JPWO2014208235A1 - 密封装置 - Google Patents

Abstract

自己循環させる流体の流量を多くし、揚程を高めることを可能とするポンピングリングを備える密封装置を提供する。ポンピングリング（１６０）には、内周面から外周面に貫通するように設けられて、流体の通路となる貫通孔（１６１）と、内周面においてメカニカルシール（Ｍ）が配置された側の側面から貫通孔（１６１）に通じるように設けられて、流体を貫通孔（１６１）に導く導入溝（１６２）と、が備えられ、スリーブ（１１０）の外周面には、導入溝（１６２）及び貫通孔（１６１）に対向する位置に、流体を貫通孔（１６１）に導く補助導入溝（１１１）が設けられていることを特徴とする。

Description

本発明は、メカニカルシールとポンピングリングとを備える密封装置に関する。

メカニカルシールが用いられる装置においては、メカニカルシールを構成する固定環と回転環との摺動部の潤滑性を高めることなどを目的として、フラッシング液を循環させる技術が知られている。また、回転軸と共に回転することによって、フラッシング液を自己循環させるポンピングリングを用いた技術も知られている。

ポンピングリングは、内周面から外周面に貫通する貫通孔と、内周面において、一方の側面から貫通孔に通じる溝とが設けられている。これにより、回転軸と共にポンピングリングが回転することにより遠心力が働くため、溝を介して、貫通孔の内周面側から外周面側にフラッシング液を流す機能を発揮させることが可能となる。従って、このポンピングリングを動力源として、フラッシング液を自己循環させることが可能となる（特許文献１参照）。

ここで、ポンピングリングにより自己循環させるフラッシング液の流量を多くするためには、溝の断面積及び貫通孔の断面積を広くしなければならない。なお、流量が少ないと、揚程も低くなってしまう。

ポンピングリングは環状の部材であることから、貫通孔についての設計自由度は大きく、通常、断面積を広くすることは容易である。しかしながら、ポンピングリングの径方向の厚みについては、回転軸とハウジングの軸孔との間の環状隙間により左右される。回転軸保護等の観点から、回転軸にはスリーブが取り付けられることが多い。この場合には、ポンピングリングの径方向の厚みは、スリーブの外周面とハウジングの軸孔の内周面との間の環状隙間により左右される。従って、この環状隙間が狭いと、ポンピングリングの径方向の厚みは薄くなるため、上記の溝の断面積は狭くせざるを得ない。このような場合には、貫通孔に導くフラッシング液の流量を多くすることが難しい。これにより、揚程を高めることもできない。

特開２００２−１３９１５７号公報

本発明の目的は、自己循環させる流体の流量を多くし、揚程を高めることを可能とするポンピングリングを備える密封装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の密封装置は、
回転軸側に設けられる回転環と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジング側に設けられ、前記回転環に対して摺動する固定環と、を有するメカニカルシールと、
前記回転軸の外周側に設けられ、前記回転環が取り付けられるスリーブと、
該スリーブの外周に取付けられ、前記回転軸及びスリーブの回転と共に回転し、流体を自己循環させるポンピングリングと、を備える密封装置において、
前記ポンピングリングには、
内周面から外周面に貫通するように設けられて、前記流体の通路となる貫通孔と、
内周面において前記メカニカルシールが配置された側の側面から前記貫通孔に通じるように設けられて、前記流体を該貫通孔に導く導入溝と、が備えられ、
前記スリーブの外周面には、前記導入溝及び貫通孔に対向する位置に、前記流体を前記貫通孔に導く補助導入溝が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ポンピングリングに備えられる導入溝と、スリーブの外周面に設けられる補助導入溝とによって、貫通孔に流体を導入させる通路が形成される。これにより、導入溝の断面積を狭くせざるを得ない場合であっても、補助導入溝を設けた分だけ、貫通孔に流体を導入させる通路全体の断面積を広くすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、自己循環させる流体の流量を多くし、揚程を高めることが可能となる。

図１は本発明の実施例１に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。 図２は本発明の実施例１に係るポンピングリングの一部破断斜視図である。 図３は本発明の実施例１に係るスリーブの一部を示す斜視図である。 図４は本発明の実施例２に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１〜図３を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置について説明する。

