JPH04145267A - Noncontact end-face seal - Google Patents
Noncontact end-face sealInfo
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- JPH04145267A JPH04145267A JP2268441A JP26844190A JPH04145267A JP H04145267 A JPH04145267 A JP H04145267A JP 2268441 A JP2268441 A JP 2268441A JP 26844190 A JP26844190 A JP 26844190A JP H04145267 A JPH04145267 A JP H04145267A
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/72—Sealings
- F16C33/74—Sealings of sliding-contact bearings
- F16C33/741—Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid
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- Mechanical Sealing (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は非接触端面シールに関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to non-contact end seals.
［従来の技術］
従来の非接触端面シールを第７図について説明する。回
転軸１０には、軸スリーブ１が回転軸１０に螺合するナ
ツト７により固設され、その軸スリーブ１には、回転環
２が固設されている。[Prior Art] A conventional non-contact end face seal will be explained with reference to FIG. A shaft sleeve 1 is fixed to the rotating shaft 10 by a nut 7 that is screwed onto the rotating shaft 10, and a rotating ring 2 is fixed to the shaft sleeve 1.
他方、ケーシング８には、スプリングリテーナ６が固設
され、そのリテーナ６には、シールリングリテーナ５が
軸方向に摺動自在に設けられている。このシールリング
リテーナ５には、回転環２に対向する固定環４が固設さ
れ、その固定環４は、両リテーナ５．６間に介装された
ばね９により回転環２に圧接され、密封面Ａが形成され
ている。On the other hand, a spring retainer 6 is fixed to the casing 8, and a seal ring retainer 5 is provided to the retainer 6 so as to be slidable in the axial direction. A fixed ring 4 facing the rotating ring 2 is fixed to the seal ring retainer 5, and the fixed ring 4 is pressed against the rotating ring 2 by a spring 9 interposed between both retainers 5 and 6, so that the sealing surface A is formed.
そして、密封面Ａを形成する回転環２及σ固定環４の端
面の一方（図示の例では回転環２の端面）には、第２図
に示すようなスパイラル溝３１ａとスパイラルリッジ（
溝でない部分）３１ｂとが交互に並んでいるスパイラル
溝部３１が形成されている。One of the end surfaces of the rotating ring 2 and the fixed ring 4 (in the illustrated example, the end surface of the rotating ring 2) forming the sealing surface A is provided with a spiral groove 31a and a spiral ridge (as shown in FIG. 2).
A spiral groove portion 31 is formed in which non-groove portions) 31b are arranged alternately.
この構成において、回転軸１０が回転して回転環２が固
定環４に対し第２図に矢印Ｂで示す方向に相対的に回転
すると、スパイラル溝３１ａがボンピング作用により高
圧シール流体を高圧側Ｈから低圧側りに巻き込み、密封
面Ａに流体膜を形成し、密封面を非接触状態とする。In this configuration, when the rotating shaft 10 rotates and the rotating ring 2 rotates relative to the fixed ring 4 in the direction shown by arrow B in FIG. The fluid is drawn into the low-pressure side, forming a fluid film on the sealing surface A, and bringing the sealing surface into a non-contact state.
［発明が解決しようとする課題］
従来のスパイラル溝３１ａを持った非接触端面シールは
、スパイラル溝３１ａのボンピング作用を有効とする回
転方向が一方向に限定されているので、回転軸１０の正
逆両方向の回転は不可能であった。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional non-contact end face seal having the spiral groove 31a, the direction of rotation that makes the pumping action of the spiral groove 31a effective is limited to one direction. Rotation in both opposite directions was not possible.
本発明は、回転軸の正逆両方向の回転を可能にする非接
触端面シールを提供することを目的としている。An object of the present invention is to provide a non-contact end seal that allows rotation of a rotating shaft in both forward and reverse directions.
