WO2011040163A1 - メカニカルシール装置 - Google Patents

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WO2011040163A1
WO2011040163A1 PCT/JP2010/064736 JP2010064736W WO2011040163A1 WO 2011040163 A1 WO2011040163 A1 WO 2011040163A1 JP 2010064736 W JP2010064736 W JP 2010064736W WO 2011040163 A1 WO2011040163 A1 WO 2011040163A1
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fluid
seal
stationary ring
pressure
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PCT/JP2010/064736
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嘉博 末藤
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イーグル工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a mechanical seal device suitable as a shaft seal for a centrifugal pump or a stirrer.
  • Some mechanical seal devices that seal high-viscosity fluids and the like are used under the condition that the pressure of the fluid existing inside the machine frequently fluctuates during operation.
  • a mechanical seal device used under such conditions for example, a secondary ring O-ring is sandwiched between a stationary ring having a stepped portion and a stepped portion formed in a housing.
  • a double mechanical seal device installed in a state is known (see Patent Document 1, etc.).
  • the mechanical seal device according to the prior art in which the O-ring for secondary seal is sandwiched between the step portion of the stationary ring and the step portion of the housing is a fluid that exists inside the machine even when the pressure of the fluid that exists inside the machine fluctuates. Can be sealed. That is, the mechanical seal device having such a structure has a back pressure lower than the pressure of the fluid existing outside the machine even when the pressure of the fluid existing inside the machine is a positive pressure higher than the pressure of the fluid existing outside the machine. Even in this case, a force for pressing the stationary ring against the rotating ring can be applied.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a mechanical seal device that can be suitably used even under conditions in which the pressure of a fluid frequently switches between positive pressure and reverse pressure. Is to provide.
  • a mechanical seal device includes: One surface of a dynamic seal surface that is installed on the rotary shaft so as to rotate integrally with the rotary shaft and dynamically seals between the first fluid existing inside the machine and the second fluid existing outside the machine.
  • the stationary ring assembly is housed on the inner diameter side, and a seal cover that supports the stationary ring assembly movably in the axial direction of the rotating shaft;
  • a first O-ring that is sandwiched in the radial direction of the rotary shaft by the seal cover and the stationary ring assembly and seals the first fluid;
  • a second O-ring that is installed on the outside of the machine from the first O-ring, is sandwiched in the radial direction by the seal cover and the stationary ring assembly, and seals the second fluid; Between the first O-ring and the second O-ring, the first fluid and the second fluid are sealed from the first fluid and the second fluid by the first O-ring and the second O-ring.
  • a low pressure chamber is formed that is maintained at a pressure that is always lower than the pressure of the second fluid;
  • a first pressure acting diameter formed by a boundary between a region where the first fluid exerts pressure on the stationary ring assembly excluding the stationary ring side sliding surface and a region where the first fluid does not exert the pressure is seen in the radial direction.
  • a second pressure acting diameter formed by a boundary between a region where the second fluid exerts pressure on the stationary ring assembly excluding the stationary ring side sliding surface and a region where the second fluid does not exert the pressure is seen in the radial direction. It is located on the side of the first seal end with respect to the second seal end.
  • the mechanical seal device is provided with a stationary ring assembly attached to the seal cover via two O-rings composed of a first O-ring and a second O-ring.
  • a low pressure chamber is formed between the two O-rings. Since the pressure of the low pressure chamber is maintained at a pressure lower than the pressure of the first fluid and the second fluid, the two O-rings are low regardless of whether the fluid pressure is positive or reverse. It receives a force that is pressed toward the pressure chamber. Thereby, the mechanical seal device according to the present invention can prevent a phenomenon in which an O-ring that is a secondary seal of fluid moves when the pressure state of the fluid is switched between a positive pressure and a reverse pressure.
  • the mechanical seal device can prevent a phenomenon that the O-ring itself and the contact portion of the O-ring are worn, and has high durability.
  • the seal cover may be formed with a communication path having an opening on the outer peripheral surface of the seal cover and penetrating to the low pressure chamber.
  • the first pressure acting diameter is located on the second seal end portion side with respect to the first seal end portion in the radial direction
  • the second pressure acting diameter is It is located on the side of the first seal end with respect to the two seal ends.
  • the seal cover includes a cover-side engagement protrusion that locks the first O-ring in the axial direction and restricts the axial movement of the first O-ring.
  • the stationary ring assembly includes a stationary ring side engaging protrusion that locks the second O-ring in the axial direction and restricts the axial movement of the second O-ring.
  • the first pressure acting diameter coincides with an inner periphery of a first fluid secondary seal formed by the radial contact surface of the first O-ring and the stationary ring assembly, and the first fluid second
  • the inner diameter of the next seal is smaller than the diameter of the first seal end
  • the second pressure acting diameter coincides with the outer periphery of the second fluid secondary seal formed by the radial contact surface of the second O-ring and the seal cover, and the outer periphery of the second fluid secondary seal
  • the diameter may be larger than the diameter of the second seal end.
  • the mechanical seal device according to the present invention is provided with the first O-ring and
  • the shape of the second O-ring can be made substantially the same shape. Therefore, the mechanical seal device having such a configuration can reduce the types of components and facilitate assembly. Further, by adopting a structure in which the first O-ring is locked by the seal cover and the second O-ring is locked by the stationary ring assembly, the shapes of the low pressure chamber and the seal cover can be simplified. .
  • the stationary ring assembly includes a stationary ring sliding portion formed with the stationary ring side sliding surface and in contact with the first O-ring, and at least a part of the stationary ring assembly outside the stationary ring sliding portion.
  • the stationary ring sliding part and the adapter part are formed separately from each other, and the stationary ring sliding part of the stationary ring sliding part is formed of an adapter part that is in contact with the second O-ring.
  • the sliding part machine outer end face which is the machine outer end face may be in contact with the adapter part.
  • cover side engaging protrusion may also serve as a stopper for preventing the adapter portion from falling off in the axial direction. Since the mechanical seal device having such a configuration can prevent the adapter portion from falling off during assembly and disassembly, it can be easily assembled and disassembled.
  • the stationary ring sliding portion includes a sliding ring on which the stationary ring side sliding surface is formed, and a retainer in contact with the first O-ring.
  • the sliding ring and the retainer are: It is formed in a separate body, and the sliding ring may be fixed to the retainer. By making the sliding ring and the retainer separate, it is possible to downsize the sliding ring on which the stationary ring side sliding surface is formed, and to prevent the sliding ring from being cracked.
  • the sliding ring may be fixed to the retainer by shrink fitting, or may be fixed to the retainer via a third O-ring.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a mechanical seal device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view in which the periphery of the inboard dynamic seal surface included in the mechanical seal device shown in FIG. 1 is enlarged.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a mechanical seal device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a mechanical seal device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a mechanical seal device 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the mechanical seal device 10 according to the present embodiment can be used as a shaft seal device such as a pump, a stirrer, and a rotary joint.
  • the mechanical seal device 10 can be suitably used as a shaft seal device for a pump that conveys a highly viscous fluid such as a gear pump or a screw pump, but the application of the mechanical seal device 10 is not limited thereto.
  • FIG. 1 shows a state in which the mechanical seal device 10 according to the present embodiment is mounted on the housing 16 of the device through which the rotary shaft 113 passes.
  • a shaft hole 20 is formed in the housing 16, and the rotating shaft 113 passes through the shaft hole 20.
  • the mechanical seal device 10 is installed with respect to the housing 16 and the rotation shaft 113 so as to seal a gap between the rotation shaft 113 penetrating the shaft hole 20 and the housing 16.
  • the mechanical seal device 10 can internally form two dynamic seal surfaces including an in-machine dynamic seal surface 173 and an out-of-machine dynamic seal surface 171. That is, the mechanical seal device 10 is a double mechanical seal in which two mechanical seals that form the inboard dynamic seal surface 173 and the outboard dynamic seal surface 171 are arranged along the rotation shaft 113.
  • the in-machine dynamic sealing surface 173 includes the transfer fluid A existing in the in-machine chamber 199 on the in-machine side (left side in FIG. 1) than the in-machine dynamic seal surface 173 and the out-of-machine dynamic seal surface 173 (see FIG. 1). And the supply fluid B existing in the supply fluid chamber 191 on the right side).
  • the outside dynamic seal surface 171 includes a supply fluid B existing in a supply fluid chamber 191 inside the aircraft from the outside dynamic seal surface 171 and a third fluid C (outside the outside dynamic seal surface 171). Seal between the outside air).
  • the mechanical seal device 10 includes an inner rotary ring 137, an outer rotary ring 159, an inner stationary ring assembly 52, an outer stationary ring 78, a seal cover 22, a first O-ring 92, and a second O-ring 96. Have. Furthermore, the mechanical seal device 10 includes a sleeve 115, an inboard machine sleeve collar 131, an outboard machine sleeve collar 151, a set screw 155, an O-ring 88, and the like.
  • the seal cover 22 includes a first cover member 24, a second cover member 28, a third cover member 34, and a fourth cover member 42.
  • the first cover member 24, the second cover member 28, the third cover member 34, and the fourth cover member 42 are prevented from relative movement by the rotation prevention mechanism, and the gap between the members is sealed by the O-ring. Are connected to each other.
  • the seal cover 22 composed of the first to fourth cover members 24, 28, 34, 42 is installed on the outer surface 18 that is the end surface of the housing 16 on the outside of the machine via an O-ring 197.
  • the seal cover 22 is fixed to the housing 16 by tightening the bolts 14 in bolt holes (not shown) formed in the outer surface 18 of the housing 16. As shown in FIG. 1, the bolt 14 fixes the seal cover 22 to the housing 16 via the nut 12.
  • the first cover member 24 constitutes an outboard portion of the seal cover 22.
  • An outboard stationary ring 78 is installed on the first cover inner peripheral surface 26 that is the inner peripheral surface of the first cover member 24.
  • the outer stationary ring 78 is disposed between an outer stationary ring outer peripheral surface 80 that is an outer peripheral surface of the outer stationary ring 78 and an inner peripheral surface 26 of the first cover, with an O-ring 88 interposed therebetween in the radial direction. .
  • the axial direction means the axial direction of the rotating shaft 113 and means a direction parallel to the central axis L of the rotating shaft 113.
  • the radial direction means the radial direction of the rotating shaft 113 and means the direction from the central axis L of the rotating shaft 113 toward the outer peripheral surface of the rotating shaft 113.
  • the outboard stationary ring 78 has an arm portion 82 protruding toward the outer diameter side.
  • the outboard stationary ring 78 is locked against rotation with respect to the seal cover 22 by a rotation stop pin 84 engaged with both the arm portion 82 and the first cover member 24.
  • An outboard spring 86 is installed between the arm portion 82 and the first cover member 24.
  • the outboard stationary ring 78 is urged by an outboard spring 86 toward an outboard rotating ring 159 installed outside the outboard stationary ring 78.
  • An end surface on the outer side of the outer stationary ring 78 is formed with the other surface that slides with respect to one surface of the outer dynamic seal surface 171.
  • the second cover member 28 constitutes an outer diameter side portion of the seal cover 22 in the machine inner side portion.
