JP5587081B2 - mechanical seal - Google Patents
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Description
本発明は、メカニカルシールに関し、特に、円筒状ベローズの外周を制振体によって保持することにより、回転軸の回転時における円筒状ベローズの摺動面の鳴き音の発生を抑えるための新規な改良に関する。 The present invention relates to a mechanical seal, and in particular, a novel improvement for suppressing generation of noise from a sliding surface of a cylindrical bellows during rotation of a rotating shaft by holding the outer periphery of the cylindrical bellows by a vibration damping body. About.
従来、用いられていたこの種のメカニカルシールとしては、一般に使用されている構成を図2に挙げることができる。
すなわち、図2に示される構成において、符号1で示されるものは筒状の固定体2内に軸部分1aを回転自在に配設した回転軸であり、この固定体2の内面に形成された段部2aには、環状をなす固定環2AがOリング2bを介して設けられている。
前記固定環2Aの周縁は、前記固定体2にボルト2cを介して取付けられたリング状抑え体3により前記固定体2上に固定されている。
Conventionally used mechanical seals of this type can be illustrated in FIG. 2 as commonly used configurations.
That is, in the configuration shown in FIG. 2, what is denoted by reference numeral 1 is a rotating shaft in which a
The peripheral edge of the
前記回転軸1の外周面1bには、ネジ4aで固定される2つ割りの環状クランプ4を介して円筒状ベローズ5の一端5aが固定されている。
前記円筒状ベローズ5の他端5bの摺動面5cは、前記固定環2Aの一面2dに摺動している。
前記円筒状ベローズ5の外周面5dには輪状のリテーナ6が設けられ、このリテーナ6の一面6a側には複数の凹部6bが形成され、前記クランプ4と凹部6bとの間には、スプリング7及びピン8が設けられている。
One
A sliding
An annular retainer 6 is provided on the outer
前述の図2の従来構成において、前記円筒状ベローズ5は、PTFEあるいはゴムなどの弾性材料によってジャバラ状に成形され、軸方向および径方向に変形可能で、前記クランプ4に設けられた前記ピン8によって前記リテーナ6は前記回転軸1に対し同期して回転する。
前記クランプ4に対し、前記リテーナ6はスプリング7により付勢され、円筒状ベローズ5の摺動面5cが固定環2Aに押圧されることにより流体(図示せず)をシールすることができる。
2, the
The retainer 6 is urged by the
前述の構成において、回転軸1が回転すると、円筒状ベローズ5の一端5aは回転軸1に対して固定され、他端5bの摺動面5cは固定環2Aに当接しているが、その径方向に対しては、スプリング7とピン8により保持されているのみであるため、摺動面5cの摩擦や円筒状ベローズ5の遠心力により、図3の矢印Aに示されるように、円筒状ベローズ5の軸芯が円錐状に移動するスリコギ運動が発生する。
In the above-described configuration, when the rotating shaft 1 rotates, one
前述の場合、前記円筒状ベローズ5自体は、回転軸1に対して弾性的に保持されているため、軸芯に戻ろうとする力が働き、摺動面5cで径方向のすべりが発生し、いわゆる鳴き音が発生することになる。
前述のスリコギ運動は摺動面5cからの流体の漏洩となり、前述の鳴き音は騒音となる。特に、この鳴き音は、摺動面5cが無潤滑で使用されるドライシールの場合、顕著に発生していた。
In the above-described case, the
The above-mentioned crushing motion causes fluid leakage from the sliding
また、図4のように、前記円筒状ベローズ5の軸芯が回転軸1に対して円筒状に振れ廻る状態となった場合、前述の鳴き音発生の要因と問題点は、図3の場合と同様である。
また、摺動面5cは、回転軸1と同芯に回転している場合には損耗は大きくないが、図4のように円筒状ベローズ5が振れ廻ると、摺動する距離が増えることに対応して損耗も大きくなっていた。
