JPH0247810Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は軸封技術に係るメカニカルシールに関
し、さらに詳しくは相対向する回転環と固定環の
間隙に密封流体を供給して軸封する非接触型メカ
ニカルシールに関するものである。

〔従来の技術〕

従来からメカニカルシールの一例として、第４
図に示すように、回転軸５０に気密的に外挿嵌着
したリテーナリング５１に担持した回転環５２
と、ハウジング５３側に気密的に設けた非回転側
支持部材５４に担持した固定環５５を回転軸５０
の軸周で対向させるとともに、該回転環５２と固
定環５５の間に微細な間隙δを構成し、常時少量
の密封流体を高圧側Ａから低圧側Ｂに流動させつ
つ軸封する構造のものが知られている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、この種の非接触型メカニカルシール
は、温度雰囲気あるいは軸振れ等の原因により固
定環５５の背圧が変動すると、回転環５２と固定
環５５の間隙δが変動し、両部材のシール端面が
圧着または大きく離間して焼き付きまたは異常漏
洩を生じて著しい軸封機能の低下を来す問題を有
していた。

本考案は上記問題に鑑みてなされたもので、非
接触型メカニカルシールの相対向するシール環の
間隙を常時適正に保持し、密封流体の漏洩を適正
量に維持するとともに、シール環の焼き付きある
いは異常摩耗等の不具合を解消し、長期間安定し
た軸封性能を維持することのできるメカニカルシ
ールを提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案のメカニカルシールは相対向するシール
環の間隙を検出し、固定環を反らせてシール端面
を傾斜させるとともに固定環を担持するリテーナ
リングを軸方向に移動制御して該間隙を適正に保
持することを要旨とするものであり、相対向する
回転環と固定環の間に僅かな間隙を構成する非接
触型のシールにおいて、シール端面にテーパ面を
形成した前記固定環を捩りモーメントにより反ら
せることができるようにリテーナリングに担持
し、該リテーナリングの後端に構成した環状ピス
トンをハウジング側に構成した環状シリンダに気
密的かつ摺動自在に内挿し、前記固定環と回転環
の間隙を検出する検知手段を設け、該検知手段し
て電子制御装置を介して加圧制御駆動する加圧流
体供給装置の出力ポートを前記固定環の背面空間
と前記環状シリンダのそれぞれに連通し、固定環
とリテーナリング（固定側軸封要素全体）のそれ
ぞれの背圧を制御して固定環と回転環の間隙を常
に適正な状態となるように調整する構成にしたも
のである。

上記検知手段には、固定環と回転環の間隙を自
動的かつ連続的に検出するギヤツプセンサ、また
は固定環と回転環の間隙を流動する液体の流量を
検出する流量センサ等を用いる。

また上記加圧流体供給装置は、ポンプから排出
する加圧流体を電子制御装置の出力値に呼応して
連動するサーボ弁によつて圧入または排出する構
成によつて固定環とリテーナリングのそれぞれの
背圧を制御し、固定環と回転環の間隙を調整す
る。

〔作用〕

軸振れ等により回転環と固定環の間隙が一定値
以上になると、検知手段により間隙が増大したこ
とが検出され、この検知信号によつて電子制御装
置を介してサーボ弁がポンプの出力ポートを開弁
するように作動し、固定環とリテーナリングのそ
れぞれの背圧を増大させる。この増圧は、固定環
に対し捩りモーメントによる反りを生じさせてシ
ール端面を間隙を狭める方向に傾斜させ、リテー
ナリングに対しては固定環を含む固定側軸封要素
全体としてこれを間隙を狭める方向に移動させる
ように作用し、この結果として固定環と回転環の
間隙は適正な流量をもつように狭められる。

また、逆に回転環と固定環の間隙が一定値以下
になると、検知手段により間隙が減少したことが
検出され、この検知信号によつて電子制御装置を
介してサーボ弁が大気開放側に開弁するように作
動し、前記背圧を減少させる。この減圧は、逆に
固定環のシール端面を間隙を拡げる方向に傾斜さ
せるとともに固定側軸封要素全体を同方向に後退
移動させ、この結果、固定環と回転環の間隙は適
正な流量をもつように拡げられる。

