JPH0646071B2 - 非接触形メカニカルシール - Google Patents

非接触形メカニカルシール

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JPH0646071B2
JPH0646071B2 JP9547789A JP9547789A JPH0646071B2 JP H0646071 B2 JPH0646071 B2 JP H0646071B2 JP 9547789 A JP9547789 A JP 9547789A JP 9547789 A JP9547789 A JP 9547789A JP H0646071 B2 JPH0646071 B2 JP H0646071B2
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JP
Japan
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seal
groove
rotary
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pressure generating
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JP9547789A
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忠之 清水
敏彦 布施
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えばガスタービン,ブロアーおよびエアコ
ンプレッサーなどの高圧流体機器の軸封部に適用される
非接触形メカニカルシールに関する。
[従来の技術] 従来より、例えばガスタービン,ブロアーおよびエアコ
ンプレッサーなどの高圧流体機器の軸封部に適用される
シール装置として第1図に示すように、被軸封機器の回
転部材1(図示例では回転軸1Aと同時回転する回転ス
リーブ1B)と同時回転する回転密封環2Aを設けた回
転側シール要素2と、被軸封機器のケーシング3側に固
定されたスプリングリテーナ3Aに、周方向等間隔で配
置した回り止めピン3Bを介して回転不能に保持され、
かつスプリング3Cにより回転密封環2A側に常時付勢
される静止密封環4Aを設けた固定側シール要素4を有
し、回転密封環2Aのシール面2aには、第4図に示す
ように、円周方向等間隔で径方向にのびる幅挾深底の流
体導入溝5を複数形成し、これら流体導入溝5のそれぞ
れに連通し、かつ円周方向の一方(例えば矢印aで示す
回転方向の反対側)にのびる幅広浅底の動圧発生グルー
ブ6を形成した非接触形メカニカルシールが知られてい
る。
このメカニカルシールは、回転密封環2Aが回転する
と、高圧側Yの流体が流体導入溝5から動圧発生グルー
ブ6に流入して、シール面2aと、静止密封環4Aのシ
ール面4aとの間に動圧を発生させ、シール面4aをシ
ール面2aから離す方向に付勢し、シール面4aをシー
ル面2aに当接させる方向に付勢しているスプリング3
Cのばね力とのバランス点の圧力によって、シール面2
a,4a間に例えば5〜20μm程度の狭いシール隙間
を形成し低圧側Xと高圧側Yとを非接触状態でシールす
るように構成されている。
[発明が解決しようとする課題] ところで、高圧流体が封入されている高圧側Yに配置さ
れた回転密封環2Aに、径方向に不均等な負荷の分布状
態で高い圧力が負荷された場合、負荷の不均等分布が起
因して回転密封環2Aに歪を生じることがあるのにもか
かわらず、従来の非接触形メカニカルシールでは、回転
密封環2Aのシール面2aに、流体導入溝5に連通する
動圧発生グルーブ6のみが形成されているだけであるか
ら、前述の歪によって動圧発生グルーブ6の動圧発生機
能が低下し、シール面2aを開けようとする力とスプリ
ング3Cのばね力を含む静止密封環4Aの背面側からの
シール面2dを閉じようとする力のバランスがくずれ隙
間を縮小もしくは消失させ、その結果、シール面2a,
4a同士が接触してシール破壊を生じさせることにな
る。
また、回転密封環2Aに前述の歪が生じない場合でも、
起動時または停止前の低速回転時のように、動圧が低下
する低回転領域において、シール面2a,4a同士の接
触によりシール破壊を起こすおそれが有る。しかも、動
圧発生グルーブ6が流体導入溝5に連通して円周方向の
一方にのみのびて形成されているから、回転密封環2A
を矢印aで示す回転方向、つまり流体導入溝5を前側に
位置させた方向に回転させなければ、動圧発生グルーブ
6によって動圧を有効に発生させることができない。し
たがって、回転方向が一方向にのみ制限される問題点を
有している。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、回転密
封環に歪が生じて動圧発生機能を低下させたり、低回転
領域において動圧が低下したとしても、シール隙間を確
保でき、シール面同士の接触を回避して、シール破壊を
未然に防止することができ、しかも、正逆回転が可能な
非接触形メカニカルシールの提供を目的としている。
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するために、本発明に係る第1の発明は
回転密封環のシール面に円周方向等間隔で外端が径外側
に開口しかつ内端がシール面内に存在して径内方向にの
