JPS6022227B2 - 熱の冷却を行うメカニカルシール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシール面に於ける熱の関数として非回転シール
リングのシール面に冷却を与える如く構成されたメカニ
カルシールに関する。

米国特許第３６２８７９叫号‘こ於ては一方の固定貝０
ち非回転シールリングに貫通通路を有する互に相対的に
回転可能のシールリングを有し、シール面に流体の漏洩
を可能となしてシ−ル面を潤滑し、これらの面を連続的
に冷却状態に保つのに役立つ如くなすメカニカルシール
が記載されている。

米国特許第３１４７０１３号は乾燥ガスシール組立体に
関係するもので、これに於てはシール機素のシール面の
少くとも１方を変歪させ又は曲げる装置が設けられて、
シール面の間に推進されたガスの少量の部分を捕捉し、
このようにして２つのシール面の間にクッション又は間
隙を形成させて摩耗を減小させシール面の固着（ｓｅｉ
ｚｕｒｅ）を阻止する如くなっている。本発明は、回転
軸が貫通する鞠閉口を有するハウジングに対して回転軸
を封止するメカニカルシール組立体を提供するもので、
このメカニカルシール組立体は、轍上に取付けられてこ
れと共に回転する如くなされ、藤の軸線方向の運動を制
限されている回転可能のシールリングと、非回転シール
リングとを含み、回転可能のシールリングと非回転シー
ルリングとは相対的に回転可能の封止関係に配置された
対向する大体半径方向のシール面を有する如くなされて
いて、更に回転可能のシールリングのシール面に流体の
冷却を与え、又シール面に於ける熱の関数としてシール
を通る流体の漏洩速度を増加させる如き自己補償シール
面を与える装置を含むものである。

このことはシール面の後方で静的流体へッド‘こ変化さ
れるシール部分の周囲に生ぜしめられる流体の速度ヘッ
ドを利用することによって達成される。本発明によるメ
カニカルシールの構成に於てはハウジング閉口と非回転
シールリングの後方の空所との間に非回転シールリング
の周囲に配置される関口又は溝によって流体の運通が行
われるのである。

多数の穿孔された通路が非回転シ−ルリングを貫通して
形成され「 これらの通路が相対的回転可能のシールリ
ングの間のシール面に密接して位置せしられている。非
回転シールリングの周囲の閉口又は溝の若干のもの又は
総てのものはキー溝となされ、これらのキー溝はハウジ
ングにシ−ルリングをキー止するキーを受入れている。

シール組立体の流体の速度ヘッドはシールリングの内方
よりもシールリングの周囲に於て大であるから、流体は
非回転シールリングの後方の空所に流れ「然る後に流体
速度ヘッドの更に小さい位置にある通路を通ってシール
面に密接した位置に流れてシール面に冷却作用を与える
のである。シールが作動していて流体が通路を流過して
いる時には平らなシール面は通路の直ぐ近い部分で曲げ
られる（ｗａｒｐ）。

このシ−ル面の曲り（Ｍｒｐａ袋）は非回転シールリン
グの面に小さい凹入部を形成させて、この凹入部は互に
接触するシール面の表面の半径方向に内方に伸長しトシ
ールリングを通る通路と運通する。冷却流体はこれらの
小さい凹入部に捕捉され、シール面の冷却に寄与する。
このような冷却効果に加えてこの構造により附加的な利
点が得られる。

非回転シールリングを通る通路は、このリングを支持リ
ングから離隔させて連接部で漏洩を生ぜしめる恐れのあ
る非回転シールリングの後方の圧力の蓄積を減小させる
のである。通路を通り凹入部に流入する流体の流れは通
路の直ぐ近辺の部分を冷却する。

通路の部分の接触面の曲りはシール面に発生される熱に
比例する。シール面に発生する熱の量はシールを通る漏
洩速度に比例する。若し漏洩速度が４・さげればシール
面に発生する熱の量は大であり、若し漏洩速度が大であ
れば発生される熱は小さい。従って接触面の曲りはシー
ルを通る漏洩速度を増大させてシ−ル面に生ぜしめられ
る熱の量を減小させる。

