JP5334656B2

JP5334656B2 - シール装置

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Publication number: JP5334656B2
Application number: JP2009096254A
Authority: JP
Inventors: 嘉博末藤
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: JP2010249157A

Description

本発明は、遠心ポンプの軸シール、スネークポンプの軸シール、あるいは、ビーズポンプの軸シール等として用いて好適なシール装置に関する。

従来、この種の装置に用いられるアウトサイドカートリッジ形でダブルシールタイプのシール装置としては、図２〜図４に示すようなシール装置が知られている。図２に示すシール装置８１０は、機内側シール８１１のシールリング８１２とスタフィングボックスとの間の軸方向移動部のシールにＯリング８１３を用いたダブルシールである。図３に示すシール装置８２０も機内側シール８２１のシールリング８２２とスタフィングボックスとの間の移動部のシールにＯリング８２３を用いたダブルシールであるが、回転軸が貫通するスタフィングボックスの開口８２４の内径を大きくしてバッフルスリーブ８２５を設置し、クエンチング液が機内側シール８２１のシール面近傍にまで流れるようにしたものである。また、図４に示すシール装置８３０は、機内側シール８３１のシールリング８３２軸方向移動部に金属ベローズ８３６を使用したダブルシールである。

この種のシール装置において、スラリーを含む流体（シール液）や大気に漏れると析出するような流体をシールする際には、スラリーがシール部品間に留まったり、シール流体の固形物がシール面に付着したりシール部品間に目詰まりしたりする可能性がある。そこで、そのような流体をシールする場合には、析出物を洗い流すことが必要である。そのために、図２〜図４に示した従来のシール装置８１０〜８３０においては、シールカバーに形成された開口から中間室にクエンチング液を導入し、シール面あるいはシール面近傍の洗浄を行うようにしている。また、例えば特許文献１に開示されているダブルメカニカルシールにおいては、フラッシング液とクエンチング液を用いて、シール面あるいはシール面近傍の洗浄とともに冷却や、シール液の大気との遮断等も行うようにしている。

特開２００５−４８８１８

しかしながら、図２〜図４あるいは特許文献１に示したシール装置においては、機内側シールはスタフィングボックス内に配置されており、スタフィングボックス外に配置される機外側（大気側）シールあるいはシールカバーに設けられるクエンチング液の入口（出口）から機内側シールの摺動面までのクエンチング液の流路が長くなり、クエンチング液が摺動面（シール面）にまで十分な量、強さで流れて来ない状態となり、洗浄や冷却が不十分になる場合がある。また、スタフィングボックス内に機内側シールが配置されているため、クエンチング液の流路を広く確保することができず、この点においてもクエンチング液の流れが不十分となり、摺動面の洗浄や冷却が不十分になる場合がある。

例えば、図３に例示したシール装置８２０においては、回転軸が貫通するスタフィングボックスの開口８２４の内径を大きくし、バッフルスリーブ８２５を設置してクエンチング液が機内側シール８２１のシール面近傍にまで流れるようにしたものであるが、この構成においてもクエンチング液の流路は狭く、シール面を十分に洗浄等することはできない。

