JPH0629563Y2 - メカニカルシールの液体循環装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、例えばポンプ，撹拌機等に用いられるメカ
ニカルシールを冷却・潤滑するためのシール液の循環系
統等に用いられる液体循環装置に関する。

（従来の技術） 第３図は従来のこの種の液体循環装置Ａを適用したメカ
ニカルシール１００を示している。ハウジング１０１の
軸孔１０２内には、所定間隔を置いてシートリング１０
３，１０４が固定されている。また、シートリング１０
３，１０４間には従動リング１０５，１０６が背反配置
されるとともに、回転軸１０７に装着したカラー１０
８，コンプレッションリング１０９，バネ１１０によ
り、シートリング１０３，１０４に対する従動リング１
０５，１０６の密接状態が保持され、作動時における密
封端面１１１，１１２及び密封流体室１２０，発熱室１
１３を構成している。

前記液体循環装置Ａの構成部品である加圧タンク（加圧
室）１１４内の圧力は、Ｎ_２ガス等の気体により所定の
圧力に維持されている。また、加圧タンク１１４は供給
管１１５，供給孔１１６及び返送孔１１７，返送管１１
８により発熱室１１３と接続され、加圧タンク１１４か
ら発熱室１１３にわたってシール液（液体）が封入され
ている。なお、１１９は加圧タンク１１４に接続した圧
力計である。

このように構成された液体循環装置Ａは次のように作動
する。回転軸１０７の回転によって密封端面１１１，１
１２が摩擦熱により発熱して発熱室１１３内のシール液
の温度が加圧タンク１１４内のシール液の温度よりも高
くなると、加圧タンク１１４内と発熱室１１３内とでシ
ール液に密度の差が生じ、自然対流によりシール液が循
環して発熱室１１３、具体的には密封端面１１１，１１
２の冷却・潤滑を行なう。そして、発熱室１１３内の圧
力は密封流体室１２０内の圧力よりも多少高く維持され
る（漏れ防止）のが普通である。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、上記の液体循環装置Ａは、シール液を自
然対流により循環させるためそれほどシール液の圧力、
即ち、循環効率が高いわけではなく、通常は密封流体室
１２０内の温度２００℃以下、圧力１０kg／cm²Ｇ以下
の限られた条件内でしか有効な循環による冷却・潤滑を
行ない得ない。そこで、上記以上の条件、即ち、密封流
体室１２０内の温度２００℃以上、圧力１０kg／cm²Ｇ
以上となるメカニカルシールに適用する場合には、シー
ル液の圧力を強制的に高めて循環させる機能を備えたプ
レッシャーユニット（図示せず）を採用して冷却・潤滑
効率を向上させることが必須となっているが、プレッシ
ャーユニットは大容量タンク，ポンプ等を有するため設
備が大型化してしまうとともに、コスト高を招いてユー
ザーに多大な経済的負担を強いるという問題点があっ
た。

この考案は上記課題を解決するためのもので、設備の大
型化，コスト高を招くことなく液体の循環性を向上さ
せ、もって、広範囲の条件下にわたって効率よく発熱室
の冷却・潤滑を行ない得るメカニカルシールの液体循環
装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためこの考案は、所定圧力の密封流
体室と密封端面を隔てて隣接配置した発熱室に対して液
体の供給・返送管を介して接続されるとともに、気体の
圧力により密封流体室の圧力よりも高い圧力に維持され
る加圧室を設け、加圧室から発熱室にわたって封入した
液体を、発熱室と加圧室との温度差により生じる自然対
流で循環させて発熱室の冷却・潤滑を行うメカニカルシ
ールの液体循環装置において、前記気体の圧力を動力源
として作動して液体の圧力を上昇させ、強制的に循環さ
せる強制循環手段を設けたものである。

（作用） 上記構成に基づくこの考案は、発熱室の温度が加圧室の
温度よりも高くなると、加圧室内と発熱室内とで液体の
密度に差が生じ、自然対流により液体が加圧室，供給
管，発熱室，返送管内を循環し、発熱室の冷却・潤滑を
行なう。また、強制循環手段は加圧室の圧力維持に用い
られている気体の圧力により作動し、上記自然対流との
相乗効果で液体の循環を促進する。