Further, as shown in FIG. 4, when the axial center of the
Further, the sliding
前述のような鳴き音を低減させるための提案としては、特許文献1のメカニカルシールの自励振動防止機構の構成があり、特に、図5に示されるように、コイルスプリング12で付勢されたシールリング14に防振エラストマ部材22を介して環状質量体21を設け、この環状質量体21と防振エラストマ部材22からなる制振系20の固有振動数を、シールリング14の自励振動の振動数域に設定することによって、密封摺動面Sでのスティック・スリップによるシールリング14の自励振動を吸収するように構成し、シールリング14の外周に環状質量体21と防振エラストマ部材22を取付けた構造である。
As a proposal for reducing the squealing noise as described above, there is a configuration of a self-excited vibration preventing mechanism for a mechanical seal of Patent Document 1, and in particular, as shown in FIG. An annular mass body 21 is provided on the seal ring 14 via an anti-vibration elastomer member 22, and the natural frequency of the
また、前述のような鳴き音を低減させるための他の提案としては、特許文献2の成形ベローズ型メカニカルシールの構成があり、特に、図6に示されるように、回転軸1側に担持した回転環26と機筐10側に担持した固定環6を気密的に対向摺接せしめたメカニカルシールにおいて、上記機筐10側の支持筒11と固定環6の間に金属製成形ベローズ5を介装し、この成形ベローズ5の端部に形成した断面U字形フランジ9が上記支持筒11内径部両側面に巻き付いた状態に密接すると共に、このU字形フランジ9から延びる筒状端部9aとその外周側に位置して上記支持筒11に形成した環状段部14bとの間の溝状空間にロウ剤または接着剤を充填してなる構成で、ベローズ5をねじりに対して変形しにくい金属製とし、かつ、回転環26を付勢する独立したスプリングを廃して、ベローズ5自体にバネ特性を持たせて鳴きを防止する構成である。
Further, as another proposal for reducing the squealing noise as described above, there is a configuration of a molded bellows type mechanical seal of
従来のメカニカルシールは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の図5の従来構成においては、防振設計自体が難しく、また、既に使用されているメカニカルシールに後付けとして販売して前記構造体を取付けることは困難であった。
また、図6の従来構成においては、金属ベローズであると共に、金属ベローズが外部に露出していたために、耐食用途には不適であった。
また、金属ベローズの外周面には抑え部材の構造が設けられていないため、金属ベローズの安定性を得ることが困難であった。
Since the conventional mechanical seal was comprised as mentioned above, the following subjects existed.
That is, in the above-described conventional configuration shown in FIG. 5 , the vibration isolation design itself is difficult, and it is difficult to attach the structure by selling it as a retrofit to an already used mechanical seal.
Moreover, in the conventional structure of FIG. 6, since it was a metal bellows and the metal bellows was exposed outside, it was unsuitable for corrosion resistance use.
Moreover, since the structure of the suppressing member is not provided on the outer peripheral surface of the metal bellows, it is difficult to obtain the stability of the metal bellows.