  • the second cover member 28 is disposed between the first cover member 24 and the housing 16.
  • a third cover member 34 and a fourth cover member 42 are disposed on the inner diameter side of the second cover member 28.
  • a supply introduction flow path 30 that is an inlet of the supply fluid B into the mechanical seal device 10 is formed.
  • An opening of the supply introduction channel 30 is formed on the outer peripheral surface of the second cover member 28, and an external pipe (not shown) for supplying the supply fluid B is connected to the opening of the supply introduction channel 30. Is done.
  • the supply introduction flow path 30 communicates with a supply communication flow path 36 formed in the third cover member 34, and the supply fluid B passes through the supply introduction flow path 30 and the supply communication flow path 36 to provide a supply fluid chamber. 191.
  • the supply fluid B For example, water etc. are used.
  • the supply pressure of the supply fluid B supplied to the supply fluid chamber 191 is not particularly limited, but can be set to a value higher by about 0.2 MPa than the pressure of the transfer fluid A, for example.
  • the second cover member 28 and the third cover member 34 are also formed with a flow path for discharging the supply fluid B.
  • the flow path for discharging the supply fluid B is formed at a different position in the circumferential direction with respect to the flow path for supplying the supply fluid B.
  • the flow path for discharging the supply fluid B has the same shape as the supply flow path constituted by the supply introduction flow path 30 and the supply communication flow path 36, the description thereof is omitted.
  • the second cover member 28 is formed with a low pressure introduction passage 32 for introducing the low pressure fluid D (see FIG. 2) into the low pressure chamber 193 formed inside the mechanical seal device 10.
  • the low pressure introduction flow path 32 communicates with a low pressure communication flow path 38 formed in the fourth cover member 42, and the low pressure fluid D passes through the low pressure introduction flow path 32 and the low pressure communication flow path 38 and is in a low pressure chamber. Introduced in 193.
  • the low-pressure fluid D introduced into the low-pressure chamber 193 is not particularly limited, but outside air (atmosphere) is used in the mechanical seal device 10 according to the present embodiment. Therefore, an opening of the low pressure introduction flow path 32 is formed on the outer peripheral surface of the second cover member 28, and outside air is introduced into the low pressure introduction flow path 32 from the opening of the low pressure introduction flow path 32.
  • the third cover member 34 constitutes a part of the inner diameter side portion of the seal cover 22 on the inner side.
  • the third cover member 34 is disposed inside the first cover member 24 and on the inner diameter side of the second cover member 28. Further, a fourth cover member 42 is disposed on the inner side of the third cover member 34.
  • a supply communication channel 36 for supplying the supply fluid B to the supply fluid chamber 191 is formed in the third cover member 34.
  • One opening of the supply communication flow path 36 is connected to the supply introduction flow path 30 formed in the second cover member 28, and the other opening of the supply communication flow path 36 is connected to the supply fluid chamber 191. ing.
  • the fourth cover member 42 constitutes a part of the inner diameter side of the machine-inside portion of the seal cover 22.
  • the fourth cover member 42 is disposed on the inner diameter side of the second cover member 28 and on the inner side of the third cover member 34.
  • a low-pressure communication channel 38 for introducing the low-pressure fluid D into the low-pressure chamber 193 is formed.
  • One opening of the low pressure communication channel 38 is connected to the low pressure introduction channel 32 formed in the second cover member 28, and the other opening of the low pressure communication channel 38 is connected to the low pressure chamber 193. ing.
  • the inner stationary ring assembly 52 is accommodated on the inner diameter side of the third cover member 34 and the fourth cover member 42.
  • the in-machine stationary ring assembly 52 has a first O-ring 92 and a second O-ring 96 between the outer peripheral surface of the in-machine stationary ring assembly 52 and the inner peripheral surface of the fourth cover member 42. Arranged in the direction.
  • the inboard stationary ring assembly 52 includes a stationary ring sliding part 56 and an adapter part 62.
  • the stationary ring sliding part 56 and the adapter part 62 are formed separately, and the sliding part machine outer side which is the end surface of the stationary ring sliding part 56 outside the machine.
  • the end surface 58 is in contact with the adapter unit 62.
  • the axial force received by the adapter 62 is transmitted to the stationary ring sliding portion 56 via the sliding unit outer end surface 58.
  • a pin 213 for stopping rotation is disposed between the stationary ring sliding portion 56 and the adapter portion 62.
  • a stationary-ring-side sliding surface 54 is formed on the machine-side end surface of the stationary-ring sliding portion 56.
  • the stationary ring sliding portion 56 is in contact with the first O-ring 92.
  • the adapter part 62 includes a thin part 74, a thick part 64, and a clutch part 65. Of each part constituting the adapter part 62, the thick part 64 and the clutch part 65 are stationary. It is arranged outside the machine from the ring sliding part 56. As shown in FIG. 2, the thin part 74 of the adapter part 62 is inserted on the inner diameter side of the stationary ring sliding part 56. An O-ring 76 (FIG. 2) is disposed between the inner peripheral surface of the stationary ring sliding portion 56 and the outer peripheral surface of the thin portion 74, and seals between the stationary ring sliding portion 56 and the thin portion 74. ing.
  • an in-machine spring 40 is disposed between the adapter portion 62 and the third cover member 34.
  • the in-machine spring 40 is disposed with both sides in the axial direction sandwiched between the adapter portion 62 and the third cover member 34.
  • the in-machine spring 40 urges the entire in-machine stationary ring assembly 52 including the adapter portion 62 toward the in-machine rotary ring 137 disposed inside the in-machine stationary ring assembly 52.
  • the clutch portion 65 is engaged with an engagement groove 41 formed in the third cover member 34.
  • the in-machine stationary ring assembly 52 including the adapter portion 62 is prevented from rotating with respect to the third cover member 34 of the seal cover 22 by using a clutch structure constituted by the clutch portion 65 and the engagement groove 41.
  • the first O-ring 92 is sandwiched in the radial direction by the fourth cover member 42 and the stationary ring sliding portion 56.
  • the first O-ring 92 seals the transfer fluid A existing in the cabin 199 inside the aircraft from the first O-ring 92. That is, a transfer fluid secondary seal that seals the transfer fluid A is formed by the radial contact surfaces of the first O-ring 92, the stationary ring sliding portion 56, and the fourth cover member 42.
  • An end protrusion 46 and a cover-side engagement protrusion 48 that protrude from the inner peripheral surface 44 toward the inner diameter side are formed on the fourth cover inner peripheral surface 44 that is the inner peripheral surface of the fourth cover member 42.
  • the first O-ring 92 is disposed between the end protrusion 46 and the cover-side engagement protrusion 48.
  • the end protrusion 46 is formed at the end of the fourth cover inner peripheral surface 44 on the machine inner side.
  • the cover side engaging protrusion 48 is formed on the outer side of the end protrusion 46 and sandwiches the first O-ring 92 between the end protrusion 46 in the axial direction.
  • the first O-ring 92 is pressed against the cover-side engagement protrusion 48 formed on the outer side of the first O-ring 92 in order to receive the pressure from the transfer fluid A existing on the inner side. Therefore, the cover-side engagement protrusion 48 locks the first O-ring 92 in the axial direction and restricts the movement of the first O-ring 92 in the axial direction.
  • the second O-ring 96 is disposed on the outer side of the first O-ring 92 and is sandwiched in the radial direction by the fourth cover member 42 and the adapter portion 62.
  • the second O-ring 96 seals the supply fluid B existing in the supply fluid chamber 191 outside the machine from the second O-ring 96. That is, the supply fluid secondary seal that seals the supply fluid B is formed by the radial contact surfaces of the second O-ring 96, the adapter portion 62, and the fourth cover member 42.
  • a stationary ring side engaging projection 66 that protrudes from the outer peripheral surface 72 to the outer diameter side is formed.
  • the second O-ring 96 is disposed on the outer side of the stationary ring side engaging projection 66.
  • the second O-ring 96 Since the second O-ring 96 receives pressure from the supply fluid B existing on the outside of the machine, the second O-ring 96 is pressed against the stationary ring-side engagement protrusion 66 formed on the inside of the machine from the second O-ring 96. Therefore, the stationary ring side engagement protrusion 66 locks the second O-ring 96 in the axial direction and restricts the movement of the second O-ring 96 in the axial direction.
  • a low pressure chamber 193 is formed between the outer peripheral surface of the in-machine stationary ring assembly 52 and the inner peripheral surface of the fourth cover member 42, between the first O-ring 92 and the second O-ring 96.
  • the low pressure chamber 193 is sealed against the transfer fluid A by a transfer fluid secondary seal by the first O-ring 92, and is sealed against the supply fluid B by a supply fluid secondary seal by the second O-ring 96.
  • the low pressure chamber 193 is communicated with the outside air by the low pressure introduction flow path 32 and the low pressure communication flow path 38 formed in the seal cover 22. Therefore, the low pressure chamber 193 receives almost no pressure from the transfer fluid A and the supply fluid B, and is maintained at atmospheric pressure.
  • the low pressure chamber 193 only needs to be kept at a lower pressure than the pressures of the transfer fluid A and the supply fluid B. For example, other gases other than the outside air may be introduced into the low pressure chamber 193.
  • An outboard rotary ring 159 that slides with respect to the outboard stationary ring 78 and an inboard rotary ring 137 that slides with respect to the inboard stationary ring assembly 52 include a sleeve 115, an inboard sleeve collar 131, and an outboard side. It is fixed to the rotary shaft 113 via a sleeve collar 151 or the like.
  • the sleeve 115 has an insertion hole through which the rotation shaft 113 is inserted, and the rotation shaft 113 is inserted through the insertion hole of the sleeve 115.
  • O-rings 117 and 119 are disposed between the inner peripheral surface of the sleeve 115 and the outer peripheral surface of the rotary shaft 113, and seal the gap between the sleeve 115 and the rotary shaft 113.
  • the machine-side sleeve collar 151 is attached to the machine-side end of the sleeve 115 using hexagon socket bolts 153.
  • the outer sleeve collar 151 is formed with a radial through hole 151a, and the through hole 151a is formed with a spiral groove.
  • a set screw 155 is screwed into the through hole 151 a of the outer sleeve collar 151.
  • the tip of the set screw 155 is engaged with the rotary shaft 113, and the set screw 155 fixes the outer sleeve collar 151 and the sleeve 115 connected to the outer sleeve collar 151 to the rotary shaft 113.
  • the mechanical seal device 10 is installed on the rotary shaft 113 with a set plate 157 connecting the outer sleeve collar 151 and the seal cover 22 attached thereto.
  • the set plate 157 uses the mechanical seal device 10. When you do, it will be removed.
  • An outboard rotary ring 159 is installed on the outside diameter side of the sleeve 115 inside the outboard sleeve collar 151.
  • the outboard rotary ring 159 is installed with respect to the sleeve 115 and the outboard sleeve collar 151 via an O-ring 195.
  • the outer rotation ring 159 is restricted from rotating relative to the outer sleeve collar 151 by a knock pin 211 and rotates integrally with the rotation shaft 113.
