JPH05346176A

JPH05346176A - 非接触シール装置

Info

Publication number: JPH05346176A
Application number: JP15088492A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Goto; 哲男後藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1992-06-10
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】非接触シール装置においてシール間隙を自動
調節して所望の間隙を保持する装置を得る。【構成】シール間隙Ａに開口する導入ポート１２
₁を、アクチュエータ１５の差圧室１８₁に連通し、かつ
該差圧室１８₁をオリフィス板２１の小径のパージ孔を
介して低圧部３に連通する。シール間隙Ａが増大すると
差圧室１８₁内が昇圧してシールリング７を前進させ、
シール間隙Ａが過小になると差圧室１８₁の圧力が低下
してシールリングを後退させて一定のシール間隙Ａを保
つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タービン、コンプレッ
サ、ポンプ等における密閉したハウジングに回転軸を貫
設する装置に用いる非接触型の軸封装置のように、非接
触で流体の漏洩を防止する装置において、シール端面間
のシール間隙を所定範囲に保持する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置としては、例えば実開平１
−１４４５７１号に示されるものがある。この従来装置
は、ハウジング側に設けるシールリングに、軸側のシー
ル端面と微小の間隙を保持するシール端面を設け、シー
ルリングの位置が所定の位置から外れたとき、シールリ
ングの背後に作用する背圧を調節して一定の間隙を保持
するものである。しかしこの装置は、背圧調整の駆動源
になる圧力源が必要である上に構造が極めて複雑で高価
になる不都合がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、所望のシー
ル間隙を極めて簡単な手段で自動調節する装置を得るこ
とを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の第１の手段は、一方のシール端面に対して微
小のシール間隙を介して対向するシール端面をもつ可動
のシール部材と、該可動のシール部材の位置を調節する
アクチュエータを備え、該アクチュエータは、支持部材
と前記可動のシール部材の間に設けた容積可変の差圧室
と、前記シール間隙の圧力を前記差圧室に導入する圧力
導入路と、該圧力導入路に比べて小さい流通面積で低圧
部に連通するパージ孔をもつ流出路と、を備えること特
徴とする。

【０００５】また、第２の手段は、一方のシール端面に
対して微小のシール間隙を介して対向するシール端面を
持つ可動のシール部材と、該可動のシール部材の位置を
調節するアクチュエータを備え、該アクチュエータは、
支持部材と前記可動のシール部材の間に設けた容積可変
の差圧室と、高圧室と前記差圧室を連通し、高圧室側に
開口する導入ポートの開口面積が前記シール間隙の変化
に対応して変化する圧力導入路と、該圧力導入路に比べ
て小さい流通面積で低圧部に連通するパージ穴をもつ流
出路と、を備えること特徴とする。

【０００６】

【作用】前記第１の手段においては、密封すべき流体
は、シール間隙から圧力導入路を経てアクチュエータの
差圧室に流入し、その一部はパージ孔から外部に流出し
て、中間の圧力が背圧として可動のシール部材に作用す
る。そして、シール間隙が小になればアクチュエータへ
の流入量が減少して背圧が低下し、可動のシール部材は
後退してシール間隙を増大させ、シール間隙が大になれ
ば流入量が増大し、背圧が上昇してシール間隙を小さく
するように作用し、非接触シール面のシール間隙を略一
定に保つ。

【０００７】前記第２の手段においては、圧力導入路の
導入ポートの開口面積がシール間隙に応じて変化するこ
とにより通路抵抗が変化し、高圧室から直接導入されて
パージ孔から流出する流体の流量が変化し、差圧室の圧
力も変化する。この差圧室の圧力が可動のシール部材に
背圧として作用し、シール間隙を一定に保持するように
働く。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１において１はハウジングで高圧室２と低圧室
３を区画し軸穴４が穿設されており、この軸穴４を通る
回転軸５には、半径差により回転シール端面６が形成さ
れている。

【０００９】シールリング７は、可動のシール部材であ
り、前面に前記回転シール端面６と僅かなシール間隙Ａ
を介して対向する非回転シール端面８を備え、両端面
６、８によって非接触シール面が形成される。そしてシ
ールリング７の後部の小径部９は、軸穴４内に進退自在
に挿入され、Ｏリング１０で軸穴４との気密が保持され
ている。シールリング７の外周には、フランジ１１が連
設され、これに圧力導入路１２が穿設され、該圧力導入
路１２は、非回転シール面８に導入ポート１２₁で開口
し、背面に連絡孔１２₂で開口されている。導入ポート
１２₁の周囲には、図２に示すようにリング溝１３が掘
設され、その一部１３₁はシール端面８から外れてい
る。このリング溝１３は、流体を前記一部１３₁から流
入させたのち導入ポート１２₁の全周から流体を流入さ
せるようにしたもので、このようにすることにより開口
部の流速が低下して動圧が減少し、静圧が導入される。

