JP5611700B2 - Non-metallic mechanical seal - Google Patents

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Description

本発明は、金属表面が被密封流体と接触することによるコンタミネーションの発生を回避することが要求される竪型回転機器(例えば、医薬品,薬品,食品,半導体等の分野で使用される攪拌機等)の軸封手段として好適に使用されるノンメタル構造のメカニカルシールに関するものである。   The present invention relates to a vertical rotating machine (for example, a stirrer used in the fields of pharmaceuticals, medicines, foods, semiconductors, etc.) that is required to avoid the occurrence of contamination due to contact of a metal surface with a fluid to be sealed. ) Related to a non-metallic mechanical seal that is preferably used as a shaft sealing means.

医薬品,食品,半導体等の分野で使用される攪拌機等、高度のコンタミネーション防止策を講じておくことが要求される竪型回転機器にあっては、その軸封手段として、被密封流体(機内領域の流体)との接触による金属腐食等を防止できる構造のものを使用する必要がある。   For vertical rotating machines that require advanced contamination prevention measures such as stirrers used in the fields of pharmaceuticals, foods, semiconductors, etc., the sealed fluid (in-machine) It is necessary to use a structure that can prevent metal corrosion caused by contact with the fluid in the region.

従来からも、このような竪型回転機器の軸封手段として、回転機器のハウジングに取付けた筒状のシールケースと、その内周部に設けたケース側密封環と、シールケースを上下方向に洞貫する当該回転機器の回転軸に設けた軸側密封環とを具備して、両密封環の上下対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である機内領域とその外周側領域である機外領域とをシールするように構成すると共に、機内領域の流体である被密封流体と接触する部材、部分又はそれらの表面を金属成分を含有しないノンメタル材料で構成したノンメタル構造のメカニカルシールが提案されている。例えば、特許文献1に開示されるメカニカルシールにあっては、被密封流体と接触する各密封環についてはカーボンやアルミナ等のセラミックスで構成すると共に、シールケースについては、被密封流体と接触する部分と接触しない部分とに分割して、前者をノンメタル材料であるセラミックスで構成してある。   Conventionally, as a shaft sealing means for such a vertical rotating device, a cylindrical seal case attached to the housing of the rotating device, a case-side sealing ring provided on the inner periphery thereof, and the seal case in the vertical direction A shaft-side sealing ring provided on the rotary shaft of the rotating device that penetrates the inner periphery of the relative rotational sliding contact portion by the relative rotational sliding contact action of the sealing end surfaces that are the upper and lower opposing end surfaces of both sealing rings. It is configured to seal the in-machine area that is the side area and the out-of-machine area that is the outer peripheral side area, and contains a metal component in the member, part, or surface thereof that contacts the sealed fluid that is the fluid in the in-machine area. Non-metallic mechanical seals composed of non-metallic materials that have not been proposed have been proposed. For example, in the mechanical seal disclosed in Patent Document 1, each seal ring that comes into contact with the sealed fluid is made of ceramics such as carbon or alumina, and the seal case is a portion that comes into contact with the sealed fluid. The former is made of ceramics which are non-metal materials.

特開2005−133852公報JP 2005-133852 A

しかし、このようなノンメタル構造のメカニカルシールにあっては、被密封流体と接触する部材、部品又はそれらの表面がノンメタル材料で構成されていることから、被密封流体との接触による金属腐食等を防止することはできるものの、密封環の相対回転摺接部分から摩耗粉等のドレンが発生することがある。このような場合、発生したドレンが機内領域へと落下侵入する虞れがあり、機内領域の汚染を完全に回避することは困難であった。   However, in such a non-metallic mechanical seal, since the member, component or the surface thereof that contacts the sealed fluid is made of a non-metallic material, metal corrosion caused by contact with the sealed fluid is prevented. Although it can be prevented, drainage such as abrasion powder may be generated from the relative rotational sliding contact portion of the sealing ring. In such a case, the generated drain may fall into the in-machine region, and it is difficult to completely avoid contamination of the in-machine region.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、密封環の相対回転摺接部分から摩耗粉等のドレンが発生するような条件下においても、機内領域の汚染を確実に回避することができ、高度のコンタミレスが要求される竪型回転機器の軸封手段としても好適に使用することができるノンメタル構造のメカニカルシールを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and reliably avoids contamination of the in-machine region even under conditions where drainage such as abrasion powder is generated from the relative rotational sliding contact portion of the sealing ring. It is an object of the present invention to provide a non-metallic mechanical seal that can be suitably used as a shaft sealing means for a vertical rotating machine that requires a high degree of contamination.

本発明は、竪型回転機器のハウジングに取付けた筒状のシールケースと、その内周部に固定されたセラミックス製のケース側密封環と、シールケースを上下方向に洞貫する当該回転機器の回転軸に上端部を嵌合固定した軸線方向伸縮可能なPTFE製のベローズと、ベローズの下端部に連結されてケース側密封環に対向する軸側密封環と、ベローズの下端部及び軸側密封環に相対回転不能に且つケース側密封環方向への相対変位不能に係合されたスプリングリテーナと、スプリングリテーナをケース側密封環方向に押圧附勢すべくベローズの外周側領域に配設されたスプリング部材とを具備して、両密封環の上下対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域とその外周側領域である大気領域とをシールするように構成すると共に、腐食性を有する気体である被密封流体と接触する部材、部分又はそれらの表面を金属成分を含有しないノンメタル材料で構成してあるノンメタル構造のメカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、シールケースを金属材料で構成し、シールケースに、その内周部から回転軸方向に張り出す環状の底壁とその内周端部から密封環と回転軸との対向周面間を上方へと延びて前記相対回転摺接部分より上方位に至る筒状の周壁とからなるドレン回収樋を一体形成し、シールケースにおける少なくとも被密封流体と接触する表面及びドレン回収樋の全表面に耐蝕性を有するノンメタル材料による一連の被覆層を形成し、軸側密封環を耐蝕性及びケース側密封環との摺動特性に優れた硬質樹脂材であってPTFEを主成分とする複合樹脂材で構成して、ベローズと軸側密封環とをベローズ及び/又は軸側密封環の成形工程時において或いはベローズ及び軸側密封環の成形工程後において両者の境界が明瞭に現われない状態で一体化させるように連結すると共に、スプリングリテーナを熱膨張係数がベローズと同等又は近似する樹脂材で構成しておくことを提案するものである。 The present invention relates to a cylindrical seal case attached to a housing of a saddle type rotary device, a ceramic case-side sealing ring fixed to the inner periphery thereof, and the rotary device penetrating the seal case vertically. An axially expandable PTFE bellows whose upper end is fitted and fixed to the rotating shaft, a shaft-side sealing ring that is connected to the lower end of the bellows and faces the case-side sealing ring, a lower end of the bellows, and a shaft-side seal A spring retainer engaged with the ring so as not to rotate relative to the case and so as not to be displaced relative to the case side sealing ring, and an outer peripheral region of the bellows for pressing the spring retainer toward the case side sealing ring. comprises a spring member, the relative rotational sliding action of the sealing end face a top and bottom opposing end surfaces of the seal ring, the sealed fluid region and the outer peripheral side region of the inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact area Together configured to seal a certain air space, the mechanical of Nonmetaru structure member in contact with the sealed fluid, a portion or their surface are constituted by Nonmetaru material containing no metal component is a gas having a corrosive In the seal, in order to achieve the above object, in particular, the seal case is made of a metal material, and an annular bottom wall projecting from the inner peripheral portion of the seal case in the direction of the rotation axis and a seal ring from the inner peripheral end portion thereof. A drain collecting rod is formed integrally with a cylindrical peripheral wall that extends upward between the opposing peripheral surfaces of the rotary shaft and extends upward from the relative rotational sliding contact portion, and contacts at least the fluid to be sealed in the seal case surfaces and form a series of coating layers by Nonmetaru material having corrosion resistance to the entire surface of the drain recovery trough, Yu the shaft side seal ring sliding property of the corrosion resistance and the case-side seal ring The hard resin material is composed of a composite resin material mainly composed of PTFE, and the bellows and the shaft-side seal ring are formed at the time of forming the bellows and / or the shaft-side seal ring or the bellows and the shaft-side seal ring. with boundaries of both are connected to be integrated in a state that does not appear clearly after the molding process, the spring retainer proposes a coefficient of thermal expansion is kept form configured by a resin material for the bellows equal or close is there.

