JPH02275182A - 非接触形メカニカルシール - Google Patents

非接触形メカニカルシール

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JPH02275182A
JPH02275182A JP9547789A JP9547789A JPH02275182A JP H02275182 A JPH02275182 A JP H02275182A JP 9547789 A JP9547789 A JP 9547789A JP 9547789 A JP9547789 A JP 9547789A JP H02275182 A JPH02275182 A JP H02275182A
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JP
Japan
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seal
dynamic pressure
groove
pressure generating
rotary
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JP9547789A
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Tadayuki Shimizu
清水 忠之
Toshihiko Fuse
敏彦 布施
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は1例えばガスタービン、ブロアーおよびニアコ
ンプレッサーなどの高圧流体機器の軸封部に適用される
非接触形メカニカルシールに関する。
[従来の技術J 従来より、例えばガスタービン、ブロアーおよび工−メ
コ゛/ブI/1.リー などの高圧流体機器の軸封部に
適用されるシール装置と1.て第1図に示すように、被
4i+h 14機器の回転部材1(図・f:、例では回
転軸IAと同時回転する回転スリーブIB)と回向回転
する回転密j4環2Aを設けた回転側シール要、82と
、被輔月機器のグー・タング3側に固定されたスプリン
グリテーナ3Aに、周方向等間隔で配置1.た回り1(
−めビン3Bを介1.て回転不能に保持、され、かつス
プリング3Cにより回転密封環2A側に常時付勢される
静圧密封環4. Aを設けた固定側シール面同士4を有
し、回転密封環2Aのシール面2aには、第4図にイ、
すよ−2に、円周方向等間隔で径方向にのびる幅狭深底
の流体導入溝5を複数形成12、これら流体導入溝5の
それぞれに連通し、かつ円周方向の−・方(例えば矢印
aで示す回転力向の反対側)にのびる輻広7−u、底の
動圧発生グルーブ6を形成した非接触形メカニカルシー
ルが知jうれているや このメカニカルシーニールでは、回転部Jfi2Aが回
転するど、高圧側Yの流体が流体導入溝5から動圧発生
グルー・ヅ6に流入り、て、シール面2aと、静止密封
jワAAのシール面4aとの間に動圧を発生さぜ、シ・
−ル面4aをシール面2aから離ず方向に付勢12、シ
ール面4aをシール面2aに当接させる方向lJX付勢
しているスプリング3Cの1xねjlとのバランス点の
圧力によって、シール面2a 、4a間に例えば5−2
0gm程度の狭いシール隙間を形俵4し低圧側Xと高圧
111Yとを非接触状態でシールするように構成されて
いる。
[発明が解決し、ようとする課題] ところで、高圧流体が封入されている高圧側Yに配置X
れた回転密封環2Aに、径方向に不均等な負荷の分布状
態で高い圧力が負荷された場合、負荷の不均等分布が起
因1.て回転密封環2Aに歪を生じることがあるのにも
かかわらず、従来の非接触形メカニカルシールでは1回
転密封環2Aのシール面2aに、流体導入溝5に連通ず
る動圧発生グルーブ6のみが形成されているだけである
から、前述の歪によって動圧発生グルーブ6の動圧発生
機能が低下し、シール面2aを開けようとする力とスプ
リング3Cのばね力を含む静止密封環4Aの背面側から
のシール面2dを閉じようとする力のバランスがくずれ
隙間を縮小もしくは消失させ、その結果、シール面2a
 、4a同士が接触してシール破壊を生じさ七ることに
なる。
また、回転部封環2Aに前述の歪が生じない場合でも、
起動時または停止前の低速回転時のように、動圧が低ド
する低回転領域において、シール面2a、Aa回!Sの
接触によりシー・ル破壊を起こすおそれが有る。し、か
も、動用発生グルーブ6が流体導入溝5に連通し5で円
周方向の一方にのみのびて形J&されているかtう、回
転密封環2Aを矢印aで示ず回転方向、つまり流体導入
溝5を前側に位置させた方向に回転、8′姓なければ、
動圧発生グルーブ6によって動圧を自効に発生させるこ
とができない。したがって1回転方向が一方向(、二の
み制限される問題点を有している。
本発明はこのような事情に啄みなされたもので、回転部
封環に歪が生じて動圧発生機能な低下させたり、低回転
領域において動圧が低下したと1、でも、シール隙間を
確保でき、シール面同士の接触を回避しで、シー・ル破
壊を未然に防止することができ、しかも、正逆回転が可
能な非接触形メカニカルシールの)2供を目的としてい
る。
[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するために、本発明に係る第1の発明は