また、スタフィングボックス内に機内側シールが配置されるこれらのシール装置は、装着に際してスタフィングボックスの構造の影響を受け、汎用性の点で問題がある。
また、このような構成のシール装置は、軸方向に長い構成となり、機器の小型化の点で障害となる可能性もある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、小型で、クエンチング流路を短くしてシール面の洗浄や冷却等を適切に行うことができ、汎用性の高い、アウトサイドカートリッジ形でダブルシールタイプのシール装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のシール装置は、ハウジングと、当該ハウジングに形成された開口を貫通する回転軸との間を密封し、前記ハウジング内の流体を封止するシール装置であって、前記ハウジングの前記開口の端面に設置されるシールカバーと、前記回転軸の前記シールカバーの内部となる位置に設置され、軸方向の両面に各々シール面を有する回転密封環と、前記シールカバーの内部の前記回転密封環の機内側に設置され、前記回転密封環の機内側の前記シール面に対向配置されて当該シール面と密接摺動するシール端面を有し、外周面は、前記シール端面に向かって内周側に傾斜するようにテーパ状に形成されている第１固定密封環と、前記シールカバーの内部の前記回転密封環の機外側に設置され、前記回転密封環の機外側の前記シール面に対向配置されて当該シール面と密接摺動するシール端面を有する第２固定密封環と、前記シールカバーの内側であって前記回転密封環、前記第１固定密封環及び前記第２固定密封環の外周側で囲まれる空間に形成される中間室と、機外側内周部に段差部を有し、当該段差部に前記第１固定密封環が嵌合設置されているリテーナと、機外側端部が前記リテーナの機内側端面の内周側に結合されており、前記ハウジング内に通じる機内側空間と前記中間室との間を分離し、前記リテーナを介して当該リテーナに嵌合設置された前記第１固定密封環を前記回転密封環方向に弾発に押圧するベローズと、前記シールカバーを貫通して前記中間室に連通し、当該中間室にクエンチング液を流入出させるクエンチング液供給路とを有し、前記第１固定密封環のシール端面と前記回転密封環の前記シール面とが摺動可能に密接して機内側シール部を構成し、前記第２固定密封環のシール端面と前記回転密封環の前記シール面とが摺動可能に密接して機外側シール部を構成し、前記第２固定密封環及び前記リテーナの外周側はフランジ部に形成されており、前記クエンチング液が前記クエンチング液供給路から中間室に供給され、直接機内側シール部及び機外側シール部の外周面に流されることを特徴とする。

また、請求項２に係る本発明のシール装置は、前記第１固定密封環の前記回転密封環のシール面に密接摺動する前記シール端面は、径方向幅が微小幅に形成されたナイフエッジ状シール端面であることを特徴とする。

また、請求項３に係る本発明のシール装置は、前記ベローズとともに前記第１固定密封環を前記回転密封環方向に弾発に押圧する第２の弾発手段をさらに有することを特徴とする。

請求項１に係る本発明のシール装置によれば、ダブルシールのシール面近傍に直接にクエンチング液を供給することができ、効率よく冷却や洗浄ができるとともに大気との遮断も適切に行うことができ、小型でシール面の洗浄や冷却等を適切に行うことができ、汎用性の高い、アウトサイドカートリッジ形でダブルシールタイプのシール装置を提供することができる。
また、テーパによりクエンチング液をシール面に効率よく案内することができ、冷却、シール面の堆積物や析出物の洗浄等を一層効率よく適切に行うことができる。

また、請求項２に係る本発明のシール装置によれば、第１固定密封環のシール端面の回転密封環のシール面への密接圧力を高めることができ、シール流体を適切にシールすることができる。

また、請求項３に係る本発明のシール装置によれば、ベローズに加えて弾発手段により第１固定密封環を押圧しているため、第１固定密封環のシール端面は適切に回転密封環のシール面に押圧され、より適切なシール性能を維持できる。

図１は、本発明の一実施形態のシール装置の構成を示す図であって、シール装置が遠心ポンプの回転軸貫通箇所に装着されている状態を示す断面図である。図２は、従来のシール装置の構成を示す図である。図３は、従来の他のシール装置の構成を示す図である。図４は、従来のさらに他のシール装置の構成を示す図である。

本発明の一実施形態のシール装置について、図１を参照して説明する。
本実施形態においては、遠心ポンプの軸シールとして使用されるシール装置であって、２つの摺動面を背面合わせに構成したダブルシールを有し、スタフィングボックスの外面にカートリッジ形態で装着されるシール装置を例示して本発明を説明する。
図１は、その本実施形態のシール装置１の構成を示す断面図であり、シール装置１をスタフィングボックス（装置ハウジング）８の外面８２にカートリッジとして装着した断面図である。