【００１０】フランジ１１の背後には、図３に示すよう
に３個のアクチュエータ１５が等間隔で取付けられてい
る。アクチュエータ１５は前後の端板１６、１７を弾性
金属製のベローズ１８で接続して容積可変の差圧室１８
₁を形成したもので、前端板１６は、通路１６₁を連絡孔
１２₂と連通させてフランジ１１に固定されており、後
端板１７は、通路１７₁をハウジング１の通路１９に連
通させて該ハウジング１にボルト２０で固着されてい
る。通路１９は、拡径された段部とねじ孔部を有し、小
径のパージ孔２１₁をもつオリフィス板２１が、該段部
に載置されてねじ孔部に螺合される継手管２２で押圧固
定され、アクチュエータ１５の内部の流体をパージ孔２
１₁から小量ずつ外部に放出させて差圧室１８₁の内部を
中間圧力に保つ。

【００１１】シールリング７の前面には、ハウジング１
内の高圧が作用し、背面には該高圧が作用すると共に、
差圧室１８₁の内圧、ベローズ１８の弾力及び小径部９
に対する低圧室３の圧力が作用し、両面に作用する力の
バランスによって間隙Ａが数μｍから数十μｍに維持さ
れる。該間隔Ａの大きさは、ハウジング内外の圧力が一
定であれば、パージ孔２１₁の孔径によって決まる。

【００１２】高圧室２の圧力が変動して高圧になると、
間隙Ａからシールリング７に作用する圧力が反対側の力
に打ち勝って該間隙Ａを拡げる。すると、入口ポート１
２₁の口部の開きが大になってアクチュエータ１５への
流入量が大になり、差圧室１８₁の内圧が上昇してシー
ルリング７を前進させ間隙Ａを縮めるが、差圧室１８₁
の内部の流体は、パージ孔２１₁から洩れているので、
間隙Ａの縮小により流入量が減少して内圧が低下し再び
間隙Ａが増大する。この差圧室１８₁に作用する圧力
は、静圧であるから変動がなく強力であり、かつシール
リング７の前進及び後退作用を繰返すことにより間隙Ａ
を略一定に維持して高圧室２内の流体の洩れを略一定か
つ最小限にすることができる。そして、パージ孔２１₁
の径の異なるオリフィス板２１を用いることにより、差
圧室１８₁内に保持される圧力を変更し、間隙Ａを変更
することができる。

【００１３】なお、前記実施例においては、アクチュエ
ータ１５を３個用いているがその個数は任意に設定で
き、容積可変の差圧室をベローズ１８に代えて、ピスト
ン・シリンダ式のものとすることができ、オリフィス板
に代えてニードル弁の如き流量調節弁を用いることがで
きる。

【００１４】図４の実施例は、圧力導入路１２に圧力を
導入するための導入ポートを、シール間隙Ａに開口せず
に高圧室２に直接開口したものであり、図５に示すよう
にフランジ１１の下面１１₁から下向きに突起２３が３
個以上等間隔で設けられ、これに軸心方向を向く導入ポ
ート２４が設けられている。突起２３の内側には、シー
ル端面６上に高圧室２の一部である高圧空間２５が形成
され、導入ポート２４は、一部が高圧空間２５に臨んで
リフトＢを形成し、残部が回転軸５の大径部周面２６で
閉じられるようになっている。

【００１５】この実施例においても、シールリング７
は、ベローズ１８の弾力とその内部の差圧室１８₁の圧
力によってシール端面６に向かう推進力を受けている。
そして、シール間隙Ａが減少するとリフトＢが減少して
圧力導入路１２への流入抵抗が増大すると共に流入量が
減少し、差圧室１８₁内が低圧になり、シールリング７
が後退する。この後退によりリフトＢが増大して流入抵
抗が減少し、差圧室１８₁が増圧されてシールリング７
を前進させる。この作用を繰返してシール間隙Ａを略一
定に保つ。この実施例は、シール間隙Ａの圧力を導入す
るものに比べて大きな圧力を導入でき、アクチュエータ
の出力を大にすることができる。

【００１６】図７の実施例は、回転軸５のシール端面６
の外周に段部２７を設けて、高圧空間２５を下方に下げ
て形成したものである。このように形成することにより
導入ポート２４をシール端面８から下に設けることがで
き、穿孔が容易になる。

【００１７】図８は図１の実施例における非接触シール
面のシール作用を実証するための装置であり、容器３０
及び蓋体３１により高圧室３２を形成し、内部に封入し
たシール部材３３にリング部３４、ガイド部３５、アー
ム３６が設けられる。そして、リング部３４の先端と容
器底部には非接触シール端面３７、３８が形成され、そ
の内側に低圧室３９が設けられる。ガイド部３５と蓋体
３１の凹部４０はＯリング３５₁によって気密が保持さ
れ、容器３０及び蓋体３１の上下に大気に連通する開口
４１、４２が設けられる。