このようにしてシール面の冷却はシール面に発生する熱
の関数となるのである。さて図面を参照し、同じ符号が
何れの図面に於ても対応する部分を示す如くなっている
が、これらの図面に示されるメカニカルシール組立体は
軸亀１をハウジング１２に対して封止する如く働き、こ
の軸は図示されない軸受により回転を行う如く取付けら
れ、ハウジングの鯛開□１３を通って伸長している。

ハウジング１２は２つのハウジング部分１４及び１５を
有し、これらのハウジング部分は図示されないボルトの
如き適当な装置によって共に固定されている。ハウジン
グ部分１４及び１５はハウジング部分１４（又は１５）
に設けられた溝１７に受入れられている０１」ングガス
ケット１６により両者の連接部を通る漏洩を阻止するよ
うに封止されている。符号１８により示される固定シー
ルリング劉組立体はハウジング部分１５に取付けられ「
符号１９により示される協働する回転シールリング冨山
組立体は軸１１上に固定シールリング劉組立体と対向す
る封止関係に取付けられている。

第１図に示される如く軸１川ま軸部分２２より若干大き
い直径の藤部分２１を有し「鯛ｉｌはこれらの鞠部分の
間に肩部良０ち段部２３を有する。

大きい直径の軸部分２車上にはばねホルダー２４が取付
けられ「 このばねホルダーは鞠を取巻く環状部材の形
状となされている。割りリテーナーリング２５が藤１１
の溝２６内に支持され、もまねホルダー２５に形成され
た対向溝２７内に受入れられている。第１図に示す如く
リテーナーリング２５がばねホルダーを軸に沿って左方
に動かないように保持していることは明らかである。こ
ねばねホルダーは軸のキー路２９及びばねホルダーの対
応する溝３１に嫁合されたキー２８によって軸と共に駆
動則ち回転される。‘よねホルダーは図面には唯１つだ
け示されている長手方向に伸長する多数のばねポケット
３２を設けられていて、これらのばねポケットはばねホ
ルダーの円周方向に配置されている。コイルばね即ち螺
旋ばね３３がばねポケット内に圧縮されて配置され、Ｕ
形コップ状フオロワー３４に当接して第１図に示される
如くこれを右方に押している。このＵ形コップ状フオロ
ヮーはスカート３５を有する環状部材で、このスカート
がばねホルダー２４の外周上を長手方向に滑動するよう
になっている。駆動ピン３６がばねホルダーを通って半
径方向に外方に伸長し外端３７がＵ形コップ状フオロヮ
ーの長手方向の溝３８内に突出し、これによってＵ形コ
ップ状フオロワ−がばねホルダーと共に回転されるが、
ばねホルダーに対して長手方向には自由に糟動出釆るよ
うになっている。Ｕ形コップ状フオロワーは環状の突部
３９を有し、これの内周面が軸に沿って糟動するように
なっている。鞠部分２１上には回転シールリング４１が
精勤可能に取付けられてし、て、Ｕ形コップ状ガスケッ
ト４２がＵ形コップ状フオロワーの突部３９及び回転シ
ールリング４１の後方に向く面４３の間に介在されてい
る。

このようにしてガスケツトによって流体が鞠部分２１及
び回転シールリング４１の間の間隙を通して漏洩するの
を阻止している。回転シールリング４１の後方にはＵ形
コップ状フオロワ−３４の長手方向溝３８内に突出する
１体的の突部４４があって、この装置によって回転シー
ルリングがＵ形コップ状フオロワーによって駆動される
が、回転シールリングは或る限界内で軸の長手方向に猪
動出来るようになっている。回転シールリング４１Ｇよ
回転可能のシールリング４７の対応する面４６と封止関
係に配置される半径方向に伸長する環状面４５を有する
。シ−ルリング４軍及び４７は適当な数の円周方向に間
隙をおかれたキー４８１こよって連結され、これらのキ
ーは外側帯体４９によって定位層に保持され、夫々シー
ルリング４１及び４７の外周のキー溝５１及び５２に孫
合している。