図１に示すように、遠心ポンプのスタフィングボックス８には開口８１が形成されており、この開口８１に、図示せぬ軸受けにより回転可能に支持された回転軸２が貫通している。本発明に係るシール装置１は、スタフィングボックス８の開口８１の周囲の外面８２に、当該外面８２に設置されている図示せぬ埋め込みボルトにより取り付けられる。
なお、図１においてはスタフィングボックス８の開口８１側（図示左側）が機内側空間Ｂであり、その軸方向反対側（図示右側）が機外側（大気側）空間Ａである。
また、以下の説明において軸方向とは開口８１を貫通する回転軸２の軸方向であり、径方向とは開口８１を貫通する回転軸２の軸方向に垂直な半径方向（放射方向）を意味する。

シール装置１は、主な構成部として、シールカバー１０、クエンチング液供給路１３、クエンチング液排出路１４、中間室１９、スリーブ２０、スリーブカラー２１、回転密封環３０、機内側固定密封環（第１固定密封環）４１、機外側（大気側）固定密封環（第２固定密封環）５１、ベローズ４４及びコイルスプリング４７等を有する。
シール装置１においては、機内側固定密封環４１と回転密封環３０の機内側シール面３２を含む構成が機内側シール部４０を構成し、機外側固定密封環５１と回転密封環３０の機外側シール面３３とを含む構成が機外側（大気側）シール部５０を構成する。

シールカバー１０は、機内側に配される機内側シールカバー部材１０ａと、Ｏリング６２を介在させて機内側シールカバー部材１０ａの軸方向機外側（大気側）に嵌合し一体化される機外側シールカバー部材１０ｂとを有する。シールカバー１０は、軸方向平面形状が略正方形に形成されており、スタフィングボックス８の外面８２に形成された埋め込みボルトを通過させる溝が角部外側から対角線方向内側に切り込んだ形態で４箇所形成されている。この４箇所の溝にスタフィングボックス８の外面８２の対応する位置に形成された４本の埋め込みボルトを各々通過させ、各ボルトをナット８４により締め付けることにより、シールカバー１０は、すなわちシール装置１は、スタフィングボックス８に設置される。なお、シールカバー１０とスタフィングボックス８の外面８２との間には、Ｏリング６１が介在される。

シールカバー１０の内部には、図１に示すように、シール装置１がスタフィングボックス８に装着された場合にスタフィングボックス８の開口８１に連続し、回転軸２を通過させる内部孔１１が形成されている。
シールカバー１０の内部孔１１を形成する内周面は、図１に示すように、機内側及び機外側が細径となり、中央部が最も太径となるように形成されている。
具体的には、シールカバー１０の内周面は、機内側から中央部に向かって順に太径となるように断面階段状に形成された内周面１１ａ、内周面１１ｃ及び内周面１１ｆを有する。内周面１１ａと内周面１１ｃとの間には径方向に平行な円環状の段差面１１ｂが形成され、内周面１１ｃと内周面１１ｆとの間には径方向に平行な円環状の段差面１１ｄが形成されている。

また、シールカバー１０の内周面は、中央部からさらに機外側に向かって順に細径となるように断面階段状に形成された内周面１１ｈ、内周面１１ｋ及び内周面１１ｎを有する。内周面１１ｆと内周面１１ｈとの間には径方向に平行な円環状の段差面１１ｇが形成され、内周面１１ｈと内周面１１ｋとの間には径方向に平行な円環状の段差面１１ｉが形成され、内周面１１ｋと内周面１１ｎとの間には径方向に平行な円環状の段差面１１ｍが形成されている。