＜密封装置全体＞
特に、図１を参照して、本発明の実施例１に係る密封装置の全体構成について説明する。図１は本発明の実施例１に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。なお、図１における断面図は、密封装置の中心軸線を含む断面図である。ただし、図１においては、説明の便宜上、特徴的な部分を示すため、切断位置の位相（周方向の位置）は適宜異なっている。また、図１の断面図においては、切断面のみを示している（奥行き線は省略している）。

本実施例に係る密封装置１００は、回転軸８００と、回転軸８００の軸孔を有するハウジング７００との間の環状隙間を密封するために設けられる。なお、ハウジング７００は、密封装置１００が取り付けられる各種装置の筐体である。

そして、密封装置１００は、メカニカルシールＭと、回転軸８００の外周側に設けられる略円筒状のスリーブ１１０と、回転軸８００及びスリーブ１１０と共に回転し、流体（ここでは、フラッシング液）を自己循環させるポンピングリング１６０とを備えている。スリーブ１１０は、ストッパ３１０によって位置決めされた状態で、回転軸８００に固定されている。なお、ストッパ３１０は、固定具３２０によって、回転軸８００に固定されている。

ハウジング７００には、メカニカルシールＭを収納するためのハウジングケース９００が、ボルトＢ２によって、固定されている。このハウジングケース９００は、環状の第１ケース９１０と、環状の第２ケース９２０とから構成されている。第１ケース９１０には、流体をケース外部に排出するための排出通路９１１が設けられている。また、第１ケース９１０の内周面には環状溝９１２が形成されている。上記の排出通路９１１は、この環状溝９１２の溝底から第１ケース９１０の外周面を貫通するように設けられている。第２ケース９２０には、流体をケース内部に供給するための供給通路９２１と、漏れた流体をケース外部に排出するためのドレイン通路９２２が設けられている。また、第２ケース９２０には、供給通路９２１により供給された流体の流れを調整するガイド４００が設けられている。

なお、ハウジングケース９００とスリーブ１１０との間の環状隙間は、シール部材２００によって密封されている。また、第１ケース９１０及び第２ケース９２０には、上記のボルトＢ２が挿通される挿通孔（不図示）が設けられている。このボルトＢ２が挿通される挿通孔は、排出通路９１１，供給通路９２１及びドレイン通路９２２などを通らないように、周方向において、これらの通路とは異なる位置に設けられている。

メカニカルシールＭは、回転軸側に設けられる回転環１２０と、ハウジング側に設けられ、回転環１２０に対して摺動する固定環１３０とを備えている。ここで、固定環１３０は、ハウジングケース９００等を介してハウジング７００に対して取り付けられている。また、メカニカルシールＭは、固定環１３０を回転環１２０側に向かって付勢するコンプレッションリング１４０及びスプリング１５０を備えている。なお、スプリング１５０は、第２ケース９２０に複数設けられた装着穴９２３にそれぞれ装着されている。回転環１２０は、スリーブ１１０に固定されたピンＰが、回転環１２０に設けられた切り欠き１２１に嵌ることによって、スリーブ１１０に対して回転しないように構成されている。また、固定環１３０は、第２ケース９２０に設けられた突起９２４が、固定環１３０に設けられた切り欠き１３１に嵌ることによって、ハウジング７００に対して回転しないように構成されている。

以上の構成により、回転軸８００の回転と共に回転環１２０が回転し、静止状態にある固定環１３０と回転する回転環１２０の端面同士が摺動する。また、コンプレッションリング１４０及びスプリング１５０によって、固定環１３０が回転環１２０側に付勢されるため、固定環１３０と回転環１２０は摺動した状態が保たれる。

なお、上述した密封装置１００を含む構造には、各部材同士の隙間を密封するために、複数のＯリングＯが設けられている。ＯリングＯについては公知技術であるので、その説明は省略する。

＜ポンピングリングによる液体の自己循環＞
本実施例においては、回転環１２０と固定環１３０との摺動部の冷却，保温、及び潤滑性の向上などを目的として、密封装置１００の内部にフラッシング液が流れるように構成されている。なお、上述した供給通路９２１と排出通路９１１はハウジングケース９００の外部に設けられた不図示の配管によって繋がっている。そして、この配管と、供給通路９２１と、密封装置１００の内部と、排出通路９１１とによって形成される流路を、フラッシング液が循環するように構成されている。

