JP4960337B2 - メカニカルシールユニット - Google Patents

Description

この発明は、機器と該機器からほぼ垂直方向に延出する回転軸との間をシールするメカニカルシールユニットに関する。

ポンプや撹拌機などの機器に使用されるメカニカルシールは、消耗品であるシールリング等の摺動材を時々交換する必要があり、交換の際に摺動材を軸から外すためにポンプの分解や、軸受けの取り外し、また組込み時には芯出し作業等が必要になるため、多大な労力と時間、メンテナンスコストを要する。そのため、これらの用途のために、シールリングを２つ割りに構成して交換を容易にした構成のものが従来から知られており、本願出願人も特開２００５ー２１４２７号にて分割型メカニカルシールの提案を行っている。

特開２００５ー２１４２７号

しかし、攪拌器などの機器においては、機器内部にガスや揮発性流体などが入っている場合が多く、シールリングの交換の際に、これらの物質を機器内から排出し、機器内を完全に空にする必要があり、分割型のメカニカルシールを用いてもなお、シールリングの交換の際に排出の手間が掛かる問題があり、従来よりこの問題の解決が望まれていた。
本発明は上記従来技術の問題を解決することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、機器と該機器からほぼ垂直方向に延出する回転軸との間をシールするメカニカルシールユニットであって、機器に装着されたケーシングと、前記機器から延出する回転軸にシールを介して装着されたスリーブと、該スリーブ上に装着された回転シールリングと前記ケーシング側に装着された非回転シールリングとを有するメカニカルシールと、該メカニカルシールの下側のケーシング側に装着され、回転軸方向に突出する突出部を備えた水封リングと、該水封リングの突出部に上方向に向けて形成された円環溝と、を備え、前記スリーブの下端が前記円環溝内に貫入し、前記回転軸が停止している時に、該円環溝に液体を前記スリーブ下端の上まで満たすことにより、機器内部のシールが可能である、ことを特徴とする。

本発明のメカニカルシールユニットによれば、シールリングの分解組み込みが簡単で、シールリングの交換が容易であり、更に交換の際に機器内部のシールを行うことができ、気体や揮発性液体を有する機器においても、容易且つ安全に交換作業を行える効果がある。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、攪拌器などの機器Ｋから回転軸Ｊが上方に突出し、この回転軸Ｊと機器Ｋの間をメカニカルシールユニットＸによりシールしている。

メカニカルシールユニットＸはメカニカルシールＡと水封部Ｂ及びケーシングＣを有しており、ケーシングＣを介して機器Ｋの上端部に装着されている。またメカニカルシールＡの回転シールリング２は、スリーブ４０により回転軸Ｊ上に装着されている。

ケーシングＣはカバー３５と水封リング８０を有しており、水封リング８０の上端がアダプタ５０を介して非回転シールリング１に接触し、また水封リング８０の下端はガスケット９０を介して機器Ｋの上端と接続している。またスリーブ４０はＯリング４９を介して回転軸Ｊ上に装着されている。また回転シールリング２は非回転シールリング１の間で摺動シール面Ｓを形成している。これらガスケット９０とＯリング４９と摺動シール面Ｓとにより、機器Ｋの内部は外気と遮断されシールされている。

本発明の実施形態においては、更に水封部Ｂにより回転軸Ｊが非回転時に機器Ｋの内部をシールできるように構成されている。

最初に水封部Ｂの構成を説明する。
水封部Ｂは、ケーシングＣを構成する水封リング８０と前記したメカニカルシールＡを構成するスリーブ４０により構成されている。水封リング８０はカバー３５に装着され、半径方向回転軸Ｊ側に延出する円盤状の突出部８１を有しており、この突出部８１に上方に向けた円環溝８２が形成されている。突出部８１は当然に回転軸Ｊには接触していない。

一方スリーブ４０は回転軸Ｊに沿って、下方まで延びており、その下端部４１が円環溝８２内部に貫入している。下端部４１は円環溝８２の底部に接触しない程度に貫入し、且つ円環溝８２に水等の液体を満たした場合、該液体中に沈む位置まで貫入している。
なお、この実施形態では、下端部４１は内周側を削って肉薄とし、突出部８１の内周側の縁部８８と接触しないようになっている。また、縁部８８に対応する回転軸Ｊの外周も縁部８８と接触しないように径小に構成されている。

