WO2010113573A1 - 軸封装置 - Google Patents

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fluid
sealed
shaft
mechanical seal
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French (fr)
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高橋秀和
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Eagle Industry Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3464—Mounting of the seal
    • F16J15/348—Pre-assembled seals, e.g. cartridge seals
    • F16J15/3484—Tandem seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/38—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member sealed by a packing

Definitions

  • the present invention relates to a shaft seal device provided with a mechanical seal.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a shaft seal device according to a conventional example.
  • the shaft seal device seals an annular gap between the shaft 800 and a housing (pump casing) 900.
  • the shaft seal device includes a first mechanical seal 600 provided on the sealing target fluid side (R) and a second mechanical seal 700 provided on the atmosphere side (A).
  • the first mechanical seal 600 and the second mechanical seal 700 are attached to the outer peripheral side of the sleeve 810 that protects the shaft 800.
  • first mechanical seal 600 includes a mating ring 610 and a seal ring 620.
  • second mechanical seal 700 includes a mating ring 710 and a seal ring 720.
  • the mating rings 610 and 710 are rotating rings that rotate together with the shaft 800.
  • the seal rings 620 and 720 are fixed rings that are fixed to the housing 900 and do not rotate with the shaft 800.
  • a metal seal cover 1000 is provided on the outer peripheral side of the first mechanical seal 600 and the second mechanical seal 700.
  • the seal cover 1000 is provided with a flow path 1010 for feeding a quenching liquid into a space region between the first mechanical seal 600 and the second mechanical seal 700.
  • the fluid pressure of the quenching liquid fed into this space region is set to be higher than the fluid pressure of the fluid to be sealed.
  • the quenching liquid is fed into the annular gap G1 between the outer peripheral side of the first mechanical seal 600 and the second mechanical seal 700 and the inner peripheral side of the seal cover 1000. It is configured. Further, the fluid to be sealed is present in the annular gap G ⁇ b> 2 between the inner peripheral surface of the first mechanical seal 600 and the outer peripheral surface of the sleeve 810.
  • the sealing target fluid contains solids such as pulp components and sand. These solid materials also enter the annular gap G2. Since this annular gap G2 is a bag path, it tends to become one of the solids that accumulates over time. Therefore, it is desirable to widen the space of the annular gap G2 so that no solid matter is accumulated.
  • the annular gap G2 is formed between the inner peripheral surface of the seal ring 620 that slides on the mating ring 610 fixed to the sleeve 810 and the outer peripheral surface of the sleeve 810. Must be formed.
  • the space of the annular gap G2 cannot be made so wide, and solids are easily deposited in the annular gap G2. Therefore, the first mechanical seal 600 does not operate due to the accumulation of solid matter, the solid matter enters the sliding surface to promote wear, or the sliding surface is damaged.
  • the quenching liquid of a pressure higher than the fluid to be sealed will enter the fluid to be sealed.
  • the cooking process of the pulp and paper plant is a process in which the chips are boiled with the chemical under high temperature and high pressure, and when the quenching liquid enters the fluid to be sealed, the temperature is lowered and the efficiency of the cooking process is reduced. Become.
  • the seal cover 1000 of the mechanical seal covers the inner peripheral surface of the housing 900, and sand or the like rotating with centrifugal force is applied to the inner peripheral surface of the housing 900. I tried not to hit it. Further, in the seal cover 1000, the portion exposed to the fluid to be sealed has been subjected to a hardening process such as a carbide coating to improve the wear resistance.
  • a curing process such as a cemented carbide coating is expensive, and if the portion to be cured is thickened, the cost becomes very high.
  • applying a carbide coating to a relatively large member such as a mechanical seal cover not only increases the cost, but also increases the weight of the mechanical seal cover and makes it difficult to handle.
  • An object of the present invention is to provide a shaft seal device that achieves a long life while suppressing an increase in cost.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the shaft seal device of the present invention is A shaft sealing device for sealing an annular gap between a shaft and a housing, A first mechanical seal provided on the fluid side to be sealed; A second mechanical seal provided on the side opposite to the fluid to be sealed with respect to the first mechanical seal; A fluid that is provided on the outer peripheral side of the first mechanical seal and the second mechanical seal, and is fed into a space region between the first mechanical seal and the second mechanical seal, and has a higher pressure than the fluid to be sealed.
  • the first mechanical seal is A rotating ring that is provided on the fluid to be sealed side and whose inner peripheral side is fixed to the shaft side and rotates together with the shaft;
  • a stationary ring that is provided on the opposite side of the fluid to be sealed with respect to the rotating ring, is provided slidably with respect to the rotating ring, and does not rotate with the shaft;
  • An annular gap in which the fluid to be sealed exists on the outer peripheral surface side of the first mechanical seal Adjacent to the sealing target fluid side of the seal cover, and provided between the seal cover and the first mechanical seal in a state of being sealed by a sealing member, respectively, It is provided with the protective cover which suppresses exposure.
  • the rotating ring in the first mechanical seal is provided on the fluid to be sealed side and the stationary ring is provided on the side opposite to the fluid to be sealed is adopted.
  • the annular clearance in which the fluid to be sealed exists is formed on the outer peripheral surface side of the first mechanical seal. Therefore, the fixed ring is provided on the fluid to be sealed side, and the rotating ring is provided on the side opposite to the fluid to be sealed, so that the annular gap between the inner peripheral surface of the first mechanical seal and the outer peripheral side of the shaft is sealed.
  • the space of the annular gap can be freely widened.
  • the seal cover since the seal cover is suppressed from being exposed to the fluid to be sealed by the protective cover, deterioration of the seal cover can be suppressed. And what can be deteriorated by solids such as sand contained in the fluid to be sealed is a member exposed to the fluid to be sealed, and the protective cover is a member to be deteriorated. Therefore, when the deterioration with time progresses, the protective cover must be replaced.
  • the seal cover having the flow path through which the high-pressure fluid flows is exposed to the fluid to be sealed, this relatively large and complicated structure of the seal cover must be replaced.