本発明のメカニカルシールにあっては、シールケースは、被密封流体に接触する表面を有する一体構造物である第1ケース部分とこれ以外の部分であって密封流体流体に接触する表面を有しない第2ケース部分とに分割構成された円筒構造体であり、ドレン回収樋は第1ケース部分の内周部に一体形成されており、第1ケース部分における被密封流体と接触する表面及びドレン回収樋の全表面には、合成樹脂材料による一連の被覆層が形成されていることが好ましい。この場合、シールケースは、夫々が一体構造物である第1ケース部分とその上端部に取付けられた第2ケース部分とに分割構成されており、第2ケース部分の内周部にはケース側密封環が第1及び第2Oリングを介して嵌合固定されており、第1ケース部分には、上下方向においてケース側密封環との間で第2Oリングを挟圧するOリング押圧部が形成されており、このOリング押圧部における第2Oリングとの接触面に、前記一連の被覆層に連なる同材質の被覆層を形成してあることが好ましい。   In the mechanical seal of the present invention, the seal case has a first case portion that is a monolithic structure having a surface that contacts the fluid to be sealed, and other portions that do not have a surface that contacts the fluid to be sealed. A cylindrical structure that is divided into a second case portion, the drain recovery rod is integrally formed on the inner peripheral portion of the first case portion, and the surface of the first case portion that contacts the sealed fluid and the drain recovery A series of coating layers made of a synthetic resin material is preferably formed on the entire surface of the ridge. In this case, the seal case is divided into a first case part, which is an integral structure, and a second case part attached to the upper end part of the seal case. The sealing ring is fitted and fixed via the first and second O-rings, and an O-ring pressing portion that presses the second O-ring with the case-side sealing ring in the vertical direction is formed in the first case portion. It is preferable that a coating layer of the same material connected to the series of coating layers is formed on a contact surface of the O-ring pressing portion with the second O-ring.

また、本発明のメカニカルシールにあっては、シールケースに、これとドレン回収樋との間に形成されるドレン回収空間の下部に開口するドレン回収路を形成して、このドレン回収路の内周面に前記一連の被覆層に連なる同材質の被覆層を形成しておくことが好ましい。また、シールケースを、その下端部に形成した環状の取付部を前記ハウジングの上端部にガスケットを介して衝合させた状態で当該ハウジングに取付けて、当該取付部の表面に前記一連の被覆層に連なる同材質の被覆層を形成しておくことが好ましい。   In the mechanical seal of the present invention, the drain case is formed in the seal case so as to open at a lower portion of the drain recovery space formed between the drain case and the drain recovery tank. It is preferable to form a coating layer of the same material connected to the series of coating layers on the peripheral surface. The seal case is attached to the housing in a state where an annular attachment portion formed at the lower end portion of the seal case is abutted with the upper end portion of the housing via a gasket, and the series of coating layers is formed on the surface of the attachment portion. It is preferable to form a coating layer of the same material that is connected to the same.

さらに、本発明のノンメタル構造のメカニカルシールにあっては、スプリングリテーナがPTFEを主成分とする複合樹脂材で構成されていることが好ましい。 Furthermore, it mechanical seal near the Nonmetaru structure of the present invention, it is preferable to scan the pulling retainer is formed of a composite resin material mainly composed of PTFE.

本発明のノンメタル構造のメカニカルシールは、密封環の相対回転摺接部分から発生する摩耗粉等のドレンをドレン回収樋で回収することができるから、被密封流体と接触する部材、部分又はそれらの表面をノンメタル材料で構成していることとも相俟って、機内領域の汚染を確実に回避することができ、コンタミネーション防止に万全を期すことができるものである。したがって、本発明によれば、高度のコンタミレスが要求される竪型回転機器の軸封手段としても好適に使用することができる、極めて実用的価値大なるノンメタル構造のメカニカルシールを提供することができる。   Since the mechanical seal of the non-metal structure of the present invention can collect drainage such as abrasion powder generated from the relative rotational sliding contact portion of the sealing ring with the drain collecting rod, the member, the portion that contacts the fluid to be sealed, or those parts Combined with the fact that the surface is made of a non-metal material, it is possible to reliably avoid contamination of the in-machine region and to prevent contamination. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a non-metallic mechanical seal having a very practical value that can be suitably used as a shaft sealing means for a vertical rotating machine that requires a high degree of contamination. it can.

図1は本発明に係るノンメタル構造のメカニカルシールの一例を示す縦断正面図である。FIG. 1 is a longitudinal front view showing an example of a non-metallic mechanical seal according to the present invention. 図2は図1の要部を拡大して示す詳細図である。FIG. 2 is an enlarged detailed view showing the main part of FIG. 図3は当該メカニカルシールの変形例を示す縦断正面図である。FIG. 3 is a longitudinal front view showing a modification of the mechanical seal. 図4は図3の要部を拡大して示す詳細図である。FIG. 4 is an enlarged detailed view showing the main part of FIG.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

図1は本発明のノンメタル構造のメカニカルシールの一例を示す縦断正面図であり、図2はその要部を拡大して示す詳細図であるが、図1に示すメカニカルシール(以下「第1シールM1」という)は、腐食性流体を扱う攪拌機等の竪型回転機器に軸封手段として好適に使用できる耐蝕性ベローズ型メカニカルシールであり、回転機器のハウジング1に取り付けられたシールケース2と、シールケース2に固定されたケース側密封環3と、シールケース2を上下方向に同心状に洞貫する回転機器の回転軸(鉛直軸)4にベローズ5を介して軸線方向移動可能(上下方向移動可能)に保持された軸側密封環6と、軸側密封環6をスプリングリテーナ7を介してケース側密封環3へと押圧接触させるスプリング部材8とを具備して、両密封環3,6の対向端面たる密封端面3a,6aの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分3a,6aの内周側領域である機内領域(被密封流体領域)Aとその外周側領域である機外領域(非密封流体領域)Bとを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールであり、後述する如く、機内領域Aの流体(プロセス流体)である被密封流体と接触する部材、部分又はそれらの表面を金属成分を含有しないノンメタル材料で構成すると共に、シールケース2にドレン樋9を一体形成してある。なお、被密封流体は腐食性を有する気体又は液体であり、機外領域Bは大気領域である。また、当該回転機器にあっては、ハウジング1や回転軸2の表面であって少なくとも被密封流体と接触する部分にはグラスライニングやフッ素樹脂ライニング(一般に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂ライニング)が施されている。   FIG. 1 is a longitudinal front view showing an example of a non-metallic mechanical seal according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged detailed view showing the main part of the mechanical seal shown in FIG. M1 ") is a corrosion-resistant bellows type mechanical seal that can be suitably used as a shaft sealing means for a vertical rotating device such as a stirrer handling a corrosive fluid, and a seal case 2 attached to the housing 1 of the rotating device; The case-side sealing ring 3 fixed to the seal case 2 and the rotational axis (vertical shaft) 4 of a rotating device that penetrates the seal case 2 concentrically in the vertical direction can be moved in the axial direction via a bellows 5 (vertical direction) A shaft-side sealing ring 6 held in a movable manner, and a spring member 8 that presses and contacts the shaft-side sealing ring 6 to the case-side sealing ring 3 via a spring retainer 7. By the relative rotational sliding contact action of the sealing end surfaces 3a and 6a, which are the opposite end surfaces of the machine, an in-machine region (sealed fluid region) A that is an inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact part 3a and 6a and a peripheral outer region An end surface contact type mechanical seal configured to shield and seal an outer region (non-sealed fluid region) B, and a member that comes into contact with a sealed fluid that is a fluid (process fluid) in the in-machine region A; A portion or a surface thereof is made of a non-metal material that does not contain a metal component, and a drain rod 9 is formed integrally with the seal case 2. The sealed fluid is a corrosive gas or liquid, and the outside region B is an atmospheric region. In the rotating device, glass lining or fluororesin lining (generally, polytetrafluoroethylene resin lining) is applied to at least a portion of the surface of the housing 1 or the rotating shaft 2 that comes into contact with the fluid to be sealed. ing.

