WO2011036917A1 - メカニカルシール - Google Patents

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WO2011036917A1
WO2011036917A1 PCT/JP2010/058419 JP2010058419W WO2011036917A1 WO 2011036917 A1 WO2011036917 A1 WO 2011036917A1 JP 2010058419 W JP2010058419 W JP 2010058419W WO 2011036917 A1 WO2011036917 A1 WO 2011036917A1
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seal
sealing element
housing
side sealing
mechanical seal
Prior art date
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PCT/JP2010/058419
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English (en)
French (fr)
Inventor
高橋　秀和
Original Assignee
イーグル工業株式会社
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Publication date
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Priority to US13/124,106 priority patent/US9388905B2/en
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    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/122—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps
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    • F04D29/10—Shaft sealings
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    • F16J15/3448—Pressing means the pressing force resulting from fluid pressure
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    • F16J15/3464—Mounting of the seal

Definitions

  • the present invention relates to a shaft seal device in which a liquid to be sealed used in a hot water pump and a hot oil pump such as a boiler feed water pump and a condensate pump in a thermal power plant is at a high temperature.
  • a shaft seal device used for a hot water pump such as a boiler feed water pump or a condensate pump of a thermal power plant, a hot oil pump, or the like, for example, the one shown in FIG. 3 has been conventionally used.
  • the shaft seal device has an inside type (a type that seals fluid that leaks from the outer periphery of the sliding surface toward the inner periphery) as a contact-type mechanical seal.
  • a rotary-side sealing element 52 provided on a rotary shaft 50 side for driving a pump impeller (not shown) on the inside of the machine via a sleeve 51 so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 50, and a pump housing 53
  • the stationary-side sealing element 55 provided in a non-rotating state and axially movable on the seal cover 54 fixed to each other is opposed to each other by a spring 56 that urges the stationary-side sealing element 55 in the axial direction. They are designed to slide closely together.
  • the mechanical seal is configured to be cooled by the circulation of the liquid to be sealed (hereinafter referred to as “prior art 1”, for example, see Patent Document 1).
  • the prior art 1 described above has the following problems. (1) In order to cool the mechanical seal, a large amount of cooling water is required for the flushing pipe, the cooler, and the cooler. (2) A pumping ring is required, and the installation space and power consumption increase accordingly. When the pumping ring is attached, the length of the inner periphery of the stuffing box and the throttle part of the shaft cannot be increased, so that the cooling effect of the water cooling jacket built in the stuffing box is insufficient. (3) Since the mechanical seal is an inside / balance type single seal, it is necessary to attach a rotation-side sealing element to the outer periphery of the sleeve, and the mechanical seal size is increased by the thickness of the sleeve.
  • the mechanical seal structure is stationary, outside, and balanced, with the mechanical seal mounted outside the stuffing box, the collar is mounted directly on the rotating shaft, and the rotating ring is on the outer periphery of the collar.
  • those equipped with a flushing facility are known (hereinafter referred to as “Prior Art 2”, for example, see Patent Document 2).
  • the prior art 2 also has a problem that a large amount of cooling water for the flushing pipe, the cooler, and the cooler is required to cool the mechanical seal.
  • the present invention is a mechanical seal in which a liquid to be sealed used in a hot water pump and a hot oil pump such as a boiler water pump and a condensate pump in a thermal power plant is a high temperature, and a sealing element is mounted outside the stuffing box. And it aims at providing the mechanical seal of no flushing and a no cooler by employ
  • a mechanical seal according to the present invention is firstly attached to a shaft sealing portion formed between a housing and a rotating shaft so as to seal between the housing and the rotating shaft. It is an outside type that seals a sealed fluid that is about to leak from the inner periphery to the outer periphery of the moving surface, and the rotary side sealing element and the stationary side sealing element are provided outside the stuffing box,
  • the stationary side sealing element with a built-in spring is attached to the seal cover fixed to the housing, the rotational side sealing element is attached to the collar directly attached to the rotating shaft, and the rotational side consisting of the rotational side sealing element and the collar is the outside of the machine
  • a seal arranged so as to rotate in the atmosphere and acting as an axial movement force with respect to the axial projection area A1 of the sliding surface of the stationary side sealing element and the stationary side sealing element
  • the balance ratio A2 / A1 of the axis direction of the projection area A2 for receiving the body pressure is set to 1 or less, it is characterized by providing
  • the sealed fluid is a high-temperature fluid
  • no flushing and no-cooler can be achieved, and the flushing pipe, the cooler, the cooling water piping for the cooler, and the like are not required, so that the initial cost of the mechanical seal itself can be reduced.
  • the total initial cost can be significantly reduced by downsizing.
  • the cooling water for the cooler is no longer necessary, so that significant water saving can be achieved, and at the same time, maintenance of the cooler and flushing is not necessary.
  • the pumping ring and the accompanying parts are not required, the stuffing box can be shortened, and the power of the pumping ring is not required, so that the running cost can be greatly reduced. Furthermore, since the rotating side sealing element and the stationary side sealing element are attached to the outside of the stuffing box, sliding heat generation is likely to be dissipated, and the capacity of the cooling jacket provided in the stuffing box can be increased. Furthermore, since the rotation side is arranged to rotate in the outside atmosphere, forced air cooling can be performed by the atmosphere. Further, since the sleeveless cartridge is an outside / stationary / balanced type, the seal size can be reduced by the thickness of the sleeve, the peripheral speed of the sliding surface can be reduced, and the load on the sliding surface can be reduced.
  • the mechanical seal of the present invention is, secondly, in the first feature, the cooling jacket has a cooling water accommodation space communicating with a cooling water supply / drain hole provided in the stuffing box in the central portion, Each of which is hermetically mounted on the inner periphery of the housing via an O-ring, and the clearance ⁇ between the outer periphery of the cooling jacket and the inner periphery of the housing is set larger than the clearance ⁇ between the outer periphery of the rotating shaft and the inner periphery of the cooling jacket. .
  • the cooling effect by the cooling jacket can be maximized by narrowing the gap between the outer periphery of the rotating shaft and the inner circumference of the cooling jacket and minimizing the volume of the sealing fluid interposed in the gap. . Even if the rotating shaft swings and the outer periphery of the rotating shaft comes into contact with the inner periphery of the cooling jacket, the shock is absorbed by the cushioning action of the O-ring, so that the contact surface pressure can be reduced and galling caused by contact sliding. In addition, it is possible to prevent wear of the two and to maintain the initial gap over a long period of time and to increase the cooling effect of the cooling jacket.
  • the mechanical seal of the present invention is characterized in that, in the second feature, a plurality of fins are provided inside the cooling water storage space near the outer peripheral side of the rotating shaft. According to the third feature, the heat transfer area can be increased, and the axial length of the cooling jacket can be reduced.
  • the mechanical seal of the present invention is, fourthly, in any of the first to third features, air or nitrogen gas is not present outside the sliding portion between the rotating side sealing element and the stationary side sealing element.
  • a quenching hole for supplying the active gas is provided in the seal cover. According to the fourth feature, the sliding surface can be directly cooled, and the cooling effect can be enhanced.
