JPH075324Y2 - シャットダウンシール機構を備えたメカニカルシール - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、タービンやコンプレッサ等の機器の軸封部に
装着されるメカニカルシールであって、とくに、機器の
停止中やメカニカルシールの破損による取扱流体の外部
への流出を阻止するシャットダウンシール機構を備えた
メカニカルシールに関する。

〔従来の技術〕

従来から、タービンやコンプレッサ等の機器にはガス側
と、油側の間で軸周をシールするメカニカルシールが使
用されている。

機器の運転時、油は加圧循環装置によって、ガス圧力よ
りも通常１〜2kgf/cm²程度高圧に保持された状態で循環
供給されており、メカニカルシールを冷却するとともに
その密封摺動面を潤滑している。

しかし、上記タービン等の機器の停止時は、油加圧循環
装置も停止させることが多く、この場合は油圧よりもガ
ス圧が高くなるので、停止時におけるメカニカルシール
はガスに対するシールを行なうことになるが、メカニカ
ルシールによってガスを完璧にシールすることは困難で
ある。このため、取扱ガスが有毒であるような場合はき
わめて危険であり、また、上記油加圧循環装置が故障し
たり、メカニカルシールに破損や摺動面の異常摩耗が生
じた場合も同様である。

そこで、このような機器の軸封部には、メカニカルシー
ルとは独立して、機器の停止時あるいは異常時にのみハ
ウジング側のシール要素と軸側のシール要素とを強制的
に圧接させて油側とガス側の間を遮断するシャットダウ
ンシールを設けることが知られている。また、通常運転
時におけるメカニカルシール摺動面の発熱を効率よく除
去するには、上記油の流れを摺動面近傍に導くためのフ
ローガイドを設けることが有効である。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来構造によると、メカニカルシール、シ
ャットダウンシール、フローガイドが互いに独立して設
けられているので、 シールの装着スペースが軸方向および径方向に大き
いものとならざるを得ない 組立て・分解の工数が多い といった問題があった。

本考案は、このような問題に鑑み、小スペースで装着可
能であるとともに、シール性能に優れた構造を提供する
ことを課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本考案に係るシャットダウン
シール機構を備えたメカニカルシールは、ハウジング内
周面に密嵌されたケースの内径筒状部外周に気密的に担
持され、背面のスプリングに付勢されて、回転側摺動リ
ングに摺接して軸周を油側とガス側に気密区画する静止
側摺動リングと、該静止側摺動リングの外周側にあって
上記ケースの外径筒状部内周に気密的かつ軸方向移動自
在に担持され、先端内径に回転側摺動リングの外径部と
軸方向に対向するシールリングを設けたリテーナとを有
し、ハウジングに、上記リテーナ先端の外径フランジ部
背面とケースの外径筒状部先端面の間の隙間内にガス側
空間の圧力を導入する導圧孔と、回転側摺動リングの外
周へ向けて開口する第一の圧油循環孔およびケースの外
周へ向けて開口する第二の圧油循環孔を設けるととも
に、上記ケースの外径筒状部に、上記第二の圧油循環孔
と連通する透孔を設けたものである。

また、上記の場合において、回転側摺動リングとシール
リングの対向面を、互いに対応するテーパ状に形成する
とともに、上記シールリングの内径に、径方向へ延びる
スリットを形成したり、シールリングが、リテーナの先
端に両摺動リングの外径部間へ向けて突出した内径フラ
ンジ部に固定され、ケースの外径筒状部とリテーナに、
互いに周方向に係合するとともに該リテーナの軸方向移
動をシールリングが回転側摺動リングと密接可能な移動
量に規制する係合手段を設けることが一層好ましい。

〔作用〕

上記構成によると、通常の運転時は回転側摺動リングと
静止側摺動リングの密接摺動によってシールが行なわ
れ、リテーナの先端内径のシールリングは、回転側摺動
リングとは非接触の状態にあって、ハウジングの第一の
圧油循環孔と第二の圧油循環孔の間で、ケースの透孔を
介して両摺動リングの外周を流通する圧油を、該両摺動
リングの摺動面外周近傍を経由させるフローガイドとし
て機能する。

