JPH10231938A - Non-contact type mechanical seal - Google Patents

Non-contact type mechanical seal

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JPH10231938A
JPH10231938A JP3380097A JP3380097A JPH10231938A JP H10231938 A JPH10231938 A JP H10231938A JP 3380097 A JP3380097 A JP 3380097A JP 3380097 A JP3380097 A JP 3380097A JP H10231938 A JPH10231938 A JP H10231938A
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sealed
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact type mechanical seal which can exert good sealing function specified by the design in accordance with the given conditions including the seal structure and which can be easily designed and fabricated. SOLUTION: The second seal ring 24 is formed from a seal ring body 241 made of carbon and a silicon carbide film 242 formed as covering part of the body 241. The surface of the film 242 is formed in the second sealing end face 24a to constitute a ring-shaped plane parallel with the first sealing end face 22a on low pressure conditions where no pressure strain is generated (see Fig. A). The thickness T of the silicon carbide film 242 is set so that the second sealing end face 24a is elastically deformed to a ring-shaped taper surface capable of forming a ring-shaped space 27 having a wedge-shaped section gradually narrowing in the non-seal fluid region A2 in the area to the first sealing end face 22a because of the interference of the elastic strain in the silicon carbide film 242 with the pressure strain in the ring body 241 on high pressure conditions where pressure strain is generated (see Fig. B).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、第1密封環とその
構成材より軟質のカーボンからなる第2密封環とを、第
2密封環に被密封流体により弾性限度内の圧力歪が生じ
る高圧条件下で相対回転させることにより、両密封環の
対向端面たる第1及び第2密封端面間にてその内外周側
領域である被密封流体領域と非密封流体領域とをシール
するように構成された非接触形メカニカルシールに関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a high-pressure seal in which a first seal ring and a second seal ring made of carbon softer than its constituent material are subjected to pressure-strain within an elastic limit by a fluid to be sealed in the second seal ring. By being relatively rotated under the conditions, it is configured to seal the sealed fluid region and the non-sealed fluid region, which are the inner and outer peripheral regions, between the first and second sealed end surfaces, which are the opposed end surfaces of the two sealed rings. And a non-contact type mechanical seal.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の非接触形メカニカルシールは、
一般に、両密封端面をその間に作用する動圧により非接
触状態に保持させるように構成された動圧形シールと両
密封端面をその間に作用する静圧により非接触状態に保
持させるように構成された静圧形シールとに大別され
る。一般に、動圧形シールは、タービン,ブロワ,遠心
圧縮機等の高圧気体を扱う回転機器に使用され、静圧形
シールは、ポンプ等の高圧液を扱う回転機器に使用され
ている。
2. Description of the Related Art Non-contact type mechanical seals of this kind are:
Generally, a dynamic pressure type seal configured to hold both sealing end faces in a non-contact state by dynamic pressure acting therebetween and a structure configured to hold both sealing end faces in a non-contact state by static pressure acting therebetween. Static pressure seals. Generally, a dynamic pressure type seal is used for a rotary device such as a turbine, a blower, and a centrifugal compressor which handles high pressure gas, and a static pressure type seal is used for a rotary device such as a pump which handles a high pressure liquid.

【0003】而して、従来の動圧形シールm1 は、例え
ば図8に示す如く、回転軸11に固定された第1密封環
12と、シールケース13に保持環15及びOリング1
6を介して軸線方向摺動可能に保持されたカーボン製の
第2密封環14と、第2密封環14を第1密封環12へ
と押圧附勢するスプリング17とを具備してなり、両密
封環12,14の対向端面である第1及び第2密封端面
12a,14aをその間に動圧を発生させることにより
非接触状態に保持して、両密封端面12a,14a間に
てその外周側領域である被密封流体領域A1 と内周側領
域である非密封流体領域A2 とをシールするように構成
されている。第1密封環12の密封端面たる第1密封端
面12aには、被密封流体領域A1 に開口する動圧発生
溝12bが形成されていて、密封環12,14の相対回
転により密封端面12a,14aに被密封流体による動
圧を発生させるようになっている。両密封端面12a,
14aは、その間に発生された動圧と第2密封環14に
作用する被密封流体による背圧及びスプリング17の附
勢力とがバランスすることにより、図9(A)に示す如
く、微小間隔を隔てた非接触状態に保持される。
As shown in FIG. 8, for example, a conventional dynamic pressure type seal m 1 includes a first sealing ring 12 fixed to a rotating shaft 11, a holding ring 15 and an O-ring 1
6, a second sealing ring 14 made of carbon and held slidably in the axial direction through the inner ring 6 and a spring 17 for urging the second sealing ring 14 toward the first sealing ring 12. The first and second sealed end faces 12a and 14a, which are the opposite end faces of the sealing rings 12 and 14, are kept in a non-contact state by generating dynamic pressure therebetween, and the outer peripheral side between the two sealed end faces 12a and 14a. It is configured to seal the unsealed fluid region a 2, which is the inner peripheral side region and the sealed fluid region a 1 in the region. The first seal end faces 12a serving seal end face of the first seal ring 12, have dynamic pressure generation grooves 12b open to the sealed fluid region A 1 is formed, the seal end faces 12a by the relative rotation of the seal ring 12, 14, A dynamic pressure is generated in the sealed fluid 14a. Both sealing end faces 12a,
As shown in FIG. 9 (A), the dynamic pressure generated during this time is balanced with the back pressure of the fluid to be sealed acting on the second sealing ring 14 and the urging force of the spring 17 so as to reduce the minute interval. It is kept in a separated non-contact state.

【0004】また、従来の静圧形シールm2 は、所謂テ
ーパフェースシールと称されるもので、例えば図10に
示す如く、回転軸21に固定された第1密封環22と、
シールケース23にOリング25を介して軸線方向摺動
可能に保持されたカーボン製の第2密封環24と、第2
密封環24を第1密封環22へと押圧附勢するスプリン
グ26とを具備して、両密封環22,24の対向端面で
ある第1及び第2密封端面22a,24a間にてその外
周側領域である被密封流体領域A1 と内周側領域である
非密封流体領域A2 とをシールするように構成されてい
る。第1密封環22の密封端面である第1密封端面22
aは、動圧形シールm1 における第1密封端面12aと
同様に、軸線に直交する環状平面とされているが、第2
密封端面24aは、第1密封端面22aとの間に内周方
向(非密封流体領域A2 方向)に漸次窄まる断面楔状の
環状空間27を形成しうる環状テーパ面(凸状の截頭円
錐面)とされている。なお、以下の説明において、被密
封流体領域A1 の被密封流体圧力Pは、非密封流体領域
2 の非密封流体圧力を基準とするものとする。各シー
ルm1 ,m2 において、非密封流体領域A2 は大気領域
であることが多いが、かかる場合には、被密封流体圧力
Pは大気圧を基準とするゲージ圧を意味することにな
る。
A conventional static pressure type seal m 2 is a so-called tapered face seal, for example, as shown in FIG. 10, a first sealing ring 22 fixed to a rotating shaft 21,
A second sealing ring 24 made of carbon held in the sealing case 23 via an O-ring 25 so as to be slidable in the axial direction;
A spring 26 for urging the sealing ring 24 against the first sealing ring 22; and a spring 26 between the first and second sealing end faces 22a, 24a which are opposite end faces of the sealing rings 22, 24. It is configured to seal the unsealed fluid region a 2, which is the inner peripheral side region and the sealed fluid region a 1 in the region. First sealing end face 22 which is a sealing end face of first sealing ring 22
a, like the first sealing end face 12a of the dynamic pressure type seal m 1, although there is a circular plane orthogonal to the axis, the second
Sealing end surface 24a is an inner circumferential direction (non-sealed fluid region A 2 direction) gradually narrowed annular tapered surface capable of forming an annular space 27 of the wedge-shaped cross section (convex truncated cone between the first sealing end face 22a Surface). In the following description, the sealed fluid pressure P of the sealed fluid region A 1 is assumed to be based on the unsealed fluid pressure of the non-sealed fluid region A 2. In each of the seals m 1 and m 2 , the non-sealed fluid region A 2 is often the atmospheric region. In such a case, the sealed fluid pressure P means a gauge pressure based on the atmospheric pressure. .

