JPH05164250A

JPH05164250A - メカニカルシール

Info

Publication number: JPH05164250A
Application number: JP33490491A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kawaguchi; 昭博川口; Koji Takeshita; 興二竹下; Zenichi Yoshida; 善一吉田; Tatsumichi Hanada; 達道花田; Mamoru Nishikawa; 守西川; Tsutomu Matsuyama; 勤松山; Kazunori Sakakibara; 積徳榊原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 1993-06-29

Abstract

(57)【要約】【目的】回転リングの回転時に固定リングの対向面の
傷やすじ状の摩耗の発生を防止して安定したシール特性
を得てシール性の向上を図る。【構成】回転軸１２に固定された回転リング３１とそ
の回転軸１２を囲繞するケーシング１１に取付けられた
固定リング１８とが回転軸１２の軸方向に対向すること
で互いの対向面によって軸封部３４が形成され、固定リ
ング１８の対向面に環状溝１９及び連通孔２０が形成さ
れる一方、回転リング３１の対向面に螺旋溝３２が形成
されたメカニカルシールにおいて、その螺旋溝３２の外
方部に流体の逃げ開口を形成し、高圧側に存在する異物
が侵入しようとしても、この異物３５に回転リング３１
の遠心力による外方に沿う流体の流れを作用させ、異物
３５を容易に高圧側へ排出させる。あるいは、螺旋溝４
２の外方部に流体の逃げ溜り４３を形成し、高圧側に存
在する異物４６が環状溝１９から侵入しても、この異物
を流体の逃げ溜り４３に収容する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス圧縮機、ポンプ等の
回転機械の軸封部に適用して好適なメカニカルシールに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来のメカニカルシールを表す要
部断面、図８に回転リングの正面、図９にメカニカルシ
ールにおける回転リングに作用する圧力分布の説明、図
１０に流体の流れを表す説明、図１１に回転リングの作
用説明を示す。

【０００３】図７及び図８に示すように、１１はケーシ
ング、１２は回転軸、１３は回転リングで複数の螺旋溝
１４が円周面上に形成されている。この回転リング１３
は軸スリーブ１５を介してナット１６により回転軸１２
に固定されている。一方、ケーシング１１に図示しない
ボルトにより固定されたインサート１７には固定リング
１８が嵌装して取付けられている。この固定リング１８
の回転リング１３に対向する面には環状溝１９が設けら
れており、この環状溝１９と高圧側の高圧室Ｐ ₁とを連
通するために固定リング１８の円周上には、複数個の連
通孔２０が設けられている。２１はインサート１７と固
定リング１８との間に介装された圧縮ばね、２２は回転
軸１２と回転リング１３との間及びケーシング１１とイ
ンサート１７との間、インサート１７と回転リング１８
との間にそれぞれ配設されたＯリングである。また、２
３はケーシング１に穿設された給液穴であり、Ｐ₂は低
圧側の低圧室を示す。

【０００４】ところで、回転リング１３に設けられた螺
旋溝１４の内径Ｒ₁及び外径Ｒ₃は固定リング１８の環
状溝１９の内径Ｒ₀、外径Ｒ₂、及び固定リング１８の
外径Ｒ₄に対しＲ₀＜Ｒ₁＜Ｒ₂，Ｒ₂＜Ｒ₃＜Ｒ₄の
関係となる寸法に加工されている。この回転リング１３
と固定リング１８の対向する面の環状溝１９で区画され
た外周側は軸受部２４、内周側は軸封部２５となってい
る。

【０００５】以上述べたメカニカルシールにおいて、固
定リング１８に設けられた環状溝１９の外周側の軸受部
２４は螺旋溝１４を有するスラスト軸受として作用し、
環状溝１９の内周側の軸封部２５は高圧側Ｐ₁と連通孔
２０を通して連通する環状溝１９の流体が低圧側Ｐ₂へ
流出するのを抑制するためのシール部として作用するも
のである。そして、固定リング１８の背面に作用する高
圧側Ｐ₁の流体圧による軸方向の力及び圧縮ばね２１に
よる押付力と、軸封する摺動隙間内で発生する軸封部２
５での流体圧、及び回転軸１２の回転により発生する軸
受部２４の流体圧による軸方向力とが釣り合うように固
定リング１８は軸方向に微小変位し、回転リング１３と
固定リング１８との間の微小な摺動隙間が保持され、回
転軸１２のメカニカルシールとして作用している。

