JPS5969572A - メカニカルシ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は冷却用流体又は緩衝用流体の循環を行うため
のポンプ装置をもつ２重屋メカニカルシールに関する。

最近もし１つのシール部材が損傷したときでも、作動を
継続できる２重型のメカニカルシールに対する需要が増
してきた。この型式のものにおいては、静止シールリン
グは一般にその各軸方向端と滑動密閉係合するように押
圧された回転可能なシールリングをもっている。この２
重型シールにおいて、軸を取シ囲む２つのシール部材間
に環状室が形成され、緩衝用流体又は冷却用流体がこの
環状室に供給されてシール面を冷却する。緩衝用流体は
外部の補助ポンプによって閉鎖システムを通って循環さ
れる。このシールにおいて、２つのシール部側は緩衝用
流体が極めて低い圧力のときは内側シール部材が主要シ
ール部材を形成するが、もし高圧の作動流体が緩衝室内
に漏出すると、外側シール部材が漏洩を防止することと
なる。これとは別に、緩衝用流体は作動流体の圧力より
も高い圧力でこの環状室に供給され、これによってこの
シールは作動流体の漏洩を防止する２重型シールとして
機能する。

２重型シールの共通の欠点の１つは、発生する過大な熱
と、シールを通る冷却用流体又は緩衝用流体の循環が困
難なことである。この循環運動は一般に外部の補助ポン
プによって行われるが、所要の補助？ンプは装置を複雑
にし、かつシステムの不信度を増すから大部分の使用者
はこのようなシステムを嫌う。

上記の問題に対する対応策として、ある製造業者は回転
軸を取囲むシールステータ内に細長いポンプ作用スリー
ブを固接することによってメカニカルシール内にポンプ
装置を形成した。

このポンプ作用スリーブはスリーブの内周表面に形成さ
れたらせん状のポンプ溝をもつ。しかし、らせん状のポ
ンプ溝は、その断面が小さいので、ポンプ作用を受ける
流体の流量に制約を加え、これによってこの装置の有効
性を極めて　５− 低くしている。さらにこのポンプ作用スリーブはかなシ
な場所を占め、これによって、このシールはある型式の
ものについてはパツキン箱内に装備するには不適当と云
うことができる。

従ってこの発明にかかるメカニカルシールは、上記の不
利点を克服するものである。この発明のメカニカルシー
ルは２重型シールとして用いられ、かつその内部にポン
プ装置を有し、これによって最適の冷却又は緩衝を実施
するだめに、かなりの量の冷却流体又は緩衝流体を十分
に循環して補助ポンプの使用が省略される。そのうえ、
このポンプ装置は極めて小型で１と壕シが良く、かつシ
ールステータ及びスリーブに直接に形成できるから、付
加的な構成要素を必要とせず、従ってシールを最小の軸
方向及び半径方向寸法のものとすることができる。

このメカニカルクールにおいて、スリーブはそれがボン
ゾロータとして機能するために、円周方向に間隔を保っ
て配置された溝をもっている。周囲を取巻くシールステ
ータは流入排出側　６− 通路をもち、これらの通路はスリーブに対してほぼ接線
方向に延び、スリーブはその回転によりポンプ作用を行
い、これによって冷却兼緩衝室及び外部流体回路をとお
り冷却用流体又は緩衝用流体を循環する。

このメカニカルシールは、さらに平衡構造を有し、即ち
作動流体によって、回転シール面に加わる軸方向の力は
、シール面上の熱発生を最小にするために、シール面間
の保合面積よシも僅かに小さい面積にわたって作用され
る。このシ〜ルハマタステータに対してシールロータを
押圧するために、スリーブを取囲む単一の大直径のコイ
ルばねを使用することが好適で、とれによって運動の妨
げのおそれを最小とし、かつ特に２重型シールとして用
いる場合にさらに耐食性を付加したものを提供する。

図面は突出する回転軸１２を有するハウジング１１をも
つ目【ンプのような流体処理装置と組合わされた２重型
メカニカルシール１０を示す。

ハウジング１１はシール１０を収容するため、軸１２の
周りを囲んだノぐツキン箱１３をもっている。

シール１０は軸１２を凹み、かつ止ねじ１７等で軸１２
に非回転的に取付けられた細長いスリーブ１６を含む。

このスリーブ１６は以下の説明において、シールステー
タ１８と称する環状グランドインサートによって囲まれ
ている。

炭素で造ることが好ましいこのステータ１８は、ねじ２
１などによってハウジング１１に固定されたグランド１
９によって囲まれ、これに非回転的にキー止めされる。

このシール１０はステータ１８の対向する軸方向端と隣
接して配置された１対の面シール装置を含み、一方はス
テータ１８の内側に、他方はステータ１８の外側に配設
される。