回転密封環のシール面に円周方向等間隔で外端が径外側
に開111.かつ内端がシール面内に存在して径内方向
にのびる流体導入溝が複数形成され、これら流体導入溝
に連通しかつ円周方向の一方にのびる動圧発生グルーブ
が形成されるとともに、前記流体導入溝から選択された
溝に連通1゜て円周方向の一方にのびる静圧発生グルー
ブが形成されたものであるや また、本発明に係る第2の発明は回転部t4’ Elの
シール面に円周方向等間隔で外端が径外側に開口しかつ
内端がシール面内に存在して径内方向にのびる流体導入
溝が複数形成され、これら流体導入溝から選択された溝
に連通しかつ円周方向の両方にのびる動圧発生グルーブ
が形成されるとともに、前記選択された溝以外の流体導
入溝に連通して円周方向の両方にのびる静圧発生グルー
ブが形成されたものである。
[作用] 本発明に係る第1の発明によれば、回転密封環の回転に
より、流体導入溝に連通ずる動子発生グルーブに径外側
(高圧側)から流体が進入して動圧を発生させ、この動
圧によって所定のシール隙間を形成して非接触状態でシ
ールする。
同時に、選択された流体導入溝に連通ずる静圧発生グル
ーブに流体が進入してポケット圧を発生させる。したが
って、回転密封環に歪が生じて動圧発生グルーブの動圧
発生機能が低下して、動圧が低下したり、或いは起動時
や停止前などの低回転領域において動圧が低下したとし
ても、静圧発生グルーブで発生するポケット圧が静圧と
して作用しシール面同士の接触を回避させることができ
る。
また、第2の発明によれば、回転密封環の回転により、
選択された流体導入溝に連通ずる動圧発生グルーブに径
外側(高圧側)から流体が進入して動圧を発生させ、こ
の動圧によって所定のシール隙間を形成して非接触状態
でシールする。
同時に、選択された流体導入溝以外の溝に連通ずる静圧
発生グルーブに流体が進入してポケット圧を発生させる
。したがって、回転密封環に歪が生じて動圧発生グルー
ブの動圧発生機能が低下して、動圧が低下したり、或い
は起動時や停止前などの低回転領域において動圧が低下
したとしても、静圧発生グルーブで発生するポケット圧
が静圧として作用しシール面同士の接触を回避させるこ
とができる。
しかも、動圧発生グルーブが流体導入溝に連通して円周
方向の両方にのびて形成されているから、回転密封環を
正逆いずれの方向に回転させても、動圧を発生させるこ
とができる。
[実施例] 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
第1図は非接触形メカニカルシールの全体構成を示す縦
断側面図、第2図は回転a’M環の第1実施例を示す正
面図であり、本発明の特徴は回転密封環のシール面に動
圧発生グルーブと静止発生グルーブの両者を形成した構
成に係り、この点を除く他の部材および構成は従来例と
異ならないので、第2図において、第4図に相当する部
分には、それぞれ同一符号を付して、その詳細な説明は
省略する。
第1図および第2図において、回転密封環2Aのシール
面2aには、円周方向等間隔で外端がシール面2aの径
外側(高圧側Y)に開口し、内端がシール面2a内に存
在して径内方向にのびる流体導入溝5が複数(例えば1
2)形成されている。
流体導入溝5はシール面2aの面幅Wl(径方向の寸法
)に対して、70〜90%の割合(図示例では約70%
)でシール面2aの外端から径内方向にのびる深さ51
Lm”1mmの第1導入溝5Aと、シール面2aの面幅
Wに対して、30〜50%の割合(図示例では約50%
)でシール面2aの外端から径内方向にのびる深さ5I
Lm〜1mmの第2導入溝5Bとを階数ごとに形成する
ことによって構成されている。そして、第1導入溝5A
と第2導入溝5Bのそれぞれに連通して円周方向の一方
(反時計方向)にのびる動圧発生グルーブ6、つまり円
周方向の長さを4〜10mm、幅寸法W2を面@W1の
30〜50%(図示例では約30%)、深さ4〜8戸m
に設定した動圧発生グルーブ6が形成されるとともに、
第1導入溝5Aに連通して静圧発生グルーブ7、即ち、
円周方向の一方に向って隣接している動圧発生グルーブ
6の終端と径内側でラップする位置までのび、幅寸法W
3を0.3〜21111、深さを5〜204 mに設定
した静止発生グルーブ7が形成されている。
このような構成であれば、回転密封環2Aを矢印a方向
に回転させることによって、流体導入溝5における第1
および第2流入溝5A 、5Bから高圧側Yの流体が動
圧発生グルーブ6に流入して、回転密封環2Aのシール
面2aと、静止密封環4Aのシール面4aの間に動圧を
発生させ、シ−ル面2aをシール面4aから離す方向に
付勢し、スプリング3Cのばね力とのバランス点の圧力
によって、シール面2a 、4a間に例えば5〜20g
m程度の狭いシール隙間を形成して、低圧側Xと高圧側
Yとを非接触状態でシールするものである。
同時に、第1導入溝5Aに連通ずる静圧発生グルーブ7
にも流体が進入してポケット圧を発生させる。したがっ
て、回転密封Q2Aに、例えば前述の理由による歪が生
じて、動圧発生グルーブ6の動圧発生機能が低下して、
動圧が小さくなったり、或いは回転密封環2Aの起動時
や停止前などの低回転領域において動圧が低下したとし
ても、静圧発生グルーブ7で発生するポケット圧が静圧
として作用してシール面2a、4a同士の接触を回避さ
せるので、所定シール隙間が確保されてシール破壊を未