  • the necessity of replacing the seal cover can be reduced, and the cost can be reduced.
  • an end of the sealing cover on the side of the fluid to be sealed is provided with an annular recess into which an end of the protective cover opposite to the fluid to be sealed is fitted,
  • An annular groove is provided in each of the inner peripheral surface of the concave portion and the outer peripheral surface of the protective cover that fits into the concave portion, and the seal member is mounted in an annular space formed by combining these annular grooves.
  • the seal cover and the protective cover are preferably fixed.
  • the seal cover and the protective cover can be fixed with a simple configuration. Moreover, since it is easy to remove the protective cover from the seal cover, it is excellent in maintainability when the protective cover is replaced.
  • the protective cover may be made of a hard material in part or in part including the portion exposed to the fluid to be sealed.
  • the rotating ring and the stationary ring may be made of a hard material at a part including all of these or a part exposed to the fluid to be sealed.
  • the outer periphery of the shaft is provided with a cylindrical sleeve attached to protect the shaft, and the outer periphery of the sleeve is provided with a collar for attaching the rotating ring,
  • the outer peripheral surface of the collar may be covered with the rotating ring, and the collar may be fixed to the sleeve from the inner peripheral side by a set screw screwed through a through hole provided in the sleeve.
  • a shaft seal device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the shaft seal device according to the present embodiment is provided in a pump used in the cooking process of a paper pulp plant.
  • the shaft seal device according to the present embodiment seals an annular gap between the shaft 300 and the housing (pump casing) 400.
  • the shaft seal device is provided on the first mechanical seal 100 provided on the sealing target fluid side (R) and on the atmosphere side (A) on the opposite side of the first mechanical seal 100 from the sealing target fluid.
  • a second mechanical seal 200 is provided.
  • the fluid to be sealed in the present embodiment is a cooking liquid (chemical solution) for boiling the chip under high temperature and high pressure.
  • a cylindrical sleeve 310 is provided on the outer periphery of the shaft 300 to protect the shaft 300. Further, the first mechanical seal 100 and the second mechanical seal 200 are attached to the outer peripheral side of the sleeve 310.
  • a metal seal cover 500 is provided on the outer peripheral side of the first mechanical seal 100 and the second mechanical seal 200.
  • the seal cover 500 is fixed to the end surface of the housing 400 together with the protective cover 240 provided on the second mechanical seal 200 by the bolt B.
  • the seal cover 500 is provided with a flow path 510 through which a quenching liquid fed into a space region between the first mechanical seal 100 and the second mechanical seal 200 flows.
  • This quenching solution is fed into the space area for the purpose of forcibly discharging the fluid to be sealed and blocking the sliding surface from the atmosphere side (A) in addition to lubrication, cooling and cleaning of the sliding surface in the mechanical seal. It is.
  • this quenching liquid for example, fresh water can be suitably applied.
  • the fluid pressure of the quenching liquid is set to be higher than the fluid pressure of the fluid to be sealed. More specifically, it is set higher by about 0.1 to 0.3 MPa than the fluid pressure of the fluid to be sealed.
  • annular gap between the inner circumferential surface of the first mechanical seal 100 and the outer circumferential surface of the sleeve 310, and an annular gap between the outer circumferential surface of the second mechanical seal 200 and the inner circumferential surface of the protective cover 240.
  • the quenching liquid is sent into the space area
  • the quenching liquid is sent into the shaft seal device from the through hole 241 provided in the protective cover 240.
  • the shaft seal device is composed of a plurality of members, and in order to seal the gaps between adjacent members, O-rings O as seal members are provided at a plurality of locations as shown in the figure.
  • the second mechanical seal 200 includes a mating ring 210 having a flat sliding surface and a seal ring 220 having an annular convex portion whose tip surface is a sliding surface.
  • the mating ring 210 is a rotating ring that is fixed to the shaft 300 side (more specifically, the sleeve 310) and rotates together with the shaft 300.
  • the seal ring 220 is a fixed ring that is fixed to the housing 400 side (more specifically, the protective cover 240 fixed to the housing 400 together with the seal cover 500) and does not rotate with the shaft 300.
  • the second mechanical seal 200 further includes a compression ring 230 for pressing the mating ring 210 against the seal ring 220 via the O-ring O.
  • the compression ring 230 is pressed by a plurality of springs 231 provided at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the protective cover 240 described above is provided on the outer peripheral side of the mating ring 210, the seal ring 220, and the compression ring 230.
  • the first mechanical seal 100 includes a mating ring 110 having a flat sliding surface and a seal ring 120 having an annular convex portion whose tip surface is a sliding surface.
  • the mating ring 110 is a rotating ring that is fixed to the shaft 300 side and rotates together with the shaft 300.
  • the mating ring 110 is fixed to a cylindrical metal collar 320 fixed to the outer periphery of the sleeve 310.
  • the collar 320 is fixed to the sleeve 310 from the inner peripheral side by a set screw 321 screwed through a through hole 311 provided in the sleeve 310.
  • the outer peripheral surface of the collar 320 fixed in this way is covered with the mating ring 110.
  • the end surface on the sealing target fluid side (R) of the collar 320 is also covered with the annular member 330 fixed to the shaft 300 so that the entire collar 320 is not exposed to the sealing target fluid. It is configured.
  • the seal ring 120 is a stationary ring that is fixed to the housing 400 side (more specifically, a protective cover 140 described later fixed to the housing 400 together with the seal cover 500) and does not rotate with the shaft 300.
  • the first mechanical seal 100 further includes a compression ring 130 for pressing the seal ring 120 against the mating ring 110.
  • the compression ring 130 is pressed by a plurality of springs 131 provided at a predetermined interval in the circumferential direction.
  • a protective cover 140 is provided on the outer peripheral side of the mating ring 110, the seal ring 120, and the compression ring 130.
  • the protective cover 140 is configured to be detachable from the seal cover 500, and is configured to be attached to the shaft seal portion as a single component. This point will be described more specifically.