  • the outer dynamic seal surface 171 is formed on the end surface on the inner side of the outer rotating ring 159.
  • the outboard dynamic seal surface 171 includes one surface formed on the end surface on the inboard side of the outboard rotation ring 159 and the other surface formed on the end surface on the outboard side of the outboard stationary ring 78.
  • the outside dynamic seal surface 171 seals between the supply fluid B and the outside air as the third fluid C.
  • a machine-side sleeve collar 131 is attached to the machine-side end portion of the sleeve 115 using a hexagon socket head bolt 133.
  • An in-machine rotary ring 137 is installed on the outside diameter side of the sleeve 115 on the outside side of the in-machine sleeve collar 131.
  • the in-machine rotary ring 137 is installed with respect to the sleeve 115 and the in-machine sleeve collar 131 via a plurality of O-rings.
  • a protective ring 135 is attached to the outer peripheral surface of the in-machine rotary ring 137 to prevent the in-machine rotary ring 137 from being damaged.
  • the internal rotation ring 137 is restricted from rotating relative to the internal sleeve collar 131 by a knock pin 214. Therefore, the machine inner rotary ring 137 rotates integrally with the rotary shaft 113 in the same manner as the machine outer rotary ring 159.
  • a rotary ring side sliding surface 139 is formed on an end surface of the machine inner rotary ring 137 on the outer side.
  • the rotating ring side sliding surface 139 slides with respect to the stationary ring side sliding surface 54 formed on the end surface inside the machine in the stationary ring sliding portion 56.
  • the rotating ring side sliding surface 139 constitutes one surface of the inboard dynamic seal surface 173, and the stationary ring side sliding surface 54 constitutes the other surface of the inboard dynamic seal surface 173.
  • the in-machine dynamic seal surface 173 formed by sliding the rotating ring side sliding surface 139 and the stationary ring side sliding surface 54 includes a transfer fluid A present inside the in-machine from the in-machine dynamic seal surface 173, and The gap between the fluid B and the supply fluid B existing outside the machine is dynamically sealed.
  • a supply fluid chamber 191 is formed between the outer peripheral surface of the sleeve 115 and the inner peripheral surface of the seal cover 22.
  • the supply fluid chamber 191 is sealed against the transfer fluid A by an in-machine dynamic sealing surface 173 formed inside the supply fluid chamber 191. Further, the supply fluid chamber 191 is sealed against the third fluid C by an outboard dynamic seal surface 171 formed on the outboard side of the supply fluid chamber 191.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view in which the periphery of the inboard dynamic seal surface 173 included in the mechanical seal device 10 shown in FIG. 1 is enlarged.
  • the inboard dynamic seal surface 173 slides between a rotating ring side sliding surface 139 formed in the inboard rotating ring 137 and a stationary ring side sliding surface 54 formed in the inboard stationary ring assembly 52.
  • the in-machine dynamic seal surface 173 according to the present embodiment includes a transfer fluid A that exists on the outer diameter side of the in-machine dynamic seal surface 173 and a supply fluid B that exists on the inner diameter side of the in-machine dynamic seal surface 173. Seal the gap.
  • the inboard dynamic seal surface 173 allows the transfer fluid A to enter the supply fluid chamber 191 from the first seal end 175 side which is the end of the inboard dynamic seal surface 173 on the transfer fluid A side. To prevent that. Further, the inboard dynamic seal surface 173 allows the supply fluid B to enter the in-machine chamber 199 from the second seal end 177 side which is the end of the inboard dynamic seal surface 173 on the supply fluid B side. To prevent.
  • the stationary-ring-side sliding surface 54 of the in-machine stationary ring assembly 52 is replaced with the rotating-ring-side sliding surface.
  • a pressing force pressing toward 139 is required. This is because the in-machine dynamic seal surface 173 receives a force from the transfer fluid A or the supply fluid B in a direction to separate the stationary ring side sliding surface 54 and the rotating ring side sliding surface 139 from each other. It is necessary to add.
  • the in-machine stationary ring assembly 52 installed so as to be movable in the axial direction is not only from the in-machine spring 40 but also from the transfer fluid A and the supply fluid B to the in-machine interior. A pressing force toward the rotating ring 137 can be received.
  • the in-machine stationary ring assembly 52 can receive a pressing force according to the pressure of the transfer fluid A from the transfer fluid A.
  • the transfer fluid A is secondarily sealed by the first O-ring 92. Therefore, the first fluid secondary seal inner periphery 100 formed by the radial contact surface between the first O-ring 92 and the stationary ring sliding portion 56 defines the boundary between the region where the transfer fluid A exists and the region where it does not exist.
  • the shape formed by the boundary between the region in which the transfer fluid A exerts pressure on the in-machine stationary ring assembly 52 excluding the stationary ring side sliding surface 54 and the region that does not exert the pressure is defined as the first pressure acting diameter.
  • a 1st pressure action diameter corresponds with the 1st fluid secondary seal inner periphery 100.
  • the inner periphery 100 of the first fluid secondary seal has a second seal end 177 with respect to the first seal end 175 of the in-machine dynamic seal surface 173 in the radial direction. Located on the inner diameter side.
  • the area of the surface that receives the pressure from the transfer fluid A is equal to the in-machine stationary ring assembly 52.
  • the aircraft inside and outside are unbalanced and the area outside the aircraft is widened. Therefore, the in-machine stationary ring assembly 52 can receive a pressing force toward the in-machine rotary ring 137 from the transfer fluid A.
  • the in-machine stationary ring assembly 52 can receive a pressing force corresponding to the pressure of the transfer fluid A. That is, the inner stationary ring assembly 52 receives a large pressing force from the transfer fluid A when the pressure of the transfer fluid A is high, and receives a smaller pressing force from the transfer fluid A when the pressure of the transfer fluid A is low. receive.
  • the balance value BV A representing the balance of the pressing force by the transport fluid A, and the diameter M O of the first seal end portion 175, and the diameter M I of the second seal end 177, a first pressure Using the diameter O1 I of the first fluid secondary seal inner periphery 100 that is the working diameter, it is expressed by the following formula 1.
  • Balance value BV A is are appropriately set depending on the conditions the mechanical seal device 10 is used, when the mechanical seal device used in a shaft sealing device of a pump for conveying a fluid of high viscosity, for example, 70% 130% is preferable.
  • the in-machine stationary ring assembly 52 can receive a pressing force corresponding to the pressure of the supply fluid B from the supply fluid B.
  • Supply fluid B is secondarily sealed by a second O-ring 96. Therefore, the second fluid secondary seal outer periphery 111 formed by the radial contact surface between the second O-ring 96 and the fourth cover member 42 forms a boundary between the region where the supply fluid B exists and the region where it does not exist. .
  • the second O-ring 96 is locked to the stationary ring-side engagement protrusion 66, the axial force that the second O-ring 96 receives from the supply fluid B is transmitted to the adapter portion 62. .
  • the shape formed by the boundary between the region where the supply fluid B exerts pressure on the in-machine stationary ring assembly 52 excluding the stationary ring side sliding surface 54 and the region where it does not exert is defined as the second pressure acting diameter. Then, in the present embodiment, the second pressure action diameter matches the second fluid secondary seal outer periphery 111.
  • the second fluid secondary seal outer periphery 111 is located on the side of the first seal end 175 with respect to the second seal end 177 of the in-machine dynamic seal surface 173 as viewed in the radial direction. It is located on the outer diameter side.
  • the area of the surface that receives pressure from the supply fluid B is equal to the in-machine stationary ring assembly 52.
  • the aircraft inside and outside are unbalanced and the area outside the aircraft is widened. Therefore, the in-machine stationary ring assembly 52 can receive a pressing force toward the in-machine rotary ring 137 from the supply fluid B.
  • the in-machine stationary ring assembly 52 can receive a pressing force corresponding to the pressure of the supply fluid B not only from the transfer fluid A but also from the supply fluid B. Further, since the in-machine stationary ring assembly 52 can receive a pressing force toward the in-machine rotary ring 137 from both the transfer fluid A and the supply fluid B, the pressure of the transfer fluid A is higher than the pressure of the supply fluid B. Even when the pressure is high and the pressure of the supply fluid B is a reverse pressure higher than the pressure of the transfer fluid A, an appropriate pressing force can be received. Therefore, in the mechanical seal device 10 according to the present embodiment, the pressure of the transfer fluid A changes periodically, and the pressure state of the transfer fluid A and the supply fluid B frequently changes between the positive pressure and the reverse pressure. Even in this case, the gap between the transfer fluid A and the supply fluid B can be suitably sealed.
  • the balance value BV B representing the balance of the pressing force by the feed fluid B has a diameter M O of the first seal end portion 175, and the diameter M I of the second seal end 177, a second pressure with diameter O2 O of the second fluid secondary seal outer periphery 111 is a working diameter, represented by equation 2 below.
  • the balance value BV B is appropriately set according to the conditions under which the mechanical seal device 10 is used, similarly to the balance value BV A.
  • the balance value BV B representing the balance of the pressing force by the supply fluid B is preferably substantially the same as the balance value BV A representing the balance of the pressing force by the transfer fluid A. Even if the pressure state of the transfer fluid A and the supply fluid B frequently changes between the positive pressure and the counter pressure by setting the balance value BV A and the balance value BV B to be substantially the same value, The in-machine stationary ring assembly 52 can receive a stable pressing force.
  • the first O-ring 92 is locked by the cover-side engagement protrusion 48 and the second O-ring 96 is fixed by the stationary ring-side engagement protrusion.
  • the shapes of the first O-ring 92 and the second O-ring 96 can be made substantially identical. Therefore, the mechanical seal device 10 having such a configuration can be easily assembled by reducing the types of components by using the first O-ring 92 and the second O-ring 96 as common components.
  • the first O-ring 92 is locked by the fourth cover member 42, and the second O-ring 96 is locked by the in-machine stationary ring assembly 52.
  • the shape of the cover member 42 can be simplified.
  • cover side engaging protrusion 48 also serves as a stopper that prevents the adapter portion 62 from falling off in the axial direction. Therefore, since the mechanical seal device 10 can prevent the adapter portion 62 from falling off during assembly / disassembly, the mechanical seal device 10 can be easily assembled / disassembled.
  • the diameter of the thick part outer peripheral surface 72 is formed to be approximately the same size.
  • the fourth cover inner peripheral surface 44 which is the inner peripheral surface of the fourth cover member 42, the diameter of the portion that contacts the outer peripheral surface of the first O-ring 92 and the portion of the portion that contacts the second O-ring 96. The diameter is substantially the same size.
  • a low pressure chamber 193 is formed between the first O-ring 92 and the second O-ring 96. Since the low pressure chamber 193 communicates with the outside air, the transfer fluid A configured by a liquid or the like conveyed by a pump, or the supply fluid B configured by a liquid supplied to or discharged from the supply fluid chamber 191 or the like. The pressure is kept lower than the pressure of.
  • the first O-ring 92 Since the first O-ring 92 seals between the transfer fluid A and the low-pressure fluid D, the first O-ring 92 moves toward the low pressure chamber 193 side of the first O-ring 92 due to the pressure difference between the transfer fluid A and the low-pressure fluid D. It is pressed against the cover side engaging protrusion 48 arranged.
