WO2013125269A1 - メカニカルシール装置 - Google Patents

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WO2013125269A1
WO2013125269A1 PCT/JP2013/050898 JP2013050898W WO2013125269A1 WO 2013125269 A1 WO2013125269 A1 WO 2013125269A1 JP 2013050898 W JP2013050898 W JP 2013050898W WO 2013125269 A1 WO2013125269 A1 WO 2013125269A1
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WO
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sleeve
mechanical seal
seal device
hole
sleeve collar
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/050898
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
嘉博 末藤
Original Assignee
イーグル工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by イーグル工業株式会社 filed Critical イーグル工業株式会社
Priority to JP2013528870A priority Critical patent/JP6007180B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/126—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404—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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3464—Mounting of the seal
    • F16J15/3472—Means for centering or aligning the contacting faces

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical seal device, and more particularly to a mechanical seal device that is useful for sealing high temperature / high pressure fluid.
  • ⁇ Mechanical seal devices that seal high-temperature and high-pressure fluid such as mechanical seals used in boiler feed pumps need to cool the sealing ring to prevent abnormal wear and deformation of the sliding surface.
  • the outside-type mechanical seal device can be configured such that the surface of the sealing ring is largely exposed to the atmosphere side, and it is relatively easy to cool the sealing ring in contact with the atmosphere, On the other hand, since the centrifugal force acting on the sealed fluid is directed toward the sliding surface, there is a problem that it is difficult to seal the high-pressure sealed fluid (see Patent Document 1, etc.).
  • the inside-type mechanical seal device is preferably used for a high-pressure or high-rotation dynamic seal portion because the centrifugal force acting on the sealed fluid is directed away from the sliding surface.
  • the inside-type mechanical seal device has a configuration in which the sealing ring is covered with the seal case, so that the cooling action by the atmosphere hardly acts on the sealing ring (see Patent Document 2 and the like).
  • 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 suitably seal a sealed fluid of high temperature and high pressure and is suitable for downsizing.
  • a mechanical seal device includes a cylindrical sleeve inserted by a rotating shaft, and a sleeve collar that is provided on an outboard portion of the sleeve and protrudes outward from the sleeve. And a rotation ring provided on the rotary shaft so as to rotate integrally with the rotary shaft.
  • a stationary side portion that is disposed so as to face the rotating ring from the outside of the machine and that slides with the rotating ring to form a sliding surface; and a seal case that supports the stationary ring; , Have Between the sleeve collar or between the sleeve and the sleeve collar, a first through-hole penetrating from the outer end surface of the sleeve collar to the inner end surface of the sleeve collar is formed. In addition, it is inclined with respect to the axial direction of the rotating shaft.
  • the mechanical seal device according to the present invention is an inside-type mechanical seal in which a stationary ring is arranged on the outer side of the rotating ring and seals the sealed fluid from the inner diameter side, so that high-pressure sealed fluid can be suitably sealed. It is. Furthermore, in the mechanical seal device according to the present invention, when the rotating side portion rotates together with the rotating shaft, the first through hole formed in the sleeve collar forms a flow for cooling the rotating ring and the stationary ring. For this reason, the mechanical seal device according to the present invention does not require a separate device for supplying and circulating the quenching liquid, and the device is simple and suitable for miniaturization. Further, the means for generating the cooling flow by the inclined through hole is superior to the means using the exposed fan, and the cooling flow directed in the axial direction of the rotating shaft is generated, and the sliding surface is formed. It is possible to cool effectively.
  • the sleeve collar may be formed with a second through hole penetrating the sleeve collar along a direction orthogonal to the axial direction, and the second through hole has the rotating side portion.
  • the fixing member for fixing to the said rotating shaft may be inserted.
  • the sleeve collar In the mechanical seal device in which the sleeve collar is provided with a second through hole and a fixing member for fixing the rotating side portion to the second through hole is provided, the sleeve collar has a cooling flow generating means and a fixing member installing means. Therefore, the number of parts is suppressed. Moreover, the sleeve collar is lightened by forming the first through hole and the second through hole.
  • the sleeve collar may be formed with a plurality of the first through holes and the second through holes along the circumferential direction, and two sleeves adjacent to each other along the circumferential direction. At least one of the first through holes may be formed therebetween.
  • the mechanical seal device having such a sleeve collar can firmly fix the rotating side portion to the rotating shaft.
  • first through holes and disposing them between the second through holes, it is possible to increase the cooling flow generated with the rotation of the sleeve collar. It is possible to reduce the weight.
  • the opening shape of the first through hole may be substantially circular.
  • the opening shape of the first through-hole formed in the sleeve collar is not particularly limited, but can be, for example, substantially circular, and in this case, there is an advantage that it is easy to ensure the strength of the sleeve collar.
  • a part of the wall surface of the first through hole may be constituted by the outer peripheral surface of the sleeve.
  • An inside-type mechanical seal has a gap between a stationary ring or a seal cover that holds the stationary ring and a rotating shaft, and usually has a gap near the rotating shaft.
  • the cooling flow is hindered by a stationary ring or the like that is a member provided on the outer diameter side. It is difficult to cool the sliding surface effectively.
  • cooling for guiding the flow generated by the rotation of the first through hole to the rotating ring through the inside of the stationary ring along the axial direction.
  • a flow path is formed, and one end of the cooling flow path may communicate with the first through hole.
  • the mechanical seal device in which the cooling flow path communicating with the first through hole is formed causes the flow generated by the rotation of the first through hole to efficiently act on the sliding surface, thereby effectively making the sliding surface. It is possible to cool.
  • the other end of the cooling flow path hits the inner diameter side portion on the inner diameter side from the sliding surface in the rotating ring,
  • a radial groove may be formed in the inner diameter side portion.
  • the stationary ring may have a stationary ring projection that protrudes toward the rotating ring and forms a part of the sliding surface, A plurality of notches may be formed on the inner peripheral surface of the stationary ring projection.
  • the notch formed on the inner peripheral surface of the protrusion can increase the contact area between the stationary ring and the cooling flow. Therefore, such a mechanical seal device can cool the stationary ring and the sliding surface more effectively.
  • the seal case may have an opening connected from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the seal case, and an exhaust passage communicating with the cooling passage may be formed.
  • Such a mechanical seal device can effectively draw the fluid from the first through hole to the sliding surface by forming the exhaust passage, and effectively cools the sliding surface. Is possible.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a mechanical seal device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a plan view, a cross-sectional view, and a partial side view of a sleeve collar included in the mechanical seal device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the sleeve collar shown in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a sleeve collar is attached to the sleeve.
  • FIG. 5 is a plan view of the rotating ring observed from the outside.
  • FIG. 6 is a plan view of the stationary ring observed from the inside of the machine.
  • FIG. 7 is a plan view, a cross-sectional view, and a partial side view of a sleeve collar included in a mechanical seal device according to another embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view of the sleeve collar shown in FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a mechanical seal device 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the mechanical seal device 10 is used by being attached to the end surface 100 of the device and the rotary shaft 80 so as to seal the opening around the rotary shaft 80.
  • the mechanical seal apparatus 10 is used suitably as a shaft seal apparatus etc. of the boiler water supply apparatus for electric power generation.
