JPS63501374A - シ−ルアセンブリ - 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】 ｉ街ニオ」Ｌ この発明はシールアセンブリ、とくにポンプのような加圧容器のハウジングを貫 通する回転軸用のメカニカルシールアセンブリに関する。

ｌ見且王 ポンプのハウジングに対して回転軸をシールする通常の方法では、対向し当接す るシール面を備えた１対のシール部材を組み込んだメカニカルシールを用いて、 シール面から流体が漏出するのを防止している、つまりシールを行っている。シ ール部材の一方は、従来の方法においては、ポンプハウジングに対して固定され ている固定シール部材であり、もう一つのシール部材は、軸と共に回転する回転 シールである。

従来のシールアセンブリの場合、色々な形体の押圧手段を用いてシール部材の当 接面を相対的に堅い接触状態に保ち、流体がシールアセンブリから漏出するのを 防いでいた。しかしながら、従来の押圧手段は、一定の力を加えてシール部材の 当接面を相対的に堅い接触状態に保持しているため、シールが完全であるには、 加える力が十分でなければならず、また特に何らかの原因で、加圧容器内の流体 圧が相当に増大した場合でも、加える力が不十分になって適切なシールができな くなる程押圧手段が劣化するようなことがあってはならない。

さらに、従来のシールアセンブリの場合、シール部材の当接面によって適当なシ ールをおこなわなければならないということが重要である。従って、シールアセ ンブリが充分に働くには回転シール部材の位置が重要となる。しかしながら、ポ ンプの回転軸の軸方向の位置をポンプハウジングに対して調節しなければならな い場合がある。特に、ポンプがスラリ吸い上げ用遠心ポンプで、ポンプのロータ および／またはポンプハウジングの隣接する内表面がスラリ内の固体粒子の磨耗 作用によって摩損する場合には、その調整が必要である。ロータの位置を軸方向 に調節するのは難しい。というのは、ロータの位置は、ポンプハウジングに対し て調整しなければならないからである。

上記の問題の１つの解決策は、ポンプハウジングの基礎構造体に対して移動可能 な基礎構造体にカートリッジ式軸受アセンブリを調節自在に支持し、その軸受ア センブリにロータ軸を支持することによって、ポンプ内のロータの調節を行うよ うにすることである。しかし、このような解決策は、メカニカルシールのシール 部材の両面の当接状態を保全するために軸を調節することを考慮していない。こ のもう一つの問題の解決策がアメリカ特許第３，９７７．７３７号および第４， ５０９，７７３号の明細書に開示されたシールアセンブリにおいて実施されてい る。これらの特許においては、軸受アセンブリがポンプのハウジングの開口部を 介して、軸方向に調節されかつ開口部に対してシールされるように、固定シール 部材を支持するハウジングを軸受アセンブリに取り付けている。

このような構成では固定シール部材を支持するハウジングを軸方向に調節しなが ら軸と共に移動させると、二つのシール部材は、両シール面の当接状態を保持し つつ共に移動するので、シール面の調節を別個に行う必要はない。

しかしながら、アメリカ特許第３，９７７．７３７号および第４，５０９，７７ ３号のアセンブリは、どちらも一定の力を加える押圧手段を組み込んでおり、ア メリカ特許第３，９７７．７３７号のアセンブリの場合はこの押圧手段は、二つ のシール部材のうちの一つに作用するばねであり、アメリカ特許第４，５０９， ７７３号の場合は弾性リングである。

さらに、アメリカ特許第３，９７７．７３７号と第４，５０９゜７７３号のシー ルアセンブリでは、固定シール部材を支持するハウジングをボルトで軸受アセン ブリに強固に取り付ける必要があるが、これは軸受アセンブリの構成部品の正し い許容差や心合わせを要求する。

また、強固に取り付けると望ましくない振動が軸受アセンブリの部品を通ってシ ール面に伝わるため、シール面が欠けたり、割れたりしてその寿命が短くなる。

さらに、このようにボルトによって連結した場合、それを回して締めたり、ゆる めたりしなければならないから、装置の設置や保守や修理の際に、装置の組立や 分解が複雑になる。中でも、スラリ（腐蝕性のものもある）を吸い上げている時 や、ボルトをはずすのが時間の経過によってむづかしくなった場合は、特にそう である。

主豆立夏主 この発明の目的は、押圧力を加えてシール部材の面を堅いシール係合の状態に保 ち、かつ加圧容器内の流体圧の増大に比例して次第に増大する押圧力を考慮した 手段を組み込んだシールアセンブリを提供することにある。