まず第１に内側面シール装置について述べれば、該装置
はパッキン箱１３内に配置され、かツスｌＪ−フ１６を
囲む第１シールロータ２２と称するシールリングをもっ
ている。第１シールロータ２２はその内側端から軸方向
外方へ延びる溝孔２３をもち、スリーブ１６の内端に形
成された舌状部２４がこの溝孔２３内に滑動可能に収容
されている。溝孔２３及び舌状部２４は第１シールロー
タ２２が軸方向に滑動するのを許し、かつスリーブ１６
に対して制限された角運動を可能にさせる。同時にこの
細長い溝孔２３と舌状部２４上の平らな側方表面との協
働によって、局部的な摩耗を防ぎ、第１シールロータ２
２の停止を防止する。

第１シールロータ２２の外端は環状面リング２７を囲む
突出環状７ランジ２６をもち、面リング２７は７ランジ
２６内にプレスばめされる。

この面リング２７には１つの第３シール面２８が設けら
れ、ステータ１８の隣接第１シール面２９と、回転可能
な滑動係合をする。

第１シールロータ２２は大直径をもつ単一のコイルばね
３１によってステータ１８に対して外向きに押動される
。ばね３工はスリーブ１６の周シを囲んだ状態で第１シ
ールロータ２２内に配置され、これによシばね３１の外
端は第２９− シールロータ２２に形成された環状肩部と当接する。ば
ね３１の内端は、第１図で示すよう力断面がＬ字形の環
状ばね受け３３と当接する。

このばね受け３３はばねの伸長を制限するため、スリー
ブ１６に形成された肩部３４と当接するように構成され
る。エラストマ材製ｏリングからなる第１シールリング
３６がばね受け３３の後と直接に隣接する軸スリーブ１
６を囲み、これによシ第１シールリング３６はスリーブ
１６の外周３７と、第１シールロータ２２の内周３８と
に密閉係合する。

ノ々ランスのとれたシールを提供し、これによって接触
圧力を最小にさせ、従ってシール面２８．２９間の発生
熱を最小にさせるために、外周３７の直径は第３シール
面２８の内径よシも太きいが、同シール面２８の外径よ
シも小さいように選択される。これによって第１シール
ｐ−夕２２と面リング２７とに圧力を生ぜしめ、この圧
力はパッキン箱１３内の圧力流体によるものであって第
１図において右方向に、シール１０− 面２８．２９間の接触面積よシも小さい面積に作用する
。したがってシール面２８．２９間の接触圧力はその接
触面積に応じた圧力よシも小さい圧力を受けることとな
シ、圧力流体の影善を受けることが少なくて低レベルに
維持されるから、シール面間の摩耗及び発生熱を最小に
させる。このような平衡を達成することは、従来技術に
おいても公知であるが、それにも拘わず、このように受
圧面積に不平衡を与えることは２重型シールに対しては
特に重要であると考えられる。

次にステータ１８の右方向に配置された外側面シール装
置において、スリーブ１６の他端から隔って配置される
が、その周シを囲みかつこれに非回転的に、ただし軸方
向には滑動可能に結合された環状の第２シールロータ４
１を含む。

スリーブ１６は環状カラー４２を有し、該カラー４２は
スリーブ１６から半径方向外方へ突出し、かつ１個以上
のビン４３がカラー４２から軸方向に突出する。これら
のビン４３は第２シールロータ４１に形成された凹部内
に滑入してこれらを非回転的に結合し、同時に第２シー
ルロータ４１の滑動及び少なくとも制限された傾斜運動
を許す。このカラー４２は止ねじ１７によってスリーブ
１６に固定される。カラー４２は第２シールロータ４１
と、スリーブ１６との間に同心状態に介装された環状ノ
・プ４４をもっている。この環状ハブ４４は、スリーブ
１６と密閉係合するための内側エラストマ０リング４６
及び第２シールロータ４１と密閉係合するための外側エ
ラストマ材製０リングから女る第２シールリング４７を
もっている。

第２シールロータ４１はその内側軸方向端から突出する
環状７ランジ４８、及びフランジ４８内に固定的にプレ
スばめされた環状面リング４９をもっている。面リング
４９は内側に第４シール而５１を有し、この第４シール
面５１はステータ１８の対向端に形成された第２シール
面５２と回転可能な滑動係合状態に維持される。ばね５
３が第４シール面５１を対向する第２シール面５２に当
接状態に押動する。