特に、図２を参照して、フラッシング液を自己循環させる駆動源となるポンピングリング１６０について、詳細に説明する。ポンピングリング１６０には、内周面から外周面に貫通するように設けられて、フラッシング液の通路となる貫通孔１６１が複数備えられている。また、ポンピングリング１６０には、その内周面においてメカニカルシールＭが配置された側の側面から各貫通孔１６１に通じるように設けられて、フラッシング液をこれらの貫通孔１６１にそれぞれ導く導入溝１６２が複数備えられている。

なお、ポンピングリング１６０には、軸線方向に伸びる複数の貫通孔１６３も設けられている。これらの貫通孔１６３を介して、複数のボルトＢ１によって、ポンピングリング１６０はスリーブ１１０に固定されている。また、スリーブ１１０には、径方向外側に突出するストッパ部１１２が設けられている。ポンピングリング１６０は、このストッパ部１１２に突き当たった状態で、複数のボルトＢ１によって固定されることにより、軸線方向の位置決めがなされる。

以上のように構成されるポンピングリング１６０は、スリーブ１１０の外周面と第１ケース９１０の内周面との間の環状隙間を塞ぐように配置される。このとき、複数の貫通孔１６１の外周面側の各開口部が、第１ケース９１０の内周面に形成された環状溝９１２に臨む位置となるようにポンピングリング１６０は配置される。また、ポンピングリング１６０の外周面側には、環状溝９１２の両側に、それぞれＰＴＦＥ等のエンジニアプラスチック製のウエアリングＷが装着されている。これにより、ポンピングリング１６０の外周面と第１ケース９１０の内周面との間からフラッシング液が漏れてしまうことが抑制される。なお、ウエアリングＷは、ポンピングリング１６０の軸線方向の両側にそれぞれ設けられた装着溝１６４，１６５に装着される。

そして、スリーブ１１０の外周面には、フラッシング液を貫通孔１６１に導く補助導入溝１１１が複数設けられている。なお、これら複数の補助導入溝１１１は、ポンピングリング１６０に備えられた各導入溝１６２及び各貫通孔１６１に対向する位置に、それぞれ一つずつ設けられている。なお、図３は、スリーブ１１０において、補助導入溝１１１が設けられている部位を斜め上方から見た図である。このように、スリーブ１１０に補助導入溝１１１を設けることによって、ポンピングリング１６０に備えられる導入溝１６２と、スリーブ１１０に備えられる補助導入溝１１１とによって、貫通孔１６１にフラッシング液を導入させる通路が形成される。

以上の構成により、回転軸８００が回転している際には、スリーブ１１０と共にポンピングリング１６０も回転する。これにより、遠心力が働くため、導入溝１６２及び補助導入溝１１１により形成された通路から貫通孔１６１にフラッシング液が導入され、貫通孔１６１の内周面側から外周面側にフラッシング液を流す機能が発揮される。従って、このポンピングリング１６０を動力源として、フラッシング液を自己循環させることが可能となる。

＜本実施例に係る密封装置の優れた点＞
以上説明したように、本実施例に係る密封装置１００によれば、ポンピングリング１６０に備えられる導入溝１６２と、スリーブ１１０の外周面に設けられる補助導入溝１１１とによって、貫通孔１６１にフラッシング液を導入させる通路が形成される。これにより、導入溝１６２の断面積を狭くせざるを得ない場合であっても、補助導入溝１１１を設けた分だけ、貫通孔１６１にフラッシング液を導入させる通路全体の断面積を広くすることができる。なお、「断面積」とは、フラッシング液が流れる方向に垂直な断面の面積である。以下、同様である。

すなわち、ポンピングリング１６０は環状の部材であることから、貫通孔１６１についての設計自由度は大きく、通常、断面積を広くすることは容易である。つまり、仮に、軸線方向の幅を短くしなければならない場合であっても、円周方向に長い孔とすることで、断面積を広くすることが可能である。これに対して、ポンピングリング１６０の径方向の厚みについては、回転軸８００に取付けられたスリーブ１１０の外周面とハウジング７００の軸孔（ここでは、より具体的にはハウジングケース９００の軸孔）の内周面との間の環状隙間により左右される。そのため、この環状隙間が狭いと、ポンピングリング１６０の径方向の厚みは薄くなるため、導入溝１６２の断面積は狭くせざるを得ない。しかしながら、本実施例に係る密封装置１００によれば、上記の通り、スリーブ１１０に補助導入溝１１１を設けることによって、貫通孔１６１にフラッシング液を導入させる通路全体の断面積を広くすることができる。なお、導入溝１６２と補助導入溝１１１とによって形成される通路の断面積は、貫通孔１６１の断面積と同等以上にするのが望ましい。