また、シールカバー１０の機外側端部には、位置決め部１２が形成されている。位置決め部１２は、シールカバー１０の端部外周面に位置決め用溝１２ａを有する。回転軸２に後述するスリーブ２０、スリーブカラー２１及び回転密封環３０等を設置する時には、この位置決め用溝１２ａにセットプレート７３の凸条部７３ａを嵌合させて、セットプレート７３を介在させた状態でスリーブカラー２１を回転軸２に設置する。これにより、シールカバー１０とスリーブカラー２１及びスリーブ２０とが所定の位置関係に規定され、その結果、回転密封環３０と機内側固定密封環４１及び機外側固定密封環５１とは各々所定の位置関係にセットされる。

また、シールカバー１０には、外周面から最も太径の内周面１１ｆに貫通する径方向の流体流路１３及び１４が形成されている。シールカバー１０の内周面１１ｆの内側は、シールカバー１０、機内側シール部４０及び機外側シール部５０で囲まれた中間室１９に構成されており、これらの流体流路１３及び１４は、中間室１９にクエンチング液を供給する供給路１３、及び、中間室１９からクエンチング液を排出する排出路１４である。本実施形態のシール装置１においては、クエンチング液供給路１３及びクエンチング液排出路１４として、各々１本の合計２本の流体流路が形成されている。各流路１３及び１４のポートには、図示しない配管と接続可能な管用螺子穴が形成されている。

このような構成において、配管を介して供給されたクエンチング液は、クエンチング液供給路１３から中間室１９に供給され、直接に機内側シール部４０及び機外側シール部５０の外周面に流され、クエンチング液排出路１４から排出される。これにより、各シール部のシール摺動面の摺動時の発熱が冷却されると共に、各シール部に付着している不純物（堆積物や析出物）が洗浄される。

シールカバー１０の最も機内側の最も細径の内周面１１ａには、Ｏリング６３を介在させてケース４３が嵌合設置されている。Ｏリング６３は、シールカバー１０の内周面１１ａに形成される環状の溝に設置される。
ケース４３は、その機外側の端面が内周面１１ａより太径の内周面１１ｃの内側にまで突出し、その端部にベローズ４４の機内側端部周面が密接に溶接されている。

ベローズ４４は、ステンレス鋼、銅合金等の薄板の金属を、蛇腹状の円環状に絞り加工し、あるいは、環状板の隣接する各内径及び外径部を溶接して円筒状に成形し、内周面と外周面との間で断面が波形状又は断面が連続したＶ形状あるいは断面がＺ状に折り曲げられた構成のバネ手段に形成した金属ベローズである。すなわち、ベローズ４４は、円筒部の中間が種々に曲げられた反力により軸方向へ弾発するバネ手段である。
ベローズ４４の機外側端部は、リング状のリテーナ４５の機内側端面の内周側に溶接等で密封に結合されている。

リテーナ４５の機外側内周部には、機内側固定密封環４１が嵌合設置される段差部４５ａに形成されている。機内側固定密封環４１は、リテーナ４５との間にＯリング６４を介在させて、その段差部４５ａの内周部に嵌合設置される。
リテーナ４５の段差部４５ａの径方向に沿った面には、円周に沿った所定の数箇所に、機内側固定密封環４１に係合するノックピン４６が設置されている。機内側固定密封環４１の機内側内周部には、その周面に沿って等配に所定数のピン用凹部４１ｂが形成されている。このピン用凹部４１ｂにリテーナ４５に設置したノックピン４６を挿入して機内側固定密封環４１をリテーナ４５に嵌合設置することにより、機内側固定密封環４１は回転軸２とともに回動しないようにリテーナ４５に係止される。

リテーナ４５の機内側端面の外周側には、コイルスプリング４７の一方の端部が固定される。シールカバー１０の段差面１１ｄには、段差面１１ｄの環状面に沿って所定の数箇所に等配に、コイルスプリング４７の他方の端部が設置されるスプリング受け凹部（バネ座）１１ｅが形成されており、コイルスプリング４７は、機内側の端部がスプリング受け凹部１１ｅに挿入されてこれに固定され、機外側の端部はリテーナ４５の機内側端面の外周側に溶接等により接続されている。コイルスプリング４７は、このようにシールカバー１０の段差面１１ｄとリテーナ４５との間に設置されて、ベローズ４４とともにリテーナ４５を機外側、すなわち、回転密封環３０方向に押圧する。コイルスプリング４７は、軸周に沿って所定の数箇所に等配に設置される。

