JPH04211767A - メカニカルシール組立体 - Google Patents

メカニカルシール組立体

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JPH04211767A
JPH04211767A JP3034522A JP3452291A JPH04211767A JP H04211767 A JPH04211767 A JP H04211767A JP 3034522 A JP3034522 A JP 3034522A JP 3452291 A JP3452291 A JP 3452291A JP H04211767 A JPH04211767 A JP H04211767A
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pressure fluid
fluid
high pressure
seal assembly
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転する軸に沿った高
圧流体の制御されない漏れを阻止する高圧メカニカルシ
ール組立体の改良に関し、かつ１９８６年５月６日に発
行された米国特許第４，５８６，７１９号に示されるよ
うなメカニカルシール組立体の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記米国特許に述べられているように、
特許されたメカニカルシール組立体は、圧力及び温度の
極端にかつ広範囲に変化する条件に対する要件を満たす
ように原子炉冷媒ポンプ、ボイラ循環ポンプ及びパイプ
ラインポンプに使用するために開発され、そこにおいて
ポンプ軸はこのような条件の下で軸方向に移動しかつ半
径方向に動揺しまた歪む。このような条件の下で運転す
るために、特許されたメカニカルシール組立体は回転可
能な軸に弾性的に連結された回転可能シールリングと、
ばね保持具のばねポケット内に受けられた軸方向に整合
された同様のばねによって回転可能シールリングに向か
って軸方向に弾性的に偏倚された回転不能シールリング
とを備えている。シールリングは高圧流体を低圧流体か
ら隔離しかつ汲み上げた流体によって潤滑される対向す
るシール面を有している。回転可能シールリングの外面
は包囲するシリンダ状部材内に包囲されかつそのシリン
ダ状部材に弾性的に連結されており、回転不能シールリ
ングは他の包囲するシリンダ状部材の内側にシールされ
ている。シールフランジ内に緩く嵌合された釣り合いス
リーブは回転不能シールリングを支持しかつシール組立
体の運転中に軸と釣り合いスリーブとの間の角度の不整
合を許容する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来のメカニカルシール組立体の欠点を改良したメカニ
カルシール組立体を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本願の一つの発明は、回
転可能な軸と静止ハウジングに関連付けられかつ高圧流
体と低圧流体とを分離するためのメカニカルシール組立
体であって、前記軸に接続された回転可能シールリング
と、軸方向移動が制限されるように前記ハウジングに接
続された回転不能シールリングと、前記回転不能シール
リングを前記回転可能なシールリングに向かって軸方向
に偏倚する装置とを備えたメカニカルシール組立体にお
いて、Ｘリング形の密封装置を備え、前記密封装置が前
のローブと高圧流体に面しかつ前記回転可能な軸と前記
回転不能リングとの間に配置されたローブとを備え、前
記両ローブが前記密封装置上の圧力を制御して前記回転
可能な軸に関する前記密封装置の滑り摩擦を改善しかつ
回転不能シールリングが調和してたわむように高圧を受
けるように構成されている。本願の他の発明は、回転可
能な軸、及び静止ハウジングと関連付けられかつ高圧流
体と低圧流体とを分離するための自己補償メカニカルシ
ール組立体において、前記軸に接続された回転可能シー
ルリングと、前記ハウジングに接続されかつ軸方向移動
可能な回転不能シールリングと、互いに向かい合う各シ
