JP6509896B2 - メカニカルシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、化学、食品、一般産業等の回転機器の軸封として用いられるメカニカルシール装置に関する。

従来のベローズ型メカニカルシール装置は、ベローズに固定されたリテーナに保持されたシールリングと、シールリングに対向して摺接するメイティングリングとを備え、シールリングはリテーナ、ベローズ、アダプタを介してシールカバーに支持され、メイティングリングは回転軸に支持されて回転軸とともに回転するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１０／１１６８４４号（段落００１６、図１）

特許文献１に示されるメカニカルシール装置にあっては、固定側のシールアッセンブリを構成するリテーナ、ベローズ、アダプタ及びシールカバーはそれぞれ溶接などによって相互に固定されている。そしてシールカバーは機器本体にボルトやナットによって固定されている。そのためシールリングの摺接面の修正など、メンテナンスを行う際には、シールカバーを機器本体に固定するボルトやナットによる締結を解除し、シールカバーとともに固定側のシールアッセンブリを軸方向に取り外し、メンテナンスが行われる。

しかし、メンテナンス時に取り外したシールカバーはシールリング等のシール要素を回転軸の径方向及び軸方向に覆う構造のため、径方向及び軸方向に大きく、かつ相当な重量を有しており、シールカバーにベローズ等を介して接続されたシールリング等のメンテナンスのハンドリング性が悪いという問題があった。特に、大型の機器に用いられるメカニカルシール装置程、この問題は顕著であった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、シールカバーの構造を改良し、シールリング等のシール要素のメンテナンスのハンドリング性に優れるメカニカルシール装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシール装置は、
回転軸とともに回転されるメイティングリングと、前記メイティングリングに対向して摺接されるシールリングとを具備し、前記回転軸と機器本体に固定されるシールカバーとの間をシールするメカニカルシール装置であって、
前記シールカバーは、少なくとも第１シールカバーと第２シールカバーとからなる分割構造体であり、前記第１シールカバーが前記第２シールカバーを残して軸方向に着脱可能に接続されているとともに、前記シールリングが前記第１シールカバーに追従可能な態様で接続されていることを特徴としている。
この特徴によれば、シールリングが第１シールカバーに追従可能な態様で接続されており、かつ第１シールカバーが第２シールカバーを残して軸方向に着脱可能に接続されているため、シールリングを第１シールカバーとともに第２シールカバーから外すことにより、重量の軽いハンドリング性に優れた接続体に対してシールリング等のメンテナンスを実施できることになる。

前記第１シールカバーは、外径側シールカバーと内径側シールカバーなる着脱可能に接続された分割構造体であり、前記シールリングが前記内径側シールカバーに追従可能な態様で接続されているとともに、前記外径側シールカバーと前記第２シールカバーにそれぞれ外部から前記シールリング配置空間に流体を供給するため供給孔が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、内径側シールカバーに供給孔を形成する必要がなく、内径側シールカバーを小型・軽量に形成でき、メンテナンス時におけるシールカバーのハンドリング性能を向上させることができる。

前記第１シールカバーは、外径側シールカバーと内径側シールカバーからなる分割構造体であり、前記内径側シールカバーが前記外径側シールカバーに軸方向外側から着脱可能に接続されているとともに、前記シールリングが前記内径側シールカバーに追従可能な態様で接続されていることを特徴としている。
この特徴によれば、外径側シールカバーを取り外さなくとも、シールリングが接続された内径側シールカバーを外径側シールカバーから外すことができることになる。

実施例１におけるメカニカルシール装置の断面図である。 図１のメカニカルシール装置から第１シールカバー（外径側及び内径側のシールカバー）を取り外した状態を示す断面図である。 図２の外径側シールカバーから内径側シールカバーを取り外した状態を示す断面図である。

本発明に係るメカニカルシール装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係るメカニカルシール装置につき、図１から図３を参照して説明する。以下、図１の上下をメカニカルシール装置の上下、メカニカル装置の内部側と大気側を内側、外側として説明する。