  • the rotating ring 20 and the stationary ring 12 slide to form a sliding surface that seals the sealed fluid.
  • the rotating ring 20 is arranged on the inner side with respect to the stationary ring 12, and the stationary ring 12 is arranged so as to face the rotating ring 20 from the outside of the machine where an external fluid such as the atmosphere exists.
  • the mechanical seal device 10 is an inside type mechanical seal. In the mechanical seal device 10, since the sliding surface is located on the inner diameter side of the sealed fluid, the centrifugal force of the fluid generated by the rotation of the rotating shaft 80 acts in a direction to prevent leakage of the sealed fluid. For this reason, the mechanical seal device 10 is preferably used as a high-pressure fluid seal device.
  • the mechanical seal device 10 includes a stationary side portion 11 that is provided on the end surface 100 of the device and is basically stationary, and a rotating side portion 19 that is provided on the rotating shaft 80 and rotates integrally with the rotating shaft 80.
  • the stationary side portion 11 includes a seal case 50, a stationary ring 12, and the like
  • the rotating side portion 19 includes a rotating ring 20, a sleeve 70, a sleeve collar 61, and the like.
  • the seal case 50 of the stationary side portion 11 includes a seal cover 54 and a flange cover 52.
  • the seal cover 54 is fixed to the end surface 100 of the apparatus by bolts 58 and nuts 59.
  • the seal cover 54 houses the stationary ring 12 and the retainer 14 between its inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the rotating shaft 80.
  • a step portion 54 a is formed on the inner peripheral surface of the seal cover 54, and a retainer 14 for attaching the stationary ring 12 is disposed on the step portion 54 a via an O-ring 75.
  • a stationary ring 12 is attached to the inner end of the retainer 14 via an adapter 16 and a knock pin 17.
  • the retainer 14 and the stationary ring 12 are attached to the seal cover 54 so as to be relatively movable in the axial direction.
  • a coil spring 53 is provided between the retainer 14 and the seal cover 54, and the coil spring 53 presses the retainer 14 and the stationary ring 12 toward the rotary ring 20 disposed inside the machine. .
  • the stationary ring 12 is pressed against the rotating ring 20 by the pressure of the fluid and the elastic force of the coil spring 53.
  • the flange cover 52 is fixed to the end of the seal cover 54 on the outside of the machine via bolts 55.
  • the sleeve 70 of the rotating side portion 19 has a cylindrical shape having an inner diameter substantially the same as or slightly larger than the diameter of the rotating shaft 80, and the rotating shaft 80 is inserted through the inside of the sleeve 70.
  • the sleeve 70 is installed along the axial direction of the rotary shaft 80 from the machine inner side (sealed fluid side) to the machine outer side of the apparatus in which the mechanical seal device 10 is installed.
  • Rotating ring 20 is provided on the inner side of sleeve 70.
  • the rotary ring 20 is installed on the rotary ring 20 via the retainer 22, the bolt 57, the adapter 24, the knock pin 26, and the like.
  • the retainer 22 is connected to the machine inner end portion of the sleeve 70 via a bolt 57, and the retainer 22 and the rotating ring 20 are connected to an adapter. 24 and a knock pin 26 or the like.
  • a sleeve collar 61 that protrudes in a bowl shape from the sleeve 70 to the outer diameter side is provided at the machine outside portion of the sleeve 70.
  • the sleeve collar 61 may be formed integrally with the sleeve 70, but the sleeve collar 61 according to the present embodiment is separable from the sleeve 70. By making the sleeve collar 61 separable from the sleeve 70, the sleeve collar 61 having a complicated shape can be manufactured relatively easily.
  • the sleeve collar 61 is formed so that its inner periphery contacts the outer periphery of the sleeve 70.
  • the sleeve collar 61 and the sleeve 70 are rotationally stopped by a knock pin 66 and are connected and fixed by a set screw 60.
  • the set screw 60 has a function of fixing the entire rotation side portion 19 to the rotation shaft 80.
  • the bolt 68 and the set plate 67 that connect the sleeve collar 61 and the flange cover 52 are removed after the mechanical seal device 10 is set and before the operation of the device.
  • FIG. 2 is a plan view (FIG. 2A), a sectional view (FIG. 2B), and a partial side view (FIG. 2C) of a sleeve collar 61 included in the mechanical seal device 10 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the sleeve collar 61.
  • the sleeve collar 61 is formed with a plurality of notches 61c (12 in the example shown in FIG. 2) that open toward the inner diameter side.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a state in which the sleeve collar 61 shown in FIG. 2 is attached to the sleeve 70 (see FIG. 1).
  • a first through hole 62 is formed between the sleeve 70 and the sleeve collar 61 so as to penetrate from the machine outer end surface 61b of the sleeve collar 61 to the machine inner end surface 61a. That is, in the present embodiment, a part of the wall surface of the first through hole 62 is constituted by the outer peripheral surface 70 a of the sleeve 70, and the other part of the wall surface of the first through hole 62 is cut by the sleeve collar 61. It is comprised by the notch 61c.
  • the through direction of the first through hole 62 is the rotation shaft 80. It is not parallel to the axial direction, but is inclined with respect to the axial direction.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the first through-hole 62 with respect to the axial direction is not particularly limited, but can be, for example, about 15 degrees.
  • the inclination direction of the first through hole 62 is inclined in the direction opposite to the rotation direction (arrow 81) from the outer end surface 61b toward the inner end surface 61a.
  • the sleeve collar 61 moves from the outside of the machine to the inside of the machine as represented by the arrow in FIG. 4 when rotated with the rotary shaft 80.
  • a flow can be generated.
  • the flow generated by the rotation of the sleeve collar 61 (in this embodiment, the gas flow around the sleeve collar 61) is guided to the vicinity of the rotating ring 20 and the sliding surface by the cooling channel 44 shown in FIG. It can serve as a cooling flow to cool the surface.
  • the sleeve collar 61 is formed with a second through-hole 63 that penetrates the sleeve collar 61 along a direction orthogonal to the axial direction of the rotation shaft 80. ing.
  • the set screw 60 shown in FIG. 1 is inserted into the second through hole 63.
  • a plurality of second through holes 63 are formed along the circumferential direction (6 in this embodiment (see FIG. 2A)), and two second through holes adjacent in the circumferential direction are formed.
  • there are a plurality of the first through holes 62 (the notches 61c in FIG. 2A correspond to the first through holes 62 (see FIG. 4)) (two in the present embodiment). Is formed.
  • the sleeve collar 61 has an engagement hole 64 with which the knock pin 66 shown in FIG. 1 is engaged, and a bolt shown in FIG. A side hole 65 (FIGS. 2A and 2B) into which 68 is inserted is formed.
  • the arrangement and number of the first through holes 62 (notches 61c) and the second through holes 63 in the circumferential direction are not particularly limited.
  • the first through holes 62 and the notches 61c are unevenly arranged in the circumferential direction (non-uniform).
  • the second through holes 63 can be equally spaced (equally spaced) in the circumferential direction.
  • the rotating side portion 19 can be firmly fixed to the rotating shaft 80, and by arranging the first through-holes 62 and the notches 61c unequally, they are equally spaced. While avoiding the arranged second through holes 63, more first through holes 62 can be formed to generate a strong cooling flow.