シールリング４７は固定シールｉｊング劇組立体１８の
対応するシール面５４と封止関係にある半径方向に伸長
する環状シール面５３を有する。シール面５３及び５４
はシール面全体にわたって光学的平面度にラップ仕上さ
れている。固定シ−ルリング墓。

組立体１８は支持フランジ５５に取付けられ、支持され
ているが、このフランジはハウジング部分１５と１体的
に形成され、軸部分５５に向って大体半径方向に内方に
突出している。フランジ５５は環状で内周５６が軸部分
２２から僅かに間隔をおかれている図示された例示的な
具体例に於ては固定シールリング則組立体１８は支持リ
ング５７及び既述のシール面５４を有する固定シールリ
ング６８を含む複合構造となっている。

支持リング５７はフランジ５５に設けられた凹部５９内
に配置され、この凹部は更に伸長して支持リング５０と
共に環状室則ち空所６２を形成している。空所６２内の
○リングガスケット６３が空所６２から半径方向に内方
に支持リングとフランジとの間の連接部を通って流体が
漏洩しないように封止している。固定シールリング５８
は支持リング５７及び回転可能のシールリング４７の間
に配置され、支持リングに当接する環状突起６４を有し
、突起６４のシール面６５及び支持リングの対応する補
完的なシール面６６によって形成されるラップ仕上され
た流体密の連接部が間にある。キー路６７がハウジング
部分１５内に設けられ、このキー路は固定シールリング
の外周に向っている。

キー６８が溶接等によってキー路内に固定されている。
キーは固定シールリングの外周の多数の長手方向の溝６
９の１つの中に突出している。これによってハウジング
部分１５内で固定シールリングが回転するのを阻止され
ていることが判る。図面より判る如く、空所７川ま１部
ハウジング部分１５によって境界されて固定シールリン
グ５８の後方に設けられていて、空所７０‘ま空所６２
と流体の蓮適状態になっている。螺旋スナップリング７
１がハウジング部分亀５の溝７２内に受入れられていて
、スナップリングの半径方向に内方の部分はメカニカル
シール組立体が分解される時にハウジング部分１５内に
固定シールリング５８を保持するのに役立つ。

溝からスナップリングを取外すと固定シールリングはハ
ウジング部分から取出すこが出来る。溝６９の内の１個
がキー６８を受入れている多数の溝６９に加えて、固定
シールリング５８は多数の円周方向に間隔をおかれた軸
線方向の流体通路７３を有し、これらの通路７３は固定
シールリング５８のシール面５４及び６５から半径方向
に外方に僅かに間隔をおかれた位置に閉口している。

後述するようにシール組立体の作動の際に生ずるシール
面５４の局部的な曲りの為に凹入部７４が通路７３に隣
接して半径方向に内方にシール面５４に生ずる。これら
の凹入部は小さくｏ‐ｏｏｏｏ２５４肌（不意Ｓｎ）の
数分の−乃至約。

‐。。。ｏ２５４脚（市式忘市ｎ）の範囲にある。図面
は図示の為に誇張してこれらの凹入部を示している。溝
６９及び通路７３はハウジング部分１４の関口１３及び
ハウジング部分１５の空所７０及び６２の間の流体の蓮
通を与える。

リング４１，４７，５８及び５７は通常の材料より作ら
れることが出来、例えば回転シールリング４１，４７及
び支持リング５７は不銭鋼より作られ、固定シールリン
グ５８は炭素より作られ、回転シールリング４７は又ス
テラィト又はその他の硬質合金より作られることが出来
る。

