JP6200837B2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

本発明は、流体機械に用いられるメカニカルシールに関する。

メカニカルシールは、ポンプ等の流体機械の回転軸が貫通され、この回転軸の周囲に封止液室を形成するハウジングを備えている。封止液室内には、回転軸と一体的に回転する従動リング（回転環）と、この従動リングに押し付けられるシートリング（固定環）が配設されている。封止液室の内部は、封止液（揚水）で満たされている。

メカニカルシールは、摩擦熱の除去により昇温した封止液を冷却するための冷却機構を有する。例えば、ハウジング外の水冷式熱交換器に、外部冷却水と封止液室内の封止液とを循環通水させることにより、封止液が強制冷却される。

しかし、水冷式熱交換器をハウジングの外部に配設したメカニカルシールは、封止液室と熱交換器とを接続する一対の封止液用配管、冷却水の水源と熱交換器とを接続する一対の冷却水用配管、および冷却水を供給するための給水ポンプが必要である。これらの附帯設備は、メカニカルシールの設計や製作に大きな制約となるうえ、メンテナンスも必要になるためコスト高となる。

特許文献１のメカニカルシールでは、ハウジングの外部に空冷式の熱交換器を配設し、この空冷式熱交換器に封止液を通水させることにより、封止液を冷却する。また、特許文献２のメカニカルシールでは、ハウジングを構成するシールカバーに放熱フィンを一体的に設け、この放熱フィンをファンによって冷却することにより、シールカバー内の封止液を冷却する。

特許文献１，２のメカニカルシールは、冷却水を供給する冷却水用配管および給水ポンプが不要であるため、附帯設備を簡素化できるうえ、コストの増大を抑制できる。しかし、特許文献１のメカニカルシールは、封止液を循環供給するための封止液用配管がなおも必要であるため、設計や製作に制約がある。一方、特許文献２のメカニカルシールは、封止液用配管も不要であるため、設計や製作の自由度は向上するが、放熱フィンを介してシールカバーを冷却し、このシールカバーを介して封止液を冷却するため、封止液を効率的に冷却できない。

特開９−８９１１９号公報 特開２００９−２５０４３２号公報

本発明では、附帯設備を増やすことなく、効率的に封止液の冷却が可能なメカニカルシールを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明のメカニカルシールは、流体機械の回転軸の周囲に封止液室を形成するハウジングと、前記ハウジングの前記封止液室内に回転可能に配設され、前記回転軸と一体的に回転する回転環と、前記ハウジングの前記封止液室内に回転不可能に配設され、前記回転環が当接して摺動面を形成する固定環と、前記ハウジングに対して固定され、前記回転軸に対して周方向に間隔をあけて複数配置されたフィン部、および個々の前記フィン部内に形成した封止液流路を有する放熱部材と、互いに隣接する前記封止液流路をそれぞれ連通させる複数の連通路と、前記封止液室と前記封止液流路とを連通させる流入路および流出路とを備える構成としている。

このメカニカルシールは、ハウジングの封止液室の外周部に封止液流路を有する放熱部材を配設し、封止液流路と封止液室とを連通させる流入路および流出路をハウジングに設けた構成である。よって、ハウジングに対して封止液用配管等の附帯設備を配設する必要はないため、省スペース化を図ることができるうえ、設計や製作の自由度を向上できる。そして、各フィン部の封止液流路にて封止液を効率的に冷却することができる。

前記フィン部は、径方向内側から外側に窪む凹部を有するように径方向に突出して形成され、前記ハウジングと前記放熱部材との間に挟設され、前記各フィン部の凹部を閉塞して前記封止液流路を形成し該封止液流路と前記連通路とを連通させる流路入口および該流路入口より上方に配置され前記封止液流路と前記連通路とを連通させる流路出口を有する閉塞部材を備えることが好ましい。この構成によれば、各フィン部の封止液流路に封止液を順次通水させることができるため、封止液を冷却するための距離（時間）を十分に確保することができる。よって、封止液を確実かつ効率的に冷却することができる。

最高位置の前記フィン部の封止液流路は隆起部を備え、該隆起部の上端に、前記封止液流路と前記流路出口とを連通する出口側通路を形成したことが好ましい。この構成によれば、フィン内に空気が滞留することを回避できる。

前記流入路を前記回転軸の下方に配置するとともに、前記流出路を前記回転軸の上方に配置した循環路を備えることが好ましい。この構成によれば、封止液の流動状態を安定させることができる。