シールケース2は、図1に示す如く、内周面断面を円形とする金属製(SUS304等)の筒状体であり、被密封流体と接触する表面を有する第1ケース部分10とこれ以外の部分であって被密封流体と接触する表面を有しない第2ケース部分11とに分割構成されている。各ケース部分10,11は、各々、金属製の一体構造物である筒状体に構成されたものであり、第1ケース部分10はハウジング1の上端部に取り付けられており、第2ケース部分11は第1ケース9の上端部に取り付けられている。シールケース2は、第1ケース部分10の下端部に形成した環状の取付部10aをハウジング1の上端部にガスケット12を介して衝合させた状態で、当該ハウジング1に取り付けられている。なお、ガスケット12は耐蝕性を有するノンメタル材料で構成されたものであり、例えば、ゴム等の弾性材からなる芯体と、芯体の外周部を除く部分を被覆する耐食性樹脂材製(PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等)の袋体とからなる複合構造をなすものが使用される。   As shown in FIG. 1, the seal case 2 is a cylindrical body made of metal (SUS304 or the like) having a circular cross section on the inner peripheral surface, and a first case portion 10 having a surface that comes into contact with a fluid to be sealed and the other case. It is divided into a second case portion 11 that is a portion and does not have a surface that contacts the sealed fluid. Each case part 10 and 11 is comprised by the cylindrical body which is a metal integral structure, respectively. The 1st case part 10 is attached to the upper end part of the housing 1, and the 2nd case part Reference numeral 11 denotes an upper end portion of the first case 9. The seal case 2 is attached to the housing 1 in a state where an annular attachment portion 10 a formed at the lower end portion of the first case portion 10 is abutted with the upper end portion of the housing 1 via a gasket 12. The gasket 12 is made of a non-metal material having corrosion resistance. For example, the core 12 is made of an elastic material such as rubber, and is made of a corrosion-resistant resin material (PTFE) that covers a portion excluding the outer peripheral portion of the core. Polytetrafluoroethylene) or the like) having a composite structure is used.

ケース側密封環3は、図1及び図2に示す如く、第2ケース部分11の内周部に上下一対の第1及び第2Oリング13,14を介して嵌合固定された円環状体であり、上端面(先端面)は軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面3aに構成されている。ケース側密封環3は耐蝕性に優れるノンメタル材料、例えば炭化珪素等のセラミックスで構成されており、各Oリング13,14はパーフロロゴム等の耐蝕性弾性材で構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the case-side sealing ring 3 is an annular body that is fitted and fixed to the inner peripheral portion of the second case portion 11 via a pair of upper and lower first and second O-rings 13 and 14. The upper end surface (tip surface) is configured as a sealed end surface 3a which is a smooth annular plane orthogonal to the axis. The case-side sealing ring 3 is made of a nonmetal material having excellent corrosion resistance, for example, ceramics such as silicon carbide, and the O-rings 13 and 14 are made of a corrosion-resistant elastic material such as perfluoro rubber.

上位の第1Oリング13はケース側密封環3と第2ケース部分11との間で軸線方向(上下方向)及び径方向(水平方向)に挟圧されると共に、下位の第2Oリング15はケース側密封環3と第1及び第2ケース部分10,11との間で軸線方向(上下方向)及び径方向に挟圧されていて、これらのOリング13,14によりケース側密封環3と各ケース部分10,11との間がシール(二次シール)されている。第1ケース部分10の上端内周部は、上下方向においてケース側密封環3との間で第2Oリング15を挟圧する環状のOリング押圧部10bに構成されている。   The upper first O-ring 13 is sandwiched between the case-side sealing ring 3 and the second case portion 11 in the axial direction (vertical direction) and the radial direction (horizontal direction), and the lower second O-ring 15 is The side seal ring 3 and the first and second case portions 10 and 11 are clamped in the axial direction (vertical direction) and the radial direction. A space between the case portions 10 and 11 is sealed (secondary seal). The inner periphery of the upper end of the first case portion 10 is configured as an annular O-ring pressing portion 10b that sandwiches the second O-ring 15 with the case-side sealing ring 3 in the vertical direction.

ベローズ5は、耐蝕性に優れたノンメタル材料であるPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)で構成された円筒状の一体構成物であり、図1及び図2に示す如く、上下方向における中間部を上下方向に伸縮自在とされた断面蛇行状の伸縮部5aに構成してある。ベローズ5の上端部(基端部)である固定部5bは、図1に示す如く、金属製(SUS315等)の緊縛リング15により緊縛させることにより回転軸4に嵌合固定されている。すなわち、緊縛リング15は径方向に2分割されたもので、一対の締付ボルト(1本のみ図示)15aにより環状に連結されていて、内周部に形成した係合溝15bに当該固定部5bに形成した環状突起5cを係合させた状態で締付ボルト15aを締め付けることにより、当該固定部5bを回転軸4に強固に嵌合固定するようになっている。なお、緊縛リング15の上端面には、回転軸4に適当本数のセットスクリュー(1本のみ図示)16aにより回転軸4に固定されたストッパリング16が衝合されている。また、緊縛リング15の下端面にはドライブカラー19が取付けられている。   The bellows 5 is a cylindrical integrated structure made of PTFE (polytetrafluoroethylene), which is a non-metallic material having excellent corrosion resistance. As shown in FIGS. It is comprised in the expansion-contraction part 5a of the meandering cross section made to be extendable. As shown in FIG. 1, the fixing portion 5 b that is the upper end portion (base end portion) of the bellows 5 is fitted and fixed to the rotary shaft 4 by being fastened by a tight ring 15 made of metal (SUS315 or the like). That is, the binding ring 15 is divided into two in the radial direction, and is connected in a ring shape by a pair of clamping bolts (only one is shown) 15a, and is fixed to the engaging groove 15b formed in the inner peripheral portion. By tightening the tightening bolt 15a in a state where the annular protrusion 5c formed on 5b is engaged, the fixing portion 5b is firmly fitted and fixed to the rotating shaft 4. A stopper ring 16 fixed to the rotary shaft 4 is abutted with the upper end surface of the binding ring 15 by an appropriate number of set screws (only one shown) 16a. A drive collar 19 is attached to the lower end surface of the binding ring 15.

軸側密封環6は、図1及び図2に示す如く、耐蝕性及びケース側密封環3との摺動特性に優れたノンメタル材料である硬質樹脂材で構成された円環状体であり、その下端面(先端面は)軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面6aに構成されている。この例では、軸側密封環6を、PTFEを主成分とする複合樹脂材であって、ケース側密封環3との摺動特性(低摩擦性)及び機械的強度を向上させるべくPTFEに適宜の充填剤を充填させたPTFE複合樹脂材で構成してある。   As shown in FIGS. 1 and 2, the shaft-side seal ring 6 is an annular body made of a hard resin material that is a non-metal material having excellent corrosion resistance and sliding characteristics with the case-side seal ring 3. The lower end surface (the front end surface) is configured as a sealed end surface 6a which is a smooth annular plane orthogonal to the axis. In this example, the shaft-side seal ring 6 is a composite resin material containing PTFE as a main component, and the PTFE is suitably used to improve sliding characteristics (low friction) and mechanical strength with the case-side seal ring 3. It is comprised with the PTFE composite resin material with which the filler of this was filled.

軸側密封環6は、図1及び図2に示す如く、ベローズ5の下端部(先端部)である連結部5dに一体的に連結されている。すなわち、軸側密封環6とベローズ5の連結部5dとの連結は、ベローズ5及び/又は軸側密封環6の成形工程時において或いはベローズ5及び軸側密封環6の成形工程後において両者5d,6を一体化させるように行われるものであり、一体化された状態において両者5d,6の境界20は明瞭に現われない。なお、ベローズ5の連結部5dの外径は、軸側密封環6の上端部(基端部)と同一径となるように、ベローズ5の伸縮部5a及び固定部5bより若干大径とされている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the shaft-side sealing ring 6 is integrally connected to a connecting portion 5 d that is a lower end portion (tip portion) of the bellows 5. That is, the shaft-side sealing ring 6 and the connecting portion 5d of the bellows 5 are connected to each other 5d during the forming process of the bellows 5 and / or the shaft-side sealing ring 6 or after the forming process of the bellows 5 and the shaft-side sealing ring 6. , 6 are integrated so that the boundary 20 between the two 5d and 6 does not appear clearly in the integrated state. The outer diameter of the connecting portion 5d of the bellows 5 is slightly larger than the expansion / contraction portion 5a and the fixing portion 5b of the bellows 5 so as to have the same diameter as the upper end portion (base end portion) of the shaft-side sealing ring 6. ing.

