JP5289850B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

この発明は、メカニカルシールに関する。

メカニカルシールは、種々の分野に利用され、熱水やボイラー水などの高温流体のシールにも利用されている。これらの高温流体をシールする場合、摺動シール面の焼き付きを防止するために、冷却機構を設けたり、或いはダブルシールの構造にするなどの対応がとられている。

国際公開ＷＯ２００６／０２２３７８号

しかし、従来の構成では、冷却機構の設備費や工事費或いは維持管理の手間やコストなどが大きい問題があった。またダブルシールの場合には、シールユニットが大型化し、コストも大きくなる問題があった。
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、回転環の外周が機外側に位置し、固定環が機内側に位置し、該回転環と該固定環が形成する摺動端面をシール面として軸封を行う、メカニカルシールにおいて、前記回転環にその外周との間に所定の間隔を空けて設けられ、軸線方向に所定の長さを有し、回転環の外周との間に空隙を形成し、前記回転環の後端面を覆う底部を有する環状のカバーと、前記環状のカバーの前記底部に形成され、前記回転環と共に回転し、該回転により機外側の流体を前記空隙に取り込む開口と、該開口に連通し該底部の内面側の内底面に形成された底面溝と、該底面溝に連通し底部の内周側面に形成され、前記空隙に連通する側面溝とを有し、該回転により前記空隙に前記シール面方向への流体の流れを形成する流れ形成手段と、を備え、前記回転環に、前記流体の流れが通る流路を形成した、ことを特徴とする。
上記構成により、機外側の空気などの流体を回転する開口により効率的に取り込むことができ、空隙を経由してシール面方向へ流れを形成することができるため、シール面の冷却が促進される。またこの構成においては、回転環の後端面で流れを形成するため、回転環の外側全体に流体が流れ、回転環の冷却効果を向上させることが可能である。
また前記回転環に、前記流体の流れが通る流路を形成しているため、これにより回転環自体の冷却が促進される。
更に、少なくとも前記シール面の軸線方向固定環側の外周側を所定の間隔を空けて覆うケーシングカバーを設け、該ケーシングカバーに形成された、前記流体の流れを排出する排出孔を、備えることが可能である。この構成によれば流体の流れが更に円滑になり、冷却効果が増進する。

本発明のメカニカルシールによれば、簡単な構成で大きな冷却効果が得られる効果がある。
その結果、シール面の摩耗を少なくし、面荒れを減少し、ドライ摺動を抑制することができる。またメカニカルシール自体も冷却されるため熱歪や熱変形を抑制し、機械精度を向上させることができる。
また、冷却設備や循環水などを必要とせず、省スペース化、コスト低減、信頼性向上などを図ることが可能である。

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、図示するメカニカルシールは、ポンプなどの機器のケーシングＣから突出する回転軸ＪとケーシングＣとの間に装着されている。
メカニカルシールは、回転軸Ｊ上に装着され、回転軸Ｊと共に回転する回転環１とケーシングＣ側に装着され、非回転の固定環７とを有し、該回転環１と固定環７の端面が摺動接触してシール面Ｓを形成し、ケーシングＣの内部の機内Ｙと回転環１の外側の機外Ｘとの間をシールする構成になっている。

この実施形態では回転環１は、機外Ｘ側に位置して機外Ｘの大気や他の雰囲気に露出し、固定環７は機内Ｙに位置し、シール面Ｓの内周側で機内Ｙ側の封液をシールするように構成されている。
機外Ｘはこの実施形態では大気であるが、他の気体の雰囲気であることも可能である。

回転環１は、カーボンなどで形成されたシールリング１０とアルミ製のバックアップリング１１とから構成され、バックアップリング１１がＯリング１８を介して回転軸Ｊ上に装着されている。またシールリング１０はＯリング１９を介してバックアップリング１１に装着され、廻り止め１７により回り止めされている。

一方固定環７はケーシングカバー８を介してケーシングＣ側に装着されており、ケーシングカバー８の内周にＯリング７０を介して嵌装されている。固定環７の端面とシールリング１０の端面は摺動接触し、シール面Ｓを形成するように構成されている。

この実施形態では、回転環１の外周、より詳細にはバックアップリング１１の外周側に所定の間隔をあけてカバー３を設けており、カバー３とバックアップリング１１の外周の間に空隙１５を形成するように構成されている。カバー３は円筒形をなしており、その底部３０側がバックアップリング１１の後端面Ｅ（シール面Ｓの反対側の端面）に接触し、先端３１が開口している。

カバー３の底部３０にはファン５が形成されている。ファン５は、図２乃至図５に示すように、底部３０に形成された開口５０と、開口５０に連通し、底部３０の内面側の内底面３６に形成された底面溝５１及び底面溝５１に連通し、底部３０の内周側面３５に形成された側面溝５２から形成されている。側面溝５２は空隙１５に連通している。
開口５０は図２において矢印で示すバックアップリング１１の回転方向Ｒの方向に傾斜しており、底面溝５１は逆に図２において回転方向Ｒと反対方向に傾斜している。この構成により、バックアップリング１１の回転に伴って、機外Ｘの大気（雰囲気）が開口５０に取り込まれ、底面溝５１において加速し、側面溝５２から空隙１５へと送りこまれるように構成されている。

バックアップリング１１の外周には、更に冷却用溝１２が円周方向に形成されており、外周の表面積を増加し、また冷却用溝１２に空隙１５に流れる空気が通過し、バックアップリング１１の冷却効果を高めている。

