JPH02236069A - メカニカルシール組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はメカニカルシール組立体に関し、更に詳細には
、硬い面を有するシールリング及びその支持装置をベロ
ーに取り付けて溶接不能な耐高温、耐腐食性シールリン
グの使用を可能にし、シールリングとその支持装置との
間のしまり嵌め及び／又はラップジョイント（　ｌａｐ
　ｊｏｉｎｔ）嵌めの使用を排除するための改良された
装置に関する。

（口）従来技術 メカニカルシール組立体は、通常、ポンプ等のような流
体を扱う装置に使用され、腐食性の製品流体が軸を通し
て装置を駆動するモータ又は軸受け装置に漏れるのを阻
止する。このような漏れはモータ又は軸受け装置に悪い
影響を与えかつそれを損傷する。メカニカルシール組立
体は、通常、一方が軸に接続されてそれと共に回転可能
で、他方が非回転でハウジング等に接続された一対のシ
ールリングで造られている。各シールリングは磨かれた
シール面を有し、そのシール面は互いに係合して対向し
かつ互いに相対回転ずる。シールリングの少なくとも一
つは炭化ケイ素、炭化タングステン等のような比較的硬
く、溶接不能な材料で造られ、一方他のシールリングは
炭化ケイ素、グラファイト材料等でよい同様の若しくは
異なる材料で造られる。ばね、ベロー等のような装置が
シール面を互いに接触させるように偏倚するために使用
される。シール面に供給されてもよい流体のわずかな漏
れが相対的に回転しかつ係合するシール面を冷却しかつ
潤滑してシール面の寿命を長くする。

メカニカルシールのシール而間の摺り合い接触及びシー
ルリングの摩耗特性により前述の炭化ケイ素等のような
比較的硬い材料をシールリングに使用している。メカニ
カルシール組立体の支持構造へのこのような硬い材料の
取り付け及び密封は、使用される材料、特定の装置の要
素及び組立体の運転条件に依存する。ある組立体におい
て、エラストマのＯリングのような二次的エラストマ質
のシールがシールリングと例えば支持フランジのような
その支持構造体との間に使用される。約２６０゜Ｃ付近
（５００゜Ｆ台）又はそれ以上の高温の装置において、
シールリングとその支持構造体との間の二次的エラスト
マ質のシールは、そのエラストマ質材料の温度的制限に
より使用できない。伝統的に、高温メカニカルシールで
はシールリングと膨張率の小さい合金材料で造られた支
持構造体との間でラップジョイント嵌め又は機械的しま
り嵌めを使用している。ラップジョイント装皺は良く機
能するが、組立中の汚れの故に保守が非常に大変で危険
である。低膨張合金のシールリング支持構造体とシール
リングとのしまり嵌めは有効であるが、低膨張合金は性
能上耐腐食性が低いので高温で腐食性の流体には対処で
きずにすぐに破損し、保守及び／又は取り替えが必要と
なる。メカニカルシール組立体の保守及び／又は取り替
えは訛体を扱う装置をかなりの時間停止させて生産性を
低下させる高価な作業である。

米国特許第４，３６４，５７１号は、シールリング３ｌ
を支持しているグランドＪ９とインサートとの間に形成
された環状のリセス内に配置された［グラフオイル（Ｇ
ＲＡＦＯＩＬ）　Ｊ　（商標名）ガスケットすなわちパ
ッキング２８を使用しているメカニカルシール組立体を
示し、そのパッキング２８は、かなり使用した後パッキ
ングの弾性を低下させてしまう製品流体に露されている
。

米国特許４．３６８，７８５号は保持フランジ６がシ一
ト３接触しているシールリング５を保持ずるベロー・メ
カニカルシール装置を示し、そのベローがフランジ６に
弾性力を与えている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明が解決しようとする課題は、高温で腐食性の流体
を扱う流体装置に使用するのに適したメカニカルシール
組立体を提供ずることである。