  • the cooling flow accompanying the rotation of the sleeve collar 61 as indicated by the arrow is guided to the inside of the machine via the cooling flow path 44 shown in FIG. 1.
  • the cooling flow path 44 is formed between the sleeve collar 61 and the rotary ring 20 in the axial direction, and one end (outside of the machine) of the cooling flow path 44 is formed in FIG. 4.
  • the inner peripheral surface 52f of the flange cover 52 that defines the opening of the outer end of the machine case in the seal case 50 is at least the center position of the first through hole 62 in order to allow the cooling flow path 44 and the first through hole 62 to communicate with each other. It is preferable to be located on the outer diameter side.
  • the cooling flow path 44 is formed between the sleeve 70 and the stationary ring 12 (and the retainer 14) in the radial direction, and is cooled along the axial direction through the retainer 14 and the stationary ring 12 to the rotating ring 20. Can guide the flow.
  • the flow passage cross-sectional area of the cooling flow passage 44 is preferably widened so that the cooling flow can be smoothly guided.
  • the inner diameters of the stationary ring 12 and the retainer 14 are preferably larger than the inner diameter of the rotating ring 20, and the inner peripheral surface 12f of the stationary ring 12 and the retainer 14 is the center of the first through hole 62 shown in FIG. It is preferable to be arranged on the outer diameter side from the position.
  • FIG. 5 is a plan view of the rotary ring 20 as seen from the outside of the machine.
  • a plurality of radial grooves 20b are formed along the circumferential direction in the inner diameter side portion 20a on the inner diameter side of the sliding surface (rotating ring side sliding surface 20e) in the rotating ring 20.
  • the radial groove 20b is formed in the radial direction from the inner peripheral surface 20f of the rotating ring 20, and the outer diameter side end thereof is located at least on the inner diameter side of the rotating ring side sliding surface 20e (see FIG. 1).
  • the radial groove 20b is formed so as to be inclined at an angle ⁇ 2 (0 ° ⁇ 2 ⁇ 90 °) on the opposite side to the rotation direction (arrow 27) with respect to the center line A orthogonal to the rotation axis 80.
  • Such a radial groove 20b has the effect of flowing the fluid in the vicinity of the surface of the rotating ring 20 in the outer diameter direction, and can strengthen the flow of the fluid toward the sliding surface.
  • the stationary ring 12 has a stationary ring projection 12a that protrudes toward the rotating ring 20 and forms a stationary ring side sliding surface 12d.
  • the cooling flow generated by the rotation of the sleeve collar 61 is also supplied to the inner peripheral surface of the stationary ring projection 12a.
  • FIG. 6 is a plan view of the stationary ring 12 viewed from the inside of the aircraft.
  • a plurality of cutouts 12c are formed along the circumferential direction on the protrusion inner peripheral surface 12b, which is the inner peripheral surface of the stationary ring protrusion 12a.
  • the stationary ring projection 12a in which the notch 12c is formed has a large surface area in contact with the cooling flow, and thus is efficiently cooled. By efficiently cooling the stationary ring protrusion 12a, it is possible to suppress the temperature rise of the stationary ring side sliding surface 12d and the rotating ring side sliding surface 20e.
  • the seal case 50 has an opening connected from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the seal case 50, and a discharge side hole 50 a communicating with the cooling flow path 44 is formed.
  • the air around the sleeve collar 61 is smoothly discharged from the first through-hole 62 (see FIG. 4) formed between the sleeve collar 61 and the sleeve 70 by allowing the cooling flow to escape to the discharge side hole 50a. Can be introduced.
  • the mechanical seal device 10 is an inside type mechanical seal, it is possible to suitably seal a high-pressure sealing fluid. Further, the first through hole 62 takes in the gas around the sleeve collar 61 as a cooling fluid and guides it to the rotating ring 20 and the sliding surface, thereby enhancing the cooling effect and preventing excessive heat generation of the sliding surfaces 12d and 20e. can do. Moreover, since the mechanical seal apparatus 10 does not require the auxiliary machine which supplies or circulates quenching liquid, an apparatus is simple and it is suitable for size reduction.
  • the means for generating the cooling flow by the inclined first through hole 62 is safer than the means using the exposed fan, and the cooling oriented in the axial direction of the rotary shaft 80. It is possible to generate a flow and cool the sliding surface effectively.
  • the sleeve collar 61 is formed with a second through-hole 63 (see FIG. 3) that penetrates the sleeve collar 61 in the radial direction.
  • the sleeve collar 61 is a fixing member (set screw) for fixing the rotating side portion 19. 60). Therefore, the mechanical seal device 10 can suppress the number of parts, and the sleeve collar 61 is reduced in weight by forming a large number of through holes and notches in the sleeve collar 61.
  • a part of the wall surface of the first through hole 62 is constituted by the outer peripheral surface 70 a of the sleeve 70, so that a cooling flow can be generated at a position closer to the sleeve 70. It becomes. As a result, the cooling flow is less likely to be inhibited by the stationary ring 12 and the mechanical seal device 10 can effectively cool the sliding surface.
  • the mechanical seal device 10 shown in FIG. 1 is only one embodiment of the invention, and various modifications can be made.
  • 7 and 8 show a sleeve collar 91 used in a mechanical seal device according to another embodiment, and the mechanical seal device according to the other embodiment is different except that the shape of the sleeve collar 91 is different. These are the same as the mechanical seal device 10 described with reference to FIGS.
  • FIG. 7 is a plan view (FIG. 7A), a sectional view (FIG. 7B), and a partial side view (FIG. 7C) of the sleeve collar 91.
  • FIG. It is a perspective view.
  • the sleeve collar 91 is formed with a plurality of first through holes 92 (12 in the example shown in FIG. 7) having a substantially circular opening shape along the circumferential direction. Yes. That is, in the present embodiment, the first through hole 62 is formed in the sleeve collar 91.
  • FIG. 7C which is a partial side view of the sleeve collar 91 viewed from the side (the direction indicated by the arrow c in FIG. 7A)
  • the penetration direction of the first through hole 92 is the same as that shown in FIG. Similarly to the first through hole 62 shown in c), it is not parallel to the axial direction of the rotary shaft 80 but is inclined with respect to the axial direction.
  • the inclination direction of the first through hole 92 is inclined in the direction opposite to the rotation direction (arrow 81) from the machine outer end face 91b toward the machine inner end face 91a, similarly to the first through hole 62.
  • the sleeve collar 91 is also formed with a second through hole 93, an engagement hole 94, and a side hole 95, similar to the sleeve collar 61 shown in FIG.
  • the mechanical seal device having the sleeve collar 91 also takes in the gas around the sleeve collar 91 as a cooling fluid through the first through-hole 92, and moves it to the rotating ring and the sliding surface. By guiding, the cooling effect can be enhanced and excessive heat generation on the sliding surface can be prevented. Other effects are also substantially the same as those of the mechanical seal device 10.
  • the inclination direction of the 1st through-holes 62 and 92 shown in FIG. 2 and FIG. 7 inclines in the opposite direction to the rotation direction (arrow 81), it is good also considering an inclination direction as a reverse direction.
  • the direction of the flow generated by the rotation of the first through hole is the direction from the inside of the machine to the outside of the machine, but even in such a case, the heated gas near the sliding surface is discharged.
