JPH07198042A - メカニカルシールおよび該メカニカルシールを備えたポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静止密封要素における遊動環を径方向で適正
に位置決めする保持機能を確保しながら、遊動環の外周
面と静止リテーナの内周面との隙間を最大限広く確保し
て取扱い流体の異物の噛み込みによる追従性の低下を防
止できるようにする。 【構成】 回転密封４の密封端面４ａに摺接される静止
密封要素５における遊動環６をその内周面側から保持す
るための筒状突出部１５（３０）を静止密封要素５の従
動環７もしくはスプリングリテーナ１１側に連設したも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばポンプ、圧縮
機、タービン、ブロワーおよびファンなどの回転機械の
軸封部に用いられるメカニカルシールおよび該メカニカ
ルシールを備えたポンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】給水用ポンプなどに使用されるこの種の
メカニカルシールは、一般的にケーシング内に回転軸と
共に回転する回転密封要素を設け、この回転密封要素の
密封端面に摺接される遊動環および該遊動環に並置され
た従動環で静止密封要素を構成するとともに、上記遊動
環の密封端面が回転密封要素の密封端面に弾性的に接触
するようなばね力を該遊動環に従動環を介して付勢する
ばね機構を設け、このばね機構をケーシングに保持させ
るための静止リテーナを静止密封要素の外周側に対向配
設し、この静止リテーナの内周面と静止密封要素の外周
面との間に、フラッシング液のような取扱い流体通路の
一部分となる微小隙間を形成させて構成されている。

【０００３】このような構成のメカニカルシールにおい
て、上記微小隙間を形成させるために静止密封要素の遊
動環を径方向に位置決め保持させるにあたって、従来で
は、例えば特開昭６２−２６６２６９号公報に示すよう
に、遊動環の外周面側あるいは静止リテーナの内周面側
に円周方向に間隔を隔てて複数の突起を形成するなど、
遊動環の外周面と静止リテーナの内周面との間で遊動環
の径方向の位置を保持するとともに、その保持部を構成
する複数の突起の円周方向の各隣接間に微小隙間を形成
させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したような構成の
従来のメカニカルシールによれば、遊動環の径方向の位
置決め保持のために形成された複数の突起の存在によっ
て、静止リテーナの内周面と遊動環の外周面との間の微
小隙間がさらに狭ばめられることになり、この隙間内に
大きな異物が流入した場合、その異物が隙間に噛み込ま
れ、その結果、回転密封要素に対する遊動環の追従性が
阻害されて、密封性能の低下を招きやすいという問題が
あった。

【０００５】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、遊動環の径方向での位置決め保持
機能を損なうことなく、遊動環の外周面と静止リテーナ
の内周面との間の流体通路を十分に広く確保して異物の
噛み込みによる追従性の阻害を防止できるメカニカルシ
ールを提供することを目的としている。また本発明は上
記メカニカルシールを具備することにより取扱液の漏洩
がなく、かつ長期間メンテナンスを行う必要がないポン
プ装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るメカニカルシールは、ケーシング側に
設けられて、回転軸と共に回転する回転密封要素と、こ
の回転密封要素の密封端面に摺接される密封端面をもつ
遊動環および該遊動環に並置された従動環で構成される
静止密封要素と、上記遊動環の密封端面が回転密封要素
の密封端面に弾性的に接触するように該遊動環に上記従
動環を介してばね力を付勢するばね機構と、上記静止密
封要素の外周側に対向配設されて、上記ばね機構をケー
シングに保持させる静止リテーナとを備えてなるメカニ
カルシールにおいて、上記静止密封要素の遊動環をその
内周面側から保持するために該遊動環の内周面側に筒状
突出部を、上記従動環あるいはスプリングリテーナ側に
連設したものである。

【０００７】特に、上記構成のメカニカルシールにおい
て、上記筒状突出部を、上記従動環から一体に連設する
ことが好ましい。

【０００８】また本発明のポンプ装置は、羽根車と、該
羽根車を支持する主軸と、上記羽根車を収容するポンプ
ケーシングと、該ポンプケーシングを上記主軸が貫通す
る軸貫通部に設けられ取扱液の漏洩を防止するメカニカ
ルシールとを備え、上記メカニカルシールは、上記ポン
プケーシング側に設けられて、回転軸と共に回転する回
転密封要素と、この回転密封要素の密封端面に摺接され
る密封端面をもつ遊動環および該遊動環に並置された従
動環で構成される静止密封要素と、上記遊動環の密封端
面が回転密封要素の密封端面に弾性的に接触するように
該遊動環に上記従動環を介してばね力を付勢するばね機
構と、上記静止密封要素の外周側に対向配設されて、上
記ばね機構をケーシングに保持させる静止リテーナとを
備え、上記静止密封要素の遊動環の内周面側に該遊動環
を保持させるための筒状突出部を、上記従動環あるいは
スプリングリテーナ側に連設したことを特徴とするもの
である。