機内側固定密封環４１は、機内側シール部４０の一方のシール面を構成するシールリングであって、前述したようにシールカバー１０の内部孔１１の内周面１１ｆの内周側に軸方向移動自在に嵌合設置されている。機内側固定密封環４１は、機外側端面にシール端面４２が形成されており、このシール端面４２が回転密封環３０の機内側シール面３２に摺動可能に密接し、機内側シール部４０を構成している。

機内側固定密封環４１は、断面が略矩形の環状のシール部材であり、機外側の端面に、径方向の幅が微小幅に形成されたナイフエッジ状のシール端面４２を有する。前述したように、機内側固定密封環４１は、リテーナ４５の段差部４５ａに、Ｏリング６４を介在させるとともにノックピン４６をピン用凹部４１ｂに挿入された状態で嵌合設置されている。シール装置１においては、リテーナ４５がベローズ４４及びコイルスプリング４７により回転密封環３０方向に押圧されながら軸方向に移動自在に設置されているので、リテーナ４５に一体的に設置されている機内側固定密封環４１も、軸方向に移動自在で、回転密封環３０方向に押圧された状態に設置される。そしてこれにより、機内側固定密封環４１は、ナイフエッジ状のシール端面４２を回転密封環３０の機内側シール面３２に密接摺動させ、径方向の内周側の機内側空間Ｂと径方向の外周側の中間室１９とをシールする。

なお、機内側固定密封環４１において、シール端面４２の径方向の幅（面幅）を通常よりも狭くナイフエッジ状に形成することにより、機内側固定密封環４１のシール端面４２と回転密封環３０の機内側シール面３２との面圧を高めることができる。換言すれば、同じ面圧（シール面圧）を得る場合には、シール面幅を狭くしておくことにより、コイルスプリング４７及びベローズ４４の押圧力を少なくすることが可能となり、コイルスプリング４７として小型のスプリングを用いることが可能となる。その結果、シール面圧を下げることなく、小型のスプリングを用いることができ、シール装置１を小型化することが可能となる。

また、機内側固定密封環４１の外周面は、図示のごとく、エッジ状のシール端面４２に向かって内周側に傾斜するようにテーパ面４２ｃ状に形成されている。機内側固定密封環４１の中間室１９側となる外周部をこのようにテーパ状に形成しているので、そのテーパによりクエンチング液を機内側シール部４０のシール面に案内することができ、冷却、シール面の堆積物や析出物の洗浄等を効率よく適切に行うことができる。

機外側固定密封環５１は、機外側シール部５０の一方のシール面を構成するシールリングであって、前述したようにシールカバー１０の内部孔１１の内周面１１ｆ〜１１ｎの内周側に軸方向移動自在に嵌合設置されている。機外側固定密封環５１は、機内側端面にシール端面５２が形成されており、このシール端面５２が回転密封環３０の機外側シール面３３に摺動可能に密接し、機外側シール部５０を構成している。

機外側固定密封環５１の外周面には軸方向に段差となった階段部５１ａが形成されている。一方、シールカバー１０の内部孔１１の内周部には、段差部１１ｍと内周面１１ｋとにより機外側固定密封環５１の階段部５１ａと対向するように同じく軸方向の段差が形成されている。これら階段部５１ａ及び段差部１１ｍと内周面１１ｋとの段差により断面矩形の環状空間が形成されており、この環状区間にＯリング６５が配設されている。これにより、シールカバー１０と機外側固定密封環５１とはＯリング６５によりその間を密封されて、軸方向に移動可能に嵌合されている。