  • annular recess 520 into which the end 141 on the atmosphere side (A) of the protective cover 140 is fitted is provided.
  • An annular groove 521 having a shallow groove bottom is provided on the inner peripheral surface of the recess 520, and an annular groove 141 a is also provided on the outer peripheral surface of the protective cover 140 that fits into the recess 520. Then, the seal cover 500 and the protective cover 140 are fixed by mounting the O-ring O1, which is a seal member, in an annular space formed by combining these annular grooves 521 and 141a.
  • the end portion 141 of the protective cover 140 is attached to the seal cover 500 in a state where the O-ring O1 is attached to the annular groove 141a having a relatively deep groove bottom provided in the protective cover 140. It fits into the concave portion 520.
  • the O-ring O1 slides on the inner peripheral surface of the concave portion 520 with the outer circumference reduced in diameter. And when the front-end
  • the outer periphery of the O-ring O1 is expanded in diameter, is in close contact with each groove bottom surface of the annular grooves 521, 141a, and is fitted into each of the annular grooves 521, 141a. Accordingly, the seal cover 500 and the protective cover 140 are fixed.
  • the protective cover 140 can be removed from the seal cover 500 by applying a force to separate the protective cover 140 from the seal cover 500 so that the end portion 141 of the protective cover 140 is pulled out from the recess 520.
  • the protective cover 140 can be easily removed from the seal cover 500 because only a force for elastic deformation is required so that the outer diameter of the O-ring O1 is reduced.
  • the seal cover 500 and the protective cover 140 can be easily attached and detached.
  • the protective cover 140 is fixed to the seal cover 500, and in a state where these are fixed to the shaft seal portion, the protective cover 140 is adjacent to the sealing target fluid side (R) of the seal cover 500.
  • the space between the protective cover 140 and the seal cover 500 is sealed by the O-ring O1 described above.
  • the space between the inner peripheral surface of the protective cover 140 and the outer peripheral surface of the seal ring 120 is also sealed by the O-ring O2.
  • the protective cover 140 includes an annular protrusion 142 that is configured to protrude toward the fluid to be sealed (R) and that is in close contact with the inner peripheral surface of the housing 400.
  • the outer peripheral surface of the annular convex portion 142 and the inner peripheral surface of the housing 400 are also sealed by the two O-rings O.
  • the annular protrusion 142 is configured to extend sufficiently to protect the housing 400 on the sealing target fluid side (R).
  • the protective cover 140 configured as described above protects the seal cover 500 from being exposed to the fluid to be sealed.
  • the mating ring 110, the seal ring 120, and the protective cover 140 are exposed to the fluid to be sealed.
  • the mating ring 110, the seal ring 120, and the protective cover 140 are made of a hard material having excellent wear resistance. More specific preferred examples of the hard material include silicon carbide (SiC) and cemented carbide.
  • SiC silicon carbide
  • cemented carbide The material of these members is not composed of a hard material, but the surface is made of super hard so that a part including a portion exposed to the fluid to be sealed is composed of a hard material having excellent wear resistance.
  • a coating may be applied.
  • the carbide coating 410 is also applied to the inner peripheral surface of the housing 400 exposed to the fluid to be sealed.
  • the mating ring 110 which is a rotating ring fixed to the shaft 300 side, is provided on the fluid to be sealed side (R) and fixed to the housing 400 side.
  • the fixed ring is provided on the fluid to be sealed side, and the rotating ring is provided on the side opposite to the fluid to be sealed, so that the annular gap between the inner peripheral surface of the first mechanical seal and the outer peripheral side of the shaft is sealed.
  • the space of the annular gap R1 can be freely widened. Then, by widening the space of the annular gap R1, it is possible to suppress the accumulation of solid substances in the annular gap R1, even if solids such as sand are contained in the fluid to be sealed. Since the annular gap R1 can be formed without providing a step on the shaft or sleeve, there is also an advantage that a decrease in strength of the shaft or sleeve can be suppressed.
  • the shaft seal device it is possible to suppress the accumulation of solid matter in the annular gap R1, and it is possible to suppress the failure of the operation of the first mechanical seal 100. . Moreover, it can suppress that a solid substance penetrates into the sliding surface (more specifically, the sliding surface of the mating ring 110 and the seal ring 120) in the first mechanical seal 100. Along with this, it is possible to suppress the sliding wear and damage of the sliding surface. In addition, since the fluid to be sealed exists on the outer peripheral surface side of the first mechanical seal 100, it is possible to suppress the solid matter contained in the fluid to be sealed from colliding with the first mechanical seal 100 in a state accompanied by centrifugal force. it can.
  • the seal cover 500 is suppressed from being exposed to the fluid to be sealed by the protective cover 140, the deterioration of the seal cover 500 can be suppressed.
  • the O-ring O1 is mounted in an annular space formed by combining the annular grooves 521 and 141a provided in the seal cover 500 and the protective cover 140, respectively.
  • the structure which can remove 140 easily is employ
  • various members that are exposed to the fluid to be sealed include all of them or portions that are exposed to the fluid to be sealed.
  • the part is made of a hard material. Therefore, deterioration of these various members can be suppressed. More specifically, generation
  • the vicinity of the end surface on the atmosphere side (A) is configured to be suppressed from being exposed to the fluid to be sealed by the annular convex portion 142 provided in the protective cover 140. ing. Therefore, deterioration is particularly suppressed in this vicinity.
  • the entire metal collar 320 is configured so as not to be exposed to the fluid to be sealed, it is possible to suppress the occurrence of erosion in the collar 320.
  • the collar 320 is fixed to the sleeve 310 from the inner peripheral side by a set screw 321 screwed through a through hole 311 provided in the sleeve 310. Accordingly, the set screw 321 is prevented from coming off by the surface of the shaft 300. In addition, since the set screw 321 is not exposed to the fluid to be sealed, erosion does not occur.