前記流入路を前記回転軸の下方に配置するとともに、前記流出路を前記回転軸の左右両側にそれぞれ配置した第１循環路と、前記流入路を前記回転軸の上方に配置するとともに、前記流出路を前記回転軸の左右両側にそれぞれ配置した第２循環路とを有する循環路を備えることが好ましい。この構成によれば、流出路を複数（４つ）設けることができるので、摺動面のより均一かつ効率的な冷却を実行できる。

前記回転軸の外周面に投影した前記循環路はクランク状に蛇行していることが好ましい。この構成によれば、循環路を長距離化でき、封止液の冷却効率を向上できる。

個々の前記フィン部は前記回転軸に交差する方向に延びていることが好ましい。この構成によれば、封止液流路を長距離化でき、封止液の冷却効率を向上できる。

最高位置の前記フィン部に空気抜き弁が設けられていることが好ましい。この構成によれば、フィン部内の空気を容易かつ確実に排出できるので、メンテナンス性を向上させることができる。

前記回転軸に、前記放熱部材へ冷却風を送風するファンを配設することが好ましい。この構成によれば、流体機械の作動により回転軸に連動してファンが回転し、フィン部に冷却風を送風することができる。よって、冷却効率を向上できる。
この場合、前記ハウジングの外周部に、前記放熱部材および前記ファンを覆うダクト部材を配設することが好ましい。このようにすれば、ファンによる送風路を区画できるため、更に冷却効率を向上できる。

前記ハウジングは、流体機械のケーシングに固定されるベースと、前記ベースに対して前記ケーシングと逆側に位置するように固定されるとともに前記封止液室が形成されたシールカバーとを備え、前記放熱部材は、前記ベースの外周部に対して液密に配置された状態で、前記ベースに対して固定されることが好ましい。この構成によれば、ベースに対するシールカバーの固定を解除することにより、回転軸と一緒に回転環と固定環とを一体的に取り外すことができる。そのため、メンテナンス時の清掃や部品交換を容易に行うことができる。

前記ハウジングと前記閉塞部材との間にヒートバリア部を設けることが好ましい。この構成によれば、流体機械からハウジングおよび閉塞部材を介したフィン部への熱伝導を低減することができる。よって、各フィン部での封止液の冷却効率を更に向上できる。

本発明のメカニカルシールでは、ハウジングに放熱部材を配設し、ハウジングの封止液室と放熱部材の封止液流路とを連通させる流入路および流出路をハウジングに設けているため、別体の配管等の附帯設備を配設する必要はない。よって、省スペース化を図ることができるうえ、メカニカルシールの設計や製作の自由度を向上できる。また、各フィン部の封止液流路にて封止液を効率的に冷却できるため、回転環と固定環との摩擦熱を確実に除去できる。

本発明の第１実施形態のメカニカルシールを示す断面図。 図１の要部拡大断面図。 放熱部材および閉塞部材を示す斜視図。 図１のＩＶ-ＩＶ線断面図。 図１における放熱部材のＶ−Ｖ線で切断した断面の包絡面の展開図。 図５のＶＩ-ＶＩ線断面図。 図５のＶＩＩ-ＶＩＩ線断面図。 第１実施形態のメカニカルシールの封止液の循環を示す図。 ハウジングのシールカバーを取り外した状態を示す断面図。 図１のＸ-Ｘ線で切断した第２実施形態のメカニカルシールを示す断面図。 第２実施形態のメカニカルシールの封止液の循環を示す図。 本発明のメカニカルシールの別の放熱部材を示す図。 本発明のメカニカルシールの別の放熱部材を示す図。 本発明のメカニカルシールの変形例を示す図。 （ａ）ないし（ｃ）はフィン部の封止液流路と流路入口及び流路出口との位置関係を示す図。 封止液の流れを示す図。 封止液の流れを示す図。 封止液の流れを示す図。 封止液の流れを示す図。 封止液の流れを示す図。 封止液の流れを示す図。 封止液の流れを示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態のメカニカルシール１０を示す。このメカニカルシール１０は、流体機械（例えば高温流体を扱うボイラー給水用のポンプ）のケーシング１に固定されるハウジング１１を備える。本実施形態のメカニカルシール１０は、ハウジング１１の外周部に空冷式の放熱部材３１を配設し、この放熱部材３１に封止液室２１内の封止液を循環供給することにより、封止液を効率的に冷却できる。

ハウジング１１は、ケーシング１から突出した回転軸２を貫通させて配置されるように形成され、回転軸２の周囲に位置する封止液室２１を備える。そして、封止液室２１内に回転環である従動リング２５と固定環であるシートリング２８とが配設される。具体的には、ハウジング１１は、ケーシング１に対してボルト締めにより固定されるベース１２と、ベース１２に対してボルト締めにより固定されるシールカバー１７とを備える。

