JPH04327068A - Mechanical seal - Google Patents
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- Mechanical Sealing (AREA)
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、二つの密封端面を相対
摺接回転させるようにしたメカニカルシールに関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical seal in which two sealing end faces are slidably rotated relative to each other.
【0002】0002
【従来の技術】この種のメカニカルシールにおいては、
シール性及び耐久性の点から、一般に、一方の密封端面
をカーボン材で構成し、他方の密封端面をタングステン
カーバイド等の超硬合金材で構成している。[Prior Art] In this type of mechanical seal,
In view of sealability and durability, one sealed end surface is generally made of a carbon material, and the other sealed end surface is made of a cemented carbide material such as tungsten carbide.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、メカニ
カルシールの使用分野が拡大するにつれて、石油化学分
野で使用されるポンプにおける如く高粘度の油等をシー
ルさせたり、高負荷(P.V.T )条件下でシールさ
せる等のように、その使用条件も苛酷になる傾向にある
ことから、上記した従来のメカニカルシールでは対応で
きない場合が多い。[Problems to be Solved by the Invention] However, in recent years, as the field of use of mechanical seals has expanded, mechanical seals have been used for sealing high viscosity oil, etc., such as in pumps used in the petrochemical field, and for sealing high loads (PV). T) Since the usage conditions tend to be severe, such as sealing under conditions, the above-mentioned conventional mechanical seals are often unable to meet the requirements.
【0004】すなわち、高粘度の油をシールさせるよう
な場合、密封端面間においては摺動抵抗が大きくなる等
により高熱が発生することになり、かかる発生熱により
、カーボン製の密封端面が短時間のうちに部分的に隆起
し、その隆起部分が破壊されてカーボンが離脱したり、
或いはカーボンが離脱しないまでも隆起部分にクラック
が生じたりする(以下、かかる現象を「ブリスタ」と総
称する)。そして、カーボン製の密封端面にブリスタが
発生すると、密封端面間から大量の漏れが生じて、所定
のシール機能を発揮し得なくなる。That is, when sealing high viscosity oil, high heat is generated due to increased sliding resistance between the sealed end faces, and this generated heat causes the carbon sealed end faces to shorten for a short time. The carbon may be partially raised, and the raised part may be destroyed and the carbon may be released.
Alternatively, even if the carbon does not come off, cracks may occur in the raised portion (hereinafter, such a phenomenon will be collectively referred to as "blister"). When blisters occur on the carbon sealed end faces, a large amount of leakage occurs between the sealed end faces, making it impossible to perform the desired sealing function.
【0005】そこで、従来からも、かかるブリスタ対策
として、メソフェース系のカーボンを使用することが試
みられているが、ブリスタを効果的に防止し得るもので
はなく、通常のカーボンに比して自己潤滑性に劣り且つ
高価なものであることとも相俟って、有効なブリスタ対
策とはいい難い。[0005] Conventionally, attempts have been made to use mesoface-based carbon as a countermeasure against such blisters, but these have not been able to effectively prevent blisters and are less self-lubricating than ordinary carbon. Coupled with the fact that it is inferior in performance and expensive, it is difficult to say that it is an effective measure against blister.
【0006】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、高粘度の油をシールさせるといったようなブリスタ
を生じ易い条件下においても、かかる現象の発生を効果
的に防止し得て、長期に亘って良好なシール機能を発揮
しうるメカニカルシールを提供することを目的とするも
のである。The present invention has been made in view of the above problems, and can effectively prevent the occurrence of blisters even under conditions where blistering is likely to occur, such as when sealing high viscosity oil, and can provide a long-term service life. The object of the present invention is to provide a mechanical seal that can exhibit a good sealing function over a long period of time.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明のメカニカルシー
ルは、上記の目的を達成すべく、相対摺接回転する二つ
の密封端面のうち、一方をカーボン材で構成し、他方を
ボロンナイトライドが分散配合された超硬合金材で構成
しておくことを提案するものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the mechanical seal of the present invention has two sealed end surfaces that rotate in sliding contact with each other, one of which is made of carbon material and the other made of boron nitride. It is proposed to be constructed of dispersed and blended cemented carbide materials.