【０００９】

【作用】本発明のメカニカルシールによれば、回転密封
要素の密封端面とばね機構におけるスプリングのばね力
を受けた遊動環の密封端面とが相対的に摺接することに
より、ケーシング側と回転軸側との間が密封される。そ
して、上記遊動環を上記従動環もしくはスプリングリテ
ーナに設けた筒状突出部によって、その内周面側から保
持させて径方向の位置決めがなされ、回転軸に対する遊
動環の同心保持機能を確保できるので、遊動環の外周面
と静止リテーナの内周面との間の隙間を十分に広く確保
することができる。したがって、フラッシング液などの
取扱い流体中に含まれる異物が上記微小隙間で噛み込ま
れるおそれが解消され、回転密封要素に対する遊動環の
追従性が円滑、良好に維持されることになる。

【００１０】特に、上記遊動環をその内周面側から保持
する筒状突出部を静止密封要素の従動環から一体に連設
する場合は、保持部での軸方向の相対摺接がないため
に、摺接にともなう摩耗がなく、保持機能および良好な
追従性を安定よく維持することが可能である。

【００１１】また本発明のポンプ装置によれば、上記メ
カニカルシールを具備することにより取扱液の漏洩がな
く、かつ長期間メンテナンスを行う必要がない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施例によるメカニカルシー
ルの要部の拡大縦断面図である。

【００１３】図１において、１はケーシング、２はケー
シング１を貫通する回転軸であり、この回転軸２の外周
面に固定されたスリーブ３には、回転密封要素として、
炭化タングステンや炭化ケイ素等のセラミックスなどか
らなる回転密封環４が取り付けられており、回転軸２と
共に回転可能に構成されている。５は上記ケーシング１
側に保持される静止密封要素であり、上記回転密封環４
の密封端面４ａに摺接される密封端面６ａをもった遊動
環６と、この遊動環６に並置された金属製の従動環７と
からなり、従動環７の端面には、遊動環６に軸心方向に
沿って形成された孔８に挿通されるドライブピン９が突
設されている。なお、上記遊動環６は通常カーボンで構
成されているが、炭化タングステン、ブロンズ等を用い
てもよい。

【００１４】１０はばね機構であり、スプリングリテー
ナ１１と、このスプリングリテーナ１１のばね保持孔部
１１ａに嵌入・保持されたスプリング１２とからなり、
このスプリング１２のばね力を上記従動環７を介して遊
動環６に軸心方向から付勢することにより、該遊動環６
の密封端面６ａを上記回転密封環４の密封端面４ａに弾
性的に接触させるようにしている。１３は上記従動環７
の内周側に保持されてスプリングリテーナ１１における
小径段部１１ｂとの間をシールするＯリングである。１
４は静止リテーナで、上記静止密封要素５の外周面と対
向する位置に配置されて、上記ばね機構１０をケーシン
グ１に保持させるようになされている。

【００１５】上記従動環７には、大気側において、軸方
向へ沿って延びる筒状突出部１５が一体に連設されてお
り、この筒状突出部１５の外周面で上記遊動環６をその
内周面側から保持させることにより、遊動環６を回転軸
２に対して同芯に位置決めするとともに、その遊動環６
の外周面と上記静止リテーナ１４の内周面との間に、後
述する取扱い流体の通路の一部分となる隙間ｇを形成さ
せている。この筒状突出部１５は、従動環７に一体形成
されるが、別部品として形成されたものであってもよ
く、製作上、有利な方を選択すればよい。

【００１６】なお、図１中において、孔１６は上記ケー
シング１に形成されて、フラッシング液のような取扱い
流体Ｑを、上記回転密封環４の密封端面４ａと遊動環６
の密封端面６ａとの摺動部位へ導入させる通路である。

【００１７】上記のような構成のメカニカルシールにお
いて、回転軸２が回転すると、回転密封環４もスリーブ
３を介して回転軸２とともに回転する。この時、スプリ
ング１２のばね力が従動環７を介して遊動環６に付勢さ
れているので、遊動環６の密封端面６ａは回転密封環４
の密封端面４ａに対して弾性的に接触した状態で回転密
封環４の密封端面４ａに摺接され、これにより、ケーシ
ング１側と回転軸２側との間が軸封される。

