JP7166985B2 - Anti-rotation pin for mechanical seal - Google Patents
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本発明は、回転軸を軸封するメカニカルシールに適用される回り止めピンに関する。 The present invention relates to a detent pin applied to a mechanical seal that seals a rotating shaft.
メカニカルシールは、流体機器のハウジングと該ハウジングを貫通するように配置される回転軸との間に装着して使用されるものであり、ハウジング等により構成される静止側要素に固定される静止密封環の摺動面と、回転軸等の回転側要素とともに回転する回転密封環の摺動面とを周方向に摺接させて、被密封流体の漏れを防ぐものである。 A mechanical seal is used by being mounted between a housing of a fluid device and a rotating shaft arranged to pass through the housing. The sliding surface of the ring and the sliding surface of the rotary seal ring that rotates together with the rotary element such as the rotary shaft are brought into sliding contact in the circumferential direction to prevent leakage of the sealed fluid.
このようなメカニカルシールにあっては、回転軸に固定されるカラー等の回転側要素に軸方向に突設されたドライブピン(回り止めピン)が回転密封環の背面に形成される凹部に嵌合することで、この回転密封環は回転側要素に対し回り止めされ、回転軸とともに回転する構造となっている。同様にハウジング等の静止側要素に突設されたノックピン(回り止めピン)が静止密封環の背面の凹部に嵌合することで、この静止密封環は静止側要素に対し回り止めされ、静止状態を維持する構造となっている。すなわちこれらの回り止めピンは、摺動面を介し互いに摺動する密封環同士の摺動トルクを受けて、密封環の供回りを規制するように機能している(例えば、特許文献1)。 In such a mechanical seal, a drive pin (anti-rotation pin) projecting axially from a rotating element such as a collar fixed to the rotating shaft is fitted into a recess formed on the back surface of the rotary seal ring. By joining, the rotary seal ring is prevented from rotating with respect to the rotating side element, and has a structure that rotates together with the rotating shaft. Similarly, the stationary seal ring is prevented from rotating with respect to the stationary side element by fitting a knock pin (rotation stop pin) protruding from the stationary side element such as the housing into a concave portion on the back surface of the stationary seal ring, and the stationary seal ring is in a stationary state. It has a structure that maintains That is, these anti-rotation pins function to receive sliding torque between the seal rings that slide against each other via the sliding surfaces and to restrict co-rotation of the seal rings (for example, Patent Document 1).
しかしながら、このようなメカニカルシールに適用される回り止めピンにあっては、密封環同士の回転摺動により、密封環の背面側の凹部内面と回り止めピン外面との当接箇所に発生する振動等を原因として摩耗や破損が生じ易く、回り止めピンの耐久性に乏しかった。 However, in the anti-rotation pin applied to such a mechanical seal, due to the rotation and sliding of the seal rings, vibration occurs at the contact point between the inner surface of the recess on the back side of the seal ring and the outer surface of the anti-rotation pin. Due to these factors, wear and damage are likely to occur, and the anti-rotation pin lacks durability.
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、摩耗や破損の発生を抑制して耐久性の高いメカニカルシール用の回り止めピンを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a detent pin for a mechanical seal that suppresses the occurrence of wear and damage and has high durability.
