JP6568959B2 - 抜落防止装置を備えたメカニカルシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に汚染媒体と共に用いられる際の、回転スライドリングの抜落防止装置を備えたメカニカルシール装置に関する。

当該技術水準において、様々な形態のメカニカルシール装置が知られている。通常、スライドリングは、抜落を避けるために、スリーブ等の外側に収縮される。これにより、スライドリングとスリーブとが圧嵌され、スライドリングの軸方向の移動及び抜落が防止される。特に、例えば原油等の汚染媒体をシールする場合には、通常、ダイヤモンドコーティングを有するスライドリングが用いられる。しかし、このコーティングにより、スライドリングをスリーブ等の外側に収縮させることができない。特に汚染媒体の場合は、ダイヤモンドコーティングが施されたスライドリングは、寿命がより長くなるという利点を有する。従って、このようなスライドリングは、緩んだ状態で配置する必要がある。即ち、メカニカルシール装置の軸方向に移動可能にする必要がある。しかし、汚染媒体が用いられるため、この媒体から塵粒子が回転スライドリングにおけるギャップに侵入して、摺動面の変位や撓みが生じる可能性がある。

このため、本発明は、軸方向において安全に配置し直すことが容易でありつつ、汚染媒体に対して問題なく使用可能な緩挿スライドリングを有し、且つ、簡易な構造を有し、容易で費用効率よく製造できるメカニカルシール装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、請求項１の特徴を有するメカニカルシール装置によって達成され、下位の請求項は、本発明の好適な更なる展開例を示す。

請求項１の特徴を有する、本発明に係るメカニカルシール装置は、それらの間にシールギャップを画成する回転スライドリング及び固定スライドリングを有する。更に、回転スライドリングをメカニカルシールの軸方向において配置し直すことを容易にするベローズ要素が設けられている。抜落防止装置によって、回転スライドリングの軸方向の抜落が防止される。抜落防止装置は、径方向外側に向けられたウェブを備える内側スリーブを備える。スライドリングには、接触面を備え且つ径方向内側に向けられた突出部が設けられている。更に、回転スライドリングは、軸方向に移動自在であり、内側スリーブ上に緩く配置されている。これにより、回転スライドリングを収縮させる必要がない。抜落防止装置は、回転スライドリングを軸方向において配置し直す際に、このスライドリングが不要に抜け落ちることを防止する。回転スライドリングを固着するための収縮処理が必要ないため、回転スライドリングはダイヤモンドコーティング又は他のコーティングを有することができる。更に、抜落防止装置は、メカニカルシール装置における汚染媒体と接触しない内部領域に配置されている。これにより、本発明に係るメカニカルシール装置は、高い動作の安全性を確保できる。従って、内側スリーブでは、汚染されていない保護媒体等があり、スライドリングと内側スリーブの間に汚染物質が侵入することがない。また、上記のようにすることで、動作中における汚染媒体によるスライドリングの撓みやその他の損傷が発生することがない。更に、スリーブに収縮等を行わないため、破壊を伴わずに回転スライドリングを取り外すことが容易になる。

更に好適には、内側スリーブの外側に向けられたウェブは、回転スライドリングの接触面に直接接触する。これにより、回転スライドリングを軸方向に安全に移動させることが容易になる。更に、上記の直接的な接触により、回転スライドリングの不要な抜落が防止される。

特に好適には、回転スライドリングにおける接触面は、軸方向に対して垂直に配置される。これにより、簡易な構造が確保される。

本発明の更に好適な実施形態では、メカニカルシール装置は、内側スリーブのウェブと回転スライドリングの接触面との間に配置されたばね要素を備える。ここで、ばね要素は、軸方向にばね力をかけ、且つ内側スリーブと回転スライドリングと遊びを設けずに接続させる。ばね要素は、ウェーブスプリングであることが好適である。

更に好適には、内側スリーブに接続される外側スリーブが設けられる。これにより、例えばシャフトといった回転構造部品からのトルクを、ベローズ要素及び外側スリーブを介して回転スライドリングに伝達させることができる。好適には、外側スリーブと回転スライドリングとの間のトルク伝達のために、１つ又は複数のピン、具体的には円筒ピンが設けられる。

