WO2018155460A1 - シール装置 - Google Patents

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floating ring
magnet
housing
ring
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雄一郎 徳永
井上　秀行
航 木村
井口　徹哉
英俊 笠原
純 弘松
康洋 黒木
菊池　竜
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イーグル工業株式会社
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    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/54—Other sealings for rotating shafts

Definitions

  • the present invention relates to a seal device that seals between a housing and a rotary shaft that passes through the housing, and more particularly, to a seal device that includes a floating ring used for a rotary shaft of a fluid machine such as a pump.
  • This prior art includes a rotating shaft 45 of a fluid machine, a sleeve 44 attached to the outer periphery of the rotating shaft 45 and rotating integrally with the rotating shaft, a seal ring 41 loosely fitted to the sleeve 44 with a clearance, A plate spring 46 provided at four locations on the outer periphery of the seal ring 41 and a retainer 42 for storing the seal ring 41 are provided, and a protrusion 46A of the plate spring 46 is engaged with a groove 42A provided on the retainer 42. In this state, the seal ring 41 is supported by a leaf spring 46.
  • the outer periphery of the seal ring 41 and the leaf spring 46 are always in contact with each other while being relatively displaced. Surface roughening may occur, and the seal ring 41 and the leaf spring may stick together, and the seal ring 41 may not be able to follow the movement of the rotating shaft 45. Further, the protrusion 46A of the leaf spring 46 may be worn or deformed in the groove 42A of the retainer 42. As a result, the leaf spring 46 and the seal ring 41 cannot follow the movement of the rotary shaft 45, and the self-aligning action is lost, the rotary shaft and the seal ring come into contact with each other, and the clearance is the optimum value. There is a possibility that an appropriate sealing action may not be obtained due to an increase in size.
  • the conventional technique 1 requires time for assembly. That is, when the leaf spring 46 is provided on the retainer 42 and the seal ring 41 is inserted into the retainer 42 after that, a space for temporarily compressing the leaf spring 46 and inserting the seal ring 41 must be secured. Conversely, when the leaf spring 46 is provided on the retainer 42 after the seal ring 41 is first disposed in the retainer 42, the leaf spring 46 is compressed to secure a gap between the retainer 42 and the seal ring 41. It was time consuming to assemble.
  • An object of the present invention is to provide a sealing device that can exhibit a sealing action and a vibration damping function by a seal ring and can be easily assembled.
  • a sealing device of the present invention includes: A sealing device for sealing between a housing and a rotating shaft penetrating the housing, Comprising a floating ring disposed through a gap with respect to the rotating shaft;
  • the floating ring is characterized by comprising alignment means for aligning the position of the floating ring in a non-contact manner.
  • the sealing device of the present invention comprises:
  • the aligning means includes a first magnet disposed in the housing and having a magnetic pole face in the radial direction and a second magnet disposed in the floating ring and having the magnetic pole face in the radial direction,
  • the first magnet and the second magnet are arranged so that the same poles face each other.
  • the sealing device of the present invention comprises: The first magnet and the second magnet are characterized in that a magnetic pole adjacent surface where an N pole and an S pole are adjacent is surrounded by a nonmagnetic material. According to this feature, the leakage magnetic flux of the permanent magnet can be reduced, so that the magnetic force can be used efficiently.
  • FIG. 2 is an AA sectional view (side sectional view) of FIG. 1. It is a sectional side view of the sealing device concerning Example 2. It is a sectional side view of the conventional sealing device.
  • a sealing device 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • a rotating shaft 20 of the fluid machine is disposed so as to penetrate the casing 21, and the left side is the high pressure side and the right side is the low pressure side.
  • the sealing device 10 mainly includes a floating ring 15 and a housing 11 that houses the floating ring 15.
  • the housing 11 is mainly formed from a holder 11a and a flange 11b.
  • the holder 11 a is fixed to the casing 21 by fastening means 22.
  • Each of the holder 11a and the flange 11b has a predetermined gap with the rotary shaft 20 and a hole through which the rotary shaft 20 passes.
  • the floating ring 15 is accommodated in a space S surrounded by the rotating shaft 20 penetrating the holder 11a, the flange 11b, and the housing 11.
  • a plurality (four in this embodiment) of permanent magnets 14 are provided in the circumferential direction on the inner peripheral portion of the flange 11b.
  • Spacers 16 made of a non-magnetic material are disposed between the plurality of permanent magnets 14, and the permanent magnets 14 and the spacers 16 keep their circumferential positions.
  • the inner peripheral surfaces of the permanent magnet 14 and the spacer 16 are formed as cylindrical surfaces having the same inner diameter, and the inner peripheral surface of the permanent magnet 14 and the spacer 16 constitute the inner peripheral surface of the flange 11b. .
