JPS6228569A - 軸封装置 - 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】 〔発明の目的〕 「産業上の利用分野」 本発明は回転軸の軸封装置、特にメカニカルシールのよ
うに端面シールを行ない有毒とか可燃性の気体或は液体
のように絶対１こ漏らしては困る流体の軸封装置ｌこ関
する。

「従来の技術」 従来のこの種の装置例を縦断面図の第５図に示す。図に
おいて、ケーシング側内の空間Ｈは高圧の密封流体が、
封ぜられて諺り、Ａはケーシング側の外部側の大気のあ
る空間であって、空間Ｈの密封流体を大気側空間Ａへ流
出するのを防止しようとするものであり、回転軸３に一
体又は固定された回転リングｌの密封面／／と静止リン
グλの密封面一／が流体潤滑あるいは境界潤滑状態で摺
動するようになっている。

静止リングコはケーシング側に対してばねまで軸方向に
押されているが、ケーシング側に不図示の廻り止め部材
で係止され回転はしないようになっている。また静止リ
ングコがケーシング側に滑合し、軸方向にすべるところ
には０リングざが設けてあり、空間Ｈと空間りを分けて
いる。空間りと大気側空間Ａはケーシング側に密封固定
したカバー／Ｆの端面にフローティングリングシールル
がケーシングぐとフローティングリングシール６の間の
軸方向に配したばね／ｊにより圧接されている。

空間Ｈの密封流体の圧力ｐに対してｐ＋Δｐ（Δｐは数
に９／Ｃｍ２）の加圧液体が供給孔りをとおり空間りに
供給されており、回転リングｌと静止リングコの密封面
／／、／コ間は端面シール効果により、上記Δｐの圧力
差によって、空間りの液体が空間Ｈへ漏洩するのを防止
すると共、にフローティングリングシール６と回転軸３
間の摺動面により空間りの液体の大気側空間Ａへの漏洩
を抑えている。

「発明が解決しようとする問題点」 この装置は■高圧流体を密封する場合にはそれを封じ込
む液体の圧力を上昇するための特別の供給装置を必要と
する。■密封流体とそれを封じ込む液体の差圧を常に一
様に制御する必要がある。■接触形シールであるために
密封東件が厳しければどうしても信頼性に欠け、寿命が
短かい。■空間りは高圧でありシール６で液体が漏れる
ことにより大気圧状態になるため損失が大である。等の
問題を持っている。

本発明は回転軸の軸封を端面シールで行うような構成の
軸封装置における上記問題点を解消し、信頼性高く、特
別な昇圧装置を必要としない軸封装置を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

「問題点を解決するための手段」 本発明は回転軸とともに回転する回転リングと、ケーシ
ング側に取付けられた静止リングとの夫々の摺動面が押
圧されて摺動し咳摺動面により密封を行う軸封装置にお
いて、何れかの摺動面に回転リングの回転により低圧側
の液体を高圧側へ向って巻き込むスパイラル溝を高圧側
で行止るように設け、該スパイラル溝の高圧側終端部を
低圧側液体の存する空間に連通ずる通路を備えた軸封装
置である。

「作用」 回転軸が回転すると回転リングが回転し、スパイラル溝
の効果により行止まる高圧側に低圧側の液体が移動して
昇圧され動圧が発生する。

この昇圧された液体はスパイラル溝の高圧側終端部と低
圧側液体の存する空間に連通ずる通路をとおり低圧側空
間に流れ循環する。これにより、スパイラル溝の終端部
で昇圧された低圧側の液体により、高圧側の密封流体の
軸封を行なう。

「実施例」 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は縦断面図である。ｇｒ図の従来例と同様ケーシ
ング側内の空間Ｈには高圧の密封流体が封ぜられており
、Ａはケーシングぐの外部側の大気側空間である。空間
Ｌ（こは封入液体が供給されているが空間Ｈの密封流体
と同圧以下の圧力でもよく大気圧と等しくてもよい。又
空間りには密封用の液体が封入されているのみでも差支
えない。

回転軸３に一体又は固定された回転リング／の密封面／
／と静止リングλの密封面、２／が液膜を介して摺動す
る摺動面になっている。静止リング−とケーシング側間
には軸方向にばねよが配され、ばね！により静止リング
コは回転リング／に向って軸方向に押されているかケー
シングｌに不図示の回り止め部材で係止され回転しない
ようになっている。また静止リングコがケーシング側に
滑合している部分には０リングｌが設けてあり空間■と
空間りと分けている。