従って、いま述べたこの発明の態様が提供するのは、加圧容器の壁に設けられた 開口部を通って容器内に延びる回転軸をシールするためのメカニカルシー）レア センフ″りであって、このアセンブリは、当接するシール面を有し、かつシール ハウジング内ニ保持されている回転シール部材と固定シール部材とから成り、前 記ハウジングは相対的に非圧縮性の流体を収容する小室を形成するダイヤフラム を支持し、そのダイヤフラムの外表面の一部は加圧容器内の流体圧を受けており 、その外表面の他の部分は、前記固定シール部材をそのシール面の対向側で支持 している。

このような構成では、前記ダイヤフラムに作用する前記加圧容器内の流体圧が少 しでも増大すると、ダイヤフラム内の流体の圧力も次第に増大するから、固定シ ール部材に加えられる圧力よりシール部材の両面間のシール力が増大する。

この発明のもう一つの目的は、固定シール部材を支持するハウジングと軸受アセ ンブリとを強固に連結させない構成とすることである。

この態様が提供するのは、軸方向に調節可能な軸受アセンブリをそなえ、加圧容 器の壁に設けられた開口部を通って加圧容器内に延びる回転軸をシールするメカ ニカルシールアセンブリであって、このメカニカルシールアセンブリは、当接す るシール面を有し、前記回転軸と共に軸方向に移動可能なシールハウジング内に 保持された回転シール部材と固定シール部材とから成り、シールハウジングの一 部は軸受アセンブリの一部と当接して、ハウジングが軸方向に加圧容器の外側へ 動かないようにしている。

このようなメカニカルシールアセンブリでは、加圧容器内で、シールアセンブリ のハウジングの一方の端部に作用する流体圧が、ハウジングとアセンブリとを軸 方向にかつ外方向にハウジングのもう一方の端部が軸受アセンブリと接触するま で移動させるので、ハウジングと軸受アセンブリとを強固に連結させる必要がな いから、先述したような強固な連結により生ずる問題が解消する。

ス　の′−゛な量日 この発明の両皿様を含んだ１つの好ましい実施例を添付図面と関連させて説明す る。

第１図は軸受アセンブリを組み込んだポンプアセンブリと、この発明によるメカ ニカルシールアセンブリとを示した部分断面側面図、第２図は第１図のメカニカ ルシールアセンブリの拡大図。

日を　るための　麓の　法 第１図には、この発明によるメカニカルシールアセンブリ１１を組み込んだポン プアセンブリ１０が示されている。このポンプアセンブリ１０は、電動機のよう なモータ（図示省略）により駆動される軸１３により回転する遠心羽根車１２を 備えている。

この羽根車は、支持部１５に取り付けられたハウジング１４内に位置している。

ハウジング１４には流体が流入する入口１６と、流体が排出される出口１７とが ある。軸１３は受け台１８により支持され、かつこれに固定されており、受は台 １８は固定基礎構造体１９により支持され、かつこの構造体に対して軸方向に調 節可能である。ハウジング１４、支持部１５、基礎構造体１９は、共に固定し合 っている。

受は台１８は間隔をおいて設置された一対のころ軸受２０と２１を支持しており 、各ころ軸受は軸受アセンブリにボルト２２ａと２３ａで固定された軸受ブラケ ット２２と２３にそれぞれ当接している。軸受２０と２１は軸１３に取りつけら れており、軸受ブラケット２２は軸１３を包囲する汚物防禦用シール２４とつな がっている。メカニカルシールアセンブリ１１は軸１３に沿ってポンプハウジン グからの流体の漏出を充分に防止する構造を有し、また軸１３を包囲し、かつ軸 受ブラケット２３とポンプハウジングとの間に位置し、さらにシールハウジング ２５内に支持されている。

ハウジング１４に対して羽根車１２を軸方向に調節すると、羽根車とハウジング との間のクリアランスＣを調節することができ、この調節は受け台１８を軸方向 に動かして、つまり軸受アセンブリと軸と羽根車とを軸方向に移動させることに よって行う。

第１図で示されたように、受は台には、外部出張り２６が設けられていて、これ が基礎構造体１９の長孔２７を貫通している。出張り２６の内側にはねじが切ら れていて、そこにねじ２８を挿し込み、カラー２９をはめて、ねじ２８を基礎構 造体１９に軸方向に固定する。受は台１８は、その長孔（図示省略）から基礎構 造体１９のねじ付き開口部（図示省略）内にさし込んだボルト３０によって基礎 構造体に取り付けられている。ボルト３０をゆるめてねじ２８をまわすと、受は 台１８を軸１３と羽根車と共に軸方向に移動させて、クリアランスＣを調節する ことができ、調節が終るとボルト３０を再び固く締めてアセンブリを調節位置に 固定させる。

メカニカルシールアセンブリは、焼結アルファ炭化珪素のような適当な材料で形 成され、軸１３を囲むシールリングの形状をした一対のシール部材３１と３２と よりなっている。これらのシール手段は当接し重なり合ったシール面３３と３４ を有している。