前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシール用回り止めピンは、
回転軸に取り付けられる回転側要素とともに周方向に回転する回転密封環と、静止側要素に固定される静止密封環とが相対摺動するメカニカルシールに用いられ、前記回転密封環を前記回転側要素に対し回り止めし、若しくは前記静止密封環を前記静止側要素に対し回り止めする回り止めピンであって、
前記回り止めピンは、前記回転側要素若しくは前記固定側要素に固定に設けられる固定部と、前記回転密封環若しくは前記静止密封環の摺動面の背面に形成された凹部内に嵌入される円柱状の嵌入部とを備え、前記凹部の内面に接する前記嵌入部の外面に、周方向に沿って螺旋状に延びる螺旋溝部が設けられており、
前記螺旋溝部は、前記嵌入部の周方向に1周以上旋回し、前記嵌入部の軸方向の両端にかけて連続して延設され、該螺旋溝部の端部は、前記嵌入部の軸方向の先端に向け開放されており、
更に前記螺旋溝部は、断面視で矩形状に形成され、前記嵌入部の周方向に同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回している。
これによれば、密封環の凹部内に嵌入した回り止めピンの嵌入部の螺旋溝部を通じて、周囲の流体を凹部内に導入することで、回り止めピンの外面と密封環の凹部の内面との間に、周方向且つ軸方向に拡がる流体膜を生成できるため、この流体膜によって回り止めピンと凹部との接触個所を潤滑にして、回り止めピンの摩耗や破損の発生を抑制することができる。
また、螺旋溝部が嵌入部の周方向に1周以上旋回していることで、回り止めピンの外面に全周に亘り流体膜を生成することができる。
また、螺旋溝部が嵌入部の軸方向の両端にかけて連続して延設されていることで、流体を凹部内に導入し易く、回り止めピンと凹部との間に流体膜を確実に生成できる。
更に、螺旋溝部の端部が嵌入部の軸方向の先端に向け開放されていることで、螺旋溝部の軸方向の先端に向け開放された端部を通じて、凹部の内奥まで流体を導入し易い。
また、螺旋溝部が断面視で矩形状に形成されていることで、回り止めピンの外面に摩耗が生じても溝幅が維持されるため、流体の流動性を確保し安定した潤滑性を得ることができる。
また、螺旋溝部が嵌入部の周方向に同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回していることで、凹部内に均質な流体膜を生成することができる。
In order to solve the above problems, the detent pin for a mechanical seal according to the present invention includes:
It is used in a mechanical seal in which a rotary seal ring that rotates in the circumferential direction together with a rotary element attached to a rotary shaft and a stationary seal ring that is fixed to a stationary element slide relative to each other, and the rotary seal ring is connected to the rotary element. a detent pin that detents against or detents the stationary seal ring with respect to the stationary element,
The anti-rotation pin has a fixed portion fixedly provided on the rotating side element or the fixed side element, and a circular recess formed in the back surface of the sliding surface of the rotating seal ring or the stationary seal ring. A pillar-shaped fitting portion is provided, and a spiral groove extending spirally along the circumferential direction is provided on the outer surface of the fitting portion in contact with the inner surface of the recess,
The spiral groove turns around one or more times in the circumferential direction of the fitting portion and extends continuously to both ends of the fitting portion in the axial direction. is open to
Furthermore, the spiral groove portion is formed in a rectangular shape in a cross-sectional view, and is turned with the same pitch, the same width, and the same depth in the circumferential direction of the fitting portion.
According to this, by introducing the surrounding fluid into the recess through the spiral groove of the fitting portion of the anti-rotation pin fitted in the recess of the seal ring, the outer surface of the anti-rotation pin and the inner surface of the recess of the seal ring are brought together. Since a fluid film extending in the circumferential direction and the axial direction can be generated between them, this fluid film lubricates the contact point between the rotation stop pin and the recess, thereby suppressing wear and damage of the rotation stop pin.
In addition, since the spiral groove portion is rotated one or more times in the circumferential direction of the fitting portion, a fluid film can be formed over the entire circumference of the outer surface of the anti-rotation pin.
Further, since the spiral groove extends continuously over both ends of the fitting portion in the axial direction, the fluid can be easily introduced into the recess, and a fluid film can be reliably formed between the anti-rotation pin and the recess.
Furthermore, since the end of the spiral groove is open toward the tip in the axial direction of the fitting portion, it is easy to introduce the fluid deep inside the recess through the end of the spiral groove that is open toward the tip in the axial direction. .