  • a lip seal made of a fluororesin is mounted between the rotary side sealing element and the collar, and a seal portion of the lip seal is provided. Is characterized in that it is slid in contact with the diaphragm surface on the inner periphery of the seal cover. According to the fifth feature, it is possible to prevent a danger due to the scattering of the leaking liquid, and it is possible to prevent damage to the bearing because the leaking liquid does not splash to the bearing box side.
  • the present invention has the following excellent effects. (1) It is an outside type that seals a sealed fluid that is about to leak from the inner periphery to the outer periphery of the sliding surface, and the rotary side sealing element and the stationary side sealing element are located outside the stuffing box.
  • the stationary side sealing element with a built-in spring is attached to a seal cover fixed to the housing, the rotary side sealing element is attached to a collar directly attached to the rotary shaft, and the rotary side sealing element and the collar are formed.
  • a shaft that is arranged so that the rotating side rotates in the atmosphere outside the machine, and that receives the projected fluid area A1 in the axial direction of the sliding surface of the stationary sealing element and the sealing fluid pressure that acts as a moving force in the axial direction with respect to the stationary sealing element
  • the mechanical seal itself can be reduced, but also the total initial cost due to downsizing. Significant reduction is possible. In addition, it is possible to prevent a decrease in the thermal efficiency of the entire system due to the cooled liquid entering the piping system. In addition, the cooling water for the cooler is no longer necessary, so that significant water saving can be achieved, and at the same time, maintenance of the cooler and flushing is not necessary. Furthermore, the pumping ring and the accompanying parts are not required, the stuffing box can be shortened, and the power of the pumping ring is not required, so that the running cost can be greatly reduced. Furthermore, sliding heat generation is likely to be dissipated, and the rotating side is forcibly air-cooled by the atmosphere. Further, the seal size can be reduced by the thickness of the sleeve, the peripheral speed of the sliding surface is reduced, and the load on the sliding surface can be reduced.
  • the cooling jacket has a cooling water storage space communicating with the cooling water supply / drain hole provided in the stuffing box in the center, and is fitted to the inner periphery of the housing through O-rings on both outer circumferences.
  • the clearance between the outer periphery of the cooling jacket and the inner periphery of the housing is set to be larger than the clearance between the outer periphery of the rotating shaft and the inner periphery of the cooling jacket, thereby narrowing the clearance between the outer periphery of the rotating shaft and the inner periphery of the cooling jacket to a minimum.
  • the sliding surface is provided. It can be cooled directly and the cooling effect can be enhanced.
  • a lip seal made of fluororesin is installed between the rotary side sealing element and the collar, and the seal part of the lip seal is slid in contact with the throttle surface on the inner periphery of the seal cover, thereby The risk of splashing can be prevented, and since the leaked liquid does not splash on the bearing box side, bearing damage can be prevented.
  • FIG. 1 It is a front sectional view showing the whole mechanical seal concerning an embodiment of the invention. It is a principal part enlarged view which expands and shows the principal part of FIG. It is front sectional drawing which shows the prior art 1.
  • FIG. 1 It is a front sectional view showing the whole mechanical seal concerning an embodiment of the invention. It is a principal part enlarged view which expands and shows the principal part of FIG. It is front sectional drawing which shows the prior art 1.
  • FIG. 1 is a front cross-sectional view showing an entire mechanical seal according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of a main part obtained by enlarging the main part of FIG.
  • the mechanical seal 1 includes a housing 2 for a shaft seal in a hot water pump and a hot oil pump such as a boiler feed water pump and a condensate pump of a thermal power plant, and a pump for handling a high temperature liquid exceeding 200 ° C.
  • the mechanical seal 1 is mounted in a cartridge type between the housing 2 and the rotary shaft 3 for sealing between the rotary shafts 3 fitted in the shaft fitting holes 10.
  • the left side is the aircraft inner side
  • the right side is the aircraft outer side (atmosphere side).
  • a rotation shaft 3 is provided through the shaft fitting hole 10 of the housing 2.
  • a seal cover 5 is attached to the side surface 4 on the outside of the machine 2 around the shaft fitting hole 10 by means of fixing means such as bolts 6, and the space inside the seal cover 5 and outside the rotary shaft 3 is mechanically attached.
  • a stationary side sealing element (hereinafter referred to as “seal ring”) 7 and a rotary side sealing element (hereinafter referred to as “mating ring”) 8 constituting the seal 1 are arranged.
  • a stuffing box 9 having an enlarged diameter is formed near the outside of the shaft fitting hole 10 of the housing 2, and a cooling jacket 11 described later is disposed in the stuffing box 9.
  • the mating ring 8 and the seal ring 7 are provided outside the stuffing box 9, that is, outside the machine. For this reason, the capacity
  • the mechanical seal 1 is formed in an outside shape that seals the sealed fluid 12 that is about to leak from the inner periphery to the outer periphery of the sliding surface S between the seal ring 7 and the mating ring 8.
  • the seal cover 5 has an annular shape so as to surround the rotary shaft 3, and an axial hole is formed in the seal cover 5.
  • the inner peripheral surface forming the hole of the seal cover 5 has a fitting surface 5C, a space (hereinafter referred to as “annular groove”) 5G, and an aperture in order from the inner side to the outer side.
  • Surface 5F is formed.
  • the annular groove 5G is formed between the fitting surface 5C and the diaphragm surface 5F so as to have a larger diameter than the outer diameter of the fitting surface 5C. Further, the axial width of the annular groove 5G is made large so that most of the seal ring 7 and the mating ring 8 are present in the inner periphery of the annular groove 5G. Further, the diaphragm surface 5F is formed on the inner periphery of the front surface (near the machine exterior) of the seal cover 5 in order to increase the axial width of the annular groove 5G. Further, a positioning portion 5T is provided on the front surface of the seal cover 5 so as to surround the hole. This positioning portion 5T is formed with a convex end in the axial direction in order to provide a positioning groove 5B on the outer periphery.
  • the moving surface 7D of the seal ring 7 is fitted to the fitting surface 5C of the seal cover 5 so as to be movable in the axial direction.
  • the moving surface 7D of the seal ring 7 is formed with a first seal groove 7B for O-ring that seals between the fitting surface 5C.
  • this 1st seal groove 7B in order to make an adhesion
  • an O-ring 13A is attached to the first seal groove 7B.
  • the material of the O-ring 13A is fluorine rubber, nitrile rubber, H-NBR, EPDM, perfluoroelastomer, or the like.
  • the seal ring 7 forms a sliding seal surface 7A on the end surface opposite to the first seal groove 7B. Further, the outer peripheral side of the seal ring 7 forms a flange 7F. A guide groove 7G is formed in the flange 7F. Further, a fixing pin 14 is press-fitted and attached to a fitting hole provided in a side surface of the annular groove 5G of the seal cover 5. The guide groove 7G is movably fitted to the fixed pin 14, and the seal ring 7 is moved in the axial direction by the fixed pin 14, but is locked in the rotational direction. Further, as shown in FIG. 1, the seal cover 5 facing the flange 7F is provided with a plurality of hole-shaped spring seats 5H arranged in the circumferential direction. Coil springs 15 provided at equal intervals along the peripheral surface are seated on the spring seat 5H and elastically press the seal ring 7.
