JPH09292034A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、軸封面の接触ト
ラブルを減少させ、シール面の摺動劣化を減少し、シー
ルの信頼性の向上を図ることを目的としている。 【解決手段】 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
間の軸封を行なうメカニカルシールにおいて、シールハ
ウジング９の円周方向にバネ１０ａを複数個配置し、可
動環２２及び静止環２を、回転軸５上に支持した回転環
１に向けバネの押圧力により軸封面３Ａに対し全面均一
な押圧力で押し付ける。このバネ１０ａは大きな減衰能
を有する強化繊維プラスチック等のバネ材で構成するこ
とにより、回転軸５の高速回転中の異常発生時に、バネ
の大きな減衰作用が働き、バネの変位を小さくでき、回
転環１と静止環２とが接触する確率を大幅に減少させ、
シール面の摺動劣化を少なくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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５〜６に従来のメカニカルシールの１
例を示す。図５はメカニカルシールの断面図、図６は従
来の回転環に設けられたらせん溝の正面図である。

【０００３】図５において、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を介して可動環２２及び静
止環２を回転環１に向けて押圧して軸封面３Ａを形成
し、高圧室３と低圧室４の間をシールしている。

【０００４】前記バネ１０は、回転環１の軸封面３Ａに
対し静止環２の軸封面が常に全面均一な押圧力になるよ
う円周方向に複数個配置されている。

【０００５】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によって回転環１が
回転軸５上に支持されており、同回転環１には軸封面３
Ａに沿って高圧室３側へ流体を移送するらせん溝３１
が、円周方向に複数個設けられている。（図６参照）

【０００６】静止環２及び可動環２２の軸方向には、軸
封面３Ａと高圧室３側とを連絡する複数個の連通孔１２
が設けられており、回転環１の軸封面３Ａに設けられた
らせん溝３１に高圧室３側の流体が連通されている。

【０００７】また、静止環２には、回転環１との対向面
に環状溝２Ａが設けられ、この環状溝２Ａが上記連通孔
１２に連絡している。

【０００８】回転環１に複数個設けられたらせん溝３１
は、回転環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を経由して軸封面３Ａに沿って外径方
向へ移送し、回転環１と静止環２の軸封面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
の動圧作用でわずか数μｍのギャップを保持している。

【０００９】このらせん溝３１は、図６に示すように、
回転環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形成されている。

【００１０】上述構成よりなる従来のメカニカルシール
では、回転環１の回転によって軸封面３Ａは浮上し、非
接触の軸封面を形成し、シール面の摺動劣化を防止して
いる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで前述のよう
に、従来のメカニカルシールでは、通常運転時には回転
環１の回転によって軸封面３Ａが数μｍのギャップを保
持して浮上し、非接触の軸封面を形成しているが、高圧
室側の供給圧力の急変、回転軸の軸方向位置の急変、又
は回転軸の軸方向振動振幅の急増によって浮上量が変動
し、浮上が十分できない現象が起こると、回転環１と静
止環２との軸封面３Ａが接触することがあった。

【００１２】この接触によってシール面が摺動劣化し、
シール性能が悪化し、シールの信頼性が低下するという
不具合があった。

【００１３】本発明は、これらの不具合点を解消し、し
かも減衰能を付加したバネ構成とすることによって、軸
封面の浮上量の急変にも対応できる信頼性の高いメカニ
カルシールを提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の構成として本発明のメカニカルシールは、回転軸を内
装するケーシング内における高圧室と低圧室との間をシ
ールするメカニカルシールにおいて、該メカニカルシー
ルが、前記回転軸に装着した回転環と、同回転環を囲む
前記ケーシングの内側に取り付けられたシールハウジン
グの円周方向に取り付けられた複数個のバネにより可動
環を介して回転環に向って押しつけられる静止環とで軸
封部を形成するとともに、前記静止環の回転環との軸封
面には環状溝を設けると共に同環状溝を前記高圧室に連
通する連通孔を静止環及び可動環に複数個設け、さらに
回転軸の回転により前記静止環の環状溝内の流体を移送
するらせん溝を回転環の軸封面に沿い円周方向に複数個
設けて構成され、かつ前記シールハウジングの円周方向
に取り付けられたバネが、減衰能の高い高強度樹脂また
は強化繊維プラスチック等のバネ材で形成されたことを
特徴としている。

【００１５】また、シールハウジングの円周方向に複数
個取り付けられたバネの外周部に、減衰能の高いダンピ
ング材を配設することも効果的である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下図面により本発明の最良と思
われる実施の形態につき説明する。

【００１７】図１および図２は本発明の実施の形態の１
例を示すもので、図１はメカニカルシール部の断面図を
示し、図２は本発明の特徴を示すバネ近傍の要部拡大図
である。