本発明によるメカニカルシールは、回転軸の外周面に環状クランプを介して固定された円筒状ベローズと、前記回転軸の外周側に位置する固定体に設けられた固定環と、よりなり、前記円筒状ベローズの摺動面が前記固定環に摺動することにより、前記回転軸の軸部分を封止するようにし、前記円筒状ベローズの外周面に設けられたリテーナと、前記回転軸の外周面に固定され前記リテーナを介して前記円筒状ベローズの外周面を保持するためのカップ型をなす制振体と、を備えたメカニカルシールにおいて、前記制振体の端部の内面に形成された溝と前記リテーナとの間には、Oリングからなる弾性体が設けられ、前記制振体は、その軸方向に沿って分割されていることにより複数の第1、第2制振体片よりなり、前記第1制振体片の上部に形成され前記制振体の軸方向と直交する方向に孔方向を有する案内孔から挿入されたネジは、前記制振体の軸方向を直交する方向に配設された前記第2制振体片のネジ孔に螺入されることにより前記各制振体片が締結されて一体状のカップ型をなす前記制振体となり、二体の前記制振体は、既存の使用中のメカニカルシールの鳴き音を防止するために、後付けで装着することができる構成である。 The mechanical seal according to the present invention comprises a cylindrical bellows fixed to an outer peripheral surface of a rotary shaft via an annular clamp, and a fixed ring provided on a fixed body located on the outer peripheral side of the rotary shaft, and the cylinder by sliding surface of Jo bellows slides on the stationary ring, so as to seal the shaft portion of the rotary shaft, and a retainer provided on the outer peripheral surface of the cylindrical bellows, the outer periphery of the rotary shaft in main Kanikarushi Le with and a forming system isolator cup type to be fixed to a surface for holding the outer peripheral surface of the cylindrical bellows through the retainer, it is formed on the inner surface of the end portion of the damping body and between the groove and the retainer, it provided elastic body made of O-ring, before Symbol damping body, a plurality of first by being split along its axial direction, the second made of damping material piece, the upper portion of the front Symbol first damping body piece A screw inserted through a guide hole formed and having a hole direction in a direction orthogonal to the axial direction of the vibration damping body is disposed in the direction orthogonal to the axial direction of the vibration damping body. By screwing into the screw holes, the damping body pieces are fastened to form the damping body in the form of an integral cup, and the two damping bodies are the existing mechanical seals in use. In order to prevent the squealing sound, it can be attached later .
本発明によるメカニカルシールは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、回転軸の外周面に2つ割りの環状クランプを介して固定された円筒状ベローズと、前記回転軸の外周側に位置する固定体に設けられた固定環と、よりなり、前記円筒状ベローズの摺動面が前記固定環に摺動することにより、前記回転軸の軸部分を封止するようにしたメカニカルシールにおいて、前記円筒状ベローズの外周面に設けられたリテーナと、前記回転軸の外周面に固定され前記リテーナを介して前記円筒状ベローズの外周面を保持するためのカップ型をなす制振体と、を備え、前記制振体は軸方向に沿って二分割された第1、第2制振体片よりなり、前記第1制振体片の上部に形成され前記制振体の軸方向と直交する方向に孔方向を有する案内孔から挿入されたネジは、前記制振体の軸方向を直交する方向に配設された前記第2制振体片のネジ孔に螺入されることにより前記各制振体片が締結されて一体状のカップ型をなす前記制振体となり、二体の前記制振体は、既存の使用中のメカニカルシールの鳴き音を防止するために、後付けで装着することができることにより、制振体によって円筒状ベローズの変形による鳴き音の発生が抑えられ、かつ、真空度の低下も防止でき、密閉性が保持できる。
また、前記制振体と前記リテーナとの間には、弾性体が設けられていることにより、円筒状ベローズの変形を弾性的に吸収することができる。
また、前記弾性体は、Oリング又は円板状弾性体からなることにより、十分な弾性力と制振力を得ることができる。
また、前記制振体は、全体形状が孔を有するカップ型よりなることにより、回転軸と同芯状に組合わせることができ、効果的な制振を行うことができる。
また、前記制振体は、軸方向に複数に分割された第1、第2制振体片よりなり、前記各制振体片はネジにより一体に結合されていることにより、円筒状の制振体をより安価に製作することができると共に、既存のメカニカルシールに対して後付けとして販売できる。
Since the mechanical seal according to the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
That is, the cylindrical bellows fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft through a split annular clamp, and a fixed ring provided on a fixed body located on the outer peripheral side of the rotating shaft, the cylindrical shape A mechanical seal configured to seal a shaft portion of the rotating shaft by sliding a sliding surface of the bellows on the stationary ring, a retainer provided on an outer peripheral surface of the cylindrical bellows, and the rotating shaft e Bei and eggplant system isolator, a cup-type for holding an outer peripheral surface of the fixed to the outer peripheral surface the cylindrical bellows through said retainer, said damping body is divided into two parts along the axial direction the first consists of the second damping body piece, before Symbol screws inserted from the guide hole having a hole in the direction that is formed on the first damping body piece perpendicular to the axial direction of the damping body, Before being arranged in a direction orthogonal to the axial direction of the damping body By screwing into the screw holes of the second damping body piece, the damping body pieces are fastened to form the damping body that forms an integral cup shape, and the two damping bodies are existing in order to prevent squeaking of the mechanical seal in use, by which it can be mounted in retrofitting, squeaking sound due to the deformation of the cylindrical bellows is suppressed by the control isolator, and also can prevent reduction in vacuum , Keeps hermeticity.