【００１８】ここで、上記遊動環６が従動環７に設けら
れた筒状突出部１５で内周面側（大気側）から保持され
ているので、該遊動環６の径方向の位置決めが確実にな
されるとともに、遊動環６の外周面と静止リテーナ１４
の内周面との間の隙間ｇが取扱い流体（フラッシング
液）Ｑの通路の一部分となる。この時、上記遊動環６を
その内周面側から保持させたことにより、上記隙間ｇを
十分に広く確保することができて、取扱い流体Ｑ中の大
きな異物が上記隙間ｇ内で噛み込まれるおそれがなくな
る。その結果、回転密封環４に対する遊動環６の追従性
が良好に維持されて、該遊動環６の密封端面６ａと回転
密封環４の密封端面４ａとの接触状態の良否による密封
性能が良好に保持される。

【００１９】なお、従動環７は、上記実施例に示したよ
うな形状のものに限らず、たとえば、図２に示すよう
に、スプリングリテーナ１１の内周側へ延びる小径段部
７ａを形成したものであってもよく、この場合も、上記
筒状突出部１５で遊動環６を内周面側から保持させるよ
うにすればよい。

【００２０】特に、上記図１および図２に示すように、
従動環７側に筒状突出部１５を設けた構成のものにおい
ては、遊動環６の内周面と上記筒状突出部１５との摺接
摩耗がなく、遊動環６の同芯保持機能および追従性の低
下を抑制することができる。

【００２１】また、上記各実施例では、従動環７側に設
けた筒状突出部１５により遊動環６を保持させたが、図
３に示すように、スプリングリテーナ１１の小径段部１
１ｂに筒状突出部３０を設け、この筒状突出部３０で上
記遊動環６を内周面側から保持させることも可能であ
り、この場合も、上記隙間ｇを十分に広く確保して取扱
い流体Ｑ中の大きな異物が上記隙間ｇ内に噛み込まれる
ことを防止できる効果を奏する。

【００２２】次に、上述のように構成されたメカニカル
シールを備えたポンプ装置を図４を参照して説明する。
ポンプ装置４０は、ポンプケーシング４１と、このポン
プケーシング４１内に収容された複数の羽根車４２，４
３，４４と、これら羽根車４２，４３，４４を支持する
主軸を構成する回転軸２とを備えている。そして、回転
軸２がポンプケーシング４１を貫通する軸貫通部には、
図１乃至図３に図示したメカニカルシールＳ，Ｓが配設
されている。

【００２３】また、両吸込型の１段目羽根車４２の吐出
圧が加わる部分にフラッシング配管４５が接続されてい
る。フラッシング配管４５は、左右に分岐してケーシン
グ１，１の孔１６，１６に接続されており、１段目羽根
車４２により昇圧された取扱い流体Ｑが回転密封環４の
密封端面４ａと遊動環６の密封端面６ａとの摺動部位に
導入されるようになっている。

【００２４】また、図４において、左側のメカニカルシ
ールＳの隙間ｇ（図１乃至図３に示される遊動環６の外
周面と静止リテーナ１４の内周面との間）の出口側は、
ポンプケーシング４１に固定されたネックブッシュ４６
と回転軸２に固定された軸スリーブ４７との間の間隙を
通して１段目羽根車４２の吸込側に連通されている。

【００２５】一方、右側のメカニカルシールＳの隙間ｇ
（図１乃至図３参照）の出口側は、ネックブッシュ４６
と軸スリーブ４７との間の間隙を通してバランス室４８
に連通されている。そして、バランス室４８は、バラン
ス用配管４９を介して２点鎖線で示される吸込口５０に
連通されるとともに、ポンプケーシング４１に固定され
たバランスブッシュ５２と回転軸２に固定されたバラン
ススリーブ５３との間の間隙を通して３段目羽根車４４
の吸込側に連通されている。なお点線で示される符号５
５で示される部材はポンプ吐出口である。

【００２６】しかして、右側のメカニカルシールＳにお
いては、２段目羽根車４３から吐出された流体はバラン
スブッシュ５２とバランススリーブ５３との間を通過す
る間に減圧されてバランス室４８に流入した後にバラン
ス用配管４９より吸込口５０に戻る。一方、フラッシン
グ液はフラッシング配管４５を介して孔１６より導入さ
れて間隙ｇを通り、さらにネックブッシュ４６と軸スリ
ーブ４７との間隙を通りバランス室４８に流入した後に
バランス用配管４９より吸込口５０に戻る。