水封リング８０には、水封リング８０の外周から半径方向に円環溝８２に連通する注入孔８３と排出孔８５とが形成されており、円環溝８２に水等の液体を注入し、排出することができるように構成されている。注入孔８３には注入孔ノズル８４が設けられ、また排出孔８５には排出孔ノズル８６が設けられている。注入孔ノズル８４と排出孔ノズル８６は、通常はメクラ栓などにより閉止されており、メカニカルシールＡの交換などの際に水を注入排出する時、注入排出用の機器などに接続されるようになっている。

水封部Ｂは以上の構成を有するため、たとえば回転軸Ｊの回転を止めて非回転シールリング１や回転シールリング２を交換する際に、注入孔ノズル８４と注入孔８３を介して円環溝８２に水等の液体を満たせば、下端部４１が該液体中に没して、水封シールＬＳが形成される。即ち機器Ｋの内部から縁部８８の先端を通って、円環溝８２から摺動シール面Ｓ方向へ通じる流路が遮断され、摺動シール面Ｓが機能しない間、この水封シールＬＳにより機器Ｋ内部のシールが行われる。

水封リング８０は、この実施形態ではＰＴＦＥを材料として構成されている。機器Ｋ内部の気体や揮発性液体は一般に腐食性が高いため、耐食性の高い材質が必要であるためである。耐食性の高い金属を使用することも可能であるが、比較的安価なＰＴＦＥを使用している。
しかしＰＴＦＥは熱や荷重により変形を起こしやすく、非回転シールリング１や回転シールリング２の取り付け精度に悪影響を与える可能性がある。そのため、この実施形態では水封リング８０の上端側は金属製のアダプタ５０を介して非回転シールリング１と接触させ、変形などによるメカニカルシールＡへの影響を防止している。

次にメカニカルシールＡの構成を説明する。
メカニカルシールＡは２つ割りの摺動材である非回転シールリング１と、同様に摺動材である回転シールリング２を備えている。非回転シールリング１は非回転、回転シールリング２は軸Ｊと共に回転する回転環になっている。

非回転シールリング１の外周側には、バックメタル３６を介してシールフランジ３が装着され、またその背端面１５がアダプタ５０の端面５１に当接するように装着されるようになっている。該端面５１が軸線方向の基準面になっている。
なお、シールフランジ３も２つ割りとすることが可能である。

非回転シールリング１とバックメタル３６との間には、テーパリング４とＯリング５、５が介在している。
非回転シールリング１の下側の背端部には径大の第１凸部１０が形成されている。また、シールフランジ３の上側の端部には内周方向に突出する第２凸部３０が形成され、該第１凸部１０と第２凸部３０の間に前記テーパリング４とＯリング５、５が介装されている。
Ｏリング５、５は、一カ所カットされており、機器を分解することなく装着可能となっている。

テーパリング４は両側の端面がテーパ端面になっている。テーパ端面は外周から中心に向かって互いに接近するように傾斜するテーパ面になっている。

シールフランジ３は図示すようにボルト３１により軸線方向に締め付けられて、カバー３５に締結されるようになっている。このボルト３１により締結することにより、シールフランジ３が非回転シールリング１をアダプタ５０に押し付けるように構成されている。この締結により、非回転シールリング１の背端面１５はアダプタ５０の端面５１に押し付けられ、２つ割りの非回転シールリング１は軸線方向に規制され、そのシール面に段差が生ずることなく、シール面の平滑性が維持されるようになっている。
なお非回転シールリング１とアダプタ５０の間はＯリング１１によりシールされ、アダプタ５０と水封リング８０の間はＯリング１２によりシールされる。

この実施形態では、非回転シールリング１に加えて回転シールリング２も２つ割にしている。回転シールリング２側にも非回転シールリング１側と同様の構造を適用することによって、非回転シールリング１と回転シールリング２が摩耗や損傷した場合でも、機器を分解することなく、非回転シールリング１と回転シールリング２を交換することができる。

