JP7062349B2 - シール装置 - Google Patents
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Description
互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記固定側密封環の摺動面にはシールガス供給通路に連通する静圧溝、前記回転側密封環の摺動面には前記固定側密封環の前記摺動面との相対摺動によりシールガスの径方向の流れを外径側の低圧流体側から内径側の高圧流体側に向けた流れに制御可能とするスパイラル溝からなるポンピング溝、並びに、前記ポンピング溝は周方向に連続したランド部に上流側の端部及び下流側の端部を有し、
前記ポンピング溝の前記上流側の端部は前記固定側密封環の外周より外径側に位置することにより前記固定側密封環の外径側に連通するとともに、前記前記ポンピング溝の前記下流側の端部は前記静圧溝とはランド部により隔離されることを特徴としている。
この特徴によれば、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。また、スパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記固定側密封環の摺動面にはシールガス供給通路に連通する静圧溝、前記回転側密封環の摺動面には前記固定側密封環の前記摺動面との相対摺動によりシールガスの径方向の流れを外径側の低圧流体側から内径側の高圧流体側に向けた流れに制御可能とするスパイラル溝からなるポンピング溝、並びに、前記ポンピング溝は周方向に連続したランド部に上流側の端部及び下流側の端部を有し、
前記ポンピング溝の前記上流側の端部は前記固定側密封環の外周側とはランド部により隔離されるとともに、前記ポンピング溝の前記下流側の端部はレイリーステップが形成されないように前記静圧溝に連通することを特徴としている。
この特徴によれば、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。また、摺動面の外径近傍においてランド部が連続して存在するため、より一層、密封性を高めることができる。
互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記固定側密封環の摺動面にはシールガス供給通路に連通する静圧溝、前記回転側密封環の摺動面には前記固定側密封環の前記摺動面との相対摺動によりシールガスの径方向の流れを外径側の低圧流体側から内径側の高圧流体側に向けた流れに制御可能とするスパイラル溝からなるポンピング溝、並びに、前記ポンピング溝は周方向に連続したランド部に上流側の端部及び下流側の端部を有し、
前記ポンピング溝の前記上流側の端部は前記静圧溝とはランド部により隔離されるとともに、前記ポンピング溝の前記下流側の端部は前記固定側密封環の内周より内径側に位置して前記固定側密封環の内径側と連通することを特徴としている。
この特徴によれば、静圧溝から内周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ外周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記固定側密封環の摺動面にはシールガス供給通路に連通する静圧溝、前記回転側密封環の摺動面には前記固定側密封環の前記摺動面との相対摺動によりシールガスの径方向の流れを外径側の低圧流体側から内径側の高圧流体側に向けた流れに制御可能とするスパイラル溝からなるポンピング溝、並びに、前記ポンピング溝は周方向に連続したランド部に上流側の端部及び下流側の端部を有し、
前記ポンピング溝の前記上流側の端部は前記静圧溝に連通するとともに、前記ポンピング溝の前記下流側の端部は前記固定側密封環の内周側とはランド部により隔離されることを特徴としている。
この特徴によれば、低圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝により静圧溝から供給されて低圧流体側に流れて漏れようとするシールガスを高圧流体側に押し戻すとともに、高圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝により摺動面の内周側の圧力が低下して静圧溝から内周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ外周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減されるため、被密封流体の漏れを、より一層、低減でき、密封性をさらに向上させることができる。
また、高圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
この特徴によれば、ポンピング溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧(正
圧)が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広
げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持すること
ができる。
(1)一対の摺動部品の摺動面には、シールガス供給通路に連通する静圧溝、及び、両摺動面の相対摺動によりシールガスの径方向の流れを低圧流体側から高圧流体側に向けた流れに制御可能のポンピング溝が設けられることにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、スパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