然に防止するものである。
第3図は回転密封環2Aの第2実施例を示す正面図であ
り、この実施例では、前記第1実施例と同じ構成の第1
導入5Aに連通して円周方向の両方に向ってのびる第1
実施例と同じ構成の静圧発生グルーブ7を形成するとと
もに、第1実施例と同じ構成の第2導入溝5Bに連通し
て円周方向の両方に向ってのびる第1実施例と同じ構成
の動圧発生グルーブ6を形成した構成になっている。
このような構成であれば、回転密封環2Aを矢印a、b
で示す正逆方向の回転時において、前記第1実施例と同
じ作用効果を奏することができる。即ち、回転方向が−
・方向にのみ制限されることなく、正逆いずれの方向に
回転密封環2Aを回転させても、非接触状態でシールこ
とができるメカニカルシールを提供し得るものである。
[発明の効果] 本発明は上述のとおり構成されているので、つぎに記載
する効果を奏する。
Kn 求項(1)の非接触形メカニカルシールにおいて
は、回転密封環の回転により、流体導入溝に連通ずる動
圧発生グルーブに径外側(高圧側)から流体が進入して
動圧を発生させ、この動圧によって所定のシール隙間を
形成して非接触状態でシールすることができる。
また、同時に、選択された流体導入溝に連通ずる静圧発
生グルーブに流体が進入してポケット圧を発生させる。
したがって、回転密封環に歪が生じて動圧発生グルーブ
の動圧発生機能が低下して、動圧が小さくなったり、或
いは起動時や停止前などの低回転領域において動圧が低
下したとしても、静圧発生グルーブで発生するポケット
圧、が静圧として作用し、シール面同士の接触を回避さ
せることができるため、所定の隙間が確保され、シール
破壊を未然に防止することができる。
また、請求項(2)の非接触形メカニカルシールにおい
ては、回転密封環の回転により1選択された流体導入溝
に連通ずる動圧発生グルーブに径外側(高圧側)から流
体が進入して動圧を発生させ、この動圧によって所定の
シール隙間を形成して非接触状態でシールする。
同時に、前記選択された流体導入溝以外のに溝に連通ず
る静圧発生グルーブに流体が進入してポケット圧を発生
させる。したがって、回転密封環に歪が生じて動圧発生
グルーブの動圧発生機能が低下して、動圧が小さくなっ
たり、或いは起動時や停止前などの低回転領域において
動圧が低下したとしても、静圧発生グルーブで発生する
ポケット圧が静圧として作用し、シール面同士の接触を
回避させることができる。したがって、所定のシール隙
間が確保され、シール破壊を未然に防止することができ
るとともに、回転密封環の回転方向が制限されず、正逆
いずれの方向に回転密封環を回転させても、非接触状態
でシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の実施例を示し、第1図は
全体構成を示す縦断側面図、第2図は回転密封環の第1
実施例を示す拡大正面図、第3図は回転密封環の第2実
施例を示す拡大正面図、第4図は従来の回転密封環の上
半部を示す拡大正面図である。 l・・・回転部材 2・・・回転側シール要素 2A・・・回転密封環 2a・・・シール面 3・・・ケーシング 3C・・・スプリング 4・・・固定側シール要素 4A・・・静止密封環 5・・・流体導入溝 5A・・・第1導入溝 5B・・・第2導入溝 6・・・動圧発生グルーブ 7・・・静圧発生グルーブ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被軸封機器の回転部材と同時回転する回転密封環
    を設けた回転側シール要素と、被軸封機器のケーシング
    側に回転不能に保持され、かつスプリングにより回転密
    封環側に常時付勢される静止密封環を設けた固定側シー
    ル要素を有すメカニカルシールにおいて、回転密封環の
    シール面に円周方向等間隔で外端が径外側に開口しかつ
    内端がシール面内に存在して径内方向にのびる流体導入
    溝が複数形成され、これら流体導入溝に連通しかつ円周
    方向の一方にのびる動圧発生グルーブが形成されるとと
    もに、前記流体導入溝から選択された溝に連通して円周
    方向の一方にのびる静圧発生グルーブが形成されている
    ことを特徴とする非接触形メカニカルシール。
  2. (2)被軸封機器の回転部材と同時回転する回転密封環
    を設けた回転側シール要素と、被軸封機器のケーシング
    側に回転不能に保持され、かつスプリングにより回転密
    封環側に常時付勢される静止密封環を設けた固定側シー
    ル要素を有すメカニカルシールにおいて、回転密封環の
    シール面に円周方向等間隔で外端が径外側に開口しかつ
    内端がシール面内に存在して径内方向にのびる流体導入
    溝が複数形成され、これら流体導入溝から選択された溝
    に連通しかつ円周方向の両方にのびる動圧発生グルーブ
    が形成されるとともに、前記選択された溝以外の流体導
    入溝に連通して円周方向の両方にのびる静圧発生グルー
    ブが形成されていることを特徴とする非接触形メカニカ
    ルシール。
JP9547789A 1989-04-14 1989-04-14 非接触形メカニカルシール Expired - Lifetime JPH0646071B2 (ja)

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