スプリングリテーナ7は、図1に示す如く、下端部(先端部)7aがベローズ5の連結部5d及び軸側密封環6に嵌合すると共に上端部(基端部)7bがベローズ5の伸縮部5を囲繞する円筒状のものであり、熱膨張係数がベローズ5の構成材であるPTFEと同等又は近似する樹脂材で構成してある。この例では、PTFEを主成分とする複合樹脂材であって、PTFEにカーボンを充填させたPTFE複合樹脂材で構成してある。なお、スプリングリテーナ7の上端部7aの内径はベローズ5の連結部5d及び軸側密封環6に密に外嵌しうるように設定されているが、その下端部7bの内径はベローズ5の連結部5d及び軸側密封環6の外径より小さいが、ベローズ5の伸縮部5aの外径より若干大きく設定されていて、スプリングリテーナ7が当該伸縮部5aに干渉しないように工夫されている。   As shown in FIG. 1, the spring retainer 7 has a lower end portion (tip portion) 7 a fitted into the connecting portion 5 d of the bellows 5 and the shaft-side sealing ring 6, and an upper end portion (base end portion) 7 b that is an expandable portion of the bellows 5. 5 is made of a resin material having a thermal expansion coefficient equal to or close to that of PTFE which is a constituent material of the bellows 5. In this example, the composite resin material is composed of PTFE as a main component and is made of a PTFE composite resin material in which PTFE is filled with carbon. The inner diameter of the upper end portion 7a of the spring retainer 7 is set so that it can be tightly fitted to the connecting portion 5d of the bellows 5 and the shaft-side sealing ring 6, but the inner diameter of the lower end portion 7b is connected to the bellows 5. Although it is smaller than the outer diameter of the part 5d and the shaft side sealing ring 6, it is set slightly larger than the outer diameter of the expansion / contraction part 5a of the bellows 5, and the spring retainer 7 is devised so as not to interfere with the expansion / contraction part 5a.

スプリングリテーナ7の下端面(先端面)には、軸側密封環6の上端側外周面に周方向に等間隔を隔てて突出形成した複数の環状突起6cに係合する凹部7cが形成されていて、この突起6cと凹部7cとの係合により、両者6,7の相対回転が阻止されている。また、スプリングリテーナ7の内周部において上下端部7a,7bの境界に形成された環状段部7dは、ベローズ5の外周部において伸縮部5aと連結部5dとの境界に形成される環状段部5fに衝合されていて、両段部5f,7dの係合により、後述するスプリング部材8による押圧附勢力がスプリングリテーナ7を介してベローズ5に確実に作用するように工夫されている。   The lower end surface (tip surface) of the spring retainer 7 is formed with a recess 7c that engages with a plurality of annular protrusions 6c that are formed on the outer peripheral surface of the upper end side of the shaft-side sealing ring 6 at regular intervals in the circumferential direction. Thus, the engagement between the projection 6c and the recess 7c prevents the relative rotation of the both 6 and 7. An annular step 7d formed at the boundary between the upper and lower ends 7a and 7b in the inner peripheral portion of the spring retainer 7 is an annular step formed at the boundary between the expandable portion 5a and the connecting portion 5d at the outer peripheral portion of the bellows 5. It is abutted against the portion 5f, and is devised so that a pressing biasing force by a spring member 8 to be described later acts on the bellows 5 through the spring retainer 7 by the engagement of both step portions 5f and 7d.

スプリングリテーナ7は、図1に示す如く、緊縛リング15ないしドライブカラー17に植設した適当数(1個のみ図示)のドライブピン18を当該スプリングリテーナ7の上端部に形成した凹部7eに係合させることにより、スプリングリテーナ7の回転軸2に対する相対回転がその軸線方向移動を所定範囲で許容しつつ阻止されるようになっている。   As shown in FIG. 1, the spring retainer 7 engages a recess 7 e formed on the upper end of the spring retainer 7 with an appropriate number (only one shown) of drive pins 18 planted on the binding ring 15 or the drive collar 17. By doing so, relative rotation of the spring retainer 7 with respect to the rotating shaft 2 is prevented while allowing its axial movement within a predetermined range.

スプリング部材8は、図1に示す如く、スプリングリテーナ7とドライブリング17との間に周方向に等間隔を隔てて装填された複数(1個のみ図示)のコイルスプリングで構成されており、軸側密封環6をケース側密封環3へと押圧接触させるべく、スプリングリテーナ7(及びベローズ5)を下方向に附勢するものである。   As shown in FIG. 1, the spring member 8 is composed of a plurality of coil springs (only one is shown) loaded at equal intervals in the circumferential direction between the spring retainer 7 and the drive ring 17. The spring retainer 7 (and the bellows 5) is urged downward to press-contact the side seal ring 6 to the case-side seal ring 3.

ドレン回収樋9は、図1及び図2に示す如く、シールケース2における被密封流体と接触する表面を有する部分(第1ケース部分)10に一体形成された金属製の回転体形状をなすものであり、第1ケース部分10の内周部から回転軸方向に張り出す環状の底壁21とその内周端部から密封環3,6と回転軸4との対向周面間を上方へと延びて密封環3,6の相対回転摺接部分(密封端面)3a,6aより上方位に至る筒状の周壁22とからなる。周壁22の上端22aは、密封端面3a,6a間から放出される摩耗粉等のドレンが周壁22と回転軸4との間に侵入することがないように、密封端面3a,6aを上方に越え且つベローズ7に干渉しない範囲において適宜に設定される。一般的には、周壁22の上端22aは、軸側密封環6の上端部(ベローズ5との境界部20)に略対応する位置に位置されるように設定される。なお、周壁22の下面は第1ケース部分10の取付部10aの下面に連なっている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the drain recovery rod 9 has a metal rotating body shape integrally formed with a portion (first case portion) 10 having a surface in contact with the sealed fluid in the seal case 2. The annular bottom wall 21 projecting in the direction of the rotation axis from the inner peripheral portion of the first case portion 10 and the space between the opposed peripheral surfaces of the sealing rings 3 and 6 and the rotation shaft 4 upward from the inner peripheral end portion thereof. It consists of a cylindrical peripheral wall 22 that extends and reaches a relative rotational sliding contact portion (sealing end face) 3a, 6a of the sealing rings 3, 6 in the upward direction. The upper end 22a of the peripheral wall 22 extends above the sealed end surfaces 3a and 6a so that drains such as abrasion powder discharged from between the sealed end surfaces 3a and 6a do not enter between the peripheral wall 22 and the rotary shaft 4. In addition, it is set appropriately within a range not interfering with the bellows 7. In general, the upper end 22a of the peripheral wall 22 is set so as to be positioned at a position substantially corresponding to the upper end portion (boundary portion 20 with the bellows 5) of the shaft-side sealing ring 6. Note that the lower surface of the peripheral wall 22 is continuous with the lower surface of the mounting portion 10 a of the first case portion 10.

而して、第1メカニカルシールM1にあっては、被密封流体と接触する部材(ケース側密封環3、ベローズ5、軸側密封環6、ガスケット12及び第2Oリング14)を上記した如く耐蝕性ノンメタル材料(PTFE等)で構成すると共に、強度,加工等の観点からノンメタル材料で構成することができない部材(ドレン回収樋)又は部分(第1ケース部分10)については、被密封流体と接触する表面にノンメタル材料による被覆層を形成することによって、メカニカルシール全体をノンメタル構造となしている。   Thus, in the first mechanical seal M1, the members (the case side sealing ring 3, the bellows 5, the shaft side sealing ring 6, the gasket 12 and the second O ring 14) that come into contact with the fluid to be sealed are corrosion-resistant as described above. In addition to non-metal materials (PTFE, etc.), members (drain recovery rods) or parts (first case part 10) that cannot be made of non-metal materials from the viewpoint of strength, processing, etc. are in contact with the sealed fluid The entire mechanical seal has a nonmetal structure by forming a coating layer of a nonmetal material on the surface to be processed.