  • the seal ring 7 is an axial projection that receives an axial projection area A1 of the sliding seal surface 7A of the seal ring 7 and a seal fluid pressure (sealed fluid pressure) that acts as an axial moving force on the seal ring 7.
  • a balance ratio A2 / A1 with the area A2 is formed in a balance type set to 1 or less, and the load on the sliding surface S due to the seal fluid pressure is reduced.
  • the seal ring 7 is made of SiC by a special conversion method (partially converting the carbon surface to SiC, reinforcing the surface strength, and combining both the wear resistance of SiC and the self-lubricating property of carbon). Yes. It may also be made of diamond-coated SiC.
  • the seal cover 5 is provided with a plurality of quenching holes 16 extending in the circumferential direction from the outer peripheral surface 5A into the annular groove 5G.
  • a quenching fluid V made of an inert gas such as a gas is supplied, and the drain is discharged from the quenching hole 16 located immediately below.
  • FIG. 1 shows a state in which the quenching fluid V is supplied from the quenching hole 16 located directly below, but in actuality, the quenching fluid V is supplied from the horizontal quenching hole 16. Then, the supplied quenching fluid V is directly injected into the outer peripheral side of the sliding surface S between the seal ring 7 and the mating ring 8 from the quenching hole 16.
  • the supplied quenching fluid V is circulated in the annular groove 5G and then discharged through the quenching hole 16 directly below. At that time, the heat generated when the sliding surface S slides is cooled, and impurities adhering to the seal ring 7 and the mating ring 8 are cleaned.
  • an air vent 18 for removing a gas component of the sealed fluid 12 is provided directly above the circumferential direction of the seal cover 5. The air vent 18 communicates with the sealed fluid 12 through a communication hole (not shown) provided in the seal cover 5.
  • the collar 20 is provided with a fitting peripheral surface 20C and a second seal groove 20B on the inner periphery.
  • the fitting peripheral surface 20C is fitted to the outer peripheral surface 3A of the rotating shaft 3, and the fitting surfaces of both components are sealed by the O-ring 13C fitted to the second seal groove 20B.
  • the tip end portion of the set screw 21 screwed into the collar 20 is fixed to the outer peripheral surface 3 ⁇ / b> A of the rotating shaft 3 to fix the collar 20 to the rotating shaft 3.
  • an outer periphery inside the mating ring 8 in the collar 20 is formed on the coupling surface 20D.
  • a holding surface 20S is provided on the annular stepped surface provided on the outer peripheral side from the coupling surface 20D.
  • the drive pin 22 is press-fitted into the fitting hole provided in the holding surface 20S of the collar 20 and attached.
  • the seal size can be reduced by the thickness of the sleeve, the sliding surface peripheral speed can be reduced, and the sliding surface load can be reduced.
  • a sliding seal surface 8A is formed at one end of the mating ring 8 as shown in FIG.
  • the sliding seal surface 8A is formed so as to be able to slide in close contact with the sliding seal surface 7A of the seal ring 7.
  • a sealing surface 8D is provided on the outer periphery of the mating ring 8.
  • the sealing surface 8D is fitted with a gap C close to the diaphragm surface 5F of the positioning portion 5T.
  • the sealing surface 8D and the throttle surface 5F are closely fitted to block the quenching fluid V supplied from the quenching hole 16 by the effect of the gap C.
  • a stepped surface 8B for sealing is formed on the inner peripheral surface 8C of the mating ring 8.
  • An O-ring 13B is attached to the stepped surface 8B to seal between the fitting surfaces of the inner peripheral surface 8C of the mating ring 8 and the coupling surface 20D of the collar 20. Further, a pin recess 8G is formed on the joining surface 8E at the end of the mating ring 8 on the outside of the machine. The drive pin 22 screwed into the fitting hole of the collar 20 is inserted into the pin recess 8G, and the parts of the mating ring 8 and the collar 20 are locked to each other so as not to move in the circumferential direction. Then, the rotational force of the collar 20 is transmitted to the mating ring 8 by the drive pin 22.
  • the rotating side including the mating ring 8 and the collar 20 is arranged so as to rotate in the outside atmosphere. For this reason, the rotating side is forcibly air-cooled by the atmosphere. Further, since the rotation side portion in contact with the sealing fluid is only the sealing fluid side end surface of the mating ring 8 and the collar 20, the contact area with the sealing fluid is small, and heat generation due to rotational friction in high speed rotation is small.
  • the mating ring 8 is manufactured from a material such as SiC by a special conversion method, or ceramics such as SiC or a cemented carbide by another manufacturing method. It may also be made of diamond-coated SiC. At least one member of the seal ring 7 or mating ring 8 is made of SiC by special conversion method so as to have lubricity and wear resistance, thereby preventing the change of the sliding surface state during long-term operation. Yes.
  • the width of the sliding surface S between the mating ring 8 and the seal ring 7 is set to 1.5 mm or less, and the balance ratio A2 / A1 is set to 0.7 or less. Is good. In the range where the diameter of the rotating shaft 3 exceeds 100 mm and is 200 mm or less, the width of the sliding surface S between the mating ring 8 and the seal ring 7 is 2.0 mm or less, and the balance ratio A2 / A1 is 0.7. The following should be set. For this reason, the hydraulic pressure working area is minimized, and the pressing force due to the fluid pressure is minimized, so the heat generation is designed to be minimized.
  • the gap between the inner periphery of the seal ring 7 and the outer periphery of the rotating shaft 3A is 2.5 mm or more regardless of the diameter of the rotating shaft 3 described above. In this way, the clearance between the inner periphery of the seal ring 7 and the outer periphery of the rotary shaft 3A is made large so that the seal fluid flows, thereby preventing heat accumulation near the sliding surface due to sliding heat generation and increasing the temperature. Can be minimized.
  • the lip seal 23 that blocks the gap C between the throttle surface 5F and the sealing surface 8D is formed of PTFE material as shown in FIG. That is, the lip seal 23 is formed in a ring shape and forms a mounting portion 23B in a vertical portion on the inner peripheral side having a substantially L-shaped cross section, and a seal portion 23A in a substantially horizontal portion on the outer peripheral side.
  • the attachment portion 23B is pressure-bonded between each surface of the joining surface 8E of the mating ring 8 and the holding surface 20S of the collar 20.
  • the horizontal portion 23A is opened 90 degrees or more with respect to the vertical portion 23B, and the seal portion 23A is in close contact with the diaphragm surface 5F due to its elasticity when mounted.
  • the pressure of the quenching fluid V in the annular groove 5G can be increased.
  • the pressure of the quenching fluid V increases, impurities that are to adhere to the sliding surface of the O-ring 13A can be pushed back to exert a cleaning effect.
  • the sliding seal surface 7A of the seal ring 7 makes an excellent response to the sliding seal surface 8A of the mating ring 8 in the axial direction. Further, since the leaked liquid does not scatter to the bearing box side, it is possible to prevent the bearing from being damaged and to prevent the danger caused by the leaked liquid.