  • the shaft seal device As described above, according to the shaft seal device according to the present embodiment, it is possible to extend the life of various members by suppressing the occurrence of erosion due to sand or the like. Also, there are limited parts that can be deteriorated by being exposed to the fluid to be sealed, and the structure must be relatively large and complicated, such as a seal cover having a flow path through which high-pressure fluid flows. There is no need to replace it. Therefore, it is possible to reduce the cost required for replacing the member. Moreover, since it is excellent in maintainability as above-mentioned, the cost accompanying a maintenance can also be reduced.

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Abstract

　コストの増加を抑制しつつ、長寿命化を図った軸封装置を提供する。　第１メカニカルシール１００は、密封対象流体側（Ｒ）に設けられ、かつ内周側が軸３００側に固定されて軸３００と共に回転するメイティングリング１１０と、メイティングリング１１０に対して大気側（Ａ）に設けられてメイティングリング１１０に対して摺動自在に備えられ、かつ軸３００と共に回転しないシールリング１２０と、を備え、第１メカニカルシール１００の外周面側に密封対象流体が存在する環状隙間Ｒ１が形成されると共に、シールカバー５００の密封対象流体側（Ｒ）に隣接し、かつシールカバー５００との間及び第１メカニカルシール１００との間が、それぞれＯリングＯ１，Ｏ２によって封止された状態で設けられ、シールカバー５００が密封対象流体に曝されるのを抑制する保護カバー１４０を備えることを特徴とする。

Description

軸封装置
　本発明は、メカニカルシールを備える軸封装置に関する。
　従来、ポンプのケーシングの軸封部に、メカニカルシールを備えた軸封装置を取り付ける技術が知られている。また、かかる技術において、軸方向の２箇所にメカニカルシールを並べて配置して、これら２箇所のメカニカルシールの間の空間領域にクエンチング液を送り込むように構成された軸封装置が知られている。このような従来例に係る軸封装置の一例を、図２を参照して説明する。図２は従来例に係る軸封装置の模式的断面図である。
　この従来例に係る軸封装置は、軸８００とハウジング（ポンプのケーシング）９００との間の環状隙間を封止するものである。そして、この軸封装置は、密封対象流体側（Ｒ）に備えられる第１メカニカルシール６００と、大気側（Ａ）に備えられる第２メカニカルシール７００とを備えている。これら第１メカニカルシール６００及び第２メカニカルシール７００は、軸８００を保護するスリーブ８１０の外周側に取り付けられる。
　なお、第１メカニカルシール６００は、メイティングリング６１０とシールリング６２０とを備えている。また、第２メカニカルシール７００も同様に、メイティングリング７１０とシールリング７２０とを備えている。ここで、メイティングリング６１０，７１０は軸８００と共に回転する回転環である。また、シールリング６２０，７２０はハウジング９００側に固定され、軸８００と共に回転しない固定環である。
　また、第１メカニカルシール６００及び第２メカニカルシール７００の外周側には金属製のシールカバー１０００が設けられている。このシールカバー１０００には、第１メカニカルシール６００と第２メカニカルシール７００との間の空間領域にクエンチング液を送り込む流路１０１０が設けられている。ここで、この空間領域に送り込まれるクエンチング液の流体圧力は、密封対象流体の流体圧力よりも高くなるように設定されている。
　そして、従来例に係る軸封装置においては、第１メカニカルシール６００及び第２メカニカルシール７００の外周側とシールカバー１０００の内周側との間の環状隙間Ｇ１に、クエンチング液が送り込まれるように構成されている。また、第１メカニカルシール６００の内周面とスリーブ８１０の外周面との間の環状隙間Ｇ２に、密封対象流体が存在するように構成されている。
　ここで、例えば、紙パルププラントの蒸解工程で使用するポンプに軸封装置が用いられる場合、密封対象流体中にはパルプ成分や砂などの固形物が含まれている。これらの固形物は、上記の環状隙間Ｇ２にも侵入してくる。この環状隙間Ｇ２は袋小路となっているため、経時的に固形物が溜まる一方となりがちである。そのため、この環状隙間Ｇ２のスペースを広くして、固形物が溜まらないようにするのが望ましい。しかしながら、上記のように構成された従来例の場合には、スリーブ８１０に固定されたメイティングリング６１０に摺動するシールリング６２０の内周面とスリーブ８１０の外周面との間に環状隙間Ｇ２を形成しなければならない。そのため、この環状隙間Ｇ２のスペースを広く確保しにくい。例えば、メイティングリング６１０が固定される部分の外径よりも、環状隙間Ｇ２が形成される部分の外径の方が小径となるように、スリーブ８１０に段差を付けるなどの構成を採用する必要がある。このような方法で環状隙間Ｇ２のスペースを広くするのには限度があり、設計自由度も狭くなってしまう。
　そのため、従来、この環状隙間Ｇ２のスペースをあまり広くすることができずに、環状隙間Ｇ２に固形物が堆積してしまい易かった。従って、固形物の堆積により、第１メカニカルシール６００が作動しなくなったり、摺動面に固形物が入り込んで摩耗を促進したり、摺動面を損傷させてしまったりしていた。なお、第１メカニカルシール６００の摺動面の部位が損傷すると、密封対象流体よりも高圧のクエンチング液が密封対象流体側に侵入してしまう。紙パルププラントの蒸解工程は、チップを高温高圧下で薬液とともに煮る工程であり、クエンチング液が密封対象流体中に侵入すると温度が低下してしまい、蒸解工程の効率が低下してしまうことになる。