  • the second O-ring 96 since the second O-ring 96 seals between the supply fluid B and the low-pressure fluid D, the low-pressure chamber 193 of the second O-ring 96 is caused by the pressure difference between the supply fluid B and the low-pressure fluid D. It is pressed against the stationary ring side engaging projection 66 arranged on the side.
  • the pressure in the chamber 193 is maintained at a pressure sufficiently lower than the transfer fluid A and the supply fluid B. Accordingly, the first O-ring 92 and the second O-ring 96 frequently change when the pressure of the transfer fluid A fluctuates or when the pressure state of the transfer fluid A and the supply fluid B changes between the positive pressure and the reverse pressure. Even in such a case, the state of being pressed against the protrusions 48 and 66 on the low pressure chamber 193 side is maintained.
  • the mechanical seal device 10 indicates that the first O-ring 92 and the second O-ring 96, which are secondary seals of the transfer fluid A and the supply fluid B, move due to pressure fluctuation of the transfer fluid A or the like. Can be prevented.
  • the mechanical seal device 10 according to the present embodiment includes the first and second O-rings 92 and 96 themselves, the fourth cover member 42 in contact with the first and second O-rings 92 and 96, and the in-machine stationary state. The phenomenon that the ring assembly 52 is worn can be prevented, and the durability is high.
  • the in-machine stationary ring assembly 52 may be a single member in which the stationary ring sliding portion 56 and the adapter portion 62 are integrally formed.
  • the fourth cover member 42 may be a split type that is divided by a cross section along the rotation axis, but is not particularly limited.
  • the stationary ring sliding portion 56 and the in-machine rotary ring 137 are each made of a material such as silicon carbide (silicon carbide, SiC), carbon, cemented carbide or the like. Further, as the material of the first O-ring 92 and the second O-ring 96 of the mechanical seal device 10, fluorine rubber, nitrile rubber, EPDM, perfluoroelastomer, or the like is used.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a mechanical seal device 10a according to a second embodiment of the present invention.
  • the mechanical seal device 10a according to the second embodiment is different in that the in-machine stationary ring assembly 231 and the in-machine rotary ring 239 each have a retainer and a sliding ring formed separately from each other. Is the same as the mechanical seal device 10 according to the first embodiment.
  • portions similar to those of the mechanical seal device 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the in-machine stationary ring assembly 231 in the mechanical seal device 10a includes a stationary ring sliding part 233 and an adapter part 62, like the in-machine stationary ring assembly 52 according to the first embodiment.
  • the stationary ring sliding portion 233 includes a stationary sliding ring 235 and a stationary side retainer 237 that are formed separately from each other.
  • the stationary sliding ring 235 slides with the rotary ring side sliding surface 139 constituting one surface of the inboard dynamic seal surface 173 at the end of the inboard side of the stationary sliding ring 235 and the other of the inboard dynamic seal surface 173.
  • a stationary-ring-side sliding surface 54 constituting the surface is formed.
  • the stationary retainer 237 is in contact with the first O-ring 92.
  • the stationary sliding ring 235 is fixed to the stationary side retainer 237 by shrink fitting.
  • the in-machine rotary ring 239 in the mechanical seal device 10a includes a rotary sliding ring 251 and a rotary side retainer 253 that are formed separately from each other.
  • a rotary ring-side sliding surface 139 that forms one surface of the in-machine dynamic seal surface 173 is formed at the end of the inside of the rotary sliding ring 251. Similar to the stationary sliding ring 235, the rotating sliding ring 251 is fixed to the rotating side retainer 253 by shrink fitting.
  • the slide rings 235 and 251 and the retainers 237 and 253 are separate, the slide ring 235 having the stationary ring side sliding surface 54 or the rotating ring side sliding surface 139 is formed. It is possible to reduce the size of 251 and prevent the sliding rings 235 and 251 from being cracked. Moreover, the manufacturing cost of the mechanical seal device 10a can be suppressed by downsizing the sliding rings 235 and 251 and simplifying the shape of the sliding rings 235 and 251. Furthermore, since the sliding rings 235 and 251 are fixed to the retainers 237 and 253 by shrink fitting, a part of the sliding rings 235 and 251 is guarded by the retainers 237 and 253. In addition, the sliding rings 235 and 251 can be prevented from being damaged.
  • the mechanical seal device 10a according to the second embodiment has the same effect as the mechanical seal device 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a mechanical seal device 10b according to a third embodiment of the present invention.
  • the stationary sliding ring 259 and the rotational sliding ring 275 have a third O ring 279 or a fourth O ring with respect to the stationary side retainer 271 or the rotational side retainer 277.
  • the mechanical seal device 10a is the same as the mechanical seal device 10a according to the second embodiment except that it is fixed via the H.291.
  • portions similar to those of the mechanical seal device 10 according to the first embodiment or the mechanical seal device 10a according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. .
  • the in-machine stationary ring assembly 255 in the mechanical seal device 10b includes a stationary ring sliding part 257 and an adapter part 62, like the in-machine stationary ring assembly 52 according to the first embodiment.
