JPH02176270A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、ポンプ、コンプレッサ及び撹拌機等の、液
体を密封した回転機械に用いられるメカニカルシールに
関し、特に摺動部（密封端部）の摩耗状態を検知するこ
とができるメカニカルシールに関する。

〈従来の技術と発明が解決しようとする課題〉周知のよ
うに、メカニカルシールは、ケーシングに取付けた静止
側密封環の密封端部に、回転軸と一体回転する回転側密
封環の密封端部を密接させることにより、密封流体の洩
れを防止するものである。

一般に、上記メカニカルシールにおいては、上記静止側
密封環及び回転側密封環のうちの何れか一方が、他方側
へ移動可能に設けられていると共に、上記一方が弾性部
材によって他方側へ弾性的に押圧されている。したがっ
て、密封端部が摩耗しても、上記一方の密封環が他方側
へ自動的に送り込まれて上記密着状態が保持されること
になり、これにより、長期に亘ってメンテナンスを行わ
ずに済むことになる。そして、上記密封端部が所定量摩
耗して使用限界に達した場合には、当該使用限界に達し
た密封環を、新しいものと交換している。

上記密封環の使用限界は、メカニカルシールを分解して
密封端部の摩耗量を測定することにより把握しているの
が通例である。したがって、使用限界を把握するのに手
間がかかるという問題があるほか、分解作業中、機械を
停止しておかなければならず機械の稼動率を低下させる
という問題があった。

このため、可動側密封環の背面側に設けられている固定
リテーナに、うず電流型変位センサや静電容量型変位セ
ンサ等のギャップセンサを取付け、可動側密封環の背面
をターゲットとして、上記背面とギャップセンサのセン
ナ端子部との距離を測定することにより、可動側密封環
の摩耗による移動量を検知し、摩耗量を検出することが
検討されている。

しかし、メカニカルシール毎に固定リテーナと可動側密
封環との間の距離がばらつくので、上記ギャップセンサ
方式では、ギャップセンサのセンサ端子部と可動側密封
環との間の初期隙間の調整や、測定器の調整に手間がか
かるという問題がある。また、上記可動側密封環が密封
流体の内圧により推力を受けて微小移動し、上記隙間が
変動するため、正確な測定が行えないという問題がある
。さらに、上記隙間に溜まったごみや埃等によって、作
動不良が発生する虞がある。

この発明の目的は、簡単に且つ確実に密封環の摩耗状態
を検出することのできるメカニカルシールを提供するこ
とである。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するためのこの発明に係るメカニカルシ
ールは、静止側密封環及び回転側密封環のそれぞれの密
封端部どうしを密接させてなるメカニカルシールにおい
て、上記静止側密封環に、その密封端部の摩耗状態を検
知するためのセンサが、当該密封端部と共に摩耗可能に
設けられていることを特徴とするものである。

なお、上記センナは、抵抗体の摩耗による抵抗値の変化
に基づいて摩耗状態を検知する摩耗センサであっても良
い。

また、上記センサは、密封端部と共に摩耗して断線する
導線であっても良い。

く作用〉 上記の構成のメカニカルシールによれば、静止側密封環
の密封端部が摩耗すると、当該密封端部と共にセンサが
摩耗するので、この摩耗に伴う電気的な特性の変化を検
知することにより、密封端部の摩耗状態を検知すること
ができる。より具体的には、上記センサが、抵抗体を用
いた摩耗センサである場合には、この摩耗センサにより
、密封端部と共に摩耗した抵抗体の抵抗値変化に基づい
て、摩耗状態をリアルタイムに検知することができる。

また、上記センサが、密封端部と共に摩耗して断線する
導線である場合には、当該センサである導線の断線を、
例えば導線の電気的導通の有無に基づいて検知すること
により、静止側密封環の摩耗限度等の摩耗状態を検知す
ることができる。

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明に係るメカニカルシールを配設した軸
封部分の断面図を示している。同図において、ポンプ等
の回転機械の回転軸（３）は、ケーシング（１）の開口
端に設けられたフランジ（′２Ｊの中心孔（２１）を通
して、ケーシング（１）の内部から外部に導出されてお
り、上記ケーシング（１）の内部からフランジ■の中心
孔（２１）にかけて、メカニカルシール（Ａ）が配設さ
れている。このメカニカルシール（Ａ）は、フランジ（
２）に取付けられた゛静止側密封環（４）と、回転軸（
３）に一体回転可能に取付けられ、上記静止側密封環（
４）の密接端部（４１）と摺接する密接端部（５１）を
有する回転側密封環（５）とを主要部としている。