ールリングのシール面と、回転不能シールリングを回転
可能シールリングに向けて偏倚する装置と、複数の隔て
られたローブであってその幾つかが前記高圧流体を受け
るローブを有するエラストマのリングと高圧流体で前記
ローブの間に隙間を与えるための前記ローブ間の装置と
を備えた前記低圧流体に関して回転不能シールリングを
密封する装置と、前記高圧流体内にありかつその高圧流
体によって適所に保持された取付け具と、前記取付け具
内に配置されかつ入口及び前記低圧流体の圧力を制御す
るために前記低圧流体内に配置された出口端部を有する
コイルとを備え、前記取付け具が前記高圧流体内に開口
している圧力降下装置と、加圧された清浄流体の源と、
清浄流体を前記加圧された源から前記シール組立体に半
径方向に向ける装置及び前記半径方向に向けられた清浄
流体を前記シール組立体の回りで接線方向に向け、シー
ル組立体に前記高圧流体領域の清浄流体を与えて前記シ
ール組立体の汚染を減少する装置と、とを備えて構成さ
れている。
【０００５】
【作用】本発明のメカニカルシール組立体は高圧流体を
低圧流体から分離するために使用され、前述の米国特許
に示された改良点の総てを含みかつ低い滑り摩擦及び回
転不能シール面の改良され、より調和した圧力歪みを与
えるために回転不能シールリングに逃げ部が形成された
（ｖｅｎｔｅｄ）Ｘリング（又は切り込みの入ったクオ
ード（Ｑａｕｄ）リング）及び高圧側と低圧側との間の
１／２の比率だけ圧力を低下するためにシール組立体内
に圧力降下装置を配置するための改良された装置を備え
ることによって更に改良されている。更に別の改良とし
て、汲み上げられた流体がシール組立体内に含まれかつ
シール組立体の動作を妨げる条件の下で、シール組立体
の外周の回りの清浄な流体の循環を改良するために装置
が設けられる。
【０００６】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は、実質的に同じステージを有する多
段メカニカルシール組立体を示し、両ステージに共通の
ある部品は図面を簡単にしかつ説明を簡単にするために
一方又は他方のステージで詳細に説明され、記載された
ステージにおける部品同じように機能する同様の部品を
示すのに同じ参照番号が使用されている。また、「メカ
ニカルシール組立体」及び「シール組立体」の用語は互
換可能に使用されている。２段のステージが示されてい
るが、必要な所では別のステージを追加できかつこの改
良は１段のメカニカルシール組立体にも同様に使用され
得る。最後に、これらの改良は特許されたシール組立体
について記載されているが、他のシール組立体にも適用
できることは当業者には明らかである。
【０００７】このように、図１において、改良したメカ
ニカルシール組立体のステージ１は全体が１０で示され
、かつ１１で示されかつ図３により詳細に示されている
前述のクオードリングと、全体が１２で示されかつ図４
により詳細に示されている前述の圧力降下（ｐｒｅｓｓ
ｕｒｅ　　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）装置と、図８ないし図
１０により詳細に示されている前述の改良した清浄流体
循環装置１３とを備え、それらの総ては以下で詳細に記
載される。
【０００８】前述の特許は本発明を除いてシール組立体
を詳細に示しているが、特許されたシール組立体の十分
な詳細は本発明を十分に理解するためにここで記載され
ている。
【０００９】シール組立体１０は回転可能な軸スリーブ
１４の上に設けられて示され、回転不能のシールハウジ
ングはシールフランジ１５及びシールハウジング１６か
ら成り、総ては一部のみが１７で示されるポンプハウジ
ング内にある。
【００１０】シール組立体１０は、軸スリーブ１４と、
回転可能シールリング１８と、回転可能シールリング１
８に向かって弾性的に偏倚されている回転不能シールリ
ング２０とを備えている。シールリング１８及び２０は
相対的に回転し対向する磨かれたシール面２１及び２２
を有し、そのシール面は高圧流体が高圧領域２３から低
圧領域２４に流れるのをほぼ防止する。低圧領域２４は