シール面５１．５２によって形成されたこの外側面シー
ル装置もまたバランス型であって、このバランスは第２
シール面５２の最大直径よシも小さいが、同シール面５
２の最小直径よシも大きく、第２シールロータ４１の内
径と等しい外径をもつ第２シールリング４７を提供する
ことによって達成される。このようにして第２シールロ
ータ４１と面リング４９に加えられる圧力は、シール面
５１．５２間の接触面積よシも小さい面積に作用する。

シールを冷却するために、冷却流体又は緩衝流体を収容
する内部環状室５６が設けられる。

この環状室５６はスリーブ１６と、これを取巻くステー
タ１８と、ロータ２２，４１とによって形成され為。環
状室５６は両端においてシールリング３６．４’ｌによ
って密閉される。流体はグランド１９を通って半径方向
に延びる流入ｙｌ？−）５７を介して環状室５６に供給
され、該ポート５７は次にステータ１８を貫通す石流入
１３− 通路５８と連通ずる。環状室５６からの流体は同様にし
てステータ１８を貫通し、かつグランド１９を半径方向
に貫通する排出ポート６２と連通ずる流出通路６１を通
って排出される。これらのポー）５７．６２は、冷却流
体又は緩衝流体用の閉鎖外部回路を構成する適当寿導管
に接続され、この回路には一般に熱交換器を組込んでい
る。

流体がステータ１８とグランド１９との間を流れるとき
に漏失するのを防ぐために、１対の０リング６３がステ
ータ１８を囲んでグランド１９と密閉係合し、これらの
０リング６３は上述のポート及び両通路の両側で軸方向
に配置される。

環状室５６を通って最大量の流体の循環を達成するため
に、このシール１０はこれと一体に構成されたポンプ装
置を具備する。このポンプ装置はスリーブ１６にポンプ
ロータ部を形成することを含み、図示の実施例では、こ
のポンプロータ部はスリーブ１６の外周に形成された複
１４− 数の軸方向に細長い溝６６によって形成される。

これらの溝６６は、スリーブ１６を取囲み、円周方向に
隔って配置され、通路５８．６１の内端と直接に整合す
るように配置される。さらに通路５８．６１はスリーブ
１６上に形成されたポンプロータ部に対して実質的に接
線方向に延びるように形成されている。溝６６は第１図
に示すように、これらの溝がポンプ作用を最大にするた
めに、通路５８．６１の両端を越えて僅かな距離だけ外
方へ突出するような軸方向長さをもっている。

作動について述べれば、冷却流体又は緩衝流体はボート
５７及び通路５８をとおって環状室５６に供給される。

スリーブ１６が回転すると、その上に形成されたポンプ
溝６６によって、環状室５６内の流体は加圧されて環状
室５６内を循環され、その若干は出口通路６１をとおっ
て排出され、これによって熱交換器を含む外部の回路を
とおって再循環される。このようにして、冷却流体及び
緩衝流体は適切かつ正確に循環されて、シールの最適な
冷却を実施し、かつ他の外部ポンプを要せずに全回路に
わたって循環される。シール１０に一体に組合わされた
ポンプ装置は、ポンプロータ部がスリーブ１６の一部と
して形成され、かつ通路５８．６１がポンプロータ部に
対して接線方向に向いて配置されてポンプ効果を最適に
しているから、きわめて簡潔かつ単に既存のシール要素
を使用するのみである。これらの構造と配置との関係は
、スリーブ１６とステータ１８との間に僅かな狭い環状
室を形成する両者の密接な包囲関係とともに、シールの
半径方向及び軸方向寸法を最小にすることができ、しか
も同時に冷却用流体又は緩衝用流体の効果的な循環を許
す。

シール１０が通常のように２重型シールとして用いられ
るときは、主密閉作用は内側シール面２８．２９によっ
て実施されて圧力流体がパツキン箱１３から漏出するの
を防止するが、この場合流体は３００〜４５０　ｐａｌ
のような高い圧力にある。これに反し、環状室５６に供
給される冷却用流体又は緩衝用流体は、大気圧より僅か
に高い程度に加圧されているに過ぎず、この圧力は流体
を循環させるに足るものである。

しかし、もしシール面２８．２９が漏洩すれば、パッキ
ン箱１３内の加圧された流体は環状室５６内に漏出し、
外側シール面５１．５２が少なくとも一時的に漏洩を防
止する。

二重型シールとして用いる場合、冷却用流体又は緩衝用
流体は作動流体よシも２５　ｐｓｉ程度高く、この場合
には環状室５６はこれよシも高い圧力レベルにあって、
シール面２８．２９及び５１．５２の両方の適切な密閉
を行う。

