JPH0470511B2 - - Google Patents
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- JPH0470511B2 JPH0470511B2 JP21311984A JP21311984A JPH0470511B2 JP H0470511 B2 JPH0470511 B2 JP H0470511B2 JP 21311984 A JP21311984 A JP 21311984A JP 21311984 A JP21311984 A JP 21311984A JP H0470511 B2 JPH0470511 B2 JP H0470511B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- seal
- pressure
- insert
- holder
- pressure fluid
- Prior art date
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Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 30
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3436—Pressing means
- F16J15/346—Pressing means the pressing force varying during operation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はポンプなどの流体機械のシール装置に
利用できる端面シールに関するものである。
利用できる端面シールに関するものである。
（従来技術）
第５図は従来より一般に用いられているバラン
ス形メカニカルシールの概略図である。図におい
て１は主軸、２はシールランナ、３はシールリン
グ、４はシールホルダ、５はインサート、６はス
リーブ、７は丸ナツト、８はバネ、９はＯリン
グ、１０はスリツパシール、１１はハウジング、
１２はＯリングである。またＡは高圧流体、Ｂは
低圧流体であり、この第５図のものは主軸１と共
に回転するシールランナ２とシールリング３の間
で摺動させ、高圧流体Ａが低圧流体Ｂの方に洩れ
るのを防止するものである。
ス形メカニカルシールの概略図である。図におい
て１は主軸、２はシールランナ、３はシールリン
グ、４はシールホルダ、５はインサート、６はス
リーブ、７は丸ナツト、８はバネ、９はＯリン
グ、１０はスリツパシール、１１はハウジング、
１２はＯリングである。またＡは高圧流体、Ｂは
低圧流体であり、この第５図のものは主軸１と共
に回転するシールランナ２とシールリング３の間
で摺動させ、高圧流体Ａが低圧流体Ｂの方に洩れ
るのを防止するものである。
メカニカルシールのバランス比γは、第５図に
おいて、シールリング３のノーズ部内径をd1、同
じく外径をd2、インサート５の摺動面外径をdBと
すると、次のように定義される。
おいて、シールリング３のノーズ部内径をd1、同
じく外径をd2、インサート５の摺動面外径をdBと
すると、次のように定義される。
γ＝d2／2−d2／B／d2／2−d2／1 ……(1)
一般にバランス比は0.6〜0.8に選定される。
メカニカルシールを一般に機械の取付けて運転
するとき、主軸１の軸方向の振動や温度変化によ
る伸びなどによつてシールランナ２が軸方向に変
位する。このとき主軸１の軸方向変位速度の方向
と反対方向にスリツパシール１０の摩擦力Ｆが作
用する。摩擦力をＦ、バネ８による摺動面圧を
Psとすると、シールリング３の摺動面の面圧Ｐ
は、高圧流体Ａの圧力をPfとし、低圧流体Ｂの
圧力を大気圧とし、円周率をπとすると、 Ｐ＝（γ−0.5）Pf＋Ｆ／π／４（d2／2−d2／
1）＋Ps……(2) と表わされる。
するとき、主軸１の軸方向の振動や温度変化によ
る伸びなどによつてシールランナ２が軸方向に変
位する。このとき主軸１の軸方向変位速度の方向
と反対方向にスリツパシール１０の摩擦力Ｆが作
用する。摩擦力をＦ、バネ８による摺動面圧を
Psとすると、シールリング３の摺動面の面圧Ｐ
は、高圧流体Ａの圧力をPfとし、低圧流体Ｂの
圧力を大気圧とし、円周率をπとすると、 Ｐ＝（γ−0.5）Pf＋Ｆ／π／４（d2／2−d2／
1）＋Ps……(2) と表わされる。
式(2)から、Ｆが正負の方向に変化したとき、Ｐ
も変化する。メカニカルシールの性能を安定させ
るためには、Ｐは一定であることが望ましい。ま
たPsはバネ８の自由長を長くすることによつて、
ほぼ一定にすることができるが、Ｆは変位する方
向によつてその作用する方向が変るため、変位が
微小であつても方向が変るときは、Ｆが式(2)にお
いてプラスからマイナス、あるいはマイナスから
プラスに変化する。この結果メカニカルシールの
温度が変化したり、洩れが生じたり、異常摩耗を
起こすという欠点があつた。
も変化する。メカニカルシールの性能を安定させ
るためには、Ｐは一定であることが望ましい。ま
たPsはバネ８の自由長を長くすることによつて、
ほぼ一定にすることができるが、Ｆは変位する方
向によつてその作用する方向が変るため、変位が
微小であつても方向が変るときは、Ｆが式(2)にお
いてプラスからマイナス、あるいはマイナスから
プラスに変化する。この結果メカニカルシールの
温度が変化したり、洩れが生じたり、異常摩耗を
起こすという欠点があつた。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明は、高圧流体の温度変化があつたとき、
主軸が熱変形し、シールランナが軸方向に変位
し、シールから洩れが生ずる等の従来の問題点を
解決し、シールの安定化を図ろうとするものであ
る。