  • the floating ring 15 is biased by a biasing means 19 such as a spring, and the end surface 13c of the seal ring 13 and the end surface 11c of the holder 11a are brought into close contact with each other so that the seal ring 13 and the holder 11a are sealed.
  • the sealing means by the close contact between the end face 13c of the seal ring 13 and the end face 11c of the holder 11a is referred to as a secondary seal.
  • the floating ring 15 is mainly composed of a seal ring 13, a retainer 12 fitted to the outer periphery of the seal ring 13, and a permanent magnet 17 (second magnet of the present invention) disposed on the outer periphery of the retainer 12.
  • the seal ring 13 is an annular member having a substantially rectangular cross section, and is made of a material having good slidability such as carbon.
  • the inner peripheral surface 13 a of the seal ring 13 is formed in a cylindrical surface having a minute radial gap h (inner gap) with respect to the outer peripheral surface 20 a of the rotating shaft 20.
  • the retainer 12 is an annular member made of a nonmagnetic material such as austenitic stainless steel or plastic.
  • the retainer 12 applies a compressive force to the seal ring 13 by being fitted to the outer periphery of the seal ring 13 made of carbon or the like. Thereby, even if the seal ring 13 is made of a brittle material such as carbon, it is possible to prevent damage to the seal ring 13 due to contact with the rotary shaft 20 or the like.
  • a plurality of groove portions 12a are provided on the outer periphery of the retainer 12 so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction, and a plurality of the groove portions 12a are provided at positions facing the permanent magnet 14, and the permanent magnets 17 (second embodiment of the present invention) Magnet) is fixed.
  • the outer peripheral surface of the retainer 12 and the outer peripheral surface of the permanent magnet 17 are formed into a cylindrical surface having the same dimensions, and the outer peripheral surface of the retainer 12 and the outer peripheral surface of the permanent magnet 17 constitute the outer peripheral surface of the floating ring 15.
  • the permanent magnet 17 may be provided with a spacer on the outer periphery of the retainer 12 and the permanent magnet 14 may be attached.
  • the permanent magnet 14 may be attached to a groove provided on the inner periphery of the flange 11 b like the permanent magnet 17.
  • the aligning means 18 of the present invention is constituted by the retainer 12 provided with the permanent magnet 17 and the housing 11 provided with the permanent magnet 14.
  • the permanent magnet 14 and the permanent magnet 17 are composed of a ferrite magnet, a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet, an alnico magnet, a praseodymium magnet, and the like, and are selected according to the temperature conditions used and the required magnetic force.
  • the permanent magnet 14 and the permanent magnet 17 are magnetized so that magnetic flux flows in the radial direction.
  • the permanent magnets 14 are attached to the inner peripheral portion of the flange 11b, and the permanent magnets 17 are respectively attached to the outer peripheral portion of the retainer 12, and a plurality of the same magnetic pole surfaces are attached so as to face each other in the radial direction.
  • the S magnetic pole surface 14S of the permanent magnet 14 is attached so that the S magnetic pole surface 14S of the permanent magnet 17 faces radially outward so that the S magnetic pole surface 14S of the permanent magnet 14 faces radially inward. It arrange
  • the N magnetic pole surface 14N of the permanent magnet 17 is attached so that the N magnetic pole surface 17N faces the radially outer side so that the N magnetic pole surface 14N of the permanent magnet 14 faces radially inward, and the N magnetic pole surface 14N and the N magnetic pole surface 17N face each other. You may arrange in.
  • the floating ring 15 loosely fitted on the outer periphery of the rotary shaft 20 penetrating the housing 11 is disposed in the space S of the housing 11.
  • the permanent magnet 17 of the floating ring 15 and the permanent magnet 14 on the inner peripheral portion of the flange 11b are attached in a state where a predetermined gap g (outer gap) is maintained by the magnetic repulsive force.
  • the peripheral surface 13 a is attached in a state having a clearance h (inner clearance) with the outer peripheral surface 20 a of the rotating shaft 20 and is accommodated in the space S of the housing 11.
  • the aligning means 18 maintains a gap g over the entire circumference between the outer peripheral surface of the floating ring 15 and the inner peripheral surface of the flange 11b of the housing 11 by the magnetic repulsive force of the permanent magnet 17 and the permanent magnet 14.
  • the inner peripheral surface 13a of the floating ring 15 and the outer peripheral surface 20a of the rotating shaft 20 maintain a gap h over the entire circumference, and the floating ring 15 is free from radial contact with the housing 11 in the radial direction. Align yourself.
  • the gap h and the gap g are formed in a range of 0.5 ⁇ g / h ⁇ 2.
  • the floating ring 15 is provided with circumferential positioning means (not shown).