  • the cooling effect of the rotating ring 20 and the sliding surface can be expected.
  • embodiments in which members other than the sleeve collar 91 are changed are conceivable.
  • a square screw groove is formed on the outer peripheral surface 70a of the sleeve 70, or a partition plate (baffle sleeve) is provided between the stationary ring 12 and the sleeve.
  • a partition plate baffle sleeve
  • a nose (stationary ring protrusion 12a) is formed on the stationary ring 12 side, but a nose may be formed on the rotating ring 20 side.
  • a cutout can be formed on the inner peripheral surface of the nose formed on the rotating ring 20 as well as the stationary ring projection 12a.
  • the inner diameter side portion 20a where the radial groove 20b is formed may not be flush with the rotating ring side sliding surface 20e. For example, there is a step between the inner diameter side portion 20a and the rotating ring side sliding surface 20e. It may be formed.
  • a mechanical seal device provided with a sleeve collar 91 shown in FIGS. 7 and 8 was attached to the end surface 100 of the device and the rotary shaft 80 (see FIG. 1) to seal the sealed fluid, and the device was driven.
  • the mechanical seal device used in the example is the same as the mechanical seal device 10 described with reference to FIGS. 1 to 6 except that the shape of the sleeve collar is replaced with that shown in FIGS. .
  • the temperature at the point indicated by the arrow A in FIG. 1 (the inner peripheral surface 12f of the stationary ring 12) and the air volume at the point indicated by the arrow B (the outer peripheral surface side opening of the discharge side hole 50a).
  • the temperature at the point indicated by arrow A was measured using a thermocouple
  • the air volume at the point indicated by arrow B was measured using an air flow meter.
  • the temperature of the sealed fluid was 140 ° C.
  • the pressure was 4 MPa
  • the rotational speed of the rotary shaft 80 was 4000 rpm.
  • a mechanical seal device including a sleeve collar in which the first through-hole 92 is not formed is used instead of the sleeve collar 91 shown in FIGS. 7 and 8, a mechanical seal device including a sleeve collar in which the first through-hole 92 is not formed is used. (See FIG. 1) and the device was driven.
  • the mechanical seal device used in the comparative example was used in the examples except that the first through hole 92 (see FIG. 8) was not formed in the sleeve collar (the portion of the first through hole 92 was blocked). The same as the mechanical seal device.
  • the measured temperature in the example was 145 to 149 ° C.
  • the measured temperature in the comparative example was 153 to 158 ° C.
  • the surface temperature of the stationary ring 12 was lower in the example. It was.
  • the measured temperature is higher than 140 ° C., which is the temperature of the sealed fluid, and such a temperature increase is considered to be due to heat generation on the sliding surface.
  • the difference between the measured temperature and the sealed fluid temperature was 13 to 18 ° C. in the comparative example, but 5 to 9 ° C. in the example, and the result of the example was smaller. That is, it was confirmed that the mechanical seal device according to the example can suppress an increase in temperature near the sliding surface in comparison with the mechanical seal device according to the comparative example.
  • the measured air volume in the discharge side hole 50a was 0.4 to 0.5 m / s in the example, but 0 to 0.1 m / s in the comparative example. s.
  • Such a difference in the measurement airflow is considered to be due to the presence or absence of the first through hole 92 in the sleeve collar, and the sleeve collar 91 (the first through hole 92 is formed in the mechanical seal device according to the embodiment). It was confirmed that a cooling flow was generated.