【0005】かかる静圧形シールたるテーパフェースシ
ールm2 にあっては、密封端面22a,24a間に被密
封流体の漏れ方向(非密封流体領域A2 方向)に漸次狭
まる断面楔状の環状空間27が形成されることから、被
密封流体圧力Pにより、軸線方向に移動可能な第2密封
環24には図11に示す如き圧力分布をなす閉力FC
開力FO とが作用して、密封端面22a,24a間に隙
間Sが形成される。そして、この隙間Sは、閉力FC
開力FO とがバランスされた状態で安定し、一定の微小
隙間(以下「平衡隙間S0 」という)に保持される。こ
こに、閉力FCは第2密封環24に作用する背圧によっ
て(より正確には、被密封流体圧力による背圧及びスプ
リング26による附勢力によって)生じるものであり、
開力FOは環状空間7に侵入した被密封流体の圧力(静
圧)によって生じるものである。ところで、閉力FC
背圧(及びスプリング26)によるものであるから、図
12に鎖線で示す如く、被密封流体圧力Pが変動しない
限り一定であるが、開力F O は環状空間27に作用する
静圧によるものであるから、同図に破線で示す如く、隙
間Sの変動によって反比例的に変化する。つまり、開力
O は隙間Sが大きくなるに従って減少し、小さくなる
に従って増大することになる。したがって、隙間Sが平
衡隙間S0 より大きくなると、開力FO が閉力FC より
小さくなって密封端面22a,24a間が閉じられ、逆
に隙間Sが平衡隙間S0 より小さくなると、開力FO
閉力FC より大きくなって密封端面22a,24a間が
開かれて、何れの場合にも、隙間Sは閉力FC と開力F
O とがバランスされた平衡隙間S0 に復帰,保持される
ことになる。
[0005] Such a static pressure type seal taper face plate
MTwoIs closed between the sealed end faces 22a and 24a.
Sealed fluid leakage direction (non-sealed fluid area ATwoDirection)
Since an annular space 27 having a wedge-shaped cross section is formed,
A second seal movable axially by the sealing fluid pressure P
The ring 24 has a closing force F having a pressure distribution as shown in FIG.CWhen
Opening force FOActs to create a gap between the sealing end faces 22a, 24a.
An interval S is formed. And this gap S is the closing force FCWhen
Opening force FOAnd stable in a balanced state
Clearance (hereinafter referred to as “equilibrium clearance S0"). This
Here, the closing force FCBy the back pressure acting on the second seal ring 24.
(More precisely, back pressure and sp
(By the biasing force of the ring 26),
Opening force FOIs the pressure (static) of the sealed fluid that has entered the annular space 7.
Pressure). By the way, the closing force FCIs
Because it is due to back pressure (and spring 26)
As shown by a chain line in FIG. 12, the sealed fluid pressure P does not fluctuate.
As long as the opening force F OActs on the annular space 27
Since this is due to the static pressure, as shown by the broken line in FIG.
It changes in inverse proportion by the change of the interval S. In other words, the opening force
FODecreases as the gap S increases and decreases
According to the above. Therefore, the gap S is flat.
Equilibrium gap S0When it becomes larger, the opening force FOIs the closing force FCThan
It becomes smaller and the space between the sealing end faces 22a and 24a is closed,
Gap S is equilibrium gap S0When it becomes smaller, the opening force FOBut
Closing force FCAnd between the sealed end faces 22a, 24a
When opened, the gap S is in any case a closing force FCAnd opening force F
OAnd balanced gap S0Returned to and retained
Will be.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の非接触形メカニカルシールm1 ,m2 にあっては、そ
の何れにおいても、カーボン製の第2密封環14,24
に生じる圧力歪により第2密封端面14a,24aが弾
性変形するため、高圧条件下では良好なシール機能を期
待し得ないといった問題があった。
However, in the above-mentioned conventional non-contact type mechanical seals m 1 and m 2 , in each case, the second sealing rings 14 and 24 made of carbon are used.
As the second sealing end faces 14a, 24a are elastically deformed by the pressure strain generated in the above, there is a problem that a good sealing function cannot be expected under high pressure conditions.

【0007】すなわち、静圧形シールm1 にあっては、
両密封端面12a,14aを、その間に発生させた動圧
により、流体膜が介在する非接触状態に保持させること
から、良好なシール機能を発揮させるためには、図9
(A)に示す如く、両密封端面12a,14aを平行状
態に維持させておくことが必要である。しかし、第2密
封環14が第1密封環12より軟質のカーボンからなる
ものであるため、高圧条件下では、第2密封環14に被
密封流体による圧力歪(弾性歪)が生じて、第2密封端
面14aが、図9(B)に示す如く、両密封端面12
a,14aの間隔が内周方向に漸次拡大するような状態
(以下「外高状態」という)に弾性変形する虞れがあ
る。
That is, in the static pressure type seal m 1 ,
Since the two sealing end faces 12a and 14a are held in a non-contact state with a fluid film interposed therebetween by the dynamic pressure generated therebetween, in order to exhibit a good sealing function, FIG.
As shown in (A), it is necessary to keep the two sealed end faces 12a, 14a in a parallel state. However, since the second sealing ring 14 is made of carbon that is softer than the first sealing ring 12, under the high pressure condition, pressure distortion (elastic distortion) occurs in the second sealing ring 14 due to the fluid to be sealed. As shown in FIG. 9B, the two sealed end faces 14a
There is a possibility that the space between the members a and 14a may be elastically deformed such that the space gradually increases in the inner circumferential direction (hereinafter, referred to as an “outer height state”).

【0008】ところで、動圧発生溝12bは密封端面1
2a,14aの外周側(被密封流体領域A1 )に開口さ
れたものであり、密封端面12a,14aの相対回転に
より被密封流体をその開口部から密封端面12a,14
a間に導入させて内周側(非密封流体領域A2 )へとポ
ンピングさせる形状のものとされていることから、第2
密封端面12aが歪んで両密封端面12a,14aの平
行性が損なわれた場合、両密封端面12a,14aが平
行状態にある場合に比して、両密封端面12a,14a
間の動圧が、外周側において小さく且つ内周側において
大きくなるように変化する。その結果、第2密封端面1
2aには第1密封端面14aとの間隔を外周側において
狭めようとする方向のモーメントが作用することにな
る。
By the way, the dynamic pressure generating groove 12b is
Opened on the outer peripheral side (sealed fluid area A 1 ) of the sealing end faces 12a, 14a by the relative rotation of the sealing end faces 12a, 14a.
a, and is pumped toward the inner peripheral side (non-sealed fluid area A 2 ).
When the sealing end face 12a is distorted and the parallelism of the two sealing end faces 12a, 14a is impaired, compared with the case where the two sealing end faces 12a, 14a are in a parallel state, the two sealing end faces 12a, 14a.
The dynamic pressure changes so as to be smaller on the outer peripheral side and larger on the inner peripheral side. As a result, the second sealed end face 1
A moment acts on 2a in a direction in which the distance from the first sealed end surface 14a is reduced on the outer peripheral side.

【0009】したがって、第2密封端面12aが、仮
に、図9(C)に示す如く、両密封端面12a,14a
の間隔が外周方向に漸次拡大するような状態(以下「内
高状態」という)に歪んだ場合には、上記モーメントの
作用によって、内高状態から平行状態に自動的に復元修
正されることになるが、第2密封端面14aが外高状態
に歪むと、上記モーメントが第2密封端面14aの歪を
却って増大させるべく作用することになる。すなわち、
このモーメントによって、両密封端面12a,14aの
間隔が内周側においては更に拡大され、外周側において
両密封端面12a,14aが接触せしめられることにな
る。その結果、シール機能が大幅に低下し、特に、外周
側においては密封端面12a,14a同士が接触破損し
て、シール機能が停止する虞れがある。
Therefore, as shown in FIG. 9C, the second sealed end faces 12a are supposed to be both sealed end faces 12a, 14a.
Is distorted into a state in which the distance gradually increases in the outer circumferential direction (hereinafter referred to as “inner height state”), the inner moment state is automatically restored to the parallel state by the action of the above moment. However, when the second sealed end face 14a is distorted to the outer height state, the above-mentioned moment acts to increase the distortion of the second sealed end face 14a. That is,
Due to this moment, the distance between the two sealed end faces 12a and 14a is further enlarged on the inner peripheral side, and the two sealed end faces 12a and 14a are brought into contact on the outer peripheral side. As a result, the sealing function is significantly reduced, and the sealing end faces 12a and 14a may be brought into contact with each other on the outer peripheral side, and the sealing function may be stopped.

【0010】一方、テーパフェースシールm2 において
も、高圧条件下では、カーボン製の第2密封環24に圧
力歪(弾性歪)に生じて、第2密封端面24aが、その
テーパ量(密封端面24aにおける内外周端間の軸線方
向距離)Δを減じる方向に弾性変形する虞れがあり、極
端な場合には断面楔状の環状空間7が消失してしまう虞
れがある。これは、動圧形シールm1 において第2密封
端面14aが外高状態に弾性変形する現象と同一である
が、このような状態となると、閉力FC にバランスしう
るに足る開力FO が確保されなくなって、密封端面2
a,4a間に所定の平衡隙間S0 を確保,維持すること
ができなくなり、シール機能が大幅に低下することにな
る。
On the other hand, also in the tapered face seal m 2 , under high pressure conditions, pressure distortion (elastic strain) is generated in the second sealing ring 24 made of carbon, and the second sealing end face 24 a has its tapered amount (sealing end face). There is a possibility that elastic deformation may occur in a direction to decrease the axial distance (Δ between the inner and outer ends at 24a), and in an extreme case, the annular space 7 having a wedge-shaped cross section may be lost. This dynamic in pressure type seal m 1 but the second seal end face 14a is the same as the phenomenon that elastically deformed to the outside high state, when it comes to such a state, the opening force F sufficient to be balanced in closing force F C O can no longer be secured and the sealed end face 2
a, ensure a predetermined equilibrium gap S 0 between 4a, it can not be maintained, the sealing function is lowered significantly.

【0011】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、カーボン材製の第2密封環に圧力歪が生じるよ
うな高圧条件下においても、第2密封端面を適正な状態
に維持させて良好なシール機能を発揮しうる非接触形メ
カニカルシールを提供することを目的とするものであ
る。
The present invention has been made in view of the above points, and maintains the second sealed end face in an appropriate state even under a high pressure condition in which a pressure distortion occurs in the second sealing ring made of carbon material. It is an object of the present invention to provide a non-contact type mechanical seal capable of exhibiting a good sealing function.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、第1密封環と
その構成材より軟質のカーボン材からなる第2密封環と
を、第2密封環に被密封流体により弾性限度内の圧力歪
が生じる高圧力条件下で相対回転させることにより、両
密封環の対向端面たる第1及び第2密封端面間にてその
内外周側領域である被密封流体領域と非密封流体領域と
をシールするように構成された非接触形メカニカルシー
ルにおいて、上記の目的を達成すべく、次のように構成
しておくことを提案するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a first sealing ring and a second sealing ring made of a carbon material softer than a constituent material thereof are provided on a second sealing ring by a fluid to be sealed. Are relatively rotated under the high pressure condition where the sealing ring is formed, thereby sealing the sealed fluid region and the non-sealed fluid region which are the inner and outer peripheral regions between the first and second sealed end surfaces which are the opposed end surfaces of the two sealing rings. In the non-contact type mechanical seal configured as described above, it is proposed to configure as follows in order to achieve the above object.