  • the magnetic pole adjacent surfaces 14a, 14b, 17a, and 17b adjacent to different magnetic poles are covered with a nonmagnetic material such as austenitic stainless steel, plastic, or air.
  • the magnetic pole adjacent surfaces 14a, 14b, 17a, and 17b of the permanent magnet 14 and the permanent magnet 17 are close to the N pole and the S pole. Therefore, the leakage magnetic flux that flows when the magnetic flux is short-circuited from the N pole to the S pole is large. For this reason, the magnetic flux repulsion between the permanent magnet 14 and the permanent magnet 17 can be reduced by covering the magnetic pole adjacent surfaces 14a, 14b, 17a, and 17b of the permanent magnet 14 and the permanent magnet 17 with a nonmagnetic material having high magnetic resistance. You can increase your power. Note that plastic and air have a greater effect of reducing leakage flux than austenitic stainless steel.
  • the aligning means 18 causes the clearance g between the floating ring 15 and the flange 11b of the housing 11 to be increased by the magnetic repulsive force of the permanent magnet 14 of the flange 11b of the housing 11 and the permanent magnet 17 of the floating ring 15.
  • the inner ring surface 13a of the floating ring 15 and the outer peripheral surface 20a of the rotary shaft 20 are aligned in the radial direction so as to maintain a gap h.
  • the aligning means 18 aligns the gap g by the magnetic repulsive force of the permanent magnet 14 of the flange 11b of the housing 11 and the permanent magnet 17 of the floating ring 15, and further the floating ring 15 and the rotating shaft. 20 is aligned to maintain the gap h by dynamic pressure due to the wedge effect.
  • the floating ring 15 that holds the outer peripheral side and the inner peripheral side can make the gap h with the outer peripheral surface 20a of the rotating shaft 20 substantially uniform over the entire circumference, and can provide a good seal. A state is obtained.
  • the floating ring 15 further includes the end surface 13c of the seal ring 13 and the end surface 11c of the holder 11a due to pressure from the high pressure fluid side to the low pressure fluid side in addition to the pressing force of the urging means 19. Since it adheres, the sealing effect of the secondary seal is further enhanced.
  • the magnetic repulsive force of the aligning means 18 also acts on the outer peripheral side of the floating ring 15, the radial position of the floating ring 15 is automatically aligned.
  • the vibration of the floating ring 15 is reduced, and the vibration of the rotary shaft 20 is also reduced via the floating ring 15.
  • the present invention has the following excellent effects.
  • the floating ring 15 is aligned in the radial direction so as to maintain the clearance g in a non-contact manner by the magnetic repulsive force of the aligning means 18 from the outer peripheral side, and further, a minute clearance is generated from the inner peripheral side by dynamic pressure due to the wedge effect. Since h is maintained so as to maintain h, a good sealing state can be obtained during stoppage and operation, and thus wear of the seal ring 13 can be prevented.
  • the floating ring 15 disposed on the inner diameter side of the housing 11 has a gap with respect to the housing 11 and is not in contact with the housing 11, there is no need for a jig or the like for mounting. It can be easily placed inside the housing.
  • the floating ring 15 is held on its outer peripheral side by the magnetic repulsive force of the aligning means 18 and on its inner peripheral side by dynamic pressure due to the wedge effect. That is, the vibration of the rotating shaft 20 is restricted by the floating ring 15 that maintains the movement from the outer peripheral side and the inner peripheral side, and the vibration can be reduced.
  • the aligning means 18 Since the floating ring 15 is automatically aligned with the housing 11 in a non-contact manner by the magnetic repulsive force of the aligning means 18, the aligning means 18 does not adhere to the floating ring 15 and the housing 11 and functions for a long time. It can be demonstrated.
  • the magnetic pole adjacent surfaces 14a and 14b adjacent to different magnetic poles of the permanent magnet 14 and the magnetic pole adjacent surfaces 17a and 17b in the axial direction of the permanent magnet 17 are covered with the nonmagnetic material, the leakage magnetic flux is reduced and the permanent magnet is efficiently obtained. 14 and the permanent magnet 17 can increase the repulsive force.
  • the seal ring 13 is made of a material excellent in self-lubricating property and sliding property such as carbon, even if it is constantly displaced relative to the end surface 11c of the holder 11a during operation, it can prevent wear, surface roughness, etc.
  • the function of the secondary seal can be maintained over a long period of time.
  • the sealing device 30 according to the second embodiment is mainly different from the sealing device 10 according to the first embodiment in that the permanent magnets 34 and 37 of the alignment means are formed in an annular shape, but the other basic configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the same reference numerals are assigned to the same members, and duplicate descriptions are omitted.
  • the aligning means 38 includes an annular permanent magnet 37 attached to the outer peripheral portion of the retainer 12, and an annular permanent magnet 34 disposed on the inner peripheral portion of the flange 11 b of the housing 11. Consists of.