また、高圧流体側ポンピング溝を構成するスパイラル溝の下流側の端部のレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環の摺動面と回転側密封環の摺動面との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
なお、以下の実施例においては、シール装置を構成する摺動部品の外周側を低圧流体側、内周側を高圧流体側とするアウトサイド形シールについて説明するが、本発明はこれに限定されることなく、外周側が高圧流体側、内周側が低圧流体側とするインサイド形シールである場合も適用可能である。また、固定側密封環の摺動面に静圧溝が形成され、回転側密封環の摺動面にポンピング溝が形成される場合について説明するが、本発明はこれに限定されることなく、静圧溝及びポンピング溝は固定側密封環及び回転側密封環の少なくともいずれか一方に形成されればよい。
また、保持部40の内周孔側に沿って等配に複数の穴41が設けられ、この各穴41には、ばね42が配設される。そして、ばね42により固定側密封環2を回転側密封環3側へ弾発的に押圧する。尚、図示は省略するが、固定側密封環2は保持部40に回り止めピンにより係止されている。
以下において、実際に相対摺動する摺動面を「摺動面S」と呼ぶ。
なお、密封環2及び3の外径及び内径の相対的な大きさは上記と逆でもよい。
なお、静圧溝22は、全周に連続的設けられる場合に限らず、複数の円弧状溝が均等長さで周方向に等間隔で配設されるものでもよい。
また、静圧溝22の形成される位置は、摺動面Sの径方向の略中心の他、低圧流体側あるいは高圧流体側のいずれかに片寄って配置されてもよい。
シールガスとしては、例えば、窒素ガスが採用される。
図2に示すように、本例では、静圧溝22は全周にわたって連続して形成された全周溝であり、静圧溝22の任意の1個所にシールガス供給通路21の開口部21aが連通され、開口部21aから供給されたシールガスは、静圧溝22を介して相対摺動する摺動面Sの全周に供給され、内周側(高圧流体側)および外周側(低圧流体側)へ向って流出しようとする。
また、スパイラル溝51の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。
また、その際、スパイラル溝51の下流側の端部51bのレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環2の摺動面S2と回転側密封環3の摺動面S3との間の隙間が広げられる。このため、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Sの静圧溝22よりも高圧流体側には連続したランド部Rが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。
(1)互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環2であり、他方の摺動部品は回転側密封環3であり、これらの密封環2、3は半径方向に形成された摺動面S2、S3をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、一対の摺動部品2、3の摺動面S2、S3には、シールガス供給通路に連通する静圧溝22、及び、両摺動面S2、S3の相対摺動によりシールガスの径方向の流れを低圧流体側から高圧流体側に向けた流れに制御可能のポンピング溝5が設けられることにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
(2)ポンピング溝5は、静圧溝22よりも低圧流体側に位置し、上流側の端部51aが低圧流体側に連通するとともに下流側の端部51bが静圧溝22とはランド部Rにより隔離されるように配設されたスパイラル溝51であることにより、スパイラル溝51の下流側の端部51bのレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環2の摺動面S2と回転側密封環3の摺動面S3との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
実施例2に係るシール装置は、ポンピング溝5を構成するスパイラル溝の配設される位置が実施例1のシール装置と相違するが、その他の基本構成は実施例1と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
また、スパイラル溝52の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。
また、その際、下流側の端部52bではレイリーステップが形成されないことから動圧(正圧)が発生しない。このため、シールガスの供給量を実施例1の場合より多くする必要があるが、シールガスの存在に加えて、相対摺動する摺動面の外径近傍においてランド部Rが周方向に連続して存在するため、実施例1の場合よりも密封性は高い。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Sの静圧溝22よりも高圧流体側には連続したランド部Rが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。
ポンピング溝5は、静圧溝22よりも低圧流体側に位置し、上流側の端部52aが低圧流体側とはランド部Rにより隔離されるとともに下流側の端部52bが静圧溝22と連通するように配設されたスパイラル溝52であることにより、シールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。また、摺動面の外径近傍においてランド部Rが連続して存在するため、より一層、密封性を高めることができる。