ステージ２の高圧領域でありかつ時には中圧領域と呼ば
れる。ステージ２の低圧領域は２４ａで示されている。
【００１１】回転可能シールリング１８は回転可能シー
ルリング１８をアダプタ２５からシールすなわち密封し
かつ隔てて作られている材料の相違に基づく動作条件の
下での回転可能シールリング１８及びアダプタ２５の異
なる半径方向歪みの好ましくない影響を排除するために
、アダプタ２５及びそれらの間のＯリング２６と協働す
る。アダプタ２５内及び軸スリーブ１４内の駆動ピン２
７は軸スリーブ１４とアダプタ２５との間の駆動接続部
を形成する。
【００１２】図１及び図７に示されるように、前に「シ
リンダ状部材」として言及したロックリング２８がアダ
プタ２５及び回転可能シールリング１８を囲みかつ回転
可能シールリング１８の平坦部３１によって限定された
横方向ポケット内及びロックリング２８の溝３２内に受
けられたエラストマのキー３０によってアダプタ及び回
転可能シールリングに接続されている。回転可能シール
リング１８は軸スリーブ１４内に伸びる駆動ピン２７を
介して動作するロックリング２８によって駆動される。 キー３０はロックリング２８と回転可能シールリング１
８との間で弾性駆動接続部を与えかつそれらの間の駆動
にクッションを与える。
【００１３】エラストマのキー３０は回転可能シールリ
ング１８に半径方向内側に向く力を加えかつシール面２
１と２２との間の摩擦力が増加したときキー３０は回転
可能シールリング１８に増加した力を加えてシール面２
１を波形に歪め、シール面２１及び２２を横切る流体の
流れを増加させてそれらの間の摩擦を減少する。トルク
が増加すると、シール面２１の歪みはシールが自己補償
するように増加する。
【００１４】図３により詳細に示されているように、回
転不能シールリング２０は、回転不能シールリング２０
と釣り合いスリーブ３３との間でかつ回転不能シールリ
ング２０のグランド（ｇｌａｎｄ）３４内に配置されク
オードリング１１によって、釣り合いスリーブ３３上で
中心決めされている。このクオードリング１１は釣り合
いスリーブ３３に関する回転不能シールリング２０の軸
方向移動を許容しかつ回転不能シールリング２０の好ま
しからざる歪みを防止する。
【００１５】特許されたシール組立体において、Ｏリン
グはグランド３４内に配置されていたが、Ｏリングを逃
げ部が形成されたクオードリング１１で置き換えたこと
は回転不能シールリング２０と釣り合いスリーブ３３と
の間の滑り摩擦を小さくすることによってこのシール組
立体を改善した。クオードリング１１はシール面２２に
より良いかつ調和した歪みを与える。これらの改良を達
成するために、高圧の流体がローブ１１ａと１１ｂとの
間の隙間１１ｃを満たすようにクオードリング１１は複
数（単に１個のみが示されている）の半径方向の逃がし
通路３４が設けられている。このように、汲み上げられ
る流体はクオードリングの潤滑を助けかつ後方のローブ
１１ａはワイパとして作用し同時に前方のローブはシー
ルを形成している。隙間１１ｃに高圧があると、ローブ
１１ａと１１ｂとの間に均一な予知可能な圧力が与えら
れ、そうでないと、ローブ間の予知不可能な流体圧が回
転可能シールリングのシール面２２を予知不可能に歪め
る。
【００１６】回転不能シールリング２０の外周は、前に
「シリンダ状部材」と呼ばれる保持具３７で囲まれかつ
密封されていて、環状のフランジ部材３８が押さえねじ
４０によって保持具３７に取り付けられている。また、
運転中に押さえねじ４０が引っ込むのを防止するため、
環状のフランジ部材３８は押さえねじ４０を被っている
ばねリング４１を有しかつそのばねリングはスロット４
３内に配置されている。保持具３７は回転不能シールリ
ング２０の厳しい半径方向反射をかなり除去し、その反
射は回転不能シールリング２０の内側と外側との間の極
端な圧力差によって引き起こされる。保持具３７は締め
付けボルト４６（１個のみ示される）を受けるための複
数の開口４５（１個のみ示される）のある半径方向外側
に伸びるフランジ４４を有し、その締め付けボルトは薄
い平らなストレーナ４７（図２参照）を通して伸びかつ