  • the gasket 24 is provided between the seal cover 5 and the housing 2 to seal between the housing 2 and the seal cover 5.
  • the gasket 24 is made of a material such as rubber, resin, or metal coated with rubber.
  • the annular groove 5G of the seal cover 5 is preferably formed in a large dimension in the axial direction so as to cover most of the seal ring 7 and the mating ring 8.
  • the side surface on the machine inner side of the annular groove 5G is formed so as to be close to the first seal groove 7B of the seal ring 7.
  • the side surface of the mating ring 8 of the annular groove 5G reaches the middle of the mating ring 8.
  • the quenching fluid V supplied from the quenching passage 16 can be directly supplied to the outer diameter surface of the sliding surface S.
  • the width of the annular groove 5G is large so as to cover the outer periphery of the seal ring 7 and the mating ring 8, the sliding surface S between the seal ring 7 and the mating ring 8 generates heat due to friction. However, it is cooled by the quenching fluid V flowing through the annular groove 5G, and is purified to exhibit its effect.
  • the seal cover 5 and the collar 20 are assembled at the same time as positioning by fitting the convex portion 27 of the set plate 25 attached to the collar 20 via a bolt 26 into the positioning groove 5 ⁇ / b> B of the seal cover 5. . Then, when the mating ring 8 is positioned, the set screw 21 is screwed onto the rotary shaft 3 and stopped, and the collar 20 is fixed to the rotary shaft 3.
  • the set plate 25 is formed in a cross-sectional shape as shown in FIG. 1, and is mounted on the peripheral surface of the collar 20 in a three-dimensional arrangement. The set plate 25 may be removed after assembly.
  • a ring-shaped cooling jacket 11 is provided between the inner periphery of the housing 2 and the outer periphery of the rotary shaft 3 in the stuffing box 9 formed near the outside of the shaft fitting hole 10 of the housing 2.
  • the cooling jacket 11 has a cooling water accommodation space 30 that communicates with a cooling water supply hole 28 provided immediately below the circumferential position of the stuffing box 9 and a cooling water drain hole 29 provided immediately above the central portion.
  • O-ring grooves 32 and 32 for mounting O-rings 31 and 31 respectively are provided on both outer circumferences. The thickness of the O-ring 31 is set larger than the depth of the O-ring groove 32.
  • a plurality of fins 33 are provided inside the cooling water storage space 30 of the cooling jacket 11 near the outer periphery of the rotating shaft.
  • the cooling jacket 11 is hermetically mounted on the inner periphery of the housing 2 via an O-ring 31, but is mounted with a gap ⁇ between the outer periphery of the cooling jacket 11 and the inner periphery of the housing 2.
  • the clearance ⁇ between the outer periphery of the cooling jacket 11 and the inner periphery of the housing 2 is set larger than the clearance ⁇ between the outer periphery of the rotary shaft 3 and the inner periphery of the cooling jacket 11.
  • the gap ⁇ between the outer periphery of the rotating shaft 3 and the inner periphery of the cooling jacket 11 is set to 0.1 to 0.2 mm.
  • the cooling jacket 11 is provided in the stuffing box 9, the gap between the outer periphery of the rotary shaft 3 and the inner circumference of the cooling jacket 11 is minimized, and the volume of the sealing fluid interposed in the gap is minimized.
  • the cooling effect by the cooling jacket 11 can be maximized.