  • the difference in measured temperature between the two is considered to be caused by the amount (presence or absence) of the cooling flow in the sleeve collar 91. .
  • the sleeve collar 91 in which the first through-hole 92 is formed generates the cooling flow and suppresses the temperature rise of the sliding surface.

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Abstract

　本発明は高温・高圧の被密封流体を好適にシール可能であって、小型化に適したメカニカルシール装置を提供することを目的とし、回転軸（８０）によって挿通される円筒状のスリーブ（７０）と、前記スリーブの機外側部分に設けられ前記スリーブから外径側に突出するスリーブカラー（６１）と、前記スリーブの機内側部分に設けられる回転環（２０）とを備え、前記回転軸と一体に回転するように前記回転軸に設けられる回転側部（１９）と、前記回転環に対して機外側から対向するように配置され、前記回転環と摺動して摺動面を形成する静止環（１２）と、前記静止環を支持するシールケース（５０）と、を備える静止側部（１１）と、を有し、前記スリーブカラー、又は前記スリーブと前記スリーブカラーとの間には、前記スリーブカラーの機外側端面から機内側端面まで貫通する第１貫通孔（６２）が形成されており、前記第１貫通孔の貫通方向は、前記回転軸の軸方向に対して傾斜していることを特徴とする。

Description

メカニカルシール装置
　本発明は、メカニカルシール装置に関し、より詳細には、高温・高圧流体をシールするために用いられて有用なメカニカルシール装置に関する。
　ボイラー給水ポンプに用いられるメカニカルシールなど、高温・高圧の流体をシールするメカニカルシール装置は、摺動面の異常摩耗や変形を防止するために、密封環を冷却する必要がある。アウトサイド型のメカニカルシール装置は、密封環の表面を、大気側に大きく露出させた構成とすることが可能であり、密封環を大気と接触させて冷却することが比較的容易であるが、その一方で、被密封流体に働く遠心力が摺動面へ向かうため、高圧の被密封流体をシールすることが難しいという問題点を有する（特許文献１等参照）。
　これに対して、インサイド型のメカニカルシール装置は、被密封流体に働く遠心力が摺動面から離れる方向へ向かうため、高圧又は高回転の動的シール部分に好適に用いられる。しかし、インサイド型のメカニカルシール装置は、密封環がシールケースに覆われる構成となるため、大気による冷却作用が密封環に働きにくいという問題点を有する（特許文献２等参照）。
特開２０１０－２１６４８９号公報 特開２００９－２５０４３２号公報
　インサイド型のメカニカルシール装置であっても、クエンチング液など非密封流体とは異なる流体を密封環周辺に供給することにより、密封環を効率的に冷却することが可能である。しかし、このようなメカニカルシール装置では、クエンチング液等を供給又は循環させるための装置が別途必要となり、シール装置全体の構造が複雑化し、装置が大型化するという問題を有する。また、空冷により摺動面を冷却するアウトサイド型メカニカルシール装置は、高圧の被密封流体をシールすることが難しいという問題点を有する。また、送風ファンを設ける従来の技術では、大気に露出しているシールケースを冷却することは可能であるものの、内部の密封環を効果的に冷却することはできない。さらに、むき出しの状態で回転する送風ファンは、外径側に風が流れてしまい、効率的な送風が行われず、また、安全性の面でも課題を有していた（特許文献２等参照）。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、高温・高圧の被密封流体を好適にシール可能であって、小型化に適したメカニカルシール装置を提供することである。
　上述の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、回転軸によって挿通される円筒状のスリーブと、前記スリーブの機外側部分に設けられ前記スリーブから外径側に突出するスリーブカラーと、前記スリーブの機内側部分に設けられる回転環とを備え、前記回転軸と一体に回転するように前記回転軸に設けられる回転側部と、
　前記回転環に対して機外側から対向するように配置され、前記回転環と摺動して摺動面を形成する静止環と、前記静止環を支持するシールケースと、を備える静止側部と、
　を有し、
　前記スリーブカラー、又は前記スリーブと前記スリーブカラーとの間には、前記スリーブカラーの機外側端面から機内側端面まで貫通する第１貫通孔が形成されており、前記第１貫通孔の貫通方向は、前記回転軸の軸方向に対して傾斜していることを特徴とする。
　本発明に係るメカニカルシール装置は、回転環の機外側に静止環を配置し、内径側から被密封流体をシールするインサイド型メカニカルシールであるため、高圧の密封流体を好適にシールすることが可能である。さらに、本発明に係るメカニカルシール装置は、回転軸と伴に回転側部が回転する際に、スリーブカラーに形成された第１貫通孔が、回転環及び静止環を冷却する流れを形成する。このため、本発明に係るメカニカルシール装置は、クエンチング液を供給・循環させる装置を別途用意する必要がなく、装置がシンプルであり、小型化に適している。また、傾斜した貫通孔によって冷却流を発生させる手段は、むき出しのファンを用いる手段より安全性に優れており、かつ、回転軸の軸方向に方向づけされた冷却流を発生させ、摺動面を効果的に冷却することが可能である。
　また、例えば、前記スリーブカラーには、前記スリーブカラーを前記軸方向に直交する方向に沿って貫通する第２貫通孔が形成されていてもよく、前記第２貫通孔には、前記回転側部を前記回転軸に固定するための固定部材が挿入されていても良い。
　スリーブカラーに第２貫通孔が形成されており、当該第２貫通孔に回転側部を固定するための固定部材を設けるメカニカルシール装置は、スリーブカラーが冷却流発生手段と固定部材の設置手段を兼ねるため、部品点数が抑制される。また、第１貫通孔と第２貫通孔が形成されることにより、スリーブカラーが軽量化される。
　また、例えば、前記スリーブカラーには、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔が、周方向に沿って複数形成されてもよく、周方向に沿って隣接する２つの前記第２貫通孔の間には、少なくとも１つの前記第１貫通孔が形成されても良い。
　固定部材を配置する第２貫通孔を複数形成することにより、このようなスリーブカラーを有するメカニカルシール装置は、回転側部を回転軸に強固に固定することが可能である。また、第１貫通孔を複数形成し、第２貫通孔の間に配置することにより、スリーブカラーの回転に伴い発生する冷却流を大きくすることが可能であり、また、スリーブカラーを小型化・軽量化することが可能である。
　また、例えば、前記第１貫通孔の開口形状は、略円形であっても良い。
　スリーブカラーに形成される第１貫通孔の開口形状は特に限定されないが、例えば略円形とすることが可能であり、その場合、スリーブカラーの強度を確保しやすいという利点を有する。
　また、例えば、前記第１貫通孔の壁面の一部は、前記スリーブの外周面によって構成されても良い。
　第１貫通孔の壁面の一部が、スリーブの外周面によって構成されている場合、よりスリーブ及び回転軸に近い位置に、第１貫通孔による冷却流を発生させることが可能となる。インサイド型のメカニカルシールは静止環或いは静止環を保持するシールカバーと回転軸との間に隙間を有しており、通常、回転軸に近い位置に、隙間を有している。このようなインサイド型メカニカルシール装置に対して、上記のより内径側に貫通孔が設けられたスリーブカラーを設けることで、冷却流が外径側に設けられている部材である静止環等によって阻害されにくく、摺動面を効果的に冷却することが可能である。