更に、好適には、外側スリーブと内側スリーブとの間に溶接接続部が設けられる。

本発明の別の実施形態では、外側スリーブと内側スリーブとの間に弾性嵌合接続部が設けられる。好適には、外側スリーブに２つの弾性嵌合凸部が設けられ、これらが内側スリーブにおける対応する凹部に弾性的に嵌入する。これにより、外側スリーブと内側スリーブとを破壊を伴わずに互いから分離させることができ、また、回転スライドリングを破壊を伴わずに取り外すことができる。

特にコンパクトな構造を実現するために、ベローズ要素は、外側スリーブに固定接続されることが好適である。

本発明の更に好適な実施形態では、外側スリーブは、回転スライドリング上に部分的に延在している。これにより、回転スライドリングにおけるシールギャップとは反対側の端部を、汚染媒体から保護できる。ここで、特に好適には、二次シール要素、具体的にはＯリングが、外側スリーブと回転スライドリングとの間に配置されている。特に好適には、二次シール要素は、外側スリーブにおける溝に配置され、この溝は、外側スリーブにおける回転スライドリングに対向する内周領域に形成される。

更に好適には、外側スリーブと回転スライドリングとの間に接触シールが設けられる。好適には、接触シールは、シールギャップとは反対側の回転スライドリングの端部及び外側スリーブに設けられる。

特に好適には、回転スライドリングは、ダイヤモンドコーティングを有する。これにより、力がかからない状態で配置され、具体的にはメカニカルシール装置において軸方向に配置し直せるように配置された、ダイヤモンドコーティングが施された回転スライドリングを用いることができる。更に、破壊を伴わずに回転スライドリングを取り外すことができる。これにより、回転スライドリング単体のみを交換し、メカニカルシール装置の他の構造部品、具体的にはベローズ要素を引き続き使用することが可能である。

以下に、本発明の好適な例示的実施形態に係るメカニカルシール装置を、添付の図面を参照して詳細に説明する。同一の構造及び機能を有する構造部品は同一の符号で示す。
本発明の第１の好適な例示的実施形態に係るメカニカルシール装置の概略断面図を示す。 本発明の第２の好適な例示的実施形態に係るメカニカルシール装置の概略断面図を示す。 図２に示す抜落防止装置の部分拡大断面図を示す。

以下に、本発明の第１の例示的実施形態に係るメカニカルシール装置１を、図１を参照して詳細に説明する。

図１からわかるように、メカニカルシール装置１は、それらの間にシールギャップ４を画成する、回転スライドリング２及び固定スライドリング３を備える。

固定スライドリング３は、例えば筐体等の固定構造部品３０に取り付けられている。

ここで、メカニカルシール装置１は、例えばシャフトといった回転構造部品１４における内部領域１３に対して、例えばオイル等の保護流体といったシール媒体を用いて、汚染媒体がある領域１２をシールするために設けられる。

更に、ベローズ要素１０が、回転構造部品１４と共に軸方向に補償移動可能に設けられている。ベローズ要素１０は、複数の部品から構成されるベローズ固定ユニット１１を介して回転構造部品１４（図１を参照）に固定接続されている。これにより、シャフトの軸方向の移動をベローズ要素１０で補償できる。ベローズ要素１０は、金属で構成されるのが好適である。

本発明では、このような軸方向の移動、特に軸方向Ｘ−Ｘの往復移動における回転スライドリング２の抜落を避けるために、抜落防止装置５が設けられている。

抜落防止装置５は、内側スリーブ６及び外側スリーブ７を備える。

ここで、回転スライドリング２は、内側スリーブ６と外側スリーブ７との間に緩挿されている。なお、内側スリーブ６は、回転スライドリング２の内周における一部の領域に配置され、外側スリーブ７は、回転スライドリング２の外周における一部の領域に配置されている。ここで、外側スリーブ７は、回転スライドリング２の外観領域と部分的に重なっている。

複数の円筒ピン９が、トルク同期のために設けられている。各円筒ピン９は、回転スライドリング２に対応して形成された凹部に挿入され、外側スリーブ７に圧入により固着されている。これにより、回転構造部品１４の回転を、複数の部品から構成されるベローズ固定ユニット１１及びベローズ要素１０を介して外側スリーブ７に伝達することができ、更に外側スリーブ７から回転スライドリング２に伝達することができる。