機外側固定密封環５１の外周側はフランジ部５３に形成されており、フランジ部５３には軸方向に案内溝５４が形成されている。案内溝５４には、シールカバー１０の内部孔１１の段差面１１ｉに形成された固定ピン５５が挿入される。固定ピン５５と案内溝５４は、軸方向へ相対移動可能な状態、周方向へは係止された状態とされており、これにより機外側固定密封環５１は、シールカバー１０に対して、軸方向には移動自在であり、周方向（回転軸２の回転方向）には回転不能に設置される。

また、機外側固定密封環５１のフランジ部５３のシールカバー１０の内部孔１１の段差面１１ｉとの対向面には、周方向へ複数のスプリング受け凹部（バネ座）１１ｊが設けられており、段差面１１ｉに形成されたバネ座１１ｊとの間にコイルスプリング５６を保持している。これにより、機外側固定密封環５１は軸方向機外側に、すなわち回転密封環３０の方向に押圧される。

本実施形態の機外側固定密封環５１において、シール端面５２は、径方向の幅（面幅）として微小ながらある程度の幅を有する形態に、換言すれば機内側固定密封環４１のシール端面４２のようなナイフエッジ状にまで狭いものではなくある程度の面幅を有する形態に形成する。具体的には、シール端面５２の幅は、例えば１ｍｍ〜３ｍｍである。

機内側シール部４０及び機外側シール部５０の各々他方のシール面３２及び３３を有する回転密封環３０は、回転軸２に嵌合設置されたスリーブ２０にさらに嵌合設置されている。
スリーブ２０は、Ｏリング６６を介在させて回転軸２の周面に密接に嵌合されており、機外側端部においてスリーブカラー２１により回転軸２に固定設置されている。スリーブカラー２１は、スリーブ２０の機外側端部の外周面に嵌合し、セットスクリュー２２により回転軸２に対して固定される。これにより、スリーブ２０とスリーブカラー２１とは一体的に回転軸２に固定設置される。このスリーブ２０の機内側端部に、回転密封環３０が嵌合される。

スリーブカラー２１の機内側端部は、回転密封環３０を嵌合設置する回転密封環設置部２４に形成されている。
スリーブ２０のメイティングリング設置部２４は、回転密封環３０を当接させることによりその機外側端部の位置を規定する凸部２５、嵌合した回転密封環３０の内周面との間に介在されるＯリング６７、スリーブ２０に嵌合した回転密封環３０の抜けを防止するとともにその機内側の位置を規定するためのノックピン２６等を有する。
なお、このように構成されたスリーブ２０及びスリーブカラー２１は、前述したように、セットプレート７３により位置決めして取り付けられる。

回転密封環３０は、スリーブ２０の機内側端部の上述のような回転密封環設置部２４に、すなわち、軸方向の両側を凸部２５及びスリーブカラー２１により規定され、また、スリーブ２０の外周面との間にＯリング６７を介在させて、スリーブ２０上の、換言すれば回転軸２上の所定の位置に密封嵌合される。

回転密封環３０の機内側の端面は、機内側固定密封環４１のシール端面４２と密接に摺動する機内側シール面３２に形成されており、機内側シール部４０の一部を構成している。
一方、回転密封環３０の機外側の端面は、機外側固定密封環５１のシール端面５２と密接し摺動する機外側シール面３３に形成されており、機外側シール部５０の一部を構成している。

回転密封環３０の外周側空間、すなわち、回転密封環３０の外周面、機内側シール部４０の外周面、シールカバー１０の内周面１１ｂ〜１１ｋ、及び、機外側シール部５０の外周面で囲まれる空間は、シール装置１の中間室１９を形成している。
中間室１９には、前述したようにシールカバー１０に形成されたクエンチング液供給路１３及びクエンチング液排出路１４が連通しており、クエンチング液が所定の圧力で充填されているとともに、機内側シール部４０及び機外側シール部５０の外周面をクエンチング液の流れが通過するように構成されている。これにより、各シール部のシール摺動面の摺動時の発熱が冷却されると共に、各シール部に付着している不純物や析出物が洗浄される。

