JP5637518B2 - メカニカルシール - Google Patents
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Description
なお、パーシャルインペラ920の形状としては、略半円形の断面形状の溝、略半円形の断面形状の円錐状の溝、矩形の断面形状の溝等がある(例えば、日本国実用新案登録平04−17569号(特許文献3)参照)。
また、パーシャルインペラ920の機内側の溝先端920aは、ケーシング930の冷却液流出孔932につながる溝933の機内側の端部933aと略一致している。
本実施形態においては、例えばポンプ等の回転軸が貫通する装置の本体外面にカートリッジ形式で装着されるメカニカルシール装置を例示して本発明を説明する。本実施形態のメカニカルシール装置は、摺動シール面の周囲に冷却流体が流されて摺動シール面の発熱を冷却するように構成されており、その冷却流体の循環のために摺動シール面の近傍にパーシャルインペラが設置されているメカニカルシール装置である。
図1は、その本実施形態のメカニカルシール装置100の構成を示す断面図であり、メカニカルシール装置100を装置ハウジング600の外面601に装着した状態を示す図である。
なお、図1においては、軸孔602側(図面右側)が機内側空間Aであり、その軸方向反対側(図面左側)が機外側空間であって大気空間Bである。
固定環支持部122の固定環130側の端面の外周側の凹面には、固定環130の背面の外周側の凸面に形成された切り欠きに係合する突起部が1カ所あるいは複数個所に形成されており、これにより固定環130が回り止めされる。
また、固定環支持部122の固定環130側とは反対側の端面には、固定環取付部121に設置された複数のスプリング124の端部が各々固定され、また、固定環支持部122に設置されたノックピン125が差し込まれるための切り欠きが形成されている。
固定環130の背面側内周部は、摺動シール面S側よりも拡径された段差面に形成されており、この段差面に固定環取付部121の機内側先端部が嵌合されることにより、固定環130は固定環取付部121に同軸に保持される。
これにより固定環130は、軸方向には所定の範囲で移動自在に、また周方向には固定環取付部121及び固定環支持部122に対して回り止めされた状態でケーシング110に設置される。
スリーブカラー142は、スリーブ141及びシールカラー143を、回転軸200と一体的に回動可能に回転軸200に固定設置する。
シールカラー143に対しては、回転環150は、その背面(軸方向においてシール面151とは反対側の端面、機内側端面)が当接されるように設置される。これにより、シールカラー143は、回転環150の軸方向機内側への移動を規制し、回転環150の軸方向の位置を規定する。
また、シールカラー143の筒状部145の外周面には、本発明に係るパーシャルインペラ160が形成されている。
なお、回転環150とスリーブ141及びシールカラー143との間には適宜Oリングが配設されており、これにより回転環150の内周側と外周側とがシールされる。
なお、このパーシャルインペラ溝161の寸法の規定については、ケーシング110に形成され、冷却液流入孔171、筒状部材172、冷却液排出溝174及び冷却液流出孔176を有する後述する冷却液流路部170の寸法の規定とともに、後に詳述する。
冷却液流入孔171は、ケーシング110の外周面から内部空間Cに連通する流体流路であり、図示せぬ冷却器から配管を介して供給される冷却液をケーシング110の内部空間Cに供給するための流路である。冷却液流入孔171のケーシング110の表面側端部の開口は、図示しない配管と接続可能な管用螺子孔が形成されたポートに形成されている。本実施形態において冷却液流入孔171は1本形成されており、後述する1本の冷却液流出孔176を含めた2本の流体流路が、ケーシング110の周方向に沿って等配に設置されている。
冷却液排出溝174及びその近傍の構成について、図3を参照して説明する。
図3は、パーシャルインペラ160、冷却液排出溝174、堰175及び冷却液流出孔176の構成及び配置を示す径方向断面図である。
図3に示すように、冷却液排出溝174は、ケーシング110の内周面に沿って、1カ所の堰175の箇所を除いて全周に形成されている。堰175は、冷却液排出溝174を横切るようにケーシング110の内周面(冷却液排出溝174が形成されていない箇所の内周面)と同じ高さに維持された箇所であり、冷却液排出溝174が周回せず分断されるようにするための構成である。
