WO2016035860A1 - メカニカルシール - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、潤滑性の被密封流体が、例えば、気体中に油がミストの状態で存在するような流体においては、単に、深さが数ミクロン程度の流体導入溝を設けただけでは摺動シール面に油が十分に廻らず、摺動シール面の潤滑が不十分であるという問題があった。
この特徴によれば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、ミスト状の潤滑性液体は流体導入溝の開口側に付着あるいは凝縮し、潤滑性液体の重力及び開口側と端部との圧力差により、潤滑性液体は回転側密封環と固定側密封環とが対向する各摺動面の間に供給され、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。
この特徴によれば、摺動面には流体循環溝が設けられ、流体循環溝の少なくとも入口部に流体導入溝が設けられるため、摺動面に対する被密封流体の導入量が多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面Sの潤滑状態を良好にすることができる。
この特徴によれば、正圧発生機構により潤滑性を向上させると共に、圧力開放溝により密封作用を向上させるようにしたメカニカルシールにおいて、半径方向溝に流体導入溝が設けられるため、摺動面に被密封流体の導入量が多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。
この特徴によれば、高圧側の正圧発生機構で発生した正圧(動圧)により低圧側に漏洩しようとする流体を高圧側に排出し、摺動面における密封作用を向上させることができる。
この特徴によれば、正圧発生機構により潤滑性を向上させると共に、スパイラル溝又は圧力開放溝により密封作用を向上させるようにしたメカニカルシールにおいて、被密封流体の出入がしやすいように傾斜された半径方向溝に流体導入溝が設けられるため、摺動面に導入される被密封流体の量が、より一層、多くなり、被密封流体が、例えば、気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、より一層、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。
(1)気体中に潤滑性液体、例えば、油がミストの状態で存在する気体と液体とが混在する流体であっても、ミスト状の潤滑性液体は流体導入溝の開口側に付着あるいは凝縮し、潤滑性液体の重力及び開口側と端部との圧力差により、潤滑性液体は回転側密封環と固定側密封環とが対向する各摺動面の間に供給され、各摺動面の潤滑状態を良好にすることができる。
なお、本実施例においては、メカニカルシールを構成する密封環の外周側を高圧流体側(被密封流体側)、内周側を低圧流体側(大気側)として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。
なお、高圧流体側の底部には液状の潤滑性液体、例えば、油が滞留している。
図1に示すような固定側密封環5の外径が回転側密封環3の外径より大きい場合、流体導入溝10の設けられた固定側密封環5の外径側が被密封流体にさらされる面積が大きくなり、開口側10aも被密封流体にさらされるため、ミスト状の潤滑性液体が流体導入溝10の開口側10aに付着あるいは凝縮できる割合が大きくなり、より一層、潤滑性の向上が期待できる。
なお、流体導入溝10の位置は、摺動面Sに対して上方に設けられる方が潤滑性液体の重力を利用できるので有利である。
図2(c)においては、流体導入溝10の両側面10d、10dが開口側10aから端部10bに向けて狭いV字状をなすように形成されている。このため、ミストの状態で存在する油等の潤滑性液体は効率的に集められ、摺動面Sに向けて供給される。
また、図2(d)においては、流体導入溝10の側面10dが半円状をなすように形成されている。この場合も、ミストの状態で存在する油等の潤滑性液体は効率的に集められ、摺動面Sに向けて供給される。
なお、図3において、図1及び図2の符号と同じ符号は同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。
回転側密封環3の回転に伴う被密封流体の旋回により、半径方向溝26を介して被密封流体側と圧力開放溝25との間において被密封流体の出入が行われる。
なお、図4及び図5において、図1及び図2の符号と同じ符号は同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。
なお、図4では、正圧発生機構15は6等配に設けられているが、これに限らず、1つ以上であればよい。
また、本例では、半径方向溝26は、圧力開放溝25より幅広に形成されている。
また、スパイラル溝21は、高圧側の正圧発生機構15で発生した正圧(動圧)により低圧側に漏洩しようとする流体を高圧側に排出し、摺動面Sにおける密封作用を向上させるものである。