In addition, since the spiral groove is rectangular in cross section, the width of the groove is maintained even if the outer surface of the anti-rotation pin is worn, ensuring fluidity and stable lubrication. be able to.
In addition, since the spiral groove portion is rotated in the circumferential direction of the fitting portion at the same pitch, the same width, and the same depth, a homogeneous fluid film can be generated in the recess.
前記回り止めピンは、被密封液体側に取付けられていてもよい。
これによれば、回り止めピンの周囲の被密封液体を利用して凹部内に流体膜を形成することができる。
The anti-rotation pin may be attached to the liquid to be sealed.
According to this, it is possible to form a fluid film in the recess using the liquid to be sealed around the anti-rotation pin.
前記螺旋溝部は、前記嵌入部の外面に複数条設けられていてもよい。
これによれば、凹部内の潤滑性を高めることができる。
A plurality of spiral grooves may be provided on the outer surface of the fitting portion.
According to this, the lubricity in the recess can be enhanced.
本発明に係るメカニカルシール用回り止めピン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。 A mode for carrying out the detent pin for a mechanical seal according to the present invention will be described below based on an embodiment.
実施例に係るメカニカルシール用回り止めピンにつき、図1から図6を参照して説明する。以下、図1の紙面右側を大気領域である機外側、紙面左側を機内側として説明する。 A detent pin for a mechanical seal according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. In the following description, the right side of FIG. 1 is taken as the outside of the plane, which is an atmospheric region, and the left side of the page is taken as the inside of the plane.
図1に示されるように、本実施例のメカニカルシール1は、回転軸2とともに回転する回転密封環4と、シールカバー10に配設されたコイルスプリング8により付勢された静止密封環6と、を備えた静止形のメカニカルシール1である。また、本実施例のメカニカルシール1は、機内側のシールカバー10と機外側のシールカバー10’とに円環状の静止密封環6,6’が対向状態で並設配置され、これら静止密封環6,6’の間に、回転環2に固定されたスリーブ3に接続されている回転密封環4,4’が背面同士で近接して配設されているダブル型のメカニカルシール1である。このメカニカルシール1は、シールカバー10,10’に回り止めピンとしてのノックピン7,7’を介して固定された円環状の静止密封環6,6’を有する静止側要素Sと、回転軸2とともに回転する回転密封環4,4’を有する回転側要素Rとで主に構成されている。
As shown in FIG. 1, the
図1及び図2を用いて、回転側要素R及び静止側要素Sをより詳しく説明する。図1に示されるように回転側要素Rは、回転軸2に固定状態で取付けられたスリーブ3と、スリーブ3に固定され該スリーブ3から機内側と機外側にそれぞれ略水平に延出する回り止めピンとしてのドライブピン5,5’と、該ドライブピン5,5’を介して回転軸2から伝えられる回転力によって周方向に回転する円環状の回転密封環4,4’と、から主に構成されている。
The rotation side element R and the stationary side element S will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. As shown in FIG. 1, the rotation-side element R includes a