［課題を解決するための手段］
本発明によれば、回転軸と共に回転する回転環と回転機
械のケーシングに軸方向の動きが自由である状態に取付
けられた固定環との端面の間に浮動する中間リングを介
装し、該中間リングの両端面とそれに対向する前記回転
環及び固定環の端面とで密封面を形成し、その一方の密
封面を形成する端面の一方に滑り合うことによって高圧
シール流体を低圧側に巻き込む方向のスパライル溝を形
成し、他方の密封面を形成する端面の一方に前記中間リ
ングが回転しようとするのに対し前記高圧シール流体を
高圧側に押し戻す方向のスパライル溝を形成している。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a floating ring is provided between the end faces of a rotating ring that rotates together with a rotating shaft and a fixed ring that is attached to a casing of a rotating machine so as to be freely movable in the axial direction. by interposing an intermediate ring, forming a sealing surface between both end surfaces of the intermediate ring and the opposing end surfaces of the rotating ring and the stationary ring, and sliding onto one of the end surfaces forming the one sealing surface. A spiral groove is formed in a direction that draws the high-pressure sealing fluid into the low-pressure side, and a spiral groove is formed in the direction that pushes the high-pressure sealing fluid back toward the high-pressure side as the intermediate ring tries to rotate on one end face forming the other sealing surface. forming a groove.
上記中間リングの内周と回転軸又は軸スリーブとが滑り
合う面のいずれか一方にヘリングボーン溝又はスパイラ
ル溝等を形成し、中間リングが回転軸又は軸スリーブに
対し、相対回転する場合に、その内周が非接触状態とな
るように効果的に軸受作用をさせるのが好ましい。A herringbone groove or a spiral groove is formed on one of the surfaces where the inner periphery of the intermediate ring and the rotating shaft or the shaft sleeve slide together, and when the intermediate ring rotates relative to the rotating shaft or the shaft sleeve, It is preferable that the inner periphery of the bearing be effectively subjected to a bearing action so as to be in a non-contact state.
また、密封面のスパイラル溝を形成した部分を、他の部
分より僅かに窪ませ、シール流体が密封面に充分に入り
込むようにして、起動時のすべり抵抗を低減するのが好
ましい。Further, it is preferable that the portion of the sealing surface where the spiral groove is formed be slightly recessed than the other portions so that the sealing fluid can sufficiently enter the sealing surface to reduce the sliding resistance during startup.
また、一方の密封面の高圧側（外側）に通じているスパ
イラル溝の半径方向内方に低圧側（内側）着固定作用と
を強化するのが好ましい。Further, it is preferable to strengthen the low pressure side (inside) attachment and fixing action radially inward of the spiral groove communicating with the high pressure side (outside) of one of the sealing surfaces.
［作用］
上記のように構成された非接触端面シールにおいては、
回転軸と共に回転環が回転すると、中間リングの回転環
側における密封面のスパイラル溝がボンピング作用でシ
ール流体を高圧側から低圧側に巻き込み、密封面に流体
膜を形成し、密封面は非接触状態となる。他方、固定環
側の密封面のスパイラル溝がボンピング作用でシール流
体を低圧側から高圧側に押し戻し、中間リングを固定環
に吸着固定する。[Function] In the non-contact end seal configured as above,
When the rotating ring rotates with the rotating shaft, the spiral groove on the sealing surface on the rotating ring side of the intermediate ring uses a pumping action to draw sealing fluid from the high pressure side to the low pressure side, forming a fluid film on the sealing surface, and the sealing surface is non-contact. state. On the other hand, the spiral groove on the sealing surface on the fixed ring side pushes the sealing fluid back from the low pressure side to the high pressure side by a pumping action, and the intermediate ring is fixed to the fixed ring by suction.