（実施例） 次に、この考案を第１図，第２図に基づいて説明する。
第１図は、この考案を適用したダブルタイプのメカニカ
ルシール１を示す。機器本体２ａ，スタッフィングボッ
クス２ｂ，グランドカバー２ｃよりなるハウジング２の
軸孔３内には、所定間隔を置いてカーボン製のシートリ
ング４，５が固定されている。また、シートリング４，
５間には従動リング６，７が背反配置されるとともに、
回転軸８に装着したカラー９，コンプレッションリング
１０，バネ１１により、シートリング４，５に対する従
動リング６，７の密接状態が保持されている。このよう
にして、軸孔３内には二箇所の密封端面Ｂ，Ｄ及び発熱
室１２，密封流体室８０が形成されている。また、スタ
ッフィングボックス２ｂには、供給孔１３及び返送孔１
４が設けられている。

２０はメカニカルシール１の発熱室１２に対して接続し
た液体循環装置を示す。２１は液面計２２を有する加圧
タンク（加圧室）で、この加圧タンク２１は水，油等の
シール液（液体）の流れる下降管（供給管）２３，上昇
管（返送管）２４を介してそれぞれ供給孔１３，返送孔
１４に接続されている。また、加圧タンク２１には回路
２５の加圧口２６を介してＮ_２ガス，ＡＩＲ等の気体が
供給されて発熱室１２内の圧力が密封流体室８０内より
も高い圧力となるように構成されているとともに、圧力
計２７，図示しないシール液の補給口２８が設けられて
いる。

３０は下降管２３の途中に配置した強制循環手段で、前
記回路２５から分岐した回路３１に接続された動力室３
２、及び下降管２３に直接設けられた強制循環室３３等
から構成されている。動力室３２は吸気口３４、排気口
３５を備えているとともに、タービン翼３６を内蔵して
いる。このタービン翼３６には強制循環室３３に到達す
る回転軸３７が、下降管２３のシール液循環方向に直交
する方向で接続されており、先端にインペラ３８が設け
られている。また、動力室３２と強制循環室３３とは連
通しており、その連通部と回転軸との間はメカニカルシ
ール等のシール手段３９によって密封されている。な
お、４０〜４３は弁であり、４４は加圧タンク２１に設
けたドレン弁である。

次に、上記実施例の作用を説明する。

まず、補給口２８から加圧タンク２１内に注入されたシ
ール液は、気体の圧力によって下降管２３，発熱室１
２，上昇管２４全てにわたり充満している。そして、回
転軸８が作動して密封端面Ｂ，Ｄの摩擦熱により発熱室
１２内の温度が徐々に上昇していく。すると、発熱室１
２内にあるシール液の温度のほうが加圧タンク２１内の
シール液の温度（加圧タンク２１の外表面は大気により
自然冷却されている）よりも高くなる。その結果、加圧
タンク２１内と発熱室１２内とでシール液に密度の差が
生じ、自然対流によりシール液が発熱室１２→上昇管２
４→加圧タンク２１→下降管２３→発熱室１２の経路で
循環し、発熱室１２内の熱はシール液とともに加圧タン
ク２１内へ移動して放熱される。このようにして、シー
ル液の自然対流による循環運動で発熱室１２内の潤滑・
冷却が行なわれる。

また、上記作用中において、弁４３を開放して気体を回
路３１，吸気口３４を介して動力室３２内に導入する
と、気体によってタービン翼３６が所定方向に回転し、
その回転は回転軸３７を介してインペラ３８へと伝達さ
れる。インペラ３８の回転により下降管２３内のシール
液の循環運動が一層促進され、発熱室１２内の冷却・潤
滑効率が向上する。なお、動力室３２内に導入された気
体は排気口３５を介して外部に排気される。

従って、密封流体室８０内の圧力が１０kg／cm²Ｇ以
下、温度が２００℃以下の条件にある際には、前者のよ
うにシール液の自然対流のみによる発熱室１２の冷却・
潤滑を行う。また、これ以上の条件、即ち、密封流体室
８０内の圧力が１０kg／cm²Ｇ以上、温度が２００℃以
上の条件となった際には、後者のようにシール液の自然
対流と強制循環手段３０とを併用して発熱室１２内の冷
却・潤滑を行えばよく、広い範囲の条件にわたって効率
よく冷却・潤滑を行なうことができる。ここで強制循環
手段３０は、加圧タンク２１に対する加圧気体をその動
力源としているため、従来から使用されているプレッシ
ャーユニットに比べて設備，コスト等を抑制でき、ユー
ザーに与える経済的負担も少ない。このため、従来の加
圧タンク若しくはプレッシャーユニットの採用境界とな
る条件下において大きな威力を発揮する。