シールハウジング１６の内側向きの半径方向壁４８内に
螺合されかつ回転不能シールリングの回転を阻止する。 開口４５は締め付けボルト４６の直径よりも大きいので
回転不能シールリング２０が回転可能シールリング１８
に向かって軸方向に自由に動ける。図１及び図５に示さ
れるように、フランジ４４はばね保持具５１内に配置さ
れた複数の同一のコイルばね５０によって係合される。 複数のコイルばね５０はストレーナ４７とも係合する。 これらのコイルばねは回転不能シールリング２０をばね
保持具５１を介して回転可能シールリング１８の方に向
かって偏倚する。ばね保持具５１の回転を阻止するため
に、ボルト４６はまたばね保持具５１の穴５２を通して
伸びている。穴５２はばね保持具５１が軸方向に動ける
のに十分なだけ大きい。
【００１７】図１及び図５に示されるように、これらの
コイルばね５０はばね保持具５１のポケット５３内に配
置されている。ばね保持具５１はそのポケット５３の幾
つかが壁４８に向かって開口しかつその他がシール面２
２に向かって開口する。前述の特許において説明したよ
うに、ばね５０は総ての運転条件の下で回転不能シール
リング２０に実質的に均一なばね荷重を与えかつばねが
総て一方向に向いている通常のばね装置に比較して軸ス
リーブ１４の軸方向移動を２倍許容するばねセットのグ
ループとして配置されている。
【００１８】Ｘリングが釣り合いスリーブ３３とシール
フランジ１５との間に位置決めされている。釣り合いス
リーブ３３は、溝５６内に着座しかつ位置決めリング５
７と係合して釣り合いスリーブ３３を軸方向に位置決め
する半径方向外側に伸びるフランジ５５を有している。 ブッシュ５８がシールフランジ１５の溝６１内に配置さ
れた位置決めリング６０と係合しかつ低圧領域の外端を
形成している釣り合いスリーブ３３から軸方向に隔てら
れている。
【００１９】Ｘリング５４は釣り合いスリーブ３３とシ
ールフランジ１５との間で液体シールを与えかつ軸の動
揺又は不整合は回転不能シールリング２０及びそれに関
連した部品の整合に影響しない。
【００２０】回転不能シールリング２０は好ましくは炭
素で作られかつ回転可能シールリング１８は好ましくは
炭化チタニウム、炭化タングステン、炭化シリコン等の
ような堅い材料で作られる。エラストマのリング及びキ
ーを除いた組立体の残りのものはシール組立体が使用さ
れる環境により適当な材料で作られる。
【００２１】一つの改良点、すなわち逃がされたクオー
ドリング１１及びいかにそれが機能するかについて記載
され、第２の改良点は、すなわち圧力降下装置１２の改
良した位置決め方法について次に記載する。
【００２２】したがって、図１、図２及び図５に示され
る半径方向壁４８の保持具４７に注目する。半径方向壁
４８は空洞６３内に開口しかつ中にコイル状になった中
空チューブ６４が配置された浅い溝６２を有し、そのチ
ューブ６４は開口した入口端６５を有しかつ取付け具６
７内の開口した出口端６６で終わっている。取付け具６
７はチューブの末広がりの端部及びナットによってチュ
ーブを取付け具に取り付けるための通常の装置を備え、
その末広がりの端部及びナットは６８で示されている。 取付け具６７はシールハウジング１６の壁４８と係合し
、出口通路７１（図５で部分的に示されている）内に伸
びかつ高圧領域２３と通路７１との間の漏れに対してＯ
リング７２でシールされている肩部７０を有している。 ストレーナ４７は溝６２に開口する複数の穴７４と高圧
領域２３への空洞６３とを有している。このように、高
圧流体はチューブ６４内に入りかつシールハウジング１
６の回りで数回流れ、取付け具６７を出てシールハウジ
ング１６の通路７１内に流れる。通路７１は低圧領域２
４に開口する。ステージ２において、通路７１は出口通
路７５内に開口する。適当な温度センサ７６が通路７１
及び７５内の流体の流れの温度を連続的に監視する。
【００２３】このように、圧力降下装置は、チューブの
大きさによって決定される制御された漏れによって高圧
領域２３と低圧領域２４との間の及び低圧領域と最終の
ゼロ圧力領域との間の１／２だけ圧力を減少する装置で
ある。例えば、もしステージ１の圧力が約７０ｋｇ／ｃ