メカニカルシール装置１０４は所謂背面合せダブル型のものであって、一次側メカニカルシール１２０と二次側メカニカルシール１３０により、上下方向に延びる回転軸１０１と回転軸１０１の周囲を包囲するシールカバー１０５との間を軸封するものである。回転軸１０１の下端部には機器本体１０２に収容されるポンプインペラが固定されている。シールカバー１０５は、ボルト１０９、ナット１１０により機器本体１０２に固定され、回転軸１０１の周囲を軸方向及び径方向に包囲している。なお、回転軸１０１とシールカバー１０５により形成され、一次側メカニカルシール１２０、二次側メカニカルシール１３０が配置される空間をシールリング配置空間という。

シールカバー１０５は、ガスケット１０６ａを介して機器本体１０２にボルト１０９、ナット１１０により固定される軸方向シールカバー１０６（第２シールカバー）と、軸方向シールカバー１０６の端部に接続され径方向のシールをする外径側シールカバー１０７（第１シールカバー）と内径側シールカバー１０８（第１シールカバー）とから形成されている。これらシールカバー１０６、１０７、１０８は、互いに着脱可能な分割構造として形成されるとともに、その材質は、ステンレス、アルミニウム合金等の金属により形成されている。

図２に示されるように、外径側シールカバー１０７は、内径側の上側（大気Ａ側の端面側）が環状に切り欠かれた切欠部を有し、切欠部の下側には内径側に突出する環状の突出部１０７ａが形成されている。内径側シールカバー１０８は、外径側の下側が環状に切り欠かれた切欠部を有し、切欠部よりも上側には外径側に突出する環状の突出部１０８ａが形成され、環状の突出部１０８ａには結合ボルト１１１の頭部１１１ｂを収容する座繰り１０８ｄが形成されている。突出部１０７ａ、１０８ａの両側面間に環状のガスケット１０８ｅを配置した状態で、外径側シールカバー１０７の突出部１０７ａを内径側シールカバーの切欠部の位置に合わせ、結合ボルト１１１を上側から突出部１０８ａに設けられた貫通孔１０８ｂ、ガスケット１０８ｅの貫通孔を通して、突出部１０７ａの雌ネジ部１０７ｃに結合ボルト１１１の雄ネジ部１１１ａを螺合させることにより、外径側シールカバー１０７に内径側シールカバー１０８が固定される。

外径側シールカバー１０７は、図示しないボルトを締結することで軸方向シールカバー１０６に固定される。外径側シールカバー１０７と軸方向シールカバー１０６との間はガスケット１０７ｄにより密封されている。

セットスクリュー１１３がスリーブ１１２に嵌合された環状スリーブ１１３ａの雌ネジ部と螺合し、セットスクリュー１１３の先端が回転軸１０１の外周面に当接してスリーブ１１２は回転しないように固定されている。環状スリーブ１１３ａはスプリットリング１１３ｃにより軸方向外方への移動が拘束されている。また、スリーブカラー１１４によりパッキン１１４ａをスリーブ１１２の端面に押し付け回転軸１０１との間を密封している。一次側メカニカルシール１２０は、スリーブ１１２の環状突出部１１２ａの下端に密嵌固定され回転軸１０１とともに回転するメイティングリング１２１と、メイティングリング１２１に摺接する固定側のシールリング１２３、シールリング１２３を保持するリテーナ１２４、リテーナ１２４に溶接固定され軸方向に付勢力を付与するベローズ１２５、ベローズ１２５に一端が溶接固定され、他端が軸方向シールカバー１０６の内周にボルト１２７により固定されているアダプタ１２６から構成されている。なお、シールリング１２３、リテーナ１２４、ベローズ１２５、アダプタ１２６は、固定側のシールアッセンブリ１２２を構成する。