回転シールリング２の外周側に押えリング６を装着し、その間にテーパリング４’とＯリング５’、５’を装着してある。
押えリング６には第２凸部６０が設けられ、回転シールリング２には第１凸部２３が設けられて、この第１凸部２３と第２凸部６０の間にテーパリング４’とＯリング５’、５’が設けられている。
該押えリング６も２つ割りとすることが可能である。

回転シールリング２の背端面２６側にはリテーナ７が装着され、該リテーナ７の基準端面である端面７１に該背端面２６が当接するようになっている。リテーナ７は押えリング６にボルト７０により締結されるように構成されている。このボルト７０を締め付けることにより、回転シールリング２の背端面２６は端面７１に押し付けられて当接し、軸線方向に規制され、シール面の平滑性が維持される。また同時に２つ割りの分割面が確実にシールされる。
なお、リテーナ７はコンプレッションリング２０に装着されたピン２１’に係止され、またスプリング２２により非回転シールリング１方向に押圧されている。

以上の構成において、通常の運転時は、円環溝８２に液体がない状態とし、注入孔ノズル８４と排出孔ノズル８６は栓止めしておく。この状態で、機器Ｋの内部はガスケット９０、Ｏリング４９、摺動シール面Ｓ、更にはいえば、Ｏリング２５、Ｏリング１１、Ｏリング１２によりシールされる。
メカニカルシールＡの交換や修理などの場合には、回転軸Ｊの回転を止め、注入孔ノズル８４から円環溝８２に水等の液体を満たし、水封シールＬＳを形成する。そして、非回転シールリング１や回転シールリング２を分解し、交換修理を行う。この間摺動シール面Ｓは機能しないが、水封シールＬＳにより機器Ｋの内部はシールされ、気体や揮発物が機器Ｋの外に漏出することがない。

交換作業が終了したら、排出孔８５から水等の液体を排出し、水封シールＬＳを解除して、摺動シール面Ｓによるシールにより通常の運転を行う。

以上説明した実施形態によれば、機器を分解することなくシールリングを交換することができ、かつ、水封シールＬＳを形成することにより、分解修理中であっても機器Ｋ内部のシールを確実に行うことができる。

本発明の一実施形態を示す半断面図。

符号の説明

１：非回転シールリング、２：回転シールリング、３：シールフランジ、４：テーパリング、４’：テーパリング、５：Ｏリング、５’：Ｏリング、６：押えリング、７：リテーナ、１０：第１凸部、１１：Ｏリング、１２：Ｏリング、１５：背端面、２０：コンプレッションリング、２１：ピン、２２：スプリング、２３：第１凸部、２５：Ｏリング、２６：背端面、３０：第２凸部、３１：ボルト、３５：カバー、３６：バックメタル、４０：スリーブ、４１：下端部、４９：Ｏリング、５０：アダプタ、５１：端面、６０：第２凸部、７０：ボルト、７１：端面、８０：水封リング、８１：突出部、８２：円環溝、８３：注入孔、８４：注入孔ノズル、８５：排出孔、８６：排出孔ノズル、８８：縁部、９０：ガスケット。

Claims (1)

1. 機器と該機器からほぼ垂直方向に延出する回転軸との間をシールするメカニカルシールユニットであって、
   機器に装着されたケーシングと、
   前記機器から延出する回転軸にシールを介して装着されたスリーブと、
   該スリーブ上に装着された回転シールリングと前記ケーシング側に装着された非回転シールリングとを有するメカニカルシールと、
   該メカニカルシールの下側のケーシング側に装着され、回転軸方向に突出する突出部を備えた水封リングと、
   該水封リングの突出部に上方向に向けて形成された円環溝と、を備え、
   前記スリーブの下端が前記円環溝内に貫入し、前記回転軸が停止している時に、該円環溝に液体を前記スリーブ下端の上まで満たすことにより、機器内部のシールが可能である、
   メカニカルシールユニット。

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