  • the permanent magnet 34 and the permanent magnet 37 are made of a ferrite magnet or a rare earth magnet formed in an annular shape, or a plastic magnet formed by mixing ferrite magnet or rare earth magnet powder with rubber or plastic. Since the plastic magnet is mixed with resin, it can be formed into a complicated shape and a thin shape, and high dimensional accuracy can be obtained without finishing.
  • the permanent magnet 34 and the permanent magnet 37 formed in an annular shape are magnetized so that magnetic flux flows in the radial direction.
  • positioned in the outer peripheral part of the retainer 12 are attached so that the same pole may oppose through the gap
  • the inner peripheral surface of the annular permanent magnet 34 attached to the inner peripheral portion of the flange 11b has a gap g over the entire periphery, and between the inner peripheral surface 13a of the seal ring 13 and the rotary shaft 20. It is attached and attached with a gap h over the entire circumference.
  • the permanent magnet 34 and the permanent magnet 37 may be integrally formed in an annular shape, or may be divided in the circumferential direction and attached to the inner peripheral portion of the flange 11b of the housing 11 or the outer peripheral portion of the retainer 12. You may comprise an annular
  • the floating ring 15 is formed in an annular shape.
  • the floating ring 15 is not limited to this and may be assembled in an annular shape by dividing it in the circumferential direction.
  • the floating ring 15 is urged by the urging means 19, but without using the urging means 19, the end face 13 c of the seal ring 13 and the holder are pressed by the pressure from the high pressure fluid side to the low pressure fluid side.
  • a secondary seal may be formed by further closely contacting the end surface 11c of 11a.
  • the aligning means 18 is constituted by the permanent magnet 17 attached to the outer peripheral portion of the retainer 12 and the permanent magnet 14 attached to the inner peripheral portion of the flange 11b of the housing 11, but this is not limitative. Absent.
  • a permanent magnet may be attached to the outer peripheral portion of the retainer 12 and an electromagnet may be attached to the inner peripheral portion of the flange 11 b of the housing 11.