すなわち、第1ケース部分10の表面であって被密封流体と接触する部分及びドレン回収樋9の表面であって被密封流体と接触する部分つまり当該回収樋9の全面には、図1及び図2に示す如く、耐蝕性を有するノンメタル材料による一連の第1〜第5被覆層23a〜23eが形成されている。第1被覆層23aは第1ケース部分10における被密封流体と接触する表面部分である内周面に形成されたものであり、第2被覆層23bは、第1被覆層23aから連なってドレン回収樋9の底壁21の上面に形成されたものであり、第3被覆層23cは、第2被覆層23bから連なってドレン回収樋9の周壁22の外周面に形成されたものであり、第4被覆層23dは、第3被覆層23cから連なって当該周壁22の内周面に形成されたものであり、第5被覆層23eは、第4被覆層23dから連なって当該底壁21の下面に形成されたものである。   That is, the surface of the first case portion 10 that is in contact with the sealed fluid and the surface of the drain recovery rod 9 that is in contact with the sealed fluid, that is, the entire surface of the recovery rod 9 are shown in FIGS. As shown in FIG. 2, a series of first to fifth coating layers 23a to 23e are formed of a non-metal material having corrosion resistance. The first coating layer 23a is formed on the inner peripheral surface which is a surface portion in contact with the fluid to be sealed in the first case portion 10, and the second coating layer 23b is connected to the first coating layer 23a to collect the drain. The third coating layer 23c is formed on the outer peripheral surface of the peripheral wall 22 of the drain recovery rod 9 and is continuous with the second coating layer 23b. The fourth covering layer 23d is formed on the inner peripheral surface of the peripheral wall 22 and is continuous with the third covering layer 23c. The fifth covering layer 23e is continuous with the fourth covering layer 23d and is the lower surface of the bottom wall 21. It is formed.

ところで、第1ケース部分10の取付部10a及びOリング押圧部10bは、夫々、ガスケット12及び第2Oリング14と接触しているものであるが、この例では、これらの表面にも前記一連の被覆層23a〜23eに連なる被覆層23f,24gを形成することによって、ノンメタル構造を更に完璧なものとしてある。すなわち、図1及び図2に示す如く、取付部10aの表面であってガスケット12に接触する部分には、第5被覆層23eに連なる同材質の第6被覆層23fを形成してあり、Oリング押圧部10bの表面であって第2Oリング14に接触する部分には、第1被覆層23aに連なる同材質の第7被覆層23gを形成してある。   By the way, the mounting portion 10a and the O-ring pressing portion 10b of the first case portion 10 are in contact with the gasket 12 and the second O-ring 14, respectively. By forming the coating layers 23f and 24g connected to the coating layers 23a to 23e, the non-metal structure is further perfected. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, a portion of the surface of the mounting portion 10a that is in contact with the gasket 12 is formed with the sixth coating layer 23f of the same material continuous with the fifth coating layer 23e. A seventh covering layer 23g of the same material that is continuous with the first covering layer 23a is formed on the surface of the ring pressing portion 10b and in contact with the second O-ring 14.

これら一連の被覆層23a,23b,23c,23d,23e,23f,23gは、耐蝕性を有する合成樹脂等のノンメタル材料をライニング,コーティングする等により形成されるものであり、この例では、PFA(4フッ化エチレンパーフルオロアルコキシエチレン共重合体)をライニングしてなる。   These series of coating layers 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, and 23g are formed by lining and coating a non-metal material such as a synthetic resin having corrosion resistance. In this example, PFA ( A tetrafluoroethylene perfluoroalkoxyethylene copolymer).

また、シールケース2には、ドレン回収樋9とシールケース2との間に形成される環状空間であるドレン回収空間24に開口するドレン回収路25が形成されている。すなわち、ドレン回収路25は、図1及び図2に示す如く、第1ケース部分10を径方向に貫通して水平に延びる断面円形孔であり、ドレン回収樋9の底壁21の上面に面一状に連なる状態でドレン回収空間23の下部に開口している。   Further, the seal case 2 is formed with a drain collection path 25 that opens to a drain collection space 24 that is an annular space formed between the drain collection basket 9 and the seal case 2. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the drain collection path 25 is a circular hole that crosses the first case portion 10 in the radial direction and extends horizontally, and faces the upper surface of the bottom wall 21 of the drain collection basket 9. It opens to the lower part of the drain recovery space 23 in a state of being connected in a single shape.

このドレン回収路25の内周面には、図1及び図2に示す如く、ドレン回収樋9及び第1ケース部分10に形成された被覆層23a,23b,23c,23d,23e,23f,23gに連なる同材質の被覆層23hが形成されている。すなわち、ドレン回収路25の内周面には、第1及び第5被覆層23a,23eに連なるPFAライニング層である第8被覆層23hが形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the drain recovery passage 25 has an inner peripheral surface on which the covering layers 23 a, 23 b, 23 c, 23 d, 23 e, 23 f, 23 g formed on the drain recovery basket 9 and the first case portion 10 are formed. A covering layer 23h made of the same material is formed. That is, an eighth covering layer 23h, which is a PFA lining layer continuous with the first and fifth covering layers 23a and 23e, is formed on the inner peripheral surface of the drain recovery path 25.

また、ドレン回収路25には、図1及び図2に示す如く、接続アダプタ26及び開閉弁27を介してドレン回収ライン28が接続されている。接続アダプタ26は、図1及び図2に示す如く、第8被覆層23hの端部に接触する耐蝕性弾性材製(パーフロロゴム等)のOリング29を介してドレン回収路25に連結された耐蝕性合成樹脂製(PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等)のものであり、ドレン回収路25とドレン回収ライン28とを連通する連通孔26aが形成されている。開閉弁27はドレンの回収時に開放されるもので、当該メカニカルシールM1の運転中においては閉鎖されている。なお、ドレン回収ライン28には、図示していないが、ドレン回収空間24から摩耗粉等のドレンを回収するための回収手段(真空ポンプ等)が配設されている。   A drain recovery line 28 is connected to the drain recovery path 25 through a connection adapter 26 and an on-off valve 27 as shown in FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the connection adapter 26 is connected to the drain recovery passage 25 through an O-ring 29 made of a corrosion-resistant elastic material (perfluoro rubber, etc.) that contacts the end of the eighth covering layer 23h. Made of a synthetic resin (PEEK (polyetheretherketone) or the like), and a communication hole 26a is formed through which the drain recovery path 25 and the drain recovery line 28 communicate. The on-off valve 27 is opened when the drain is collected, and is closed during operation of the mechanical seal M1. Although not shown, the drain recovery line 28 is provided with a recovery means (such as a vacuum pump) for recovering drain such as wear powder from the drain recovery space 24.

以上のように構成された第1メカニカルシールM1にあっては、密封端面3a,6aの接触等により摩耗粉等のドレンが発生した場合にも、これをドレン回収樋9により回収することができ、かかるドレンにより被密封流体領域Aが汚染されることがない。   In the first mechanical seal M1 configured as described above, even when drainage such as abrasion powder is generated due to contact of the sealing end surfaces 3a and 6a, it can be recovered by the drain recovery rod 9. The sealed fluid region A is not contaminated by such drain.

すなわち、密封端面3a,6a間に摩耗粉等のドレンが発生した場合、このドレンはドレン回収樋9の周壁6によって被密封流体Aへの侵入を阻止され、当該周壁6と密封環3,6との間からドレン回収空間24へと落下回収されることになる。したがって、摩耗粉等のドレンが密封端面3a,6aからハウジング1内に落下することがなく、ドレンによる機内領域Aの汚染は確実に防止される。ドレン回収空間24に落下回収されたドレンは、必要に応じて、ドレン回収路26からドレン回収ラインへと排出される。   That is, when drainage such as abrasion powder is generated between the sealed end faces 3a and 6a, the drain is prevented from entering the sealed fluid A by the peripheral wall 6 of the drain recovery rod 9, and the peripheral wall 6 and the sealing rings 3 and 6 are prevented. It is dropped and collected into the drain collecting space 24 from between the two. Therefore, drains such as abrasion powder do not fall into the housing 1 from the sealed end surfaces 3a and 6a, and contamination of the in-machine region A by the drains is reliably prevented. The drain that has been dropped and collected in the drain collection space 24 is discharged from the drain collection path 26 to the drain collection line as necessary.