ケーシングカバー８には軸線方向に伸びる延出端８１が形成され、延出端８１の先端はほぼ先端３１の近傍まで延びている。この延出端８１とシールリング１０の外周、シール面Ｓの外周及び固定環７の外周との間に空隙８５が形成されている。またケーシングカバー８には排気孔８０が半径方向に形成されており、機外Ｘと空隙８５を連通している。

以上の構成により、回転環１の回転によりファン５の開口５０から機外Ｘの空気が取り込まれ、底面溝５１で速度を与えられて、側面溝５２から空隙１５に流れ、バックアップリング１１の外周及び冷却用溝１２を流れ、これらを冷却する。更に空隙８５に流入して、シールリング１０の外周、シール面Ｓの外周、固定環７の外周を冷却し、排気孔８０から機外Ｘに戻る。
この空隙１５の空気の流れＦにより、メカニカルシール全体が効率的に冷却されるように構成されている。
図１の点線は、上記した空気の流れＦを示すものである。

図６乃至図７に冷却用溝１２の種々の形態を示す。図６の冷却用溝１２はバックアップリング１１の円周方向に形成されており、図１に示すものと同じである。
図７では軸線方向に伸びる冷却用溝１２’をバックアップリング１１の外周に形成している。
図８は、バックアップリング１１の後端面Ｅ側からシール面Ｓ側に抜ける冷却用孔１３をバックアップリング１１の内部に形成した例を示している。
以上のように、バックアップリング１１の冷却を促進するための種々の構成が採用可能である。

図９と図１０に他の実施形態を示す。この実施形態では、カバー３の先端３１’を軸心方向に傾斜させ、延出端８１との間を短くし、先端３１’と延出端８１の隙間を小さくしている。この構成により、流体の流れＦが軸心方向に向かうと共に、先端３１’と延出端８１の隙間から逃げる量が減少し、冷却効果を大きくすることができる。

図１１と図１２に参考例を示す。
この参考例において、カバー３’はケーシングカバー８に装着され、非回転になっている。一方、ファン５’はバックアップリング１１の外周に形成され、バックアップリング１１に設けられた軸線方向に斜めの凸条５５と凹溝５６から構成されている。
この構成の場合、カバー３’は非回転であるから、ケーシングカバー８の延出端８１と接触させることが可能であり、カバー３’と延出端８１の間の隙間を無くすことが可能になる。

図１３乃至図１５に更に他の参考例を示す。
この参考例においては、カバー３”の外周側面３９にファン５”を形成している。ファン５”は、外周側面３９に形成された開口５８と回転方向に傾斜する傾斜面５９及び開口５８に連通する山形の空隙１５’とから構成され、開口５８から空気を取り込んで空隙１５’から空隙８５に空気を流すように構成されている。

本発明の一実施形態を示す半断面図。 本発明の一実施形態を示す右側面図。 本発明の一実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態を示す斜視図。 本発明の一実施形態における冷却用溝１２の一例を示す斜視図。 本発明の一実施形態における冷却用溝１２の他の一例を示す斜視図。 本発明の一実施形態における冷却用孔１３の一例を示す斜視図。 本発明の他の実施形態を示す半断面図。 本発明の他の実施形態を示す斜視図。 参考例を示す半断面図。 参考例を示す斜視図。 更に他の参考例を示す半断面図。 他の参考例を示す斜視図。 他の参考例を示す斜視図。

符号の説明

１：回転環、３：カバー、５：ファン、７：固定環、８：ケーシングカバー、１０：シールリング、１１：バックアップリング、１２：冷却用溝、１３：冷却用孔、１５：空隙、１７：廻り止め、１８：Ｏリング、１９：Ｏリング、３０：底部、３１：先端、３５：内周側面、３６：内底面、３９：外周側面、５０：開口、５１：底面溝、５２：側面溝、５５：凸条、５６：凹溝、５８：開口、５９：傾斜面、７０：Ｏリング、８０：排気孔、８１：延出端、８５：空隙。

Claims (3)

1. 回転環の外周が機外側に位置し、固定環が機内側に位置し、該回転環と該固定環が形成する摺動端面をシール面として軸封を行う、メカニカルシールにおいて、
   前記回転環にその外周との間に所定の間隔を空けて設けられ、軸線方向に所定の長さを有し、回転環の外周との間に空隙を形成し、前記回転環の後端面を覆う底部を有する環状のカバーと、
   前記環状のカバーの前記底部に形成され、前記回転環と共に回転し、該回転により機外側の流体を前記空隙に取り込む開口と、該開口に連通し該底部の内面側の内底面に形成された底面溝と、該底面溝に連通し底部の内周側面に形成され、前記空隙に連通する側面溝とを有し、該回転により前記空隙に前記シール面方向への流体の流れを形成する流れ形成手段と、を備え、
   前記回転環に、前記流体の流れが通る流路を形成した、
   ことを特徴とするメカニカルシール。
2. 少なくとも前記シール面の軸線方向固定環側の外周側を所定の間隔を空けて覆うケーシングカバーを設け、該ケーシングカバーに形成された、前記流体の流れを排出する排出孔を、更に備えた、
   請求項１のメカニカルシール。
3. 前記底面溝は前記回転環の回転方向と反対方向に傾斜している、
   請求項１又は２のメカニカルシール。

Images