  • the water-cooling jacket conventionally provided in the housing 2 can be made unnecessary and can be made compact.
  • the clearance ⁇ between the outer periphery of the cooling jacket 11 and the inner periphery of the housing 2 is set to be larger than the clearance ⁇ between the outer periphery of the rotation shaft 3 and the inner periphery of the cooling jacket 11, so that the rotation shaft 3 is swung and rotated by any chance.

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Abstract

【課題】本発明は、ノーフラッシングかつノークーラーのメカニカルシールを提供することを目的とする。 【解決手段】摺動面の内周から外周方向へ向かって漏れようとする被密封流体をシールするアウトサイド形であって、回転側密封要素および静止側密封要素をスタフィングボックスの外に位置するように設け、スプリングを内蔵する静止側密封要素をハウジングに固定されたシールカバーに装着し、回転側密封要素を回転軸に直接装着されたカラーに装着し、回転側密封要素およびカラー等からなる回転側が機外側雰囲気中で回転するように配置し、静止側密封要素の摺動面の軸方向の投影面積Ａ１と静止側密封要素に対して軸方向の移動力として働くシール流体圧力を受ける軸方向の投影面積Ａ２とのバランス比Ａ２／Ａ１を１以下に設定し、ハウジング内周と回転軸外周との間にリング状の冷却ジャケットを設けることを特徴としている。

Description

メカニカルシール
　本発明は、例えば火力発電所のボイラー給水ポンプやコンデンセートポンプなどの熱水ポンプおよび熱油ポンプ等に使用される密封対象液が高温である軸封装置に関する。
　火力発電所のボイラー給水ポンプやコンデンセートポンプなどの熱水ポンプおよび熱油ポンプ等に使用される軸封装置としては、従来、例えば図３に示されるようなものが使用されている。
　図３に示される従来の技術による軸封装置は、接触式のメカニカルシールとしてインサイド形（摺動面の外周から内周方向向かって漏れようとする流体をシールする形式）の形態を備えており、機内側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸５０側にスリーブ５１を介してこの回転軸５０と一体的に回転可能な状態に設けられた回転側密封要素５２と、ポンプのハウジング５３に固定されたシールカバー５４に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた静止側密封要素５５が、この静止側密封要素５５を軸方向に付勢するスプリング５６によって、互いの対向端面同士で密接摺動するようになっている。すなわち、この接触式メカニカルシールは、回転側密封要素５２と静止側密封要素５５の互いの摺動部Ｓにおいて、機内側（ポンプ内）の高温・高圧の液体が回転軸５０の外周から機外側へ流出するのを防止するものである。
　ところが、この種の接触式メカニカルシールは、ボイラー給水ポンプやコンデンセートポンプなどの熱水ポンプおよび熱油ポンプ等の軸封手段として使用された場合、密封対象液が高温・高圧であるため、圧力による構成部品の変形を来したり、また、摺動部Ｓにおいて発生する熱や、高温の密封対象液によって、構成部品が熱変形や材質の劣化を来し、密封性能が不安定になるおそれがある。そこで従来は、機内側から流入してメカニカルシールの外周側の空間５７に充満している密封対象液の一部が、スリーブ５１に形成されて回転軸５０と一体的に回転するパーシャルインペラ５８によって、シールカバー５４のシール流体出口５９からフラッシング配管６０を介してクーラー６１に送られ、ここで冷却されてから、フラッシング配管６２及びシールカバー５４のシール流体入口６３を介して前記空間５７へ還流され、このような密封対象液の循環によって、メカニカルシールが冷却されるように構成される（以下、「従来技術１」という。たとえば、特許文献１参照。）。
　ところが、上記した従来技術１においては、以下の問題点があった。
（１）メカニカルシールを冷却するために、フラッシング配管、クーラーおよびクーラー用の多量の冷却水が必要である。
（２）ポンピングリングが必要であり、それに伴い取付けスペースおよび消費動力が増大する。ポンピングリングを装着すると、スタフィングボックス内周と軸の絞り部の長さが長くとれないので、スタフィングボックスに内蔵されている水冷ジャケットの冷却効果が不十分であった。
（３）メカニカルシールがインサイド・バランス形のシングルシールであるため、スリーブ外周に回転側密封要素を装着する必要があり、スリーブの肉厚分、メカニカルシールのサイズが大きくなる。メカニカルシールのサイズが大きくなると、摺動面の周速が速くなり、摺動面の負荷が高くなる。また、発熱部分である摺動面がスタフィングボックス内にあり、大気による空冷効果が期待できない。
（４）メカニカルシールのシール端面幅が２．５ｍｍを越え、摺動発熱が大きいため、発熱除去のため、フラッシングが不可欠であり、フラッシング流量も多く必要なため、ポンピングリングの高い流量（Ｑ）－揚程（Ｈ）性能が必要であった。
（５）メカニカルシールの冷却のため、水を摺動部Ｓの大気側（図３の場合、摺動部Ｓの内側）に供給してクエンチを行う場合があるが、高温によりクエンチ水が蒸発して水中のカルキが析出し、メカニカルシールが固着して漏洩することがあった。
　また、メカニカルシール構造が、静止形・アウトサイド・バランス形であって、メカニカルシールがスタフィングボックスの外に装着される外装着形で、カラーが回転軸に直接装着され、回転環がカラー外周に装着されるスリーブレスのメカニカルシールにおいて、フラッシング設備を装着したものが知られている（以下、「従来技術２」という。たとえば、特許文献２参照。）
　しかし、従来技術２においても、メカニカルシールを冷却するために、フラッシング配管、クーラーおよびクーラー用の多量の冷却水が必要であるという問題があった。
特開２００２－９８２３７号公報 再表２００６－０２２３７８号公報
　本発明は、例えば火力発電所のボイラー給水ポンプやコンデンセートポンプなどの熱水ポンプおよび熱油ポンプ等に使用される密封対象液が高温であるメカニカルシールにおいて、密封要素をスタフィングボックスの外に装着し、スタフィングボックス内に冷却手段を設ける構造を採用することにより、ノーフラッシングかつノークーラーのメカニカルシールを提供することを目的とするものである。
　上記目的を達成するため本発明のメカニカルシールは、第１に、ハウジングと回転軸との間に形成した軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間をシールするメカニカルシールにおいて、摺動面の内周から外周方向へ向かって漏れようとする被密封流体をシールするアウトサイド形であって、回転側密封要素および静止側密封要素をスタフィングボックスの外に位置するように設け、スプリングを内蔵する静止側密封要素をハウジングに固定されたシールカバーに装着し、回転側密封要素を回転軸に直接装着されたカラーに装着し、回転側密封要素およびカラー等からなる回転側が機外側雰囲気中で回転するように配置し、静止側密封要素の摺動面の軸方向の投影面積Ａ１と静止側密封要素に対して軸方向の移動力として働くシール流体圧力を受ける軸方向の投影面積Ａ２とのバランス比Ａ２／Ａ１を１以下に設定し、ハウジング内周と回転軸外周との間にリング状の冷却ジャケットを設けることを特徴としている。
