described in detail. The coolant entering from the
リング筒部11は、スライドリング6における液封機構10による冷却液の循環作用が第1シール部S1において促進されるべく、スライドリング6から上方突出されて回転軸1(第1スリーブ14)とこれを囲繞する静止密封環5との間に遊嵌されるとともに、その上端11aが第1シール部S1に達するように配設されている。実施例1においては、堰き止め部の上端11aは、シール作用状態における第1シール部S1よりも若干高い位置に、より詳しくは接触面4a,5aより少し高い位置に設定されている。供給路31から供給される冷却液がシールハウジング3の内部を満たしながら流れるので、リング筒部11が無くても、シール用空間部30に冷却液は存在するが、その部分は流れの溜まり場となって澱んだ状態になることが容易に予測される。故に、上方突出するリング筒部11を設ける本発明のものでは、冷却液がシール用空間部30を勢い良く循環するようになり、機構としての最頂部に位置される第1シール部S1をも効率良く冷却及び潤滑することができる。
The
スライドリング6を上昇移動させるにはエアシリンダ9を用いるが、入口路31から供給される冷却液がシールハウジング3内を満たすことにより、その液圧(冷却液の封入圧)によってエアシリンダ9を用いることなくスライドリング6をシール作用位置に維持可能に構成されている。つまり、リング筒部11を越えて流下してくる冷却液の戻り経路rが、シールハウジング3における大径フランジ部6fの下方に形成される空間、即ち下方空間部分34を含む状態に構成されているから、インナーフランジ3Eの内側に形成されているその下方空間部分34が、これに存在する冷却液の圧によって大径フランジ部6fを上方に押すシリンダ室のような機能を発揮するようになる。従って、ピストン部6pに作用するエア圧が無くてもスライドリング6を、これが上昇した位置であるシール作用位置に維持可能になる。
The
第2メカニカルシールMS2は、回転軸1及び第1スリーブ14に亘って外嵌される第2スリーブ35の上端懐部35aに支持される第2回転密封環36と、その下方に配置される第2静止密封環37と、第2静止密封環37を受けて固定的に支持する可動筒台38と、付勢コイルバネ39とから構成されている。可動筒台38の下部は下端フランジ3D下端の内向きフランジ部3dに上下スライド可能に内嵌されており、内向きフランジ部3dに植設される複数のボルト40により、可動筒台38は、軸心P回りに回動不能で、かつ、軸心P方向には所定範囲内で往復移動可能にシールハウジング3に支持されている。
The second mechanical seal MS2 includes a second
また、可動筒台38に入れ込み配置されて内向きフランジ部3dに載置される複数の付勢コイルバネ39の付勢力によて第2静止密封環37が上昇方向に押圧付勢されており、それによって第2静止密封環37と第2回転密封環36とが圧接されて第2シール部S2を形成している。尚、41は第2スリーブ35に植設されるピンであり、第2回転密封環36と第2スリーブ35との相対回転を不能としている。
Further, the second
次に、第1メカニカルシールMS1の作用について説明する。エア給排路28からエア供給されているとき、又は入口路31か冷却液が供給されてシールハウジング3の内部に冷却液の圧が立っているときは、図2,3に示すように、スライドリング6がシール作用位置に上昇しており、第1メカニカルシールMS1は、第1静止密封環5が第1回転密封環4に圧接されてのシール作用状態になっているとともに、第2メカニカルシールMS2も第2シール部S2が機能するシール作用状態になっている。このタンデム構造のメカニカルシール装置(用途的には封液加圧式ダブルシール)Aにより、攪拌槽2を回転軸1回りで良好にシールすることができる。
Next, the operation of the first mechanical seal MS1 will be described. When air is supplied from the air supply /
このシール作用状態においては、シールハウジング3の高さ位置としては上下中間の位置にある入口路31から冷却液を注入する構造としながらも、リング筒部11の存在によって機構最頂部に位置する第1シール部S1を十分冷却することができるとともに、その冷却液の液圧を用いてスライドリング6を上昇したシール作用位置に維持できるように液封機構10が構成されている。
In this sealing action state, the height of the
そして、エア供給の停止、或いは冷却液の供給停止を行うと、図2に示すように、離脱用コイルバネ8の付勢力によってスライドリング6が、大径フランジ部6fがインナーフランジ3Eの上面に当接して定まる開放位置に下降移動並びに維持され、それに伴って第1静止密封環5が下がって各接触面4a,5aどうしの間に上下間隔wの間隙が生じて第1シール部S1が機能しなくなるシール開き状態に切換えられる。このときの第1シール部S1の開き量wは、スライドリング6のシールハウジング3に対する上下移動量dからカラー12のスライドリング6に対する上下移動量eを減じた値、即ち、w=d−eになる。これにより、スライドリング6を十分なストローク(移動量d)でアップダウンさせて明確に位置切換が行えるようにしながら、第1シール部S1の開き量(開き量e)は洗浄に適した僅かな寸法に設定することができている。また、補助コイルバネ13の下降付勢力により、カラー12に載置されていて連結はされていず、自重によって連れ下降するであろう第1静止密封環5を確実に押し下げる機能が発揮される。
Then, when the air supply is stopped or the coolant supply is stopped, as shown in FIG. 2, the