また、機器停止や緊急時等は、油側の圧力がガス圧より
も低下することによって、ハウジングに設けた導圧孔か
ら、リテーナ先端の外径フランジ部背面とケースの外径
筒部先端面の間の隙間内に導入されているガス圧が油圧
よりも高くなり、その差圧によって上記リテーナがケー
スから離れるように自動的に軸方向へ移動して、該リテ
ーナ先端のシールリングが回転側摺動リングの外径部に
強制的に圧接され、シャットダウンシールとしての機能
を営む。この場合、回転側摺動リングとシールリングの
圧接部となる対向面を、互いに対応するテーパ状に形成
するとともに、上記シールリングの内径に、径方向へ延
びるスリットを形成しておくことによって、両者はよく
馴染んだ状態で圧接し、良好なシール状態をなす。

また、ケースの外径筒状部とリテーナに係合手段を設け
るとともに、このリテーナ先端にシールリングを固定す
る内径フランジ部を静止側摺動リングの外径部正面側に
位置して設けることによって、軸周への未装着の状態で
あっても、ケースからのリテーナの離脱はもとより、背
面のスプリングの付勢力による静止側摺動リングの離脱
も阻止され、ケース、静止側摺動リング、スプリングお
よびリテーナ等からなる静止側の部品群がカートリッジ
化される。

〔実施例〕

以下、本考案を、図示の一実施例を参照しながら説明す
る。

図において、２はタービン等の機器のハウジング、４は
このハウジング２の内周に挿通したシャフト、６が該シ
ャフト４の外周面にＯリング８を介して装着され、シャ
フト４と一体に回転する回転側摺動リングである。

10は、上記回転側摺動リング６とともにメカニカルシー
ルの主体を構成する静止側摺動リングで、ハウジング２
の内周に密嵌された断面略コ字形のケース12の内径筒状
部14外周にＯリング18を介して気密的かつ軸方向移動自
在に担持され、背面のスプリング20で軸方向に付勢され
るとともにノックピン22で回り止めされて、回転側摺動
リング６と密接摺動し、その摺動面Ｓにおいてシャフト
４の軸周を油側空間Ａとガス側空間Ｂとに気密区画す
る。

なお、静止側摺動リング10、ケース12およびＯリング18
は、いわゆるバランス型のメカニカルシール構造を構成
していて、すなわち摺動面Ｓのシール径とＯリング18の
シール径の関係から、第２図〔イ〕に示すように、油側
空間Ａの圧力がガス側空間Ｂの圧力より高い正圧状態で
ある場合も、あるいは同図〔ロ〕に示すように、油側空
間Ａの圧力がガス側空間Ｂの圧力より低い逆圧状態であ
る場合も、その差圧P₁またはP₂が常に静止側摺動リング
10の背面に作用して摺動面Ｓに適当なシール面圧が加わ
るようになっている。

26は、静止側摺動リング10の外周側にあって、ケース12
の外径筒状部16の内周にＯリング24を介して気密的かつ
軸方向移動自在に担持されたリテーナで、このリテーナ
26の先端には、静止側摺動リング10の外径部正面に位置
する内径フランジ部28が形成され、この内径フランジ部
28に、回転側摺動リング６の外径部と軸方向に対向する
PTFE製のシールリング32が嵌着されている。

回転側摺動リング６の外径部と、シールリング32の互い
の対向面6b,32aは、静止側摺動リング10側へ向けて漸次
縮径する相対応したテーパ状に形成されており、また、
上記シールリング32の内径には径方向へ延びるスリット
34が形成されている。