以上開示した実施例は、スリーブ１６上にポンプロータ
部を形成するために溝６６を設けたが、このポンプロー
タ部はスリーブ１６上の他の型式の不規則表面とするこ
とによっても形成でき、この不規則表面は、スリーブを
取囲み、かつ接線方向通路５８．６１と流通する環状／
？ンドを形成することによっても同様の効果を得ること
ができる。例えば、冷却用流体又は緩衝１７− 用流体のポンプ作用を実施するために、溝６６の代りに
環状の刻み目付きの・々ンドをスリーブ１６の外側面に
設けることができる。

発生圧力の結果として平衡を得るために、シールリング
３６．４７に関して、このシール１０はさらに、高圧の
冷却用流体又は緩衝用流体が環状室５６内に供給された
場合に、シール面間に過剰な接触圧力が生ずるのを防ぐ
ために逆子衡機能をもつ。この平衡機能を得るために、
シールリング３６の外径はシール面２９の最大直径より
も僅かに小さいことが好適でアシ、これによって冷却用
流体又は緩衝用流体によって第１シールロータ２２に作
用する圧力は、シール面２８．２９間の面積よシも小さ
い面積に作用する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の第２図の線Ｉ−■に沿って
とられた断面図、第２図は第１図の線■−■に沿ってと
られた断面図、第３図は第１図の線■−■に沿ってとら
れた拡大断面図で１８− ある。 １０・・・メカニカルシール　１１・・・ハウジング１
２・・・回転軸　　　　　１３・・・ノぞツキン箱１６
・・・スＩ）−ｉ　　　　　　１８・・・シールステー
タ２２・・・第１シールロータ　２７・・・面リング２
８・・・第３シール面　　２９・・・第１シール面３１
・・・コイルハネ３６・・・第１シールリング３７・・
・外　周　　　　　３８・・・内　周４１・・・第２シ
ールロータ４２・・・カフ−４７・・・第２シールリン
グ　　４９・・・面リング５１・・・第４シール面５２
・・・第２シール面５３・・・ば　ね　　　　　５６・
・・環状基５８・・・流入通路　　　　６１・・・流出
通路６６・・・ポンプ溝 １９−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ハウジングから突出し、かつこれに対して回転可
   能な軸をシールするメカニカルシールであって、軸を取
   囲み該軸に非回転的にかつ密閉的に取付けられたスリー
   ブと、スリーブを取囲んで配置され、スリーブとの間に
   狭い環状室が形成され、ハウジングに対して非回転的に
   取付けられ、軸方向両端に環状第１゜第２シール面を有
   する環状シールステータと、スリーブを取囲み、シール
   ステータの一方の側に軸方向に隣接して配置されてスリ
   ーブに非回転的に取付けられ、環状室と連通ずる第１項
   状区域をスリーブとの間に形成する第１シールロータと
   、スリーブと第１シールロータとの間に配置されて第１
   ｇｉ状区域の末端を密閉的に閉鎖する変形可能な第１シ
   ールリングと、第１シールロータの一端に設けられ、か
   つ第１シール面と滑動接触状態に維持される環状第３シ
   ール面と、スリーブを取囲み、シールステータの他方の
   側に軸方向に隣接して配置されてスリーブに非回転的に
   取付けられ、現状室と連通ずる第２猿状区域をスＩＪ−
   ブとの間に形成する第２シールロータと、スリーブと第
   ２シールロータとの間に配置されて第２環状区域の末端
   を密閉的に閉鎖する変形可能な第２シールリングと、第
   ２シールロータの一端に設けられ、かつ第２シール面と
   滑動接触状態に維持される環状第４シール面と、環状室
   をとおって流体を循環させるために、シールステータを
   その内側端がスリーブに対して実質的に接線方向を向く
   ように貫通した流入、流出両通路、及びスリーブの一部
   に両通路の内側端と隣接して形成され、かつ環状室内の
   流体のポンプ作用を実施するための不規則形状の環状表
   面からなるポンプ装置とを具えているととを特徴とする
   メカニカルシール。 ２、　スリーブの不規則形状表面が円周方向に隔たる複
   数の溝によって形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のメカニカルシール。 ３、　第１シールリングが、スリーブ上に形成された第
   １．第３シール面間の環状接触区域の最小直径よりも大
   きい直径の外周面と密閉的に接触していることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載のメカニカル
   シール０ ４、第１シールリングが、第１シールロータニ形成され
   た第１．第３シール面間の環状接触区域の外径よシも小
   さい直径の内周面と密閉的に接触していることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載のメカニカルシール。 ５、　流入、流出両通路が、環状室をとおって循環する
   流体用の外部閉鎖回路に接続されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲上記各項のいずれか１項記載のメカニ
   カルシール。