【0013】すなわち、請求項1に記載された本発明の
非接触形メカニカルシール(以下「第1シール」とい
う)においては、特に、第2密封環をカーボン製の密封
環本体とその一部に被覆形成された炭化珪素膜とで構成
して、その膜表面を、上記圧力歪が生じない低圧条件下
において第1密封端面に平行する環状平面をなす第2密
封端面に構成すると共に、その膜厚を、上記高圧条件下
において、第2密封端面が上記した低圧条件下での形状
を維持すべく、当該炭化珪素膜が前記密封環本体に生じ
る圧力歪とバランスする弾性歪を生じるように、設定し
ておくことを提案する。このように構成しておくことに
よって、第2密封環に圧力歪が生じる高圧条件下におい
ても、第2密封端面を第1密封端面に平行する適正状態
に維持し得て、良好なシール機能を発揮させることがで
きる。
That is, in the non-contact type mechanical seal (hereinafter referred to as "first seal") according to the present invention, the second sealing ring is formed of a carbon sealing ring main body and a part thereof. A silicon carbide film coated and formed, and the film surface is formed as a second sealed end face forming an annular plane parallel to the first sealed end face under the low pressure condition where the pressure distortion does not occur. Under the high pressure condition, the thickness of the second sealing end face is maintained under the low pressure condition so that the silicon carbide film generates an elastic strain that balances the pressure strain generated in the sealing ring body. Propose to set. With such a configuration, the second sealing end face can be maintained in an appropriate state parallel to the first sealing end face even under a high-pressure condition in which pressure distortion occurs in the second sealing ring, and a good sealing function can be achieved. Can be demonstrated.

【0014】また、請求項2に記載された本発明の非接
触形メカニカルシール(以下「第2シール」という)に
おいては、特に、第2密封環をカーボン製の密封環本体
とその一部に被覆形成された炭化珪素膜とで構成して、
その膜表面を、上記圧力歪が生じない低圧条件下におい
て第1密封端面に平行する環状平面をなす第2密封端面
に構成すると共に、その膜厚を、上記高圧条件下におい
て、当該炭化珪素膜に生じる弾性歪と前記密封環本体に
生じる圧力歪との干渉により第2密封端面が第1密封端
面との間に非密封流体領域方向に漸次窄まる断面楔状の
環状空間を形成しうる環状テーパ面に弾性変形されるよ
うに、設定しておくことを提案する。このように構成し
ておくことによって、第2密封環に圧力歪が生じる高圧
条件下において、第2密封端面を適正な環状テーパ面に
維持し得て、良好なテーパフェースシール機能を発揮さ
せることができる。
In the non-contact type mechanical seal (hereinafter referred to as "second seal") according to the present invention, the second sealing ring is particularly formed of a carbon sealing ring main body and a part thereof. And a silicon carbide film formed by coating.
The film surface is configured as a second sealing end face that forms an annular plane parallel to the first sealing end face under the low pressure condition in which the pressure distortion does not occur, and the film thickness is adjusted under the high pressure condition. Annular taper which can form a wedge-shaped annular space in which the second sealed end face gradually narrows in the direction of the non-sealed fluid region between the first sealed end face and the second sealed end face due to the interference between the elastic strain generated in the sealing ring body and the pressure strain generated in the sealing ring main body. It is proposed that the surface be elastically deformed. With such a configuration, the second sealing end face can be maintained at an appropriate annular tapered surface under a high-pressure condition in which pressure distortion occurs in the second sealing ring, and a good taper face sealing function can be exhibited. Can be.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、第1及び第2シールの実施
の形態を、図1〜図7に基づいて具体的に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the first and second seals will be specifically described below with reference to FIGS.

【0016】すなわち、図1〜図4は第1シールの実施
の形態を示したものである。この実施の形態における第
1シールM1 は、図1に示す如く、タービン軸等の回転
軸11に固定された第1密封環12と、シールケース1
3に保持環15及びOリング16を介して軸線方向摺動
可能に保持された第2密封環14と、第2密封環14を
第1密封環12へと押圧附勢するスプリング17とを具
備してなり、両密封環12,14の対向端面である第1
及び第2密封端面12a,14aをその間に動圧を発生
させることにより非接触状態に保持して、密封端面12
a,14a間にてその外周側領域である被密封流体領域
(例えば、タービン等の機内である高圧ガス領域)A1
と内周側領域である非密封流体領域(例えば、タービン
等の機外である大気領域)Lとをシールするように構成
されている。この第1シールM1は、以下に述べる第2
密封環14の構成を除いて、図8に示す公知の動圧形シ
ールm1 と同一構造をなすものであるから、同一部材に
ついては同一の符号を付すことによって、その詳細は省
略する。なお、第1密封環12は、その密封端面たる第
1密封端面12aを軸線に直交する環状平面としたもの
で、WC,SiC等の超硬質材で構成して、カーボン製
の密封環が圧力歪を生じるような高圧条件下において
も、第1密封端面12aが圧力歪により変形されること
のないものである。また、第1密封端面12aには、被
密封流体領域A1 に開口する適宜形状の動圧発生溝12
bが形成されていて、回転軸11の回転に伴い密封端面
12a,14a間に被密封流体による動圧を発生させる
ようになっている。
That is, FIGS. 1 to 4 show an embodiment of the first seal. As shown in FIG. 1, a first seal M 1 in this embodiment includes a first seal ring 12 fixed to a rotating shaft 11 such as a turbine shaft, and a seal case 1.
3 includes a second sealing ring 14 slidably held in the axial direction via a holding ring 15 and an O-ring 16, and a spring 17 for urging the second sealing ring 14 against the first sealing ring 12. And the first sealing ring 12,
And the second sealed end faces 12a and 14a are held in a non-contact state by generating a dynamic pressure therebetween, so that the sealed end faces 12a and 14a
a, a sealed fluid region (for example, a high-pressure gas region in a machine such as a turbine) A 1 which is an outer peripheral side region between a and a.
And a non-sealed fluid region (for example, an atmospheric region outside the machine such as a turbine) L which is an inner peripheral region. This first seal M 1 is used for the second seal M 1 described below.
Except for the configuration of the seal ring 14, since it is intended to form a known dynamic pressure type seal m 1 the same structure shown in FIG. 8, by subjecting the same reference member, its details are omitted. The first sealing ring 12 has a first sealing end face 12a, which is a sealing end face, formed as an annular plane perpendicular to the axis, and is made of a super-hard material such as WC or SiC. The first sealed end face 12a is not deformed by pressure strain even under a high-pressure condition that causes strain. Further, the first seal end faces 12a, dynamic pressure generating grooves of the appropriate shape opened to the sealed fluid region A 1 12
b is formed, and a dynamic pressure is generated between the sealed end faces 12a and 14a by the sealed fluid as the rotating shaft 11 rotates.

【0017】而して、この第1シールM1 にあっては、
本発明に従って、第2密封環14を次のように構成して
ある。
[0017] In Thus, in this first seal M 1,
According to the present invention, the second sealing ring 14 is configured as follows.

【0018】すなわち、第2密封環14は、図1及び図
2(A)に示す如く、第1密封環2の構成材より軟質の
カーボンからなる密封環本体141と、その一部である
ノーズ部141aに被覆形成された炭化珪素膜142と
からなる。密封環本体141は、先端部をその内外周部
を切欠して得られた環状のノーズ部141aに構成した
断面凸字状のものである。炭化珪素膜142は、常法に
よりノーズ部141aの先端面に被覆形成された均一厚
さのものであり、その膜表面を第1密封端面12aに平
行する環状平面をなす第2密封端面14aに構成してあ
る。つまり、第2密封端面14aは、カーボン製の密封
環本体141に被密封流体による圧力歪が全く生じない
又は殆ど生じない低圧条件下(例えば、運転初期の状
態)では軸線に直交する平滑面をなすように、鏡面加工
されたものである。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2A, the second sealing ring 14 has a sealing ring main body 141 made of carbon softer than the constituent material of the first sealing ring 2, and a nose part thereof. The silicon carbide film 142 is formed to cover the portion 141a. The sealing ring main body 141 has a convex shape in cross section in which an end portion is formed into an annular nose portion 141a obtained by cutting out the inner and outer peripheral portions thereof. The silicon carbide film 142 has a uniform thickness formed by coating the tip surface of the nose portion 141a by a conventional method, and its film surface is formed on the second sealing end surface 14a forming an annular plane parallel to the first sealing end surface 12a. It is composed. In other words, the second sealed end surface 14a has a smooth surface perpendicular to the axis under low pressure conditions (for example, in an initial operation state) in which no pressure distortion due to the sealed fluid is generated or hardly generated in the sealing ring main body 141 made of carbon. As a matter of fact, it is mirror-finished.

【0019】そして、炭化珪素膜142の膜厚(表面を
密封端面に鏡面加工した後の膜厚)Tは、カーボン製の
密封環本体141に被密封流体による弾性限度内の圧力
歪が生じる高圧条件下(当該第1シールM1 が通常運転
されている状態)において、第2密封端面14aが上記
した低圧条件下での形状を維持すべく、当該炭化珪素膜
142が上記密封環本体141に生じる圧力歪とバラン
スする弾性歪を生じるように、設定されている。
The thickness T of the silicon carbide film 142 (the thickness after the surface is mirror-finished to a sealed end face) T is a high pressure at which pressure distortion within the elastic limit due to the sealed fluid is generated in the sealing ring body 141 made of carbon. under conditions (a state in which the first seal M 1 is the normal operation), the second seal end surface 14a to maintain the shape of the low pressure conditions described above, the silicon carbide film 142 in the seal ring body 141 It is set so as to generate an elastic strain that balances the generated pressure strain.