シール開き状態にすることにより、第1シール部S1の各接触面4a,5aを露呈させて明確に洗浄することができ、例えば、SIPに基づく滅菌条件である、「121°C以上のスチーム(蒸気)を20分間通すことによって、メカニカルシール部分の滅菌を行うこと」も無理なく可能となる。従って、これまで困難であったシール部及びその接触面(摺動面)の滅菌が可能となり、それによって機器(攪拌槽)のクリーン度における信頼性を高めることができる。また、スライドリング6に径の大なる大径フランジ部6fを形成することにより、下方空間部分34に冷却液が満たされることによる液圧によってスライドリング6を離脱用コイルバネ8の付勢力に抗して持上げることが可能であり、液封機構10の作動によってシール作用状態を維持できる利点もある。
By making the seal open, each
立軸用メカニカルシール装置Aの洗浄例としては、回転軸1が回転停止された攪拌機の運転停止後に、シールハウジング3内に冷却液を張ったまま、或いは冷却液を抜いてエア供給口28からエア加圧したまま、攪拌槽2内のCIP(定置洗浄)モード(CIP工程)に移行する。その後、冷却液又は/及びエア供給を止め、第1シール部S1を開いてのシール開き状態にしてSIP(定置滅菌)モード(SIP工程)に移行する。攪拌槽2内に上述した蒸気(純粋蒸気)が供給され、その蒸気が各接触面4a,5aを通過して滅菌するとともにシールハウジング3内、即ち冷却液の通り道を通った後、出口路32(又は入口路31)から排出される。
As an example of cleaning of the vertical shaft mechanical seal device A, after the operation of the stirrer whose
尚、補助コイルバネ13は、上述したように、確実に第1静止密封環5をカラー12に追従下降移動させるためのものであるが、メカニカルシール装置の搬送時に第1静止密封環5を押えて安定させる機能も有している。
As described above, the
〔別実施例〕
図4に示すように、3箇所のスリッパーリング22a,23a,27aを省略した構造の第1メカニカルシールMS1を有する立軸用メカニカルシール装置Aとしても良い。
[Another Example]
As shown in FIG. 4, the vertical shaft mechanical seal device A may include a first mechanical seal MS1 having a structure in which the three
1 回転軸
3 シールハウジング
4 回転密封環
5 静止密封環
6 スライドリング
6f 大径フランジ部
6p ピストン部
7 シール用コイルバネ
8 離脱用コイルバネ
9 エアシリンダ
10 液封機構
11 堰き止め部
11a 堰き止め部の上端
12 カラー
13 補助コイルバネ
24 内摺動筒部
25 外摺動筒部
26 環状底壁部
28 エア給排路
30 シール用空間部
34 大径フランジ部の下方に形成される空間(下方空間部分)
42 シリンダ部
MS1 第1メカニカルシール
MS2 第2メカニカルシール
P 上下方向の軸心
S1 シール部
cs シリンダ室
d スライドリングの上下移動量
e カラーの上下移動量
r 冷却液の戻り経路
DESCRIPTION OF
42 Cylinder part MS1 1st mechanical seal MS2 2nd mechanical seal P Vertical axis S1 Seal part cs Cylinder chamber d Vertical movement of slide ring e Vertical movement of color r Coolant return path
Claims (4)
シールハウジングに対して回転不能で、かつ、前記回転軸の軸心方向に移動可能に支持される状態で前記回転密封環の下側に配置される静止密封環と、
前記回転軸を囲繞する筒状部材であって上下方向に所定範囲で往復移動可能に前記シールハウジングに支持されるスライドリングと、
前記静止密封環を上昇付勢させて前記回転密封環に押付けるべく前記スライドリングと前記静止密封環との上下間に介装されるシール用コイルバネと、
前記静止密封環を前記回転密封環から離すべく前記スライドリングを下降付勢する離脱用コイルバネと、
前記シール用コイルバネによって前記静止密封環が前記回転密封環に押付けられるシール状態を得るべく前記離脱用コイルバネによる付勢力に抗して前記スライドリングを強制上昇させるエアシリンダと、
前記静止密封環が前記回転密封環に押付けられることによるシール部と前記回転軸とで囲まれるシール用空間部に冷却液を供給して満しながら循環させる液封機構と、を有して成る第1メカニカルシール、
及び、前記第1メカニカルシールの下方に配置される第2メカニカルシールを備えるとともに、
前記スライドリングの下部が、径外側に広がる大径フランジ部と、その大径フランジ部の外周端から下方に延びる円環状のピストン部とを有する形状に形成され、
前記シールハウジングに、前記ピストン部の内外周に嵌合される内及び外摺動筒壁部、並びに前記ピストン部の下方に位置する環状底壁部とで成る円環状のシリンダ部が形成され、
前記シリンダ部と、前記ピストン部と、これらシリンダ部とピストン部とで囲まれるリング状のシリンダ室にエア給排するために前記シールハウジングに形成されるエア給排路と、によって前記エアシリンダが構成され、
前記スライドリングにおける前記液封機構による冷却液の循環作用を前記シール部において促進すべく、前記スライドリングから上方突出されて前記回転軸とこれを囲繞する前記静止密封環との間に遊嵌される筒状の堰き止め部が装備され、
前記堰き止め部を越えて流下してくる冷却液の戻り経路が、前記シールハウジングにおける前記大径フランジ部の下方に形成される空間を含む状態に構成されている立軸用メカニカルシール装置。
A rotary seal ring that rotates integrally with a rotary shaft having a vertical axis;
A stationary seal ring disposed under the rotary seal ring in a state in which it is non-rotatable with respect to the seal housing and supported so as to be movable in the axial direction of the rotary shaft;
