JPH08296745A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リーク量が安定しシール性能を低下させない
メカニカルシールを提供するにある。 【構成】 本発明のメカニカルシールは、回転軸に装着
した回転リングと、同回転リングを囲むケーシング内の
シールハウジングに取り付けられたバネにより可動リン
グを介して回転リングに向かって押しつけられる固定リ
ングとで軸封部を形成して高圧室と低圧室との間をシー
ルし、前記固定リングの軸封部には環状溝を設けると共
に同環状溝が前記高圧室に連通する連通孔を固定リング
及び可動リングに複数個設け、回転軸の回転により前記
固定リングの環状溝内の流体を移送するらせん溝を円周
方法に複数個設けてなるメカニカルシールであって、前
記らせん溝が、外向流らせん溝と内向流らせん溝とを略
「く」状に連結して形成されると共に、同らせん溝の連
結部（接合部）は、前記固定リングの環状溝の半径方向
位置と、略一致させて配置されているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス圧縮機やポンプ等
の装置の軸封に適用されるメカニカルシールに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図３〜４に従来のメカニカルシールの一
例を示す。図３において、回転軸５とに対し静止された
ケーシング８内側には、シールハウジング９が取り付け
られ、このシールハウジング９は、バネ１０を介して可
動リング２２及び固定リング２を回転リング１に向けて
押圧して軸封部３Ａを形成し、高圧室３と低圧室４の間
をシールしている。

【０００３】回転軸５には、スリーブ６とスリーブ７が
取り付けられ、このスリーブ６、７によって回転リング
１が回転軸５上に支持されている。そして、回転リング
１には軸封部３Ａに沿って高圧室３側へ流体を移送する
ためのらせん溝３１が設けられている。

【０００４】固定リング２及び可動リング２２には、軸
封部３Ａと高圧室３側とを連絡する複数個の連絡孔１２
が設けられており、回転リング１に複数設けられたらせ
ん溝３１に高圧室３からガスを供給している。また、固
定リング２には、回転リング１と接触する面に環状溝２
Ａが設けられ、この環状溝２Ａが連絡孔１２に連絡して
いる。

【０００５】前述の回転リング１に複数個設けられたら
せん溝３１は、回転リング１の回転によって高圧室３側
の流体を連絡孔１２と環状溝２Ａを経由して軸封部３Ａ
に沿って外径方向へ移送し、回転リング１と固定リング
２の軸封部３Ａの間に回転を許容しつつ圧力差を維持
し、回転中はらせん溝３１の作用でわずか数μｍのギャ
ップを保持している。このらせん溝３１は、回転リング
１が回転すると流体を外径方向へ移送することのでき
る、いわゆる外向流らせん溝で構成されており、所定の
浮上量（数μｍ）を得るためには、半径方向長さを長く
する必要がある。

【０００６】しかしながら、メカニカルシールの大形化
を抑え、すなわち回転リング１の大径化を抑え、かつ、
回転リング１が遠心力に耐える強度を保持するために
は、軸封部３Ａの長さには制限があるので、らせん溝３
１の半径方向長さを長く取ると、シール面３２の半径方
向長さが短くなってしまうという不具合が起こってい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のメカニカルシー
ルでは、軸封部の浮上（開き）に必要な負荷能力を発生
させるためには、らせん溝の半径方向長さを長く取る必
要がある。しかし、軸封部の半径方向長さには制限があ
るため、らせん溝の半径方向長さを長く取るとシール面
の半径方向長さが短くなってしまう。

【０００８】このため、所定の浮上量（数μｍ）を得よ
うとすると、らせん溝の半径方向長さが長くなるにつれ
てシール面の半径方向長さが短くなることから、シール
面からの流体のリーク量が多くなるという問題があっ
た。