　また、特に、環状隙間Ｇ２に砂が侵入した場合には、軸８００が回転すると、侵入した砂に遠心力が与えられるので、砂も一緒に回転する。そのため、遠心力を伴って回転する砂が、第１メカニカルシール６００の内周面及びシールカバー１０００の内周面に激しく衝突する。そのため、当該内周面の部分に、彫刻刀で彫られたような傷（いわゆるエロージョン（サンドエロージョン））が発生してしまう。このエロージョンの発生が、第１メカニカルシール６００やシールカバー１０００の寿命を短くする要因となっている。
　ハウジング（ポンプのケーシング）の内周面が露出する構成の場合には、当該内周面にもエロージョンは発生してしまう。そのため、一般的には、上記の従来例のように、メカニカルシールのシールカバー１０００によって、ハウジング９００の内周面を覆い、ハウジング９００の内周面には遠心力を伴って回転する砂などが当らないようにしていた。また、シールカバー１０００において、密封対象流体に曝される部分には、超硬コーティングなどの硬化処理を施すことで、耐摩耗性を高めていた。
　このような構成を採用した場合に、ハウジング９００の内周面にエロージョンが発生しないようにするためには、ハウジング９００の内周面が露出しないようにしなければならない。そのため、シールカバー１０００における硬化処理を施す部分を厚くしたり、硬化処理を施した部分が摩耗によって消失する前にシールカバー１０００を交換したりする必要がある。
　一般的に、超硬コーティングなどの硬化処理はコストが高く、硬化処理を施す部分を厚くすると、非常にコストが高くなる。また、メカニカルシールカバーのように比較的大きな部材に超硬コーティングを施すことは、コストが高くなるだけでなく、メカニカルシールカバーの重量が大きくなり、取り扱い難くなるという問題もある。
　以上のように、従来例に係る軸封装置の場合には、スペースを広く確保し難い環状隙間Ｇ２に砂などが侵入してしまうことにより、様々な不具合が生じていた。
特開２００３－７４７１４号公報 特開２００６－８３８９３号公報
　本発明の目的は、コストの増加を抑制しつつ、長寿命化を図った軸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、本発明の軸封装置は、
　軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する軸封装置であって、
　密封対象流体側に備えられる第１メカニカルシールと、
　第１メカニカルシールに対して密封対象流体とは反対側に備えられる第２メカニカルシールと、
　これら第１メカニカルシール及び第２メカニカルシールの外周側に設けられると共に、第１メカニカルシールと第２メカニカルシールとの間の空間領域に送り込まれる流体であって、かつ密封対象流体よりも高圧の流体が流れる流路を有するシールカバーと、
　を備えた軸封装置において、
　第１メカニカルシールは、
　密封対象流体側に設けられ、かつ内周側が前記軸側に固定されて軸と共に回転する回転環と、
　該回転環に対して密封対象流体とは反対側に設けられて該回転環に対して摺動自在に備えられ、かつ軸と共に回転しない固定環と、
　を備え、
　第１メカニカルシールの外周面側に密封対象流体が存在する環状隙間が形成されると共に、
　前記シールカバーの密封対象流体側に隣接し、かつ該シールカバーとの間及び第１メカニカルシールとの間が、それぞれシール部材によって封止された状態で設けられ、前記シールカバーが密封対象流体に曝されるのを抑制する保護カバーを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、第１メカニカルシールにおける回転環を密封対象流体側に設け、固定環を密封対象流体とは反対側に設ける構成を採用している。これにより、第１メカニカルシールの外周面側に密封対象流体が存在する環状隙間が形成されるようにしている。従って、固定環を密封対象流体側に設けて、回転環を密封対象流体とは反対側に設けることで、第１メカニカルシールの内周面と軸の外周側との間の環状隙間に密封対象流体が存在するようにせざるを得ない場合に比べて、環状隙間のスペースを自由に広くすることができる。このように、この環状隙間のスペースを広くすることで、密封対象流体中に砂などの固形物が含まれていたとしても、環状隙間に固形物が溜まってしまうことを抑制できる。また、第１メカニカルシールの外周面側に密封対象流体が存在するので、密封対象流体中に含まれている固形物が遠心力を伴った状態で第１メカニカルシールに衝突することを抑制できる。
　また、本発明によれば、シールカバーは保護カバーによって密封対象流体に曝されることが抑制されるので、シールカバーの劣化を抑制できる。そして、密封対象流体中に含まれる砂などの固形物によって劣化し得るのは、密封対象流体に曝されている部材であり、保護カバーは劣化する対象となる部材である。そのため、経時劣化が進んだ場合には、保護カバーは交換しなければならない。ここで、高圧の流体が流れる流路を有するシールカバーが密封対象流体に曝されている場合には、この比較的大きく構造が複雑にならざるを得ないシールカバーを交換しなければならない。しかしながら、本願発明の場合には、シールカバーの交換の必要性を低減させることができ、コストを削減することができる。
　また、前記シールカバーにおける密封対象流体側の端部には、前記保護カバーにおける密封対象流体とは反対側の端部が嵌まる環状の凹部が設けられており、
　該凹部における内周面と前記保護カバーにおける前記凹部に嵌まる部分の外周面には、それぞれ環状溝が設けられており、これらの環状溝が合わさってできる環状の空間にシール部材が装着されることで、前記シールカバーと保護カバーとが固定されるとよい。
　このような構成を採用することで、簡易な構成でシールカバーと保護カバーを固定させることができる。また、保護カバーをシールカバーから取り外すことも容易であるので、保護カバーを交換する際のメンテナンス性にも優れる。
　前記保護カバーは、その全部または密封対象流体に曝される部分を含む一部が硬質材によって構成されるとよい。
　これにより、保護カバーの劣化を抑制できる（密封対象流体に含まれる砂などの固形物によるエロージョンの発生を抑制できる）。
　前記回転環及び固定環は、これらの全部または密封対象流体に曝される部分を含む一部が硬質材によって構成されるとよい。