第２図は他の強制循環手段５０の構成を示している。下
降管２３の途中にはボールチェック弁５１が設けられて
いる。このボールチェック弁５１は吸引室５２を挟んで
上・下流側に設けたポート５３，５４と、このポート５
３，５４と孔あきのストッパ５５，５６との間に挿入し
たボール５７，５８とからなる。

また、回路３１にはタイマー切換型の三方弁７０が設け
られ、三方弁７０の一方の回路３１ａにはダイアフラム
５９を内蔵したアクチュエータ６０が設けられている。
アクチュエータ６０内はダイアフラム５９によって変圧
室６１と吸引室５２とに区分されている。一方、三方弁
７０の他方の回路３１ｂにはエジェクタ６２が設けら
れ、アクチュエータ６０の変圧室６１へと接続されてい
る。

次に、この強制循環手段５０の作用を説明する。

まず、三方弁７０により回路３１が回路３１ｂ側に通じ
ている際には、アクチュエータ６０の変圧室６１内に予
めあるＮ_２等の気体はエジェクタ６２から噴射される気
体により凝縮され、減圧状態となるから、ダイアフラム
５９が図中右方向へ作動するともに、ポート５３が開
き、ポート５４は閉じる。すると、下降管２３内のシー
ル液はポート５３を介して吸引室５２内へと吸引され
る。

そして、タイマーＴの作動により三方弁７０が切換り、
回路３１と３１ａとがつながると、回路３１の気体によ
り変圧室６１内が加圧されてダイアフラム５９が図中左
方向へ作動する。その結果、ポート５３が閉じてポート
５４が開き、吸引室５２内のシール液は強制的に下流側
へと押し出されることとなる。

以後はタイマーＴによる三方弁７０の切換により上記動
作が繰り返され、下降管２３内のシール液の循環を促進
するため、前述の実施例と同様の効果を得ることができ
る。

なお、上記二つの実施例においては、下降管２３のみに
強制循環手段３０，５０を設けているが、上昇管２４側
のみに設けてもよいし、上昇管２４，下降管２３の双方
に設けてもよい。

（考案の効果） この考案は以上のように構成したものであるから、加圧
室と発熱室との温度差により生じる液体の自然対流と、
強制循環手段による液体の強制循環との併用によって、
加圧室から発熱室内にわたって封入した液体の循環運動
が飛躍的に促進されるから、広範囲の条件にわたって効
率よく発熱室の冷却・潤滑を行なうことができる。

また、強制循環手段は、加圧室に対する加圧気体をその
動力源としているため、従来から使用されているプレッ
シャーユニットに比べて設備，コスト等を抑制でき、ユ
ーザーに与える経済的負担も少ないという各種の優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るメカニカルシールの液体循環装置
の略示的構成図、第２図は強制循環手段の他の例を示す
概略構成図、第３図は従来例の略示的構成図である。 符号の説明 １……メカニカルシール １２……発熱室、２０……液体循環装置 ２１……加圧タンク（加圧室） ２３……下降管（供給管） ２４……上昇管（返送管） ３０，５０……強制循環手段 ８０……密封流体室

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】所定圧力の密封流体室と密封端面を隔てて
   隣接配置した発熱室に対して液体の供給・返送管を介し
   て接続されるとともに、気体の圧力により密封流体室よ
   りも高い圧力に維持される加圧室を設け、加圧室から発
   熱室にわたって封入した液体を、発熱室と加圧室との温
   度差により生じる自然対流で循環させて発熱室の冷却・
   潤滑を行うメカニカルシールの液体循環装置において、 前記気体の圧力を動力源として作動して液体の圧力を上
   昇させ、強制的に循環させる強制循環手段を設けたこと
   を特徴とするメカニカルシールの液体循環装置。