【００２７】このように、両側のメカニカルシールＳ，
Ｓの間隙ｇ，ｇの出口側には、１段目羽根車４２の吸込
圧がかかることになり、その結果１段目羽根車４２で昇
圧されたフラッシング液は左右の孔１６，１６より導入
されて間隙ｇ，ｇを通って円滑に流れる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明のメカニカルシール
によれば、従動環もしくはスプリングリテーナに連設し
た筒状突出部により回転密封要素の密封端面に摺接され
る遊動環をその内周面側から保持させたので、この遊動
環の回転軸に対する位置決め保持機能を何等損なうこと
なく、遊動環の外周面と静止リテーナの内周面との間の
流体通路となる隙間の実効スペースを十分に広く確保す
ることができて、取扱い流体中に異物が含まれていて
も、その異物が微小隙間で噛み込まれることを防止でき
る。したがって、回転密封要素に対する遊動環の追従性
を良好に維持して、長期使用においても、所定の密封性
能を安定よく維持することができるという効果を奏す
る。

【００２９】特に、上記遊動環をその内周面側から保持
する筒状突出部を静止密封要素の従動環から一体に連設
すれば、保持部での軸方向の相対摺接がないために、摺
接にともなう摩耗がなく、保持機能および良好な追従性
を一層安定良く維持することができる。

【００３０】また本発明のポンプ装置によれば、ポンプ
取扱液の密封性が高まり、該取扱液の漏洩を防止するこ
とができるとともに、メカニカルシールの寿命が延びる
ことにより長時間ポンプのメンテナンスを行う必要がな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるメカニカルシールの要
部の縦断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示すメカニカルシールの
要部の縦断面図である。

【図３】本発明のもう一つの実施例を示すメカニカルシ
ールの要部の縦断面図である。

【図４】本発明に係るメカニカルシールを備えたポンプ
装置の一実施例の断面図である。

【符号の説明】

Ｓ メカニカルシール １ ケーシング ２ 回転軸 ４ 回転密封要素 ４ａ，６ａ 密封端面 ５ 静止密封要素 ６ 遊動環 ７ 従動環 １０ ばね機構 １１ スプリングリテーナ １４ 静止リテーナ １５，３０ 筒状突出部 ４１ ポンプケーシング ４２，４３，４４ 羽根車 ４５ フラッシング配管 ４９ バランス用配管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング側に設けられて、回転軸と共
   に回転する回転密封要素と、この回転密封要素の密封端
   面に摺接される密封端面をもつ遊動環および該遊動環に
   並置された従動環で構成される静止密封要素と、上記遊
   動環の密封端面が回転密封要素の密封端面に弾性的に接
   触するように該遊動環に上記従動環を介してばね力を付
   勢するばね機構と、上記静止密封要素の外周側に対向配
   設されて、上記ばね機構をケーシングに保持させる静止
   リテーナとを備えてなるメカニカルシールにおいて、上
   記静止密封要素の遊動環の内周面側に該遊動環を保持さ
   せるための筒状突出部を、上記従動環あるいはスプリン
   グリテーナ側に連設したことを特徴とするメカニカルシ
   ール。
2. 【請求項２】 上記筒状突出部が、上記従動環から一体
   に連設されている請求項１のメカニカルシール。
3. 【請求項３】 羽根車と、該羽根車を支持する主軸と、
   上記羽根車を収容するポンプケーシングと、該ポンプケ
   ーシングを上記主軸が貫通する軸貫通部に設けられ取扱
   液の漏洩を防止するメカニカルシールとを備え、上記メ
   カニカルシールは、上記ポンプケーシング側に設けられ
   て、回転軸と共に回転する回転密封要素と、この回転密
   封要素の密封端面に摺接される密封端面をもつ遊動環お
   よび該遊動環に並置された従動環で構成される静止密封
   要素と、上記遊動環の密封端面が回転密封要素の密封端
   面に弾性的に接触するように該遊動環に上記従動環を介
   してばね力を付勢するばね機構と、上記静止密封要素の
   外周側に対向配設されて、上記ばね機構をケーシングに
   保持させる静止リテーナとを備え、上記静止密封要素の
   遊動環の内周面側に該遊動環を保持させるための筒状突
   出部を、上記従動環あるいはスプリングリテーナ側に連
   設したことを特徴とするポンプ装置。