  • a superconducting magnet may be used instead of the permanent magnet. Since the superconducting magnet has a pinning effect, an effect of eliminating the need to stop the floating ring can be obtained.
  • the seal device is mainly used, but it may be used as a damping device for damping the vibration of the shaft.

Abstract

長時間運転してもシールリングの自動調心作用が維持され、回転軸とシールリングのクリアランスを適正に保つことができ、シールリングによるシール作用と振動減衰機能が発揮できるシール装置を提供する。　ハウジング（１１）と該ハウジング（１１）を貫通する回転軸（２０）との間を封止するシール装置（１０）であって、回転軸（２０）に対して間隙ｈを介して配設されるフローティングリング（１５）を具備し、フローティングリング（１５）は非接触でフローティングリング（１５）の位置を調心する調心手段（１８）を備える。

Description

シール装置
　本発明は、ハウジングと該ハウジングを貫通する回転軸との間を封止するシール装置に関し、特に、ポンプ等の流体機械の回転軸に使用されるフローティングリングを備えたシール装置に関する。
　従来、ポンプ等の回転流体機械においては、流体をシールするため、フローティングシールが使用され、例えば、図４に示すものが知られている（以下、「従来技術１」という。例えば、特許文献１参照。）。この従来技術は、流体機械の回転軸４５と、該回転軸４５の外周に取付けられ回転軸と一体に回転するスリーブ４４と、スリーブ４４とクリアランスを有して遊嵌されたシールリング４１と、該シールリング４１の外周の４箇所に設けられた板バネ４６と、シールリング４１を収納するリテーナ４２と、を備え、板バネ４６の突起４６Ａがリテーナ４２に設けた溝４２Ａに係合された状態でシールリング４１は板バネ４６によって支持されている。そして、シールリング４１の内周面と回転軸４５のスリーブ４４との間に発生するくさび効果（くさび部に発生する動圧の効果）と、ロマキン効果（シール差圧が生じた際、シールリングと軸との表面間の流体の流動損失による調心効果）とにより、シールリング４１の内周面と回転軸４５との間の隙間を一定に保つとともに、シールリング４１は高圧流体側からリテーナ４２側へ軸方向に押し付けられ、シールリング４１とリテーナ４２は密封されている。
特開昭５７－１５４５６２号公報
　しかしながら、従来技術１にあっては、シールリング４１の外周と板バネ４６は常に相対変位しながら接触しているため、長時間運転するとシールリング４１の外周と板バネとの接触部Ｘには面荒れが生じて、シールリング４１と板バネが固着してしまい、シールリング４１が回転軸４５の動きに追従できなくなる場合がある。また、板バネ４６の突起４６Ａはリテーナ４２の溝４２Ａ内で摩耗や、変形が生じたりする場合もある。この結果、板バネ４６、シールリング４１は回転軸４５の動きに追従することができず、自動調心作用が失われ、回転軸とシールリングとが接触して損傷したり、クリアランスが最適値より大きくなって適正なシール作用が得られない虞がある。
　さらに、従来技術１にあっては組立に手間を要していた。すなわち、板バネ４６をリテーナ４２に設け、その後リテーナ４２内にシールリング４１を挿入する場合に、一旦、板バネ４６を圧縮してシールリング４１を挿入するための隙間を確保しなければならない。逆に、先にリテーナ４２内にシールリング４１を配置した後に板バネ４６をリテーナ４２に設ける場合には、板バネ４６を圧縮して、リテーナ４２とシールリング４１との間に隙間を確保して配置しなければならず、組立に手間がかかっていた。
　本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、長時間運転してもシールリングの自動調心作用が維持され、回転軸とシールリングのクリアランスを適正に保つことができ、シールリングによるシール作用と振動減衰機能を発揮でき、組立が容易なシール装置を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明のシール装置は、
　ハウジングと該ハウジングを貫通する回転軸との間を封止するシール装置であって、
　前記回転軸に対して間隙を介して配設されるフローティングリングを具備し、
　前記フローティングリングは非接触で前記フローティングリングの位置を調心する調心手段を備えることを特徴としている。
　この特徴によれば、フローティングリングは非接触で調心されるので、フローティングリングはハウジングに拘束されることがなく、長時間運転してもシールリングの自動調心作用が維持され、回転軸とシールリングのクリアランスを適正に保ち、シール作用を発揮することができ、また、支持手段へのフローティングリングの設置が容易な構造とすることができる。
　本発明のシール装置は、
　前記調心手段は、前記ハウジングに配設されるとともに径方向に磁極面を向けた第１磁石及び前記フローティングリングに配設されるとともに径方向に磁極面を向けた第２磁石を備え、前記第１磁石と前記第２磁石は同極同士が対向するように配設されることを特徴としている。
　この特徴によれば、フローティングリングは磁石の磁気反発力によって押さえ付けられるので、回転軸はフローティングリングを介して動きが制限されるので、回転軸の振動を低減することができる。