〔実施例〕

以下、本考案メカニカルシールの一実施例を図
面にしたがつて説明する。

第１図において符号１は回転軸２に外挿嵌着し
たリテーナリング３に対してリングホルダ４によ
つて担持された回転環であり、該回転環１はＯリ
ング５，５によつて回転軸２に気密的に軸着さ
れ、回転軸２の軸心と直交する平面的なシール端
面１ａを有して回転側軸封要素を構成している。
符号６は該回転環１とシール端面６ａを対向する
ように位置し、リングホルダ７によつてリテーナ
リング８の前面に抱持された固定環であり、背圧
の増減を受けて捩りモーメントによる反りを生じ
るようにリングホルダ７およびリテーナリング８
との間に隙間を有して遊嵌抱持され、かつ背圧を
逃がすことがないようにリテーナリング８との間
に２本のＯリング９，９を備えてその間に背圧室
１０を構成している。リングホルダ７とリテーナ
リング８の間およびリングホルダ７と固定環６の
間は都合３本のＯリング１１，１２，１２によつ
てシールされ、リングホルダ７と固定環６の間の
Ｏリング１２，１２によつて区画される固定環６
の外周空間には固定環６に穿設した所要数の連通
孔６ｂを介して低圧が導入される。第２図の断面
に拡大して示すように固定環６のシール端面６ａ
は外周寄りの部分にテーパ面６ｃを備えていわゆ
る内高状に成形されており、所定の背圧を受けて
回転環１に正対する定常姿勢において一定のテー
パ量Ｓを有している。固定環６に生じる捩りモー
メントによる反りとはこのテーパ量Ｓを増減する
ように固定環６を変形させることをいい、背圧が
増加した場合、固定環６は符号ｏで示した点（図
心）を中心として時計回りに変形傾斜してテーパ
量Ｓを減らし、圧力分布を全体に低めて総体的に
間隙δを狭め、背圧が減少した場合は逆に固定環
６が点ｏを中心として反時計回りに変形傾斜して
テーパ量Ｓを増し、間隙δ全体を拡げる。このテ
ーパ量Ｓの増減はテーパ面６ｃの傾斜角度の増減
という表現に置き換えることができる。

前記リテーナリング８の後端部は環状ピストン
１３を構成している。該環状ピストン１３はハウ
ジング１４の軸孔１４ａと該軸孔部に固着したイ
ンサートリング１５によつて構成した環状シリン
ダ１６に対してスリツパシール１７，１８，１８
を介して気密的かつ摺動自在に内挿され、環状内
腔１９を有する固定側軸封要素を構成している。

符号２０は前方固定側軸封要素のリテーナリン
グ８の端部の一部において、回転環１のシール端
面１ａを望む位置に対向して固設された電気容量
型あるいは渦電流型等の非接触型ギヤツプセンサ
であつて、該ギヤツプセンサ２０から延びる信号
ケーブル２１が後述する加圧流体供給装置を駆動
制御する電子制御装置２２に接続され、加圧流体
を前記環状内腔１９に連通する入力ポート２３に
加圧供給する構造となつている。

上記加圧流体供給装置は、シリンダ２５に内挿
した２個の連動ピストン２６，２６を前記電子制
御装置２２の出力値によつて摺動せしめるように
したサーボ弁２４の出力ポート２７と前記入力ポ
ート２３を液圧出入管２８を介して連通するとと
もに、タンク２９と該サーボ弁２４間を連通する
液圧挿入管３０に液圧ポンプ３１を設けて常時正
圧を印加し、液戻り管３２およびドレン管３３を
タンク２９と連通している。符号３４は前記液圧
挿入管３０の途中に設けたアキユムレータであ
り、液圧ポンプ３１に設けたバイパス管３５に液
圧調整弁３６が設けられている。また前記液圧出
入管２８の途中から分岐管３７が延設され、イン
サートリング１５に設けた第２の入力ポート３８
に接続されており、該入力ポート３８に導入した
加圧流体をハウジング１４とリテーナリング８に
設けた流路３９を経由して前述した背圧室１０に
連通している。

上記構成のメカニカルシールは、回転環１と固
定環６の両シール端面１ａ，６ａ間を高圧側Ａか
ら低圧側Ｂに流動する密封流体の流量を適正に維
持するように、加圧流体供給装置によつて背圧室
１０と環状内腔１９に適当な背圧を加え、微細な
間隙δを適正に維持しながら駆動するものであ
る。

すなわち回転環１と固定環６の間隙δが一定値
以上になると、ギヤツプセンサ２０により間隙δ
が増大したことが検出され、この検知信号によつ
て電子制御装置２２を介してサーボ弁２４が出力
ポート２７を開弁するように作動するため、液圧
ポンプ３１によつて加圧された流体は入力ポート
２３，３８を介して背圧室１０と環状内腔１９に
侵入する。その結果、固定環６は捩りモーメント
を受けてシール端面６ａのテーパ量Ｓを減らす方
向に反り、環状シリンダ１６に内挿した環状ピス
トン１３は固定環６を回転環１に近接させる方向
に摺動し、固定環６と回転環１の両シール端面６
ａ，１ａ間の間隙δを狭めて密封流体の通過流量
を適正値に復帰させる。