二次側メカニカルシール１３０は、スリーブ１１２の環状突出部１１２ａの上端に密嵌固定され回転軸１０１とともに回転するメイティングリング１３１と、メイティングリング１３１に摺接する固定側のシールリング１３３、シールリング１３３を保持するリテーナ１３４、リテーナ１３４に溶接固定され軸方向に付勢力を付与するベローズ１３５、ベローズ１３５に一端が溶接固定され、外周が内径側シールカバー１０８の内周に溶接により固定されているアダプタ１３６から構成されている。なお、シールリング１３３、リテーナ１３４、ベローズ１３５、アダプタ１３６は、固定側のシールアッセンブリ１３２を構成する。すなわち固定側のシールアッセンブリ１３２は、内径側シールカバー１０８に追従可能な態様で接続されている。

また、一次側メカニカルシール１２０と二次側メカニカルシール１３０の間の中間室Ｂにはその上端まで充満した状態でエクスターナル液１３７が封入されている。軸方向シールカバー１０６の下方には一次側メカニカルシール１２０が収容される中間室Ｂに連通し、エクスターナル液１３７を外部から流入させる流入孔１０６ｂ（供給孔）が設けられ、外径側シールカバー１０７の上下方向の略中央には二次側メカニカルシール１３０が収容される中間室Ｂに連通し、エクスターナル液１３７を外部に流出させる流出孔１０７ｂ（供給孔）が設けられ、エクスターナル液１３７により中間室Ｂは所望の圧力に保たれている。また、エクスターナル液１３７はスリーブ１１２に設けられたインペラ１１２ｂにより循環されるようになっている。

次に、シールリング１３３等のメンテナンスについて説明する。
（ステップ１）前準備として、ポンプ室内の液又はガス１０３を排出し、中間室Ｂ内のエクスターナル液１３７を図示しないドレンポートから排出する。図示されていないセットプレートを環状スリーブ１１３ａの凹部１１３ｂに係合させた状態で図示されていないセットプレート用ボルトにより外径側シールカバー１０７に取り付け、セットスクリュー１１３、ナット１１０を外し、機器本体１０２からメカニカルシール装置１０４を取り外す。
なお、セットプレートを取り付けることにより、環状スリーブ１１３ａ、スプリットリング１１３ｃを介して、スリーブ１１２に対して外径側シールカバー１０７が固定され、１次側メカニカルシール１２０及び２次側メカニカルシール１３０を図１に示す使用形態と同一形態のカートリッジ構造に組み立てることができる。
（ステップ２）セットプレート用ボルトを緩めセットプレートを取り外すとともに、スプリットリング１１３ｃ、スリーブカラー１１４を取り外す。
（ステップ３）結合ボルト１１１を緩め、内径側シールカバー１０８から外径側シールカバー１０７を取り外す。取り外された状態が図３に示されている。
（ステップ４）固定側シールアッセンブリ１３２のメンテナンス、例えばシールリング１３３の修理を行う。
（ステップ５）上述のステップ１〜４を逆に行い元の状態に戻す。

以上のように、シールリング１３３が内径側シールカバー１０８（第１シールカバー）に追従可能な態様で接続されており、かつ内径側シールカバー１０８（第１シールカバー）及び外径側シールカバー１０７（第１シールカバー）が軸方向シールカバー（第２シールカバー）を残して軸方向に着脱可能に接続されているため、シールリング１３３を内径側シールカバー１０８（第１シールカバー）及び外径側シールカバー１０７（第１シールカバー）を軸方向シールカバー１０６（第２シールカバー）から外すことにより図２に示されるアッセンブリが得られ、重量の軽いハンドリング性に優れた接続体に対してシールリング１３３等のメンテナンスを実施できることになる。

さらに、内径側シールカバー１０８が外径側シールカバー１０７に対して着脱可能に固定されているため、固定側シールアッセンブリ１３２を交換する必要が生じた場合には、図２に示されるアッセンブリから外径側シールカバー１０７を取り外すことができるため、外径側シールカバー１０７の交換は不要で、固定側シールアッセンブリ１３２及び内径側シールカバー１０８のみを交換すればよいため、経済性に優れる。