ベース１２は、中心に回転軸２を貫通させる開口部１３を有する円筒状に形成されている。このベース１２の開口部１３には、ケーシング１に向けて回転軸２の軸線に沿った方向（軸方向）に突出する円環状の取付部１４が設けられている。この取付部１４にボルト１５を軸方向に貫通させて、ケーシング１に対してベース１２が固定される。なお、取付部１４とケーシング１との間はシールパッキンにより封止されている。ベース１２のケーシング１と逆側の大気側の端部には、シールカバー１７を収容するシールカバー収容部５５が設けられている。図２に示すように、ベース１２のシールカバー収容部５５と開口部１３と間の内周部には、開口部１３と略同一内径の空隙部１９が設けられている。

シールカバー１７は、シールカバー収容部５５に収容される大きさで円環状に形成されている。このシールカバー１７は、軸方向に沿ってボルト１８を貫通させて、ベース１２に対して固定される。シールカバー１７のケーシング１側の面には、回転軸２の軸線に沿った方向（軸方向）に突出する円環状のカバー部材取付部５６が設けられている。カバー部材取付部５６には、ベース１２の空隙部１９の内周面に当接するように、筒状のカバー部材２０が取り付けられている。このカバー部材２０内は、回転軸２の周囲に形成され、流体機械が取り扱う流体（揚水）からなる封止液で満たされる封止液室２１を構成する。なお、カバー部材２０とベース１２との間、およびカバー部材２０とカバー部材取付部５６との間は、それぞれ、シールパッキンにより封止されている。

ハウジング１１内に位置するように、回転軸２にはスリーブ２２が嵌められている。このスリーブ２２は、回転軸２に対して固定部材２３によって回転不可能に固定され、回転軸２に連動して一体的に回転する。スリーブ２２のケーシング１と反対側の端部には、カラー６８が設けられている。カラー６８は、スリーブ２２、及び回転軸２のそれぞれに対して、セットボルトにより固定されている。すなわち、スリーブ２２は、回転軸２方向に対して固定されている。なお、スリーブ２２と回転軸２との間はシールパッキンにより封止されている。

スリーブ２２には、封止液室２１内のケーシング１の側に位置するようにホルダ２４が固定されている。このホルダ２４の内部には、回転軸２に連動して一体的に回転する従動リング２５の一部が収容されている。この従動リング２５は、ホルダ２４（回転軸２）に対して回転不可能であるが、回転軸２の軸方向には移動可能に配設されている。従動リング２５とスリーブ２２との間にはシールパッキンが配設されている。また、従動リング２５とホルダ２４との間にはコンプレッションリング２６が配設されている。そして、コンプレッションリング２６とホルダ２４との間には、従動リング２５を回転軸２の軸線に沿って大気側へ弾性的に付勢するためのスプリング２７が配設されている。

封止液室２１内の大気側、即ちスプリング２７による従動リング２５の付勢方向先端にはシートリング２８が配設されている。このシートリング２８は、シールカバー１７に固定されたピン２９を差し込むことで、封止液室２１内に回転不可能に保持されている。なお、シートリング２８とシールカバー１７のカバー部材取付部５６との間はシールパッキンにより封止されている。従動リング２５およびシートリング２８は、回転軸２の軸方向に沿った対向位置が、回転軸２の軸線に対して直交する面状に形成されている。そして、シートリング２８に対して従動リング２５がスプリング２７の付勢力によって弾性的に押し付けられることにより、その当接部分が封止液室２１を大気側に対して封止する摺動面３０を構成する。