上記静止側密封環（４）は、フランジ（２）の中心孔（
２１）に内嵌されており、その内周部（４２）と回転軸
（３）との間には、所定の隙間が設けられている。静止
側密封環（４）の外周には、凸部（４３）が全周に亘っ
て形成されている。この凸部（４３）は、フランジ（２
）の内周段部（２２）と組み合わされており、両者によ
ってＯリング収容部（６）が形成されている。この０リ
ング収容部（６）に、静止側密封環（４）の外周側から
の流体の洩れを阻止するＯリング（６１）が配設されて
いる。

上記静止側摺動環（４）には、軸方向に貫通するセンサ
挿通孔（４４）が形成されており、このセンサ挿通孔（
４４）に摩耗センサ（力が内嵌されている。当該摩耗セ
ンサ（７）は、その先端部（７ａ）が静止側摺動環（４
）の密封端部（４Ｉ）と面一になるように配設されてい
る。この先端部（７ａ）は、密封端部（４１）の摩耗と
共に摩耗する。

上記回転側密封環（５）は、軸方向に移動自在なリテー
ナ（８）の凹部（８１）に嵌合された状態で、当該リテ
ーナ（８）によって保持されている。このリテーナ（８
）の背部（８２）は、スプリングリテーナ００）に保持
されたスプリング（９）によって静止側密封環（４）方
向へ弾性付勢されており、これにより、上記回転側密封
環（５）の密封端部（５Ｉ）は、静止側密封環（４）の
密封端部（４１）に密接されている。

上記静止側密封環（４）及び回転側密封環（５）の材質
としては、カーボンとセラミックス、カーボンと超硬合
金、等の組み合わせを例示することができる。

第２図は、上記摩耗センサ（′７）の内部構造を示して
おり、同図において、摩耗センサσ）は、センサ本体（
７０）及びケーブル（７１）からなる。上記センサ本体
（７０）は、円柱形の保護体（７２）の中心部に、セラ
ミックス製の基板（７３）、該基板（７３）に蒸着形成
された薄膜状の抵抗体（７４）、この抵抗体（７４）に
接続した金の薄膜からなる一対の導体（７５）、及び薄
膜の温度補償抵抗（７６）を内装している。上記保護体
（７２）としては、静止側密封環（４）と同材質のもの
を用いることが、当該保護体（７２）及び静止側密封環
（４）を等しく摩耗させるために好ましい。この保護体
（７２）によって、抵抗体（７４）等を保護することに
より、この摩耗センサ（７）を、例えば温度３００℃、
圧力２００ｋｇ々の苛酷な使用環境にも耐えられるよう
にしている。

上記ケーブル（７２）には、上記一対の導体（７５）に
接続した一対のリード線（７Ｂ）、及び上記温度補償抵
抗（７Ｇ）に接続したリード線り７７）が内装されてい
る。これらのリード線（７Ｂ）（７７）は、抵抗値を検
出する検出器（図示せず）に接続されている。

上記抵抗体（７４）の摩耗量Ｘは、 Ｌ　：抵抗体（７４）の初期長さ ＲＩ　：抵抗体（７４）の初期抵抗値 Ｒ：抵抗体（７４）の摩耗後の抵抗値 として、 Ｘ−Ｌ−Ｌ−Ｒ，／Ｒ で表される。

上記検出器には、温度補償抵抗（７８）をリード線（７
７）を介して接続した温度補償回路、及びリード線（７
６）　（７７）の抵抗値を校正するための回路が内装さ
れている。上記温度補償回路は、抵抗体（７４）の抵抗
値の温度変化による変動分を温度補償するためのもので
ある。