　これにより、回転環及び固定環の劣化を抑制できる（密封対象流体に含まれる砂などの固形物によるエロージョンの発生を抑制できる）。
　前記軸の外周には、該軸を保護するために取り付けられた円筒形状のスリーブが備えられており、かつ該スリーブの外周には前記回転環を取り付けるためのカラーが備えられると共に、
　前記カラーの外周表面は前記回転環によって覆われており、かつ該カラーは前記スリーブに設けられた貫通孔を介してねじ込まれたセットスクリューによって内周側から該スリーブに固定されているとよい。
　これにより、カラーの外周表面やセットスクリューが密封対象流体に曝されることを抑制できる。
　なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
　以上説明したように、本発明によれば、コストの増加を抑制しつつ、長寿命化を図ることができる。
本発明の実施例に係る軸封装置の模式的断面図である。 従来例に係る軸封装置の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）
　図１を参照して、本発明の実施例に係る軸封装置について説明する。なお、本実施例に係る軸封装置は、紙パルププラントの蒸解工程で使用するポンプに設けられるものである。
　＜軸封装置全体の構成＞
　まず、本実施例に係る軸封装置全体の構成等について説明する。本実施例に係る軸封装置は、軸３００とハウジング（ポンプのケーシング）４００との間の環状隙間を封止するものである。そして、この軸封装置は、密封対象流体側（Ｒ）に備えられる第１メカニカルシール１００と、第１メカニカルシール１００に対して密封対象流体とは反対側である大気側（Ａ）に備えられる第２メカニカルシール２００とを備えている。なお、本実施例における密封対象流体は、チップを高温高圧下で煮るための蒸解液（薬液）である。また、軸３００の外周には、軸３００を保護するために、円筒形状のスリーブ３１０が設けられている。また、このスリーブ３１０の外周側に第１メカニカルシール１００及び第２メカニカルシール２００が取り付けられている。
　そして、これら第１メカニカルシール１００及び第２メカニカルシール２００の外周側には金属製のシールカバー５００が設けられている。このシールカバー５００は、ボルトＢによって、第２メカニカルシール２００に設けられた保護カバー２４０と共に、ハウジング４００の端面に固定される。
　また、このシールカバー５００には、第１メカニカルシール１００と第２メカニカルシール２００との間の空間領域に送り込まれるクエンチング液が流れる流路５１０が設けられている。このクエンチング液は、メカニカルシールにおける摺動面の潤滑，冷却，洗浄の他、密封対象流体の強制排出や摺動面を大気側（Ａ）から遮断することを目的として、上記空間領域に送り込まれる。このクエンチング液としては、例えば、清水を好適に適用することができる。また、これらの目的を達成するために、クエンチング液の流体圧力は、密封対象流体の流体圧力よりも高くなるように設定されている。より具体的には、密封対象流体の流体圧力よりも０．１～０．３ＭＰａ程度高く設定されている。
　本実施例においては、第１メカニカルシール１００の内周面とスリーブ３１０の外周面との間の環状隙間、第２メカニカルシール２００の外周面と保護カバー２４０の内周面との間の環状隙間、及び第１メカニカルシール１００と第２メカニカルシール２００との間の空間領域にクエンチング液が送り込まれる（図中、矢印Ｓ参照）。なお、クエンチング液は、保護カバー２４０に設けられている貫通孔２４１から軸封装置の内部に送り込まれる。
　また、軸封装置は複数の部材から構成されており、隣接する部材同士の隙間を封止するために、図示の通り、複数の箇所にそれぞれシール部材としてのＯリングＯが設けられている。
　＜第２メカニカルシール＞
　第２メカニカルシール２００について、より詳細に説明する。第２メカニカルシール２００は、平面状の摺動面を有するメイティングリング２１０と、先端面が摺動面となる環状の凸部を有するシールリング２２０とを備えている。ここで、メイティングリング２１０は軸３００側（より具体的にはスリーブ３１０）に固定され、軸３００と共に回転する回転環である。また、シールリング２２０は、ハウジング４００側（より具体的にはハウジング４００にシールカバー５００と共に固定されている保護カバー２４０）に固定され、軸３００と共に回転しない固定環である。
　また、第２メカニカルシール２００は、更に、ＯリングＯを介してメイティングリング２１０をシールリング２２０に押し付けるためのコンプレッションリング２３０を備えている。このコンプレッションリング２３０は、周方向に所定の間隔で複数設けられたスプリング２３１によって押圧される。
　そして、これらメイティングリング２１０，シールリング２２０及びコンプレッションリング２３０の外周側に、上述した保護カバー２４０が設けられている。
　＜第１メカニカルシール＞
　第１メカニカルシール１００について、より詳細に説明する。第１メカニカルシール１００は、平面状の摺動面を有するメイティングリング１１０と、先端面が摺動面となる環状の凸部を有するシールリング１２０とを備えている。
　ここで、メイティングリング１１０は軸３００側に固定され、軸３００と共に回転する回転環である。本実施例においては、メイティングリング１１０は、スリーブ３１０の外周に固定された円筒形状の金属製のカラー３２０に固定されている。このカラー３２０は、スリーブ３１０に設けられた貫通孔３１１を介してねじ込まれたセットスクリュー３２１によって内周側からスリーブ３１０に固定されている。このように固定されているカラー３２０の外周表面は、メイティングリング１１０によって覆われている。なお、本実施例においては、カラー３２０の密封対象流体側（Ｒ）の端面も、軸３００に固定されている環状部材３３０によって覆われており、カラー３２０の全体が密封対象流体に曝されないように構成されている。
　また、シールリング１２０は、ハウジング４００側（より具体的にはハウジング４００にシールカバー５００と共に固定されている後述の保護カバー１４０）に固定され、軸３００と共に回転しない固定環である。
　また、第１メカニカルシール１００は、更に、シールリング１２０をメイティングリング１１０に押し付けるためのコンプレッションリング１３０を備えている。このコンプレッションリング１３０は、周方向に所定の間隔で複数設けられたスプリング１３１によって押圧される。