【0008】ボロンナイトライドを配合した超硬合金材
からなる密封端面(以下「BN配合密封端面」という)
は、例えば、タングステンカーバイド粉末にボロンナイ
トライドを適当量添加して均一に分散,混合し、これを
所定形状に加圧成形した上で、焼結させることによって
得られる。ボロンナイトライドの添加量は、一般に、5
〜25体積%としておくことが好ましい。なお、超硬合
金としては、タングステンカーバイドの他、チタンカー
バイド,その他のサーメットを適宜選択することができ
る。[0008] Sealed end face made of cemented carbide material blended with boron nitride (hereinafter referred to as "BN blended sealed end face")
can be obtained, for example, by adding an appropriate amount of boron nitride to tungsten carbide powder, uniformly dispersing and mixing it, press-molding it into a predetermined shape, and then sintering it. The amount of boron nitride added is generally 5
It is preferable to set the content to 25% by volume. Note that as the cemented carbide, titanium carbide and other cermets can be appropriately selected in addition to tungsten carbide.
【0009】[0009]
【作用】BN配合密封端面においては、ボロンナイトラ
イドが独立した微細ポアの形態で点在することになるか
ら、高粘度の油をシールさせるような場合にも、このポ
アが一種のオイルポケットとして機能し、密封端面間で
の潤滑作用が良好に行われると共に冷却作用が促進され
ることになる。その結果、密封端面間での熱発生が可及
的に抑制され、カーボン製密封端面において熱的に発生
するブリスタは、それが効果的に防止され、長期に亘っ
て良好なシール機能が発揮される。[Operation] On the BN compound sealed end surface, boron nitride is scattered in the form of independent fine pores, so even when sealing high viscosity oil, these pores act as a kind of oil pocket. This results in good lubrication between the sealed end faces and enhanced cooling. As a result, heat generation between the sealed end faces is suppressed as much as possible, and blisters generated thermally on the carbon sealed end faces are effectively prevented, ensuring good sealing performance over a long period of time. Ru.
【0010】ところで、タングステンカーバイドからな
る従来の密封端面材と同一の仕上げ条件において、BN
配合密封端面における表面粗さは上記ポアの存在により
0.08〜0.35μRaとなっており、かかる範囲の
表面粗さに保つことが、上記した潤滑効果,冷却効果を
促進して良好なシール機能を発揮させる上で極めて重要
である。すなわち、表面粗さが0.08μRa未満であ
ると、密封端面間での潤滑作用,冷却作用が充分に行わ
れず、逆に0.35μRaを超えると、密封端面の摺接
によるシール作用が維持されず、大量漏れを生じること
になる。而して、BN配合密封端面の構成部材において
は、超硬合金組織中にボロンナイトライドが均一に上記
した形態で分散していることから、BN配合密封端面を
鏡面に仕上げた場合や相手密封端面との摺接により馴染
んだ場合にも、オイルポケットとして機能するポアが消
失したりすることがなく、表面粗さを上記範囲に保持す
ることができる。By the way, under the same finishing conditions as the conventional sealed end material made of tungsten carbide, BN
The surface roughness of the compound sealing end face is 0.08 to 0.35μRa due to the presence of the above-mentioned pores, and maintaining the surface roughness within this range promotes the above-mentioned lubrication and cooling effects to ensure a good seal. It is extremely important to perform its functions. That is, if the surface roughness is less than 0.08 μRa, the lubrication and cooling effects between the sealed end faces will not be sufficiently performed, and if it exceeds 0.35 μRa, the sealing action due to sliding contact between the sealed end faces will not be maintained. This will result in a large amount of leakage. In the components of the BN compounded sealed end surface, boron nitride is uniformly dispersed in the cemented carbide structure in the above-mentioned form. Even when it is fitted into the end surface by sliding contact, the pores that function as oil pockets do not disappear, and the surface roughness can be maintained within the above range.