また、回転軸が逆方向に回転すると、前述とは逆に中間
リングは回転環に吸着固定され、中間リングと固定環と
に流体膜が形成され、密封面は非接触状態となる。Furthermore, when the rotating shaft rotates in the opposite direction, the intermediate ring is attracted and fixed to the rotating ring, contrary to the above, a fluid film is formed between the intermediate ring and the stationary ring, and the sealing surfaces are brought into a non-contact state.
［実施例コ 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。[Example code] The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
なお、第１図において第７図に対応する部分については
、同じ符号を付して重複説明を省略する。Note that parts in FIG. 1 that correspond to those in FIG. 7 are given the same reference numerals and redundant explanation will be omitted.
第１図において、回転環２と固定環４との間には、中間
リング３が回転自在に設けられ、ばね９と固定環４とに
より回転環２に圧接されており、中間リング３の両端面
と回転環２及び固定環４との間に、それぞれ密封面Ａｌ
、Ａ２が形成されている。In FIG. 1, an intermediate ring 3 is rotatably provided between the rotating ring 2 and the fixed ring 4, and is pressed against the rotating ring 2 by a spring 9 and the fixed ring 4. Both ends of the intermediate ring 3 A sealing surface Al is provided between the surface and the rotating ring 2 and fixed ring 4, respectively.
, A2 are formed.
その一方の密封面Ａ１を形成する中間リング３及び回転
環２の端面の一方（図示の例では中間リング３の左端面
）には、スパイラル溝３１ａとスパイラルリッジ３１ｂ
とが交互に並んでいるスパイラル溝部３１と、リッジ３
１ｂと面一なシーリングダム部３２とが形成されている
。One of the end surfaces of the intermediate ring 3 and the rotating ring 2 (in the illustrated example, the left end surface of the intermediate ring 3) forming one of the sealing surfaces A1 has a spiral groove 31a and a spiral ridge 31b.
Spiral grooves 31 and ridges 3 are arranged alternately.
A ceiling dam portion 32 is formed flush with 1b.
また、他方の密封面Ａ２を形成する中間リング３及び固
定環４の端面の一方（図示の例では中間リング３の右端
面）には、第２ａ図に示す通り、回転環２の方向に見て
第２図と逆方向の、すなわち軸方向投影面上において密
封面Ａ１側とは同一方向のスパイラル溝部３１と、シー
リングダム部３２とが形成されている。In addition, as shown in FIG. 2a, one of the end surfaces of the intermediate ring 3 and the fixed ring 4 that form the other sealing surface A2 (the right end surface of the intermediate ring 3 in the illustrated example) is A spiral groove portion 31 and a sealing dam portion 32 are formed in the opposite direction to that in FIG. 2, that is, in the same direction as the sealing surface A1 side on the axial projection plane.
これらのスパイラル溝部３１．３１のスパイラル溝３１
ａ、３１ａの形状及び本数は、全く同じでもよいし、異
なっていてもよい。また、スパイラル溝部３１．３１は
、回転環２と固定環４とに設けてもよい。また、スパイ
ラル溝部３１を形成する側（図示の例では中間リング３
）の材料は、硬質材料、例えば超硬合金、セラミックス
（ＳｉＣ，Ｓ ｉ３Ｎ４、Ａｊ！ ２０３ ）あるいは
特に表面を硬化した金属などであり、相手側（図示の例
では回転環２、固定環４）の材料は、カーボンを代表と
する軟質材料標準とするが、硬質材料でもよい。なお、
回転する回転環あるいは中間リングがセラミックス、カ
ーボンで作られた場合は、外周に金属製補強リングを焼
き嵌めし、遠心力に対する強度を増加する必要がある。Spiral grooves 31 of these spiral groove parts 31.31
The shape and number of a and 31a may be completely the same or may be different. Further, the spiral grooves 31.31 may be provided in the rotating ring 2 and the fixed ring 4. Also, the side where the spiral groove 31 is formed (in the illustrated example, the intermediate ring 3
) is a hard material, such as cemented carbide, ceramics (SiC, Si3N4, Aj! 203) or a metal with a particularly hardened surface, and the material of the mating part (rotating ring 2, fixed ring 4 in the illustrated example) The material is a standard soft material such as carbon, but a hard material may also be used. In addition,
If the rotating ring or intermediate ring is made of ceramics or carbon, it is necessary to shrink-fit a metal reinforcing ring to the outer periphery to increase the strength against centrifugal force.