Further, since an elastic body is provided between the vibration damping body and the retainer, the deformation of the cylindrical bellows can be elastically absorbed.
Further, the elastic body is made of an O-ring or a disk-shaped elastic body, so that sufficient elastic force and vibration damping force can be obtained.
Further, since the vibration damping body is made of a cup shape having a hole as a whole, it can be combined concentrically with the rotating shaft, and effective vibration damping can be performed.
In addition, the damping body includes first and second damping body pieces that are divided into a plurality of parts in the axial direction, and the damping body pieces are integrally connected by screws, so that a cylindrical damping body is formed. The vibrator can be manufactured at a lower cost and sold as a retrofit to an existing mechanical seal.
本発明は、円筒状ベローズの外周を制振体によって保持することにより、回転軸の回転時における円筒状ベローズの摺動面の鳴き音の発生を抑えるようにしたメカニカルシールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a mechanical seal in which the outer periphery of a cylindrical bellows is held by a damping body, thereby suppressing the generation of squealing noise on the sliding surface of the cylindrical bellows when the rotary shaft rotates. And
以下、図面と共に本発明によるメカニカルシールの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を用いて説明する。
図1において符号1で示されるものは筒状の固定体2内に軸部分1aを回転自在に保持された回転軸であり、この回転軸1の外周面1bには孔20aを介して全体形状がカップ型をなす制振体20が前記回転軸1と同芯状態となるように構成されている。前記制振体20はネジ21により回転軸1に固定されている。
尚、前記制振体20の材質としては、耐食性の高いステンレスが良いが、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂などの透明な材料とすると、制振体20の内部の状態が外部から良く分り、また、後述の円筒状ベローズ5が破損したような場合にも、外部への直接の流体飛散を防止することができる。
Hereinafter, preferred embodiments of the mechanical seal according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, the same code | symbol is used for the same or equivalent part as a prior art example, and is demonstrated.
1 is a rotating shaft in which a
As the material of the
前記回転軸1の外周面1bでかつ前記制振体20の内側位置には、ネジ4aで締結される2つ割りの環状クランプ4によって円筒状ベローズ5の一端5aが固定されている。
One
前記固定体2の段部2a上に設けられた固定環2Aは、ボルト2cによって一対のOリング2bを介して固定体2に固定されたリング状抑え体3により固定されており、前記固定環2Aの一面2d上には前記円筒状ベローズ5の他端5bに形成された突起状の摺動面5cが摺動するように当接している。
The fixed
前記円筒状ベローズ5の外周面5dには、輪状をなすリテーナ6が接して設けられ、このリテーナ6の一面6aに形成された凹部6b内には、弾性部としての図示しないスプリング(図1の図示していない部分に設置)及びピン8が位置し、前記スプリングは前記環状クランプ4と凹部6bとの間に位置してリテーナ6を固定環2A側へ付勢している。
The outer
前記制振体20の端部20bの内面に形成された溝20c内には、弾性体としてのOリング22が設けられ、このOリング22は前記リテーナ6の外周面6cに当接し、前記円筒状ベローズ5の外周面5dはリテーナ6を介して制振体20により変形することのないように保持されている。
尚、前述のOリング22の材料は、使用環境及び流体の種類により選定されるが、パーフルオロエラストマー、NBR、シリコンゴムなどの中から選定される。
また、前記制振体20にOリング22を介してリテーナ6が回転軸1と同芯に保持されており、このOリング22の圧縮率(締めしろ)は5〜35%が好適である。
前記圧縮率が前述の範囲より大となると、前記Oリング22とリテーナ6の外周面6cの間の摩擦力が増大しリテーナ6の外周面6cがOリング22に対し滑動しにくくなるので、前記スプリング7による前記リテーナ6を固定環2A側へ付勢する力が不足し、前記摺動面5cからの漏洩などが発生する。
また、前記圧縮率が前述の範囲より小となると、リテーナ6が摺動面5cの摩擦や円筒状ベローズ5の遠心力により軸心からスリコギ状あるいは円筒状に振れ廻る力が、Oリング22による弾性力によりベローズ5を回転中心に戻す力より大となり所期の制振力が得られない。
An O-ring 22 as an elastic body is provided in a
The material of the aforementioned O-ring 22 is selected depending on the use environment and the type of fluid, but is selected from perfluoroelastomer, NBR, silicon rubber, and the like.