図１に示すように、封止液室２１の外周部であるベース１２の外周部には、封止液を冷却するための放熱部材３１が閉塞部材３８を介して配設されている。この放熱部材３１は、図３および４に示すように、円筒部５７の外周部分に、径方向に突出する高さが等しい複数（本実施形態では２４個）のフィン部３５Ａ〜３５Ｍ（フィン部３５Ａ：底部に配置、フィン部３５Ｍ：頂部に配置，フィン部３５Ｂ〜３５Ｌ：鉛直線に対して線対称に配置）が回転軸２に対して周方向に所定の間隔をあけて配置されるように形成されている。円筒部５７の軸方向におけるフィン部３５Ａ〜３５Ｍの両側には、装着部３２Ａ，３２Ｂが設けられている。この装着部３２Ａ，３２Ｂには、径方向に貫通するボルト穴３３が設けられ、放熱部材３１は、ボルト３４により閉塞部材３８を外嵌した状態のベース１２に対して固定される。フィン部３５Ａ〜３５Ｍは、径方向内側から外側に窪む凹部を有するように径方向に突出して形成されている。フィン部３５Ｈ〜Ｍの凹部には、傾斜部（隆起部）６５Ｈ〜Ｍが設けられ、凹部と傾斜部６５Ｈ〜Ｍとにより封止液流路３６Ｈ〜Ｍが画定されている。傾斜部６５Ｍの上端に、封止液流路３６Ｍと流路出口５９Ｍとを連通する出口側通路４１が設けられている。図１５（ａ）に示すように、フィン部３５Ｊには、最高位置付近の封止液流路３６Ｊと流路出口５９Jとを連通するように傾斜部６５Ｊに形成された空気抜き孔６９Ｊが設けられている。空気抜き孔６９Ｊを設けることにより、フィン部３５Ｊの内部に空気だまりが生じることを防止する。フィン部３５Ｈ，３５Ｉ，３５Ｋ，３５Ｌもフィン部３５Ｊと同様に構成されている。なお、フィン部３５Ａ〜３５Ｍ間には、補強用の連結リブ３７が設けられている。連結リブ３７は、ケーシング１側に向かうにつれて径方向外向きに拡径している。すなわち、メカニカルシール１０は、後述するファン５１による送風が通過し易い構造となっている。空気抜き弁６４Ｍは、図１に示すように、フィン部３５Ｍの外周面に設けられている。各フィン部３５Ａ〜３５Ｍの凹部を形成する壁面には、熱伝導率を向上するためのコーティングや塗装を施してもよい。

放熱部材３１の凹部、すなわち、各フィン部３５Ａ〜３５Ｍのベース１２側の開口は、ハウジング１１と放熱部材３１との間に挟設された閉塞部材３８により閉塞されている。閉塞部材３８により閉塞されたフィン部３５Ａ〜３５Ｍの凹部の内部空間は、封止液流路３６Ａ〜３６Ｍを構成する。閉塞部材３８には、放熱部材３１のボルト穴３３と対応するボルト穴３９が設けられ、放熱部材３１をボルト止めすることにより閉塞部材３８は一緒に固定される。なお、閉塞部材３８と放熱部材３１との間は、シールパッキンにより封止されている。すなわち、放熱部材３１は、ベース１２の外周部に対して液密に配置された状態である。

閉塞部材３８には、フィン部３５Ａ〜３５Ｍの封止液流路３６Ａ〜３６Ｍのそれぞれと連続するように、一対の貫通孔５８Ａ〜５８Ｍ，５９Ａ〜５９Ｍが各フィン部３５Ａ〜３５Ｍに対応して設けられている。一方の貫通孔５８Ａ〜５８Ｍはケーシング１側に配置され、他方の貫通孔５９Ａ〜５９Ｍはケーシング１と反対側に配置されている。フィン部３５Ａを１番目、フィン部３５Ａに隣接するフィン部３５Ｂを２番目とした場合、奇数番目のフィン部３５（Ａ，Ｃ，・・・，Ｍ）では、貫通孔５８は封止液流路３６（Ａ，Ｃ，・・・，Ｍ）への流路入口を構成し、貫通孔５９は封止液流路３６（Ａ，Ｃ，・・・，Ｍ）からの流路出口を構成する。そして、偶数番目のフィン部３５（Ｂ，Ｄ，・・・，Ｌ）では、貫通孔５９（Ｂ，Ｄ，・・・，Ｌ）は流路入口を構成し、貫通孔５８（Ｂ，Ｄ，・・・，Ｌ）は流路出口を構成する。斜め上向き、水平方向、及び斜め下向きに突出するフィン部３５の例として、図１５（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示したように、流路出口は、流路入口より上方に配置されている。

閉塞部材３８の貫通孔５８，５９間の内周面には、径方向外向きに拡開させた環状溝１６が設けられている。この環状溝１６は、閉塞部材３８とベース１２との間に隙間を形成するために配置され、該隙間はヒートバリア部を構成する。なお、環状溝１６，１６間には、閉塞部材３８とベース１２との間を液密に封止するためのシールパッキンが配設されている。