また、高圧側Ｈ及び低圧側りが図示の例と逆の場合は、
スパイラル溝部３１の開放端を高圧側とするために溝を
内側に形成する。In addition, if the high pressure side H and low pressure side are opposite to the illustrated example,
A groove is formed inside to make the open end of the spiral groove part 31 the high pressure side.
次に作用について説明する。Next, the effect will be explained.
回転軸１０と共に回転環２が矢印ａ方向に回転し、中間
リング３の密封面Ａ１の端面に対して、第２図において
矢印Ｃ方向に回転環２が回転すると、密封面Ａ１のスパ
イラル溝３１ａがボンピング作用で高圧シール流体を高
圧側Ｈから低圧側りに巻き込み、密封面に流体膜を形成
する。これにより密封面Ａ１は非接触状態となる。この
際、密封面Ａ１間の隙間は、可及的に小さくして漏れを
制限するようにするのが好ましい。When the rotating ring 2 rotates in the direction of the arrow a together with the rotating shaft 10 and rotates in the direction of the arrow C in FIG. 2 with respect to the end face of the sealing surface A1 of the intermediate ring 3, the spiral groove 31a of the sealing surface A1 The high-pressure sealing fluid is drawn from the high-pressure side H to the low-pressure side by the pumping action, forming a fluid film on the sealing surface. This brings the sealing surface A1 into a non-contact state. At this time, it is preferable to make the gap between the sealing surfaces A1 as small as possible to limit leakage.
他方、密封面Ａ２において、中間リング３が回転環２に
追従して第２ａ図において矢印Ｂ方向に回転しようとす
ると、スパイラル溝３１ａがボンピング作用でシール流
体を低圧側りから高圧側Ｈに押し戻し、中間リング３を
固定環４に吸着して固定する。On the other hand, on the sealing surface A2, when the intermediate ring 3 follows the rotating ring 2 and tries to rotate in the direction of arrow B in FIG. , the intermediate ring 3 is attracted and fixed to the fixed ring 4.
また、回転軸１０が逆方向に回転すると、中間リング３
は、前述とは逆に回転環２に吸着固定され、中間リング
３と固定環４との間に流体膜が形成される。Also, when the rotating shaft 10 rotates in the opposite direction, the intermediate ring 3
is suctioned and fixed to the rotating ring 2, contrary to the above, and a fluid film is formed between the intermediate ring 3 and the stationary ring 4.
第３図は本発明の別の実施例を示し、中間リング３又は
軸スリーブ１の一方、図示の例では軸スリーブ１の外周
に、ヘリングボーン溝３３又はスパイラル溝を形成し、
他を第１図と同様に構成した例である。前実施例では、
回転軸１０が正方向に回転する場合には軸スリーブ１に
対し、中間リング３が相対回転し、中間リング３の内周
と軸スリーブ１とが滑り合うことになるので、両者１．
３の間の隙間を少なくして軸受作用をさせるが、本実施
例ではへリングボーン溝３３又はスパイラル溝により軸
受作用をより効果的にすることができる。FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, in which a herringbone groove 33 or a spiral groove is formed on the outer periphery of one of the intermediate ring 3 or the shaft sleeve 1, in the illustrated example, the shaft sleeve 1,
This is an example in which the other components are configured in the same manner as in FIG. In the previous example,
When the rotating shaft 10 rotates in the forward direction, the intermediate ring 3 rotates relative to the shaft sleeve 1, and the inner circumference of the intermediate ring 3 and the shaft sleeve 1 slide against each other.