Further, the retainer 6 is held concentrically with the rotary shaft 1 via the O-ring 22 on the damping
When the compression ratio is larger than the above range, the frictional force between the O-ring 22 and the outer peripheral surface 6c of the retainer 6 increases, and the outer peripheral surface 6c of the retainer 6 is less likely to slide with respect to the O-ring 22. The force for biasing the retainer 6 toward the
Further, when the compression ratio is smaller than the above range, the force that the retainer 6 swings from the shaft center into a slit shape or a cylindrical shape due to the friction of the sliding
さらに、前記制振体20は軸方向に沿って二分割されて一対の第1、第2制振体片20A,20Bから構成され、第1制振体片20Aの上部25に形成され制振体20の軸方向Eと直交する方向に孔方向を有する案内孔26から挿入されたネジ27は、この制振体20の軸方向Eと直交する方向に配設され、第2制振体片20Bのネジ孔27aに螺入されて各制振体片20A,20Bが締結されて一体状のカップ型の制振体20を得ることができる。
従って、図2の制振体20は二体であるため、既存の使用中のメカニカルシールの鳴き音を防止するために、後付けで装着することができ、Oリング22は、周方向の1ケ所を切断したもの、あるいは、中空チューブでも可能である。
Further, the damping
Therefore, since the
次に、本出願人は、前述のメカニカルシールの性能を確認するため、次の実験を行った。
55mmの軸径の攪拌羽根を有する1000リットルのグラスライニング製反応缶に以下のメカニカルシールを取り付けた。
ベローズ材質 : PTFE
ベローズの摺動面の材質 : PTFE+カーボン繊維
固定環の材質 : アルミナ99%
メカニカルシールの回転数 : 200rpm
摺動面状態 : ドライ(注水無し)
反応缶内圧力 : 5torr
反応缶温度 : 80℃
回転開始後40時間で回転数に同期した鳴き音が発生したため、図1に示す構造の制振体20を取り付けた。
Oリングの材料 : NBR
Oリングの線径 : φ5mm
Oリングの締めしろ : 20%
前記制振体20の取り付け後直ちに鳴き音は停止し、500時間経過しても鳴き音が発生しないため回転を停止し、摺動面からの漏洩を真空度の低下度合より調査したが1時間経過しても真空度は変化なく、密閉性が確保されていることが確認された。
さらに反応缶内の圧力を0.2MPaに増圧しさらに500時間を経過しても鳴き音が発生しなかった。
Next, the present applicant conducted the following experiment in order to confirm the performance of the mechanical seal described above.
The following mechanical seal was attached to a 1000 liter glass-lined reaction can having a stirring blade having a shaft diameter of 55 mm.
Bellows material: PTFE
Material of sliding surface of bellows: PTFE + carbon fiber Material of stationary ring: 99% alumina
Mechanical seal rotation speed: 200 rpm
Sliding surface state: Dry (no water injection)
Pressure inside reaction can: 5 torr
Reactor temperature: 80 ° C
Since a squealing sound synchronized with the rotational speed was generated 40 hours after the start of rotation, the damping
O-ring material: NBR
O-ring wire diameter: φ5mm
Tighten the O-ring: 20%
The squealing stops immediately after the
Furthermore, even if the pressure in the reaction vessel was increased to 0.2 MPa and 500 hours passed, no squeal was generated.