　本発明のシール装置は、
　前記第１磁石及び前記第２磁石は、Ｎ極とＳ極とが隣接する磁極隣接面が非磁性材料によって囲まれることを特徴としている。
　この特徴によれば、永久磁石の漏れ磁束を低減できるので効率よく磁力を利用することができる。
本発明の実施の形態に係るシール装置の正面断面図である。 図１のＡ－Ａ断面図（側断面図）である。 実施例２に係るシール装置の側断面図である。 従来のシール装置の側断面図である。
　本発明に係るシール装置を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。
　本発明の実施例１の形態に係るシール装置１０を図１及び図２を参照して説明する。ケーシング２１を貫通するようにして流体機械の回転軸２０が配設されており、左側が高圧側、右側が低圧側である。シール装置１０は、フローティングリング１５と、該フローティングリング１５を収納するハウジング１１から主に構成される。
　ハウジング１１は、ホルダ１１ａとフランジ１１ｂとから主に形成される。ホルダ１１ａは締結手段２２によってケーシング２１に固定される。ホルダ１１ａ及びフランジ１１ｂは、それぞれ回転軸２０と所定の隙間を有し、回転軸２０が貫通する孔を有する。ホルダ１１ａ、フランジ１１ｂ及びハウジング１１を貫通する回転軸２０によって囲まれた空間Ｓにフローティングリング１５が収納される。フランジ１１ｂの内周部に永久磁石１４（本発明の第１磁石）が周方向に離間して複数（本実施例では４個）設けられている。複数の永久磁石１４の間には非磁性材料からなるスペーサ１６が配置され、永久磁石１４とスぺ―サ１６は互いの周方向位置を保持している。また、永久磁石１４とスぺ―サ１６の内周面は同一内径寸法を有する円筒面に形成され、永久磁石１４とスぺ―サ１６の内周面がフランジ１１ｂの内周面を構成する。フローティングリング１５はバネなど付勢手段１９によって付勢され、シールリング１３の端面１３ｃとホルダ１１ａの端面１１ｃとが密着してシールリング１３とホルダ１１ａは密封される。以下、シールリング１３の端面１３ｃとホルダ１１ａの端面１１ｃとの密着による密封手段を二次シールと記す。
　フローティングリング１５は、シールリング１３、シールリング１３の外周に嵌合されるリテーナ１２、リテーナ１２の外周に配設された永久磁石１７（本発明の第２磁石）から主に構成される。
　シールリング１３は、断面略矩形の円環状の部材で、カーボンなどの摺動性の良い材料から構成される。シールリング１３の内周面１３ａは、回転軸２０の外周面２０ａに対し微小な径方向の間隙ｈ（内側間隙）を有する円筒面に形成されている。
　リテーナ１２はオーステナイト系ステンレス、プラスチック等の非磁性材料からなる環状部材である。リテーナ１２はカーボン等からなるシールリング１３の外周にしまり嵌めされることによって、シールリング１３に圧縮力を付加している。これにより、シールリング１３をカーボンのような脆い材料から構成しても、回転軸２０と接触等によるシールリング１３の破損を防止することができる。リテーナ１２の外周には複数の溝部１２ａが周方向に離間して設けられ、該溝部１２ａは永久磁石１４と対向する位置に複数設けられ、該溝部１２ａには永久磁石１７（本発明の第２磁石）が固定される。リテーナ１２の外周面と永久磁石１７の外周面は同一寸法を有する円筒面に形成され、リテーナ１２の外周面と永久磁石１７の外周面がフローティングリング１５の外周面を構成する。なお、永久磁石１７は、リテーナ１２の外周にスぺーサを設けて永久磁石１４を取り付けてもよい。同じく、永久磁石１４は、永久磁石１７のようにフランジ１１ｂの内周に設けた溝に取り付けてもよい。
　永久磁石１７を配設したリテーナ１２と、永久磁石１４を配設したハウジング１１とによって本発明の調心手段１８が構成される。永久磁石１４と永久磁石１７は、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、プラセオジム磁石等からなり、使用される温度条件、要求される磁力によって選択される。永久磁石１４、永久磁石１７はそれぞれ径方向に磁束が流れるように着磁される。永久磁石１４はフランジ１１ｂの内周部に取付けられ、永久磁石１７はリテーナ１２の外周部にそれぞれ取付けられ、同じ磁極面同士が径方向に対向するように複数取付けられる。たとえば、図２に示すように、永久磁石１４のＳ磁極面１４Ｓが径方向内側に向くように、永久磁石１７のＳ磁極面１７Ｓが径方向外側に向くように取付け、Ｓ磁極面１４ＳとＳ磁極面１７Ｓが対面するように配置される。又は、永久磁石１４のＮ磁極面１４Ｎが径方向内側に向くように、永久磁石１７のＮ磁極面１７Ｎが径方向外側に向くように取付け、Ｎ磁極面１４ＮとＮ磁極面１７Ｎが対面するように配置してもよい。
　ハウジング１１を貫通する回転軸２０の外周に遊嵌されたフローティングリング１５は、ハウジング１１の空間Ｓに配置される。これにより、フローティングリング１５の永久磁石１７とフランジ１１ｂの内周部の永久磁石１４とは、磁気反発力によって所定の間隙ｇ（外側間隙）を維持した状態で取付けられるとともに、フローティングリング１５の内周面１３ａは回転軸２０の外周面２０ａと間隙ｈ（内側間隙）を有した状態で取付けられ、ハウジング１１の空間Ｓ内に収納される。これにより、調心手段１８は、永久磁石１７と永久磁石１４の磁気反発力によって、フローティングリング１５の外周面とハウジング１１のフランジ１１ｂの内周面とは全周に亘って間隙ｇを保つことができるとともに、フローティングリング１５の内周面１３ａと回転軸２０の外周面２０ａとは全周に亘って間隙ｈを保ち、フローティングリング１５はハウジング１１と径方向に非接触で径方向位置を自立的に調心する。また、間隙ｈと間隙ｇは、０．５≦ｇ／ｈ≦２の範囲に形成される。これにより、調心手段１８の磁気反発力による調心作用に加え、間隙ｈ、ｇを出入りする流体による調芯効果、減衰効果により、回転軸２０の振動を一層低減することができる。なお、フローティングリング１５には、図示しない周方向の位置決め手段が設けられている。