（二）課題を解決するだめの手段 本願の一つの発明は、回転可能な軸をハウジング等に対
して密封するためのメカニカルシール組立体において、
少なくとも一づが前記軸と共に向転するようにその軸に
接続されかつ他方が非回転で前記ハウジングに接続され
た一対のシールリングであって、そのーっが前記軸に関
して限られた軸方向運動をするように配置され、各々が
互いに対向しかつ係合する半径方向シール面を有し、一
つのシール面が他のシール面に関して回転可能である一
対のシールリングと、前記シールリングの一方を他方の
シールリングに向かって軸方向に弾性的に偏倚する装置
と、前記シールリングのーっを囲んでいるシールリング
支持フランジと、前記シールリングを前記囲んでいる支
持フランジ内に保持するために前記フランジに取り付け
られた保持リングと、を備えて構成されている。

本願の他の発明は、回転可能な軸をハウジング等に対し
て密封するためのベロー・メカニカルシール組立体にお
いて、少な《とも一つが前記軸と共に回転するようにそ
の軸に接続されかつ他方が非回転で前記ハウジングに接
続された一対のシールリングであって、回転可能なシー
ルリングが前記軸に関して限られた軸方向運動をするよ
うに配置され、各々が互いに対向しかつ係合する半径方
向シール面を有し、一つのシール面が他のシール面に関
して回転可能であり、シールリングの少なくとも一つが
比較的硬くかつ溶接不能な材料で作られている一対のシ
ールリングと、前記回転可能なシールリングに接続され
かつその回転可能なシールリングを他方のシールリング
に向がって軸方向に偏倚ずるベロー装置と、萌記硬い材
料のシールリングを囲んでいるシールリング支持フラン
ジと、前記硬い材料のシールリングと前記フランジとの
間に空洞を限定ずる装置と、前記空洞内の耐高温積層ガ
スケットと、前記硬くかつ溶接不能な材料のシールリン
グを前記ブランジ内に保持するように前記フランジに溶
接された保持リングと、を備えて構成されている。

本願の更に他の発明は、カートリッジ・メカニカルシー
ル副組立体において、軸を囲むようになっている円筒状
のスリーブと、前記スリーブを囲みかつ前記スリーブに
関して限られた軸方向運動をするようにそのスリーブに
接続されたシールリングと、前記シールリングを囲みか
つ一端に半径方向に伸びている部分を有するフランジと
、前記スリーブの一端に接続されかっ他端において１１
ク記シールリングフランジに接続され、かつ前記シール
リングと前記スリーブとの間゛の継ぎ手を提供する弾性
装置と、前記フランジ部分と前記シールリングとの間の
弾性の耐高温ガスヶットと、半径方向に伸びている部分
と反対側において前記フランジに溶接されかつ前記シー
ルリングに接触する保持リングと、を備えて構成されて
いる。

（ポ）作用 ここに記載した本発明によれば、高温に使用するために
シールリングとその支持構造体との間に耐腐食性材料及
び二次的積層ガスケットを使用している改良されたメカ
ニカルシール組立体が提供される。ガスケットは好まし
くは「グラフオイル」の名前で通常購入できるグラファ
イト材料で造られ、これによりエラストマ質のガスケッ
トの温度的制限を克服しかつ緩いラップジョイントの問
題を除去する。ガスケットは、炭化ケイ素、炭化タング
ステン等のような硬い、溶接不能な材料で造られたシー
ルリングと、意図する比較的高い温度に耐えることがで
きかつ腐食性流体と使用され得る３１６ステンレススチ
ール、ハステロイ（ｌｌａｓｔｅｌｌｏｙ）Ｃ等のよう
な耐高温及び耐腐食性合金で造られたシールリング支持
構造体すなわちフランジとの確実な継ぎ手を提供ずる。