Although the bearing effect is achieved by reducing the gap between the grooves 33, the bearing effect can be made more effective by using the herringbone grooves 33 or spiral grooves in this embodiment.
第４図は本発明の別の実施例を示し、中間リング３Ａの
スパイラル溝部３１を形成した部分を、シーリングダム
部３２より量ｈｔ（例えば３ミクロン以下）だけで僅か
に窪ませ、他を第１図と同様に構成した例である。この
実施例では、シール流体を密封面Ａ１、Ａ２間に充分に
入り込むようにし、始動時のすべり抵抗を極力小さくす
ることができる。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, in which the portion of the intermediate ring 3A in which the spiral groove portion 31 is formed is slightly recessed by an amount ht (for example, 3 microns or less) from the sealing dam portion 32, and the other portion is recessed by an amount ht (for example, 3 microns or less). This is an example configured in the same manner as in Figure 1. In this embodiment, the sealing fluid can sufficiently enter between the sealing surfaces A1 and A2, and the slip resistance at the time of starting can be minimized.
第５図及び第６図は本発明の別の実施例を示し、中間リ
ング３Ｂの密封面Ａｌ側の端面に、スパイラル溝部３１
を設け、更に、シーリングダム部３２の半径方向内側の
部分に、スパイラル溝部３１と逆向きでかつ低圧側りに
開放したスパイラル溝部３１Ａを形成し、密封面Ａ２側
の端面に軸方向投影面上に４見て同様な方向のスパイラ
ル溝部３１．３１Ａを形成した例である。なお、半径方
向内側のスパイラル溝部３１Ａの内方の直径２ｒ１′は
、第１図において、固定環４の内径と２ｒｌと等しいか
小さくとられており、外側のスパイラル溝部３１は、シ
ーリングダム部３２より量ｈｔだけ僅かに窪ませである
。この実施例では、回転環２側の外側のスパイラル溝部
３１は、高圧側Ｈのシール流体をボンピング作用で巻き
込んで流体膜を形成し内側のスパイラル溝部３１Ａは、
高圧側から漏れるシール流体を押し戻す。他方、固定環
４側の外側及び内側のスパイラル溝部３１．３１Ａは、
密封面Ａ２にある流体を、それぞれ高圧側Ｈ及び低圧側
りに排除し、中間リング３Ｂを固定速４に吸着固定する
。また、回転軸１ｏが逆方向に回転すると、中間リング
３Ｂは、逆に回転環２に吸着固定され、中間リング３Ｂ
と固定環との間に流体膜が形成される。5 and 6 show another embodiment of the present invention, in which a spiral groove 31 is formed on the end surface of the intermediate ring 3B on the sealing surface Al side.
Further, a spiral groove 31A is formed in the radially inner part of the sealing dam part 32 and is opposite to the spiral groove 31 and is open to the low pressure side, and the end surface on the sealing surface A2 side is formed with a spiral groove 31A on the axial projection plane. This is an example in which spiral grooves 31.31A are formed in the same direction as shown in FIG. The inner diameter 2r1' of the radially inner spiral groove 31A is set to be equal to or smaller than the inner diameter 2rl of the fixed ring 4 in FIG. It is slightly depressed by an amount ht. In this embodiment, the outer spiral groove 31 on the rotating ring 2 side draws in the sealing fluid on the high pressure side H by a pumping action to form a fluid film, and the inner spiral groove 31A
Push back seal fluid leaking from the high pressure side. On the other hand, the outer and inner spiral grooves 31.31A on the fixed ring 4 side are
The fluid on the sealing surface A2 is discharged to the high pressure side H and the low pressure side, respectively, and the intermediate ring 3B is fixed by suction at a fixed speed 4. Further, when the rotating shaft 1o rotates in the opposite direction, the intermediate ring 3B is suctioned and fixed to the rotating ring 2, and the intermediate ring 3B
A fluid film is formed between the fixed ring and the fixed ring.