【０００９】特に、高圧室が高圧になると、この問題が
顕著になり、リーク量が多くなると同時にリーク量が不
安定になり、軸封部の浮上量が安定せず、メカニカルシ
ールとしての必要量が確保できないという問題があっ
た。本発明は、これらの問題点を解消し、リーク量が安
定しシール性能を低下させないメカニカルシールを提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、回転軸に装着した回転リング
と、同回転リングを囲むケーシング内のシールハウジン
グに取り付けられたバネにより可動リングを介して回転
リングに向かって押しつけられる固定リングとで軸封部
を形成して高圧室と低圧室との間をシールし、前記固定
リングの軸封部には環状溝を設けると共に同環状溝が前
記高圧室に連通する連通孔を固定リング及び可動リング
に複数個設け、回転軸の回転により前記固定リングの環
状溝内の流体を移送するらせん溝を円周方法に複数個設
けてなるメカニカルシールであって、前記らせん溝が、
外向流らせん溝と内向流らせん溝とを略「く」状に連結
して形成されると共に、同らせん溝の連結部（接合部）
は、前記固定リングの環状溝の半径方向位置と、略一致
させて配置されていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明のメカニカルシールによれば、回転リン
グの軸封部に設けられた複数個のらせん溝は、固定リン
グに設けられている環状溝内の流体を、回転軸に装着さ
れた回転リングの回転によって移送することにより、ス
ラスト軸受としての機能を果たしている。このらせん溝
は、固定リングの環状溝の半径方向位置と、略一致させ
て配置されており、高圧室から流体が可動リング及び固
定リングの連絡孔を経て環状溝に入る。そして、同環状
溝からの流体をらせん溝の外向流と内向流の両方向（以
下、これらを合わせて両方向流という）に導いてらせん
溝内の圧力を昇圧させ、軸封部の所定浮上量を得るよう
になっている。

【００１２】らせん溝の内向流の負荷能力は、一般に外
向流の２倍以上であるため、両方向流にすれば、同一の
負荷能力を得るためには、外向流のみの場合の半径方向
長さのおよそ１／１．５倍、すなわち約０．７倍でよい
ことになる。従って、両方向流らせん溝にすれば、らせ
ん溝の半径方向長さを従来の外向流らせん溝の０．７倍
以下に短くできるので、短くなった分だけシール面の半
径方向長さを長くすることができる。すなわち、シール
面の半径方向長さが長く取れるため、リーク量が減少
し、シール性能が安定する。

【００１３】

【実施例】以下図１〜２を参照し本発明の一実施例につ
いて説明する。図１はメカニカルシール部の断面図で、
図２は本発明の特徴を示す回転リングに設けられたらせ
ん溝の正面図である。図において、従来装置と同一部分
は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

【００１４】本発明のメカニカルシールでは、回転軸５
とケーシング８内側のシールハウジング９との間に形成
される高圧室３と低圧室４との間で軸封を行うためにメ
カニカルシールが用いられている。そして、回転軸５に
は、回転リング１がスリーブ６及びスリーブ７によって
狭持されて回転軸５上に支持され、固定リング２が可動
リング２２を介してバネ１０によって軸封部３Ａに押圧
されている。

【００１５】前記固定リング２の軸封部には環状溝２Ａ
が設けられており、同環状溝２Ａを高圧室に連通する連
通孔が固定リング２及び可動リング２２に複数個設けら
れている。そして、回転リング１の軸封部３Ａには両方
向流らせん溝３Ｂが円周方向に複数個設けられており、
回転軸５の回転により前記固定リング２の環状溝２Ａ内
の流体を高圧室３側及び低圧室４側へ移送する。

【００１６】この両方向流らせん溝３Ｂは、外向流らせ
ん溝３Ｃと内向流らせん溝３Ｄとを略「く」状に連結し
て形成されると共に、同両方流らせん溝３Ｂの連結部
（接合部）は、前記固定リング２の環状溝２Ａの半径方
向同位置と、略一致させて配置されている。