静止側要素Sは、円環状に形成されたシールカバー10,10’が軸方向に対向するように配置され、連結ボルト11をシールカバー10,10’の軸方向に挿通させて互いに連結されている。また、シールカバー10,10’には、静止密封環6,6’を背面側から軸方向に向けて付勢するコイルスプリング8,8’と、回転密封環4,4’と摺接される静止密封環6,6’の供回りを防止するノックピン7,7’とが取り付けられている。加えて、また、シールカバー10,10’には、静止密封環6,6’の外径側に円環状のケース13、13’が内嵌されている。また、図1に示されるようにシールカバー10は、径方向に形成されたバリア液流入口9を有し、またシールカバー10’は径方向に形成されたバリア液流出口9’を有している。バリア液流入口9から流入されたバリア液Bは、ケース13によって径方向に連通されている連通路L1を通過し、後述する空間Zに流入され、空間Zからケース13’の連通路L2を通過し、バリア液流出口9’へ流動するようになっている。また、バリア液Bは、被密封流体Hよりも高圧になるように流体圧は管理されている。本実施例のメカニカルシール1は、上述したようにダブル型であり、軸方向に対向配置された同様の構成を有しているため、以下は機内側の静止密封環6、回転密封環4等の構成について説明し、機外側の構成については説明を省略する。
The stationary side element S is arranged so that annular seal covers 10, 10' face each other in the axial direction, and is connected to each other by inserting a connecting
図2に示されるように、シールカバー10は、軸方向視環状に形成されており、静止密封環6を軸方向に向けて付勢するようにコイルスプリング8が周方向に等配に複数配設されている。このようにコイルスプリング8が複数等配に配設されていることで、静止密封環6の背面6aに均等な面圧で、回転密封環4に向けた付勢力を軸方向に伝達するように構成されている。また、シールカバー10には、周方向に等配されているコイルスプリング8よりも外周側に穴部10aが同様に周方向に等配に形成されており、この穴部10aに後述するノックピン7の圧入部27が圧入固定されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
次に、ノックピン7について詳しく説明する。図3に示されるように、ノックピン7は、略円柱状に形成されており、シールカバー10の穴部10aと略同径に形成され、穴部10aに圧入固定可能な固定部としての圧入部27と、この圧入部27よりも大径に形成され、シールカバー10から略水平に突出される嵌入部17と、から主に構成されている。
Next, the
また、ノックピン7の嵌入部17は、静止密封環6の背面6a側にノックピン7の配置に対応して形成された凹部としての切欠き部6b内に、軸方向に遊嵌状態で嵌入するように配設され、回転密封環4との摺動による静止密封環6の周方向の移動を規制しつつ、軸方向への移動を許容されるようになっている。この切欠き部6bは、ノックピン7の嵌入部17よりも大径且つ軸方向に長寸に形成されている。
Further, the
嵌入部17は円柱状に形成され、その外周面17bには、嵌入部17の軸方向の基端側(すなわち圧入部27側)から先端側にかけて断面視略矩形状の溝が螺旋状に穿設された螺旋溝部17aが形成されている。螺旋溝部17aは、本実施例では嵌入部17の外周面17bにおいて4周以上旋回して形成されており、基端側から先端側に、同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回している。また、螺旋溝部17aの先端部17cは軸方向に開放されている。なお、螺旋溝部17aは、少なくとも1周以上旋回していればよく、また、螺旋溝部17aは、嵌入部17の外周面17bに複数条形成されていてもよい。更に特に図示しないが、静止密封環6をスリーブ3に対し回り止めするドライブピン5の外周面にも、上述したノックピン7と同様に螺旋溝部が形成されていてもよい。
The
次に図4を用いて、本実施例のメカニカルシール1稼働時において、被密封流体Hと、被密封液体としてのバリア液Bと、漏れ側である大気Aとが占有する領域を説明する。図4に示されるように、機内側である紙面左方側には、代替フロンなどの被密封流体Hが回転密封環4と静止密封環6との摺動部Eによって密封されている。機外側である紙面右方側には、大気Aが回転密封環4’と静止密封環6’との摺動部E’によって区画されている。
Next, with reference to FIG. 4, regions occupied by the sealed fluid H, the barrier liquid B as the sealed liquid, and the atmosphere A on the leak side during operation of the
また、バリア液流入口9から流入されたバリア液Bは、回転密封環4と静止密封環6との摺動部Eと、回転密封環4’と静止密封環6’との摺動部E’と、シールカバー10,10’とから形成される空間Zに充填され、更にケース13,13’に径方向に貫通形成された連通路L1を通じて摺動部E,E’側へ導入され、連通路L2を通じてバリア液流出口9’から流出されるようになっている。また、バリア液Bは被密封流体Hより高圧になるように管理されているので、摺動部Eの摺動不良により異常が発生したとしても、被密封流体Hが空間Z側へ流入することを抑えるように構成されている。