以上のように、本実施例に係る密封装置１００によれば、上記環状隙間が狭くても、ポンピングリング１６０により自己循環させるフラッシング液の流量を多くすることができ、揚程を高めることも可能となる。

（実施例２）
図４には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、上記実施例１で示す構成に対して、メカニカルシールとポンピングリングの間に、更にポンプ機能を発揮させるポンプ部を設けた構成を説明する。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

図４は本発明の実施例２に係る密封装置の装着状態を示す模式的断面図である。なお、図４における断面図は、密封装置の中心軸線を含む断面図である。ただし、図４においては、説明の便宜上、特徴的な部分を示すため、切断位置の位相（周方向の位置）は適宜異なっている。また、図４の断面図においては、切断面のみを示している（奥行き線は省略している）。

本実施例に係る密封装置１００も、実施例１の場合と同様に、回転軸８００と、回転軸８００の軸孔を有するハウジング７００との間の環状隙間を密封するために設けられる。そして、密封装置１００は、メカニカルシールＭと、回転軸８００の外周側に設けられる略円筒状のスリーブ１７０と、ポンピングリング１６０とを備えている。ストッパ３１０及び固定具３２０については、実施例１と同様の構成であるので、その説明は、省略する。

また、本実施例においても、第１ケース９１０と第２ケース９２０とから構成されるハウジングケース９００が、ボルトＢ２によって、ハウジング７００に固定されている。排出通路９１１，環状溝９１２，供給通路９２１，ドレイン通路９２２，ガイド４００及びシール部材２００については、実施例１と同様の構成であるので、その説明は、省略する。

メカニカルシールＭは、実施例１の場合と同様に、回転軸側に設けられる回転環１２０と、ハウジング側に設けられ、回転環１２０に対して摺動する固定環１３０とを備えている。また、メカニカルシールＭは、固定環１３０を回転環１２０側に向かって付勢するコンプレッションリング１４０及びスプリング１５０を備えている。回転環１２０は、スリーブ１７０に固定されたピンＰが、回転環１２０に設けられた切り欠き１２２に嵌ることによって、スリーブ１１０に対して回転しないように構成されている。なお、実施例１ではピンＰは軸線方向に突出するように設けられていたが、本実施例では径方向に突出するように設けられている。また、固定環１３０は、第２ケース９２０に設けられた突起９２４が、固定環１３０に設けられた切り欠き１３１に嵌ることによって、ハウジング７００に対して回転しないように構成されている。

以上の構成により、回転軸８００の回転と共に回転環１２０が回転し、静止状態にある固定環１３０と回転する回転環１２０の端面同士が摺動する。また、コンプレッションリング１４０及びスプリング１５０によって、固定環１３０が回転環１２０側に付勢されるため、固定環１３０と回転環１２０は摺動した状態が保たれる。

なお、上述した密封装置１００を含む構造には、各部材同士の隙間を密封するために、複数のＯリングＯが設けられている。ＯリングＯについては公知技術であるので、その説明は省略する。

そして、本実施例においては、スリーブ１７０に、ポンプ機能を発揮する環状突出部１７３が設けられている。この環状突出部１７３は、メカニカルシールＭとポンピングリング１６０の間の位置に配置される。そして、この環状突出部１７３には、メカニカルシールＭ側からポンピングリング１６０側に向けて、内周面側から外周面側に向かうように傾斜する貫通孔１７４が設けられている。これにより、回転軸８００と共にスリーブ１７０が回転すると、遠心力によりフラッシング液が貫通孔１７４を通ってメカニカルシールＭ側からポンピングリング１６０側に勢いよく排出される。なお、環状突出部１７３の外周面と第１ケース９１０の内周面との間の環状隙間は、ウエアリングＷによって密封されている。従って、貫通孔１７４を通って、ポンピングリング１６０側に排出されたフラッシング液が、環状突出部１７３の外周面側からメカニカルシールＭ側に戻ってしまうことは抑制される。