また、逆に回転環１と固定環６の両シール端面
１ａ，６ａ間の間隙δが一定値以下になると、ギ
ヤツプセンサ２０により間隙δの減少が検出さ
れ、この検知信号によつて電子制御装置２２を介
してサーボ弁２４が液戻り管３２側に開弁するよ
うに作動するため、背圧室１０と環状内腔１９の
流体がタンク２９に帰環し背圧が減少する。その
結果、固定環６はシール端面６ａのテーパ量Ｓを
増大する方向に反り、環状シリンダ１６に内挿し
た環状ピストン１１は固定環６を回転環１から遠
ざける方向に摺動し、固定環６と回転環１の両シ
ール端面６ａ，１ａ間の間隙δを拡げて通過流量
を適正値に復帰させる。

当該メカニカルシールはこのように背圧室１０
と環状内腔１９のそれぞれに加圧流体を給排し、
固定環６の反りと該固定環６を含む固定側軸封要
素全体のストローク移動を利用して間隙δを調整
するものであるが、後者固定側軸封要素全体のス
トローク移動についてリテーナリング８の後端に
形成した環状ピストン１３をスリツパシール１
７，１８，１８を介して環状シリンダ１６に摺動
させる構成であるため、仕様によつて該摺動部の
摩擦抵抗によつて該ストローク移動が固定環の反
り動作より遅れる場合がある。この場合、この作
動遅れを許容できるときはこれでよいが、両者の
作動を合わせる必要があるときは、第３図に示す
ように、分岐管３７に可変絞り調整弁４０と可変
容量形タンク４１を装備し、この調整弁４０の可
変抵抗Ｒとタンク４１の可変容量Ｃにより固定環
６の反り動作側にRC＝Ｔ（Ｔ＝時間）の時間遅れ
を意図的につくり出すことが考えられる。

また先の実施例では電気容量型あるいは渦電流
型等の非接触型ギヤツプセンサ２０を例示した
が、該部の構造は漏出液の流速等を感知し、流量
を予測検出する流量センサを使用することができ
る等、各種検知手段によつて構成することができ
る。

〔考案の効果〕

以上述べたように本考案のメカニカルシール
は、必接触型メカニカルシールにおいて、相対向
するシール部材間の間隙を固定環の反り動作とス
トローク移動の双方により、またはこれを選択的
に使用して常時適正に保持するように積極的に修
正制御する構成になるため、密封流体の漏洩を適
量に維持することができ、シール部材の焼き付き
あるいは異常摩耗等の不具合を解消して長期間安
定した軸封性能を維持する特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のメカニカルシールの一実施例
を示すシール部の半裁断面図と加圧流体供給装置
の配管図、第２図は同じシール部の要部拡大図と
圧力分布グラフ、第３図は本考案の他の実施例を
示すシール部の半裁断面図と加圧流体供給装置の
配管図、第４図は従来の非接触型メカニカルシー
ルを示す半裁断面図である。 １……回転環、１ａ，６ａ……シール端面、２
……回転軸、３……リテーナリング、６……固定
環、６ｃ……テーパ面、８……リテーナリング、
９……Ｏリング、１０……背圧室、１３……環状
ピストン、１４……ハウジング、１５……インサ
ートリング、１６……環状シリンダ、１７，１８
……スリツパシール、１９……環状内腔、２０…
…ギヤツプセンサ、２２……電子制御装置、２
３，３８……入力ポート、２４……サーボ弁、２
８……液圧出入管、２９……タンク、３１……液
圧ポンプ、３７……分岐管、３９……流路、４０
……可変絞り調整弁、４１……可変容量形タン
ク、δ……間隙、Ｓ……テーパ量。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 相対向する回転環と固定環の間に僅かな間隙
   を構成する非接触型のメカニカルシールにおい
   て、シール端面にテーパ面を形成した前記固定
   環を捩りモーメントにより反らせることができ
   るようにリテーナリングに担持し、該リテーナ
   リングの後端に構成した環状ピストンをハウジ
   ング側に構成した環状シリンダに気密的かつ摺
   動自在に内挿し、前記固定環と回転環の間隙を
   検出する検知手段を設け、該検知手段の検出値
   を入力値として電子制御装置を介して加圧制御
   駆動する加圧流体供給装置の出力ポートを前記
   固定環の背面空間と前記環状シリンダのそれぞ
   れに連通し、固定環とリテーナリングのそれぞ
   れの背圧を制御して固定環と回転環の間隙を調
   整することを特徴とするメカニカルシール。 (2) 前記加圧流体供給装置がポンプから排出する
   加圧流体を電子制御装置の出力値に呼応して連
   動するサーボ弁によつて圧入または排出する構
   成になることを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項記載のメカニカルシール。