【００１８】図において従来例と同一部分には同一符号
を付し、重複する説明は省略する。

【００１９】本発明のメカニカルシールは、シールハウ
ジングに設けられたバネの構成を特徴としており、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との間で軸封を行なうた
めにメカニカルシールが用いられている。

【００２０】そして、回転軸５には、回転環１がスリー
ブ６及びスリーブ７によって挟持されて回転軸５上に支
持され、静止環２が可動環２２を介してバネ１０ａのバ
ネ力によって回転環１の軸封面３Ａに向けて押圧されて
高圧室３と低圧室４の間をシールしている。

【００２１】前記バネ１０ａは、図２に示すようにシー
ルハウジング９の凹部に取着され、可動環２２を軸方向
に押圧するように配置されている。

【００２２】このバネ１０ａは、大きな減衰能を有する
ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ等の高強度樹脂又は、ＧＦＲＰ、Ｃ
ＦＲＰ等の強化繊維プラスチック等のバネ材で出来てお
り、回転環１の軸封面３Ａに対し静止環２の軸封面が常
に全面均一な押圧力になるよう円周方向に複数個配置さ
れている。

【００２３】シールハウジング９に取着されたバネ１０
ａの押圧力によって、可動環２２及び静止環２を回転環
１に向けて押圧して軸封面３Ａが形成され、高圧室３と
低圧室４の間をシールしており、このバネ１０ａは周方
向に複数個配置されて、回転環１の軸封面３Ａに対し静
止環２の軸封面が常に全面均一に押圧力が働くようにな
っている。

【００２４】つぎに本例の場合の作用について説明する
と、回転軸５が静止時及び回転開始時はシール面３２が
閉じた状態でシールされているが、回転環１が回転し始
めると、高圧室３からの流体が可動環２２及び静止環２
の連通孔１２を経て環状溝２Ａに入り、同環状溝２Ａの
流体は、回転環１の回転によって軸封面３Ａのらせん溝
３１に導かれ、軸封面３Ａに沿って外径方向へ移送され
ることにより、らせん溝３１内に動圧を発生し軸封面３
Ａを非接触に浮上させている。

【００２５】回転軸５が高速回転中に異常状況が発生
し、高圧室３側の供給圧力が急変したり、何らかの外乱
によって回転軸５の軸方向位置が急変したり振動振幅が
起きると、前記バネ１０ａの大きな減衰作用が働きバネ
の変位、即ち静止環２の軸方向変位を小さくすることが
できる。

【００２６】このため、回転環１と静止環２とが接触す
る確率が大幅に減少し、シール面の摺動劣化が少なくな
り、シールの信頼性が向上する。

【００２７】図４は、加振周波数と損失係数比の関係を
表したグラフで、従来のバネ（点線）の損失係数に対
し、本発明のバネ（実線）の損失係数を表している。

【００２８】ここで、損失係数＝Ｃω／Ｋである。 Ｃ；減衰定数、ω；加振周波数、Ｋ；バネ定数

【００２９】従来のバネ（金属製）の場合には、減衰能
は構成部品の摩擦ダンピングや、内部ダンピングからわ
ずかに得られるものであって、バネ定数Ｋに対する減衰
定数Ｃ、即ち損失係数（Ｃω／Ｋ）が極めて小さい。

【００３０】これに対し、本発明のバネ（高強度樹脂又
は強化繊維プラスチック等の高いダンピングを有したバ
ネ）の場合には、図４の実線のように、従来のバネより
も損失係数が大きくなる。損失係数即ち、減衰能の高い
バネであることを示している。

【００３１】本発明は、上記のようにバネ１０ａを減衰
能を持たせたバネ材によって形成されているので、高速
回転中に異常状況が発生し軸封面３Ａの浮上量が大きく
変動してもバネの変位、即ち静止環２の軸方向変位を小
さく押さえ、回転環１と静止環２との接触トラブルを減
少させることができる。

【００３２】つぎに本発明の別の実施形態につき図３に
より説明する。図３は本例の場合のバネ近傍の要部拡大
図である。

【００３３】なお、図において、従来例の図５〜６及び
本発明の第１の実施形態例を示す図１〜図２と同一部分
には同一符号を付し、重複する説明は省略し、また、前
記図１、図２と同じ部分の説明は省略する。

【００３４】本実施形態例の場合は図３で示すように、
シールハウジング９に設けられたバネ１０及びダンピン
グ材１０ｂの構成を特徴としている。

【００３５】バネ１０及びダンピング材１０ｂは、シー
ルハウジング９の凹部に取着され、バネ１０の外側にベ
ローズ状のダンピング材１０ｂが、可動環２２を軸方向
に押圧するように配置されている。

【００３６】バネ１０は一般的な材料・形状のものを使
用し、ダンピング材１０ｂは、大きな減衰能を有する材
料であれば良く、例えばＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ等の高強度
樹脂又は、ＧＦＲＰ、ＰＦＲＰ等の強化繊維プラスチッ
ク若しくは、ふっ素ゴム、シリコンゴム等の工業用ゴム
等の材料で製作される。