実施例3に係るシール装置は、ポンピング溝5を構成するスパイラル溝の配設される位置が実施例1のシール装置と相違するが、その他の基本構成は実施例1と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
スパイラル溝53の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。
また、その際、スパイラル溝53の下流側の端部53bにおいてはレイリーステップが形成されないことから動圧(正圧)が発生しない。このため、シールガスの供給量を実施例1の場合より多くする必要があるが、シールガスの存在に加えて、相対摺動する摺動面の外径側においてランド部Rが周方向に連続して存在するため、実施例1の場合よりも密封性は高い。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Sの静圧溝22よりも低圧流体側には連続したランド部Rが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。
ポンピング溝5は、静圧溝22よりも高圧流体側に位置し、上流側の端部53aが静圧溝22とはランド部Rにより隔離されるとともに下流側の端部53bが高圧流体側と連通するように配設されたスパイラル溝53であることにより、静圧溝22から内周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ外周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Sの静圧溝22よりも低圧流体側には連続したランド部Rが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。
実施例4に係るシール装置は、ポンピング溝5を構成するスパイラル溝の配設される位置が実施例1のシール装置と相違するが、その他の基本構成は実施例1と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
また、スパイラル溝54の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。
また、相対摺動する摺動面の外径側においてランド部Rが周方向に連続して存在するため、実施例1の場合よりも密封性は高い。
さらに、その際、スパイラル溝54の下流側の端部54bのレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環2の摺動面S2と回転側密封環3の摺動面S3との間の隙間が広げられる。このため、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Sの静圧溝22よりも低圧流体側には連続したランド部Rが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。
(1)ポンピング溝5は、静圧溝22よりも高圧流体側に位置し、上流側の端部54aが静圧溝22に連通するとともに下流側の端部54bが前記高圧流体側とはランド部Rにより隔離されるように配設されたスパイラル溝54であることにより、静圧溝22から内周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ外周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。また、相対摺動する摺動面の外径側においてランド部Rが周方向に連続して存在するため、実施例1の場合よりも密封性は高い。
(2)スパイラル溝54の下流側の端部54bのレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環2の摺動面S2と回転側密封環3の摺動面S3との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
実施例5に係るシール装置は、ポンピング溝5が低圧流体側ポンピング溝と高圧流体側ポンピング溝から構成される点で実施例1のシール装置と相違するが、その他の基本構成は実施例1と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
また、スパイラル溝55及び56の幅、深さ、スパイラル角度及び長さは、摺動面の径、幅、相対摺動速度及びシールガスの性状を考慮して設計的に決められる。
また、同時に、高圧流体側ポンピング溝5Bを構成するスパイラル溝56はスパイラル溝56内に流入する流体を高圧流体側に運搬するように作用するため、スパイラル溝56の配設された摺動面S2、S3の内周側の圧力は低下する。このため、静圧溝22から内周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ外周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減され、被密封流体の漏れを低減でき、密封性を向上させることができる。
また、その際、スパイラル溝56の下流側の端部56bのレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環2の摺動面S2と回転側密封環3の摺動面S3との間の隙間が広げられる。このため、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
なお、シール装置の静止時においては、摺動面Sの内径の近傍及び外径の近傍には連続したランド部Rが形成されているため、被密封流体が漏洩することはない。