In addition, the barrier liquid B introduced from the
図5を用いて、本実施例のメカニカルシール1稼働時における、ノックピン7と静止密封環6との嵌合態様について詳しく説明する。図5に示されるように、コイルスプリング8に付勢された静止密封環6に対向する回転密封環4が周方向に回転すると、この静止密封環6の背面6aに形成された切欠き部6bに嵌入されたノックピン7の嵌入部17の周面が、切欠き部6bの一方の内壁面6cに周方向に押圧状態で当接することで、静止密封環6の供回りを規制する。ノックピン7の嵌入部17は、螺旋溝部17aが形成されているので、空間Z内に流入されるバリア液Bを螺旋溝部17aを通じて切欠き部6b内に導入するようになっている。
The manner in which the
図6に示されるように、螺旋溝部17aは、嵌入部17の外周面17bにおいて周方向且つ軸方向に亘って旋回しているので、螺旋溝部17aを通じて導入されたバリア液Bは、外周面17bと、静止密封環6の背面側6aにおける切欠き部6bとの間、より詳しくは、嵌入部17の外周面17bと、この外周面17bに押圧状態で当接する切欠き部6bの内壁面6cとの当接箇所に、流体膜Fを形成させるようになっている。流体膜Fは、バリア液Bが嵌入部17の螺旋溝部17aを通じて外周面17bに漏出することで、前述した当接箇所の全面に亘り形成される。
As shown in FIG. 6, the
以上説明したように、回転軸2に取り付けられる回転側要素Rとともに周方向に回転する回転密封環4と、静止側要素Sに固定される静止密封環6とが相対摺動するメカニカルシールに用いられ、回転密封環4を回転側要素Rに対し回り止めし、若しくは静止密封環6を静止側要素Sに対し回り止めする回り止めピンとしてのノックピン7であって、ノックピン7は、回転側要素R若しくは静止側要素Sに固定に設けられる固定部としての圧入部27と、回転密封環4若しくは静止密封環6の摺動面Eの背面6aに形成された凹部としての切欠き部6b内に嵌入される柱状の嵌入部17とを備え、切欠き部6bの内面に接する嵌入部17の外周面17bに、周方向に沿って螺旋状に延びる螺旋溝部17aが設けられていることから、密封環の切欠き部6bに嵌入したノックピン7の嵌入部17の螺旋溝部17aを通じて、周囲の流体を切欠き部6b内に導入することで、ノックピン7の外面と密封環の凹部の内面との間に、周方向且つ軸方向に拡がる流体膜Fを生成できるため、この流体膜Fによってノックピン7と切欠き部6bとの接触個所を潤滑にして、回り止めピンの摩耗や破損の発生を抑制することができる。また、回転軸2に伴う回転側要素Rの回転により、メカニカルシール1の装置全体に軸方向の振動が発生すると、この振動により流体が螺旋溝部17aに沿って移動し易くなるため、流体膜Fを広い範囲に生成することができる。
As described above, the
また、螺旋溝部17aは、嵌入部17の周方向に1周以上旋回していることから、ノックピン7の外周面17bに全周に亘り流体膜Fを生成することができる。
In addition, since the
また、螺旋溝部17aは、嵌入部17の軸方向の両端にかけて連続して延設されていることから、バリア液Bを切欠き部6b内に導入し易く、ノックピン7と切欠き部6bとの間に流体膜Fを確実に生成できる。
Further, since the
また、螺旋溝部17bの端部17cは、嵌入部17の軸方向の先端に向けに開放されていることから、螺旋溝部17bの軸方向の先端に向け開放された端部17cを通じて、切欠き部6bの軸方向の内奥まで流体を導入し易く、この流体により内奥側まで流体膜Fを形成することができる。
Further, since the
また、螺旋溝部17aは、断面視で矩形状に形成されていることから、ノックピン7の外周面17bに摩耗が生じても溝幅が維持されるため、流体の流動性を確保し安定した潤滑性を得ることができる。
In addition, since the
また、螺旋溝部17bは、嵌入部17の周方向に同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回していることから、切欠き部6bに均質な流体膜Fを生成することができる。
Further, since the
また、図3に示されるように、静止密封環6の外径側に配設されたケース13の連通路L1が、ノックピン7の嵌入部17と軸方向に略同位相に形成されているため、この連通路L1を通じて流入するバリア液Bが、嵌入部17に形成された螺旋溝部17aに導入され易い。
Further, as shown in FIG. 3, the communication passage L1 of the
なお、螺旋溝部17bは、嵌入部17の外周面17bに複数条設けられていてもよく、このようにすることで、切欠き部6b内の潤滑性を高めることができる。
A plurality of
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and any changes or additions within the scope of the present invention are included in the present invention. be