  • the stationary ring sliding part 257 includes a stationary sliding ring 259 and a stationary side retainer 271 that are formed separately from each other.
  • the stationary sliding ring 259 is fixed to the stationary side retainer 271 by an O-ring mount via a third O-ring 279.
  • the in-machine rotary ring 273 in the mechanical seal device 10b includes a rotary sliding ring 275 and a rotary side retainer 277, similarly to the in-machine rotary ring 239 (FIG. 3) according to the second embodiment.
  • the rotary sliding ring 275 is fixed to the rotary retainer 277 by an O-ring mount via a fourth O-ring 291.
  • the mechanical seal device 10b since the sliding rings 259 and 275 and the retainers 271 and 277 are separate bodies, the sliding ring 259 on which the stationary ring side sliding surface 54 or the rotating ring side sliding surface 139 is formed. It is possible to reduce the size of the H.275 and prevent the sliding rings 259 and 275 from cracking. Further, the manufacturing cost of the mechanical seal device 10b can be reduced by downsizing the sliding rings 259 and 275 and simplifying the shape of the sliding rings 259 and 275. Further, in the mechanical seal device 10b, the sliding rings 259 and 275 are fixed to the retainers 271 and 277 by O-ring mounts. Therefore, the mechanical seal device 10b can replace only the sliding rings 259 and 275, and can suppress the cost of replacement parts.
  • the mechanical seal device 10b according to the third embodiment has the same effects as the mechanical seal device 10 according to the first embodiment.
  • the stationary sliding rings 235 and 259 and the rotary sliding rings 251 and 275 are each made of a material such as silicon carbide (silicon carbide, SiC), carbon, cemented carbide or the like.
  • the stationary side retainers 237 and 271 and the rotation side retainers 253 and 277 can be manufactured using a metal such as SUS.
  • fluorine rubber, nitrile rubber, EPDM, perfluoroelastomer, or the like is used as materials for the third O-ring 279 and the fourth O-ring 291 of the mechanical seal device 10b.

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Abstract

【課題】　流体の圧力が正圧と逆圧との間で頻繁に切り替わる条件下においても、好適に用いられるメカニカルシール装置を提供する。 【解決手段】　回転軸１１３と一体に回転するように当該回転軸に設置され、動的シール面１７３の一方の面を構成する回転環側摺動面１３９が形成される回転環１３７と、前記回転環側摺動面と摺動して前記動的シール面の他方の面を構成する静止環側摺動面５４が形成される静止環組立体５２と、前記静止環組立体を内径側に収納しており、前記静止環組立体を前記回転軸の軸方向に移動自在に支持するシールカバー２２と、前記シールカバーと前記静止環組立体によって前記回転軸の径方向に挟持され、前記第１流体をシールする第１のＯリング９２と、前記第１のＯリングより機外側に設置されており、前記シールカバーと前記静止環組立体によって前記径方向に挟持され、前記第２流体をシールする第２のＯリング９６と、を含み、前記第１のＯリングと前記第２のＯリングの間には、前記第１のＯリングと前記第２のＯリングによって前記第１流体および前記第２流体からシールされ、前記第１流体および前記第２流体の圧力より低い圧力に維持される低圧力室１９３が形成され、第１圧力作用径１００は、前記径方向でみて、前記動的シール面の前記第１流体側の端部である第１シール端部１７５に対して、前記動的シール面の前記第２流体側の端部である第２シール端部１７７の側に位置し、第２圧力作用径は、前記径方向でみて、前記第２シール端部に対して、前記第１シール端部の側に位置するメカニカルシール装置。

Description

メカニカルシール装置
　本発明は、遠心ポンプや攪拌機等の軸シールとして好適なメカニカルシール装置に関する。
　高粘度の流体等をシールするメカニカルシール装置は、機内側に存在する流体の圧力が、作動中において頻繁に変動するという条件の下で用いられるものが存在する。このような条件の下で使用されるメカニカルシール装置としては、例えば、段部が形成された静止環を、ハウジングに形成された段部との間に１つの二次シール用Ｏリングを挟んだ状態で設置するダブルメカニカルシール装置が知られている（特許文献１等参照）。
　静止環の段部とハウジングの段部の間に二次シール用Ｏリングを挟む従来技術に係るメカニカルシール装置は、機内側に存在する流体の圧力が変動した場合でも、機内側に存在する流体をシールすることができる。すなわち、このような構造を有するメカニカルシール装置は、機内側に存在する流体の圧力が機外側に存在する流体の圧力より高い正圧の場合でも、機外側に存在する流体の圧力より低い逆圧の場合でも、静止環を回転環に押しつける力を作用させることができる。
　しかしながら、静止環の段部とハウジングの段部の間にＯリングを挟むメカニカルシール装置では、流体の圧力が正圧と逆圧の間で変化した際に、静止環の段部とハウジングの段部に囲まれた部屋の中を、Ｏリングが移動する現象がみられる。すなわち、流体の圧力が正圧の場合には、Ｏリングが機外側に移動し、流体の圧力が逆圧の場合には、Ｏリングが機内側に移動するという現象がみられる。
　そのため、従来技術に係るメカニカルシール装置では、Ｏリング自体や、Ｏリングが接している静止環やハウジングの段部が、Ｏリングの移動によって摩耗し、メカニカルシール装置の寿命が低下するという問題が発生している。特に、流体の圧力が正圧と逆圧との間で頻繁に切り替わる条件下で用いられると、従来技術に係るメカニカルシール装置は、ＯリングおよびＯリングとの接触部が急速に摩耗し、漏れや寿命低下等の問題が発生し易くなる。
特開２００３－９７７２８号公報
　本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、流体の圧力が正圧と逆圧との間で頻繁に切り替わる条件下においても、好適に用いられるメカニカルシール装置を提供することである。
　前記課題を解決するために、本発明に係るメカニカルシール装置は、
回転軸と一体に回転するように当該回転軸に設置され、機内側に存在する第１流体と機外側に存在する第２流体との間を動的にシールする動的シール面の一方の面を構成する回転環側摺動面が形成される回転環と、
前記回転環側摺動面と摺動して前記動的シール面の他方の面を構成する静止環側摺動面が形成される静止環組立体と、
前記静止環組立体を内径側に収納しており、前記静止環組立体を前記回転軸の軸方向に移動自在に支持するシールカバーと、
前記シールカバーと前記静止環組立体によって前記回転軸の径方向に挟持され、前記第１流体をシールする第１のＯリングと、
前記第１のＯリングより機外側に設置されており、前記シールカバーと前記静止環組立体によって前記径方向に挟持され、前記第２流体をシールする第２のＯリングと、を含み、
前記第１のＯリングと前記第２のＯリングの間には、前記第１のＯリングと前記第２のＯリングによって前記第１流体および前記第２流体からシールされ、前記第１流体および前記第２流体の圧力より常に低い圧力に維持される低圧力室が形成され、
前記第１流体が前記静止環側摺動面を除く前記静止環組立体に対して圧力を及ぼす領域と及ぼさない領域との境界によって形成される第１圧力作用径は、前記径方向でみて、前記動的シール面の前記第１流体側の端部である第１シール端部に対して、前記動的シール面の前記第２流体側の端部である第２シール端部の側に位置し、
前記第２流体が前記静止環側摺動面を除く前記静止環組立体に対して圧力を及ぼす領域と及ぼさない領域との境界によって形成される第２圧力作用径は、前記径方向でみて、前記第２シール端部に対して、前記第１シール端部の側に位置する。
　本発明に係るメカニカルシール装置には、第１のＯリングと第２のＯリングからなる２つのＯリングを介してシールカバーに取り付けられている静止環組立体が設置されており、また、２つのＯリングの間には低圧力室が形成される。低圧力室の圧力は、第１流体および第２流体の圧力より低い圧力に維持されるため、２つのＯリングは、流体の圧力状態が正圧であっても逆圧であっても、低圧力室へ向かって押圧される力を受ける。これにより、本発明に係るメカニカルシール装置は、流体の圧力状態が正圧と逆圧の間で切り替わる際に、流体の二次シールであるＯリングが移動する現象を防止することができる。したがって、本発明に係るメカニカルシール装置は、Ｏリング自体やＯリングの接触部分が摩耗する現象を防止することができ、耐久性が高い。なお、シールカバーには、シールカバーの外周表面に開口を有しており低圧力室まで貫通している連通路が形成されていてもよい。
　また、本発明に係るメカニカルシール装置において、第１圧力作用径は、径方向でみて、第１シール端部に対して第２シール端部の側に位置し、第２圧力作用径は、第２シール端部に対して第１シール端部の側に位置する。これによって、本発明に係るメカニカルシール装置は、流体の圧力状態が正圧の場合であっても、逆圧の場合であっても、静止環組立体を回転環に押しつける力を作用させることができる。
　また、前記シールカバーは、前記第１のＯリングを前記軸方向に係止して、前記第１のＯリングの前記軸方向の動きを規制するカバー側係合突起を有し、
前記静止環組立体は、前記第２のＯリングを前記軸方向に係止して、前記第２のＯリングの前記軸方向の動きを規制する静止環側係合突起を有し、
前記第１圧力作用径は、前記第１のＯリングと前記静止環組立体の前記径方向の接触面によって形成される第１流体二次シール内周と一致しており、当該第１流体二次シール内周の径は、前記第１シール端部の径より小さく、
前記第２圧力作用径は、前記第２のＯリングと前記シールカバーの前記径方向の接触面によって形成される第２流体二次シール外周と一致しており、当該第２流体二次シール外周の径は、前記第２シール端部の径より大きくてもよい。
　第１のＯリングをカバー側係合突起によって係止し、第２のＯリングを静止環側係合突起によって係止することによって、本発明に係るメカニカルシール装置は、第１のＯリングと第２のＯリングの形状を略同一形状とすることができる。したがって、このような構成を有するメカニカルシール装置は、構成部品の種類を減少させ、組立を容易にできる。また、シールカバーによって第１のＯリングを係止し、静止環組立体によって第２のＯリングを係止する構造とすることによって、低圧力室およびシールカバーの形状を単純化することができる。