［発明の効果コ
本発明は、以上説明したように構成されているので、回
転環と固定環との間に設けた中間リングと、中間リング
の両側に形成された密封面のい、ずれかの端面に形成し
たスパイラル溝とにより、回転軸の正逆方向の回転に対
し、非接触な密封面を形成し、漏れの少ないシールを提
供する。[Effects of the Invention] Since the present invention is constructed as described above, the intermediate ring provided between the rotating ring and the stationary ring and the sealing surfaces formed on both sides of the intermediate ring are The spiral groove formed on the end face of the rotary shaft forms a non-contact sealing surface against rotation of the rotary shaft in the forward and reverse directions, thereby providing a seal with little leakage.
第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第２図はス
パイラル溝部を示す中間リングの正面図、第２ａｌｌは
中間リングの他の端面の正面図、第３図は本発明の別の
実施例の要部を示す側面図、第４図及び第５図は本発明
のそれぞれ異なる別の実施例の要部を示す中間リングの
側断面図、第６図は第５図の正面図、第７図は従来シー
ルを示す側断面図である。
Ａ１、Ａ２・・・密封面 ２・・・回転環３．３Ａ、
３Ｂ・・・中間リング ４０１．固定環 ８・・・
ケーシング １ｏ・・・回転軸 ３１．３１Ａ・・・
スパイラル溝部 ３１φスパイラル溝
３１ｂ ・
・スパイラ
ルリッジ
第
図
第
図
第２２Ｉ！１
第
図
第
図
第
図
第
図
第
図FIG. 1 is a side sectional view showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the intermediate ring showing the spiral groove, 2.all is a front view of the other end surface of the intermediate ring, and FIG. 3 is a front view of the intermediate ring. 4 and 5 are side sectional views of an intermediate ring showing essential parts of different embodiments of the present invention, and FIG. 6 is a front view of FIG. 5. 7 are side sectional views showing a conventional seal. A1, A2... Sealing surface 2... Rotating ring 3.3A,
3B...Intermediate ring 401. Fixed ring 8...
Casing 1o...Rotating shaft 31.31A...
Spiral Groove 31φ Spiral Groove 31b ・・Spiral Ridge Diagram Diagram Diagram 22I! 1 Figure Figure Figure Figure Figure
Claims (1)
軸方向の動きが自由である状態に取付けられた固定環と
の端面の間に浮動する中間リングを介装し、該中間リン
グの両端面とそれに対向する前記回転環及び固定環の端
面とで密封面を形成し、その一方の密封面を形成する端
面の一方に滑り合うことによって高圧シール流体を低圧
側に巻き込む方向のスパライル溝を形成し、他方の密封
面を形成する端面の一方に前記中間リングが回転しよう
とするのに対し前記高圧シール流体を高圧側に押し戻す
方向のスパライル溝を形成したことを特徴とする非接触
端面シール。A floating intermediate ring is interposed between the end faces of a rotating ring that rotates together with the rotating shaft and a fixed ring that is attached to the casing of the rotating machine so that it can freely move in the axial direction, and both end faces of the intermediate ring and The opposing end surfaces of the rotating ring and the stationary ring form a sealing surface, and by sliding against one of the end surfaces forming one of the sealing surfaces, a spiral groove is formed in a direction in which the high pressure sealing fluid is drawn into the low pressure side. A non-contact end face seal, characterized in that a spiral groove is formed in one of the end faces forming the other sealing face in a direction that pushes the high pressure sealing fluid back toward the high pressure side when the intermediate ring tries to rotate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268441A JPH04145267A (en) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Noncontact end-face seal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268441A JPH04145267A (en) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Noncontact end-face seal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04145267A true JPH04145267A (en) | 1992-05-19 |
Family
ID=17458545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2268441A Pending JPH04145267A (en) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | Noncontact end-face seal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04145267A (en) |
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