　また、例えば、前記スリーブカラーと前記回転環の間には、前記第１貫通孔の回転によって発生した流れを、前記軸方向に沿って前記静止環の内側を通り前記回転環まで導くための冷却流路が形成されており、前記冷却流路の一方の端部は、前記第１貫通孔に連通していても良い。
　第１貫通孔に連通する冷却流路が形成されているメカニカルシール装置は、前記第１貫通孔の回転によって発生した流れを効率的に摺動面へと作用させ、摺動面を効果的に冷却することが可能である。
　また、例えば、前記冷却流路の他方の端部は、前記回転環における前記摺動面より内径側の内径側部分につきあたり、
　前記内径側部分には、放射状溝が形成されていても良い。
　冷却流路の他方の端部がつきあたる内径側部分に放射状溝を形成することにより、摺動面へ向かう流れを強めることが可能であり、このようなメカニカルシール装置は、摺動面を効果的に冷却することが可能である。
　また、例えば、前記静止環は、前記回転環に向かって突出しており前記摺動面の一部を形成する静止環突起部を有してもよく、
前記静止環突起部の内周面には、複数の切り欠きが形成されていても良い。
　突起部の内周面に形成された切り欠きは、静止環と冷却流との接触面積を拡大させることができる。したがって、このようなメカニカルシール装置は、静止環及び摺動面をより効果的に冷却することができる。
　また、前記シールケースには、前記シールケースの内周面から外周面へと繋がる開口を有しており、前記冷却流路に連通する排気用流路が形成されていても良い。
　このようなメカニカルシール装置は、排気用流路が形成されていることにより、第１貫通孔からの流体を効果的に摺動面まで引き込むことが可能であり、摺動面を効果的に冷却することが可能である。
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の断面図である。 図２は、図１に示すメカニカルシール装置に含まれるスリーブカラーの平面図、断面図、及び部分側面図である。 図３は、図２に示すスリーブカラーの斜視図である。 図４は、スリーブにスリーブカラーを取り付けた状態を表す斜視図である。 図５は、回転環を機外側から観察した平面図である。 図６は、静止環を機内側から観察した平面図である。 図７は、他の実施形態に係るメカニカルシール装置に含まれるスリーブカラーの平面図、断面図、及び部分側面図である。 図８は、図７に示すスリーブカラーの斜視図である。
　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の断面図である。メカニカルシール装置１０は、図１に示すように、回転軸８０の周辺の開口を封止するように、装置の端面１００及び回転軸８０に取り付けられて使用される。メカニカルシール装置１０が取り付けられる装置としては、特に限定されないが、メカニカルシール装置１０は、発電用ボイラー給水装置の軸封装置等として、好適に用いられる。
　図１に示すように、メカニカルシール装置１０では、回転環２０と静止環１２が摺動して、被密封流体を封止する摺動面を形成する。回転環２０は、静止環１２に対して機内側に配置されており、静止環１２は、回転環２０に対して、大気等の外部流体が存在する機外側から対向するように配置されており、メカニカルシール装置１０は、インサイド型のメカニカルシールである。メカニカルシール装置１０は、被密封流体の内径側に摺動面が位置するため、回転軸８０の回転によって生じる流体の遠心力が、密封流体の漏れを防ぐ方向に作用する。このため、メカニカルシール装置１０は、高圧流体のシール装置として、好適に用いられる。
　メカニカルシール装置１０は、装置の端面１００に設けられ基本的に静止している静止側部１１と、回転軸８０に設けられ回転軸８０と一体に回転する回転側部１９とを有する。静止側部１１は、シールケース５０や静止環１２等を備え、回転側部１９は、回転環２０、スリーブ７０、スリーブカラー６１等を備える。
　静止側部１１のシールケース５０は、シールカバー５４とフランジカバー５２によって構成される。シールカバー５４は、ボルト５８及びナット５９によって、装置の端面１００に固定されている。シールカバー５４は、その内周面と、回転軸８０の外周面との間に、静止環１２及びリテーナ１４を収納している。
　シールカバー５４の内周面には、段差部５４ａが形成されており、段差部５４ａには、静止環１２を取り付けるためのリテーナ１４が、Ｏリング７５を介して配置されている。リテーナ１４の機内側端部には、アダプタ１６及びノックピン１７を介して、静止環１２が取り付けられている。リテーナ１４及び静止環１２は、シールカバー５４に対して軸方向に相対移動自在に取り付けられている。リテーナ１４とシールカバー５４の間には、コイルスプリング５３が設けられており、コイルスプリング５３は、リテーナ１４及び静止環１２を、これらの機内側に配置されている回転環２０に向かって押圧する。静止環１２は、流体の圧力及びコイルスプリング５３の弾性力によって、回転環２０に押し付けられる。なお、フランジカバー５２は、シールカバー５４の機外側端部に、ボルト５５を介して固定されている。
　回転側部１９のスリーブ７０は、回転軸８０の径と略同一又は僅かに大きい内径を有する円筒状であり、回転軸８０はスリーブ７０の内部を挿通している。スリーブ７０は、メカニカルシール装置１０を設置する装置の機内側（被密封流体側）から機外側にかけて、回転軸８０の軸方向に沿って設置される。
　スリーブ７０の機内側部分には、回転環２０が設けられている。回転環２０は、リテーナ２２、ボルト５７、アダプタ２４及びノックピン２６等を介して回転環２０に設置されている。本実施形態に係る回転側部１９では、図１に示すように、リテーナ２２は、スリーブ７０の機内側端部にボルト５７を介して連結されており、リテーナ２２と回転環２０とは、アダプタ２４及びノックピン２６等を用いて連結されている。
　スリーブ７０の機外側部分には、スリーブ７０から外径側に鍔状に突出するスリーブカラー６１が設けられている。スリーブカラー６１は、スリーブ７０と一体に形成されていても良いが、本実施形態に係るスリーブカラー６１は、スリーブ７０とは分離可能である。スリーブカラー６１を、スリーブ７０と分離可能とすることにより、複雑な形状を有するスリーブカラー６１を、比較的容易に製造することが可能である。
　スリーブカラー６１は、その内周がスリーブ７０の外周に当接するように形成されている。スリーブカラー６１とスリーブ７０とは、ノックピン６６によって回転止めがなされるとともに、セットスクリュー６０によって連結・固定されている。また、セットスクリュー６０は、回転側部１９全体を回転軸８０に固定する機能を有する。なお、スリーブカラー６１とフランジカバー５２とを接続するボルト６８及びセットプレート６７は、メカニカルシール装置１０をセットした後、装置の運転前に取り外される。
　図２は、図１に示すメカニカルシール装置１０に含まれるスリーブカラー６１の平面図（図２（ａ））、断面図（図２（ｂ））、及び部分側面図（図２（ｃ））であり、図３は、スリーブカラー６１の斜視図である。図２（ａ）及び図３に示すように、スリーブカラー６１には、内径側に向かって開く切り欠き６１ｃが、周方向に沿って複数（図２に示す例では１２）形成されている。
　図４は、図２に示すスリーブカラー６１を、スリーブ７０（図１参照）に取り付けた状態を表す斜視図である。図４に示すように、組み立て状態においては、スリーブ７０とスリーブカラー６１との間に、スリーブカラー６１の機外側端面６１ｂから機内側端面６１ａまで貫通する第１貫通孔６２が形成される。すなわち、本実施形態では、第１貫通孔６２の壁面の一部は、スリーブ７０の外周面７０ａによって構成されており、第１貫通孔６２の壁面の他の一部は、スリーブカラー６１の切り欠き６１ｃによって構成されている。
　スリーブカラー６１を側方（図２（ａ）における矢印ｃで示す方向）から見た部分側面図である図２（ｃ）に示すように、第１貫通孔６２の貫通方向は、回転軸８０の軸方向と平行ではなく、軸方向に対して傾斜している。軸方向に対する第１貫通孔６２の傾斜角度θ１は、特に限定されないが、例えば１５度程度とすることができる。また、第１貫通孔６２の傾斜方向は、機外側端面６１ｂから機内側端面６１ａに向かって、回転方向（矢印８１）とは反対方向に傾いている。
　上述したような第１貫通孔６２が形成されているため、スリーブカラー６１は、回転軸８０と伴に回転した際に、図４において矢印で表されるような、機外側から機内側へ向かう流れを発生させることができる。スリーブカラー６１の回転によって発生した流れ（本実施形態ではスリーブカラー６１の周囲の気体の流れ）は、図１に示す冷却流路４４により、回転環２０及び摺動面近傍まで導かれ、摺動面を冷却する冷却流としての役割を果たすことができる。