　また、前記静止環組立体は、前記静止環側摺動面が形成され前記第１のＯリングと接触している静止環摺動部と、少なくとも一部が当該静止環摺動部より機外側に配置されており前記第２のＯリングと接触しているアダプタ部とからなり、前記静止環摺動部と前記アダプタ部とは、別体に形成されており、前記静止環摺動部の機外側端面である摺動部機外側端面は、前記アダプタ部と接触していてもよい。静止環摺動部とアダプタ部を別体とすることにより、メカニカルシール装置の組立を容易にし、シールカバーの形状を単純化することができる。
　また、前記カバー側係合突起は、前記アダプタ部が前記軸方向に抜け落ちることを防止するストッパーを兼ねていてもよい。このような構成を有するメカニカルシール装置は、組立・分解時にアダプタ部が抜け落ちることを防止できるため、容易に組立・分解を行うことができる。
　前記静止環摺動部は、前記静止環側摺動面が形成される摺動リングと、前記第１のＯリングと接触しているリテーナーとからなり、前記摺動リングと前記リテーナーとは、別体に形成されており、前記摺動リングは前記リテーナーに固定されていてもよい。摺動リングとリテーナーとを別体とすることにより、静止環側摺動面が形成されている摺動リングを小型化し、摺動リングに割れ等が発生することを防止できる。なお、前記摺動リングは、前記リテーナーに対して焼き嵌めによって固定されていてもよく、前記リテーナーに対して第３のＯリングを介して固定されていてもよい。
図１は、本発明の第１実施形態に係るメカニカルシール装置の縦断面図である。 図２は、図１に示すメカニカルシール装置に含まれる機内側動的シール面の周辺を拡大して表示した拡大断面図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係るメカニカルシール装置を表す縦断面図である。 図４は、本発明の第３実施形態に係るメカニカルシール装置を表す縦断面図である。
　図１は、本発明の一実施形態に係るメカニカルシール装置１０を表す縦断面図である。本実施形態に係るメカニカルシール装置１０は、例えばポンプ・攪拌機・ロータリージョイント等の軸封装置として用いることができる。特に、メカニカルシール装置１０は、ギヤポンプやスクリューポンプのような高粘度の流体を搬送するポンプの軸封装置として好適に用いることができるが、メカニカルシール装置１０の用途はこれに限定されない。
　図１は、本実施形態に係るメカニカルシール装置１０を、回転軸１１３が貫通する装置のハウジング１６に装着した状態を表している。図１に示すように、ハウジング１６には軸孔２０が形成されており、回転軸１１３が、軸孔２０を貫通している。メカニカルシール装置１０は、軸孔２０を貫通する回転軸１１３と、ハウジング１６との隙間を封止するように、ハウジング１６および回転軸１１３に対して設置される。
　メカニカルシール装置１０は、機内側動的シール面１７３と、機外側動的シール面１７１とからなる２つの動的シール面を内部に形成することができる。すなわち、メカニカルシール装置１０は、機内側動的シール面１７３および機外側動的シール面１７１を形成する２つのメカニカルシールが回転軸１１３に沿って並べられているダブルメカニカルシールである。
　機内側動的シール面１７３は、機内側動的シール面１７３より機内側（図１において左側）の機内室１９９に存在する移送流体Ａと、機内側動的シール面１７３より機外側（図１において右側）の供給流体室１９１に存在する供給流体Ｂとの間をシールする。また、機外側動的シール面１７１は、機外側動的シール面１７１より機内側の供給流体室１９１に存在する供給流体Ｂと、機外側動的シール面１７１より機外側の第３流体Ｃ（外気）との間をシールする。
　メカニカルシール装置１０は、機内側回転環１３７、機外側回転環１５９、機内側静止環組立体５２、機外側静止環７８、シールカバー２２、第１のＯリング９２、第２のＯリング９６を有する。さらに、メカニカルシール装置１０は、スリーブ１１５、機内側スリーブカラー１３１、機外側スリーブカラー１５１、セットスクリュー１５５、Ｏリング８８等を有する。
　まず、メカニカルシール装置１０のうち、ハウジング１６等に取り付けられており、回転軸１１３と一緒に回転しない静止部分について説明する。シールカバー２２は、第１カバー部材２４、第２カバー部材２８、第３カバー部材３４および第４カバー部材４２からなる。第１カバー部材２４、第２カバー部材２８、第３カバー部材３４および第４カバー部材４２は、回転止め機構によって相対移動が防止され、Ｏリングによって各部材間の隙間が封止された状態で、互いに連結されている。
　第１～第４カバー部材２４，２８，３４，４２からなるシールカバー２２は、ハウジング１６における機外側の端面である外面１８に、Ｏリング１９７を介して設置される。シールカバー２２は、ハウジング１６の外面１８に形成されたボルト穴（不図示）にボルト１４を締め付けることにより、ハウジング１６に固定される。図１に示すように、ボルト１４は、ナット１２を介して、シールカバー２２をハウジング１６に固定している。
　第１カバー部材２４は、シールカバー２２の機外側部分を構成する。第１カバー部材２４の内周面である第１カバー内周面２６には、機外側静止環７８が設置されている。機外側静止環７８は、機外側静止環７８の外周面である機外側静止環外周面８０と、第１カバー内周面２６との間に、Ｏリング８８を径方向に挟んで配置される。
　なお、本実施形態において、軸方向とは、回転軸１１３の軸方向を意味し、回転軸１１３の中心軸Ｌと平行である方向を意味する。また、径方向とは、回転軸１１３の径方向を意味し、回転軸１１３の中心軸Ｌから回転軸１１３の外周面に向かう方向を意味する。
　機外側静止環７８は、外径側に向かって突出している腕部８２を有する。機外側静止環７８は、腕部８２と第１カバー部材２４の両方に係合している回転止めピン８４によって、シールカバー２２に対して回転しないように係止されている。また、腕部８２と第１カバー部材２４の間には、機外側スプリング８６が設置されている。機外側静止環７８は、機外側スプリング８６によって、機外側静止環７８の機外側に設置される機外側回転環１５９に向かって付勢されている。機外側静止環７８における機外側の端面には、機外側動的シール面１７１の一方の面に対して摺動する他方の面が形成される。
　第２カバー部材２８は、シールカバー２２の機内側部分における外径側部分を構成する。第２カバー部材２８は、第１カバー部材２４とハウジング１６の間に配置される。また、第２カバー部材２８の内径側には、第３カバー部材３４と第４カバー部材４２とが配置される。
　第２カバー部材２８には、メカニカルシール装置１０内部への供給流体Ｂの入口である供給導入流路３０が形成されている。第２カバー部材２８の外周面には、供給導入流路３０の開口が形成されており、供給導入流路３０の開口には、供給流体Ｂを供給するための外部配管（不図示）が接続される。
　供給導入流路３０は、第３カバー部材３４に形成されている供給連通流路３６に連通しており、供給流体Ｂは、供給導入流路３０および供給連通流路３６を通って供給流体室１９１に導入される。供給流体Ｂとしては、特に限定されないが、例えば水等が用いられる。供給流体室１９１に供給される供給流体Ｂの供給圧力としては、特に限定されないが、例えば移送流体Ａの圧力より０．２ＭＰＡ程度高い値に設定することができる。
　なお、第２カバー部材２８および第３カバー部材３４には、供給流体Ｂを排出するための流路も形成されている。供給流体Ｂを排出するための流路は、供給流体Ｂを供給するための流路に対して、周方向に異なる位置に形成されている。しかし、供給流体Ｂを排出するための流路は、供給導入流路３０および供給連通流路３６によって構成される供給流路と同様の形状を有しているため、説明を省略する。
　第２カバー部材２８には、メカニカルシール装置１０の内部に形成されている低圧力室１９３に低圧流体Ｄ（図２参照）を導入する低圧導入流路３２が形成されている。低圧導入流路３２は、第４カバー部材４２に形成されている低圧連通流路３８に連通しており、低圧流体Ｄは、低圧導入流路３２および低圧連通流路３８を通って低圧力室１９３に導入される。低圧力室１９３に導入される低圧流体Ｄは、特に限定されないが、本実施形態に係るメカニカルシール装置１０においては、外気（大気）を用いている。したがって、第２カバー部材２８の外周面には、低圧導入流路３２の開口が形成されており、低圧導入流路３２の開口から、低圧導入流路３２の内部に外気が導入される。
　第３カバー部材３４は、シールカバー２２の機内側部分における内径側部分の一部を構成する。第３カバー部材３４は、第１カバー部材２４の機内側であって、第２カバー部材２８の内径側に配置される。また、第３カバー部材３４の機内側には、第４カバー部材４２が配置される。
　第３カバー部材３４には、供給流体室１９１に供給流体Ｂを供給するための供給連通流路３６が形成されている。供給連通流路３６の一方の開口は、第２カバー部材２８に形成されている供給導入流路３０に接続されており、供給連通流路３６の他方の開口は、供給流体室１９１に接続されている。
　第４カバー部材４２は、シールカバー２２の機内側部分における内径側の一部を構成する。第４カバー部材４２は、第２カバー部材２８の内径側であって、第３カバー部材３４の機内側に配置される。
　第４カバー部材４２には、低圧力室１９３に低圧流体Ｄを導入するための低圧連通流路３８が形成されている。低圧連通流路３８の一方の開口は、第２カバー部材２８に形成されている低圧導入流路３２に接続されており、低圧連通流路３８の他方の開口は、低圧力室１９３に接続されている。
　第３カバー部材３４および第４カバー部材４２の内径側には、機内側静止環組立体５２が収納されている。機内側静止環組立体５２は、機内側静止環組立体５２の外周面と、第４カバー部材４２の内周面との間に、第１のＯリング９２および第２のＯリング９６を径方向に挟んで配置される。
　機内側静止環組立体５２は、静止環摺動部５６とアダプタ部６２からなる。拡大図である図２に示すように、静止環摺動部５６とアダプタ部６２とは、別体に形成されており、静止環摺動部５６の機外側の端面である摺動部機外側端面５８は、アダプタ部６２と接触している。アダプタ部６２が受ける軸方向の力は、摺動部機外側端面５８を介して静止環摺動部５６に伝えられる。また、静止環摺動部５６とアダプタ部６２の間には、回転止めのためのピン２１３が配置されている。静止環摺動部５６の機内側端面には、静止環側摺動面５４が形成されている。また、静止環摺動部５６は、第１のＯリング９２と接触している。
　図１に示すように、アダプタ部６２は、肉薄部７４と肉厚部６４とクラッチ部６５とからなり、アダプタ部６２を構成する各部分のうち、肉厚部６４およびクラッチ部６５は、静止環摺動部５６より機外側に配置されている。アダプタ部６２の肉薄部７４は、図２に示すように、静止環摺動部５６の内径側に挿入されている。静止環摺動部５６の内周面と肉薄部７４の外周面の間には、Ｏリング７６（図２）が配置されており、静止環摺動部５６と肉薄部７４の間をシールしている。
　図１に示すように、アダプタ部６２と、第３カバー部材３４との間には、機内側スプリング４０が配置されている。機内側スプリング４０は、アダプタ部６２と第３カバー部材３４によって、軸方向の両側を挟まれた状態で配置されている。機内側スプリング４０は、アダプタ部６２を含む機内側静止環組立体５２全体を、機内側静止環組立体５２の機内側に配置された機内側回転環１３７に向かって付勢している。
　クラッチ部６５は、第３カバー部材３４に形成されている係合溝４１に係合されている。アダプタ部６２を含む機内側静止環組立体５２は、シールカバー２２の第３カバー部材３４に対して、クラッチ部６５および係合溝４１によって構成されるクラッチ構造を用いて回転止めされている。
　図２に示すように、第１のＯリング９２は、第４カバー部材４２と静止環摺動部５６によって径方向に挟持されている。第１のＯリング９２は、第１のＯリング９２より機内側の機内室１９９に存在する移送流体Ａをシールする。すなわち、第１のＯリング９２と、静止環摺動部５６および第４カバー部材４２との径方向の接触面によって、移送流体Ａをシールする移送流体二次シールが形成される。
　第４カバー部材４２の内周面である第４カバー内周面４４には、当該内周面４４から内径側に突出する端部突起４６およびカバー側係合突起４８が形成されている。第１のＯリング９２は、端部突起４６とカバー側係合突起４８の間に配置されている。端部突起４６は、第４カバー内周面４４の機内側端部に形成されている。カバー側係合突起４８は、端部突起４６より機外側に形成されており、端部突起４６との間に第１のＯリング９２を軸方向に挟んでいる。
　第１のＯリング９２は、機内側に存在する移送流体Ａからの圧力を受けるため、第１のＯリング９２より機外側に形成されているカバー側係合突起４８に押しつけられる。したがって、カバー側係合突起４８は、第１のＯリング９２を軸方向に係止して、第１のＯリング９２の軸方向の動きを規制する。
　それに対して、第２のＯリング９６は、第１のＯリング９２より機外側に配置されており、第４カバー部材４２とアダプタ部６２によって径方向に挟持されている。第２のＯリング９６は、第２のＯリング９６より機外側の供給流体室１９１に存在する供給流体Ｂをシールする。すなわち、第２のＯリング９６とアダプタ部６２および第４カバー部材４２との径方向の接触面によって、供給流体Ｂをシールする供給流体二次シールが形成される。
　アダプタ部６２における肉厚部６４の外周面である肉厚部外周面７２には、当該外周面７２から外径側に突出する静止環側係合突起６６が形成されている。第２のＯリング９６は、静止環側係合突起６６の機外側に配置される。