また、第1メカニカルシールM1は、被密封流体と接触する部材、部分又は表面を上記した如くノンメタル材料で構成したノンメタル構造をなすものであるから、被密封流体と金属との接触によって生じる金属イオンの発生等による汚染も生じない。   Further, since the first mechanical seal M1 has a non-metal structure in which the member, part or surface that contacts the sealed fluid is made of a non-metallic material as described above, the metal ions generated by the contact between the sealed fluid and the metal Contamination due to the occurrence of such as does not occur.

ところで、一連の被覆層を形成すべき金属部材がボルト等により連結される複数部分に分割構成されている場合、これらの連結個所において被覆層が一連に形成されず、被覆効果が損なわれる(例えば、連結箇所において被覆層が断裂したり損傷して、金属表面が露出する)虞れがある。しかし、第1メカニカルシールM1では、シールケース2を、被密封流体と接触する表面を有する第1ケース部分10と当該表面を有しない第2ケース部分11とに分割し、第1ケース部分10及びドレン回収樋9を一体構造物としたから、つまりノンメタル材料による被覆層を形成すべき部材ないし部分9,10の表面に一連の被覆層23a,23b,23c,23d,23eを形成することができ、局部的に金属表面が露出するような虞れは皆無となる。さらに、この一連の被覆層23a,23b,23c,23d,23eの両端部(第1及び第5被覆層23a,23e)を延長して、その延長部分(第6及び第7被覆層23f,23g)をガスケット12及び第2Oリング14に接触させるようにしたから、金属製の部材ないし部分である第1ケース部分10及びドレン回収樋9と被密封流体との接触が一連の被覆層23a,23b,23c,23d,23e,23f,23gによって確実に阻止される。   By the way, when the metal member which should form a series of coating layers is divided | segmented into the several part connected with a volt | bolt etc., a coating layer is not formed in series in these connection places, but a coating effect is impaired (for example, There is a risk that the coating layer may be torn or damaged at the connection location to expose the metal surface). However, in the first mechanical seal M1, the seal case 2 is divided into a first case portion 10 having a surface in contact with the fluid to be sealed and a second case portion 11 having no surface, and the first case portion 10 and Since the drain recovery rod 9 is an integral structure, that is, a series of coating layers 23a, 23b, 23c, 23d, and 23e can be formed on the surfaces of the members or portions 9 and 10 where the coating layer of the nonmetal material is to be formed. There is no fear that the metal surface is locally exposed. Further, both ends (first and fifth coating layers 23a, 23e) of the series of coating layers 23a, 23b, 23c, 23d, 23e are extended, and the extended portions (sixth and seventh coating layers 23f, 23g) are extended. ) Is brought into contact with the gasket 12 and the second O-ring 14, so that the contact between the first case portion 10 and the drain recovery rod 9 which are metal members or portions and the fluid to be sealed is a series of coating layers 23a and 23b. , 23c, 23d, 23e, 23f, and 23g.

これらの点から理解されるように、第1メカニカルシールM1は、被密封流体と金属表面との接触や密封環同士の接触等によって発生するコンタミネーション問題を確実に解決し得るものであり、厳格なコンタミレス対策が要求される竪型回転機器の軸封手段として好適に使用することができるものである。   As understood from these points, the first mechanical seal M1 can reliably solve the contamination problem caused by contact between the sealed fluid and the metal surface, contact between the sealing rings, or the like. Therefore, it can be suitably used as a shaft sealing means for a vertical rotating machine requiring a countermeasure against contamination.

また、第1メカニカルシールM1にあっては、ベローズ5に嵌合するスプリングリテーナ7をベローズ5の構成材であるPTFEと同等又は近似する熱膨張係数の樹脂材で構成してあるから、ベローズ5が熱膨張した場合にも、両者5,7の嵌合部において熱膨張量差が生じないか或いは殆ど生じないために、ベローズ5に過度の負荷(応力)が作用するようなことがない。   Further, in the first mechanical seal M1, the spring retainer 7 fitted to the bellows 5 is made of a resin material having a thermal expansion coefficient equivalent to or close to that of PTFE that is a constituent material of the bellows 5. In the case where the thermal expansion of the bellows 5 does not occur or hardly occurs in the fitting portions of the both 5 and 7, no excessive load (stress) acts on the bellows 5.

また、ベローズ5とこれとは異質材である軸側密封環6とが両者5,6の境界20が明瞭に現われない状態に一体的に連結されていることから、機内領域Aの流体(被密封流体)が液体である場合には勿論、気体である場合にも、両者5,6の連結部分20から被密封流体が漏れるようなことが全くなく、被密封流体を良好にシールすることができる。また、被密封流体が気体である場合(ドライ運転)にも、軸側密封環6がセラミックス製のケース側密封環3との摺動特性に優れるPTFE複合樹脂材で構成されているから、密封端面3a,6aが異常摩耗,発熱することがなく、良好に相対回転摺接しうる。   Further, since the bellows 5 and the shaft-side seal ring 6 which is a different material from the bellows 5 are integrally connected so that the boundary 20 between the two 5 and 6 does not clearly appear, Of course, when the sealing fluid is a liquid, even when it is a gas, the sealed fluid does not leak at all from the connecting portion 20 of both 5 and 6, and the sealed fluid can be satisfactorily sealed. it can. Even when the fluid to be sealed is a gas (dry operation), the shaft-side seal ring 6 is made of a PTFE composite resin material that is excellent in sliding characteristics with the ceramic case-side seal ring 3. The end faces 3a and 6a are not abnormally worn or heated, and can be in relative sliding contact with each other.

したがって、ベローズと軸側密封環とを同質材の一体構造物となしている公知のベローズ型メカニカルシール(例えば、特開平8−261333号参照)と異なって、軸側密封環6をベローズ5の構成材(PTFE)に比して相手密封環(ケース側密封環3)との摺動特性に優れた樹脂材で構成していることとも相俟って、高温条件下においても被密封流体の性状に拘わらず良好なメカニカルシール機能を発揮することができる。   Therefore, unlike the known bellows type mechanical seal (for example, refer to Japanese Patent Laid-Open No. 8-261333) in which the bellows and the shaft-side seal ring are made of a single piece of the same material, the shaft-side seal ring 6 is connected to the bellows 5. Combined with the fact that it is made of a resin material that is superior in sliding characteristics with the other seal ring (case side seal ring 3) compared to the component material (PTFE), A good mechanical seal function can be exhibited regardless of the properties.

なお、本発明のノンメタル構造のメカニカルシールは、上記した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良,変更することができる。   The mechanical seal of the non-metal structure of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be improved and changed as appropriate without departing from the basic principle of the present invention.

例えば、ベローズ5と軸側密封環6とを、各別に成形した上で接着剤により接着連結することも可能であり、又は図3及び図4に示す如く、挟圧リング30を使用して係合連結しておくようにすることも可能である。すなわち、図3及び図4に示す本発明のノンメタル構造のメカニカルシール(以下「第2メカニカルシールM2」という)は、ベローズ5の先端部5dに環状の舌部5gを形成し、この舌部5gを軸側密封環6の基端面に突設した環状突起5dと挟圧リング30とで径方向に挟圧することにより、ベローズ5と軸側密封環6とを連結したベローズ型メカニカルシールであり、挟圧リング30はPTFEを主成分とする複合樹脂材であって炭素繊維を充填したPTFEによって構成してある。ところで、第2メカニカルシールM2においては、被密封流体が気体である場合、ベローズ5と軸側密封環6とを如何に強固に連結したとしてもその連結部分から被密封流体の微少漏れを阻止することができないため、気体をシールするものとしては好ましくない。この点、第1メカニカルシールM1では、ベローズ5と軸側密封環6とが一体的に連結されていることから、被密封流体が液体,気体の何れである場合にも、このような問題を生じず、良好なシール機能を発揮できる。なお、第2メカニカルシールM2は、上記したベローズ5と軸側密封環との連結構造及び下記のベローズ5の固定部5bの回転軸4への固定手段を除いて、図1及び図2に示す第1メカニカルシールM1と同一構成をなすものであるから、第1メカニカルシールM1と同一構成部材については、図3及び図4において図1及び図2と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明は省略する。   For example, the bellows 5 and the shaft-side seal ring 6 can be molded separately and then adhesively connected by an adhesive, or, as shown in FIG. 3 and FIG. It is also possible to connect them together. That is, the non-metallic mechanical seal of the present invention shown in FIGS. 3 and 4 (hereinafter referred to as “second mechanical seal M2”) is formed with an annular tongue 5g at the tip 5d of the bellows 5, and this tongue 5g. Is a bellows-type mechanical seal in which the bellows 5 and the shaft-side sealing ring 6 are connected to each other by pinching in a radial direction between the annular protrusion 5d projecting from the base end surface of the shaft-side sealing ring 6 and the pinching ring 30; The pinching ring 30 is a composite resin material containing PTFE as a main component and is made of PTFE filled with carbon fibers. By the way, in the second mechanical seal M2, when the sealed fluid is a gas, no matter how firmly the bellows 5 and the shaft-side sealing ring 6 are connected, the leakage of the sealed fluid from the connecting portion is prevented. This is not preferable as a gas seal. In this respect, in the first mechanical seal M1, the bellows 5 and the shaft-side sealing ring 6 are integrally connected. Therefore, even when the fluid to be sealed is liquid or gas, such a problem is caused. It does not occur and can exhibit a good sealing function. The second mechanical seal M2 is shown in FIGS. 1 and 2 except for the connecting structure between the bellows 5 and the shaft-side seal ring and the fixing means for fixing the fixing portion 5b of the bellows 5 to the rotating shaft 4 described below. Since it has the same configuration as the first mechanical seal M1, the same components as those of the first mechanical seal M1 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 in FIG. 3 and FIG. Description is omitted.