ｍ２（１０００ｐｓｉ）であると、ステージ２の圧力は
ステージ２の低圧領域２３において等しい焼く３５ｋｇ
／ｃｍ２（５００ｐｓｉ）に制御されかつ２４ａのよう
な最終の低圧領域の圧力は０ｋｇ／ｃｍ２（０ｐｓｉ）
に制御される。もちろんこの圧力制御は流体の少ない損
失に起因するが、種々の領域で圧力を制御する利点は明
らかである。二つの圧力減少装置が示されたが、ステー
ジの数により追加の同様の装置を使用できる。
【００２４】このシール組立体１０の第３の改良点すな
わち清浄流体循環装置１３は第８図ないし第１０図によ
り明らかに記載されかつ圧力下の清浄流体源すなわちブ
ロック線図７８をシールハウジング１８の外周に有し、
そのハウジングはシールフランジ１６とポンプハウジン
グ１７との間に隙間８０を有し、その隙間において清浄
流体がシールハウジング１６の接線方向にかつ高圧領域
に循環する。この清浄流体は汲み上げられた流体が汚染
されかつシール組立体１０に損傷を与えるとき使用され
る。流体の接線方向の循環を容易にするためにシールハ
ウジング１６の外面はスロット８１が形成され、そのス
ロットは清浄流体の半径方向の流れを矢印８２で示され
るようにシールハウジング１６の接線方向に向ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にしたがって作られたシール組立体の断
面図である。
【図２】図１の線２ー２に沿って切断しかつはっきりさ
せるために拡大したストレーナリングの断面図である。
【図３】図２の線３ー３に沿って切断しかつはっきりさ
せるために拡大したクオードリングの断面図である。
【図４】図１の線４ー４に沿って切断しかつはっきりさ
せるために拡大した圧力降下装置の取付け具及び入口を
示す図である。
【図５】圧力降下装置の取付け具及び静止シールリング
を回転可能シールリングに向かって偏倚するばねを示す
図４の線５ー５に沿って切断した断面図である。
【図６】ばねポケットを有しかつその幾つかにばねが入
っているばね保持具の部分斜視図である。
【図７】回転可能シールリング、締付けリング及びそれ
らの間を弾性的に接続するための装置を示す展開図であ
る。
【図８】シール組立体の回りでの清浄流体の循環を改良
するための装置を示しているポンプハウジングとシール
組立体の一部の断面図である。
【図９】図８の線９ー９に沿って切断しかつはっきりさ
せるために拡大した清浄流体の循環を改良する装置を示
す図である。
【図１０】図９の線１０ー１０に沿って切断しかつはっ
きりさせるために拡大した清浄流体の循環を改良する装
置を示す他の図である。
【符号の説明】
１０　　メカニカルシール組立体　　　　　　　　１１
　　クオードリング １２　　圧力降下装置　　　　　　　　　　　　　　　
　　　１３　　清浄流体循環装置 １４　　軸スリーブ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　１６　　シールハウジング １８　　回転可能シールリング　　　　　　　　　　２
０　　回転不能シールリング

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　回転可能な軸と静止ハウジングに関連
    付けられかつ高圧流体と低圧流体とを分離するためのメ
    カニカルシール組立体であって、前記軸に接続された回
    転可能シールリングと、軸方向移動が制限されるように
    前記ハウジングに接続された回転不能シールリングと、
    前記回転不能シールリングを前記回転可能なシールリン
    グに向かって軸方向に偏倚する装置とを備えたメカニカ
    ルシール組立体において、Ｘリング形の密封装置を備え
    、前記密封装置が前のローブと高圧流体に面しかつ前記
    回転可能な軸と前記回転不能リングとの間に配置された
    ローブとを備え、前記両ローブが前記密封装置上の圧力
    を制御して前記回転可能な軸に関する前記密封装置の滑
    り摩擦を改善しかつ回転不能シールリングが調和してた
    わむように高圧を受けることを改良したメカニカルシー
    ル組立体。