ガスケットは好ましくは複数の積み重ねられた座金又は
グラポイルの座金状ウエハース若しくはプレートで造ら
れかつこれにより自然の弾力性を有する。ガスケットに
加えて、支持構造体ずなわぢフランジと通常同じ材料の
取付けリングは耐高温、耐腐食性金属合金の支持構造体
に溶接される。この取付けリングは支持構造体、ガスケ
ット、シールリング及び取｛＝１けリングの一体の組立
体を造るように使用される。

本発明による構造において、ガスケットはシールリング
とその支持構造体にｊ；って限定される環状のリセスす
なわちポケット内に配置される。この構造はガスケット
が製品流体に露されるのを実質的に保護し、その結果ガ
スケットはかなりの長い使用期間の間弾力性を保ち、そ
の弾力性によりシールリングを取付けリングに緊密に接
触させる。

好ましくは、共に溶接された金属座金状のプレートすな
わち部材が一端においてシールリング支持フランジに溶
接されかっ他端においてベローのフランジに溶接される
。ベローのフランジは流体を扱う装置の回転可能な軸に
、或はもしシール組立体がカートリッジとして造られる
ならば、軸を囲みかつその軸と駆動的に接続された軸ス
リーブに駆動的に接続される。ベローの弾力性はそのベ
ローに接続されたシールリングを対向するシールリング
に偏倚し、その結果シールリングのシール面は互いに係
合する。ベローは軸又は必要により軸スリーブとシール
リング支持構造体との間の駆動継ぎ手を提供する。

支持構造体と支持されたシールリングとの間の確実な駆
動は、支持構造体からシールリングの適当な開口内に伸
びる反回転ピンによって行われる。

代わりに、ベローは非回転シールリングを回転可能シー
ルリングに向けて偏倚するようにハウジングに固定され
てもよい。

（へ）実施例 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図において、複数部品のハウジング１２と回転可能
な軸Ｉ４とに取り付けられたメカニカルシール組立体が
示され、その軸ｌ４は一端においてモータ（図示せず）
にかっ他端においてポンプ等のような（図示せず）流体
を取り扱う装置に接続されている。メカニカルシール組
立体１ｏは流体取扱い装置によって取り扱われる製品流
体が軸に沿ってモータ又は軸受け装置から人気中に漏れ
るのを実質的に阻止ずる。

メカニカルシール組立体はハウジング１２のスロット２
０内に嵌められている駆動ピン１８によってハウジング
に接続されたシールリング１６を備えている。このよう
にシールリングＩ６は非回転シールリングである。カー
ボングッラファイト、炭化ケイ素、炭化タングステン、
セラミック等で造られ得るシールリングＩ６は、磨がれ
た半径方向に伸びる環状のシール面２２を有している。

メカニカルシール組立体は、更に、リテーナ組立体２６
、ベロー２８、環状のベローフランジ３ｏ及び駆動ピン
３２によって回転可能な軸１４に係合している軸スリー
ブ３４に接続されてぃるノールリング２４を備えている
。確実接続装置（図示■ず）は軸スリーブ３４と軸］／
Ｉとの間の駆動接続を確実に行うために使用される。こ
のようにシールリング２４は軸ｌ４と共に回転可能であ
る。シールリング２４は、好ましくは、炭化ケイ素、炭
化タングステンのような溶接不能な材料で造られ、シー
ルリング１６のシール面２２に対向しかつそれと接触す
る磨かれた半径方向に伸びる環状のシール面３６を有し
ている。軸１４が回転しているときシールリング１６及
び２４のシール面２２及び３６は互いに接触しかつ相対
的に回転する。

第１図に示されているように、メカニカルシール組立体
は、軸１４を囲みかつその軸と共に回転する軸スリーブ
３４を使用することによって、カートリッジとして造ら
れる。もし必要なら或は望まれるなら、軸スリーブ３４
は本発明の原理を変えることなく省略できる。しかしな
がら、メカニカルシール組立体がカートリッジとして造
られるとき、組立体が流体取扱い装置からユニットとし
て取り外されかつユニットとして容易に取り替えられる
ので、組立体の保守及び／又は取り替えが容易になり、
流体取扱い装置の停止時間を減少できる。