【0011】なお、BN配合密封端面は、上記した点以
外にも、苛酷な使用条件下でのメカニカルシールの信頼
性を高める上で有効な種々の特性を有する。例えば、ボ
ロンナイトライドは周知のように自己潤滑物質であるか
ら、これを均一に分散配合させた超硬合金材からなるB
N配合密封端面は、通常の超硬合金材からなる密封端面
に比して自己潤滑性に極めて優れる。また、ボロンナイ
トライドはタングステンカーバイド等の超硬合金と同様
に耐摩耗性,耐蝕性等に優れたものであるから、ボロン
ナイトライドを配合することによっては超硬合金自体の
特性を損なうことがない。また、超硬合金の組織中にボ
ロンナイトライドが分散することから、その分散ポアに
おいてサーマルクラックが阻止されることになり、耐熱
割れ性が著しく向上する。しかも、分散されたボロンナ
イトライド部分で応力が緩和され、靱性が向上し、耐熱
衝撃性が向上することになる。さらに、超硬合金にボロ
ンナイトライドつまり固体潤滑材を分散配合させたもの
であるから、含油材を使用した場合のように、潤滑材が
流出してシール材自体の特性を劣化させるようなことが
ない。[0011] In addition to the above-mentioned points, the BN-containing sealed end surface has various properties that are effective in increasing the reliability of the mechanical seal under severe usage conditions. For example, since boron nitride is a self-lubricating substance as is well known, B is made of cemented carbide material in which boron nitride is uniformly dispersed.
The N-blended sealed end face has extremely superior self-lubricating properties compared to a sealed end face made of a normal cemented carbide material. In addition, boron nitride, like cemented carbide such as tungsten carbide, has excellent wear resistance and corrosion resistance, so adding boron nitride will not impair the properties of the cemented carbide itself. do not have. Furthermore, since boron nitride is dispersed in the structure of the cemented carbide, thermal cracking is prevented in the dispersed pores, and the heat cracking resistance is significantly improved. Furthermore, stress is relaxed in the dispersed boron nitride portions, improving toughness and thermal shock resistance. Furthermore, since boron nitride, a solid lubricant, is dispersed in cemented carbide, there is no risk of the lubricant leaking out and degrading the properties of the sealing material itself, as would be the case when an oil-containing material is used. There is no.
【0012】0012
【実施例】実施例として、軸径40mmの回転軸に装着
しうるメカニカルシールであって、密封端面材質が通常
のカーボンとボロンナイトライドを均一に分散配合した
タングステンカーバイドとの組み合わせからなるメカニ
カルシール■を製作した。また、比較例として、上記メ
カニカルシール■と同一構造ではあるが、密封端面材質
が通常のカーボンとボロンナイトライドを配合しないタ
ングステンカーバイドとの組み合わせからなるメカニカ
ルシール■及びメソフェース系カーボンとボロンナイト
ライドを配合しないタングステンカーバイドとの組み合
わせからなるメカニカルシール■を夫々製作した。[Example] As an example, we will introduce a mechanical seal that can be installed on a rotating shaft with a shaft diameter of 40 mm, and the sealing end surface material is a combination of ordinary carbon and tungsten carbide in which boron nitride is evenly dispersed. ■ was produced. In addition, as a comparative example, a mechanical seal ■ has the same structure as the mechanical seal ■ above, but the sealing end surface material is a combination of ordinary carbon and tungsten carbide without boron nitride, and a mechanical seal ■ that uses mesoface carbon and boron nitride. Mechanical seals ■ consisting of combinations with unblended tungsten carbide were manufactured.
【0013】そして、各メカニカルシール■■■を上記
回転軸に組み込んで、次のような条件下で30分間隔で
発停を繰り返し行った。[0013] Each of the mechanical seals ■■■ was assembled on the rotating shaft, and the mechanical seals were repeatedly turned on and off at 30 minute intervals under the following conditions.
【0014】
密封流体:C重油
流体圧力:7Kgf/cm2
流体温度:30℃(運転停止時の温度)回転数 :3
600r.p.m.Sealing fluid: C heavy oil Fluid pressure: 7Kgf/cm2 Fluid temperature: 30°C (temperature when operation is stopped) Rotation speed: 3
600r. p. m.