【0020】すなわち、第1シールM1 の運転により、
被密封流体領域A1 がカーボン製の密封環本体141に
圧力歪(弾性歪)を生じるような圧力にまで昇圧された
場合、炭化珪素膜142も当然に弾性歪を生じるが、炭
化珪素膜142と密封環本体141との剛性度に明らか
な差があることから、両者141,142の歪形態は大
きく異なる。そして、両者141,142が一体構造を
なしていることから、それらの歪は相互に干渉して、第
2密封端面14aはカーボン製の密封環本体141のみ
の歪による影響を受けた場合(例えば、ノーズ部141
aの先端面を第2密封端面14aとした場合)と異なる
形態に変形することになる。一方、炭化珪素膜142の
歪形態はその膜厚Tによって異なり、両者141,14
2の歪干渉形態及びその歪干渉による第2密封端面14
aへの影響も膜厚Tによって異なることになる。したが
って、両者141,142の歪が相互に相殺されるよう
にバランスして、それらの歪による第2密封端面14a
の影響を消失させる(第2密封端面14aが実質的に変
形せず、第1密封端面12aに平行する運転開始前の形
態に維持される)ような膜厚T(以下、その寸法を「平
行状態維持値T0 」という)が存在するはずである。つ
まり、膜厚Tを特定の寸法(平行状態維持値T0 )に設
定しておくと、カーボン製の密封環本体141が圧力歪
を生じると否とに拘わらず、第2密封端面14aを第1
密封端面12aに平行する適正状態に維持しておくこと
ができると考えられる。
That is, by the operation of the first seal M 1 ,
If the sealed fluid region A 1 is boosted to a pressure that results in a pressure strain (elastic strain) to seal the ring body 141 made of carbon, silicon carbide film 142 is also naturally produce elastic strain, silicon carbide film 142 Since there is a clear difference in the rigidity between the sealing ring 141 and the sealing ring body 141, the distortion forms of the two 141 and 142 are greatly different. Since the two members 141 and 142 form an integral structure, their distortions interfere with each other, and the second sealed end surface 14a is affected by only the distortion of the carbon sealing ring body 141 alone (for example, , Nose section 141
a in the case where the tip end face a is the second sealed end face 14a). On the other hand, the distortion form of silicon carbide film 142 differs depending on its thickness T.
2 and the second sealed end face 14 due to the distortion interference
The effect on a also depends on the film thickness T. Therefore, the distortions of the two 141 and 142 are balanced so as to cancel each other, and the second sealed end face 14a due to those distortions is balanced.
(Hereinafter, the dimension is referred to as "parallel") so as to eliminate the influence of (the second sealed end face 14a is not substantially deformed and is maintained in a state parallel to the first sealed end face 12a before the operation is started). State maintenance value T 0 ). In other words, if the film thickness T is set to a specific dimension (parallel state maintaining value T 0 ), the second sealing end face 14a is moved to the second sealing end face 14a regardless of whether or not the carbon sealing ring body 141 causes pressure strain. 1
It is conceivable that a proper state parallel to the sealing end face 12a can be maintained.

【0021】そこで、当該第1シールM1 においては、
カーボン製の密封環本体141が圧力歪を生じるような
高圧条件下で炭化珪素膜142が密封環本体141の圧
力歪とバランスする弾性歪を生じるような寸法(平行状
態維持値T0 )の膜厚Tを見出し、このような膜厚T0
の炭化珪素膜142により第2密封端面14aを構成し
ておくことによって、第2密封端面14aが第1密封端
面12aに平行する適正状態に維持されるように工夫し
ているのである。
Therefore, in the first seal M 1 ,
A film having a dimension (parallel state maintaining value T 0 ) such that the silicon carbide film 142 generates elastic strain balanced with the pressure strain of the sealing ring body 141 under high pressure conditions under which the carbon sealing ring body 141 causes pressure strain. Finding the thickness T, such a thickness T 0
By forming the second sealed end face 14a with the silicon carbide film 142, the second sealed end face 14a is devised so as to be maintained in an appropriate state parallel to the first sealed end face 12a.

【0022】このような条件を満足する膜厚Tは、具体
的には、例えば被密封流体圧力Pが30kgf/cm2
となる高圧条件下で運転される場合であって、第2密封
環12の全長(炭化珪素膜142を含む軸線方向長さ)
Lが21mmであり且つノーズ部141aの突出量(軸
線方向長さ)L0 が5mmである場合(ノーズ部141
aの内外径は夫々187mm,199mm)において
は、以下の実験結果からも明らかなように0.8mm≦
T≦1.2mmの範囲で設定しておけばよい。
The film thickness T that satisfies the above conditions is, specifically, for example, when the sealed fluid pressure P is 30 kgf / cm 2.
And the entire length of the second sealing ring 12 (the length in the axial direction including the silicon carbide film 142).
L is 21mm and the amount of projection of the nose portion 141a when (axial length) L 0 is 5 mm (the nose portion 141
a is 187 mm and 199 mm, respectively, as is clear from the following experimental results, 0.8 mm ≦
It may be set within the range of T ≦ 1.2 mm.

【0023】すなわち、上記した構成の第1シールM1
を使用して、膜厚Tを0mm、0.1mm、0.3m
m、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5m
m、2.0mm、2.5mm、3.0mmとした各場合
について、被密封流体として窒素ガスを使用すると共に
非密封流体領域A2 を大気に開放した状態でシール運転
(被密封流体領域A1 における圧力:30kgf/cm
2 )を行なった。なお、T=0mmの場合とは、ノーズ
部141aに炭化珪素膜を形成せず、ノーズ部141a
の先端面を第2密封端面14aに鏡面加工した場合であ
り、図8に示す従来の動圧形シールm1 と同一構造とし
た場合である。
That is, the first seal M 1 having the above-described configuration.
To make the film thickness T 0 mm, 0.1 mm, 0.3 m
m, 0.8mm, 1.0mm, 1.2mm, 1.5m
m, 2.0mm, 2.5mm, for each case was 3.0 mm, the non-sealed fluid region A 2 in a state open to the atmosphere seal operation (the sealed fluid region A while using nitrogen gas as the sealed fluid Pressure at 1 : 30kgf / cm
2 ) was performed. The case where T = 0 mm means that no silicon carbide film is formed on the nose portion 141a and the nose portion 141a
The tip surface is a case where the mirror-finished to the second seal end faces 14a, a case of a conventional dynamic pressure type seal m 1 the same structure shown in FIG.

【0024】そして、運転中における第2密封端面14
aの状態(第1密封端面12aに対する状態)及びシー
ル性能について確認した。その結果は、表1に示す通り
であった。なお、シール性能は、密封端面12a,14
aからの窒素ガスの漏れ量を測定して、それが許容範囲
内であるものについてはシール性能が良好として○で示
し、許容範囲を超えるものについてはシール性能が不良
であるとして×で示した。
The second sealed end face 14 during operation
The state (a) (the state with respect to the first sealing end face 12a) and the sealing performance were confirmed. The results were as shown in Table 1. The sealing performance is determined by the sealing end faces 12a, 14
The leakage amount of nitrogen gas from a was measured, and those that were within the allowable range were indicated by ○ as good sealing performance, and those that exceeded the allowable range were indicated by x as poor sealing performance. .

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】すなわち、炭化珪素膜142を有しないT
=0mmの場合には、第2密封端面14aが外高状態に
変形し(図9(B)参照)、漏れ量が許容範囲を大幅に
上回わった。このような第2密封端面14aの変形は、
カーボン製の密封環本体141の圧力歪によるものであ
る。
That is, T without the silicon carbide film 142
In the case of = 0 mm, the second sealed end face 14a was deformed to the outer height state (see FIG. 9B), and the amount of leakage greatly exceeded the allowable range. Such deformation of the second sealed end face 14a is as follows.
This is due to pressure distortion of the carbon sealing ring body 141.

【0027】これに対して、T=0.8mm、1.0m
m、1.2mmの炭化珪素膜142を有する場合には、
カーボン製の密封環本体141が圧力歪を生じているに
も拘わらず、第2密封端面14aが、図2(B)に示す
如く、第1密封端面12aに平行する適正状態に維持さ
れ、漏れ量も許容範囲内となって良好なシール性能が発
揮された。これは、被密封流体(窒素ガス)の圧力Pに
よりカーボン製の密封環本体141と炭化珪素膜142
とに異なる圧力歪が生じ、第2密封端面14a上におい
ては両者141,142の圧力歪がバランスして相殺さ
れ、第2密封端面14aの変形を阻止するためである。
On the other hand, T = 0.8 mm, 1.0 m
In the case of having a silicon carbide film 142 of m and 1.2 mm,
The second sealing end face 14a is maintained in an appropriate state parallel to the first sealing end face 12a as shown in FIG. The amount was also within the allowable range, and good sealing performance was exhibited. This is because the sealing ring body 141 made of carbon and the silicon carbide film 142 are formed by the pressure P of the sealed fluid (nitrogen gas).
This is because pressure strain different from the above occurs, and the pressure strains of the two 141 and 142 are balanced and canceled on the second sealed end face 14a, thereby preventing the deformation of the second sealed end face 14a.