これにより、パーシャルインペラ160により外径方向に流れるように整流された冷却液は、冷却液排出溝174の内部を回転軸200の回転方向に沿って周方向に流れる。そして、堰175に当たって冷却液排出溝174に沿った流れが規制されるも、その箇所に形成された冷却液流出孔176の開口177から冷却液流出孔176に案内され、冷却液流出孔176を介してケーシング110の外部に排出される。冷却液排出溝174、冷却液流出孔176及び冷却液流出孔176の開口177により、少なくとも、このような方向に流れが誘導されることになり、冷却液の流量を多くすることができる。
図4A〜図4Cは、パーシャルインペラ160及び冷却液流路部170の寸法及び配置について説明をするための図であり、図4Aは、冷却液排出溝174、堰175及び冷却液流出孔176の開口177の配置、及び、冷却液排出溝174とパーシャルインペラ溝161との軸方向の配置を説明するために、ケーシング110の内周面の冷却液排出溝174の堰175付近を平面的に示した図であり、図4Bは、パーシャルインペラ溝161の大気側端部の径方向の形状を示した図であり、図4Cは、冷却液排出溝174及びパーシャルインペラ溝161の最深部の各軸方向断面を示す図である。
なお、いずれの条件においても、流量は600L/hを得ることを目的とする。
Claims (5)
- 装置のハウジングと当該ハウジングに形成される孔を貫通する回転軸との間をシールするメカニカルシールであって、
前記回転軸に設置され、軸方向の大気側端面にシール面が形成されている回転環と、
前記回転環の前記シール面に密接摺動するシール面が機内側端面に形成されている固定環と、
前記固定環が設置されるとともに、前記回転環を内部空間に収容し、前記ハウジングの前記孔の周囲に装着されるケーシングと、
前記ケーシングの外周面と前記内部空間との間を貫通し、前記ケーシングの外部から前記内部空間に冷却流体を供給する冷却流体流入孔と、
前記ケーシングの外周面と前記内部空間との間を貫通し、前記内部空間から前記冷却流体を外部に排出する冷却流体流出孔と、
前記回転軸に装着され、前記回転環の背面に当接して当該回転環の軸方向への移動を規制する環状体のシールカラーと、
前記シールカラーの外周部の一方の端面から外周面に至るパーシャルインペラ溝が、前記固定環のシール面と前記回転環のシール面とが密接摺動するシール面の外周側に冷却流体を流すように、当該シールカラーの外周部に周方向に沿って形成されているパーシャルインペラと、
前記ケーシングの内周の前記パーシャルインペラに対向する面に周方向に沿って形成される環状の冷却流体排出溝と、を有し、
前記パーシャルインペラ溝は、大気側端面の断面が略半円形状で機内側端面に向けて徐々に深さが浅くなり、円柱を斜めにカットした形状の溝に形成されており、
前記冷却流体排出溝は、幅方向に埋める所定幅の堰によって当該冷却流体排出溝が周回せずに分断される構成を有するとともに、当該冷却流体排出溝の底面であって、前記回転軸の回転方向に沿って当該堰の手前となる箇所には、前記冷却流体流出孔の前記内部空間側の開口が形成されていることを特徴とするメカニカルシール。 - 前記パーシャルインペラを構成する前記パーシャルインペラ溝の深さ(Lgd)に対する当該パーシャルインペラ溝の幅(Lgw)の割合(Lgw/Lgd)が、2.0以上5.0以下であることを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシール。
- 前記ケーシングの前記堰の幅(Ldw)に対する前記パーシャルインペラを構成する前記パーシャルインペラ溝の溝間の距離(Lrw)の割合(Lrw/Ldw)が、0.5以上3.1以下であることを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシール。
- 前記パーシャルインペラの前記パーシャルインペラ溝が形成されている周面の全長(2πr)に対する当該パーシャルインペラ溝の幅の合計長(nLgw)の割合(nLgw/2πr)が、0.28以上0.8以下であることを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシール。
- 前記ケーシングの前記冷却流体排出溝の幅(Ldl)に対する前記パーシャルインペラの前記パーシャルインペラ溝の先端部の飛び出し距離(Lgs)の割合(Lgs/Ldl)が、0より大きく0.65以下であることを特徴とする請求項1に記載のメカニカルシール。
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