【０００６】また、図９に示すように、環状溝１９の圧
力Ｐ_m1は高圧側Ｐ₁と同じ圧力になるように設定されて
いる。そして、軸封部２５はＰ_m1から低圧側Ｐ₂へほぼ
直線的に落ちる圧力分布を、且つ、軸受部２４は螺旋溝
１４の効果でＰ_m1≒Ｐ₁より中央部付近が高い圧力とな
る圧力分布となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のメカニ
カルシールにあっては、高圧側Ｐ₁の流体の流れは図１
０に矢印で示したようになっている。即ち、固定リング
１８の円周上に複数個設けられた連通孔２０を介し環状
溝１９に導入する高圧側Ｐ₁の流体の一部は螺旋溝１４
の作用により高圧側Ｐ₁側へ循環される。ここで、一般
的には、流体中には異物が混入していることが多い。配
管中にフィルターを設置して異物を捕獲するが十分でな
く、これが前述した流体の流れに沿って連通孔２０を介
し環状溝１９に導入され、螺旋溝１４に導かれてしま
う。

【０００８】そして、螺旋溝１４に入った異物２６は、
図１１に示すように、回転リング１３の螺旋溝１４の最
外周部の角に溜まりやすく、この状態で回転リング１３
と共に回転すると相対する固定リング１８の対向面を異
物１６が傷つけ、円周方向にすじ状の摩耗２７を生じて
しまう。このすじ状の摩耗２７は螺旋溝１４の作用で形
成する軸受面２４のスラスト軸受効果を低下させてメカ
ニカルシールの性能を劣化させるという問題があった。

【０００９】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、シール性の向上を図ったメカニカルシールを
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のメカニカルシールは、回転軸に固定された
回転リングと該回転軸を囲繞するケーシングに取付けら
れた固定リングとが前記回転軸の軸方向に対向すること
で互いの対向面によって軸封部が形成され、且つ、前記
固定リングの対向面に環状溝及び一端が外方に開口し他
端が該環状溝と連通する連通孔が形成される一方、前記
回転リングの対向面に螺旋溝が形成されたメカニカルシ
ールにおいて、前記螺旋溝の外方部に流体の逃げ開口を
形成したことを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明のメカニカルシールは、回転
軸に固定された回転リングと該回転軸を囲繞するケーシ
ングに取付けられた固定リングとが前記回転軸の軸方向
に対向することで互いの対向面によって軸封部が形成さ
れ、且つ、前記固定リングの対向面に環状溝及び一端が
外方に開口し他端が該環状溝と連通する連通孔が形成さ
れる一方、前記回転リングの対向面に螺旋溝が形成され
たメカニカルシールにおいて、前記螺旋溝の外方部に流
体の逃げ溜りを形成したことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】回転リングの螺旋溝の外方部に流体の逃げ開口
を形成し、回転リングをその中心部から螺旋溝を描く方
向に回転することで、外側から異物が螺旋溝内に侵入し
ようとしても、この異物には回転リングの遠心力による
螺旋溝の外方に沿う流体の流れが作用しているため、容
易に螺旋溝から排出される。

【００１３】また、回転リングの螺旋溝の外方部に流体
の逃げ溜りを形成したことで、外側から異物が連通孔を
通って環状溝から各螺旋溝内に侵入しても、この異物は
流体の逃げ溜りに収容される。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１５】図１に本発明の一実施例に係るメカニカル
シールを表す要部断面、図２に回転リングの正面、図３
に流体の流れを表す説明、図４に回転リングの作用説明
を示す。

【００１６】図１及び図２に示すように、１１はケーシ
ング、１２は回転軸、３１は回転リングである。この回
転リング３１は回転軸１２の外周段部に嵌合すると共に
この回転軸１２に同じく軸スリーブ１５が隣接して嵌合
し、ナット１６が回転軸１２に係合して軸スリーブ１５
が回転リング３１を回転軸１２の外周段部に押しつける
ことで、回転リングは回転軸１２に固定されることとな
る。一方、ケーシング１１に図示しないボルトにより固
定されたインサート１７には固定リング１８が嵌装して
取付けられている。そして、この固定リング１８の回転
リング１３に対向する面には環状溝１９が設けらると共
に、固定リング１８の円周上にはこの環状溝１９と高圧
室Ｐ₁とを連通するための複数個の連通孔２０が設けら
れている。一方、回転リング１３の固定リング１８に対
向する面には複数の螺旋溝３２が円周面上に形成されて
いる。