第１図および第２図に示されているように、シール部材３１は軸１３を囲む円筒 状のスリーブ３６に連結用リング３５を介して連結されて、スリーブ３６と共に 回転し、さらにポンプハウジング内に延びて羽根車１２の隣接側部と当接する。

固定シール部材３２はダイヤフラムアセンブリ３７を介してシールハウジング２ ５に連結されており、シールハウジング２５は開口部を通ってポンプハウジング 内に入り込んでいる。シールリング３８は開口部の周りの溝３９に設けられてシ ールハウジングの外表面をシールしているが、同時にポンプハウジングの開口部 内でシールハウジングが相対的に軸方向に移動することを考慮している。

図示されているように、シールハウジング２５０対向端は、軸受ブラケット２３ と当接している。また、ポンプハウジングの内部でシールハウジングの対向端に 流体圧が作用して、この対向端を前記軸受ブラケットに対して保持している。だ から、シールハウジングと軸受アセンブリの間を、たとえばボルト連結を用いて 強固に結合させる必要がなくなる。

前述の米国特許出願明細書に記載のアセンブ、りは、ボルト連結結を用いている 。このような固定連結具を用いない構成にしたのは、各構成部品の正しい許容差 や心合わせの欠如を考慮したからであり、この構成によりボルト連結の着脱にと もなうめんどうな作業が不必要になるし、また震動がシール面に伝達されてシー ル面が損傷を受けることもなくなる。

シールアセンブリが軸と共に回転しないようにシールハウジング２５は、内部に 、複数個の円周方向に間隔をおいて形成されたスロット２５ａを有している。ス ロットの端部にはボルト２３ａの頭部が係合して接合部として機能し、シールハ ウジングの回転を、つまりはシールアセンブリの回転を防止している。

前述したように、固定シール部材３２は、ネオブレンもしくはそれと同類の物質 から作られたダイヤフラム４０からなるダイヤフラムアセンブリによって支持さ れている。このアセンブリは、締付部材４１を介してシールハウジング２５と相 対する位置に保持されている。ダイヤフラム４０はＵ字状の断面をもち、そのＵ 字の片側の自由端は、シールハウジングの端部と締付部材４１の間で締付けられ ている。

締付は部材４１は、図示するように４２でシールハウジングの端部にねじ止めさ れている。一方、ダイヤフラムのＵ字の他の自由端は、締付部材４１と内部止め ナフト４３の間で締付けられている。この止めナフト４３は、４４で締付部材４ １の端部にねし止めされている。ダイヤフラムは、内部小室４５を形成し、この 小室には相対的に非圧縮性の流体が充満している。ダイヤフラムの一部は、固定 シール部材４２に、そのシール面の対向側で接しており、圧縮ばね４７と協働す るホルダー４６によって、固定シール部材に対して保持されている。この圧縮ば ね４７は、締付は部材４１の盲穴４８の内に保持され、ホルダ４６に働きかけて いる。固定シール部材の上に位置するダイヤフラムの壁部の外面は、ポンプハウ ジング内の流体の圧力を受けている。この流体の圧力はダイヤフラム内の流体に 伝達され、このダイヤフラム内の流体は、固定シール部材３２に隣接するダイヤ フラムの一部に、ホルダー４６を介して、作用を及ぼす。であるから、流体圧が 、ポンプハウジングの中で増加もしくは減少するにつれて、ダイヤフラム内の流 体圧が比例的に増加もしくは減少し、また、固定シール部材３２に働いてそのシ ール面を回転部材３１の当接シール面に強固にシール係合させる押圧力も同様に 、増減すること、このことは、明白である。固定シール部材３２に隣接する環状 面の幅を拡大もしくは縮少して、その箇所の表面積を増大もしくは減少させるこ とによって、固定シール部材に伝達される力を増減させることができる。だから 、その表面の幅が、ケースに応じた押圧力条件を満たすようにダイヤフラムを形 成することができる。

第２のメカニカルシールアセンブリ４９は、シールハウジング２５の内部に設け られている。このシールアセンブリ４９は、軸を囲んでいるスリーブ３６に固定 され、かつこのスリーブ３６と一緒に回動可能な回転シール部材５０よりなって いる。０リング５１が、このシール部材５０と軸の間に置かれている。他方、固 定シール部材５２は、シールハウジングに固定され、かつ圧縮ばね５３により押 圧されて回転シール部材５０に係合している。圧縮ばね５３は、シールハウジン グの一部を成す半径方向に内向きのフランジ５５に形成された盲穴５４の内部で 支持されており、固定シール部材５２に作用して、固定シール部材を回転シール 部材に係合させている。