図示の上述せるメカニカルシール組立体の作動が以下に
説明される。

水の如き液体がハウジング部分１４及びハウジング部分
１５の空所７０及び６２内にある。軸１１が回転すると
回転シールリング副組立体１９が固定シールリング５８
に対して相対的に回転される。流体の速度ヘッドはシー
ルリングの周囲にて大であるから流体の流れが溝６９を
通って固定シールリング５８の後方の空所７０及び６２
内に向って生じ、然る後速度ヘッドの小なる位置にある
通路７３を通って回転シールリング４７に向って生ずる
。若干の流体はシール面５４の凹入部７４によりシール
面５３及び５４に指向される。少量の流体がシール面５
３及び５４の界面を通り、次に軸１１に沿って組立体の
右方の空所内の流れる。このような漏洩は通常のもので
望ましいものである。何如ならばこの漏洩はシール面５
３及び５４の潤滑を行うのに役立ち、又冷却状態に保つ
のを助ける。併し面５３，５４の冷却の大部分は通路７
３を通る流体の流れによる。附加的な冷却作用は曲りが
シール面５４に生じた時にこのシール面に形成される凹
入部７４内に流れる流体により与えられる。通路７３を
通る流体の流れは通路７３の直ぐ近辺の部分を冷却する
が、通路が接触面５４に隣接している為に冷却作用がこ
の通路の近辺の部分の面５４の曲りを生ぜしめる。

このような曲りは凹入部７４の形成を行い、これがシー
ル面５３，５４の凹入部７４に直ぐ近い部分の冷却を向
上させる。通路７３はシール面５３，５４に隣接してい
るから、シール面５４の曲りはシール面に発生される熱
に比例する。若し漏洩速度が小さければ面に生ずる熱の
量は大であり、又漏洩速度が大であれば発生される熱は
少ない。従ってシール面の曲りはシールを通る漏洩速度
を増し、シール面を生じる熱の量を減じ、自己補償シー
ル組立体を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化するメカニカルシール組立体の
軸線方向断面図で第２図の線１−１により矢印の方向に
見た断面図。 第２図は第１図の線２−２により矢印の方向に見た断面
図。第３図は非回転シールリングの部分的拡大断面図。
第４、５及び６図は夫々第３図の線４−４，５一５及び
６−６により矢印の方向に見た断面図。１１……鼠、１
２……ハウジング、１４，１５・・・・・・ハウジング
部分、１８・・・・・・固定シールリング副組立体、１
９・・・・・・回転シールリング副組立体、２４……ば
ねホルダー「 ３４……Ｕ形コップ状フオロワー、４１
・・・・・・回転シールリング、４７・・・・・・回転
可能のシールリング、５７・・・・・・支持リング、５
８……固定シールリング、６２，７０……空所、６９・
・…・溝、７３・・・・・・流体通路、７４・・・・・
・凹入部。 み＆」， カタ，２， み＆ａ み○，子， 々傷ラ， 付夕，ら，

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸上に取付けられてこれと共に回転する回転可
   能のシールリング及びハウジングと共に環状の空所を形
   成する固定シールリングを含み、前記両方のシールリン
   グが相対的に回転可能の封止関係に配置される対向する
   概ね半径方向のシール面を有するようになされている、
   ハウジングに対して回転軸を封止するシール組立体に於
   て、前記固定シールリング５８を通つて伸長し、空所７
   ０，６２及びハウジング１５の１側の間を連通させる流
   体通路６９、及び前記流体通路６９よりも半径方向に内
   方の位置にて前記固定シールリングを貫通して伸長し、
   前記空所及び前記ハウジングの前記１側の間の流体の連
   通を行う第２の流体通路７３を有し、前記第２の通路７
   ３はシール面５３，５４に隣接する位置にて前記回転可
   能のシールリング４７に向つて開口し、これにより前記
   回転軸が回転すると流体が前記通路６９から前記空所７
   ０，６２に流れ、前記通路７３を通つて前記空所７０，
   ６２から前記ハウジング１５の１側に戻されるように流
   れて前記固定シールリング及びシール面に冷却を行うと
   共に、前記流体通路７３を通つて流れる流体がシール面
   ５４の曲り、及び流体を捕捉して前記シール面を横切る
   流体の流れを生じさせてシール面５３，５４の冷却を向
   上させる全体的な凹入部７４を生じさせるようになされ
   ていて、前記曲り及び冷却の向上の度合が前記シール面
   を横切つて流れる流体の漏洩速度に関係するようになさ
   れていることを特徴とするメカニカルシール組立体。