第１図で左から右に見て、ベロー２８は好ましくは従来
技術として知られているように一体構造を成すように互
いに溶接された複数の環状の金属プレートで作られる。

ベローは一端においてベローフランジ３０に溶接されか
つ他端においてリテーナ組立体２６のシールリング支持
フランジ３８に溶接されている。既述のようにベロー２
８はシールリング２４をシールリング１６に偏倚する弾
性力を与える。組み立てられたとき、ベロー２８はある
程度圧縮され、軸方向力発生装置として機能する。

シールリング支持フランジ３８は、第２図に詳細に示さ
れるように、半径方向部分４０と円筒状部分４２とを有
し、円筒状部分４２はシールリング２４の外径とほぼ等
しい内径を有する。シールリング２４は減径された後部
４４と減径された前部４６とが設けられている。フラン
ジ３８の円筒状部分４２はシールリング２４の軸方向長
さから前部４６の軸方向長さを引いた長さにほぼ等しい
長さを有している。フランジ３８とシールリング２４の
減径された後部４４とは環状のりセス、空洞又はポケッ
ト４８を形成し、そのポケットは好ましくは［グラホイ
ル（　ＧＲＡＦＯＩＬ）　Ｊの名前で売られているグラ
ファイト材料の積み重ねられた座金又は座金状ウエハー
ス又はプレートで造られたガスケット５０を受けている
。ガスケットは積層になっているため限られた弾性を有
し、かつ後述するようにシールリング支持フランジの組
立中に僅かに圧縮される。

保持リング部材５２は５４においてフランジ３８の円筒
状部分４２に溶接されかつシールリング２４の減径され
た前部４６に嵌まる寸法に造られている。リング部材５
２はシールリング２４をフランジ３８内に保持する作用
をし、ガスケット５０はその限られた弾力性によりシー
ルリング２４と支持フランジ３８との境界面内に入る製
品流体の漏れに対向するシールを形成する。またラップ
ジョイントの使用が避けられ、シールリング２４の外径
はフランジ３８の内径表ほぼ一致している。シールリン
グとフランジ３８との組立中に、後述するようにシール
１シング２４がフランジ３８にぴったりと嵌まるように
適当に注意する必要がある。

フランジ３８の半径方向部分からシールリング２４のポ
ケット５６内に伸びる単一の駆動ピン５４が軸１４とシ
ールリング２４との間の確実な駆動を確保する。

フランジ３８内へのシールリング２４の取り付けの手順
は次の通りである。

（１）フランジとシールリングとの組立の前にピン５４
がフランジ３８内に挿入される。

（２）ガスケット５０がシールリングに取り付けられか
つそれからフランジはシールリング２４を収納するため
に広げるように誘導加熱によって加熱される。代わりに
、誘導加熱工程を省略するためにシールリングは支持フ
ランジにしまり嵌めされてもよい。