ハウジング２には、リテーナ26の先端に形成した外径フ
ランジ部30背面とケース12の外径筒状部16先端面の間で
あってＯリング24によって先止りとなる隙間38内に、ガ
ス側空間Ｂの圧力を導入する導圧孔40と、回転側摺動リ
ング６の外周に臨む第一の圧油循環孔42およびケース12
の外径筒状部16外周に臨む第二の圧油循環孔44とが設け
られている。また、ハウジング２内周面と上記外径筒状
部16外周面の間にはＯリング46,48が、ハウジング２内
周面とリテーナ26外周面の間にはＯリング50がそれぞれ
介装されていて、第一の圧油循環孔42と導圧孔40の間は
Ｏリング50により、導圧孔40と第二の圧油循環孔44の間
はＯリング48により、さらに第二の圧油循環孔44ガス側
空間Ｂの間はＯリング46により、それぞれ気密区画され
ている。

上記第二の圧油循環孔44の開口と対応する上記ケース12
の外径筒状部16の外周面には、周方向に延びる凹部52が
形成されていて、この凹部52から上記外径筒状部16を径
方向に貫通する所要数の透孔54が設けられている。ま
た、上記凹部52には、係合手段としてのドライブピン56
がねじ込まれて、その先端が上記外径筒状部16の内周に
突出する一方、リテーナ26の後端には係合手段としての
軸方向に細長い長孔58が形成されていて、上記ドライブ
ピン56と遊嵌係合している。また、上記長孔58には、リ
テーナ26の軸方向移動を少なくともシールリング32が回
転側摺動リング６と密接可能となる移動量を確保できる
軸方向長さが設定されている。

以上の構成において、機器の運転時は、油側空間Ａには
図示しない油加圧循環装置によって、ガス側空間Ｂのガ
ス圧よりも高圧に加圧された油が循環供給されている。
このため、導圧孔40を介して隙間38に導入されリテーナ
26の外径フランジ部30の背面に作用するガス圧よりも、
上記外径フランジ部30に正面から作用する油圧のほうが
大きく、したがって第１図に示すように、リテーナ26は
ケース12側へ後退していて、該リテーナ26先端のシール
リング32は回転側摺動リング６と非接触状態にあり、メ
カニカルシールを構成する回転側摺動リング６と静止側
摺動リング10の摺動面Ｓにおける密接摺動によって軸封
機能が営まれる。

上記運転時、油加圧循環装置からの圧油は、第一の圧油
循環孔42から、回転側摺動リング６とシールリング32の
間、静止側摺動リング10とリテーナ26の間、リテーナ10
の長孔58、およびケース12の透孔54を経由して、第二の
圧油循環孔44から上記油加圧循環装置へ還流される。そ
してその過程において、上記圧油は、両摺動リング6,10
の外径部間に突出するように位置するシールリング32の
内径を迂回させられるので、摺動面Ｓ外周近傍を経由し
て流れ、該摺動面Ｓで発生する摺動熱を除去する。すな
わちシールリング32は圧油の流れを摺動面Ｓ近傍へ導く
フローガイドとして機能している。

また、機器停止時は、上記油加圧循環装置からの圧油の
供給が停止することによって、油側空間Ａの圧力がガス
側空間Ｂの圧力よりも低くなる逆圧状態になると、導圧
孔40から隙間38に導入されてリテーナ26の外径フランジ
部30背面を押圧するガス圧が相対的に高圧になるので、
第３図に示すように、差圧P₂によって自動的にリテーナ
26がケース12から離れるように軸方向へ移動して、該リ
テーナ26先端のシールリング32が回転側摺動リング６の
外径部に強制的に圧接され、シャットダウンシールとし
て機能する。そして、回転側摺動リング６とシールリン
グ32の対向面は、互いに対応するテーパ状をなすととも
に、スリット34によってシールリング32が可撓性を有す
るため、両者6,32はよく馴染んだ状態で圧接し、良好な
密封面Ｓ′をなす。