また、ベローズ5の固定部5bの回転軸4への固定手段は、図1に示す如き2つ割りリングである緊縛リング15を使用した構成に限定されない。例えば、ベローズ5の固定部5bは、図3に示す如く、夫々金属製(SUS316等)のストッパリング31、締め付けリング32及び固定リング33を介して回転軸4に嵌合固定するようにしてもよい。すなわち、ストッパリング31は、これに螺合させた適当本数のセットスクリュー(1本のみ図示)31aを回転軸4に締め付けることにより、回転軸4に固定されている。締付リング32は、内周面をストッパリング31に向かって拡径する裁頭円錐状のカム面32aに構成したもので、ストッパリング31に適当本数(1本のみ図示)の締付ボルト34により取り付けられている。固定リング33は、ベローズ5の固定部5bに形成した環状突起5cに係合された状態で、当該固定部5bに外嵌されており、その外周面を締付リング32のカム面32aに嵌合する裁頭円錐状のカム面33aに構成してある。したがって、締付ボルト34を締め付けて締付リング32をストッパリング31に近接する方向(上方向)に移動させることにより、カム面32a,33aにより固定リング33を介してベローズ5の固定部5bが回転軸4に強固に固定されるようになっている。なお、図3に示す第2メカニカルシールM2にあっては、固定リング32に適当数(1個のみ図示)のドライブピン35が突設されていて、これをスプリングリテーナ7の凹部7eに係合させることにより、スプリングリテーナ7の回転軸2に対する相対回転がその軸線方向移動を所定範囲で許容しつつ阻止されるようになっている。また、スプリング部材8を構成する各コイルスプリングは、締付リング32に形成した貫通孔32bに挿通させた状態でスプリングリテーナ7とストッパリング31との間に装填されている。   Moreover, the fixing means to the rotating shaft 4 of the fixing | fixed part 5b of the bellows 5 is not limited to the structure which uses the binding ring 15 which is a split ring as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 3, the fixing portion 5b of the bellows 5 may be fitted and fixed to the rotary shaft 4 via a stopper ring 31, a fastening ring 32, and a fixing ring 33 made of metal (SUS316 or the like). Good. That is, the stopper ring 31 is fixed to the rotating shaft 4 by tightening an appropriate number of set screws (only one is shown) 31 a screwed to the stopper ring 31 to the rotating shaft 4. The tightening ring 32 is configured by a truncated conical cam surface 32a whose inner peripheral surface expands toward the stopper ring 31, and an appropriate number (only one is shown) of tightening bolts 34 is provided on the stopper ring 31. It is attached by. The fixing ring 33 is externally fitted to the fixing portion 5b while being engaged with the annular protrusion 5c formed on the fixing portion 5b of the bellows 5, and the outer peripheral surface thereof is fitted to the cam surface 32a of the fastening ring 32. The cam surface 33a has a truncated conical shape. Therefore, by tightening the tightening bolt 34 and moving the tightening ring 32 in a direction (upward) close to the stopper ring 31, the fixing portion 5 b of the bellows 5 is moved by the cam surfaces 32 a and 33 a via the fixing ring 33. The rotating shaft 4 is firmly fixed. In the second mechanical seal M2 shown in FIG. 3, an appropriate number of drive pins 35 (only one is shown) project from the fixing ring 32 and engage with the recess 7e of the spring retainer 7. By doing so, relative rotation of the spring retainer 7 with respect to the rotating shaft 2 is prevented while allowing its axial movement within a predetermined range. Each coil spring constituting the spring member 8 is loaded between the spring retainer 7 and the stopper ring 31 in a state of being inserted through a through hole 32 b formed in the tightening ring 32.

また、本発明のノンメタル構造のメカニカルシールにあって、シールケース2は、複数部分に分割した構成としても一体構造物に構成しても、何れでもよいが、複数部分に分割する場合にあっては、被覆層の一連性を確保するために、被密封流体と接触する表面を有する部分(第1ケース部分10)はこれを一体構造として、これにドレン回収樋9を一体形成しておくことが好ましい。一方、被密封流体と接触する表面を有しない部分(第2ケース部分11)については、これを一体構造物としても、複数部分に分割しても、何れでもよい。   Further, in the non-metal mechanical seal of the present invention, the seal case 2 may be divided into a plurality of parts or may be configured as an integrated structure, but may be divided into a plurality of parts. In order to secure the series of the coating layer, the portion (first case portion 10) having a surface that comes into contact with the fluid to be sealed should be formed as an integral structure, and the drain collecting rod 9 should be formed integrally therewith. Is preferred. On the other hand, the portion (second case portion 11) that does not have a surface in contact with the fluid to be sealed may be an integral structure or may be divided into a plurality of portions.

また、本発明のノンメタル構造のメカニカルシールにおいて使用するノンメタル材料は、これによって構成される部材,部分又は被覆層を形成する部材,部分の機能及びシール条件(被密封流体の性状等)を考慮して、適宜に選定することできる。   In addition, the non-metal material used in the mechanical seal of the non-metal structure of the present invention takes into account the member constituted by this, the member forming the covering layer, the function of the portion, and the sealing conditions (properties of the fluid to be sealed, etc.). Can be selected as appropriate.

また、本発明は、第1又は第2メカニカルシールM1,M2のようなベローズ型メカニカルシールの他、ベローズを有しないメカニカルシールにも好適に適用することができる。   Further, the present invention can be suitably applied to a mechanical seal having no bellows in addition to the bellows type mechanical seal such as the first or second mechanical seal M1, M2.

1 竪型回転機器のハウジング
2 シールケース
3 ケース側密封環
3a ケース側密封環の密封端面
4 竪型回転機器の回転軸
5 ベローズ
5a ベローズの固定部(上端部)
5b ベローズの伸縮部(中間部)
5d ベローズの連結部(下端部)
6 軸側密封環
6a 軸側密封環の密封端面
7 スプリングリテーナ
8 スプリング部材
9 ドレン回収樋
10 第1ケース部分
10a 取付部
10b Oリング押圧部
11 第2ケース部分
12 ガスケット
13 第1Oリング
14 第2Oリング
21 ドレン回収樋の底壁
22 ドレン回収樋の周壁
23a 第1被覆層
23b 第2被覆層
23c 第3被覆層
23d 第4被覆層
23e 第5被覆層
23f 第6被覆層
23g 第7被覆層
23h 第8被覆層
24 ドレン回収空間
25 ドレン回収路
A 被密封流体領域(機内領域)
B 非密封流体領域(機外領域)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing of vertical rotary device 2 Seal case 3 Case side sealing ring 3a Sealing end surface of case side sealing ring 4 Rotary shaft of vertical rotary device 5 Bellows 5a Bellows fixing part (upper end)
5b Bellows expansion / contraction (intermediate)
5d Bellows connection (lower end)
6 Shaft side sealing ring 6a Sealing end face of shaft side sealing ring 7 Spring retainer 8 Spring member 9 Drain recovery rod 10 First case portion 10a Mounting portion 10b O-ring pressing portion 11 Second case portion 12 Gasket 13 First O-ring 14 Second O Ring 21 Bottom wall of drain recovery bowl 22 Perimeter wall of drain recovery bowl 23a First coating layer 23b Second coating layer 23c Third coating layer 23d Fourth coating layer 23e Fifth coating layer 23f Sixth coating layer 23g Seventh coating layer 23h Eighth coating layer 24 Drain collection space 25 Drain collection path A Sealed fluid area (in-machine area)
B Unsealed fluid area (outside machine area)