　図２（ａ）～図２（ｃ）に示すように、スリーブカラー６１には、スリーブカラー６１を、回転軸８０の軸方向に直交する方向に沿って貫通する第２貫通孔６３が形成されている。組み立て状態において、第２貫通孔６３には、図１に示すセットスクリュー６０が挿入される。スリーブカラー６１には、第２貫通孔６３が周方向に沿って複数（本実施形態では６（図２（ａ）参照）形成されており、周方向に沿って隣接する２つの第２貫通孔６３の間には、先述した第１貫通孔６２（図２（ａ）における切り欠き６１ｃが、第１貫通孔６２（図４参照）に対応する）が、複数（本実施形態では２つ）形成されている。
　また、スリーブカラー６１には、第１貫通孔６２（切り欠き６１ｃ）や第２貫通孔６３の他にも、図１に示すノックピン６６が係合する係合孔６４や、図１に示すボルト６８が挿入される側孔６５（図２（ａ）及び図２（ｂ））が形成されている。第１貫通孔６２（切り欠き６１ｃ）及び第２貫通孔６３の周方向の配置や数は、特に限定されないが、例えば、第１貫通孔６２及び切り欠き６１ｃは周方向に不等配（不等間隔）とし、第２貫通孔６３は周方向に等配（等間隔）とすることができる。第２貫通孔６３を等配とすることにより、回転側部１９を回転軸８０に対して強固に固定でき、第１貫通孔６２及び切り欠き６１ｃを不等配とすることにより、等間隔に配置された第２貫通孔６３を避けながら、より多くの第１貫通孔６２を形成して、強い冷却流を発生させることができる。
　図４において矢印で示すようなスリーブカラー６１の回転に伴う冷却流は、図１に示す冷却流路４４を介して機内側へ導かれる。図１に示すように、冷却流路４４は、軸方向に関しては、スリーブカラー６１と回転環２０の間に形成されており、冷却流路４４の一方（機外側）の端部は、図４に示す第１貫通孔６２に連通している。なお、シールケース５０における機外側端部の開口を規定するフランジカバー５２の内周面５２ｆは、冷却流路４４と第１貫通孔６２を連通させるために、少なくとも第１貫通孔６２の中心位置より外径側に位置することが好ましい。
　冷却流路４４は、径方向に関してはスリーブ７０と静止環１２（及びリテーナ１４）の間に形成されており、リテーナ１４及び静止環１２の内側を通り回転環２０まで、軸方向に沿って冷却流を導くことができる。冷却流路４４の流路断面積は、冷却流を円滑に導くことができるように広くすることが好ましい。例えば、静止環１２及びリテーナ１４の内径は、回転環２０の内径より大きくすることが好ましく、また、静止環１２及びリテーナ１４の内周面１２ｆは、図４に示す第１貫通孔６２の中心位置より外径側に配置されることが好ましい。
　図１に示すように、冷却流路４４の他方（機内側）の端部は、回転環２０の内径側部分２０ａにつきあたる。図５は、回転環２０を機外側から見た平面図である。回転環２０における摺動面（回転環側摺動面２０ｅ）より内径側の内径側部分２０ａには、複数の放射状溝２０ｂが、周方向に沿って形成されている。放射状溝２０ｂは、回転環２０の内周面２０ｆから、放射方向に向かって形成されており、その外径側の端部は、少なくとも回転環側摺動面２０ｅより内径側に位置する（図１参照）。放射状溝２０ｂは、回転軸８０に直交する中心線Ａに対して、回転方向（矢印２７）とは反対側に角度θ２（０°＜θ２＜９０°）傾斜するように形成されている。このような放射状溝２０ｂは、回転環２０の表面近傍の流体を外径方向へ流す作用を奏し、摺動面へ向かう流体の流れを強めることができる。
　図１に示すように、静止環１２は、回転環２０に向かって突出しており静止環側摺動面１２ｄを形成する静止環突起部１２ａを有している。スリーブカラー６１の回転による冷却流は、静止環突起部１２ａの内周面にも供給される。
　図６は、静止環１２を機内側から見た平面図である。静止環突起部１２ａの内周面である突起部内周面１２ｂには、周方向に沿って複数の切り欠き１２ｃが形成されている。切り欠き１２ｃが形成された静止環突起部１２ａは、冷却流に接触する表面積が大きくなるため、効率的に冷却される。静止環突起部１２ａを効率的に冷却することにより、静止環側摺動面１２ｄ及び回転環側摺動面２０ｅの温度上昇も抑制することができる。
　なお、図１に示すように、シールケース５０には、シールケース５０の内周面から外周面へと繋がる開口を有しており、冷却流路４４に連通する排出用側方孔５０ａが形成されており、排出用側方孔５０ａへ冷却流を逃がすことにより、スリーブカラー６１とスリーブ７０の間に形成された第１貫通孔６２（図４参照）から円滑にスリーブカラー６１の周囲の気体を導入することができる。
　本実施形態に係るメカニカルシール装置１０は、インサイド型メカニカルシールであるため、高圧の密封流体を好適にシールすることが可能である。また、第１貫通孔６２により、スリーブカラー６１の周囲の気体を冷却流体として取り込み、回転環２０及び摺動面へ導くことにより冷却効果を高め、摺動面１２ｄ，２０ｅの過剰な発熱を防止することができる。また、メカニカルシール装置１０は、クエンチング液を供給又は循環させる補機が必要ないため、装置がシンプルであり、小型化に適している。
　また、傾斜した第１貫通孔６２（図４参照）によって冷却流を発生させる手段は、むき出しのファンを用いる手段より安全性に優れており、かつ、回転軸８０の軸方向に方向づけされた冷却流を発生させ、摺動面を効果的に冷却することが可能である。
　スリーブカラー６１には、スリーブカラー６１を径方向に貫通する第２貫通孔６３（図３参照）が形成されており、スリーブカラー６１は、回転側部１９を固定するための固定部材（セットスクリュー６０）の設置手段を兼ねている。したがって、メカニカルシール装置１０は部品点数を抑制することが可能であり、またスリーブカラー６１に多数の貫通孔及び切り欠きが形成されることにより、スリーブカラー６１が軽量化される。
　また、図４に示すように、第１貫通孔６２の壁面の一部が、スリーブ７０の外周面７０ａによって構成されていることにより、よりスリーブ７０に近い位置に冷却流を発生させることが可能となる。これにより、冷却流が静止環１２等によって阻害されにくくなり、メカニカルシール装置１０は、摺動面を効果的に冷却することが可能である。
　図１に示すメカニカルシール装置１０は、発明の一実施形態にすぎず、様々な改変を行うことが可能である。図７及び図８は、他の実施形態に係るメカニカルシール装置に用いられるスリーブカラー９１を表すものであり、当該他の実施形態に係るメカニカルシール装置は、スリーブカラー９１の形状が異なることを除き、図１～図６を用いて説明したメカニカルシール装置１０と同様である。
　図７は、スリーブカラー９１の平面図（図７（ａ））、断面図（図７（ｂ））、及び部分側面図（図７（ｃ））であり、図８は、スリーブカラー９１の斜視図である。図７（ａ）及び図８に示すように、スリーブカラー９１には、開口形状が略円形の第１貫通孔９２が、周方向に沿って複数（図７に示す例では１２）形成されている。すなわち、本実施形態では、第１貫通孔６２は、スリーブカラー９１に形成されている。
　スリーブカラー９１を側方（図７（ａ）における矢印ｃで示す方向）から見た部分側面図である図７（ｃ）に示すように、第１貫通孔９２の貫通方向は、図２（ｃ）に示す第１貫通孔６２と同様に、回転軸８０の軸方向と平行ではなく、軸方向に対して傾斜している。また、第１貫通孔９２の傾斜方向についても、第１貫通孔６２と同様に、機外側端面９１ｂから機内側端面９１ａに向かって、回転方向（矢印８１）とは反対方向に傾いている。さらに、スリーブカラー９１に、第２貫通孔９３、係合孔９４及び側孔９５が形成されている点も、図２に示すスリーブカラー６１と同様である。
　スリーブカラー９１を有するメカニカルシール装置も、スリーブカラー６１を有するメカニカルシール装置１０と同様に、第１貫通孔９２により、スリーブカラー９１の周囲の気体を冷却流体として取り込み、回転環及び摺動面へ導くことにより冷却効果を高め、摺動面の過剰な発熱を防止することができる。また、その他の効果についても、メカニカルシール装置１０と概ね同様である。
　なお、図２や図７に示す第１貫通孔６２，９２の傾斜方向は、回転方向（矢印８１）とは反対方向に傾いているが、傾き方向を逆方向としても良い。この場合、第１貫通孔の回転によって発生する流れの方向は、機内側から機外側へ向かう方向となるが、このような場合でも、摺動面近傍の加熱された気体が排出されることにより、回転環２０や摺動面の冷却効果を期待できる。また、スリーブカラー９１以外の部材を変更した実施形態も考えられ、例えばスリーブ７０の外周面７０ａに角ネジ溝を形成したり、静止環１２とスリーブの間に仕切り板（バッフルスリーブ）を設けるなどして、冷却流の流れをより円滑化する改変も考えられる。