ポンピングリング１６０を駆動源として、不図示の配管と、供給通路９２１と、密封装置１００の内部と、排出通路９１１とによって形成される流路を、フラッシング液が循環するように構成されている点については、上記実施例１で説明した通りである。また、ポンピングリング１６０についても、実施例１の場合と同様の構成であるので、その説明は省略する。

また、本実施例においても、ポンピングリング１６０は、スリーブ１７０に設けられたストッパ部１７２に突き当たった状態で、複数のボルトＢ１によって固定されることにより、軸線方向の位置決めがなされる。

そして、本実施例に係る密封装置１００においても、スリーブ１７０の外周面には、フラッシング液を貫通孔１６１に導く補助導入溝１７１が複数設けられている。また、これら複数の補助導入溝１７１は、ポンピングリング１６０に備えられた各導入溝１６２及び各貫通孔１６１に対向する位置に、それぞれ一つずつ設けられている。このように、本実施例においても、スリーブ１７０に補助導入溝１７１を設けることによって、ポンピングリング１６０に備えられる導入溝１６２と、スリーブ１７０に備えられる補助導入溝１７１とによって、貫通孔１６１にフラッシング液を導入させる通路が形成される。

以上のような構成により、本実施例に係る密封装置１００においても、上記実施例１の場合と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施例の場合には、スリーブ１７０に、ポンプ機能を発揮する環状突出部１７３が設けられている。そのため、回転軸８００と共にスリーブ１７０が回転すると、フラッシング液がポンピングリング１６０側に勢いよく排出される。これにより、環状突出部１７３とポンピングリング１６０との間の空間内の流体圧力が高まるため、ポンピングリング１６０の貫通孔１６１に導かれるフラッシング液の流量も多くなる。従って、ポンピングリング１６０により自己循環させるフラッシング液の流量を実施例１の場合よりも多くすることができ、揚程をより一層高めることも可能となる。

なお、本実施例においては、ポンプ機能を発揮させる環状突出部１７３を１か所のみ設ける構成を示したが、２か所以上設けることもできる。これにより、ポンピングリング１６０により自己循環させるフラッシング液の流量を更に多くすることが可能となる。また、本実施例では、スリーブ１７０に、ポンプ機能を発揮させる環状突出部１７３を一体的に設ける構成を示したが、この環状突出部１７３に相当する部分を別体として設けても良い。

１００ 密封装置
１１０，１７０ スリーブ
１１１，１７１ 補助導入溝
１１２，１７２ ストッパ部
１２０ 回転環
１３０ 固定環
１４０ コンプレッションリング
１５０ スプリング
１６０ ポンピングリング
１６１ 貫通孔
１６２ 導入溝
１６３ 貫通孔
１６４，１６５ 装着溝
１７３ 環状突出部
１７４ 貫通孔
２００ シール部材
３１０ ストッパ
３２０ 固定具
４００ ガイド
７００ ハウジング
８００ 回転軸
９００ ハウジングケース
９１０ 第１ケース
９１１ 排出通路
９１２ 環状溝
９２０ 第２ケース
９２１ 供給通路
９２２ ドレイン通路
９２３ 装着穴
９２４ 突起
Ｂ１，Ｂ２ ボルト
Ｍ メカニカルシール
Ｏ Ｏリング
Ｐ ピン
Ｗ ウエアリング

Claims (1)

1. 回転軸側に設けられる回転環と、該回転軸が挿通される軸孔を有するハウジング側に設けられ、前記回転環に対して摺動する固定環と、を有するメカニカルシールと、
   前記回転軸の外周側に設けられ、前記回転環が取り付けられるスリーブと、
   該スリーブの外周に取付けられ、前記回転軸及びスリーブの回転と共に回転し、流体を自己循環させるポンピングリングと、を備える密封装置において、
   前記ポンピングリングには、
   内周面から外周面に貫通するように設けられて、前記流体の通路となる貫通孔と、
   内周面において前記メカニカルシールが配置された側の側面から前記貫通孔に通じるように設けられて、前記流体を該貫通孔に導く導入溝と、が備えられ、
   前記スリーブの外周面には、前記導入溝及び貫通孔に対向する位置に、前記流体を前記貫通孔に導く補助導入溝が設けられていることを特徴とする密封装置。

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