　永久磁石１４及び永久磁石１７において、異なる磁極が隣接する磁極隣接面１４ａ、１４ｂ、１７ａ、１７ｂは、オーステナイトステンレス、プラスチック、空気などの非磁性材料によって覆われている。永久磁石１４及び永久磁石１７の磁極隣接面１４ａ、１４ｂ、１７ａ、１７ｂは、Ｎ極とＳ極が近接しているため、磁束がＮ極からＳ極へ短絡して流れる漏れ磁束が大きい。このため、永久磁石１４及び永久磁石１７の磁極隣接面１４ａ、１４ｂ、１７ａ、１７ｂを磁気抵抗の高い非磁性材料によって覆うことにより漏れ磁束を減少でき、永久磁石１４と永久磁石１７との磁気反発力を高めることができる。なお、オーステナイトステンレスよりもプラスチック、空気の方が漏れ磁束を低減する効果は大きい。
　次に前述のような構成のシール装置１０の作用を説明する。回転流体機械の停止中において、調心手段１８は、ハウジング１１のフランジ１１ｂの永久磁石１４とフローティングリング１５の永久磁石１７の磁気反発力によって、フローティングリング１５とハウジング１１のフランジ１１ｂは間隙ｇを保つように径方向に自動的に調心するとともに、フローティングリング１５のシールリング１３の内周面１３ａと回転軸２０の外周面２０ａとは間隙ｈを保つように径方向に調心する。このようにフローティングリング１５と回転軸２０との間にくさび効果が発生しない停止中であっても、フローティングリング１５の内周面１３ａと回転軸２０の外周面２０ａは微小な間隙ｈが保たれるので、回転流体機械の起動時におけるシールリング１３の摩耗を防ぐことができる。また、シールリング１３の端面１３ｃとホルダ１１ａの端面１１ｃとが密着による二次シールは、停止中においても健全に機能する。
　運転中においても、調心手段１８は、ハウジング１１のフランジ１１ｂの永久磁石１４とフローティングリング１５の永久磁石１７の磁気反発力によって間隙ｇを保つように調心し、さらにフローティングリング１５と回転軸２０とはくさび効果による動圧により間隙ｈを保つように調心される。このように、外周側と内周側とを保持されるフローティングリング１５は、回転軸２０の外周面２０ａとの間隙ｈを全円周に亘ってほぼ一様にすることができ、良好なシール状態が得られる。
　また、運転中においては、フローティングリング１５は、付勢手段１９の押圧力に加えて、高圧流体側から低圧流体側への圧力によって、シールリング１３の端面１３ｃとホルダ１１ａの端面１１ｃとがさらに密着するので、二次シールのシール効果はさらに高まる。
　また、運転中に回転軸２０が振動によって大きく振れ回っても、フローティングリング１５と回転軸２０との間に芯ずれが発生して、フローティングリング１５の外周側の間隙ｇと内周側の間隙ｈが不均一になる。しかし、偏心によって間隙ｈが小さくなっても、フローティングリング１５の内周面１３ａと回転軸２０の外周面２０ａとの間にはくさび効果による動圧によって、シールリング１３と回転軸２０との間の芯ずれを解消する力が作用し、フローティングリング１５の径方向位置は調心される。さらに、フローティングリング１５の外周側には、調心手段１８の磁気反発力も作用するのでフローティングリング１５は径方向位置が自動的に調心される。このように、回転軸２０が大きく振れ回り、フローティングリング１５が振動しても、フローティングリング１５の内周側にはくさび効果による動圧が作用し、フローティングリング１５の外周側には磁気反発力が作用して、フローティングリング１５の振動は低減され、延いてはフローティングリング１５を介して回転軸２０の振動も低減される。
　本発明は、以下のような優れた効果を奏する。 
　フローティングリング１５は、その外周側から調心手段１８の磁気反発力によって非接触でクリアランスｇを保つように径方向に調心され、さらに、その内周側からくさび効果による動圧によって微小なクリアランスｈを保つように保持されるので、停止中及び運転中において良好なシール状態が得ることができ、延いてはシールリング１３の摩耗を防ぐことができる。
　ハウジング１１の内径側に配置されるフローティングリング１５は、ハウジング１１に対して隙間を有し、非接触であるため、取付のための治具等が必要なく、ハウジング１１内部に挿入するだけで、簡単にハウジング内部に配置することができる。　
　フローティングリング１５は、その外周側を調心手段１８の磁気反発力によって保持されるとともに、その内周側をくさび効果による動圧によって保持される。すなわち、外周側と内周側とから動きを保持されるフローティングリング１５によって、回転軸２０の振動の規制され、振動を低減することができる。
　調心手段１８の磁気反発力によって、フローティングリング１５はハウジング１１に対し非接触で自動調心されるので、調心手段１８はフローティングリング１５及びハウジング１１に固着することなく、長期にわたってその機能を発揮することができる。