【0028】しかし、第2密封端面14aを炭化珪素膜
142で構成した場合にも、T=0.1mm、0.3m
mとしたときには、炭化珪素膜142を有しない場合と
同様に、第2密封端面14aが、図3(A)に示す如
く、外高状態に変形し、良好なシール機能を発揮し得な
かった。このように、第2密封端面14aを炭化珪素膜
142で構成しても、その膜厚Tが平行状態維持値T0
(0.8mm≦T0 ≦1.2mm)に満たないような薄
膜であるときには、炭化珪素膜142の圧力歪による第
2密封端面14aへの影響は炭化珪素膜142を設けな
い場合と変わりなく、炭化珪素膜142の存在意義が認
められない。一方、T=1.5mm、2.0mm、2.
5mm、3.0mmとした場合には、T=0mm、0.
1mm、0.3mmとした場合とは逆に、第2密封端面
14aが、図3(B)に示す如く、内高状態に変形し
た。このように、炭化珪素膜141の膜厚Tを必要以上
に厚くして、平行状態維持値T0 を超えるような寸法の
厚膜Tとすると、第2密封端面14a上における両者1
41,142の圧力歪バランスが崩れて、第2密封端面
14aに炭化珪素膜142を設けない場合と異なった変
形力が生じ、第2密封端面14aが内高状態に変形する
のである。なお、何れの場合においても、密封環本体1
41及び炭化珪素膜142の圧力歪並びに第2密封端面
14aの変形は弾性限度内のものであるから、シール運
転を停止した状態では、第2密封端面14aは第1密封
端面12aに平行する状態に弾性復帰された。但し、膜
厚Tが平行状態維持値T0 (0.8mm,1.0mm,
1.2mm)である場合、第2密封端面14aは、シー
ル運転開始から運転停止に至る間において、第1密封端
面12aに平行する適正状態に維持された。
However, even when the second sealing end face 14a is formed of the silicon carbide film 142, T = 0.1 mm, 0.3 m
When m, the second sealing end face 14a was deformed to an outer height state as shown in FIG. 3A, and a good sealing function could not be exhibited, as in the case where the silicon carbide film 142 was not provided. . As described above, even when the second sealing end face 14a is formed of the silicon carbide film 142, the thickness T thereof is maintained at the parallel state maintaining value T 0.
(0.8 mm ≦ T 0 ≦ 1.2 mm), the influence of the pressure strain of the silicon carbide film 142 on the second sealing end face 14 a is the same as when the silicon carbide film 142 is not provided. However, the significance of existence of silicon carbide film 142 is not recognized. On the other hand, T = 1.5 mm, 2.0 mm, 2.
In the case of 5 mm and 3.0 mm, T = 0 mm, 0.
Contrary to the case of 1 mm and 0.3 mm, the second sealed end face 14a was deformed to the inner height state as shown in FIG. 3 (B). As described above, when the thickness T of the silicon carbide film 141 is made unnecessarily thick to make the thickness T larger than the parallel state maintaining value T 0 , the thickness T of the silicon carbide film 141 on the second sealed end face 14 a is reduced.
The pressure-strain balance between 41 and 142 is lost, and a different deformation force is generated as compared with the case where the silicon carbide film 142 is not provided on the second sealed end face 14a, and the second sealed end face 14a is deformed to the inner height state. In any case, the sealing ring body 1
Since the pressure distortion of 41 and silicon carbide film 142 and the deformation of second sealing end face 14a are within the elastic limit, second sealing end face 14a is in a state parallel to first sealing end face 12a when the sealing operation is stopped. Was elastically restored. However, the film thickness T is maintained in a parallel state maintaining value T 0 (0.8 mm, 1.0 mm,
1.2 mm), the second sealed end surface 14a was maintained in an appropriate state parallel to the first sealed end surface 12a during the period from the start of the sealing operation to the stop of the operation.

【0029】ところで、第2密封環14の形状は種々で
あり、一般に、上記した形状の他、図4に示す如く、ノ
ーズ部141aを外周側に設けた形状(A図)、ノーズ
部141aを内周側に設けた形状(B図)及びノーズ部
141aを設けない形状(C図)に大別されるが、密封
環14の形状が異なっても、図5に示す如く、膜厚Tを
増大するに従って、密封端面14aの圧力歪による変形
態様は外高状態から平行状態を経て内高状態に移行する
ことになる。すなわち、図5は、横軸に膜厚Tをとり、
縦軸に第2密封環14が圧力歪を生じる高圧条件下での
第2密封端面14aの変形程度つまりテーパ量(図3に
示す如く、第2密封端面14aにおける内外周端間の軸
線方向距離であり、外高状態におけるテーパ量を正と
し、内高状態におけるテーパ量を負とする)をとって、
膜厚Tとテーパ量Δとの関係を示した曲線図である。
By the way, the shape of the second sealing ring 14 is various. In general, in addition to the above-mentioned shape, as shown in FIG. 4, a shape in which a nose portion 141a is provided on the outer peripheral side (FIG. The shape is roughly classified into a shape provided on the inner peripheral side (FIG. B) and a shape provided with no nose portion 141a (FIG. C). Even if the shape of the sealing ring 14 is different, as shown in FIG. As the size increases, the deformation state of the sealing end face 14a due to the pressure strain shifts from the outer height state to the inner height state via the parallel state. That is, FIG. 5 shows the film thickness T on the horizontal axis,
On the vertical axis, the degree of deformation of the second sealing end face 14a, that is, the amount of taper under high pressure conditions in which the second sealing ring 14 causes pressure distortion (as shown in FIG. 3, the axial distance between the inner and outer peripheral ends of the second sealing end face 14a) Where the taper amount in the outer height state is positive and the taper amount in the inner height state is negative)
FIG. 4 is a curve diagram illustrating a relationship between a film thickness T and a taper amount Δ.

【0030】この曲線図から理解されるように、第2密
封環14に圧力歪が生じる高圧条件下では、その形状に
拘わらず、炭化珪素膜142を有しない場合(T=0m
m)には第2密封端面14aは外高状態に変形するが、
炭化珪素膜142を有する場合にも、それが薄いときに
は第2密封端面14aは外高状態に変形することにな
る。膜厚Tを増大するに従って、外高状態であることに
変わりはないが、そのテーパ量Δは減少していく。そし
て、膜厚Tが或る値T0 に達すると、第2密封端面14
aは外高状態から平行状態に移行する。更に、膜厚Tが
増大すると、第2密封端面14aが平行状態から内高状
態に移行する。このように膜厚Tを増大させていくと、
第2密封端面14aは外高状態から内高状態に移行し、
その移行途中において、必ず、第2密封端面14aが平
行状態となる。このときの膜厚Tの寸法が前記した平行
状態維持値T0 であり、如何なる形状の密封環14にお
いても、かかる平行状態維持値T0 は存在する。また、
膜厚Tが平行状態維持値T0を超える場合、膜厚Tを増
大するに従って、外高状態であることに変わりはない
が、そのテーパ量Δは増大していく。
As can be understood from this curve diagram, under a high pressure condition in which pressure distortion occurs in second sealing ring 14, regardless of its shape, silicon carbide film 142 is not provided (T = 0m).
m), the second sealed end face 14a is deformed to the outer height state,
Even when the silicon carbide film 142 is provided, when it is thin, the second sealing end face 14a is deformed to an outer height state. As the film thickness T increases, the outer height remains unchanged, but the taper amount Δ decreases. When the film thickness T reaches a certain value T 0 , the second sealed end face 14
a shifts from the outer height state to the parallel state. Further, when the film thickness T increases, the second sealing end surface 14a shifts from the parallel state to the inner height state. When the film thickness T is increased in this manner,
The second sealing end face 14a shifts from the outer height state to the inner height state,
During the transition, the second sealed end surface 14a is always in a parallel state. The dimension of the film thickness T at this time is the above-mentioned parallel state maintaining value T 0 , and such a parallel state maintaining value T 0 exists in the sealing ring 14 of any shape. Also,
When the film thickness T exceeds the parallel state maintenance value T 0 , the taper amount Δ increases as the film thickness T increases, although the outer height remains unchanged.

【0031】すなわち、膜厚Tと高圧条件下での第2密
封端面14aの形状との間には、 膜厚TがT<T0 の範囲にあるときは、密封端面1
4aは外高状態に変形して、そのテーパ量Δが膜厚Tが
増大するに従って減少する、 膜厚TがT=T0 であるときは、密封端面14aは
圧力歪により変形されずに、平行状態に維持される、 膜厚TがT>T0 の範囲にあるときは、密封端面1
4aは内高状態に変形して、そのテーパ量Δは膜厚Tが
増大するに従って増加する、 といった関係があり、かかる関係は、平行状態維持値T
0 は密封環14の形状によって異なるものの、密封環1
4の形状等のシール条件に拘わらず、常に成立すること
になる。また、密封環14の形状が異なる場合にあって
も、当該密封環14の基本的寸法(主として、密封環1
4の全長L及びノーズ部141aの突出量L0 )が同等
であれば、密封端面14aが平行状態に維持される膜厚
寸法つまり平行状態維持値T0 は同等となる。
That is, between the film thickness T and the shape of the second sealing end face 14a under high pressure conditions, when the film thickness T is in the range of T <T 0 , the sealing end face 1
4a is deformed to an outer height state, and the taper amount Δ decreases as the film thickness T increases. When the film thickness T is T = T 0 , the sealing end face 14a is not deformed by pressure strain, When the film thickness T is maintained in a parallel state and the film thickness T is in the range of T> T 0 , the sealing end face 1
4a is deformed to the inner height state, and the taper amount Δ increases as the film thickness T increases.
Although 0 depends on the shape of the sealing ring 14, the sealing ring 1
This is always true regardless of the sealing conditions such as the shape of No. 4. Even when the shape of the sealing ring 14 is different, the basic dimensions of the sealing ring 14 (mainly,
4 have the same total length L and the amount of protrusion L 0 of the nose portion 141a, the film thickness dimension in which the sealed end faces 14a are maintained in a parallel state, that is, the parallel state maintaining value T 0 is equal.