（３）保持リング部材５２がシールリングにフランジに
接して取り付けられる。

（４）保持リング部材５２に圧力が加えられ保持リング
をフランジに対して着座させかつガスケット５０を圧縮
する。

（５）保持リング部材５２が前記（４）のように圧力を
加えている間にフランジ３８に溶接される。

（６）組立体はガスケット内への漏れが検査される。

（ト）効　果 本発明によれば、シールリングとその支持フランジとの
間に信頼性のない機械的しまり嵌め或はラップジョイン
トを使用することなく、硬い溶接不能なシールリング用
の耐高温、耐腐食性合金の支持フランジを使用できる改
良されたメカニカルシール組立体が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にしたがって造られたメカニカルシール
組立体の一実施例の部分断面図、第２図は第１図の一部
の拡大断面図であって本発明の特徴を示す図である。 １０：メカニカルシール組立体 １２・ハウジング Ｉ６：シールリング ２２・シール面 ２８・ベロー ３２：駆動ピン ３８：支持フランジ ５０・ガスケット ゜軸 駆動ピン シールリング ：ヘローフランノ 二軸スリーブ ：ボケソト ．保持リング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転可能な軸をハウジング等に対して密封するため
   のメカニカルシール組立体において、少なくとも一つが
   前記軸と共に回転するようにその軸に接続されかつ他方
   が非回転で前記ハウジングに接続された一対のシールリ
   ングであって、その一つが前記軸に関して限られた軸方
   向運動をするように配置され、各々が互いに対向しかつ
   係合する半径方向シール面を有し、一つのシール面が他
   のシール面に関して回転可能である一対のシールリング
   と、 前記シールリングの一方を他方のシールリングに向かっ
   て軸方向に弾性的に偏倚する装置と、前記シールリング
   の一つを囲んでいるシールリング支持フランジと、 前記シールリングを前記囲んでいる支持フランジ内に保
   持するために前記フランジに取り付けられた保持リング
   と、 を備えているメカニカルシール組立体。 ２、回転可能な軸をハウジング等に対して密封するため
   のメカニカルシール組立体において、少なくとも一つが
   前記軸と共に回転するようにその軸に接続されかつ他方
   が非回転で前記ハウジングに接続された一対のシールリ
   ングであって、その一つが前記軸に関して限られた軸方
   向運動をするように配置され、各々が互いに対向しかつ
   係合する半径方向シール面を有し、一つのシール面が他
   のシール面に関して回転可能であり、一つのシールリン
   グが比較的硬くかつ溶接不能な材料で作られている一対
   のシールリングと、 前記シールリングの一方を他方のシールリングに向かっ
   て軸方向に弾性的に偏倚する装置と、前記硬くかつ溶接
   不能な材料のシールリングを囲んでいるシールリング支
   持フランジと、 前記硬くかつ溶接不能な材料のシールリングと前記支持
   フランジとの間の耐高温積層ガスケットと、 前記硬くかつ溶接不能な材料のシールリングに接しかつ
   前記硬くかつ溶接不能な材料のシールリングを前記フラ
   ンジ内に保持するために前記支持フランジに溶接された
   保持リングと、 を備えているメカニカルシール組立体。 ３、前記硬くかつ溶接不能な材料のシールリングが炭化
   ケイ素で造られかつ前記フランジ及び保持リングが耐腐
   食合金で造られている請求項２に記載のメカニカルシー
   ル組立体。 ４、回転可能な軸をハウジング等に対して密封するため
   のベロー・メカニカルシール組立体において、 少なくとも一つが前記軸と共に回転するようにその軸に
   接続されかつ他方が非回転で前記ハウジングに接続され
   た一対のシールリングであって、回転可能なシールリン
   グが前記軸に関して限られた軸方向運動をするように配
   置され、各々が互いに対向しかつ係合する半径方向シー
   ル面を有し、一つのシール面が他のシール面に関して回
   転可能であり、シールリングの少なくとも一つが比較的
   硬くかつ溶接不能な材料で作られている一対のシールリ
   ングと、 前記回転可能なシールリングに接続されかつその回転可
   能なシールリングを他方のシールリングに向かって軸方