更に、Ｏリングである二次シール８が、外側スリーブ７と回転スライドリング２との間に配置されている。このために、対応して形成された凹部７１が外側スリーブ７に設けられている。

ベローズ要素１０は、例えば溶接接続部を介して外側スリーブ７に固定接続されている。

更に、外側スリーブ７と内側スリーブ６とも、互いに固定接続されている。ここでも、溶接接続部１８が設けられるのが好適である。

更に図１からわかるように、内側スリーブ６にはウェブ６０が設けられており、内側スリーブ６のシールギャップ４側の端部に配置されている。ウェブ６０は、回転スライドリング２の接触面２１に当接する、周方向に延在する環状のウェブである。接触面２１は、回転スライドリング２の突出部２０に設けられる。これにより、ウェブ６０と接触面２１との間に、軸方向Ｘ−Ｘに対して垂直に延在する接触領域２３が設けられる。従って、ウェブ６０と接触面２１との間の接触領域２３は、メカニカルシール装置の径方向に延在する。更に、内側スリーブ６は、シール媒体を内部領域１３からベローズ要素１０の内部領域１０１へ供給するために、内周領域に複数の開口６１を有する。

回転スライドリング２が収縮継手でスリーブに固定されて取り付けられる技術水準に対し、本発明では、回転スライドリング２は、これに力がかからない状態で内側スリーブ６と外側スリーブ７との間に配置される。このため、回転スライドリング２が取り付け前の内側スリーブ６上に緩嵌された後、外側スリーブ７と内側スリーブ６とが、例えば溶接接続部１８を介して互いに固定接続される。一方で、内側スリーブ６にウェブ６０が設けられたことにより、回転スライドリング２が、内側スリーブ６及び外側スリーブ７から構成される組立構造から抜落することが防止される。このため、具体的には、回転スライドリング２の摺動面２２にコーティング、具体的にはダイヤモンドコーティングを設けることができる。

抜落防止装置５が回転スライドリング２の内周の略全体に設けられるため、具体的には、例えば原油の生産に用いられる回転構造部品の内部における汚染媒体に対しても、メカニカルシール装置１を用いることができる。具体的には、処理対象の媒体の粒子が、領域１２からウェブ６０と接触面２１との間の接触領域２３へ入り込むことで回転スライドリング２が変位して、軸方向Ｘ−Ｘにおいて位置決めされていた位置からずれてしまうことを防止できる。このような変位は、シールギャップ４の領域において、回転スライドリング２と固定スライドリング３との間の不要な摩耗又は接触を起こし得る。更に、破壊を伴わずに回転スライドリング２の取り外し及び交換が可能である。このために内側スリーブ６と外側スリーブ７との間の固定接続を解除する必要があるものの、緩挿されたスライドリングは簡易に取り外すことができ、新たな回転スライドリング２をこれに張力がかからないように抜落防止装置５に配置することができる。

更に、接触領域２３をウェブ６０と接触面２１との間に軸方向Ｘ−Ｘに対して垂直に設けたことで、構造部品の詰まりを防止できる。

また、本発明に係るメカニカルシール装置は、圧力の反転を伴う処理にも用いることができる。

図２及び図３は、本発明の第２の例示的実施形態に係るメカニカルシール装置１を示す。

第１の例示的実施形態に対して、第２の例示的実施形態では、内側スリーブ６と外側スリーブ７との間に、破壊を伴わず且つ解除可能な接続部が設けられた抜落防止装置５が設けられる。

本例示的実施形態では、内側スリーブ６と外側スリーブ７との間に弾性嵌合接続部１６が設けられている。ここで、内側スリーブ６は、外側スリーブ７の弾性嵌合凹部７０に弾性的に嵌入される弾性嵌合凸部６２を備える。弾性嵌合凹部７０は、弾性嵌合凸部６２に対応して、それに沿った形状に形成されている。この詳細は、図３からわかる。図示したように、弾性嵌合接続部１６は、内側スリーブ６におけるシールギャップ４とは反対側の端部に設けられる。ここで、周方向に延在する弾性嵌合凸部６２、及びこれに対応する周方向に延在する弾性嵌合凹部７０が設けられることが好適である。