【0032】このことは、実験により確認された。すな
わち、第2密封環14の形状を異にする他は上記した実
験で使用したと同一構造の第1シールを使用して、上記
した実験と同一条件で実験した。この実験においては、
第2密封環14として図4(A)(B)(C)に示す3
種類のものを使用した。各第2密封環14における全長
L及びノーズ部141aの突出量L0 (図4(C)のも
のを除く)は、上記実験で使用したものと同一とした。
その結果、何れの場合にも、第2密封端面14aが、T
<0.8mmでは外高状態、0.8mm≦T≦1.2m
mでは平行状態、T>1.2mmでは内高状態となっ
た。また、第2密封端面14aのテーパ量Δは、外高状
態では膜厚Tが大きくなるに従って小さくなり、逆に、
内高状態では膜厚Tが大きくなるに従って大きくなっ
た。また、これらの実験を含めて、同種の実験を数多く
行なった結果、第2密封環14の形状等のシール条件に
もよるが、一般的には、平行状態維持値T0 は、0.3
mm〜3.0mmの範囲において見出すことができ、ま
た第2密封環14(ノーズ部141aを有しないものを
含む)の全長Lを基準としてL/90≦T0 ≦L/3の
範囲若しくはノーズ部141aの突出量L0 を基準とし
てL0 /20≦T0 ≦2L0 /3の範囲で見出すことが
できることが判明した。なお、平行状態維持値T0 は、
両密封端面12a,14aの平行度が適正なシール機能
を発揮しうる一定の許容範囲内のものとなるような状態
に第2密封端面14aが維持されるときの膜厚寸法を意
味する。したがって、平行状態維持値T0 には或る程度
の幅があり、T=T0 の場合にも、厳格な意味では、第
2密封端面14aが外高状態又は内高状態に変形するこ
とになる場合もありうるが、その場合においても、テー
パ量Δは上記平行度が許容範囲となる程度の微小なもの
である。
This has been confirmed by experiments. That is, an experiment was performed under the same conditions as the above-described experiment using the first seal having the same structure as that used in the above-described experiment except that the shape of the second sealing ring 14 was different. In this experiment,
As the second sealing ring 14, 3 shown in FIGS.
Kind of things were used. The total length L of each second sealing ring 14 and the protrusion amount L 0 of the nose portion 141a (excluding those of FIG. 4C) were the same as those used in the above experiment.
As a result, in each case, the second sealed end face 14a
<0.8mm, outer height condition, 0.8mm ≦ T ≦ 1.2m
At m, it was a parallel state, and at T> 1.2 mm, it was an inner height state. Further, the taper amount Δ of the second sealing end surface 14a decreases as the film thickness T increases in the outer height state, and conversely,
In the inner height state, it increased as the film thickness T increased. In addition, as a result of performing many experiments of the same kind including these experiments, depending on the sealing conditions such as the shape of the second sealing ring 14, the parallel state maintaining value T 0 is generally 0.3.
mm to 3.0 mm, and L / 90 ≦ T 0 ≦ L / 3 based on the total length L of the second sealing ring 14 (including the one having no nose portion 141a) or the nose. the amount of protrusion L 0 parts 141a may be found in a range of L 0/20 ≦ T 0 ≦ 2L 0/3 as a reference is found. Note that the parallel state maintaining value T 0 is
This means a film thickness dimension when the second sealed end face 14a is maintained in a state where the parallelism between the two sealed end faces 12a and 14a is within a certain allowable range capable of exerting an appropriate sealing function. Therefore, the parallel state maintaining value T 0 has a certain width, and even in the case of T = T 0 , in a strict sense, the second sealed end face 14 a is deformed to the outer height state or the inner height state. However, even in such a case, the taper amount Δ is very small such that the parallelism is within an allowable range.

【0033】したがって、上記した構成の第1シールM
1 によれば、膜厚Tを平行状態維持値T0 としておくこ
とによって、被密封流体領域A1 の圧力変動に拘わら
ず、第2密封端面14aを第1密封端面12aに平行す
る適正状態に維持させておくことができるのであり、カ
ーボン製の密封環本体141に圧力歪を生じるような高
圧条件下においても、密封端面12a,14a間を適正
な非接触状態に維持して、良好なシール機能を発揮する
ことができる。
Therefore, the first seal M having the above-described structure is used.
According to 1 , by setting the film thickness T to the parallel state maintaining value T 0 , the second sealed end face 14 a is brought into an appropriate state parallel to the first sealed end face 12 a regardless of the pressure fluctuation in the sealed fluid region A 1. It is possible to maintain a good non-contact state between the sealing end faces 12a and 14a even under a high pressure condition in which pressure distortion occurs in the sealing ring main body 141 made of carbon. Functions can be demonstrated.

【0034】また、図6及び図7は第2シールの実施の
形態を示したものであり、この第2シールは、例えば密
封端面の外周側を被密封流体領域とする場合、テーパフ
ェースシールm2 における第2密封端面24aの形態と
動圧形シールm1 において第2密封端面14が内高状態
に変形されたときの形態とが酷似すること、及び高圧条
件下におけるカーボン製密封環の密封端面変形と当該密
封端面を構成する炭化珪素膜の膜厚との間に上記〜
のような関係があり、膜厚を調整することによって当該
密封端面の高圧条件における形態を制御できることに着
目して、被密封流体領域が一定圧以上に昇圧された場合
に、軸線方向に直交する環状平面とされた第2密封端面
がテーパフェースシールm2 におけると同様の環状テー
パ面に自動的に変形して、良好なテーパフェース機能を
発揮しうるように工夫されたものである。
FIGS. 6 and 7 show an embodiment of the second seal. This second seal is, for example, a tapered face seal m when the outer peripheral side of the sealing end face is used as a fluid region to be sealed. in the form of dynamic pressure type seal m 1 of the second seal end faces 24a in the two possible second seal end faces 14 is very similar and the form when it is deformed to inner height condition, and sealing the carbon-made seal ring in high pressure conditions Between the end face deformation and the thickness of the silicon carbide film constituting the sealed end face,
Focusing on the fact that the form under the high pressure condition of the sealing end surface can be controlled by adjusting the film thickness, when the sealed fluid region is pressurized to a certain pressure or more, the relationship is orthogonal to the axial direction. second sealing end faces that are annular plane is automatically deformed to a similar annular tapered surface as in the tapered face seal m 2, and which has been devised as can exhibit good taper face features.

【0035】すなわち、この実施の形態における第2シ
ールM2 は、図6に示す如く、回転軸(例えば、インペ
ラ軸)21に固定された第1密封環22とこれに直対向
してシールケース(例えば、ポンプケーシング)23に
保持された第2密封環24とを具備して、両密封環2
2,24の対向端面たる密封端面22a,24a間に
て、その外周側領域である被密封流体領域(例えば、ポ
ンプ室)A1 とその内周側領域である非密封流体領域
(例えば、シールケース23外に連通する大気領域)L
とを、テーパフェースシール機能によりシールするよう
に構成されている。この第2シールM2 は、以下に述べ
る第2密封環24の構成を除いて、図10に示す公知の
テーパフェースシールm2 と同一構造をなすものである
から、これと同一部材については同一の符号を付すこと
によっって、その詳細は省略する。なお、第1密封環2
2は、その密封端面たる第1密封端面22aを軸線に直
交する環状平面としたもので、WC,SiC等の超硬質
材で構成して、カーボン製の密封環が圧力歪を生じるよ
うな高圧条件下においても、第1密封端面22aが圧力
歪により変形されることのないものである。
That is, as shown in FIG. 6, the second seal M 2 in this embodiment comprises a first seal ring 22 fixed to a rotating shaft (for example, an impeller shaft) 21 and a seal case directly opposed thereto. (For example, a pump casing) 23 and a second sealing ring 24 held by
Facing end surface serving as the seal end faces 22a of 2,24 at between 24a, the sealed fluid region of its outer circumferential region (e.g., a pump chamber) A 1 and an inner non-sealed fluid region that is a peripheral region (e.g., the seal Atmosphere region communicating with outside of case 23) L
Are sealed by a taper face sealing function. This second seal M 2 has the same structure as the known taper face seal m 2 shown in FIG. 10 except for the configuration of the second sealing ring 24 described below, and therefore the same members as those are the same. The details are omitted by attaching the reference numerals. The first sealing ring 2
Reference numeral 2 designates a first sealing end face 22a, which is a sealing end face, formed as an annular plane orthogonal to the axis, and is made of a super-hard material such as WC, SiC or the like. Under the conditions, the first sealing end face 22a is not deformed by the pressure strain.

【0036】而して、この第2シールM2 にあっては、
本発明に従って、第2密封環24を、図6及び図7
(A)に示す如く、第1密封環22の構成材より軟質の
カーボンからなる密封環本体241と、その一部たる先
端部に常法により被覆形成された炭化珪素膜242とで
構成してある。炭化珪素膜242は、その膜厚Tを均一
とされたもので、その膜表面を第1密封端面22aに平
行する環状平面をなす第2密封端面24aに構成してあ
る。つまり、第2密封端面24aは、カーボン製の密封
環本体241に被密封流体による圧力歪が全く生じない
又は殆ど生じない低圧条件下(例えば、運転初期の状
態)では軸線に直交する平滑面をなすように、鏡面加工
されたものである。
Thus, in this second seal M 2 ,
According to the present invention, the second sealing ring 24 is
As shown in (A), the sealing ring main body 241 is made of carbon that is softer than the constituent material of the first sealing ring 22, and the silicon carbide film 242 is formed by coating a part of the tip of the sealing ring by a conventional method. is there. The silicon carbide film 242 has a uniform thickness T, and the surface of the film is formed as a second sealed end face 24a that forms an annular plane parallel to the first sealed end face 22a. In other words, the second sealed end face 24a has a smooth surface perpendicular to the axis under low pressure conditions (for example, in an initial operation state) in which no pressure distortion occurs due to the sealed fluid at all in the sealing ring main body 241 made of carbon. As a matter of fact, it is mirror-finished.

【0037】そして、かかる第2シールM2 の第2密封
端面24aについても、炭化珪素膜242の膜厚Tとの
間に上記〜の関係が成立することから、炭化珪素膜
242の膜厚(表面を密封端面に鏡面加工した後の膜
厚)Tを平行状態維持値T0 を超えるものに設定して、
カーボン製の密封環本体241に被密封流体による弾性
限度内の圧力歪が生じる高圧条件下(当該第1シールM
1 が通常運転されている状態)において、当該炭化珪素
膜242に生じる弾性歪と前記密封環本体241に生じ
る圧力歪との干渉により第2密封端面24aが第1密封
端面22aとの間に非密封流体領域A1 方向に漸次窄ま
る断面楔状の環状空間27を形成しうる環状テーパ面に
弾性変形されるように工夫してある。なお、第2シール
2 の第2密封環24についても、第1シールM1 の第
2密封環14におけると同様に、平行状態維持値T
0 は、一般に、0.3mm〜3.0mmの範囲で、また
は第2密封環24の全長(膜厚Tを含む軸線方向長さ)
Lを基準としてL/90≦T0 ≦L/3の範囲で見出す
ことできる。
[0037] Then, according for the second sealing second sealing end face 24a of the M 2, since the relationship of the ~ between the thickness T of the silicon carbide film 242 is established, the silicon carbide film 242 thickness ( The film thickness T after the surface is mirror-finished to the sealed end face) is set to a value exceeding the parallel state maintaining value T 0 ,
Under high pressure conditions where pressure distortion within the elastic limit due to the sealed fluid occurs in the sealing ring main body 241 made of carbon (the first seal M
1 is in normal operation), the second sealed end face 24a is not located between the first sealed end face 22a and the second sealed end face 22a due to the interference between the elastic strain generated in the silicon carbide film 242 and the pressure strain generated in the sealing ring main body 241. the annular tapered surface capable of forming an annular space 27 of progressively narrowed wedge-shaped cross section in the sealed fluid region a 1 direction are devised so as to be elastically deformed. Note that the second seal ring 24 of the second seal M 2 also has the parallel state maintaining value T, as in the second seal ring 14 of the first seal M 1 .
0 is generally in the range of 0.3 mm to 3.0 mm, or the total length of the second sealing ring 24 (the length in the axial direction including the film thickness T).
It can be found in the range of L / 90 ≦ T 0 ≦ L / 3 based on L.