A slide member that surrounds the rotating shaft and is supported by the seal housing so as to be capable of reciprocating in a predetermined range in the vertical direction;
A coil spring for sealing interposed between upper and lower sides of the slide ring and the stationary sealing ring to raise and urge the stationary sealing ring against the rotary sealing ring;
A detaching coil spring that urges the slide ring downward to separate the stationary seal ring from the rotary seal ring;
An air cylinder that forcibly raises the slide ring against the urging force of the detaching coil spring to obtain a sealed state in which the stationary sealing ring is pressed against the rotary sealing ring by the sealing coil spring;
A liquid sealing mechanism that circulates while filling and supplying a cooling liquid to a seal space surrounded by the seal portion and the rotary shaft by pressing the stationary seal ring against the rotary seal ring. First mechanical seal,
And a second mechanical seal disposed below the first mechanical seal,
The lower part of the slide ring is formed into a shape having a large-diameter flange portion extending outward in the diameter and an annular piston portion extending downward from the outer peripheral end of the large-diameter flange portion,
In the seal housing, an annular cylinder portion is formed which includes inner and outer sliding cylindrical wall portions fitted to the inner and outer circumferences of the piston portion, and an annular bottom wall portion positioned below the piston portion,
The air cylinder includes the cylinder portion, the piston portion, and an air supply / discharge passage formed in the seal housing for supplying and discharging air to and from a ring-shaped cylinder chamber surrounded by the cylinder portion and the piston portion. Configured,
In order to promote the circulating action of the cooling liquid by the liquid sealing mechanism in the slide ring at the seal portion, the upper part protrudes upward from the slide ring and is loosely fitted between the rotary shaft and the stationary sealing ring surrounding it. Equipped with a cylindrical weir,
The vertical shaft mechanical seal device is configured such that a return path of the coolant flowing down beyond the damming portion includes a space formed below the large-diameter flange portion in the seal housing.
The vertical shaft mechanical seal device according to any one of claims 1 to 3, wherein the damming portion provided in the first mechanical seal is disposed such that an upper end thereof reaches the seal portion .
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