また、機器への未装着状態において、静止側摺動リング
10は背面のスプリング20の付勢力によってケース12から
抜け出そうとするが、この摺動リング10の外径部正面に
は、ドライブピン56と長孔58の係合によってケース12に
対する軸方向への移動量が規制されたリテーナ26の内径
フランジ部28が存在していて、この内径フランジ部28は
シールリング32の背面をバックアップするとともに静止
側摺動リング10に対する軸方向のストッパとして機能す
る。このため、第４図に示すように、静止側摺動リング
10、スプリング20およびシールリング32を含むリテーナ
26等からなる静止側の部品群はケース12から離脱するこ
とがなく、一体のカートリッジを構成するので、取扱が
容易である。

〔考案の効果〕

以上、本考案によると、以下のような効果を奏すること
ができる。

シャットダウンシールのシールリングをバックアッ
プするリテーナが、機器の運転時には油の流動をメカニ
カルシール摺動面近傍へ導くフローガイドとして機能す
るので、フローガイドを別設する必要がない。

機器の停止や油加圧循環装置の故障等によって油圧
がガス圧よりも低下した場合は、その差圧によって直ち
にかつ自動的にシールリングが回転側摺動リングと密接
してシャットダウンシールが機能する。

上記リテーナが、静止側摺動リングに対する抜け止
めを兼ねることにより、シャットダウンシールを構成す
るシールリングおよびリテーナと、メカニカルシールの
静止側部品群がケースにカートリッジ化され、取扱いや
すいばかりでなく、装着スペースを小さくでき、ひいて
は機器全体の小型化にも貢献する。

シールリングを回転側摺動リングと馴染みやすい構
成としたことにより、シャットダウンシール作動時のシ
ール製を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すシャットダウンシール
非作動時の断面図、第２図〔イ〕〔ロ〕は同じくメカニ
カルシールの作動説明図、第３図は同じくシャットダウ
ンシールが機能した状態を断面図、第４図は同じく未装
着状態における要部断面図である。 ２ハウジング、４シャフト ６回転側摺動リング、10静止側摺動リング 12ケース、14内径筒状部 16外径筒状部、20スプリング 26リテーナ、28内径フランジ部 30外径フランジ部、32シールリング 34スリット、38隙間 40導圧孔、42第一の圧油循環孔 44第二の圧油循環孔、54透孔 56ドライブピン（係合手段） 58長孔（係合手段）、Ａ油側空間 Ｂガス側空間

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジング内周面に密嵌されたケースの内
   径筒状部外周に気密的に担持され、背面のスプリングに
   付勢されて、回転側摺動リングに摺接して軸周を油側と
   ガス側に気密区画する静止側摺動リングと、該静止側摺
   動リングの外周側にあって上記ケースの外径筒状部内周
   に気密的かつ軸方向移動自在に担持され、先端内径に回
   転側摺動リングの外径部と軸方向に対向するシールリン
   グを設けたリテーナとを有し、ハウジングに、上記リテ
   ーナ先端の外径フランジ部背面とケースの外径筒部先端
   面の間の隙間内にガス側空間の圧力を導入する導圧孔
   と、回転側摺動リングの外周へ向けて開口する第一の圧
   油循環孔およびケースの外周へ向けて開口する第二の圧
   油循環孔を設けるとともに、上記ケースの外径筒状部
   に、上記第二の圧油循環孔と連通する透孔を設けたこと
   を特徴とするシャットダウンシール機構を備えたメカニ
   カルシール。
2. 【請求項２】請求項１の記載において、回転側摺動リン
   グとシールリングの対向面を、互いに対応するテーパ状
   に形成するとともに、上記シールリングの内径に、径方
   向へ延びるスリットを形成したことを特徴とするシャッ
   トダウンシール機構を備えたメカニカルシール。
3. 【請求項３】請求項１または２の記載において、シール
   リングが、リテーナの先端に静止側摺動リングの外径部
   正面側へ向けて突設した内径フランジ部に固定され、ケ
   ースの外径筒状部とリテーナに、互いに周方向に係合す
   るとともに該リテーナの軸方向移動をシールリングが回
   転側摺動リングと密接可能な移動量に規制する係合手段
   を設けたことを特徴とするシャットダウンシール機構を
   備えたメカニカルシール。