更に、第１の例示的実施形態とは異なり、ウェーブスプリング１５が、ウェブ６０と回転スライドリング２の接触面２１との間に設けられている。ここで、ウェーブスプリングは、軸方向Ｘ−Ｘに力をかける。ウェーブスプリング１５は、周方向に沿って波状の形状を有し、ウェブ６０と接触面２１に交互に当接している。このため、ウェーブスプリング１５がかけた軸方向の力は、周方向に略均等に分散される。

更に、第２の例示的実施形態では、第１の例示的実施形態で用いられた二次シール８としてのエラストマーシールの代わりに、接触シール１７が外側スリーブ７と回転スライドリング２との間に設けられている。これにより、具体的には、第２の例示的実施形態のメカニカルシール１を、径方向、即ち軸方向Ｘ−Ｘに対して垂直な方向に非常にコンパクトになるように設計することができる。

１ メカニカルシール装置
２ 回転スライドリング
３ 固定スライドリング
４ シールギャップ
５ 抜落防止装置
６ 内側スリーブ
７ 外側スリーブ
８ 二次シール
９ 円筒ピン
１０ ベローズ要素
１１ ベローズ固定ユニット
１２ 領域
１３ 内部領域
１４ 回転構造部品
１５ ばね要素、ウェーブスプリング
１６ 弾性嵌合接続部
１７ 接触シール
１８ 溶接接続部
２０ 突出部
２１ 接触面
２２ 摺動面
２３ 接触領域
３０ 筐体
６０ ウェブ
６１ 軸方向の開口
６２ 弾性嵌合凸部
７０ 弾性嵌合凹部
７１ 凹部
１０１ 内部領域
Ｘ−Ｘ 軸方向

Claims (11)

1. それらの間にシールギャップ（４）を画成する回転スライドリング（２）及び固定スライドリング（３）と、
   前記回転スライドリング（２）をメカニカルシール装置の軸方向（Ｘ−Ｘ）において配置し直すベローズ要素（１０）と、
   前記回転スライドリング（２）の抜落防止装置（５）と
   を備え、
   前記回転スライドリング（２）が、接触面（２１）を備える、周方向内側に向いた突出部（２０）を有し、
   前記抜落防止装置（５）が、前記回転スライドリング（２）の前記軸方向（Ｘ−Ｘ）の移動を制限する、径方向外側に向けられたウェブ（６０）を備える内側スリーブ（６）を備え、
   前記回転スライドリング（２）が、前記内側スリーブ（６）上に前記軸方向（Ｘ−Ｘ）に移動自在に配置された
   メカニカルシール装置。
2. 外側に向けられた前記ウェブ（６０）が、前記回転スライドリング（２）の前記接触面（２１）に直接接触している、請求項１に記載のメカニカルシール装置。
3. 前記ウェブ（６０）と前記回転スライドリング（２）の前記接触面（２１）との間にばね要素（１５）が配置されている、請求項１に記載のメカニカルシール装置。
4. 前記接触面（２１）が、前記軸方向（Ｘ−Ｘ）に対して垂直に配置された、請求項１〜３の何れか一項に記載のメカニカルシール装置。
5. 前記内側スリーブ（６）に接続された外側スリーブ（７）を更に備える、請求項１〜４の何れか一項に記載のメカニカルシール装置。
6. 前記外側スリーブ（７）と前記内側スリーブ（６）との間の接続部が、溶接接続部（１８）として設けられている、請求項５に記載のメカニカルシール装置。
7. 前記外側スリーブ（７）と前記内側スリーブ（６）との間の接続部が、弾性嵌合接続部（１６）として設けられている、請求項５に記載のメカニカルシール装置。
8. トルクを前記外側スリーブ（７）から前記回転スライドリング（２）へ伝達するピン（９）を更に備える、請求項５〜７の何れか一項に記載のメカニカルシール装置。
9. 前記ベローズ要素（１０）が前記外側スリーブ（７）に固定接続されている、請求項５〜８の何れか一項に記載のメカニカルシール装置。
10. 前記外側スリーブ（７）と前記回転スライドリング（２）との間に接触シール（１７）が設けられている、請求項５〜９の何れか一項に記載のメカニカルシール装置。
11. 前記回転スライドリング（２）の摺動面（２２）がダイヤモンドコーティングを有する、請求項１〜１０の何れか一項に記載のメカニカルシール装置。

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