空間りと大気側空間Ａは、回転軸３に滑合しているフロ
ーティングリングシール６がケーシング側に密封固定し
たカバー／弘の端面にケーシング側とフローティングリ
ングシール６の間の軸方向に配したばね／ｊｌこより圧
接されていることにより密封遮断されている。

静止リング−の密封面コ／は正面図の第一図に示すよう
に平面の頂部９ａとスパイラル溝９ｂが交互に並ぶスパ
イラル溝部デとその外側に位置して頂部９ａと同一平面
のフラット部１０から成る。スパイラル溝９ｂは中心側
が突抜けており、外周側か行止まるよう（こなっている
。

スパイラル溝９１）終端部を連通ずるように設けた環状
溝／Ｊと低圧側空間りとは静止リング−に加工した絞り
部／６付きの連絡孔１７で連通され、スパイラル溝９ｂ
で昇圧した封入液体を低圧側へ流し、密封面／／、／−
の冷却作用を行う。絞り部ｌ乙の大きさは昇圧及び冷却
程度によって適宜選択する。

りはケーシングダに設けた空間りへ密封用に用いる液体
の供給孔であり、空間乙には低圧液体が充満している。

回転軸３の回転方向は第一図において反時計方向の回転
であってボンピング作用によりスパイラル溝９ｂは中心
側の開放端より液体を巻き込み、外周に向って動圧が発
生して昇圧し、スパイラル溝９ｂの終端部（最外周部）
では空間Ｈの密封流体の圧力よりもわずかに高い圧力が
発生し、また密封面／／、、２／間には液膜が形成され
、両密封面ｉｉ、ａ１間は流体潤滑される。

この流体潤滑の液膜の圧力は空間Ｈの密封流体が浸入し
ないか、もしくは空間り側の液体が微小量空間Ｈ側へ洩
れるようにする。このよう−こすることにより、空間Ｈ
側の密封流体が有害、或は自体有害でなくとも洩れるこ
とにより重大な支障を及ぼすものである場合に特効があ
る。

スパイラル溝９ｂの終端より環状溝／３に入った封入液
体は絞り部／６を通じて連絡孔／７より空間Ｌζこ流れ
て回転軸Ｊと静止リング−間を軸方向に向い循環する。

尚、回転軸３の停止時には静止リングコが回転リング／
に押付けられて完全接触状態となり、密封面のフラット
部で空間Ｈの密封流体を閉止する。

密封面／／、コ／のスパイラル溝９１）による空間乙の
封入液体の昇圧程度は空間Ｈの密封流体の圧力と他の押
付手段（例ばね３）による密封面／／、Ｊ／の押圧荷重
の選定で決定される。ここで空間Ｈの密封流体の圧力に
よる押圧荷重は押圧部面積Ｓ＝π（”！−ｒ＋）ａただ
しコｒ２は密封面／／、コｌの外径１，２　ｒｌは静止
リングλとケーシングダの滑合部の直径、で決る。

また空間乙に封じ込む液体は密封流体が気体である場合
には油、水、その他の液体を、液体である場合Ｊこは他
の安全な清浄液体を選ぶ。特　　　−に後者で異物を含
む液体を清浄な同種液体で密封することが望ましい。ま
た密封流体のある空間Ｈ側に漏れた空間りの封入液体は
、空間Ｈの密封流体が気体である場合には容易に分離で
き効果大であり、液体の場合には少量混入しても構わな
い場合について効果大である。

空間りに封じ込む液体は大気圧状態であっても良く、低
揚程ポンプで供給するか、あるいはポンプにこの密封装
置を使用する場合にはポンプの吸込側にある低圧状態の
液体そのものを導入しても良い。またこの液体は低圧状
態にあるのでフローティングリングシール６等の簡易な
シールで漏れを極力制限できる。この大気圧側のシール
はメカニカルシールあるいは他のシールでも勿論良くて
状況によって選定する。スパイラル溝９ｂは静止リング
コ側にあったが回転リング側でも良く、この場合は環状
溝／３は回転リングｌ側に附してもよく、静止リングλ
側に附してもよい。

第３図は本発明の他の実施例の縦断面図である。前実施
例におけるスパイラル溝部？での流れが外向き流れであ
るのに対し、この第３図の実施例では内向き流れである
。

空間Ｈは密封流体が存し、空間りには該密封流体を密封
するための液体が存し、空間Ａには大気が存する。

ケーシングｌに対する静止リングコの取付関係及び回転
軸３に対する回転リング／の関係は前実施例と同じであ
る。空間りは回転りング側に構成され、ケーシングｑに
密封固定した部材弘１に対して密封固定したカバー／グ
に対してフローティングリングシール６が押圧され、フ
ローティングリングシール６と回転軸３間が回転シール
となっている。