【0038】また、T>T0 であれば、膜厚Tを如何な
る値としても、第2密封端面24aを内高状態に弾性変
形させることができるが、その変形量つまり第2密封端
面24aのテーパ量Δは上記した如く膜厚Tの増大に従
って大きくなる。一方、テーパフェースシール機能を良
好に発揮するに最適なテーパ量Δには一定の制限があ
り、一般に、3μm〜50μmである。したがって、膜
厚Tを決定するに当たっては、Δ=3μm〜50μmと
なるように配慮しておく必要があり、第2密封環24の
形状等のシール条件にもよるが、一般には、膜厚Tを2
mm〜8mm程度に設定しておくことが好ましい。
If T> T 0 , the second sealed end face 24a can be elastically deformed to the inner height state regardless of the film thickness T, and the deformation amount, that is, the second sealed end face 24a As described above, the taper amount Δ increases as the film thickness T increases. On the other hand, there is a certain limit to the taper amount Δ that is optimal for exhibiting the tapered face sealing function well, and is generally 3 μm to 50 μm. Therefore, when determining the film thickness T, it is necessary to consider that Δ = 3 μm to 50 μm. Depending on the sealing conditions such as the shape of the second sealing ring 24, generally, the film thickness T 2
It is preferable to set it to about 8 mm to 8 mm.

【0039】以上のように構成された第2シールM2
よれば、被密封流体領域A1 の圧力条件に応じて第2密
封端面24aが自動的に弾性変形して、良好なテーパフ
ェースシール機能が発揮される。
[0039] According to a second sealing M 2 configured as described above, the second seal end faces 24a in response to the pressure conditions of the sealed fluid region A 1 is automatically elastically deformed, good tapered face seal Function is exhibited.

【0040】すなわち、第2シールM2 の運転により、
被密封流体領域A1 が一定圧以上に昇圧されると、膜厚
TがT>T0 とされていることから、図7(B)に示す
如く、密封環本体241と炭化珪素膜242との歪干渉
により第2密封端面24aが内高状態に弾性変形され
て、つまり凸状の環状テーパ面に変形されて、密封端面
22a,24a間に被密封流体の漏れ方向(非密封流体
領域A2 方向)に漸次狭まる断面楔状の環状空間27が
形成されることになる。その結果、冒頭で述べたテーパ
フェースシールm2 と同様の原理により、密封端面22
a,24a間が一定の微小隙間たる平衡隙間S0 に保持
されることになる。
That is, by the operation of the second seal M 2 ,
When the pressure of the sealed fluid region A 1 is increased to a certain pressure or more, the film thickness T is set to T> T 0 , so that the sealing ring main body 241 and the silicon carbide film 242 are formed as shown in FIG. The second sealed end face 24a is elastically deformed to an inner height state, that is, is deformed into a convex annular tapered face due to the strain interference of the sealing end faces 22a and 24a, and the leakage direction of the sealed fluid (the non-sealed fluid area A). An annular space 27 having a wedge-shaped cross section gradually narrowing in two directions) is formed. As a result, the same principle as the tapered face seal m 2 mentioned at the outset, the seal end faces 22
a, so that the inter-24a is held in equilibrium gap S 0 serving constant small gap.

【0041】すなわち、第2シールM2 がテーパフェー
スシールm2 に相当する構造に変化し、図11及び図1
2に示す如く、第2密封環24の背面に作用する被密封
流体圧力Pによる背圧によって(より正確には、背圧及
びスプリング26による附勢力によって)生じる閉力F
C と環状空間7に侵入した被密封流体の圧力(静圧)に
よって生じる開力FO とがバランスされることになり、
密封端面22a,24a間の隙間Sが一定の平衡隙間S
0 に保持されることになる。
That is, the second seal M 2 changes to a structure corresponding to the tapered face seal m 2 , and FIGS.
As shown in FIG. 2, the closing force F generated by the back pressure by the sealed fluid pressure P acting on the back surface of the second sealing ring 24 (more precisely, by the back pressure and the urging force of the spring 26).
And opening force F O caused by the pressure of the sealed fluid which has entered (static pressure) is to be balanced in the C and the annular space 7,
The gap S between the sealing end faces 22a and 24a is a constant equilibrium gap S
It will be kept at 0 .

【0042】そして、このようなテーパフェースシール
構造となすための第2密封端面24aのテーパ量Δは圧
力歪によって確保されたものであるから、冒頭で述べた
テーパフェースシールm2 における如く圧力歪によって
テーパ量Δが減少したり環状空間27が消失したりする
ことがなく、良好なテーパフェースシール機能が発揮さ
れることになる。
[0042] Then, since such a taper amount Δ of the second sealing end face 24a for forming a tapered face seal structure in which is ensured by the pressure distortion, as in a tapered face seal m 2 mentioned in the introduction pressure strain As a result, the taper amount Δ does not decrease and the annular space 27 does not disappear, and a good taper face sealing function is exhibited.

【0043】一方、シール運転が開始された直後等にお
いては、つまり第2密封環24に圧力歪が生じない(回
転軸21の停止等による圧力低下により圧力歪が消失し
た場合を含む)低圧条件下においては、第2密封端面2
4aは変形されず又は元の状態に弾性復帰して、軸線方
向に直交する環状平面となり、密封端面22a,24a
が平行状態となる。このように密封端面22a,24a
が平行する状態では、密封端面22a,24a間を背圧
たる閉力FC に抗して開くだけの開力FO は生じない。
したがって、テーパフェースシール機能は発揮されない
が、密封端面22a,24aが流体膜を介して相対回転
摺接することによって、所謂端面接触形シールと同一の
機能により、良好なシール機能が発揮されることにな
る。すなわち、テーパフェースシール機能が発揮されな
い低圧条件下においても、テーパフェースシール構造か
ら端面接触形メカニカルシール構造へと自動的に変化し
て、良好なシール機能を発揮し、密封端面22a,24
a間から大量漏れが生じるようなことはない。
On the other hand, immediately after the start of the sealing operation or the like, that is, no pressure distortion occurs in the second sealing ring 24 (including a case where the pressure distortion disappears due to a pressure drop due to the stop of the rotating shaft 21). Below, the second sealed end face 2
4a is not deformed or elastically returns to its original state to form an annular plane orthogonal to the axial direction, and the sealing end faces 22a, 24a
Are in a parallel state. Thus, the sealing end faces 22a, 24a
There in a state parallel, the seal end faces 22a, opening force F O only open against the inter-24a back pressure serving closing force F C is not generated.
Therefore, although the tapered face sealing function is not exhibited, the good sealing function is exhibited by the same function as the so-called end face type seal by the relative rotation sliding contact between the sealing end faces 22a and 24a via the fluid film. Become. That is, even under a low pressure condition in which the taper face seal function is not exhibited, the taper face seal structure is automatically changed to the end face contact type mechanical seal structure, a good seal function is exhibited, and the sealed end faces 22a, 24 are provided.
There is no case where a large amount of leakage occurs between the points a.

【0044】なお、テーパフェースシールm2 において
は、第2密封端面24aをテーパ面に鏡面加工しておく
必要があるが、そのテーパ量Δは微小である(密封環2
2,24の径等のシール条件にもよるが、一般にはΔ=
3μm〜50μm程度である)から、このような加工は
極めて困難であり、密封端面24aの加工費(ひいては
密封環24の製作費)が徒に高騰する上、適正な加工精
度を確保することも容易ではない。しかし、第2シール
2 では、第2密封端面24aをテーパ面に加工してお
く必要がないから、このような加工上,製作上の問題は
ない。
In the tapered face seal m 2 , it is necessary to mirror-finish the second sealing end face 24 a into a tapered face, but the taper amount Δ is very small (the sealing ring 2).
In general, Δ =
Such a process is extremely difficult because the cost is about 3 μm to 50 μm), and the processing cost of the sealing end face 24 a (and the manufacturing cost of the sealing ring 24) rises unnecessarily, and appropriate processing accuracy can be ensured. It's not easy. However, the second sealing M 2, since it is not necessary to process the second sealing end face 24a to the tapered surface, such processing on the fabrication problems are not.

【0045】ところで、第1及び第2シールM1 ,M2
の構成は、上記した実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜
に改良,変更することができる。
By the way, the first and second seals M 1 , M 2
Is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention.