【００３７】このバネ１０及びダンピング材１０ｂは、
回転環１の軸封面３Ａに対し静止環２の軸封面が常に全
面均一に押圧力が働くように周方向に複数個配置されて
いる。

【００３８】この実施形態例は、前記第一の実施形態例
よりも、さらに軸方向位置の変動が大きい場合に適用で
きるように構成したもので、他の構成は前記第一の例と
同様である。

【００３９】なお、図３にはダンピング材１０ｂとして
代表的形状のベローズ状を示したが、同様な減衰能を有
する形状であれば、これに限定されるものではない。

【００４０】つぎに本例の場合の作用について説明する
と、上記のように、シールハウジング９の凹部に、バネ
１０及びダンピング材１０ｂが取着され、可動環２２を
軸方向に押圧するように配置されているので、回転軸５
の軸方向位置が大きく変動しても前記バネ１０ａの大き
な減衰作用が働きバネの変位、即ち静止環２の軸方向変
位を小さくすることができる。

【００４１】このため、回転環１と静止環２とが接触す
る確率が大幅に減少し、シール面の摺動劣化が少なくな
り、シールの信頼性が向上する。

【００４２】

【発明の効果】以上要するに本発明は、回転軸に装着し
た回転環と、同回転環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環を介して回転
環に向って押しつけられる静止環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、前記静止環の軸封面
には環状溝を設けると共に同環状溝を前記高圧室に連通
する連通孔を静止環及び可動環に複数個設け、回転軸の
回転により前記静止環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、前記バネが、減衰能の高い高強度樹脂または強
化繊維プラスチック等のバネ材で形成されているので、
高速回転中に異常状況が発生し、供給圧力の急変、回転
軸の軸方向位置の急変、又は回転軸の軸方向振動振幅の
急増が起こってもバネの変位、即ち静止環２の軸方向変
位を小さく押さえ、軸封面の接触トラブルを減少させる
ことができる。

【００４３】この接触トラブルが減ることによりシール
面の摺動劣化が少なくなりシール性能が維持されシール
の信頼性が向上する。

【００４４】また、前記バネの外周部に、減衰能の高い
ダンピング材を配設したので、回転軸の軸方向位置が大
きく変動してもダンピング材の大きな減衰作用が働き、
バネの変位、即ち静止環２の軸方向変位を小さくするこ
とができる。

【００４５】このため、回転環と静止環とが接触する確
率が大幅に減少し、シール面の摺動劣化が少なくなり、
シールの信頼性が向上する。

【００４６】本発明は上記のように、バネに大きな減衰
能を付加することによって、バネの変位を小さくしシー
ル面の接触する確率を大幅に減少させることができるの
で、シール性能を維持し、メカニカルシールの信頼性が
向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の１例に係るメカニカルシー
ルの断面図である。

【図２】同メカニカルシールのバネ近傍の要部拡大図で
ある。

【図３】本発明の別の実施形態例に係るバネ近傍の要部
拡大図である。

【図４】加振周波数と損失係数比の関係を表すグラフで
ある。

【図５】従来のメカニカルシールの断面図である。

【図６】従来のメカニカルシールにおける回転環に設け
られたらせん溝の正面図である。

【符号の説明】

１ 回転環 ２ 静止環 ２Ａ 環状溝 ３ 高圧室 ３Ａ 軸封部 ４ 低圧室 ５ 回転軸 ８ ケーシング ９ シールハウジング １０，１０ａ バネ １０ｂ ダンピング材 １２ 連通孔 ２２ 可動環 ３１ らせん溝 ３２ シール面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸を内装するケーシング内における
   高圧室と低圧室との間をシールするメカニカルシールに
   おいて、該メカニカルシールが、前記回転軸に装着した
   回転環と、同回転環を囲む前記ケーシングの内側に取り
   付けられたシールハウジングの円周方向に取り付けられ
   た複数個のバネにより可動環を介して回転環に向って押
   しつけられる静止環とで軸封部を形成するとともに、前
   記静止環の回転環との軸封面には環状溝を設けると共に
   同環状溝を前記高圧室に連通する連通孔を静止環及び可
   動環に複数個設け、さらに回転軸の回転により前記静止
   環の環状溝内の流体を移送するらせん溝を回転環の軸封
   面に沿い円周方向に複数個設けて構成され、かつ前記シ
   ールハウジングの円周方向に取り付けられたバネが、減
   衰能の高い高強度樹脂または強化繊維プラスチック等の
   バネ材で形成されたことを特徴とするメカニカルシー
   ル。
2. 【請求項２】 シールハウジングの円周方向に複数個取
   り付けられた前記バネの外周部に、減衰能の高いダンピ
   ング材を配設したことを特徴とする請求項１記載のメカ
   ニカルシール。