この実施例の構成によれば、静止側密封環（４）の密封
端部（４１）が摩耗すると、当該密封端部（４１）と共
に摩耗センサ（７）の抵抗体（７４）が摩耗し、抵抗体
（７４）の抵抗値が変化（増大）する。この抵抗体（７
４）の抵抗値の変化に基づき、摩耗センサ（７）によっ
て、密封端部（４１）の摩耗状態を検知することができ
る。したがって、上記検知に際し、メカニカルシール（
Ａ）を分解する必要がなく、しかも摩耗センサ（７）自
体が摩耗して直接的に摩耗状態を検知するので、容易に
且つ確実に摩耗状態を検知することができる。しかも、
上記摩耗状態を継続的に監視することもできる。そして
、予め使用限界に対応する抵抗値を求めておくことによ
り、静止側密封環（４）の使用限界を把握することがで
きる。

また、この摩耗センサ（７）が、温度補償抵抗（７Ｂ）
を有するので、この温度補償抵抗（７Ｂ）の温度変化に
よる抵抗値変化に基づいて、温度変化による抵抗値の変
動分を補正した状態で、上記抵抗体（７４）の摩耗によ
る抵抗値変化を検知することができ、−層正確に摩耗状
態の検知が行える。

なお、摩耗センサ（７）は、第３図に示すように、静止
側摺動環（４）の内周部（４２）に設けたセンサ配設溝
（４５）に、接着剤により貼着しておいても良い。

第４図は他の実施例を示している。同図において、静止
側密封環（４）にセンサとしてのループ状の導線（７′
）が埋設されている。この導線（７′）は、静止側密封
環（４）の密封端部（４Ｉ）が使用限界または使用限界
近くまで摩耗すると、露出して摩耗し、断線するように
なっている。そして、上記導線（７′）には、電気的導
通の有無に基づいて上記断線を検知する導通検知手段（
１１）が接続されている。

この実施例によれば、導通検知手段（１１）による断線
検知によって、静止側密封環（４）が使用限界または使
用限界近くに達したことを容易に且つ確実に検知するこ
とができ、これにより、静止側密封環（４）の使用限界
を把握することができる。特に、センサが導線（７′）
からなる非常に単純な構成なので、温度の影響も無視で
き、動作が一層確実である。

なお、この考案のメカニカルシールは、上記各実施例に
限定されるものでなく、例えば、摩耗センサとして、段
階的に長さの異なる抵抗箔を複数本保護体内に埋設した
ものを用い、摩耗と共に段階的に変化する抵抗値に基づ
いて、摩耗状態を検知するようにすること等、この発明
の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を施すことが
できる。

〈発明の効果〉 以上のように、この発明のメカニカルシールによれば、
静止側密封環の密封端部の摩耗と共に摩耗するセンサに
よって、メカニカルシールを分解することなく、密封端
部の摩耗状態を容易に且つ確実に検知することができる
。

また、上記センサが、抵抗体を用いた摩耗センサである
場合、この摩耗センサにより、密封端部と共に摩耗した
抵抗体の抵抗値変化に基づいて、摩耗状態を検知するこ
とができる。

さらに、上記センサが、密封端部と共に摩耗して断線す
る導線である場合、当該センサである導線の断線を、例
えば導線の電気的導通の有無に基づいて検知することに
より、静止側密封環の摩耗状態を検知することができ、
しかも、センサを単純な構成としているので、検知を一
層確実に行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のメカニカルシールを包含した軸封部
分の断面図、 第２図はその摩耗センサの内部構造を示す断面図、 第３図は摩耗センサを静止側密封環の内周部に配置した
例を示す断面図、 第４図は他の実施例の静止側密封環を示す断面図である
。 （＾）・・・メカニカルシール、（４）・・・静止側密
封環、（５）・・・回転側密封環、（７）・・・摩耗セ
ンサ、（７′）・・・センサとしての導線、 （４１）　（５１）・・・密封端部、（７４）・・・抵
抗体。 特許出願人　　日本ビラー工業株式会社第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、静止側密封環及び回転側密封環のそれ ぞれの密封端部どうしを密接させてなる メカニカルシールにおいて、上記静止側 密封環に、その密封端部の摩耗状態を検 知するためのセンサが、当該密封端部と 共に摩耗可能に設けられていることを特 徴とするメカニカルシール。 ２、上記センサが、抵抗体の摩耗による抵 抗値の変化に基づいて摩耗状態を検知す る摩耗センサである上記請求項第１項記 載のメカニカルシール。 ３、上記センサが、密封端部と共に摩耗し て断線する導線である上記請求項第１項 記載のメカニカルシール。