びる流体導入溝が複数形成され、これら流体導入溝に連
通しかつ円周方向の一方にのびる動圧発生グルーブが形
成されるとともに、前記流体導入溝から選択された溝に
連通して円周方向の一方にのびる静圧発生グルーブが形
成されたものである。
また、本発明に係る第2の発明は回転密封環のシール面
に円周方向等間隔で外端が径外側に開口しかつ内端がシ
ール面内に存在して径内方向にのびる流体導入溝が複数
形成され、これら流体導入溝から選択された溝に連通し
かつ円周方向の両方にのびる動圧発生グルーブが形成さ
れるとともに、前記選択された溝以外の流体導入溝に連
通して円周方向の両方にのびる静圧発生グルーブが形成
されたものである。
[作用] 本発明に係る第1の発明によれば、回転密封環の回転に
より、流体導入溝に連通する動圧発生グルーブに径外側
(高圧側)から流体が進入して動圧を発生させ、この動
圧によって所定のシール隙間を形成して非接触状態でシ
ールする。
同時に、選択された流体導入溝に連通する静圧発生グル
ーブに流体が進入してポケット圧を発生させる。したが
って、回転密封環に歪が生じて動圧発生グルーブの動圧
発生機能が低下して、動圧が低下したり、或いは起動時
や停止前などの低回転領域において動圧が低下したとし
ても、静圧発生グルーブで発生するポケット圧が静圧と
して作用しシール面同士の接触を回避させることができ
る。
また、第2の発明によれば、回転密封環の回転により、
選択された流体導入溝に連通する動圧発生グルーブに径
外側(高圧側)から流体が進入して動圧を発生させ、こ
の動圧によって所定のシール隙間を形成して非接触状態
でシールする。
同時に、選択された流体導入溝以外の溝に連通する静圧
発生グルーブに流体が進入してポケット圧を発生させ
る。したがって、回転密封環に歪が生じて動圧発生グル
ーブの動圧発生機能が低下して、動圧が低下したり、或
いは起動時や停止前などの低回転領域において動圧が低
下したとしても、静圧発生グルーブで発生するポケット
圧が静圧として作用しシール面同士の接触を回避させる
ことができる。
しかも、動圧発生グルーブが流体導入溝に連通して円周
方向の両方にのびて形成されているから、回転密封環を
正逆いずれの方向に回転させても、動圧を発生させるこ
とができる。
[実施例] 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
第1図は非接触形メカニカルシールの全体構成を示す縦
断側面図、第2図は回転密封環の第1実施例を示す正面
図であり、本発明の特徴は回転密封環のシール面に動圧
発生グルーブと静止発生グルーブの両者を形成した構成
に係り、この点を除く他の部材および構成は従来例と異
ならないので、第2図において、第4図に相当する部分
には、それぞれ同一符号を付して、その詳細な説明は省
略する。
第1図および第2図において、回転密封環2Aのシール
面2aには、円周方向等間隔で外端がシール面2aの径
外側(高圧側Y)に開口し、内端がシール面2a内に存
在して径内方向にのびる流体導入溝5が複数(例えば1
2)形成されている。
流体導入溝5はシール面2aの面幅W1(径方向の寸
法)に対して、70〜90%の割合(図示例では約70
%)でシール面2aの外端から径内方向にのびる深さ5
μm〜1mmの第1導入溝5Aと、シール面2aの面幅W
に対して、30〜50%の割合(図示例では約50%)
でシール面2aの外端から径内方向にのびる深さ5μm
〜1mmの第2導入溝5Bとを隔数ごとに形成することに
よって構成されている。そして、第1導入溝5Aと第2
導入溝5Bのそれぞれに連通して円周方向の一方(反時
計方向)にのびる動圧発生グルーブ6、つまり円周方向
の長さを4〜10mm、幅寸法W2を面幅W1の30〜5
0%(図示例では約30%)、深さ4〜8μmに設定し
た動圧発生グルーブ6が形成されるとともに、第1導入
溝5Aに連通して静圧発生グルーブ7、即ち、円周方向
の一方に向って隣接している動圧発生グルーブ6の終端
と径内側でラップする位置までのび、幅寸法W3を0.3
〜2mm、深さを5〜20μmに設定した静止発生グルー
ブ7が形成されている。
このような構成であれば、回転密封環2Aを矢印a方向
に回転させることによって、流体導入溝5における第1
および第2流入溝5A,5Bから高圧側Yの流体が動圧
発生グルーブ6に流入して、回転密封環2Aのシール面
2aと、静止密封環4Aのシール面4aの間に動圧を発
生させ、シール面2aをシール面4aから離す方向に付
勢し、スプリング3Cのばね力とのバランス点の圧力に
よって、シール面2a,4a間に例えば5〜20μm程
度の狭いシール隙間を形成して、低圧側Xと高圧側Yと
を非接触状態でシールするものである。
同時に、第1導入溝5Aに連通する静圧発生グルーブ7
にも流体が進入してポケット圧を発生させる。したがっ
て、回転密封環2Aに、例えば前述の理由による歪が生
じて、動圧発生グルーブ6の動圧発生機能が低下して、
動圧が小さくなったり、或いは回転密封環2Aの起動時
や停止前などの低回転領域において動圧が低下したとし
ても、静圧発生グルーブ7で発生するポケット圧が静圧
として作用してシール面2a,4a同士の接触を回避さ
せるので、所定シール隙間が確保されてシール破壊を未
然に防止するものである。
第3図は回転密封環2Aの第2実施例を示す正面図であ
り、この実施例では、前記第1実施例と同じ構成の第1