【００１７】高圧室３側からの流体が可動リング２２及
び固定リング２の連絡孔１２を経て環状溝２Ａに入る。
そして、同環状溝２Ａからの流体を両方流らせん溝３Ｂ
の外向流らせん溝３Ｃと内向流らせん溝３Ｄの両方向に
導いて、両方向流らせん溝３Ｂの内の圧力を上昇させ、
軸封部３Ａの所定浮上量を得るようになっている。

【００１８】本発明は、上記のように両方向流らせん溝
３Ｂが外向流らせん溝３Ｃと内向流らせん溝３Ｄとを略
「く」状に連結して形成されており、両方向流らせん溝
の半径方向長さが短くてすみ、シール面３２の半径方向
長さが長く取れるので、リーク量が少なく、シール性能
が安定するものである。

【００１９】なお、上記実施例では、両方向流らせん溝
３Ｂを回転リング１側に設けたが、固定リング２側に環
状溝２Ａを挟んで、外向流らせん溝と内向流らせん溝を
設けても同様の効果がある。また、本発明は、図１に示
すような構造のメカニカルシールに限定されることな
く、一般にらせん溝を有するものには本発明の技術思想
を同様に適用できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、回転軸に装着した回転リング
と、同回転リングを囲むケーシング内のシールハウジン
グに取り付けられたバネにより可動リングを介して回転
リングに向かって押しつけられる固定リングとで軸封部
を形成して高圧室と低圧室との間をシールし、前記固定
リングの軸封面には環状溝を設けると共に同環状溝が前
記高圧室に連通する連通孔を固定リング及び可動リング
に複数個設け、回転軸の回転により前記固定リングの環
状溝内の流体を移送するらせん溝を円周方向に複数個設
けてなるメカニカルシールであって、前記らせん溝が、
外向流らせん溝と内向流らせん溝とを略「く」状に連結
して形成されると共に、同らせん溝の連結部（接合部）
は、前記固定リングの環状溝の半径方向位置と、略一致
させて配置されているので、シール面の半径方向長さを
長く取ることができ、シール面からの流体のリーク量が
少く、リーク量が安定し、所定のシール性能が得られる
効果がある。また、高圧室が高圧になってもリーク量が
安定し、シール面からの流体のリーク量が少なく浮上量
が安定したメカニカルシールを提供できる効果を奏する
ものであり、産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るメカニカルシールの断面
図である。

【図２】本発明の特徴を示す回転リングに設けられたら
せん溝の正面図である。

【図３】従来のメカニカルシールの断面図である。

【図４】従来のらせん溝の正面図である。

【符号の説明】

１…回転リング、２…固定リング、２Ａ…環状溝、３Ａ
…軸封部、３Ｂ…両方向流らせん溝、３Ｃ…外向流らせ
ん溝、３Ｄ…内向流らせん溝、３…高圧室、４…低圧
室、５…回転軸、６…スリーブ、７…スリーブ、８…ケ
ーシング、９…シールハウジング、１０…バネ、１２…
連絡孔、２２…可動リング、３２…シール面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に装着した回転リングと、同回転
   リングを囲むケーシング内のシールハウジングに取り付
   けられたバネにより可動リングを介して回転リングに向
   かって押しつけられる固定リングとで軸封部を形成して
   高圧室と低圧室との間をシールし、前記固定リングの軸
   封部には環状溝を設けると共に同環状溝が前記高圧室に
   連通する連通孔を固定リング及び可動リングに複数個設
   け、回転軸の回転により前記固定リングの環状溝内の流
   体を移送するらせん溝を円周方向に複数個設けてなるメ
   カニカルシールであって、前記らせん溝が、外向流らせ
   ん溝と内向流らせん溝とを略「く」状に連結して形成さ
   れると共に、同らせん溝の連結部（接合部）は、前記固
   定リングの環状溝の半径方向位置と、略一致させて配置
   されていることを特徴とするメカニカルシール。