例えば、前記実施例では、ノックピン7を円柱状と説明したが、これに限られず、四角柱や六角柱としてもよい。
For example, in the above embodiment, the
また、前記実施例では、ノックピン7に螺旋溝部17aが形成されていたが、これに限られず、ドライブピン5に螺旋溝部17aが形成されていてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、前記実施例では、ダブル型のメカニカルシール1に回り止めピンが適用されているが、これに限らず本発明に係る回り止めピンは、シングル型、タンデム型のメカニカルシールに適用されてもよい。
In the above-described embodiment, the anti-rotation pin is applied to the double-type
1 メカニカルシール
2 回転軸
3 スリーブ
4,4’ 回転密封環
5,5’ ドライブピン(回り止めピン)
6,6’ 静止密封環
7,7’ ノックピン(回り止めピン)
8 コイルスプリング
9 バリア液流入口
9’ バリア液流出口
10 シールカバー
10a 穴部
11 連結ボルト
17 嵌入部
17a 螺旋溝部
17b 外周面
17c 端部
27 圧入部
1
6, 6'
8
Claims (3)
前記回り止めピンは、前記回転側要素若しくは前記静止側要素に固定に設けられる固定部と、前記回転密封環若しくは前記静止密封環の摺動面の背面に形成された凹部内に嵌入される円柱状の嵌入部とを備え、前記凹部の内面に接する前記嵌入部の外面に、周方向に沿って螺旋状に延びる螺旋溝部が設けられており、
前記螺旋溝部は、前記嵌入部の周方向に1周以上旋回し、前記嵌入部の軸方向の両端にかけて連続して延設され、該螺旋溝部の端部は、前記嵌入部の軸方向の先端に向け開放されており、
更に前記螺旋溝部は、断面視で矩形状に形成され、前記嵌入部の周方向に同一ピッチ、同一幅、及び同一深さで旋回しているメカニカルシール用回り止めピン。 It is used in a mechanical seal in which a rotary seal ring that rotates in the circumferential direction together with a rotary element attached to a rotary shaft and a stationary seal ring that is fixed to a stationary element slide relative to each other, and the rotary seal ring is connected to the rotary element. A rotation stop pin for a mechanical seal that stops rotation against or prevents rotation of the stationary seal ring with respect to the stationary side element,
The anti-rotation pin has a fixing portion fixedly provided on the rotating side element or the stationary side element, and a circular recess formed in the back surface of the sliding surface of the rotating seal ring or the stationary seal ring. A pillar-shaped fitting portion is provided, and a spiral groove extending spirally along the circumferential direction is provided on the outer surface of the fitting portion in contact with the inner surface of the recess,
The spiral groove turns around one or more times in the circumferential direction of the fitting portion and extends continuously to both ends of the fitting portion in the axial direction. is open to
Further, the spiral groove portion is formed in a rectangular shape in a cross-sectional view, and rotates in the circumferential direction of the fitting portion at the same pitch, the same width, and the same depth.
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