　そして、これらメイティングリング１１０，シールリング１２０及びコンプレッションリング１３０の外周側に、保護カバー１４０が設けられている。この保護カバー１４０は、シールカバー５００に着脱自在に構成されており、これらを１部品として軸封部に取り付けられるように構成されている。この点について、より具体的に説明する。
　シールカバー５００における密封対象流体側（Ｒ）の端部には、保護カバー１４０における大気側（Ａ）の端部１４１が嵌まる環状の凹部５２０が設けられている。そして、この凹部５２０における内周面には溝底の浅い環状溝５２１が設けられており、保護カバー１４０における凹部５２０に嵌まる部分の外周面にも環状溝１４１ａが設けられている。そして、これらの環状溝５２１，１４１ａが合わさってできる環状の空間にシール部材であるＯリングＯ１が装着されることで、シールカバー５００と保護カバー１４０とが固定される。
　なお、これらを固定する場合には、まず、保護カバー１４０に設けられた比較的溝底の深い環状溝１４１ａにＯリングＯ１を装着させた状態で、保護カバー１４０の端部１４１をシールカバー５００の凹部５２０に嵌める。保護カバー１４０の端部１４１を凹部５２０に嵌める過程において、ＯリングＯ１はその外周が縮径した状態で凹部５２０の内周面を摺動する。そして、保護カバー１４０の端部１４１の先端が凹部５２０の端面に突き当たると、環状溝５２１，１４１ａが合わさった状態となる。これにより、ＯリングＯ１の外周は拡径して、環状溝５２１，１４１ａの各溝底面に密着し、かつ環状溝５２１，１４１ａのそれぞれに嵌まった状態となる。従って、シールカバー５００と保護カバー１４０とが固定される。また、保護カバー１４０の端部１４１を凹部５２０から引き抜くように、保護カバー１４０をシールカバー５００から離すように力を加えれば、保護カバー１４０をシールカバー５００から取り外すことができる。この場合、ＯリングＯ１の外周が縮径するように弾性変形させる力が必要なだけなので、簡単に保護カバー１４０をシールカバー５００から取り外すことができる。このように、シールカバー５００と保護カバー１４０の着脱は容易である。
　このように、保護カバー１４０はシールカバー５００に固定されており、これらが軸封部に固定された状態においては、保護カバー１４０は、シールカバー５００の密封対象流体側（Ｒ）に隣接して設けられる。また、保護カバー１４０とシールカバー５００との間は、上述したＯリングＯ１によって封止された状態となる。また、保護カバー１４０の内周面とシールリング１２０の外周面との間も、ＯリングＯ２によって封止された状態となる。
　また、保護カバー１４０は、密封対象流体側（Ｒ）に突き出るように構成され、かつハウジング４００の内周面に密着するように構成された環状凸部１４２を備えている。この環状凸部１４２の外周面とハウジング４００の内周面との間も２つのＯリングＯによって封止された状態となる。なお、本実施例においては、環状凸部１４２は、密封対象流体側（Ｒ）にハウジング４００を保護するために十分延びるように構成されている。
　以上のように構成された保護カバー１４０によって、シールカバー５００は、密封対象流体に曝されないように保護されている。
　以上のように構成された第１メカニカルシール１００において、密封対象流体に曝されるのは、メイティングリング１１０，シールリング１２０及び保護カバー１４０である。そして、これらのメイティングリング１１０，シールリング１２０及び保護カバー１４０は、耐摩耗性に優れた硬質材によって構成されている。硬質材のより具体的な好適例としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や超硬合金を挙げることができる。なお、これらの部材の材料自体を硬質材で構成するのではなく、密封対象流体に曝される部分を含む一部が耐摩耗性に優れた硬質材で構成されるように、表面に超硬コーティングを施すようにしても良い。また、本実施例においては、密封対象流体に曝されるハウジング４００の内周面にも、超硬コーティング４１０が施されている。なお、ハウジング４００の内周面に超硬コーティング４１０を施すのではなく、当該内周面に炭化ケイ素（ＳｉＣ）や超硬合金などの硬質材からなるリングを嵌める構成を採用することもできる。
　＜本実施例に係る軸封装置の優れた点＞
　本実施例に係る軸封装置によれば、第１メカニカルシール１００において、軸３００側に固定される回転環であるメイティングリング１１０を密封対象流体側（Ｒ）に設け、ハウジング４００側に固定される固定環であるシールリング１２０を大気側（Ａ）に設ける構成を採用している。これにより、第１メカニカルシール１００の外周面側に密封対象流体が存在する環状隙間Ｒ１が形成されるようにしている。
　従って、固定環を密封対象流体側に設けて、回転環を密封対象流体とは反対側に設けることで、第１メカニカルシールの内周面と軸の外周側との間の環状隙間に密封対象流体が存在するようにせざるを得ない場合に比べて、環状隙間Ｒ１のスペースを自由に広くすることができる。そして、この環状隙間Ｒ１のスペースを広くすることで、密封対象流体中に砂などの固形物が含まれていたとしても、環状隙間Ｒ１に固形物が溜まってしまうことを抑制できる。なお、軸やスリーブに段差を設けることなく、環状隙間Ｒ１を形成できることから、軸やスリーブの強度の低下を抑制できる利点もある。
　以上のように、本実施例に係る軸封装置によれば、環状隙間Ｒ１に固形物が堆積してしまうことを抑制でき、第１メカニカルシール１００の作動に障害が生じてしまうことを抑制できる。また、第１メカニカルシール１００における摺動面（より具体的には、メイティングリング１１０とシールリング１２０との摺動面）に固形物が入り込んでしまうことを抑制できる。これに伴い、摺動面の摺動摩耗の促進や損傷を抑制できる。また、第１メカニカルシール１００の外周面側に密封対象流体が存在するので、密封対象流体中に含まれている固形物が遠心力を伴った状態で第１メカニカルシール１００に衝突することを抑制できる。
　また、本実施例に係る軸封装置によれば、シールカバー５００は保護カバー１４０によって密封対象流体に曝されることが抑制されるので、シールカバー５００の劣化を抑制できる。
　ここで、密封対象流体中に含まれる砂などの固形物によって劣化し得るのは、密封対象流体に曝されている部材であり、保護カバー１４０は劣化する対象となる部材である。そのため、経時劣化が進んだ場合には、保護カバー１４０は交換しなければならない。