導入5Aに連通して円周方向の両方に向ってのびる第1
実施例と同じ構成の静圧発生グルーブ7を形成するとと
もに、第1実施例と同じ構成の第2導入溝5Bに連通し
て円周方向の両方に向ってのびる第1実施例と同じ構成
の動圧発生グルーブ6を形成した構成になっている。
このような構成であれば、回転密封環2Aを矢印a,b
で示す正逆方向の回転時において、前記第1実施例と同
じ作用効果を奏することができる。即ち、回転方向が一
方向にのみ制限されることなく、正逆いずれの方向に回
転密封環2Aを回転させても、非接触状態でシールこと
ができるメカニカルシールを提供し得るものである。
[発明の効果] 本発明は上述のとおり構成されているので、つぎに記載
する効果を奏する。
請求項(1)の非接触形メカニカルシールにおいては、回
転密封環の回転により、流体導入溝に連通する動圧発生
グルーブに径外側(高圧側)から流体が進入して動圧を
発生させ、この動圧によって所定のシール隙間を形成し
て非接触状態でシールすることができる。
また、同時に、選択された流体導入溝に連通する静圧発
生グルーブに流体が進入してポケット圧を発生させる。
したがって、回転密封環に歪が生じて動圧発生グルーブ
の動圧発生機能が低下して、動圧が小さくなったり、或
いは起動時や停止前などの低回転領域において動圧が低
下したとしても、静圧発生グルーブで発生するポケット
圧が静圧として作用し、シール面同士の接触を回避させ
ることができるため、所定の隙間が確保され、シール破
壊を未然に防止することができる。
また、請求項(2)の非接触形メカニカルシールにおいて
は、回転密封環の回転により、選択された流体導入溝に
連通する動圧発生グルーブに径外側(高圧側)から流体
が進入して動圧を発生させ、この動圧によって所定のシ
ール隙間を形成して非接触状態でシールする。
同時に、前記選択された流体導入溝以外のに溝に連通す
る静圧発生グルーブに流体が進入してポケット圧を発生
させる。したがって、回転密封環に歪が生じて動圧発生
グルーブの動圧発生機能が低下して、動圧が小さくなっ
たり、或いは起動時や停止前などの低回転領域において
動圧が低下したとしても、静圧発生グルーブで発生する
ポケット圧が静圧として作用し、シール面同士の接触を
回避させることができる。したがって、所定のシール隙
間が確保され、シール破壊を未然に防止することができ
るとともに、回転密封環の回転方向が制限されず、正逆
いずれの方向に回転密封環を回転させても、非接触状態
でシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の実施例を示し、第1図は
全体構成を示す縦断側面図、第2図は回転密封環の第1
実施例を示す拡大正面図、第3図は回転密封環の第2実
施例を示す拡大正面図、第4図は従来の回転密封環の上
半部を示す拡大正面図である。 1……回転部材 2……回転側シール要素 2A……回転密封環 2a……シール面 3……ケーシング 3C……スプリング 4……固定側シール要素 4A……静止密封環 5……流体導入溝 5A……第1導入溝 5B……第2導入溝 6……動圧発生グルーブ 7……静圧発生グルーブ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被軸封機器の回転部材と同時回転する回転
    密封環を設けた回転側シール要素と、被軸封機器のケー
    シング側に回転不能に保持され、かつスプリングにより
    回転密封環側に常時付勢される静止密封環を設けた固定
    側シール要素を有すメカニカルシールにおいて、回転密
    封環のシール面に円周方向等間隔で外端が径外側に開口
    しかつ内端がシール面内に存在して径内方向にのびる流
    体導入溝が複数形成され、これら流体導入溝に連通しか
    つ円周方向の一方にのびる動圧発生グルーブが形成され
    るとともに、前記流体導入溝から選択された溝に連通し
    て円周方向の一方にのびる静圧発生グルーブが形成され
    ていることを特徴とする非接触形メカニカルシール。
  2. 【請求項2】被軸封機器の回転部材と同時回転する回転
    密封環を設けた回転側シール要素と、被軸封機器のケー
    シング側に回転不能に保持され、かつスプリングにより
    回転密封環側に常時付勢される静止密封環を設けた固定
    側シール要素を有すメカニカルシールにおいて、回転密
    封環のシール面に円周方向等間隔で外端が径外側に開口
    しかつ内端がシール面内に存在して径内方向にのびる流
    体導入溝が複数形成され、これら流体導入溝から選択さ
    れた溝に連通しかつ円周方向の両方にのびる動圧発生グ
    ルーブが形成されるとともに、前記選択された溝以外の
    流体導入溝に連通して円周方向の両方にのびる静圧発生
    グルーブが形成されていることを特徴とする非接触形メ
    カニカルシール。
JP9547789A 1989-04-14 1989-04-14 非接触形メカニカルシール Expired - Lifetime JPH0646071B2 (ja)

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JPH02275182A JPH02275182A (ja) 1990-11-09
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