本実施形態の放熱部材３１は、フィン部３５Ａに流路入口５８Ａを介して後述する流入路４５を接続し、頂部のフィン部３５Ｍに流路出口５９Ｍを介して後述する流出路４６を接続する構成としている。図５及び図６に示すように、ベース１２には、奇数番目のフィン部３５（Ａ，Ｃ，・・・，Ｋ）の流路出口５９と、偶数番目のフィン部３５（Ｂ，Ｄ，・・・，Ｌ）の流路入口５９とを連通する連通路４４（ＡＢ，ＣＤ，・・・，ＫＬ）が設けられている。また、図５及び図７に示すように、偶数番目のフィン部３５（Ｂ，Ｄ，・・・，Ｌ）の流路出口５８と、奇数番目のフィン部３５（Ｃ，Ｅ，・・・，Ｍ）の流路入口５８とを連通する連通路４４（ＢＣ，ＤＥ，・・・，ＬＭ）が設けられている。すなわち、連通路４４は、閉塞部材３８の流路出口５８，５９と、流路入口５８，５９とを連通させるように周方向の同じ側に延びている。例えば、連通路４４ＡＢ、４４ＡＢは、流路出口５９Ａと流路出口５９Ａの周方向両側の流路入口５９Ｂ，５９Ｂとの間に設けられている。連通路４４ＬＭ、４４ＬＭは、流路入口５８Ｍと流路入口５８Ｍの周方向両側の流路出口５８Ｌ，５８Ｌとの間に設けられている。フィン部３５Ｍの出口側通路４１と流出路４６との間には流出孔部６６が設けられている。回転軸２の外周面に投影した封止液流路３６および連通路４４を含む循環路は、クランク状に蛇行している。なお、貫通孔５８のケーシング１側、および貫通孔５９のケーシング１と反対側には、閉塞部材３８とベース１２との間を液密に封止するためのシールパッキンが配設されている。

図１に示すように、ベース１２には、封止液室２１内と放熱部材３１の封止液流路３６Ａ〜３６Ｍとを連通させて、封止液を循環供給するための流入路４５および流出路４６が設けられている。流入路４５は、閉塞部材３８の流路入口５８Ａに連続するように、ベース１２に設けられている。流出路４６は、閉塞部材３８の流路出口５９Ｍに連続するように、ベース１２に設けられている。なお、本実施形態では、シールカバー１７のカバー部材取付部５６に設けたカバー部材２０に、流出路４６と封止液室２１とを連通する流出部４７が設けられている。この流出部４７は、従動リング２５とシートリング２８との摺動面３０に封止液が吐出されるように構成している。メカニカルシール１０は、封止液室２１から、流入路４５、放熱部材３１の封止液流路３６、流出路４６、および流出部４７を経て、封止液室２１へ戻る循環路を備えている。

流入路４５の入口側である開口部１３内には、スリーブ２２に固定され、回転軸２に連動して一体的に回転するポンプリング４８が配設されている。図２に示すように、ポンプリング４８のケーシング１側の外周部には、ケーシング１内の揚水の流入を遮断するためのラビリンス４９が設けられている。また、ポンプリング４８の封止液室２１側の外周部には、周方向に所定間隔をもって軸方向に延びる溝が設けられている。この溝を形成していない部分により羽根部５０が形成されている。この羽根部５０は、封止液室２１内の封止液を径方向外向きに流動させ、流入路４５から放熱部材３１および流出路４６を経て封止液室２１内へ循環させる循環手段を構成する。

本実施形態では、放熱部材３１の大気側にケーシング１側へ向けて冷却風を送風するファン５１が配設されている。このファン５１は、スリーブ２２に固定されることにより、回転軸２に連動して一体的に回転する。また、ハウジング１１の外周部には、ファン５１および放熱部材３１を覆うようにダクト部材５２が配設されている。このダクト部材５２には、ファン５１による送風方向先端側に切欠部５３が設けられている。

このように構成したメカニカルシール１０は、流体機械の回転軸２が回転されると、ポンプリング４８が回転することにより、ラビリンス４９によってケーシング１内の揚水がハウジング１１内に流入することを阻止する。また、封止液室２１内の封止液は、従動リング２５とシートリング２８とが摺接する摺動面３０により、大気側への漏れが阻止される。そして、摺接により発生した従動リング２５およびシートリング２８の摩擦熱は、封止液により除去される。図８に示すように、摩擦熱を吸着することにより昇温した封止液は、ポンプリング４８の羽根部５０によってベース１２の流入路４５へ流動され、放熱部材３１内を通水されて冷却された後、流出路４６を通して封止液室２１内へ循環供給される。