【0046】例えば、前記した構成の第1及び第2シー
ルM1 ,M2 は、何れも、密封端面の内周側領域が被密
封流体領域A1 となり且つ外周側領域が非密封流体領域
2となる場合にも使用することができる。但し、この
場合、第2密封端面14a,24aにおける外高状態と
内高状態との関係は、前記した場合と逆になる。例え
ば、第2シールM2 においてT>T0 とすると、高圧条
件下では、第2密封端面24aが外高状態に変形して、
テーパフェースシール機能を発揮する。また、第1密封
環12,22をシールケース13,23側に設け、第2
密封環14,24を回転軸11,21側に設けるように
することも可能である。
For example, in each of the first and second seals M 1 and M 2 having the above-described configuration, the inner peripheral area of the sealed end face is the sealed fluid area A 1 and the outer peripheral area is the non-sealed fluid area A 1. It can be used when it becomes 2 . However, in this case, the relationship between the outer height state and the inner height state on the second sealed end surfaces 14a, 24a is opposite to the case described above. For example, if T> T 0 in the second sealing M 2, the high pressure conditions, a second sealing end face 24a is deformed to the outside high state,
Exhibits the taper face seal function. Further, the first sealing rings 12 and 22 are provided on the sealing cases 13 and 23 side,
It is also possible to provide the sealing rings 14, 24 on the rotating shaft 11, 21 side.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明からも容易に理解されるよう
に、本発明によれば、カーボン製の第2密封環を使用し
た非接触形メカニカルシールにおいて不可避的に発生す
る第2密封端面の圧力歪によるシール機能低下を、第2
密封端面を特定の膜厚とした炭化珪素膜で構成すること
によって、確実に防止し得て、第2密封環に圧力歪が生
じる高圧条件下においても、良好なシール機能を発揮す
る非接触形メカニカルシールを提供することができる。
しかも、膜厚の調整により、高圧条件下における第2密
封端面の形状を自由に制御することができるから、シー
ル構造を含むシール条件に応じて、良好なシール機能を
発揮しうる非接触形メカニカルシールを容易に設計,製
作することができ、設計通りのシール機能を発揮させる
ことができる。
As can be easily understood from the above description, according to the present invention, the second sealing end face of the non-contact type mechanical seal using the second sealing ring made of carbon is inevitably generated. Reduction of sealing function due to pressure distortion
A non-contact type that can reliably prevent the sealing end face from being formed of a silicon carbide film having a specific thickness and exerts a good sealing function even under a high pressure condition in which pressure distortion occurs in the second sealing ring. A mechanical seal can be provided.
Moreover, by adjusting the film thickness, the shape of the second sealing end surface under high-pressure conditions can be freely controlled. Therefore, a non-contact mechanical device capable of exhibiting a good sealing function according to the sealing conditions including the sealing structure. The seal can be easily designed and manufactured, and the seal function as designed can be exhibited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1シールの一例を示す半截の縦断側面図であ
る。
FIG. 1 is a half cut longitudinal side view showing an example of a first seal.

【図2】図1の要部を拡大して示す作用説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory view showing an enlarged main part of FIG. 1;

【図3】膜厚が不適正な場合における第2密封端面の変
形状態を示す図2相当図である。
FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 2, showing a deformed state of a second sealing end surface when the film thickness is inappropriate.

【図4】第1シールにおける第2密封環の変形例を示す
縦断側面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional side view showing a modification of the second seal ring in the first seal.

【図5】膜厚Tと第2密封端面のテーパ量Δとの関係を
示した曲線図である。
FIG. 5 is a curve diagram showing a relationship between a film thickness T and a taper amount Δ of a second sealing end surface.

【図6】第2シールの一例を示す半截の縦断側面図であ
る。
FIG. 6 is a half sectional vertical side view showing an example of a second seal.

【図7】図6の要部を拡大して示す作用説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory view showing a main part of FIG. 6 in an enlarged manner.

【図8】従来の動圧形シールを示す半截の縦断側面図で
ある。
FIG. 8 is a half cut longitudinal side view showing a conventional dynamic pressure seal.

【図9】図8の要部を拡大して示す作用説明図である。FIG. 9 is an operation explanatory view showing an enlarged main part of FIG. 8;

【図10】従来のテーパフェースシールを示す半截の縦
断側面図である。
FIG. 10 is a half cut longitudinal side view showing a conventional tapered face seal.

【図11】第2密封端面が加工された又は弾性変形され
た環状テーパ面である場合において両密封端面間に作用
する圧力分布ないし開閉力を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory view showing a pressure distribution or an opening / closing force acting between the two sealed end faces when the second sealed end face is a worked or elastically deformed annular tapered face.

【図12】第2密封端面が加工された又は弾性変形され
た環状テーパ面である場合における両密封端面間の隙間
と開閉力との関係を示す曲線図である。
FIG. 12 is a curve diagram showing the relationship between the gap between the two sealed end faces and the opening / closing force when the second sealed end face is a worked or elastically deformed annular tapered face.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21…回転軸、12,22…第1密封環、12
a,22a…第1密封端面、13,23…シールケー
ス、14,24…第2密封環、14a,24a…第2密
封端面、141,241…密封環本体、141a…ノー
ズ部(密封環本体の一部)、142,242…炭化珪素
膜、27…環状空間、A1 …被密封流体領域、A2 …非
密封流体領域、M1 …第1シール(非接触形メカニカル
シール)、M 2 …第2シール(非接触形メカニカルシー
ル)、T…膜厚、Δ…テーパ量。
 11, 21 ... rotating shaft, 12, 22 ... first sealing ring, 12
a, 22a: First sealed end face, 13, 23: Seal case
, 14, 24 ... second sealing ring, 14a, 24a ... second dense
Sealed end face, 141, 241: Seal ring body, 141a: No
Part (part of the sealing ring body), 142, 242 ... silicon carbide
Membrane, 27 ... Annular space, A1... A sealed fluid area, ATwo… Non
Sealed fluid area, M1… First seal (non-contact mechanical
Seal), M Two… Second seal (non-contact type mechanical seal)
)), T: film thickness, Δ: taper amount.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1密封環とその構成材より軟質のカー
ボンからなる第2密封環とを、第2密封環に被密封流体
により弾性限度内の圧力歪が生じる高圧条件下で相対回
転させることにより、両密封環の対向端面たる第1及び
第2密封端面間にてその内外周側領域である被密封流体
領域と非密封流体領域とをシールするように構成された
非接触形メカニカルシールにおいて、 第2密封環をカーボン製の密封環本体とその一部に被覆
形成された炭化珪素膜とで構成して、 その膜表面を、上記圧力歪が生じない低圧条件下におい
て第1密封端面に平行する環状平面をなす第2密封端面
に構成すると共に、 その膜厚を、上記高圧条件下において、第2密封端面が
上記した低圧条件下での形状を維持すべく、当該炭化珪
素膜が前記密封環本体に生じる圧力歪とバランスする弾
性歪を生じるように、設定したことを特徴とする非接触
形メカニカルシール。
1. A relative rotation between a first sealing ring and a second sealing ring made of carbon softer than its constituent material under a high-pressure condition in which a pressure distortion within an elastic limit is caused in the second sealing ring by a sealed fluid. Accordingly, a non-contact type mechanical seal configured to seal a sealed fluid region and a non-sealed fluid region, which are inner and outer peripheral regions, between the first and second sealed end surfaces as opposed end surfaces of both sealing rings. Wherein the second sealing ring is constituted by a carbon sealing ring main body and a silicon carbide film coated on a part thereof, and the film surface is formed on the first sealing end face under a low pressure condition under which the pressure distortion does not occur. The silicon carbide film is formed on the second sealing end face forming an annular plane parallel to the silicon carbide film so as to maintain the film thickness under the high pressure condition so that the second sealing end face maintains the shape under the low pressure condition. Pressure generated in the sealing ring body A non-contact type mechanical seal characterized by being set so as to generate elastic strain balanced with force strain.
【請求項2】 第1密封環とその構成材より軟質のカー
ボンからなる第2密封環とを、第2密封環に被密封流体
により弾性限度内の圧力歪が生じる高圧条件下で相対回
転させることにより、両密封環の対向端面たる第1及び
第2密封端面間にてその内外周側領域である被密封流体
領域と非密封流体領域とをシールするように構成された
非接触形メカニカルシールにおいて、 第2密封環をカーボン製の密封環本体とその一部に被覆
形成された炭化珪素膜とで構成して、 その膜表面を、上記圧力歪が生じない低圧条件下におい
て第1密封端面に平行する環状平面をなす第2密封端面
に構成すると共に、 その膜厚を、上記高圧条件下において、当該炭化珪素膜
に生じる弾性歪と前記密封環本体に生じる圧力歪との干
渉により第2密封端面が第1密封端面との間に非密封流
体領域方向に漸次窄まる断面楔状の環状空間を形成しう
る環状テーパ面に弾性変形されるように、設定したこと
を特徴とする非接触形メカニカルシール。
2. A relative rotation between a first sealing ring and a second sealing ring made of carbon softer than a constituent material thereof under a high-pressure condition in which a pressure distortion within an elastic limit is caused in the second sealing ring by a sealed fluid. Accordingly, a non-contact type mechanical seal configured to seal a sealed fluid region and a non-sealed fluid region, which are inner and outer peripheral regions, between the first and second sealed end surfaces as opposed end surfaces of both sealing rings. Wherein the second sealing ring is constituted by a carbon sealing ring main body and a silicon carbide film coated on a part thereof, and the film surface is formed on the first sealing end face under a low pressure condition under which the pressure distortion does not occur. And a second sealing end face which forms an annular plane parallel to the inner ring. The thickness of the second sealing end face is controlled by interference between elastic strain generated in the silicon carbide film and pressure strain generated in the sealing ring main body under the high pressure condition. Sealed end face is first sealed A non-contact type mechanical seal which is set so as to be elastically deformed into an annular tapered surface capable of forming an annular space having a wedge-shaped cross section gradually narrowing in a non-sealed fluid region direction with an end face.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6845985B2 (en) * 2000-11-13 2005-01-25 Firma Carl Freudenberg Rotating mechanical seal
JP2009079634A (en) * 2007-09-25 2009-04-16 Nippon Pillar Packing Co Ltd Non-contact type mechanical seal
JP2010216489A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Eagle Ind Co Ltd Mechanical seal device

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JP2009079634A (en) * 2007-09-25 2009-04-16 Nippon Pillar Packing Co Ltd Non-contact type mechanical seal
JP2010216489A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Eagle Ind Co Ltd Mechanical seal device

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