Claims (6)

竪型回転機器のハウジングに取付けた筒状のシールケースと、その内周部に固定されたセラミックス製のケース側密封環と、シールケースを上下方向に洞貫する当該回転機器の回転軸に上端部を嵌合固定した軸線方向伸縮可能なPTFE製のベローズと、ベローズの下端部に連結されてケース側密封環に対向する軸側密封環と、ベローズの下端部及び軸側密封環に相対回転不能に且つケース側密封環方向への相対変位不能に係合されたスプリングリテーナと、スプリングリテーナをケース側密封環方向に押圧附勢すべくベローズの外周側領域に配設されたスプリング部材とを具備して、両密封環の上下対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の内周側領域である被密封流体領域とその外周側領域である大気領域とをシールするように構成すると共に、腐食性を有する気体である被密封流体と接触する部材、部分又はそれらの表面を金属成分を含有しないノンメタル材料で構成してあるノンメタル構造のメカニカルシールにおいて、
シールケースを金属材料で構成し、シールケースに、その内周部から回転軸方向に張り出す環状の底壁とその内周端部から密封環と回転軸との対向周面間を上方へと延びて前記相対回転摺接部分より上方位に至る筒状の周壁とからなるドレン回収樋を一体形成し、シールケースにおける少なくとも被密封流体と接触する表面及びドレン回収樋の全表面に耐蝕性を有するノンメタル材料による一連の被覆層を形成し
軸側密封環を耐蝕性及びケース側密封環との摺動特性に優れた硬質樹脂材であってPTFEを主成分とする複合樹脂材で構成して、ベローズと軸側密封環とをベローズ及び/又は軸側密封環の成形工程時において或いはベローズ及び軸側密封環の成形工程後において両者の境界が明瞭に現われない状態で一体化させるように連結すると共に、
スプリングリテーナを熱膨張係数がベローズと同等又は近似する樹脂材で構成してあることを特徴とするノンメタル構造のメカニカルシール。
A cylindrical seal case attached to the housing of the vertical rotary device, a ceramic case-side sealing ring fixed to the inner periphery of the cylindrical seal case, and an upper end of the rotary shaft of the rotary device penetrating the seal case vertically A PTFE bellows that can be expanded and contracted in the axial direction with fitting and fixed parts, a shaft-side sealing ring that is connected to the lower end of the bellows and faces the case-side sealing ring, and a relative rotation to the lower end of the bellows and the shaft-side sealing ring A spring retainer that is incapable of being relatively displaced in the case-side sealing ring direction, and a spring member that is disposed in an outer peripheral region of the bellows so as to press and bias the spring retainer in the case-side sealing ring direction. and comprising, by relative rotational sliding action of the sealing end face a top and bottom opposing end surfaces of the seal ring, the outer circumferential region with the sealed fluid region of the inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact section air Together constitute the band to seal, member in contact with the sealed fluid is a gas having a corrosive, the parts or their surfaces in mechanical seal Nonmetaru structure that is constituted by Nonmetaru material containing no metal component ,
The seal case is made of a metal material, and the seal case has an annular bottom wall projecting in the direction of the rotation axis from the inner periphery thereof, and an upper portion between the opposing peripheral surfaces of the seal ring and the rotation shaft from the inner periphery end portion thereof. A drain recovery rod comprising a cylindrical peripheral wall extending and extending upward from the relative rotational sliding contact portion is integrally formed, and at least the surface in contact with the fluid to be sealed in the seal case and the entire surface of the drain recovery rod have corrosion resistance. a series of coating layers by Nonmetaru material having formed,
The shaft-side seal ring is made of a hard resin material that is excellent in corrosion resistance and sliding characteristics with the case-side seal ring and is composed of a composite resin material mainly composed of PTFE. The bellows and the shaft-side seal ring are And / or so as to be integrated so that the boundary between the two does not appear clearly during the molding process of the shaft-side seal ring or after the molding process of the bellows and the shaft-side seal ring,
A non-metallic mechanical seal characterized in that the spring retainer is made of a resin material whose thermal expansion coefficient is equal to or close to that of a bellows .
シールケースは、被密封流体に接触する表面を有する一体構造物である第1ケース部分とこれ以外の部分であって密封流体流体に接触する表面を有しない第2ケース部分とに分割構成された円筒構造体であり、ドレン回収樋は第1ケース部分の内周部に一体形成されており、第1ケース部分における被密封流体と接触する表面及びドレン回収樋の全表面には、合成樹脂材料による一連の被覆層が形成されていることを特徴とする、請求項1に記載するノンメタル構造のメカニカルシール。   The seal case is divided into a first case part that is a monolithic structure having a surface that contacts the sealed fluid and a second case part that does not have a surface that is in contact with the sealed fluid and other parts. It is a cylindrical structure, and the drain collecting rod is integrally formed on the inner peripheral portion of the first case portion. The surface of the first case portion that contacts the sealed fluid and the entire surface of the drain collecting rod are made of a synthetic resin material. The non-metallic mechanical seal according to claim 1, wherein a series of coating layers is formed. シールケースは、夫々が一体構造物である第1ケース部分とその上端部に取付けられた第2ケース部分とに分割構成されており、第2ケース部分の内周部にはケース側密封環が第1及び第2Oリングを介して嵌合固定されており、第1ケース部分には、上下方向においてケース側密封環との間で第2Oリングを挟圧するOリング押圧部が形成されており、このOリング押圧部における第2Oリングとの接触面に、前記一連の被覆層に連なる同材質の被覆層を形成してあることを特徴とする、請求項2に記載するノンメタル構造のメカニカルシール。   The seal case is divided into a first case part, which is an integral structure, and a second case part attached to the upper end of the seal case, and a case-side sealing ring is provided on the inner periphery of the second case part. The first case part is fitted and fixed via the first and second O-rings, and an O-ring pressing part that presses the second O-ring with the case-side sealing ring in the vertical direction is formed on the first case part, 3. The non-metallic mechanical seal according to claim 2, wherein a coating layer of the same material connected to the series of coating layers is formed on a contact surface of the O-ring pressing portion with the second O-ring. シールケースには、これとドレン回収樋との間に形成されるドレン回収空間の下部に開口するドレン回収路が形成されており、このドレン回収路の内周面に前記一連の被覆層に連なる同材質の被覆層を形成してあることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載するノンメタル構造のメカニカルシール。   The seal case is formed with a drain recovery path that opens at a lower portion of a drain recovery space formed between the drain recovery trough and the drain recovery trough, and is connected to the series of coating layers on the inner peripheral surface of the drain recovery path. The non-metallic mechanical seal according to any one of claims 1 to 3, wherein a coating layer of the same material is formed. シールケースはその下端部に形成した環状の取付部を前記ハウジングの上端部にガスケットを介して衝合させた状態で当該ハウジングに取付けられており、当該取付部の表面には前記一連の被覆層に連なる同材質の被覆層が形成されていることを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れかに記載するノンメタル構造のメカニカルシール。   The seal case is attached to the housing in a state where an annular attachment portion formed at the lower end thereof is abutted with the upper end portion of the housing via a gasket, and the series of coating layers is formed on the surface of the attachment portion. The mechanical seal of the non-metal structure according to any one of claims 1 to 4, wherein a coating layer made of the same material is connected to the non-metallic structure. スプリングリテーナがPTFEを主成分とする複合樹脂材で構成されていることを特徴する、請求項1〜5の何れかに記載するノンメタル構造のメカニカルシール。 Spring retainer is characterized that you have been a composite resin material mainly composed of PTFE, mechanical seal Nonmetaru structure according to any one of claims 1 to 5.
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