具体的には、図１及び図１７に示すように、封止液室２１からベース１２の流入路４５に流入した封止液は、流路入口５８Ａからフィン部３５Ａ内の封止液流路３６Ａに流入する。図１６及び図１８に示すように、封止液流路３６Ａを通過後、流路出口５９Ａを通り両側に分かれて連通路４４ＡＢ，４４ＡＢ内に流入する。４４ＡＢ内に流入した封止液は、流路入口５９Ｂを通ってフィン部３５Ｂ内の封止液流路３６Ｂに流入する。そして、封止液は、封止液流路３６Ｂを通過後、流路出口５８Ｂを通って連通路４４ＢＣ内に流入し、流路入口５８Ｃを通ってフィン部３５Ｃ内の封止液流路３６Ｃに流入する。その後、封止液流路３６Ｃの流体は、上述した流れと同様の流れでフィン部３５Ｄ〜Ｌ内を通って連通路４４ＬＭ（図７参照）内に流入し、流路入口５８Ｍに対する左右両側の４４ＬＭ内の封止液が合流し流路入口５８Ｍを通ってフィン部３５Ｍ内の封止液流路３６Ｍに流入する。そして、流路出口５９Ｍを通って流出路４６へ流出し、カバー部材２０の流出部４７から封止液室２１に循環供給される。

この際、本実施形態の放熱部材３１は、回転軸２に連動して回転するファン５１により冷却（放熱）されている。しかも、ダクト部材５２を配設することにより、放熱部材３１の冷却効率が向上されている。その結果、放熱部材３１の各封止液流路３６Ａ〜３６Ｍを通過する封止液は、熱交換作用によって十分に冷却されて、封止液室２１に循環供給される。

このように、本実施形態のメカニカルシール１０は、ハウジング１１の封止液室２１の外周部に封止液流路３６Ａ〜３６Ｍを有する放熱部材３１を配設し、封止液流路３６Ａ〜３６Ｍと封止液室２１とを連通させる流入路４５および流出路４６をハウジング１１に設けた構成である。よって、ハウジング１１に対して封止液用配管等の附帯設備を配設する必要はないため、省スペース化を図ることができるうえ、設計や製作の自由度を向上できる。そして、各フィン部３５Ａ〜３５Ｍの封止液流路３６Ａ〜３６Ｍにて封止液を効率的に冷却することができる。

また、回転軸２の外周面に投影した循環路はクランク状に蛇行しているので、循環路を長距離化できる。そして、封止液は、放熱部材３１の底部のフィン部３５Ａからフィン部３５Ｂ〜Ｌを経てフィン部３５Ｍに流入させた後、封止液室２１に循環供給されるため、冷却するための距離（時間）を十分に確保することができる。よって、封止液を確実かつ効率的に冷却することができる。しかも、回転軸２と一体的に回転するファン５１およびダクト部材５２により、更に効率的な冷却を行うことができる。放熱部材３１のフィン部３５Ａ〜３５Ｍを回転軸２に対して周方向に配置する、すなわち、それぞれが軸方向に延びるように配置するとともに、連結リブ３７をケーシング１側に向かうにつれて径方向外向きに拡径するように放熱部材３１に設けているため、冷却風の流れを良くすることができ、冷却性能を高めることができる。また、ハウジング１１と、放熱部材３１を閉塞する閉塞部材３８との間にヒートバリア部１６，１６を設け、ケーシング１からハウジング１１および閉塞部材３８を介したフィン部３５Ａ〜３５Ｍへの熱伝導を低減しているため、各フィン部３５Ａ〜３５Ｍでの封止液の冷却効率を更に向上できる。また、流入路４５を回転軸２の下方に配置するとともに、流出路４６を回転軸２の上方に配置しているので、封止液の流動状態を安定させることができる。

さらに、本実施形態のハウジング１１は、ケーシング１に固定されるベース１２と、ベース１２に固定されるシールカバー１７とを備え、ベース１２の外周部に放熱部材３１を配設した構成である。よって、図９に示すように、シールカバー１７のボルト１８の固定を解除することにより、回転軸２およびスリーブ２２と一緒に従動リング２５およびシートリング２８を一体的に取り外すことができる。そのため、メンテナンス時の清掃や部品交換を容易に行うことができる。

封止液流路３６Ｍは傾斜部６５Ｍを有し、該傾斜部６５Ｍの上端に封止液流路３６Ｍと流路出口５９Ｍとを連通する出口側通路４１を設けているので、フィン３５Ｍ内に空気が滞留することを回避できる。

（第２実施形態）
図１０は第２実施形態のメカニカルシール１０を示す。この第２実施形態では、図１１に示すように、循環路は第１循環路６１と第２循環路６２とからなる点で、第１実施形態と相違する。第１循環路６１では、流入路４５Ａを回転軸２の下方に配置するとともに流出路４６Ｅ，４６Ｅを回転軸２の左右両側に配置している。第２循環路６２では、流入路４５Ｍを回転軸２の上方に配置するとともに流出路４６Ｉ，４６Ｉを回転軸２の左右両側に配置している。