第亭図は静止リングλの正面図である。静止リングコに
設けたスパイラル溝９ｂは外周に突抜けており、中心側
では行止まっていて環状溝／ＪＪこより各スパイラル溝
９ｂは連通して＃す、環状溝／３より中心側にフラット
部１０がある。

環状溝／Ｊは回転リング／の軸方向に設けた絞り部／６
付の連絡孔／？により空間りに連通している。

回転軸３が第グ図において時計方向に回転すると空間乙
の液体はスパイラル溝９ｂに巻込まれ、中心側で動圧が
発生し、スパイラル溝？ｂの終端部（最内周部）では空
間Ｈの密封流体の圧力よりもわずかに高い圧力となり密
封が行われる。スパイラル溝９ｂから環状溝／３に入っ
た液体は絞り部／６を通じて連絡孔／７より空間りに流
れ循環する。

この実施例においてもスパイラル溝ｑｂ、項状溝／３は
回転リング１１靜止リングコの何れの側に附してもよい
。第コ実施例においてはスパイラル溝ｙｂの深さは十分
な動圧を発生しかつ極力薄い流体膜を形成するように例
えば封入液体の粘度により異るが３〜ｊＯμｍの大きさ
とする。

各実施例における回転リング１１靜止リングコの材質は
スパイラル溝を設ける側を硬質材料、特にセラミックス
（炭化珪素Ｓ１０又は窒化珪素５ｉＢＮ４が好適である
）としその相手の摺動部材はアルミナセラミックス、超
硬合金、ステンレス、高鉛青銅、普通鋳鉄、カーボン或
はスパイラル＠９ｂを設けた側の材質と同材質の何れか
が好適である。回転リング／と静止リング−の摺動面は
鏡面仕上されており、摺動はスパイラル溝の動圧効果に
より完全な流体摩擦によっているので実験によると摩擦
係数は０．００３と極めて低く冷却の必要が殆んどない
。従って、軸封用の循環する低圧側液体の冷却効果も加
えて完全に昇温は防止される。又スパイラル溝を設けた
部分は上記においてスパイラル溝を設ける部材は薄肉の
円板状として、静止リングコ又は回転リング／に接着し
てもよく、この相手部材もセラミックス系であるときは
同様に板状にして接着してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は回転軸とともに回転する回転リングと、ケーシ
ング側に取付けられた静止リングとの夫々の摺動面が押
圧されて摺動し該摺動面により密封を行う軸封装置にお
いて、何れかの摺動面に回転リングの回転により低圧側
の液体を高圧側へ向って巻き込むスパイラル溝を高圧側
で行止るように設け、該スパイラル溝の高圧側終端部を
低圧側液体の存する空間に連通ずる通路を備えた軸封装
置としたから ■　封入液体を昇圧する特別な供給装置を必要としない
。

■　封入液体と密封流体との圧力差を制御する装置を必
要としない。

■　密封面は非接触状態にあるために信頼性に優れ、寿
命は長い。

■　封入液体の外部への漏れは極めて少なく、損失も少
ない。

■　密封面の冷却作用を増大できる。

等の効果が生じた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は第１図の
静止リングの正面図、第３図は他の実施例の縦断面図、
第７図は第３図の静止リングの正面図、第５図は従来例
の縦断面図である。 ／・・回転リング　コ・・静止リング　Ｊ・・回転軸　
ダ・・ケーシング　ダト・部材　！・・ばね　６・・、
フローティングリングシール７・・供給孔　１．．０リ
ング　９魯−スパイラル溝部　９ａ・・頂部　９ｂ−・
スパイラル溝　１０１１・フラット部　／／、２／・・
密封面１３・・環状溝　／ダ・・カバー　７５−・ばね
　／６・・絞り部　／７・・連絡孔　Ａ、、Ｈ。 も・・・空間。 特許出願人　　株式会社荏原総合研究所株式会社荏　原
製作所 代　　理　人　　　新　　　井　　　−部第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転軸とともに回転する回転リングと、ケーシング
   側に取付けられた静止リングとの夫々の摺動面が押圧さ
   れて摺動し該摺動面により密封を行う軸封装置において
   、何れかの摺動面に回転リングの回転により低圧側の液
   体を高圧側へ向つて巻き込むスパイラル溝を高圧側で行
   止るように設け、該スパイラル溝の高圧側終端部を低圧
   側液体の存する空間に連通する通路を備えた軸封装置。