【００１７】なお、図中、２１はインサート１７と固定
リング１８との間に介装された圧縮ばね、２２は回転軸
１２と回転リング１３との間及びケーシング１１とイン
サート１７との間、インサート１７と固定リング１８と
の間にそれぞれ配設されたＯリングであり、２３はケー
シング１に穿設された給液穴、Ｐ₂は低圧側の低圧室を
示す。

【００１８】ところで、回転リング３１に設けられた螺
旋溝３２は径方向外方側が開口しており、流体の逃げ開
口として構成されている。そして、螺旋溝３２はその中
心（回転リング３１の中心）から螺旋を描く方向が回転
リング３１の回転方向と同方向となっており、螺旋溝３
２の内径Ｒ_Aは固定リング１８の環状溝１９の外径Ｒ _B
に対しＲ_A＞Ｒ_Bの関係となる寸法に加工されている。
また、この回転リング３１と固定リング１８の回転軸１
２の軸方向に対向する面において、環状溝１９で区画さ
れた外周側は軸受部３３、内周側は軸封部３４となって
いる。

【００１９】以上述べたメカニカルシールにおいて、固
定リング１８に設けられた環状溝１９の外周側の軸受部
３３は螺旋溝３２を有するスラスト軸受として作用し、
環状溝１９の内周側の軸封部３４は高圧側Ｐ₁と連通孔
２０を通して連通する環状溝１９の流体が低圧側Ｐ₂へ
流出するのを抑制するためのシール部として作用するも
のである。そして、固定リング１８の背面に作用する高
圧側Ｐ₁の流体圧による軸方向の力及び圧縮ばね２１に
よる押付力と、軸封する固定リング１８と回転リング３
１とが接触する摺動隙間内で発生する軸封部３４での流
体圧、及び回転軸１２の回転により発生する軸受部３３
の流体圧による軸方向力とが釣り合うように固定リング
１８は軸方向に微小変位し、回転リング３１と固定リン
グ１８との間の微小な摺動隙間が保持され、回転軸１２
のメカニカルシールとして作用している。

【００２０】而して、本実施例のメカニカルシールにあ
って、高圧側Ｐ₁の流体の流れは図３に矢印で示したよ
うになっている。即ち、回転軸１２が回転すると、前述
したように、固定リング１８に作用する高圧側Ｐ₁の流
体圧による軸方向の力及び圧縮ばね２１による押付力
と、軸封部３４での流体圧及び回転軸１２の回転により
発生する軸受部３３の流体圧による軸方向力とが釣り合
うように固定リング１８は軸方向に微小変位し、回転リ
ング３１と固定リング１８との間の微小な摺動隙間が保
持される。このとき、固定リング１８の円周上に複数個
設けられた連通孔２０を介し環状溝１９に導入する高圧
側Ｐ₁の流体は高圧側Ｐ₁と低圧側Ｐ₂との圧力の釣り
合わせるために軸封部３４を通って低圧側Ｐ₂に漏れ
る。

【００２１】また、回転リング３１が回転すると、高圧
側Ｐ₁の流体の各螺旋溝３２内での流れが高圧側Ｐ₁か
ら環状溝１９側へとなり、高圧側Ｐ₁に存在する異物３
５が侵入しようとしても、この異物３５には回転リング
１８の遠心力による外方に沿う流体の流れが作用してい
るため、図４に示すように、容易に高圧側Ｐ₁へ排出さ
れる。

【００２２】従って、螺旋溝３２内に異物３５が侵入す
ることはなく、回転リング３１が回転しても固定リング
１８の対向面が傷ついたり、円周方向にすじ状の摩耗を
生じることはなく、メカニカルシールの性能を維持する
ことができる。

【００２３】図５に本発明の他の実施例に係るメカニカ
ルシールを表す要部断面、図６に回転リングの正面を示
す。なお、前述した実施例と同様の機能を有する部材に
は同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【００２４】図５及び図６に示すように、回転リング４
１は回転軸１２の外周段部に嵌合し、同じく回転軸１２
に嵌合した軸スリーブ１５を介して回転軸に係合したナ
ット１６により回転軸１２に固定されており、円周面上
には複数の螺旋溝４２が形成されている。この回転リン
グ４１に設けられたこの螺旋溝４２は外方側の鋭角部に
溜穴４３が形成されており、流体の逃げ溜りとして構成
されている。この溜穴４３は回転リング４１と固定リン
グ１８で形成された軸受部４４の流体が流れる最大隙間
寸法より大きくなるように設定されている。そして、こ
の回転リング４１と固定リング１８の対向する面の環状
溝１９で区画された外周側は軸受部４４、内周側は軸封
部４５となっている。