　永久磁石１４の異なる磁極が隣接する磁極隣接面１４ａ、１４ｂ及び永久磁石１７の軸方向の磁極隣接面１７ａ、１７ｂは非磁性材料によって覆われているので、漏れ磁束を低減して効率良く永久磁石１４と永久磁石１７との反発力を高めることができる。
　シールリング１３は、カーボン等の自己潤滑性、摺動性に優れた材料から構成されるので、運転中にホルダ１１ａの端面１１ｃと常に相対変位しても、摩耗、面荒れ等を防止でき、長期間に亘って二次シールの機能を維持することができる。
　次に、実施例２に係るシール装置につき、図３を参照して説明する。尚、前記実施例と同一構成で重複する構成を省略する。実施例２に係るシール装置３０は、調心手段の永久磁石３４、３７を環状に形成した点で、実施例１のシール装置１０と主に相違するが、その他の基本構成は実施例１と同じであり、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
　図３に示すように、調心手段３８は、リテーナ１２の外周部に取付けられた円環状の永久磁石３７とハウジング１１のフランジ１１ｂの内周部に配設された円環状の永久磁石３４とによって構成される。永久磁石３４と永久磁石３７は、フェライト磁石や希土類磁石を環状に形成したものや、フェライト磁石や希土類磁石の粉末をゴムやプラスチックに混ぜて成形したプラスチック磁石からなる。プラスチック磁石は、樹脂を混合しているので、複雑な形状、肉薄の形状に成形することができ、仕上げ加工をしなくても高い寸法精度が得られる。円環状に成形された永久磁石３４、永久磁石３７はそれぞれ径方向に磁束が流れるように着磁される。そして、フランジ１１ｂの内周部に配設される永久磁石３４と、リテーナ１２の外周部に配設される永久磁石３７とは、間隙ｇを介して同極同士が対向するように取付けられる。これにより、永久磁石３４と永久磁石３７は全周に亘って均一な磁気反発力を得ることができるので、リテーナ１２の外周部に取付けられた円環状の永久磁石３７の外周面と、ハウジング１１のフランジ１１ｂの内周部に取付けられた円環状の永久磁石３４の内周面とは全周に亘って間隙ｇを有し、シールリング１３の内周面１３ａと回転軸２０との間に全周に亘って間隙ｈを有した状態で取付けられ取付けられる。なお、永久磁石３４と永久磁石３７は一体で円環状に形成してもよいし、周方向に分割して構成したものをハウジング１１のフランジ１１ｂの内周部やリテーナ１２の外周部に取付けて円環状に構成してもよい。
　以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、上記実施例において、フローティングリング１５は環状一体に構成したが、これに限らず周方向に分割して構成したものを環状に一体に組み立ててもよい。
　上記実施例において、フローティングリング１５は付勢手段１９によって付勢されていたが、付勢手段１９を使用しないで、高圧流体側から低圧流体側への圧力によって、シールリング１３の端面１３ｃとホルダ１１ａの端面１１ｃとがさらに密着させて、二次シールを構成してもよい。
　上記実施例において、調心手段１８はリテーナ１２の外周部に取付けられた永久磁石１７とハウジング１１のフランジ１１ｂの内周部に取付けられた永久磁石１４とによって構成されていたが、これに限らない。たとえば、リテーナ１２の外周部に永久磁石を取付け、ハウジング１１のフランジ１１ｂの内周部に電磁石を取付けて構成してもよい。
　また、ポンプの作動流体が液体ヘリウムのような超低温の流体の場合には永久磁石に換えて超電導磁石としてもよい。超電導磁石はピン止め効果を有するため、フローティングリングの回り止めが不要となる効果も得られる。
　また、本発明はシール装置を主目的として用いるが、軸の振動を減衰する減衰装置として用いてもよい。
１０　　　　　　　シール装置
１１　　　　　　　ハウジング
１１ａ　　　　　　ホルダ
１１ｂ　　　　　　フランジ
１２　　　　　　　リテーナ
１３　　　　　　　シールリング
１４　　　　　　　永久磁石（第１磁石）
１５　　　　　　　フローティングリング
１７　　　　　　　永久磁石（第２磁石）
１８　　　　　　　調心手段
１９　　　　　　　付勢手段
２０　　　　　　　回転軸
２１　　　　　　　ケーシング
２２　　　　　　　締結手段
３０　　　　　　　シール装置
３４　　　　　　　永久磁石（第１磁石）
３７　　　　　　　永久磁石（第２磁石）
３８　　　　　　　調心手段
Ｓ　　　　　　　　空間
ｇ　　　　　　　　間隙（外側間隙）
ｈ　　　　　　　　間隙（内側間隙）

Claims (3)

  1. 　ハウジングと該ハウジングを貫通する回転軸との間を封止するシール装置であって、
    　前記回転軸に対して間隙を介して配設されるフローティングリングを具備し、
    　前記フローティングリングは非接触で前記フローティングリングの位置を調心する調心手段を備えることを特徴とするシール装置。
  2. 　前記調心手段は、前記ハウジングに配設されるとともに径方向に磁極面を向けた第１磁石及び前記フローティングリングに配設されるとともに径方向に磁極面を向けた第２磁石を備え、前記第１磁石と前記第２磁石は同極同士が対向するように配設されることを特徴とする請求項１に記載のシール装置。
  3. 　前記第１磁石及び前記第２磁石は、Ｎ極とＳ極が隣接する磁極隣接面が非磁性材料によって囲まれることを特徴とする請求項２に記載のシール装置。
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