(1)ポンピング溝5は、静圧溝22の低圧流体側に位置する低圧流体側ポンピング溝5Aと静圧溝22の高圧流体側に位置する高圧流体側ポンピング溝5Bから構成され、低圧流体側ポンピング溝5Aは上流側の端部55aが低圧流体側とはランド部Rにより隔離されるとともに下流側の端部55bが静圧溝22と連通するように配設されたスパイラル溝55であり高圧流体側ポンピング溝5Bは上流側の端部56aが静圧溝22に連通するとともに下流側の端部56bが高圧流体側とはランド部Rにより隔離されるように配設されたスパイラル溝56であることにより、スパイラル溝55により静圧溝22から供給されて低圧流体側に流れて漏れようとするシールガスを高圧流体側に押し戻すとともに、スパイラル溝56により摺動面Sの内周側の圧力が低下して静圧溝22から内周側へ流れ出るシールガスの圧力流れが増加し、その増加分だけ外周側へ流れるシールガスの低圧流体側へ流れる流量は低減されるため、被密封流体の漏れを、より一層、低減でき、密封性をさらに向上させることができる。
(2)スパイラル溝56の下流側の端部56bのレイリーステップにおいて動圧(正圧)が発生されるため、固定側密封環2の摺動面S2と回転側密封環3の摺動面S3との間の隙間が広げられ、シールガスの供給量を少なくしても、非接触型の静圧シール機能を保持することができる。
2 固定側密封環
2a 内径
2b 外径
3 回転側密封環
5 ポンピング溝
51、52、53、54、55、56 スパイラル溝
51a、52a、53a、54a、55a、56a スパイラル溝の上流側端部
51b、52b、53b、54b、55b、56b スパイラル溝の下流側端部
21 シールガス供給通路
21a 開口部
22 静圧溝
31、32、33 Oリング
40 保持部
41 穴
42 ばね
43、61 連通路
45 スナップリング
46 スリーブ
47 第1抑え部
48 第2抑え部
50 回転軸
60 ハウジング
62 Oリング
S2 固定側密封環の摺動面
S3 回転側密封環の摺動面
S 相対摺動面
R ランド部(平滑部)
Claims (5)
- 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記固定側密封環の摺動面にはシールガス供給通路に連通する静圧溝、前記回転側密封環の摺動面には前記固定側密封環の前記摺動面との相対摺動によりシールガスの径方向の流れを外径側の低圧流体側から内径側の高圧流体側に向けた流れに制御可能とするスパイラル溝からなるポンピング溝、並びに、前記ポンピング溝は周方向に連続したランド部に上流側の端部及び下流側の端部を有し、
前記ポンピング溝の前記上流側の端部は前記固定側密封環の外径側に連通するとともに、前記ポンピング溝の前記下流側の端部は前記静圧溝とはランド部により隔離されることを特徴とするシール装置。 - 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記固定側密封環の摺動面にはシールガス供給通路に連通する静圧溝、前記回転側密封環の摺動面には前記固定側密封環の前記摺動面との相対摺動によりシールガスの径方向の流れを外径側の低圧流体側から内径側の高圧流体側に向けた流れに制御可能とするスパイラル溝からなるポンピング溝、並びに、前記ポンピング溝は周方向に連続したランド部に上流側の端部及び下流側の端部を有し、
前記ポンピング溝の前記上流側の端部は前記固定側密封環の外周側とはランド部により隔離されるとともに、前記ポンピング溝の前記下流側の端部は前記静圧溝に連通することを特徴とするシール装置。 - 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記固定側密封環の摺動面にはシールガス供給通路に連通する静圧溝、前記回転側密封環の摺動面には前記固定側密封環の前記摺動面との相対摺動によりシールガスの径方向の流れを外径側の低圧流体側から内径側の高圧流体側に向けた流れに制御可能とするスパイラル溝からなるポンピング溝、並びに、前記ポンピング溝は周方向に連続したランド部に上流側の端部及び下流側の端部を有し、
前記ポンピング溝の前記上流側の端部は前記静圧溝とはランド部により隔離されるとともに、前記ポンピング溝の前記下流側の端部は前記固定側密封環の内径側と連通することを特徴とするシール装置。 - 互いに相対摺動する一対の摺動部品を備え、一方の摺動部品は固定側密封環であり、他方の摺動部品は回転側密封環であり、これらの密封環は半径方向に形成された摺動面をそれぞれ有し、被密封流体が漏洩するのをシールするものであって、
前記固定側密封環の摺動面にはシールガス供給通路に連通する静圧溝、前記回転側密封環の摺動面には前記固定側密封環の前記摺動面との相対摺動によりシールガスの径方向の流れを外径側の低圧流体側から内径側の高圧流体側に向けた流れに制御可能とするスパイラル溝からなるポンピング溝、並びに、前記ポンピング溝は周方向に連続したランド部に上流側の端部及び下流側の端部を有し、
前記ポンピング溝は、第1ポンピング溝と、第2ポンピング溝と、を含み、
前記第1ポンピング溝の前記上流側の端部は前記固定側密封環の外周側とはランド部により隔離されるとともに、前記第1ポンピング溝の前記下流側の端部は前記静圧溝に連通し、
前記第2ポンピング溝の前記上流側の端部は前記静圧溝に連通するとともに、前記第2ポンピング溝の前記下流側の端部は前記固定側密封環の内周側とはランド部により隔離されることを特徴とするシール装置。 - 前記ポンピング溝の前記下流側の端部はレイリーステップを構成することを特徴とする請求項1に記載のシール装置。
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