本実施形態のシール装置１において、回転密封環３０、機内側固定密封環４１、及び、機外側固定密封環５１は、各々、炭化ケイ素（シリコンカーバイト、ＳｉＣ）、カーボン、超硬合金等の材質で製作される。好適には、機内側固定密封環４１あるいは機外側固定密封環５１と回転密封環３０との組み合わせは、各々、炭化ケイ素（ＳｉＣ）と炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、カーボンと炭化ケイ素（ＳｉＣ）の組み合わせ、超硬合金と超硬合金の組み合わせ、あるいは、カーボンと超硬合金の組み合わせが好適である。
また、Ｏリング６１〜６７の材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが用いられる。

このような構成の本実施形態のシール装置１においては、機内側シール部４０及び機外側シール部５０がスタフィングボックス８内ではなくシールカバー１０内に配置されているので、シールカバー１０に形成したクエンチング液の供給口１３あるいは排出口１４をこれらのシール面のすぐ近傍に形成することができる。従って、クエンチング液をダブルシールの両シール面の近傍に直接流れさせることができる。その結果、シール面近傍の堆積物や析出物に直接クエンチング液を当てることができ、シール面を中心とする各部の冷却、堆積物や析出物の洗浄等を効果的に行うことができる。また、シール流体の大気側への漏洩の防止、すなわち遮断も適切に行うことができる。

また、特に本実施形態のシール装置１においてはダブルシールの機内側シール部４０において、シール端面４２を径方向幅が非常に狭いナイフエッジ状に構成している。その結果、シール端面４２の回転密封環３０のシール面３２への密接圧力を高めることができ、シール流体を適切にシールすることができる。

また、その際、機内側固定密封環４１の中間室１９側となる外周部をテーパ状に形成しているので、そのテーパによりクエンチング液をシール面に案内することができ、冷却、シール面の堆積物や析出物の洗浄等を一層効率よく適切に行うことができる。

シール面等の温度が上昇するとシール流体の固体化が促進され堆積物や析出物が増加するが、本実施形態のシール装置１においては、シール面の冷却を適切に行えるので、そのような堆積物や析出物の発生を抑制することができる。

また、本実施形態のシール装置１においては、クエンチング液を直接回転密封環３０外周やシール面に当てることができるので、供給されたクエンチング液は回転密封環３０に追従して回転方向に流れが形成される。従って、クエンチング液が直接当たらない箇所のシール面についても、従来より勢いよく適切にクエンチング液が流されることとなり、そのような箇所においても、冷却効果、洗浄効果が増進され、シールがより適切に行える。

また、そのようにクエンチング液に流れを形成することができるので、クエンチング液の供給路を１本としても適切に冷却、洗浄、シールの遮断等が行え、シール装置１の構成を簡単にすることができる。
また、そのようにクエンチング液の供給のみで適切に冷却、洗浄、シール流体の遮断等を行えるため、フラッシングを行う必要がなくなり、装置構成を簡単にするとともに装置を小型化することができる。

また、中間室１９を高圧にできるとともにクエンチング液で満たすことができるので、シール流体が中間室１９まで漏洩したとしても、漏洩した流体は機外に漏れることなく適切に排出することができ、シール流体を漏洩させないことについて確実性が向上する。

また、シール装置１においては、機内側固定密封環４１を伝熱効率の高いベローズ４４により保持するとともに、ベローズ４４により中間室１９と機内側空間Ｂとを遮断しており、クエンチング液をベローズ４４の一方の面に対しても流すことができる。したがって、シール装置１の各部の構成に加えてシール流体の冷却も効果的に行える。

このように、シール装置１においては、スタフィングボックス８の内部空間を使用することなく、また、装置側に何ら特殊な設計や改造等を行う必要なく、装置の外面に装着可能な程度に十分小型な、カートリッジ式のダブルシールを実現することができる。

なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。
例えば、機内側固定密封環４１及び機外側固定密封環５１の形状や設置構成等、シール装置１の各部の具体的な構成は適宜変更してよい。

本発明は、遠心ポンプの軸シール等に利用することができる。その他、回転軸を有する任意の装置において、その回転軸の軸封装置として利用することができる。

１…シール装置
１０…シールカバー
１０ａ…機内側シールカバー部材
１０ｂ…機外側シールカバー部材
１１…内部孔
１１ａ〜１１ｎ…内周面、段差面
１２…位置決め部
１３…クエンチング液供給路
１４…クエンチング液排出路
１９…中間室
２０…スリーブ
２１…スリーブカラー
２２…セットスクリュー
２４…回転密封環設置部
２５…凸部
２６…ノックピン
３０…回転密封環
３２…機内側シール面
３３…機外側シール面
４０…機内側シール部
４１…機内側固定密封環
４１ｂ…ピン用凹部
４２…シール端面
４３…ケース
４４…ベローズ
４５…リテーナ
４５ａ…段差部
４６…ノックピン
４７…コイルスプリング
５０…機外側シール部
５１…機外側固定密封環
５２…シール端面
５３…フランジ部
５４…案内溝
５５…固定ピン
５６…コイルスプリング
６１〜６７…Ｏリング
７３…セットプレート
７３ａ…凸条部
２…回転軸
８…スタフィングボックス
８１…開口
８２…外面
８４…ナット

Claims

ハウジングと、当該ハウジングに形成された開口を貫通する回転軸との間を密封し、前記ハウジング内の流体を封止するシール装置であって、
前記ハウジングの前記開口の端面に設置されるシールカバーと、
前記回転軸の前記シールカバーの内部となる位置に設置され、軸方向の両面に各々シール面を有する回転密封環と、
前記シールカバーの内部の前記回転密封環の機内側に設置され、前記回転密封環の機内側の前記シール面に対向配置されて当該シール面と密接摺動するシール端面を有し、外周面は、前記シール端面に向かって内周側に傾斜するようにテーパ状に形成されている第１固定密封環と、
前記シールカバーの内部の前記回転密封環の機外側に設置され、前記回転密封環の機外側の前記シール面に対向配置されて当該シール面と密接摺動するシール端面を有する第２固定密封環と、
前記シールカバーの内側であって前記回転密封環、前記第１固定密封環及び前記第２固定密封環の外周側で囲まれる空間に形成される中間室と、
機外側内周部に段差部を有し、当該段差部に前記第１固定密封環が嵌合設置されているリテーナと、
機外側端部が前記リテーナの機内側端面の内周側に結合されており、前記ハウジング内に通じる機内側空間と前記中間室との間を分離し、前記リテーナを介して当該リテーナに嵌合設置された前記第１固定密封環を前記回転密封環方向に弾発に押圧するベローズと、
前記シールカバーを貫通して前記中間室に連通し、当該中間室にクエンチング液を流入出させるクエンチング液供給路と
を有し、
前記第１固定密封環のシール端面と前記回転密封環の前記シール面とが摺動可能に密接して機内側シール部を構成し、
前記第２固定密封環のシール端面と前記回転密封環の前記シール面とが摺動可能に密接して機外側シール部を構成し、
前記第２固定密封環及び前記リテーナの外周側はフランジ部に形成されており、
前記クエンチング液が前記クエンチング液供給路から中間室に供給され、直接機内側シール部及び機外側シール部の外周面に流されることを特徴とするシール装置。
前記第１固定密封環の前記回転密封環のシール面に密接摺動する前記シール端面は、径方向幅が微小幅に形成されたナイフエッジ状シール端面であることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
前記ベローズとともに前記第１固定密封環を前記回転密封環方向に弾発に押圧する第２の弾発手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシール装置。