具体的には、第１循環路６１において、流入路４５Ａは流路入口５８Ａと接続され、流出路４６Ｅ，４６Ｅはフィン部３５Ｅの流路出口５９Ｅ，５９Ｅと接続されている。第２循環路６２において、流入路４５Ｍはフィン部３５Ｍの流路入口５８Ｍと接続され、流出路４６Ｉ，４６Ｉはフィン部３５Ｉ，３５Ｉの流路出口５９Ｉ，５９Ｉと接続されている。本実施形態では、フィン部３５Ｆ〜Ｈは使用されない。

このように構成したメカニカルシール１０は、流体機械の回転軸２が回転すると、図１１に示すように、摩擦熱を吸着することにより昇温した封止液は、回転軸２の下側、左側、右側のそれぞれにおいて、ポンプリング４８の羽根部５０によって、ベース１２の流入路４５Ａ，４５Ｉ，４５Ｉへ流動され、放熱部材３１内を通水されて冷却された後、回転軸２の左側、右側、上側の流出路４６Ｅ，４６Ｅ，４６Ｍを通して封止液室２１内へ循環供給される。

より詳細には、図１１及び図１９に示すように、第１循環路６１において、回転軸２の下側の流入路４５Ａに流入した封止液は、流路入口５８Ａからフィン部３５Ａ内の封止液流路３６Ａに流入する。そして、封止液は、封止液流路３６Ａを通過後、流路出口５９Ａを通り、図１６に示すように、両側に分かれて連通路４４ＡＢ，４４ＡＢ内に流入する。４４ＡＢ内に流入した封止液は、上述した流れと同様の流れでフィン部３５Ｂ〜Ｄ内を通って連通路４４ＤＥ内に流入し、左右両側の流路入口５９Ｅ，５９Ｅを通り、図２０に示すように、流出路４６Ｅ，４６Ｅへ流出する。流出した封止液は、カバー部材２０の流出部４７，４７から、従動リング２５とシートリング２８とが摺接する摺動面３０に向けて噴射するように封止液室２１に循環供給される。

また、第２循環路６２において、回転軸２の右側の流入路４５に流入した封止液は、図２１に示すように、流路入口５８Ｉからフィン部３５Ｉ内の封止液流路３６Ｉに流入する。そして、封止液は、封止液流路３６Ｉを通過後、流路出口５９Ｉを通り連通路４４ＩＪ内に流入する。４４ＩＪ内に流入した封止液は、上述した流れと同様の流れでフィン部３５Ｊ〜Ｌ内を通って連通路４４ＬＭ内に流入し（図５参照）、逆側の連通路４４ＬＭから流入する封止液と合流して、流出孔部６６に流出される（図２２参照）。そして、合流した封止液は、流出孔部６６から流出路４６Ｍへ流出し、カバー部材２０の流出部４７から、従動リング２５とシートリング２８とが摺接する摺動面３０に向けて噴射するように封止液室２１に循環供給される。回転軸２の左側の流入路４５Ｉに流入した封止液の流れについても、回転軸２の右側の流入路４５Ｉに流入した封止液の流れと同様である。

このように構成した第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。さらに、流出路４６を複数（４つ）設けているため、従動リング２５とシートリング２８とが摺接する摺動面３０の、より均一かつ効率的な冷却を実行できる。

なお、本発明のメカニカルシール１０は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、流入路４５および流出路４６の位置を変更してもよい。また、流入路４５および流出路４６の数量を変更してもよい。

図１２に示すように、放熱部材３１は、傾斜部６５Ｍを、傾斜部分を有さない高台部（隆起部）６７に置換したものであってもよい。また、図１３に示すように、放熱部材３１は、個々のフィン部３５Ａ〜３５Ｍが、回転軸２に交差する方向に延びたものであってもよい。この構成によれば、封止液流路３６Ａ〜３６Ｍを長距離化でき、封止液の冷却効率を向上できる。

各フィン部３５Ａ〜３５Ｍには、外方に突出する板状のフィンや突起部を設けて、更に冷却性能を向上できるようにしてもよい。しかも、図１４に示すように、ファン５１の代わりに放熱部材３１のフィン部３５Ａ〜３５Ｍを囲繞する強制冷却用ボックス（冷却ジャケット）６３を配設し、この強制冷却用ボックス６３内に外部の冷却水を循環供給できるように構成してもよい。