  2. 【請求項２】　　高圧流体と低圧流体との間の圧力差を
    圧力差の１／２の比に制御するために高圧流体と低圧流
    体との間で限られた量の流体を流すために前記高圧流体
    によって適所に保持される取付け具と、高圧流体内の入
    口端部及び前記取付け具内の出口端部を有するコイルと
    を備えた圧力降下装置を含む請求項１に記載のメカニカ
    ルシール組立体。
  3. 【請求項３】　　前記シール組立体の周囲での加圧され
    た清浄流体源からの清浄流体の循環を改良するための装
    置を更に備えている請求項１に記載のメカニカルシール
    組立体。
  4. 【請求項４】　　回転可能な軸、釣り合いスリーブ及び
    静止ハウジングと関連付けられかつ高圧流体と低圧流体
    とを分離するための自己補償メカニカルシール組立体に
    おいて、前記軸に接続された回転可能シールリングと、
    軸方向移動が制限されるように前記ハウジングに接続さ
    れかつ前記釣り合いスリーブによって支持された回転不
    能シールリングと、互いに向かい合う各シールリングの
    シール面と、回転不能シールリングを回転可能シールリ
    ングに向けて偏倚する装置と、複数の隔てられたローブ
    であってその幾つかが前記高圧流体を受けるローブを有
    するエラストマのリング及び高圧流体で前記ローブの間
    に隙間を与えるための前記ローブ間の装置を備えた前記
    釣り合いスリーブに関して回転不能シールリングを密封
    する装置と、を備えた自己補償メカニカルシール組立体
    。
  5. 【請求項５】　　前記高圧流体内の取付け具と、前記取
    付け具内に配置された入口端部及び前記低圧流体の圧力
    を制御するために前記低圧流体内に配置された出口端部
    を有するコイルとを備えた圧力降下装置を含み、前記取
    付け具が前記高圧流体内に開口している請求項４に記載
    のメカニカルシール組立体。
  6. 【請求項６】　　加圧された清浄流体源と、清浄流体を
    前記加圧された源から前記シール組立体に半径方向に向
    ける装置と、前記半径方向に向けられた清浄流体を前記
    シール組立体の回りで接線方向に向け、シール組立体に
    前記高圧流体領域の清浄流体を与えて前記シール組立体
    の汚染を減少する装置とを備えている請求項５に記載の
    メカニカルシール組立体。
  7. 【請求項７】　　回転可能な軸、及び静止ハウジングと
    関連付けられかつ高圧流体と低圧流体とを分離するため
    の自己補償メカニカルシール組立体において、前記軸に
    接続された回転可能シールリングと、前記ハウジングに
    接続されかつ軸方向移動可能な回転不能シールリングと
    、互いに向かい合う各シールリングのシール面と、回転
    不能シールリングを回転可能シールリングに向けて偏倚
    する装置と、複数の隔てられたローブであってその幾つ
    かが前記高圧流体を受けるローブを有するエラストマの
    リングと高圧流体で前記ローブの間に隙間を与えるため
    の前記ローブ間の装置とを備えた前記低圧流体に関して
    回転不能シールリングを密封する装置と、前記高圧流体
    内にありかつその高圧流体によって適所に保持された取
    付け具と、前記取付け具内に配置されかつ入口及び前記
    低圧流体の圧力を制御するために前記低圧流体内に配置
    された出口端部を有するコイルとを備え、前記取付け具
    が前記高圧流体内に開口している圧力降下装置と、加圧
    された清浄流体の源と、清浄流体を前記加圧された源か
    ら前記シール組立体に半径方向に向ける装置及び前記半
    径方向に向けられた清浄流体を前記シール組立体の回り
    で接線方向に向け、シール組立体に前記高圧流体領域の
    清浄流体を与えて前記シール組立体の汚染を減少する装
    置と、を備えた自己補償メカニカルシール組立体。
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