　第２のＯリング９６は、機外側に存在する供給流体Ｂからの圧力を受けるため、第２のＯリング９６より機内側に形成されている静止環側係合突起６６に押しつけられる。したがって、静止環側係合突起６６は、第２のＯリング９６を軸方向に係止して、第２のＯリング９６の軸方向の動きを規制する。
　図１に示すように、機内側静止環組立体５２の外周面と第４カバー部材４２の内周面との間であって、第１のＯリング９２と第２のＯリング９６との間には、低圧力室１９３が形成されている。低圧力室１９３は、第１のＯリング９２による移送流体二次シールによって移送流体Ａに対してシールされており、第２のＯリング９６による供給流体二次シールによって供給流体Ｂに対してシールされている。また、低圧力室１９３は、シールカバー２２に形成されている低圧導入流路３２および低圧連通流路３８によって、外気と連通されている。したがって、低圧力室１９３は、移送流体Ａや供給流体Ｂからの圧力をほとんど受けず、大気圧に保たれる。なお、低圧力室１９３は、移送流体Ａおよび供給流体Ｂの圧力より低圧に保たれればよく、例えば、低圧力室１９３には、外気以外の他の気体等が導入されてもよい。
　次に、回転軸１１３に取り付けられる回転部分について説明する。機外側静止環７８に対して摺動する機外側回転環１５９と、機内側静止環組立体５２に対して摺動する機内側回転環１３７とは、スリーブ１１５、機内側スリーブカラー１３１および機外側スリーブカラー１５１等を介して、回転軸１１３に固定されている。
　スリーブ１１５は、回転軸１１３を挿通させるための挿通孔を有しており、回転軸１１３は、スリーブ１１５の挿通孔を挿通している。スリーブ１１５の内周面と、回転軸１１３の外周面の間にはＯリング１１７，１１９が配置されており、スリーブ１１５と回転軸１１３の隙間を封止している。
　スリーブ１１５の機外側端部には、機外側スリーブカラー１５１が、六角孔付きボルト１５３を用いて取り付けられている。機外側スリーブカラー１５１には径方向の貫通孔１５１ａが形成されており、貫通孔１５１ａには螺旋溝が形成されている。機外側スリーブカラー１５１の貫通孔１５１ａには、セットスクリュー１５５が螺合されている。セットスクリュー１５５の先端は、回転軸１１３に係合しており、セットスクリュー１５５は、機外側スリーブカラー１５１および機外側スリーブカラー１５１に連結されているスリーブ１１５を、回転軸１１３に対して固定している。なお、メカニカルシール装置１０は、機外側スリーブカラー１５１とシールカバー２２とを連結するセットプレート１５７を取り付けた状態で、回転軸１１３に設置されるが、セットプレート１５７は、メカニカルシール装置１０を使用する際には、取り外される。
　機外側スリーブカラー１５１の機内側であって、スリーブ１１５の外径側には、機外側回転環１５９が設置されている。機外側回転環１５９は、Ｏリング１９５を介して、スリーブ１１５および機外側スリーブカラー１５１に対して設置されている。機外側回転環１５９は、ノックピン２１１によって、機外側スリーブカラー１５１に対する相対回転を規制されており、回転軸１１３と一体に回転する。
　機外側回転環１５９における機内側の端面には、機外側動的シール面１７１の一方の面が形成される。機外側動的シール面１７１は、機外側回転環１５９の機内側の端面に形成される一方の面と、機外側静止環７８の機外側の端面に形成される他方の面によって構成される。機外側動的シール面１７１は、供給流体Ｂと、第３流体Ｃである外気との間をシールする。
　スリーブ１１５の機内側端部には、機内側スリーブカラー１３１が、六角孔付きボルト１３３を用いて取り付けられている。
　機内側スリーブカラー１３１の機外側であって、スリーブ１１５の外径側には、機内側回転環１３７が設置されている。機内側回転環１３７は、複数のＯリングを介して、スリーブ１１５および機内側スリーブカラー１３１に対して設置されている。また、機内側回転環１３７の外周面には、機内側回転環１３７の破損を防止するための保護リング１３５が取り付けられている。
　機内側回転環１３７は、ノックピン２１４によって、機内側スリーブカラー１３１に対する相対回転を規制されている。したがって、機内側回転環１３７は、機外側回転環１５９と同様に、回転軸１１３と一体に回転する。
　機内側回転環１３７における機外側の端面には、回転環側摺動面１３９が形成される。回転環側摺動面１３９は、静止環摺動部５６における機内側の端面に形成される静止環側摺動面５４に対して摺動する。回転環側摺動面１３９は、機内側動的シール面１７３の一方の面を構成し、静止環側摺動面５４は、機内側動的シール面１７３の他方の面を構成する。
　回転環側摺動面１３９と静止環側摺動面５４が摺動して形成される機内側動的シール面１７３は、機内側動的シール面１７３より機内側に存在する移送流体Ａと、機内側動的シール面１７３より機外側に存在する供給流体Ｂとの間を動的にシールする。
　図１に示すように、スリーブ１１５の外周面と、シールカバー２２の内周面の間には、供給流体室１９１が形成される。供給流体室１９１は、供給流体室１９１の機内側に形成される機内側動的シール面１７３によって移送流体Ａに対してシールされる。また、供給流体室１９１は、供給流体室１９１の機外側に形成される機外側動的シール面１７１によって第３流体Ｃに対してシールされる。
　図２は、図１に示すメカニカルシール装置１０に含まれる機内側動的シール面１７３の周辺を拡大して表示した拡大断面図である。機内側動的シール面１７３は、機内側回転環１３７に形成される回転環側摺動面１３９と、機内側静止環組立体５２に形成される静止環側摺動面５４とが摺動することによって形成される。本実施形態に係る機内側動的シール面１７３は、機内側動的シール面１７３の外径側に存在する移送流体Ａと、機内側動的シール面１７３の内径側に存在する供給流体Ｂの間をシールする。
　すなわち、機内側動的シール面１７３は、移送流体Ａが、機内側動的シール面１７３の移送流体Ａ側の端部である第１シール端部１７５の側から、供給流体室１９１に浸入することを防止する。また、機内側動的シール面１７３は、供給流体Ｂが、機内側動的シール面１７３の供給流体Ｂ側の端部である第２シール端部１７７の側から、機内室１９９に浸入することを防止する。
　ここで、機内側動的シール面１７３によって移送流体Ａと供給流体Ｂの間をシールするためには、機内側静止環組立体５２の静止環側摺動面５４を、回転環側摺動面１３９に向かって押圧する押圧力が必要である。なぜなら、機内側動的シール面１７３は、移送流体Ａや供給流体Ｂから、静止環側摺動面５４と回転環側摺動面１３９とを引き離す方向に力を受けるため、これに抗する力を加える必要があるからである。
　本実施形態に係るメカニカルシール装置１０において、軸方向に移動自在に設置されている機内側静止環組立体５２は、機内側スプリング４０からだけでなく、移送流体Ａおよび供給流体Ｂから、機内側回転環１３７に向かう押圧力を受けることができる。
　例えば、機内側静止環組立体５２は、移送流体Ａから、移送流体Ａの圧力に応じた押圧力を受けることができる。移送流体Ａは、第１のＯリング９２によって二次的にシールされている。したがって、第１のＯリング９２と静止環摺動部５６の径方向の接触面によって形成される第１流体二次シール内周１００が、移送流体Ａが存在する領域と存在しない領域の境界を形成する。ここで、移送流体Ａが静止環側摺動面５４を除く機内側静止環組立体５２に対して圧力を及ぼす領域と及ぼさない領域との境界によって形成される形状を第１圧力作用径と定義すると、本実施形態において、第１圧力作用径は、第１流体二次シール内周１００と一致する。
　ここで第１流体二次シール内周１００は、図２に示すように、径方向でみて、機内側動的シール面１７３の第１シール端部１７５に対して、第２シール端部１７７の側である内径側に位置する。第１圧力作用径である第１流体二次シール内周１００が、第１シール端部１７５より内径側に位置すると、移送流体Ａから圧力を受ける表面の面積が、機内側静止環組立体５２の機内側と機外側とでアンバランスになり、機外側の面積が広くなる。したがって、機内側静止環組立体５２は、機内側回転環１３７に向かう押圧力を、移送流体Ａから受けることができる。
　このように、機内側静止環組立体５２は、移送流体Ａの圧力に応じた押圧力を受けることができる。すなわち、機内側静止環組立体５２は、移送流体Ａの圧力が高い場合は、移送流体Ａから大きな押圧力を受け、移送流体Ａの圧力が低い場合は、移送流体Ａからより小さな押圧力を受ける。
　ここで、図２において、移送流体Ａによる押圧力のバランスを表すバランス値ＢＶＡは、第１シール端部１７５の径ＭＯと、第２シール端部１７７の径ＭＩと、第１圧力作用径である第１流体二次シール内周１００の径Ｏ１Ｉを用いて、以下の数式１によって表される。
　　　ＢＶＡ＝　　Ｓ１　／　Ｓ０　×　１００・・・（数式１）
　　　ただし、Ｓ１＝π（ＭＯ ２－Ｏ１Ｉ ２）／４
　　　　　　　Ｓ０＝π（ＭＯ ２－ＭＩ ２）／４
　バランス値ＢＶＡは、メカニカルシール装置１０が使用される条件に応じて適切に設定されるが、高粘度の流体を搬送するポンプの軸封装置に用いられるメカニカルシール装置の場合、例えば７０％～１３０％とすることが好ましい。
　また、機内側静止環組立体５２は、供給流体Ｂから、供給流体Ｂの圧力に応じた押圧力を受けることができる。供給流体Ｂは、第２のＯリング９６によって二次的にシールされている。したがって、第２のＯリング９６と第４カバー部材４２の径方向の接触面によって形成される第２流体二次シール外周１１１が、供給流体Ｂが存在する領域と存在しない領域の境界を形成する。また、第２のＯリング９６は、静止環側係合突起６６に係止されているため、第２のＯリング９６が供給流体Ｂから受ける軸方向の力は、アダプタ部６２に伝達される。ここで、供給流体Ｂが静止環側摺動面５４を除く機内側静止環組立体５２に対して圧力を及ぼす領域と及ぼさない領域との境界によって形成される形状を第２圧力作用径と定義すると、本実施形態において、第２圧力作用径は、第２流体二次シール外周１１１と一致する。
　ここで第２流体二次シール外周１１１は、図２に示すように、径方向でみて、機内側動的シール面１７３の第２シール端部１７７に対して、第１シール端部１７５の側である外径側に位置する。第２圧力作用径である第２流体二次シール外周１１１が、第２シール端部１７７より外径側に位置すると、供給流体Ｂから圧力を受ける表面の面積が、機内側静止環組立体５２の機内側と機外側とでアンバランスになり、機外側の面積が広くなる。したがって、機内側静止環組立体５２は、機内側回転環１３７に向かう押圧力を、供給流体Ｂから受けることができる。
　このように、機内側静止環組立体５２は、移送流体Ａだけでなく、供給流体Ｂからも、供給流体Ｂの圧力に応じた押圧力を受けることができる。また、機内側静止環組立体５２は、移送流体Ａと供給流体Ｂの両方から、機内側回転環１３７に向かう押圧力を受けることができるから、移送流体Ａの圧力が供給流体Ｂの圧力より高い正圧の場合であっても、供給流体Ｂの圧力が移送流体Ａの圧力より高い逆圧の場合であっても、適切な押圧力を受けることができる。したがって、本実施形態に係るメカニカルシール装置１０は、移送流体Ａの圧力が周期的に変化し、移送流体Ａと供給流体Ｂの圧力状態が正圧と逆圧の間で頻繁に変化するような場合であっても、移送流体Ａと供給流体Ｂの間を好適にシールすることができる。
　ここで、図２において、供給流体Ｂによる押圧力のバランスを表すバランス値ＢＶＢは、第１シール端部１７５の径ＭＯと、第２シール端部１７７の径ＭＩと、第２圧力作用径である第２流体二次シール外周１１１の径Ｏ２Ｏを用いて、以下の数式２によって表される。
　　　ＢＶＢ＝　　Ｓ２　／　Ｓ０　×　１００・・・（数式２）
　　　ただし、Ｓ２＝π（Ｏ２Ｏ ２－ＭＩ ２）／４
　　　　　　　Ｓ０＝π（ＭＯ ２－ＭＩ ２）／４
　バランス値ＢＶＢは、バランス値ＢＶＡと同様に、メカニカルシール装置１０が使用される条件に応じて適切に設定される。
　また、供給流体Ｂによる押圧力のバランスを表すバランス値ＢＶＢは、移送流体Ａによる押圧力のバランスを表すバランス値ＢＶＡと略同一の値とすることが好ましい。バランス値ＢＶＡとバランス値ＢＶＢを略同一の値とすることによって、移送流体Ａと供給流体Ｂの圧力状態が正圧と逆圧の間で頻繁に変化するような場合であっても、機内側静止環組立体５２は、安定した押圧力を受けることができる。
　バランス値ＢＶＡとバランス値ＢＶＢを略同一の値とする場合において、第１のＯリング９２をカバー側係合突起４８によって係止し、第２のＯリング９６を静止環側係合突起６６によって係止することによって、第１のＯリング９２と第２のＯリング９６の形状を略同一形状とすることができる。したがって、このような構成を有するメカニカルシール装置１０は、第１のＯリング９２と第２のＯリング９６を共通部品とすることによって構成部品の種類を減少させ、組立を容易にできる。また、第４カバー部材４２によって第１のＯリング９２を係止し、機内側静止環組立体５２によって第２のＯリング９６を係止する構造とすることによって、低圧力室１９３および第４カバー部材４２の形状を単純化することができる。
　また、カバー側係合突起４８は、アダプタ部６２が軸方向に抜け落ちることを防止するストッパーを兼ねている。そのため、メカニカルシール装置１０は、組立・分解時にアダプタ部６２が抜け落ちることを防止できるため、容易に組立・分解を行うことができる。