　第１の特徴により、被密封流体が高温流体でも、ノーフラッシング、ノークーラー化が図れ、フラッシング配管、クーラーおよびクーラー用冷却水配管等が不要となるため、メカニカルシール自体のイニシャルコストの削減が図れるのみならず、小型化によるトータルイニシャルコストの大幅な削減が可能となる。併せて、冷却した液体が配管系内に入ることによる系全体の熱効率の低下を防止できる。また、クーラーの冷却水が不要となり、大幅な節水が図れ、同時に、クーラーやフラッシングのメンテナンスが不要となる。さらに、ポンピングリングおよび付帯部品が不要となり、スタフィングボックスを短くすることができ、また、ポンピングリングの動力が不要となるので、ランニングコストも大幅に削減することができる。
　さらにまた、回転側密封要素および静止側密封要素をスタフィングボックスの外に装着されるため摺動発熱が発散されやすく、また、スタフィングボックス内に設ける冷却ジャケットの容量を大きくすることができる。さらに、回転側が機外側雰囲気中で回転するように配置されるので、大気により強制空冷できる。
　また、アウトサイド・静止・バランス形のスリーブレスカートリッジであるので、スリーブの肉厚分だけシールサイズを小さくすることができ、摺動面周速が小さくなり、摺動面負荷を小さくできる。
　また、本発明のメカニカルシールは、第２に、第１の特徴において、冷却ジャケットは、スタフィングボックスに設けられた冷却水給排水孔と連通する冷却水収容空間を中央部に有し、両側外周にそれぞれＯリングを介してハウジング内周に密封的に装着され、冷却ジャケット外周とハウジング内周との隙間αを回転軸外周と冷却ジャケット内周との隙間βより大きく設定することを特徴としている。
　第２の特徴により、回転軸外周と冷却ジャケット内周との隙間を極小に絞り、この隙間に介在するシール流体の体積を極小にすることで、冷却ジャケットによる冷却効果を最大化することができる。また、万一、回転軸が振れて回転軸外周が冷却ジャケット内周に接触しても、Ｏリングの弾性による緩衝作用で衝撃を吸収するので、接触面圧を小さくでき、接触摺動によるかじりや両者の摩耗を防止でき、長期間にわたり、初期の隙間を保持し、冷却ジャケットの冷却効果を大きくすることができる。
　また、本発明のメカニカルシールは、第３に、第２の特徴において、冷却水収容空間の回転軸外周側寄りの内部に複数のフィンを設けることを特徴としている。
　第３の特徴により、伝熱面積を大きくすることができ、冷却ジャケットの軸方向長さを小さくすることができる。
　また、本発明のメカニカルシールは、第４に、第１ないし第３のいずれかの特徴において、回転側密封要素と静止側密封要素との摺動部の機外側に空気あるいは窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのクエンチング孔をシールカバーに設けることを特徴としている。
　第４の特徴により、摺動面を直接冷却することができ、冷却効果を高めることができる。
　また、本発明のメカニカルシールは、第５に、第１ないし第４のいずれかの特徴において、フッ素樹脂からなるリップシールを回転側密封要素とカラーとの間に装着し、リップシールのシール部をシールカバー内周の絞り面に接触摺動させるようにしたことを特徴としている。
　第５の特徴により、漏洩液の飛散による危険を防止でき、また、漏洩液がベアリングボックス側に飛散しないので、ベアリングの損傷を防止できる。
　本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
　（１）摺動面の内周から外周方向へ向かって漏れようとする被密封流体をシールするアウトサイド形であって、回転側密封要素および静止側密封要素をスタフィングボックスの外に位置するように設け、スプリングを内蔵する静止側密封要素をハウジングに固定されたシールカバーに装着し、回転側密封要素を回転軸に直接装着されたカラーに装着し、回転側密封要素およびカラー等からなる回転側が機外側雰囲気中で回転するように配置し、静止側密封要素の摺動面の軸方向の投影面積Ａ１と静止側密封要素に対して軸方向の移動力として働くシール流体圧力を受ける軸方向の投影面積Ａ２とのバランス比Ａ２／Ａ１を１以下に設定し、ハウジング内周と回転軸外周との間にリング状の冷却ジャケットを設けることにより、被密封流体が高温流体でも、ノーフラッシング、ノークーラー化が図れ、フラッシング配管、クーラー、クーラー用冷却水配管等が不要となるため、メカニカルシール自体のイニシャルコストの削減が図れるのみならず、小型化によるトータルイニシャルコストの大幅な削減が可能となる。併せて、冷却した液体が配管系内に入ることによる系全体の熱効率の低下を防止できる。また、クーラーの冷却水が不要となり、大幅な節水が図れ、同時に、クーラーやフラッシングのメンテナンスが不要となる。さらに、ポンピングリングおよび付帯部品が不要となり、スタフィングボックスを短くすることができ、また、ポンピングリングの動力が不要となるので、ランニングコストも大幅に削減することができる。さらにまた、摺動発熱が発散されやすく、また、回転側が大気により強制空冷される。また、スリーブの肉厚分だけシールサイズを小さくすることができ、摺動面周速が小さくなり、摺動面負荷を小さくできる。
（２）該冷却ジャケットは、スタフィングボックスに設けられた冷却水給排水孔と連通する冷却水収容空間を中央部に有し、両側外周にそれぞれＯリングを介してハウジング内周に密封的に装着されており、冷却ジャケット外周とハウジング内周との隙間を回転軸外周と冷却ジャケット内周との隙間より大きく設定することにより、回転軸外周と冷却ジャケット内周との隙間を極小に絞り、この隙間に介在するシール流体の体積を極小にすることで、冷却ジャケットによる冷却効果を最大化することができる。また、万一、回転軸が振れて回転軸外周が冷却ジャケット内周に接触しても、Ｏリングの弾性による緩衝作用で衝撃を吸収するので、接触面圧を小さくでき、接触摺動によるかじりや両者の摩耗を防止でき、長期間にわたり、初期の隙間を保持し、冷却ジャケットの冷却効果を大きくすることができる。
（３）また、冷却水収容空間の回転軸外周側寄りの内部に複数のフィンを設けることにより、伝熱面積を大きくすることができ、冷却ジャケットの軸方向長さを小さくすることができる。
（４）回転側密封要素と静止側密封要素との摺動部の機外側に空気あるいは窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのクエンチング孔をシールカバーに設けることにより、摺動面を直接冷却することができ、冷却効果を高めることができる。
（５）フッ素樹脂からなるリップシールを回転側密封要素とカラーとの間に装着し、リップシールのシール部をシールカバー内周の絞り面に接触摺動させるようにしたことにより、漏洩液の飛散による危険を防止でき、また、漏洩液がベアリングボックス側に飛散しないので、ベアリングの損傷を防止できる。
本発明の実施の形態に係るメカニカルシールの全体を示す正面断面図である。 図１の要部を拡大して示す要部拡大図である。 従来技術１を示す正面断面図である。
　本発明に係るメカニカルシールを実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。　
　図１は、本発明の実施の形態に係るメカニカルシールの全体を示す正面断面図であり、また、図２は、図１の要部を拡大してなる要部拡大図である。
　メカニカルシール１は、火力発電所のボイラー給水ポンプやコンデンセートポンプなどの熱水ポンプおよび熱油ポンプ等の２００℃を越えるような高温液を扱うポンプ等における軸封部のハウジング２と該ハウジング２の軸嵌装孔１０に嵌装される回転軸３の間をシールするためのものであり、メカニカルシール１はハウジング２と回転軸３間にカートリッジ型に装着される。
　図１において、左側が機内側、右側が機外側（大気側）である。
　ハウジング２の軸嵌装孔１０には回転軸３が貫通して設けられている。ハウジング２の軸嵌装孔１０の周りの機外側の側面４にはシールカバー５がボルト６等の固定手段により装着されており、該シールカバー５の内側と回転軸３の外側の空間にメカニカルシール１を構成する静止側密封要素（以下、「シールリング」という。）７および回転側密封要素（以下、「メイティングリング」という。）８が配置されるようになっている。