【0015】その結果、比較例のメカニカルシール■で
は、運転時に流体温度が90℃まで上昇し、発停回数が
2回(2時間)の時点でブリスタが発生して、大量の漏
れが生じた。また、メカニカルシール■では、運転時に
流体温度が90℃まで上昇し、発停回数が15回(15
時間)の時点でブリスタが発生して、大量の漏れが生じ
た。[0015] As a result, in the mechanical seal (■) of the comparative example, the fluid temperature rose to 90°C during operation, and after the number of starts and stops was 2 (2 hours), blistering occurred and a large amount of leakage occurred. . In addition, with mechanical seal ■, the fluid temperature rises to 90°C during operation, and the number of starts and stops is 15 (15
Blistering occurred at the time (time) and a large amount of leakage occurred.
【0016】一方、実施例のメカニカルシール■では、
運転時に流体温度が80℃までしか上昇せず、発停回数
が160回(160時間)の時点でも大量漏れが生じず
、ブリスタが発生しないことが確認された。最終的には
、発停回数が164回(164時間)の時点でブリスタ
が発生した。On the other hand, in the mechanical seal (2) of the example,
It was confirmed that the fluid temperature rose only up to 80°C during operation, and even after 160 starts and stops (160 hours), no large leakage occurred and no blisters were generated. Finally, a blister occurred after the number of starts and stops was 164 (164 hours).
【0017】かかる実験結果から、密封端面材質をカー
ボンとボロンナイトライドを配合した超硬合金との組み
合わせとすることによって、上記した如き苛酷な条件下
でもブリスタの発生を効果的に防止することができ、長
期に亘って良好なシール機能を発揮させることができる
ことが理解される。[0017] From these experimental results, it has been found that by using a combination of cemented carbide containing carbon and boron nitride as the sealing end surface material, it is possible to effectively prevent the occurrence of blisters even under the above-mentioned severe conditions. It is understood that it is possible to exhibit a good sealing function over a long period of time.
【0018】なお、カーボン製密封端面の構成材として
は、上記した如く通常のカーボンで充分であるが、必要
に応じてメソフェース系のカーボンを使用してもよいこ
とは勿論である。また、本発明に係るメカニカルシール
は、密封流体が上記したC重油の如き高粘度流体でない
条件下でも好適に使用することができる。すなわち、B
N配合密封端面におけるポアの存在により潤滑効果,冷
却効果を促進して、カーボン製密封端面におけるブリス
タを効果的に防止し得るのである。[0018] As the constituent material of the carbon sealed end surface, ordinary carbon is sufficient as described above, but it is of course possible to use mesophase carbon if necessary. Further, the mechanical seal according to the present invention can be suitably used even under conditions where the sealing fluid is not a high viscosity fluid such as the above-mentioned heavy oil C. That is, B
The presence of pores on the N-blended sealed end surface promotes the lubrication and cooling effects, and can effectively prevent blisters on the carbon sealed end surface.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高粘度の油をシールさせる場合のような苛酷
な条件下においても、密封端面間での潤滑効果,冷却効
果を促進し得て、カーボン製密封端面におけるブリスタ
を効果的に防止することができ、長期に亘って良好なシ
ール機能を発揮させることができる。[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, according to the present invention, even under severe conditions such as when sealing high viscosity oil, the lubrication effect and cooling effect between sealed end faces is promoted. Therefore, it is possible to effectively prevent blisters on the carbon sealed end face, and to exhibit a good sealing function over a long period of time.
Claims (1)
ち、一方をカーボン材で構成し、他方をボロンナイトラ
イドが分散配合された超硬合金材で構成したメカニカル
シール。1. A mechanical seal comprising two sealing end faces that rotate in sliding contact with each other, one of which is made of a carbon material and the other is made of a cemented carbide material in which boron nitride is dispersed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12521491A JPH0743039B2 (en) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | mechanical seal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12521491A JPH0743039B2 (en) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | mechanical seal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04327068A true JPH04327068A (en) | 1992-11-16 |
JPH0743039B2 JPH0743039B2 (en) | 1995-05-15 |
Family
ID=14904700
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP12521491A Expired - Lifetime JPH0743039B2 (en) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | mechanical seal |
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---|---|
JP (1) | JPH0743039B2 (en) |
-
1991
- 1991-04-25 JP JP12521491A patent/JPH0743039B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0743039B2 (en) | 1995-05-15 |
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