　なお、本実施形態に係るメカニカルシール装置１０において、第１のＯリング９２の内周面と接触する摺動部外周面６０の径と、第２のＯリング９６の内周面と接触する肉厚部外周面７２の径とは、略同一の大きさに形成されている。また、第４カバー部材４２の内周面である第４カバー内周面４４において、第１のＯリング９２の外周面と接触する部分の径と、第２のＯリング９６と接触する部分の径とは、略同一の大きさに形成されている。
　図２に示すように、第１のＯリング９２と第２のＯリング９６との間には、低圧力室１９３が形成されている。低圧力室１９３は外気と連通しているため、ポンプで搬送される液体等によって構成される移送流体Ａや、供給流体室１９１に対して供給・排出される液体等によって構成される供給流体Ｂの圧力より、低い圧力に保たれる。
　第１のＯリング９２は、移送流体Ａと低圧流体Ｄの間をシールしているため、移送流体Ａと低圧流体Ｄとの圧力差によって、第１のＯリング９２の低圧力室１９３側に配置されているカバー側係合突起４８に押しつけられる。また、第２のＯリング９６は、供給流体Ｂと低圧流体Ｄの間をシールしているため、供給流体Ｂと低圧流体Ｄとの圧力差によって、第２のＯリング９６の低圧力室１９３側に配置されている静止環側係合突起６６に押しつけられる。
　移送流体Ａの圧力が変動する場合や、移送流体Ａと供給流体Ｂの圧力状態が正圧と逆圧の間で頻繁に変化するような場合であっても、外気と連通している低圧力室１９３の圧力は、移送流体Ａや供給流体Ｂより充分に低い圧力に維持される。したがって、第１のＯリング９２と第２のＯリング９６は、移送流体Ａの圧力が変動する場合や、移送流体Ａと供給流体Ｂの圧力状態が正圧と逆圧の間で頻繁に変化するような場合であっても、低圧力室１９３側の突起４８，６６に押しつけられた状態に維持される。
　このように、メカニカルシール装置１０は、移送流体Ａおよび供給流体Ｂの二次シールである第１のＯリング９２および第２のＯリング９６が、移送流体Ａの圧力変動等によって移動することを防止できる。また、本実施形態に係るメカニカルシール装置１０は、第１および第２のＯリング９２，９６自体や、第１および第２のＯリング９２，９６が接触する第４カバー部材４２および機内側静止環組立体５２が摩耗する現象を防止することができ、耐久性が高い。
　本実施形態に係るメカニカルシール装置１０では、静止環摺動部５６とアダプタ部６２が別体であるため、第４カバー部材４２の形状が単純である。しかし、機内側静止環組立体５２は、静止環摺動部５６とアダプタ部６２が一体的に形成された一部材であってもよい。例えば、機内側静止環組立体５２を一部材とした場合には、第４カバー部材４２を、回転軸に沿う断面によって分割される分割型としても良いが、特に限定されない。
　なお、メカニカルシール装置１０において、静止環摺動部５６および機内側回転環１３７は、各々、炭化ケイ素（シリコンカーバイト、ＳｉＣ）、カーボン、超硬合金等の材質で製作される。また、メカニカルシール装置１０の第１のＯリング９２および第２のＯリング９６の材料としては、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが用いられる。
　第２実施形態
　図３は、本発明の第２実施形態に係るメカニカルシール装置１０ａを表す縦断面図である。第２実施形態に係るメカニカルシール装置１０ａは、機内側静止環組立体２３１および機内側回転環２３９が、それぞれ別体に形成されたリテーナーと摺動リングとを有する点で異なるが、その他の点は第１実施形態に係るメカニカルシール装置１０と同様である。図３に示すメカニカルシール装置１０ａにおいて、第１実施形態に係るメカニカルシール装置１０と同様である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。
　メカニカルシール装置１０ａにおける機内側静止環組立体２３１は、第１実施形態に係る機内側静止環組立体５２と同様に、静止環摺動部２３３とアダプタ部６２からなる。静止環摺動部２３３は、互いに別体に形成されている静止摺動リング２３５と静止側リテーナー２３７からなる。静止摺動リング２３５の機内側の端部には、機内側動的シール面１７３の一方の面を構成する回転環側摺動面１３９と摺動して、機内側動的シール面１７３の他方の面を構成する静止環側摺動面５４が形成される。静止側リテーナー２３７は、第１のＯリング９２と接触している。静止摺動リング２３５は、静止側リテーナー２３７に対して焼き嵌めによって固定されている。
　また、メカニカルシール装置１０ａにおける機内側回転環２３９は、互いに別体に形成されている回転摺動リング２５１と回転側リテーナー２５３からなる。回転摺動リング２５１の機内側の端部には、機内側動的シール面１７３の一方の面を構成する回転環側摺動面１３９が形成される。回転摺動リング２５１は、静止摺動リング２３５と同様に、回転側リテーナー２５３に対して焼き嵌めによって固定されている。
　メカニカルシール装置１０ａは、摺動リング２３５，２５１とリテーナー２３７，２５３とが別体であるため、静止環側摺動面５４または回転環側摺動面１３９が形成されている摺動リング２３５，２５１を小型化し、摺動リング２３５，２５１に割れ等が発生することを防止できる。また、摺動リング２３５，２５１を小型化し、摺動リング２３５，２５１の形状を単純化することによって、メカニカルシール装置１０ａの製造コストを抑制することができる。さらに、摺動リング２３５，２５１をリテーナー２３７，２５３に対して焼き嵌めによって固定することにより、摺動リング２３５，２５１の一部がリテーナー２３７，２５３によってガードされるため、組立・分解の際等に、摺動リング２３５，２５１が破損することを防止できる。なお、第２実施形態に係るメカニカルシール装置１０ａは、第１実施形態に係るメカニカルシール装置１０と同様の効果を有する。
　第３実施形態
　図４は、本発明の第３実施形態に係るメカニカルシール装置１０ｂを表す縦断面図である。第３実施形態に係るメカニカルシール装置１０ｂは、静止摺動リング２５９および回転摺動リング２７５が、静止側リテーナー２７１または回転側リテーナー２７７に対して、第３のＯリング２７９または第４のＯリング２９１を介して固定されている点を除き、第２実施形態に係るメカニカルシール装置１０ａと同様である。図４に示すメカニカルシール装置１０ｂにおいて、第１実施形態に係るメカニカルシール装置１０または第２実施形態に係るメカニカルシール装置１０ａと同様である部分については、同様の符号を付して説明を省略する。
　メカニカルシール装置１０ｂにおける機内側静止環組立体２５５は、第１実施形態に係る機内側静止環組立体５２と同様に、静止環摺動部２５７とアダプタ部６２からなる。静止環摺動部２５７は、第２実施形態と同様に、互いに別体に形成されている静止摺動リング２５９と静止側リテーナー２７１からなる。静止摺動リング２５９は、静止側リテーナー２７１に対して、第３のＯリング２７９を介するＯリングマウントによって固定されている。
　メカニカルシール装置１０ｂにおける機内側回転環２７３は、第２実施形態に係る機内側回転環２３９（図３）と同様に、回転摺動リング２７５と回転側リテーナー２７７からなる。回転摺動リング２７５は、回転側リテーナー２７７に対して、第４のＯリング２９１を介するＯリングマウントによって固定されている。
　メカニカルシール装置１０ｂは、摺動リング２５９，２７５とリテーナー２７１，２７７とが別体であるため、静止環側摺動面５４または回転環側摺動面１３９が形成されている摺動リング２５９，２７５を小型化し、摺動リング２５９，２７５に割れ等が発生することを防止できる。また、摺動リング２５９，２７５を小型化し、摺動リング２５９，２７５の形状を単純化することによって、メカニカルシール装置１０ｂの製造コストを抑制することができる。さらに、メカニカルシール装置１０ｂにおいて、摺動リング２５９，２７５は、リテーナー２７１，２７７に対してＯリングマウントによって固定されている。したがって、メカニカルシール装置１０ｂは、摺動リング２５９，２７５のみを交換することが可能であり交換部品のコストを抑制できる。なお、第３実施形態に係るメカニカルシール装置１０ｂは、第１実施形態に係るメカニカルシール装置１０と同様の効果を有する。
　なお、メカニカルシール装置１０ａ,１０ｂにおいて、静止摺動リング２３５,２５９および回転摺動リング２５１，２７５は、各々、炭化ケイ素（シリコンカーバイト、ＳｉＣ）、カーボン、超硬合金等の材質で製作される。この場合、静止側リテーナー２３７，２７１および回転側リテーナー２５３，２７７は、ＳＵＳ等の金属を用いて作製することができる。また、メカニカルシール装置１０ｂの第３のＯリング２７９および第４のＯリング２９１の材料としては、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが用いられる。
　なお、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また任意好適な種々の改変が可能である。

Claims (8)

  1. 　回転軸と一体に回転するように当該回転軸に設置され、機内側に存在する第１流体と機外側に存在する第２流体との間を動的にシールする動的シール面の一方の面を構成する回転環側摺動面が形成される回転環と、
    　前記回転環側摺動面と摺動して前記動的シール面の他方の面を構成する静止環側摺動面が形成される静止環組立体と、
    　前記静止環組立体を内径側に収納しており、前記静止環組立体を前記回転軸の軸方向に移動自在に支持するシールカバーと、
    　前記シールカバーと前記静止環組立体によって前記回転軸の径方向に挟持され、前記第１流体をシールする第１のＯリングと、
    　前記第１のＯリングより機外側に設置されており、前記シールカバーと前記静止環組立体によって前記径方向に挟持され、前記第２流体をシールする第２のＯリングと、を含み、
    　前記第１のＯリングと前記第２のＯリングの間には、前記第１のＯリングと前記第２のＯリングによって前記第１流体および前記第２流体からシールされ、前記第１流体および前記第２流体の圧力より常に低い圧力に維持される低圧力室が形成され、
    　前記第１流体が前記静止環側摺動面を除く前記静止環組立体に対して圧力を及ぼす領域と及ぼさない領域との境界によって形成される第１圧力作用径は、前記径方向でみて、前記動的シール面の前記第１流体側の端部である第１シール端部に対して、前記動的シール面の前記第２流体側の端部である第２シール端部の側に位置し、
    　前記第２流体が前記静止環側摺動面を除く前記静止環組立体に対して圧力を及ぼす領域と及ぼさない領域との境界によって形成される第２圧力作用径は、前記径方向でみて、前記第２シール端部に対して、前記第１シール端部の側に位置することを特徴とするメカニカルシール装置。
  2. 　前記シールカバーは、前記第１のＯリングを前記軸方向に係止して、前記第１のＯリングの前記軸方向の動きを規制するカバー側係合突起を有し、
    　前記静止環組立体は、前記第２のＯリングを前記軸方向に係止して、前記第２のＯリングの前記軸方向の動きを規制する静止環側係合突起を有し、
    　前記第１圧力作用径は、前記第１のＯリングと前記静止環組立体の前記径方向の接触面によって形成される第１流体二次シール内周と一致しており、当該第１流体二次シール内周の径は、前記第１シール端部の径より小さく、
    　前記第２圧力作用径は、前記第２のＯリングと前記シールカバーの前記径方向の接触面によって形成される第２流体二次シール外周と一致しており、当該第２流体二次シール外周の径は、前記第２シール端部の径より大きいことを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
  3. 　前記静止環組立体は、前記静止環側摺動面が形成され前記第１のＯリングと接触している静止環摺動部と、少なくとも一部が当該静止環摺動部より機外側に配置されており前記第２のＯリングと接触しているアダプタ部とからなり、
    　前記静止環摺動部と前記アダプタ部とは、別体に形成されており、前記静止環摺動部の機外側端面である摺動部機外側端面は、前記アダプタ部と接触していることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
  4. 　前記カバー側係合突起は、前記アダプタ部が前記軸方向に抜け落ちることを防止するストッパーを兼ねていることを特徴とする請求項３に記載のメカニカルシール装置。
  5. 　前記静止環摺動部は、前記静止環側摺動面が形成される摺動リングと、前記第１のＯリングと接触しているリテーナーとからなり、
    　前記摺動リングと前記リテーナーとは、別体に形成されており、前記摺動リングは前記リテーナーに固定されていることを特徴とする請求項３に記載のメカニカルシール装置。
  6. 　前記摺動リングは、前記リテーナーに対して焼き嵌めによって固定されていることを特徴とする請求項５に記載のメカニカルシール装置。
  7. 　前記摺動リングは、前記リテーナーに対して第３のＯリングを介して固定されていることを特徴とする請求項５に記載のメカニカルシール装置。
  8. 　前記シールカバーには、前記シールカバーの外周表面に開口を有しており前記低圧力室まで貫通している連通路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール装置。
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