　また、ハウジング２の軸嵌装孔１０の機外側寄りには拡径された形状のスタフイングボックス９が形成されており、該スタフイングボックス９内に後記する冷却ジャケット１１が配置される。このように、メイティングリング８およびシールリング７はスタフィングボックス９の外、すなわち、機外側に位置して設けられる。このため、冷却ジャケット１１の容量を十分に大きくすることができ、また、メイティングリング８とシールリング７との摺動面が大気側に位置するすることになり、摺動発熱がこもることがない。
　メカニカルシール１は、シールリング７とメイティングリング８との摺動面Ｓの内周から外周方向へ向かって漏れようとする被密封流体１２をシールするところのアウトサイド形に形成される。
　シールカバー５は回転軸３を包囲するように環状をしており、その内部には軸方向の孔が形成される。このシールカバー５の孔を形成する内周面は、図２に示すように、機内側から機外側に向かって順に嵌合面５Ｃと空間部（以下、「環状溝」という。）５Ｇと絞り面５Ｆとを形成する。このうち、環状溝５Ｇは嵌合面５Ｃと絞り面５Ｆとの間で嵌合面５Ｃの外径より大径に形成する。また、環状溝５Ｇの内周にシールリング７とメイティングリング８の大部分が内在するように環状溝５Ｇの軸方向の幅寸法を大きく形成する。さらに、絞り面５Ｆは、環状溝５Ｇの軸方向の幅を大きくするために、シールカバー５の前面（機外側寄り）の内周に形成される。
　また、シールカバー５の前面には、孔を囲んで位置決め部５Ｔを設ける。この位置決め部５Ｔは外周に位置決め溝５Ｂを設けるために軸方向端部を凸に形成する。
　シールカバー５の嵌合面５Ｃには、シールリング７の移動面７Ｄが軸方向へ移動自在に嵌合する。シールリング７の移動面７Ｄには、嵌合面５Ｃとの間をシールするＯリング用の第１シール溝７Ｂを形成する。この第１シール溝７Ｂは、たとえば、付着物を洗浄しやすくするために機内側が嵌合面５Ｃに対し間隔を大きく形成している。そして、この第１シール溝７Ｂには、Ｏリング１３Ａを取り付ける。このＯリング１３Ａの材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、Ｈ－ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどでる。
　さらに、シールリング７は、第１シール溝７Ｂと反対側の端面に摺動シール面７Ａを形成する。また、シールリング７の外周側はフランジ７Ｆを形成する。そして、このフランジ７Ｆには案内溝７Ｇを形成する。また、シールカバー５の環状溝５Ｇの側面に設けた嵌着穴に固定ピン１４を圧入して取り付けている。この固定ピン１４に対して案内溝７Ｇを移動自在に嵌合し、この固定ピン１４によりシールリング７は軸方向へは移動するが、回転方向へは係止されている。また、このフランジ７Ｆと対向するシールカバー５には、第１図に示すように、周方向へ複数個配置した穴状のばね座５Ｈを設ける。そして、周面に沿って等配に設けたコイルスプリング１５がばね座５Ｈに着座してシールリング７を弾発的に押圧している。
　シールリング７は、シールリング７の摺動シール面７Ａの軸方向の投影面積Ａ１とシールリング７に対して軸方向の移動力として働くシール流体圧力（被密封流体圧力）を受ける軸方向の投影面積Ａ２とのバランス比Ａ２／Ａ１が１以下に設定されたバランス形に形成され、シール流体圧による摺動面Ｓへの負荷を低減させる形式となっている。
　シールリング７は、特殊転換法（カーボン表面を部分的にＳｉＣ化し、表面強度を補強し、ＳｉＣの耐摩耗性とカーボンの自己潤滑性の両方を兼ね備えるようにすること）によるＳｉＣから製作されている。また、ダイヤモンドコーティングしたＳｉＣにより製作されてもよい。
　また、シールカバー５には、図１に示すように、外周面５Ａから環状溝５Ｇ内に貫通するクエンチング孔１６を円周方向に複数設け、水平に位置するクエンチング孔１６から空気あるいは窒素ガスなどの不活性ガスからなるクエンチング流体Ｖを供給し、真下に位置するクエンチング孔１６からドレインを排出する。
　なお、図１では、真下に位置するクエンチング孔１６からクエンチング流体Ｖを供給している状態を示しているが、実際は水平に位置するクエンチング孔１６から供給される。
　そして、供給されたクエンチング流体Ｖは、クエンチング孔１６から直接にシールリング７とメイティングリング８との摺動面Ｓの外周側に注入される。そして、この供給されたクエンチング流体Ｖは、環状溝５Ｇ内を循環してから真下のクエンチング孔１６を介して排出される。その際、摺動面Ｓの摺動時の発熱を冷却すると共に、シールリング７およびメイティングリング８に付着している不純物を清浄にする。
　また、シールカバ－５の円周方向真上に位置して被密封流体１２の気体成分を抜くためのエアベント１８が設けられている。このエアベント１８は、シールカバー５に設けられる図示しない連通孔を介して被密封流体１２と連通される。
　一方、カラー２０は、内周に嵌着周面２０Ｃと第２シール溝２０Ｂを設けている。この嵌着周面２０Ｃが回転軸３の外周面３Ａと嵌着すると共に、第２シール溝２０Ｂに装着されたＯリング１３Ｃにより両部品の嵌着面間をシールする。また、カラー２０に螺合したセットスクリュー２１の先端部を回転軸３の外周面３Ａに止めてカラー２０を回転軸３に固定する。そして、カラー２０におけるメイティングリング８の内側にある外周を結合面２０Ｄに形成する。また、結合面２０Ｄより外周側に設けた環状の段付面には保持面２０Ｓを設ける。さらに、カラー２０の保持面２０Ｓに設けた嵌着穴にドライブピン２２を圧入して取り付ける。このように、軸外周にスリーブを設ける必要がないので、スリーブの肉厚分だけシールサイズを小さくすることができ、摺動面周速が小さなり、摺動面負荷を小さくできる。　
　また、メイティングリング８の一端には、図２に示すように、摺動シール面８Ａを形成する。この摺動シール面８Ａは、シールリング７の摺動シール面７Ａと密接しながら摺動できるように形成する。さらに、メイティングリング８の外周には、密封面８Ｄを設ける。この密封面８Ｄは、位置決め部５Ｔの絞り面５Ｆと近接した間隙Ｃを設けて嵌合する。この密封面８Ｄと絞り面５Ｆとは近接に嵌合してクエンチング孔１６から供給されるクエンチング流体Ｖを間隙Ｃの効果により遮断する。さらに、メイティングリング８の内周面８Ｃにシール用の段付面８Ｂを形成する。この段付面８ＢにＯリング１３Ｂを取り付けてメイティングリング８の内周面８Ｃとカラー２０の結合面２０Ｄとの嵌着面間をシールする。また、メイティングリング８の機外側の端の接合面８Ｅには、ピン用凹部８Ｇを形成する。このピン用凹部８Ｇにカラー２０の嵌着穴にねじ込まれたドライブピン２２を挿入し、メイティングリング８とカラー２０の両部品が周方向に対して移動しないように互いに係止させる。そして、ドライブピン２２によりカラー２０の回転力をメイティングリング８に伝達する。このように、メイティングリング８およびカラー２０等からなる回転側は機外側雰囲気中で回転するように配置されている。このため、回転側が大気により強制空冷される。さらに、シール流体と接する回転側の部分は、メイティングリング８とカラー２０のシール流体側端面のみであるので、シール流体との接触面積が少なく、高速回転における回転摩擦による発熱が少ない。
　また、メイティングリング８は、特殊転換法によるＳｉＣ、または他の製法によるＳｉＣや超硬合金などのセラミックスなどの材質から製作される。また、ダイヤモンドコーティングしたＳｉＣにより製作されてもよい。
　シールリング７あるいはメイティングリング８の少なくとも一方の部材を特殊転換法によるＳｉＣとして潤滑性と耐摩耗性を持たせておくことにより、長期間の運転での摺動面状態の変化を防止している。
　回転軸３の直径が１００ｍｍ以下の範囲においては、メイティングリング８とシールリング７との摺動面Ｓの幅を１．５ｍｍ以下とし、バランス比Ａ２／Ａ１を０．７以下に設定するのがよい。
　また、回転軸３の直径が１００ｍｍを越え２００ｍｍ以下の範囲においては、メイティングリング８とシールリング７との摺動面Ｓの幅を２．０ｍｍ以下とし、バランス比Ａ２／Ａ１を０．７以下に設定するのがよい。このため、液圧作用面積が最小限に抑えられ、流体圧力による押付力が最小限となるので発熱も最小限に抑えられた低発熱設計となっている。