第２実施形態では、２つの循環路６１，６２に、それぞれ流出路４６Ｅ，４６Ｉを設けているが、第１実施形態と同様に、２つの循環路６１，６２に共通の流出路を設けてもよい。

１ ケーシング
２ 回転軸
１０ メカニカルシール
１１ ハウジング
１２ ベース
１３ 開口部
１４ 取付部
１５ ボルト
１６ 環状溝(ヒートバリア部)
１７ シールカバー
１８ ボルト
１９ 空隙部
２０ カバー部材
２１ 封止液室
２２ スリーブ
２３ 固定部材
２４ ホルダ
２５ 従動リング
２６ コンプレッションリング
２７ スプリング
２８ シートリング
２９ ピン
３０ 摺動面
３１ 放熱部材
３２Ａ，３２Ｂ 装着部
３３ ボルト穴
３４ ボルト
３５Ａ〜３５Ｍ フィン部
３６Ａ〜３６Ｍ 封止液流路
３７ 連結リブ
３８ 閉塞部材
３９ ボルト穴
４１ 出口側通路
４４ 連通路
４５ 流入路
４６ 流出路
４７ 流出部
４８ ポンプリング
４９ ラビリンス
５０ 羽根部
５１ ファン
５２ ダクト部材
５３ 切欠部
５５ シールカバー収容部
５６ カバー部材取付部
５７ 円筒部
５８Ａ〜５８Ｍ 貫通孔
５９Ａ〜５９Ｍ 貫通孔
６１ 第１循環路
６２ 第２循環路
６３ 強制冷却用ボックス（冷却ジャケット）
６４Ｍ 空気抜き弁
６５Ｍ 傾斜部（隆起部）
６６ 流出孔部
６７ 高台部（隆起部）
６８ カラー
６９ 空気抜き孔

Claims (12)

1. 流体機械の回転軸の周囲に封止液室を形成するハウジングと、
   前記ハウジングの前記封止液室内に回転可能に配設され、前記回転軸と一体的に回転する回転環と、
   前記ハウジングの前記封止液室内に回転不可能に配設され、前記回転環が当接して摺動面を形成する固定環と、
   前記ハウジングに対して固定され、前記回転軸に対して周方向に間隔をあけて複数配置されたフィン部、および個々の前記フィン部内に形成した封止液流路を有する放熱部材と、
   互いに隣接する前記封止液流路をそれぞれ連通させる複数の連通路と、
   前記封止液室と前記封止液流路とを連通させる流入路および流出路と
   を備えることを特徴とするメカニカルシール。
2. 前記フィン部は、径方向内側から外側に窪む凹部を有するように径方向に突出して形成され、
   前記ハウジングと前記放熱部材との間に挟設され、前記各フィン部の凹部を閉塞して前記封止液流路を形成し該封止液流路と前記連通路とを連通させる流路入口および該流路入口より上方に配置され前記封止液流路と前記連通路とを連通させる流路出口を有する閉塞部材を備え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。
3. 最高位置の前記フィン部の封止液流路は隆起部を備え、該隆起部の上端に、前記封止液流路と前記流路出口とを連通する出口側通路を形成したことを特徴とする請求項２に記載のメカニカルシール。
4. 前記流入路を前記回転軸の下方に配置するとともに、前記流出路を前記回転軸の上方に配置した循環路を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
5. 前記流入路を前記回転軸の下方に配置するとともに、前記流出路を前記回転軸の左右両側にそれぞれ配置した第１循環路と、
   前記流入路を前記回転軸の上方に配置するとともに、前記流出路を前記回転軸の左右両側にそれぞれ配置した第２循環路と
   を有する循環路を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
6. 前記回転軸の外周面に投影した前記循環路はクランク状に蛇行していることを特徴とする請求項４または５に記載のメカニカルシール。
7. 個々の前記フィン部は前記回転軸に交差する方向に延びていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
8. 最高位置の前記フィン部に空気抜き弁が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
9. 前記回転軸に、前記放熱部材へ冷却風を送風するファンを配設したことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
10. 前記ハウジングの外周部に、前記放熱部材および前記ファンを覆うダクト部材を配設したことを特徴とする請求項９に記載のメカニカルシール。
11. 前記ハウジングは、流体機械のケーシングに固定されるベースと、前記ベースに対して前記ケーシングと逆側に位置するように固定されるとともに前記封止液室が形成されたシールカバーとを備え、
    前記放熱部材は、前記ベースの外周部に対して液密に配置された状態で、前記ベースに対して固定されることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
12. 前記ハウジングと前記閉塞部材との間にヒートバリア部を設けたことを特徴とする請求項２に記載のメカニカルシール。

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