また、圧力開放溝25は、高圧側の正圧発生機構15で発生した正圧(動圧)を高圧側流体の圧力まで開放することで、流体が低圧側のスパイラル溝21に流入し、スパイラル溝21の負圧発生能力が弱まることを防止するためのものであり、高圧側の正圧発生機構15で発生した圧力により低圧側に流入しようとする流体を圧力開放溝25に導き、半径方向溝26を介して高圧流体側に逃す役割を果たすものである。
上記したように、半径方向溝26は、被密封流体側と圧力開放溝25とを連通して正圧発生機構15で発生した圧力を高圧流体側に逃す役割を果たすものであるが、同時に、回転側密封環3の回転に伴う被密封流体の旋回により、半径方向溝26を介して被密封流体側と圧力開放溝25との間において被密封流体の出入が行われる。
なお、図6において、図4及び図5の符号と同じ符号は同じ部材を示しており、重複する説明は省略する。
傾斜して設けられた半径方向溝26の有する緩やかな流体の流れの中に流体導入溝10が位置しているため、より一層、各摺動面Sに対して被密封流体を供給することができる。また、その際、正圧発生機構15には半径方向溝26を介して被密封流体が供給されるものであり、この半径方向溝26に流体導入溝10が設けられることにより半径方向溝26には、より一層、被密封流体が供給され、その結果、正圧発生機構15にも被密封流体がより多く供給されるものである。
図7において、相対する摺動部品である回転環3、及び、固定環5が矢印で示すように相対摺動する。例えば、固定環5の摺動面には、相対的移動方向と垂直かつ上流側に面してレイリーステップ15bが形成され、該レイリーステップ15bの上流側には正圧発生溝であるグルーブ部15aが形成されている。相対する回転環3及び固定環5の摺動面は平坦である。
回転環3及び固定環5が矢印で示す方向に相対移動すると、回転環3及び固定環5の摺動面間に介在する流体が、その粘性によって、回転環3または固定環5の移動方向に追随移動しようとするため、その際、レイリーステップ15bの存在によって破線で示すような正圧(動圧)を発生する。
なお、Rはランド部を、26は半径方向溝を示す。
2 スリーブ
3 回転側密封環
4 ハウジング
5 固定側密封環
6 付勢部材
10 流体導入溝
10a 流体導入溝の開口側
10b 流体導入溝の端部
10c 流体導入溝の底面
10d 流体導入溝の側面
15 正圧発生機構
15a グルーブ
15b レイリーステップ
20 ポンピング部
20a スパイラル溝
25 圧力開放溝
26 半径方向溝
S 摺動面
R ランド部
Claims (5)
- 固定側に固定される円環状の固定側密封環と、回転軸とともに回転する円環状の回転側密封環とが対向して各摺動面を相対回転させることにより、当該相対回転摺動する前記各摺動面の径方向の一方側に存在する被密封流体を密封するメカニカルシールにおいて、前記固定側密封環の摺動面側に、前記被密封流体側に開口し、開口側と反対側の端部が前記各摺動面の間に位置して、前記開口側から前記被密封流体を前記各摺動面の間に導入する流体導入溝を設け、前記流体導入溝は、前記固定側密封環の摺動面に対して前記端部から前記開口側に向けて鋭角をなすように傾斜して設けられることを特徴とするメカニカルシール。
- 一対の摺動部品の互いに相対摺動する一方側の摺動面には、高圧流体側から入る入口部、高圧流体側に抜ける出口部、及び、前記入口部及び前記出口部とを連通する連通部から構成される流体循環溝が設けられ、前記流体循環溝は低圧流体側とはランド部により隔離されており、前記入口部及び前記出口部のうち、少なくとも前記入口部には前記流体導入溝が設けられ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。
- 前記固定側密封環の摺動面の被密封流体側には前記固定側密封環と前記回転側密封環との相対回転摺動により正圧を発生する正圧発生機構が設けられ、前記正圧発生機構より低圧側には環状の圧力開放溝が設けられ、前記圧力開放溝は前記正圧発生機構とは径方向においてランド部により離間され、前記圧力開放溝と高圧流体側とを連通するように半径方向溝が設けられ、前記半径方向溝は、正圧発生機構の上流側の端部に接する位置に設けられ、前記半径方向溝に前記流体導入溝が設けられ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。
- 前記圧力開放溝の環状部より低圧側には前記固定側密封環と前記回転側密封環との相対回転摺動により前記被密封流体を高圧側に戻すポンピング作用を発生するポンピング部が設けられ、前記ポンピング部の排出側端部は前記圧力開放溝と連結され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。
- 前記半径方向溝は、周方向に偶数配置され、隣接する半径方向溝は相互に傾斜方向が異なり、一方のグループの半径方向溝は入口が上流側に向けて傾斜され、他方のグループの半径方向溝は、出口が下流側に向けて傾斜するように設けられることを特徴とする請求項3又は4に記載のメカニカルシール。
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