　しかしながら、従来例のように、高圧の流体が流れる流路を有するシールカバーが密封対象流体に曝されている場合には、この比較的大きく構造が複雑にならざるを得ないシールカバーを交換しなければならない。これに対して、本実施例に係る軸封装置の場合には、保護カバー１４０を交換しさえすれば、シールカバー５００は殆ど交換する必要はなく、交換する部材の費用を削減することができる。
　また、本実施例においては、シールカバー５００と保護カバー１４０のそれぞれに設けられている環状溝５２１，１４１ａが合わさってできる環状の空間にＯリングＯ１を装着することで、シールカバー５００と保護カバー１４０を簡単に着脱できる構成を採用している。従って、保護カバー１４０を交換する際のメンテナンス性に優れる。
　また、本実施例においては、密封対象流体に曝される各種部材（メイティングリング１１０，シールリング１２０，保護カバー１４０及びハウジング４００）は、その全部または密封対象流体に曝される部分を含む一部が硬質材によって構成されている。従って、これらの各種部材の劣化を抑制できる。より具体的には、密封対象流体に含まれる砂などの固形物によるエロージョンの発生を抑制できる。ここで、ハウジング４００の場合には、大気側（Ａ）の端面付近については、保護カバー１４０に設けられた環状凸部１４２によって、密封対象流体に曝されることが抑制されるように構成されている。そのため、この付近は特に劣化が抑制される。なお、密封対象流体に曝される各種部材が、密封対象流体に含まれる固形物によって劣化してしまうのを抑制するには、当該各種部材の全部または一部を、固形物（本実施例では砂）よりも硬い硬質材で構成すればよい。
　また、本実施例においては、金属製のカラー３２０の全体が密封対象流体に曝されないように構成されているので、カラー３２０にエロージョンが発生してしまうことも抑制できる。そして、このカラー３２０は、スリーブ３１０に設けられた貫通孔３１１を介してねじ込まれたセットスクリュー３２１によって内周側からスリーブ３１０に固定されている。従って、セットスクリュー３２１は軸３００の表面によって抜け止めが防止される。また、セットスクリュー３２１も密封対象流体に曝されないので、エロージョンが発生してしまうこともない。
　以上のように、本実施例に係る軸封装置によれば、砂などによるエロージョンの発生を抑制することで、各種部材の長寿命化を図ることが可能となる。また、密封対象流体に曝されており劣化し得る部品は限られており、かつ、高圧の流体が流れる流路を有するシールカバーのように、比較的大きく構造が複雑にならざるを得ないものを交換する必要がない。従って、部材の交換に必要なコストを削減できる。また、上記の通り、メンテナンス性に優れているので、メンテナンスに伴うコストも削減できる。
　１００　第１メカニカルシール
　１１０　メイティングリング
　１２０　シールリング
　１３０　コンプレッションリング
　１３１　スプリング
　１４０　保護カバー
　１４１　端部
　１４１ａ　環状溝
　１４２　環状凸部
　２００　第２メカニカルシール
　２１０　メイティングリング
　２２０　シールリング
　２３０　コンプレッションリング
　２３１　スプリング
　２４０　保護カバー
　２４１　貫通孔
　３００　軸
　３１０　スリーブ
　３１１　貫通孔
　３２０　カラー
　３２１　セットスクリュー
　３３０　環状部材
　４００　ハウジング
　４１０　超硬コーティング
　５００　シールカバー
　５１０　流路
　５２０　凹部
　５２１　環状溝
　Ｂ　ボルト
　Ｏ，Ｏ１，Ｏ２　Ｏリング
　Ｒ１　環状隙間

Claims (5)

  1. 　軸とハウジングとの間の環状隙間を封止する軸封装置であって、
    　密封対象流体側に備えられる第１メカニカルシールと、
    　第１メカニカルシールに対して密封対象流体とは反対側に備えられる第２メカニカルシールと、
    　これら第１メカニカルシール及び第２メカニカルシールの外周側に設けられると共に、第１メカニカルシールと第２メカニカルシールとの間の空間領域に送り込まれる流体であって、かつ密封対象流体よりも高圧の流体が流れる流路を有するシールカバーと、
    　を備えた軸封装置において、
    　第１メカニカルシールは、
    　密封対象流体側に設けられ、かつ内周側が前記軸側に固定されて軸と共に回転する回転環と、
    　該回転環に対して密封対象流体とは反対側に設けられて該回転環に対して摺動自在に備えられ、かつ軸と共に回転しない固定環と、
    　を備え、
    　第１メカニカルシールの外周面側に密封対象流体が存在する環状隙間が形成されると共に、
    　前記シールカバーの密封対象流体側に隣接し、かつ該シールカバーとの間及び第１メカニカルシールとの間が、それぞれシール部材によって封止された状態で設けられ、前記シールカバーが密封対象流体に曝されるのを抑制する保護カバーを備えることを特徴とする軸封装置。
  2. 　前記シールカバーにおける密封対象流体側の端部には、前記保護カバーにおける密封対象流体とは反対側の端部が嵌まる環状の凹部が設けられており、
    　該凹部における内周面と前記保護カバーにおける前記凹部に嵌まる部分の外周面には、それぞれ環状溝が設けられており、これらの環状溝が合わさってできる環状の空間にシール部材が装着されることで、前記シールカバーと保護カバーとが固定されることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。
  3. 　前記保護カバーは、その全部または密封対象流体に曝される部分を含む一部が硬質材によって構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の軸封装置。
  4. 　前記回転環及び固定環は、これらの全部または密封対象流体に曝される部分を含む一部が硬質材によって構成されることを特徴とする請求項１，２または３に記載の軸封装置。
  5. 　前記軸の外周には、該軸を保護するために取り付けられた円筒形状のスリーブが備えられており、かつ該スリーブの外周には前記回転環を取り付けるためのカラーが備えられると共に、
    　前記カラーの外周表面は前記回転環によって覆われており、かつ該カラーは前記スリーブに設けられた貫通孔を介してねじ込まれたセットスクリューによって内周側から該スリーブに固定されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の軸封装置。
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