   向に偏倚するベロー装置と、前記硬い材料のシールリン
   グを囲んでいるシールリング支持フランジと、 前記硬い材料のシールリングと前記フランジとの間に空
   洞を限定する装置と、 前記空洞内の耐高温積層ガスケットと、 前記硬くかつ溶接不能な材料のシールリングを前記フラ
   ンジ内に保持するように前記フランジに溶接された保持
   リングと、 を備えているベロー・メカニカルシール組立体。 ５、前記積層ガスケットが複数の積層されたウエハース
   状の部材で造られて弾性構造を与え、前記ガスケットが
   前記空洞内で圧縮されかつ前記硬い材料のシールリング
   を前記保持リングに向かって弾性的に偏倚する請求項４
   に記載のベロー・メカニカルシール組立体。 ６、前記硬い材料のシールリングが回転可能なシールリ
   ングであり、ベローが一端においてフランジに溶接され
   かつ他端において前記軸に接続されている請求項５に記
   載のベロー・メカニカルシール組立体。 ７、更に、前記回転可能なシールリングと前記フランジ
   との間にかつこれにより前記ベローと前記軸との間に確
   実な駆動継ぎ手を有し、前記確実な駆動継ぎ手が前記フ
   ランジから突出しかつ前記回転可能なシールリングの溝
   内に受けられている駆動ピンを備えている請求項６に記
   載のベロー・メカニカルシール組立体。 ８、回転可能な軸をハウジング等に対して密封するため
   のメカニカルシール組立体において、一方が前記軸と共
   に回転するようにその軸に接続されかつ他方が非回転で
   前記ハウジングに接続された一対のシールリングであっ
   て、回転可能なシールリングが前記軸に関して限られた
   軸方向運動をするように配置され、各々が互いに対向し
   かつ係合する半径方向シール面を有し、一つのシール面
   が他のシール面に関して回転可能であり、シールリング
   の少なくとも一つが比較的硬くかつ溶接不能な材料で作
   られている一対のシールリングと、 前記回転可能なシールリングを他方のシールリングに向
   かって軸方向に偏倚する弾性装置と、前記硬い材料のシ
   ールリングを囲んでいて、半径方向部分を有するシール
   リング支持フランジと、前記シールリングと前記フラン
   ジの前記半径方向部分との間の耐高温積層ガスケットと
   、 前記硬くかつ溶接不能な材料のシールリングを前記フラ
   ンジ内にかつ前記ガスケットに抗して保持するように前
   記フランジに溶接された保持リングと、 を備えているメカニカルシール組立体。 ９、前記硬くかつ溶接不能な材料が炭化ケイ素である請
   求項８に記載のメカニカルシール組立体。 １０、前記シールリング支持フランジ及び保持リングが
   耐腐食性のステンレススチールで造られている請求項９
   に記載のメカニカルシール組立体。 １１、軸を囲むようになっている円筒状のスリーブと、 前記スリーブを囲みかつ前記スリーブに関して限られた
   軸方向運動をするようにそのスリーブに接続されたシー
   ルリングと、 前記シールリングを囲みかつ一端に半径方向に伸びてい
   る部分を有するフランジと、 前記スリーブの一端に接続されかつ他端において前記シ
   ールリングフランジに接続され、かつ前記シールリング
   と前記スリーブとの間の継ぎ手を提供する弾性装置と、 前記フランジ部分と前記シールリングとの間の弾性の耐
   高温ガスケットと、 半径方向に伸びている部分と反対側において前記フラン
   ジに溶接されかつ前記シールリングに接触する保持リン
   グと、 を備えているカートリッジ・メカニカルシール副組立体
   。 １２、前記シールリングに形成されかつ前記フランジに
   よって部分的に限定された環状の空洞を備え、前記空洞
   が前記ガスケットを受けている請求項１１に記載のカー
   トリッジ・メカニカルシール副組立体。 １３、前記シールリングの一端に前記保持リングを受け
   る環状の減径部分を備えている請求項１１に記載のカー
   トリッジ・メカニカルシール副組立体。 １４、前記シールリングの一端に前記保持リングを受け
   る環状の減径部分を備えている請求項１２に記載のカー
   トリッジ・メカニカルシール副組立体。 １５、前記シールリングが溶接不能な材料で造られかつ
   前記フランジによって囲まれている請求項１１に記載の
   カートリッジ・メカニカルシール副組立体。