　さらに、回転軸３の直径が上記の何れの場合でも、シールリング７の内周と回転軸外周３Ａとの隙間を２．５ｍｍ以上とするのが望ましい。このように、シールリング７の内周と回転軸外周３Ａとの隙間を大きくとり、シール流体が流動するようにすることで、摺動発熱による摺動面近傍の蓄熱を防止し、温度上昇を最小限に抑えることができる。
　絞り面５Ｆと密封面８Ｄとの間の間隙Ｃを遮断するリップシール２３は、ＰＴＦＥ材料より図１に示すように形成される。すなわち、このリップシール２３は、リング状に形成されて断面略Ｌ字状の内周側の垂直部に取付部２３Ｂを形成すると共に、外周側の略水平部にシール部２３Ａを形成する。取付部２３Ｂをメイティングリング８の接合面８Ｅとカラー２０の保持面２０Ｓとの各面間に圧着する。また、水平部２３Ａは垂直部２３Ｂに対して９０度以上開いており、装着された状態でシール部２３Ａは、その弾性で絞り面５Ｆに密着する。このリップシール２３を設けることにより環状溝５Ｇ内のクエンチング流体Ｖの圧力を高めることもできる。クエンチング流体Ｖの圧力が高くなると、Ｏリング１３Ａの摺動面に付着しようとする不純物を押し返して洗浄効果を発揮することができる。そして、シールリング７の摺動シール面７Ａがメイティングリング８の摺動シール面８Ａに対して軸方向へ密接に応答する作動を良好にする。また、漏洩液がベアリングボックス側に飛散しないので、ベアリングの損傷を防止できるとともに、漏洩液の飛散による危険を防止できる。
　シールカバー５には、ハウジング２との間にガスケット２４を設け、ハウジング２とシールカバー５の間をシールしている。このガスケット２４は、ゴム、樹脂又はゴムをコーティングした金属などの材質から製作されている。
　さらに、シールカバー５の環状溝５Ｇは、シールリング７とメイティングリング８の大部分を覆うように軸方向に大きな寸法に形成すると良い。この環状溝５Ｇの機内側の側面は、シールリング７の第１シール溝７Ｂの近くまで近接するように形成している。さらに、環状溝５Ｇのメイティングリング８の側面は、メイティングリング８の中間まで達している。また、環状溝５Ｇの外周面の径も大きく形成すると良い。そして、クエンチング通路１６から供給されるクエンチング流体Ｖは直接に摺動面Ｓの外径面へ供給できるように構成されている。また、環状溝５Ｇの幅は、シールリング７とメイティングリング８との外周を覆うように大きく形成されているから、シールリング７とメイティングリング８との摺動面Ｓが摩擦により発熱しても、この環状溝５Ｇを流れるクエンチング流体Ｖにより冷却されると共に、清浄にされてその効果を発揮する。
　図１に示すように、シールカバー５とカラー２０は、カラー２０にボルト２６を介して取り付けられたセットプレート２５の凸部２７をシールカバー５の位置決め溝５Ｂに嵌め込んで位置決めと同時に組み立てられる。そして、メイティングリング８が位置決めされたらセットスクリュー２１を回転軸３へ螺合して止め、カラー２０を回転軸３に固定する。　なお、セットプレート２５は、図１に示すような断面形状に形成されており、カラー２０の周面に３等配に配置されて取付けられる。このセットプレート２５は組立後に取り外すと良い。
　他方、ハウジング２の軸嵌装孔１０の機外側寄りに形成されたスタフイングボックス９内には、ハウジング２内周と回転軸３外周との間にリング状の冷却ジャケット１１が設けられている。該冷却ジャケット１１は、スタフィングボックス９の円周方向位置の真下に設けられた冷却水給水孔２８および真上に設けられた冷却水排水孔２９と連通する冷却水収容空間３０を中央部に有し、両側外周にそれぞれＯリング３１、３１を装着するＯリング溝３２、３２が設けられている。Ｏリング３１の厚みはＯリング溝３２の深さよりも大きく設定されている。また、冷却ジャケット１１の冷却水収容空間３０の回転軸外周側寄りの内部に複数のフィン３３が設けられている。
　冷却ジャケット１１は、ハウジング２内周にＯリング３１を介して密封的に装着されるが、冷却ジャケット１１外周とハウジング２内周との間に隙間αを有するようにして装着される。冷却ジャケット１１外周とハウジング２内周との間に隙間αは、回転軸３外周と冷却ジャケット１１内周との隙間βより大きく設定される。回転軸３外周と冷却ジャケット１１内周との隙間βは０．１～０．２ｍｍに設定されている。
　上記のように、スタフィングボックス９内に冷却ジャケット１１を設け、回転軸３外周と冷却ジャケット１１内周との隙間を極小に絞り、この隙間に介在するシール流体の体積を極小にすることで、冷却ジャケット１１による冷却効果を最大化することができる。このため、従来ハウジング２に設けられる水冷ジャケットを不要とすることができ、コンパクトにすることができる。また、冷却ジャケット１１外周とハウジング２内周との間に隙間αは、回転軸３外周と冷却ジャケット１１内周との隙間βより大きく設定することにより、万一、回転軸３が振れて回転軸外周３Ａが冷却ジャケット１１内周に接触しても、Ｏリングの弾性による緩衝作用で衝撃を吸収するので、接触面圧を小さくでき、接触摺動によるかじりや両者の摩耗を防止でき、長期間にわたり、初期の隙間を保持し、冷却ジャケット１１の冷却効果を大きくすることができる。
　 １　　メカニカルシール
　 ２　　ハウジング
　 ３　　回転軸
　 ４　　ハウジングの機外側の側面
　 ５　　シールカバー
　 ６　　ボルト
　 ７　　静止側密封要素（シールリング）
　 ８　　回転側密封要素（メイティングリング）
　 ９　　スタフイングボックス
　１０　 軸嵌装孔
　１１　 冷却ジャケット
　１２　 被密封流体
　１３　 Ｏリング
　１４　 固定ピン
　１５　 コイルスプリング
　１６　 クエンチング孔
　１８　 エアベント　　
　２０　 カラー
　２１　 セットスクリュー
　２２　 ドライブピン
　２３　 リップシール
　２４　 ガスケット
　２５　 セットプレート
　２６　 ボルト
　２７　 凸部
　２８　 冷却水給水孔
　２９　 冷却水排水孔
　３０　 冷却水収容空間
　３１　 Ｏリング
　３２　 Ｏリング溝
　３３　 フィン

Claims (5)

  1. 　ハウジングと回転軸との間に形成した軸封部に装着されて、ハウジングと回転軸との間をシールするメカニカルシールにおいて、摺動面の内周から外周方向へ向かって漏れようとする被密封流体をシールするアウトサイド形であって、回転側密封要素および静止側密封要素をスタフィングボックスの外に位置するように設け、スプリングを内蔵する静止側密封要素をハウジングに固定されたシールカバーに装着し、回転側密封要素を回転軸に直接装着されたカラーに装着し、回転側密封要素およびカラー等からなる回転側が機外側雰囲気中で回転するように配置し、静止側密封要素の摺動面の軸方向の投影面積Ａ１と静止側密封要素に対して軸方向の移動力として働くシール流体圧力を受ける軸方向の投影面積Ａ２とのバランス比Ａ２／Ａ１を１以下に設定し、ハウジング内周と回転軸外周との間にリング状の冷却ジャケットを設けることを特徴とするメカニカルシール。
  2. 　冷却ジャケットは、スタフィングボックスに設けられた冷却水給排水孔と連通する冷却水収容空間を中央部に有し、両側外周にそれぞれＯリングを介してハウジング内周に密封的に装着され、冷却ジャケット外周とハウジング内周との隙間αを回転軸外周と冷却ジャケット内周との隙間βより大きく設定することを特徴とする請求項１記載のメカニカルシール。
  3. 　冷却水収容空間の回転軸外周側寄りの内部に複数のフィンを設けることを特徴とする請求項２記載のメカニカルシール。
  4. 　回転側密封要素と静止側密封要素との摺動部の機外側に空気あるいは窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのクエンチング孔をシールカバーに設けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
  5. 　フッ素樹脂からなるリップシールを回転側密封要素とカラーとの間に装着し、リップシールのシール部をシールカバー内周の絞り面に接触摺動させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
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