　また、図１に示すメカニカルシール装置１０では、静止環１２側にノーズ（静止環突起部１２ａ）が形成されているが、回転環２０側にノーズが形成されていてもよい。この場合、静止環突起部１２ａと同様に、回転環２０に形成されたノーズの内周面にも、切り欠きを形成することができる。さらに、放射状溝２０ｂが形成される内径側部分２０ａは、回転環側摺動面２０ｅと同一面状になくても良く、例えば内径側部分２０ａと回転環側摺動面２０ｅの間に段差が形成されていても良い。
　以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。
　実施例として、図７及び図８に示すスリーブカラー９１を備えるメカニカルシール装置を、装置の端面１００及び回転軸８０（図１参照）に取り付けて被密封流体を密封し、装置を駆動させた。実施例で用いたメカニカルシール装置は、スリーブカラーの形状が図７及び図８に示すものに置き換えられていることを除き、図１～図６を用いて説明したメカニカルシール装置１０と同様である。
　また、実施例では、図１において矢印Ａで示す地点（静止環１２の内周面１２ｆ）の温度と、矢印Ｂで示す地点（排出用側方孔５０ａの外周面側開口部）での風量を計測した。矢印Ａで示す地点の温度は、熱電対を用いて計測し、矢印Ｂで示す地点の風量は、風量計を用いて計測した。実施例における被密封流体の温度は１４０℃、圧力は４ＭＰａ、回転軸８０の回転数は４０００ｒｐｍとした。
　比較例として、図７及び図８に示すスリーブカラー９１の代わりに、第１貫通孔９２が形成されていないスリーブカラーを備えるメカニカルシール装置を、実施例と同様に装置の端面１００及び回転軸８０（図１参照）に取り付け、装置を駆動させた。比較例で用いたメカニカルシール装置は、スリーブカラーに第１貫通孔９２（図８参照）が形成されていない（第１貫通孔９２の部分が塞がっている）点を除き、実施例で用いたメカニカルシール装置と同様である。
　また、比較例でも、実施例と同様に、図１において矢印Ａで示す地点（静止環１２の内周面１２ｆ）の温度と、矢印Ｂで示す地点（排出用側方孔５０ａの外周面側開口部）での風量を計測した。計測条件や装置の駆動条件は、実施例と同様である。実施例及び比較例の条件及び測定結果を、表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、実施例の計測温度は１４５～１４９℃であったのに対して、比較例の計測温度は１５３～１５８℃であり、実施例のほうが静止環１２の表面温度が低かった。実施例、比較例のいずれも、計測温度は被密封流体の温度である１４０℃より高く、このような温度上昇は、摺動面での発熱によるものであると考えられる。しかし、計測温度と被密封流体温度の差は、比較例が１３～１８℃であったのに対して、実施例が５～９℃であり、実施例の方が小さい結果となった。すなわち、実施例に係るメカニカルシール装置は、比較例に係るメカニカルシール装置との比較において、摺動面近傍の温度上昇を抑制できることを確認できた。
　また、表１に示すように、排出用側方孔５０ａでの計測風量は、実施例では０．４～０．５ｍ／ｓであったのに対して、比較例では０～０．１ｍ／ｓであった。このような計測風量の差は、スリーブカラーにおける第１貫通孔９２の有無によるものであると考えられ、実施例に係るメカニカルシール装置で採用したスリーブカラー９１（第１貫通孔９２が形成されている）によって、冷却流が発生することを確認できた。また、実施例と比較例では、第１貫通孔９２の有無を除く条件は同じであるため、両者における計測温度の差は、スリーブカラー９１での冷却流の量（有無）に起因すると考えられる。このように、実施例及び比較例から、第１貫通孔９２が形成されているスリーブカラー９１による冷却流の発生及びこれによる摺動面の温度上昇抑制効果が確認された。
　１０…メカニカルシール装置
　１１…静止側部
　１２…静止環
　１２ａ…静止環突起部
　１２ｂ…突起部内周面
　１２ｃ…切り欠き
　１２ｄ…静止環側摺動面
　１２ｆ…静止環内周面
　１４，２２…リテーナ
　１６，２４…アダプタ
　１７，２６，６６…ノックピン
　１９…回転側部
　２０…回転環
　２０ａ…内径側部分
　２０ｂ…放射状溝
　２０ｅ…回転環側摺動面
　２０ｆ…回転環内周面
　４４…冷却流路
　５０…シールケース
　５０ａ…排出用側方孔
　５２…フランジカバー
　５３…コイルスプリング
　５４…シールカバー
　５４ａ…段差部
　５５，５７，５８，６８…ボルト
　５９…ナット
　６０…セットスクリュー
　６１，９１…スリーブカラー
　６１ａ，９１ａ…機内側端面
　６１ｂ，９１ｂ…機外側端面
　６１ｃ…切り欠き
　６２，９２…第１貫通孔
　６３，９３…第２貫通孔
　６４，９４…係合孔
　６５，９５…側孔
　６７…セットプレート
　７０…スリーブ
　７０ａ…スリーブ外周面
　７５…Ｏリング
　８０…回転軸
　８１…矢印
　１００…装置の端面

Claims (9)

  1. 　回転軸によって挿通される円筒状のスリーブと、前記スリーブの機外側部分に設けられ前記スリーブから外径側に突出するスリーブカラーと、前記スリーブの機内側部分に設けられる回転環とを備え、前記回転軸と一体に回転するように前記回転軸に設けられる回転側部と、
    　前記回転環に対して機外側から対向するように配置され、前記回転環と摺動して摺動面を形成する静止環と、前記静止環を支持するシールケースと、を備える静止側部と、
    　を有し、
    　前記スリーブカラー、又は前記スリーブと前記スリーブカラーとの間には、前記スリーブカラーの機外側端面から機内側端面まで貫通する第１貫通孔が形成されており、前記第１貫通孔の貫通方向は、前記回転軸の軸方向に対して傾斜していることを特徴とするメカニカルシール装置。
  2. 　前記スリーブカラーには、前記スリーブカラーを前記軸方向に直交する方向に沿って貫通する第２貫通孔が形成されており、前記第２貫通孔には、前記回転側部を前記回転軸に固定するための固定部材が挿入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。
  3. 　前記スリーブカラーには、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔が、周方向に沿って複数形成されており、周方向に沿って隣接する２つの前記第２貫通孔の間には、少なくとも１つの前記第１貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のメカニカルシール装置。
  4. 　前記第１貫通孔の開口形状は、略円形であることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載のメカニカルシール装置。
  5. 　前記第１貫通孔の壁面の一部は、前記スリーブの外周面によって構成されることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載のメカニカルシール装置。
  6. 　前記スリーブカラーと前記回転環の間には、前記スリーブカラーの回転によって発生した流れを、前記軸方向に沿って前記静止環の内側を通り前記回転環まで導くための冷却流路が形成されており、前記冷却流路の一方の端部は、前記第１貫通孔に連通していることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに記載のメカニカルシール装置。
  7. 　前記冷却流路の他方の端部は、前記回転環における前記摺動面より内径側の内径側部分につきあたり、
    　前記内径側部分には、放射状溝が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のメカニカルシール装置。
  8. 　前記静止環は、前記回転環に向かって突出しており前記摺動面の一部を形成する静止環突起部を有し、
    　前記静止環突起部の内周面には、複数の切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載のメカニカルシール装置。
  9. 　前記シールケースには、前記シールケースの内周面から外周面へと繋がる開口を有しており、前記冷却流路に連通する排気用流路が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載のメカニカルシール装置。
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