【００２５】而して、本実施例のメカニカルシールにあ
って、高圧側Ｐ₁の流体の流れは、固定リング１８の円
周上に複数個設けられた連通孔２０から環状溝１９に導
入されてその一部が螺旋溝４２の作用により高圧側Ｐ₁
側へ循環される。このとき、流体中に異物４６が混入し
ている場合、環状溝１９から各螺旋溝４２内に異物４６
が侵入する。ところが、回転リング４１の各螺旋溝４２
には溜穴４３が形成されているので、この異物４６は流
体の逃げ溜りとしての溜穴４３内に収容される。そし
て、この溜穴４３は回転リング４１と固定リング１８で
形成された軸受部４４の流体が流れる最大隙間寸法より
大きく設定されているため、異物４６を充分に収容で
き、溜穴４３内に異物４６が収容された状態で回転リン
グ４１が回転しても固定リング１８の対向面が傷ついた
り、円周方向にすじ状の摩耗を生じることはなく、メカ
ニカルシールの性能を維持することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のメカニカルシールによれば、回転軸に固定
された回転リングとその回転軸を囲繞するケーシングに
取付けられた固定リングとが回転軸の軸方向に対向する
ことで互いの対向面によって軸封部が形成され、固定リ
ングの対向面に環状溝及び連通孔が形成される一方、回
転リングの対向面に螺旋溝が形成されたメカニカルシー
ルにおいて、螺旋溝の外方部に流体の逃げ開口を形成し
たので、外側に存在する異物が螺旋溝内に侵入しようと
しても、この異物には回転リングの遠心力による外方に
沿う流体の流れが作用しているため、異物は容易に外側
へ排出されることとなる。また、螺旋溝の外方部に流体
の逃げ開口を形成したので、高圧側に存在する異物が環
状溝から各螺旋溝内に侵入しても、この異物は流体の逃
げ溜りに十分に収容可能となる。その結果、回転リング
が回転しても固定リングの対向面が傷ついたり、円周方
向にすじ状の摩耗を生じることはなく、安定したシール
特性を得てシール性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るメカニカルシールを表
す要部断面図である。

【図２】回転リングの正面図である。

【図３】流体の流れを表す説明図である。

【図４】回転リングの作用説明図である。

【図５】本発明の他の実施例に係るメカニカルシールを
表す要部断面図である。

【図６】回転リングの正面図である。

【図７】従来のメカニカルシールを表す要部断面図であ
る。

【図８】回転リングの正面図である。

【図９】メカニカルシールにおける回転リングに作用す
る圧力分布の説明図である。

【図１０】流体の流れを表す説明図である。

【図１１】回転リングの作用説明図である。

【符号の説明】

１１ケーシング１２回転軸１８固定リング１９環状溝２０連通孔２１圧縮ばね３１，４１回転リング３２，４２螺旋溝３３，４４軸受部３４，４５封止部３５，４６異物４３溜穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者花田達道兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者西川守兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者松山勤兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者榊原積徳兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸に固定された回転リングと該回転
軸を囲繞するケーシングに取付けられた固定リングとが
前記回転軸の軸方向に対向することで互いの対向面によ
って軸封部が形成され、且つ、前記固定リングの対向面
に環状溝及び一端が外方に開口し他端が該環状溝と連通
する連通孔が形成される一方、前記回転リングの対向面
に螺旋溝が形成されたメカニカルシールにおいて、前記
螺旋溝の外方部に流体の逃げ開口を形成したことを特徴
とするメカニカルシール。
【請求項２】回転軸に固定された回転リングと該回転
軸を囲繞するケーシングに取付けられた固定リングとが
前記回転軸の軸方向に対向することで互いの対向面によ
って軸封部が形成され、且つ、前記固定リングの対向面
に環状溝及び一端が外方に開口し他端が該環状溝と連通
する連通孔が形成される一方、前記回転リングの対向面
に螺旋溝が形成されたメカニカルシールにおいて、前記
螺旋溝の外方部に流体の逃げ溜りを形成したことを特徴
とするメカニカルシール。