また、外径側シールカバー１０７は軸方向シールカバー１０６に着脱可能に接続されているため、内径側シールカバー１０８は外径側シールカバー１０７とともに軸方向シールカバー１０６から取り外した後に、内径側シールカバー１０８を取り外すことも、外径側シールカバー１０７を軸方向シールカバー１０６から取り外すことなく内径側シールカバー１０８を取り外すことも、いずれも可能であり、メンテナンスの際の選択肢が多い。

また、内径側シールカバー１０８にはエクスターナル液等の流体の供給孔が設けられておらず、流出孔１０７ｂは上端まで延在する外径側シールカバー１０７に設けられるため、流出孔１０７ｂの配置の自由度が高くなる。縦型のポンプの場合には、流出孔１０７ｂをより上方に配置させることができるから、中間室Ｂの上方に気体が溜まることを抑制できる。

さらに、他のメンテナンスの手順として、内径側シールカバー１０８の環状の突出部１０８ａが外径側シールカバー１０７の環状の突出部１０７ａよりも上側（大気Ａ側）に設けられているため、ナット１１０を緩めることなく、すなわち外径側シールカバー１０７が軸方向シールカバー１０６に固定された状態で、結合ボルト１１１を緩めることにより内径側シールカバー１０８及び固定側シールアッセンブリ１３２を取り出すこともできる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、固定側シールアッセンブリとして、シールリング、リテーナ、ベローズ及びアダプタを有するものについて説明したが、少なくともシールリングを有するものであればよい。すなわち内径側シールカバーにシールリングが接続されるものであれば良い。

また、外径側シールカバー１０７は剛性かつ耐食性に優れるステンレスが好ましいが、内径側シールカバー１０８は比較的剛性が低くても良いため耐食性に優れる材料により構成すればよく、例えば、樹脂成形品やステンレス以外の金属に耐食性コーティングを施したもの構成であってもよい。

また、メカニカルシール装置の形式として、タンデム形及びダブル形のものについて説明したが他の形式であってもよい。

１０１ 回転軸
１０２ 機器本体
１０４ メカニカルシール装置
１０５ シールカバー
１０６ 軸方向シールカバー（第２シールカバー）
１０６ｂ 流入孔（供給孔）
１０７ 外径側シールカバー（第１シールカバー）
１０７ａ 環状の突出部
１０７ｂ 流出孔（供給孔）
１０８ 内径側シールカバー（第１シールカバー）
１０８ａ 環状の突出部
１１１ 結合ボルト
１１１ｂ 頭部
１２０ 一次側メカニカルシール
１２１ メイティングリング
１２２ 固定側シールアッセンブリ
１２３ シールリング
１２５ ベローズ
１３０ 二次側メカニカルシール
１３１ メイティングリング
１３２ 固定側シールアッセンブリ
１３３ シールリング
１３５ ベローズ

Claims (2)

1. 回転軸とともに回転されるメイティングリングと、前記メイティングリングに対向して摺接されるシールリングとを具備し、前記回転軸と機器本体に固定されるシールカバーとの間をシールするメカニカルシール装置であって、
   前記シールカバーは、少なくとも第１シールカバーと第２シールカバーとからなる分割構造体であり、前記第１シールカバーが前記第２シールカバーを残して軸方向に着脱可能に接続されており、前記第１シールカバーは、外径側シールカバーと内径側シールカバーからなる分割構造体であり、前記内径側シールカバーが前記外径側シールカバーに軸方向外側から着脱可能に接続されているとともに、前記シールリングが前記内径側シールカバーに追従可能な態様で接続されていることを特徴とするメカニカルシール装置。
2. 前記第１シールカバーは、外径側シールカバーと内径側シールカバーなる着脱可能に接続された分割構造体であり、前記シールリングが前記内径側シールカバーに追従可能な態様で接続されているとともに、前記外径側シールカバーと前記第２シールカバーにそれぞれ外部から前記シールリング配置空間に流体を供給するため供給孔が設けられてい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装置。

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