本発明によるメカニカルシールは、一般の使用環境の他に、ドライ状態又はグラスライニング製反応缶等における使用が可能である。 The mechanical seal according to the present invention can be used in a dry state or a glass-lined reaction can in addition to a general use environment.
1 回転軸
1a 軸部分
1b 外周面
2 固定体
2A 固定環
2a 段部
2b Oリング
2c ボルト
2d 一面
3 リング状抑え体
4 環状クランプ
4a ネジ
5 円筒状ベローズ
5a 一端
5b 他端
5c 摺動面
5d 外周面
6 リテーナ
6a 一面
6b 凹部
6c 外周面
8 ピン
20 制振体
20A 第1制振体片
20B 第2制振体片
20a 孔
20b 端部
20c 溝
22 Oリング(弾性体)
22a 円板状弾性体
26 案内孔
27 ネジ
27a ネジ孔
E 軸方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
22a Disc-shaped
Claims (1)
前記円筒状ベローズ(5)の外周面(5d)に設けられたリテーナ(6)と、前記回転軸(1)の外周面(1b)に固定され前記リテーナ(6)を介して前記円筒状ベローズ(5)の外周面(5d)を保持するためのカップ型をなす制振体(20)と、を備えたメカニカルシールにおいて、
前記制振体(20)の端部(20b)の内面に形成された溝(20c)と前記リテーナ(6)との間には、Oリングからなる弾性体(22)が設けられ、前記制振体(20)は、その軸方向(E)に沿って分割されていることにより複数の第1、第2制振体片(20A,20B)よりなり、前記第1制振体片(20A)の上部(25)に形成され前記制振体(20)の軸方向(E)と直交する方向に孔方向を有する案内孔(26)から挿入されたネジ(27)は、前記制振体(20)の軸方向(E)と直交する方向に配設された前記第2制振体片(20B)のネジ孔(27a)に螺入されることにより前記各制振体片(20A,20B)が締結されて一体状のカップ型をなす前記制振体(20)となり、二体の前記制振体(20)は、既存の使用中のメカニカルシールの鳴き音を防止するために、後付けで装着することができる構成としたことを特徴とするメカニカルシール。 A cylindrical bellows (5) fixed to the outer peripheral surface (1b) of the rotating shaft (1) via an annular clamp (4), and a fixed body (2) positioned on the outer peripheral side of the rotating shaft (1). The fixed ring (2A), and the sliding surface (5c) of the cylindrical bellows (5) slides on the fixed ring (2A). 1a) is sealed ,
A retainer (6) provided on the outer peripheral surface (5d) of the cylindrical bellows (5), and the cylindrical bellows fixed to the outer peripheral surface (1b) of the rotating shaft (1) via the retainer (6). and forming system the cup for holding the outer peripheral surface (5d) of (5) insulating member (20), the main Kanikarushi le equipped with,
Wherein between an inner surface in a groove formed in the end of the damping body (20) (20b) (20c) and said retainer (6), elastic body made of an O-ring (22) is provided, before serial damping body (20) has a plurality of first by being split along its axial direction (E), a second damping body pieces (20A, 20B) made of, before Symbol first system The screw (27) inserted from the guide hole (26) formed in the upper part (25) of the vibration piece (20A) and having a hole direction in a direction orthogonal to the axial direction (E) of the vibration damping body (20) is The vibration damping body (20) is screwed into a screw hole (27a) of the second vibration damping body piece (20B) disposed in a direction orthogonal to the axial direction (E) of the vibration damping body (20). The body pieces (20A, 20B) are fastened to form the vibration damping body (20) in the form of an integral cup, and the two vibration damping bodies (20) generate noise from the existing mechanical seal. to prevent, to the feature that you have a configuration that can be mounted in retrofit Rume Kanikarushiru.
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