もう一つの０リングが、フランジ５５と固定シール部材５２との間に挿入されて いる。チェンバ５６が、シールハウジングとスリーブと二つのメカニカルシール アセンブリとで形成されている。冷却液、たとえば水は、入口５７からチェンバ ５６を通り、出口（図示せず）へと循環する。チェンバ５６の内部でシール部材 ３１と３２に当って循環するこの水は、スラリ状の流体のような汚れた流体が両 シール部材のシール面の間隙から漏れてくるような場合には、それを洗い流す役 目をする。さらに、この循環流体は、特に監視されていないポンプの場合など、 事故によって、ポンプが乾燥状態で動き、ために吸い上げられた流体の潤滑効果 がなくなり、両シール部材のシール面が乾燥して、過熱および・あるいは急速摩 耗を結果するような場合においても、シー、ルアセンブリを湿潤状態に保つ投口 をはたす。循環量は、通常１時間当たり約２〜３ガロンで充分である。

国際調査報告 ＝１−、ｉ＠−、＝、、、、、、、−、、、ＰＣＴ／ＡＵ８５１００２フ８ＡＮ ＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　：Ｎ”、Ｅ′ＩＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲ１ｉＡＴＩＯＨＡＬＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＮｏ、ＰＣ Ｔ／Ａｌ１８５１００２７８ＥＮＤ　ＯＦ　ＡＮＮＥＸ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．その壁に形成された開口部を通って加圧容器の中に延びる回転軸用のメカニ カルシールアセンブリで、当接するシール面を有しかつシールされたハウジング の中に保持された固定シール部材と回転シール部材とから成るメカニカルシール アセンブリにおいて、前記のハウジングが、相対的に非圧縮性の流体を収容する 小室を形成するダイヤフラムを支持し、このダイヤフラムの外表面の一部が前記 加圧容器内の流体圧を受け、前記外表面の他の部分が前記固定シール部材をその シール面の対向側で支持していることを特徴とするメカニカルシールアセンブリ 。
2. ２．前記シールハウジングが一つのチャンバを形成し、このチャソバの中を通っ て、流体が、前記加圧容器の内部と対向するシール部材の側方で、シール部材と 接触して循環し、かつこの流体が前記シール部材から漏出する流体を洗い流し、 必要な場合に、前記シール面に潤滑性を与えることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載のメカニカルシールアセンブリ。
3. ３．その壁に形成された開口部を通って加圧容器内へ延び、軸方向に調節可能な 軸受アセンブリを備えた回転軸用のメカニカルシールアセンブリで、前記軸とと もに軸方向に可動のシールハウジングの内部に保持され当接するシール面を有す る固定シール部材と回転シール部材とからなるメカニカルシールアセンブリにお いて、シールハウジングの一部が前記軸受アセンブリの一部と当接しており、ハ ウジングが軸方向に前記加圧容器から外側へ動くのを防止していることを特徴と するメカニカルシールアセンブリ。
4. ４．前記シールアセンブリが一つのチャンバを形成し、このチャンバの中を通っ て流体が、前記加圧容器の内部と対向するシール部材の側方で、シール部材と接 触して循環し、かつこの流体が前記シール部材から漏出する流体を洗い流し、必 要な場合には、前記シール面に潤滑性を与えることを特徴とする請求の範囲第３ 項に記載のメカニカルシールアセンブリ。
5. ５．その壁に形成された開口部を通って加圧容器内に延び、軸方向に調節可能な 軸受アセンブリを備えた回転軸用のメカニカルシールアセンブリで、前記軸とと もに軸方向に可動のシールハウジングの内部に保持されかつ当接するシール面を 有する固定シール部材と回転シール部材とからなるメカニカルシールアセンブリ において、前記ハウジングが相対的に非圧縮性の流体を収容する小室を形成する ダイヤフラムを支持し、このダイヤフラムの外表面の一部が前記加圧容器内の流 体圧を受け、前記外表面の他の部分が前記固定シール部材をそのシール面の反対 側で支持し、シールハウジングの一部が軸受アセンブリの一部に当接して、ハウ ジングが軸方向に前記加圧容器から外側へ動くのを防止していることを特徴とす るメカニカルシールアセンブリ。
6. ６．前記シールアセンブリが一つのチェンバを形成し、このチェンバの中を通っ て、流体が前記加圧容器の内部と対向するシール部材の側方で、シール部材と接 触して循環して、前記シール部材から漏出する流体を洗い流し、必要な場合には 、前記シール面に潤滑性を与える役目をすることを特徴とするメカニカルシール アセンブリ。
7. ７．添附の図面に関連させて、以上に述べたところのメカニカルシールアセンブ リ。
8. ８．回転軸、軸受アセンブリおよび加圧容器と組合せた請求の範囲第１項ないし 第７項のいずれかに記載のメカニカルシールアセンブリ。