【００１８】アーム３６は等間隔で３本突設され、これ
にピストン・シリンダ型のアクチュエータ４３が設置さ
れる。各アーム３６にはそれぞれに差圧室４３₁が穿設
され、これに導入ポート４４₁と連絡孔４４₂をもつ圧力
導入路４４が連絡される。ピストン４５は、ボルト４６
によって蓋体３１に固定され、Ｏリング４５₁によって
差圧室４３₁と気密を保つようにされている。ピストン
４５を貫く通路４７の段部にはパージ孔をもつオリフィ
ス板４８が継手管４９で固定されている。

【００１９】シール部材３３の上下面にはロードセル５
０、５１が押板５２、５３及び各３本のねじ５２₁、５
３₁で固定され、各ロードセルの電線５０₁、５１₁が開
口４１、４２から導出され、各ロードセル５０、５１に
対向してボルト５４、５５が植設されている。またシー
ル部材３３の背面に対向して位置センサ５６が設けられ
る。前記ボルト５４、５５を調節して、シール部材３３
の前進時及び後退時にロードセル５０、５１が圧接され
るようにし、これによりシール部材３３に加わる加圧力
が検出される。

【００２０】この装置においては、高圧入口５７から高
圧室３２に高圧流体が導入され、開口４１、４２は大気
に開放されて低圧室３９は大気圧とされ、非接触シール
面３７、３８で高圧室３２内の流体が低圧室３９に洩れ
るのを制限している。非接触シール面３７、３８から洩
れる流体は、導入ポート４４₁から差圧室４３₁内に流入
し、流入した流体の一部は常にオリフィス板４８のパー
ジ孔から放出されている。この装置を作動させるとき、
非接触シール面３７、３８のシール間隙が大になれば、
導入ポート４４₁の開口部と高圧室３２の連通面積が広
くなり、圧力導入路４４を介して差圧室４３₁内に導入
される静圧が上昇し、これによりシール部材３３を前進
させて前記シール間隙を縮小させ、該縮小により差圧室
４３₁に導入される静圧が低下すると後退し、この動作
を繰返しながら、パージ孔径に応じた数μｍ〜数十μｍ
のシール間隙を維持できることが実証された。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明の第１の手段によれ
ば、、シール間隙に生じる静圧を検出して該静圧によっ
てシール間隙の調節をするから、調節が連動機構を介す
ることなく直接的に行われ、応答性が高く、静圧である
ため調節作用が強力に行われ、変動が少い等の効果を奏
する。更に、前記のように連動機構を用いていないか
ら、装置を極めて安価に作ることができる利点を有す
る。

【００２２】次に、本発明の第２の手段によれば、差圧
室に加える流体圧力を高圧室から直接導入するから、差
圧室に高い圧力を導入できてアクチュエータの出力を大
にし応答性を大にすることができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の縦断面図

【図２】同上部分下面図

【図３】同上平面図

【図４】他の実施例の縦断面図

【図５】同上一部の正面図

【図６】図５の６−６線断面図

【図７】更に他の実施例の一部断面図

【図８】本発明の作用を実証するための装置の縦断面
図

【符号の説明】

２、３２高圧室３、３９低圧室６、８、３７、３８シール端面７シールリング（シール部材）１２圧力導入路１２₁、２４、４４₁ 導入ポート１５、４３アクチュエータ１８₁、４３₁ 差圧室２１、４８オリフィス板３３シール部材Ａシール間隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方のシール端面に対して微小のシール
間隙を介して対向するシール端面をもつ可動のシール部
材と、該可動のシール部材の位置を調節するアクチュエ
ータを備え、該アクチュエータは、支持部材と前記可動
のシール部材の間に設けた容積可変の差圧室と、前記シ
ール間隙の圧力を前記差圧室に導入する圧力導入路と、
該圧力導入路に比べて小さい流通面積で低圧部に連通す
るパージ孔をもつ流出路と、を備えること特徴とする非
接触シール装置。
【請求項２】前記圧力導入路の導入ポートを、可動の
シール部材のシール端面に設けたことを特徴とする、請
求項１の非接触シール装置。
【請求項３】前記圧力導入路の導入ポート付近に、該
導入ポートに流入する流体の流速低下手段を設けたこと
を特徴とする、請求項１又は２の非接触シール装置。
【請求項４】一方のシール端面に対して微小のシール
間隙を介して対向するシール端面を持つ可動のシール部
材と、該可動のシール部材の位置を調節するアクチュエ
ータを備え、該アクチュエータは、支持部材と前記可動
のシール部材の間に設けた容積可変の差圧室と、高圧室
と前記差圧室を連通し、高圧室側に開口する導入ポート
の開口面積が前記シール間隙の変化に対応して変化する
圧力導入路と、該圧力導入路に比べて小さい流通面積で
低圧部に連通するパージ穴をもつ流出路と、を備えるこ
と特徴とする非接触シール装置。