主軸が熱変形し、シールランナが軸方向に変位
し、シールから洩れが生ずる等の従来の問題点を
解決し、シールの安定化を図ろうとするものであ
る。
（問題点を解決するための手段）
このため本発明は、主軸に取付けられて共に回
転するシールランナ、同ランナの端面にて摺動
し、高圧流体の洩れを防止するシールリング、同
シールリングを保持し、軸方向に移動自在なシー
ルホルダ、同シールホルダのハウジングに対する
半径方向の位置を決め、軸方向移動を助けるイン
サートより構成される端面形軸シールにおいて、
同インサートをハウジングに対し軸方向に移動自
在にすると共に、前記シールホルダとは逆の端面
とハウジングの間に、同シールホルダとインサー
トで作る可変絞りを通つた高圧流体が供給される
圧力室を設け、同圧力室の圧力が前記インサート
の大径と小径のリング状の受圧面に作用するよう
にし、かつ同圧力室を絞りを介して低圧流体に連
通させると共に、前記インサートのシールホルダ
側端面に前記受圧面積より小さい受圧面積を設
け、ここに高圧流体が作用するようにしてなるも
のである。
転するシールランナ、同ランナの端面にて摺動
し、高圧流体の洩れを防止するシールリング、同
シールリングを保持し、軸方向に移動自在なシー
ルホルダ、同シールホルダのハウジングに対する
半径方向の位置を決め、軸方向移動を助けるイン
サートより構成される端面形軸シールにおいて、
同インサートをハウジングに対し軸方向に移動自
在にすると共に、前記シールホルダとは逆の端面
とハウジングの間に、同シールホルダとインサー
トで作る可変絞りを通つた高圧流体が供給される
圧力室を設け、同圧力室の圧力が前記インサート
の大径と小径のリング状の受圧面に作用するよう
にし、かつ同圧力室を絞りを介して低圧流体に連
通させると共に、前記インサートのシールホルダ
側端面に前記受圧面積より小さい受圧面積を設
け、ここに高圧流体が作用するようにしてなるも
のである。
（作用）
定常運転中インサートのリング状の面に高圧流
体の圧力が作用し、同インサートを右方に押す。
インサートで作られる可変絞りの開度が小さい時
は、圧力室の圧力が低下してインサートは右に押
され開度が大きくなる。この開度が大きくなると
前記圧力室の圧力が高くなり、インサートは左方
に押され、開度が小さくなる。
体の圧力が作用し、同インサートを右方に押す。
インサートで作られる可変絞りの開度が小さい時
は、圧力室の圧力が低下してインサートは右に押
され開度が大きくなる。この開度が大きくなると
前記圧力室の圧力が高くなり、インサートは左方
に押され、開度が小さくなる。
（実施例）
以下本発明の実施例を図面について説明する
と、第１図は本発明の実施例を示すシールリング
に追随するインサートを有するメカニカルシール
の構造図である。図において１０１は主軸、１０
２はシールランナ、１０３はシールリング、１０
４はシールホルダ、１０５はインサート、１０６
はスリーブ、１０７は丸ナツト、１０８はバネ、
１０９はＯリング、１１０はスリツパシール、１
１１はハウジング、１１２はＯリング、１１３は
連通孔、１１４は逃し孔、１１５は絞りである。
またＡは高圧流体、Ｂは低圧流体、Ｃは必ずしも
Ｂと同じにする必要はないが、低圧流体に連絡さ
れる。
と、第１図は本発明の実施例を示すシールリング
に追随するインサートを有するメカニカルシール
の構造図である。図において１０１は主軸、１０
２はシールランナ、１０３はシールリング、１０
４はシールホルダ、１０５はインサート、１０６
はスリーブ、１０７は丸ナツト、１０８はバネ、
１０９はＯリング、１１０はスリツパシール、１
１１はハウジング、１１２はＯリング、１１３は
連通孔、１１４は逃し孔、１１５は絞りである。
またＡは高圧流体、Ｂは低圧流体、Ｃは必ずしも
Ｂと同じにする必要はないが、低圧流体に連絡さ
れる。
さてインサート１０５は、ハウジング１１１に
対し滑合されて軸方向に移動可能とし、２組のＯ
リング１０９、スリツパシール１１０によつてシ
ールされ、圧力室Ｘが形成される。圧力室Ｘは圧
力室Ｙと連通孔１１３で連通し、ここの圧力が同
じになるようにする。圧力室Ｘから逃し孔１１４
を通り、絞り１１５を経て低圧流体Ｃに連絡す
る。またインサート１０５とシールリングホルダ
１０４は軸方向の相対移動は可能にし、Ｏリング
１０９、スリツパシール１１０によつてシールが
なされる。
対し滑合されて軸方向に移動可能とし、２組のＯ
リング１０９、スリツパシール１１０によつてシ
ールされ、圧力室Ｘが形成される。圧力室Ｘは圧
力室Ｙと連通孔１１３で連通し、ここの圧力が同
じになるようにする。圧力室Ｘから逃し孔１１４
を通り、絞り１１５を経て低圧流体Ｃに連絡す
る。またインサート１０５とシールリングホルダ
１０４は軸方向の相対移動は可能にし、Ｏリング
１０９、スリツパシール１１０によつてシールが
なされる。
次に以上の如く構成された実施例について作用
を説明すると、定常運転中、すなわち主軸１０１
が軸方向に変位しない安定した状態では、インサ
ート１０５の圧力室Ｘに等しい圧力を有する圧力
室Ｙによつて生ずる力と、高圧流体Ａが及ぼす力
とはバランスし、安定した位置に保たれる。すな
わち、インサート１０５には外径をD2、内径d1
とするリング状の面に高圧流体Ａの圧力が作用
し、同インサート１０５を右方に押す。
を説明すると、定常運転中、すなわち主軸１０１
が軸方向に変位しない安定した状態では、インサ
ート１０５の圧力室Ｘに等しい圧力を有する圧力
室Ｙによつて生ずる力と、高圧流体Ａが及ぼす力
とはバランスし、安定した位置に保たれる。すな
わち、インサート１０５には外径をD2、内径d1
とするリング状の面に高圧流体Ａの圧力が作用
し、同インサート１０５を右方に押す。
また外径D2、内径D1とするリング状の面に圧
力室Ｙの圧力Pyが作用し、インサート１０５を
左方に押す。インサート１０５にはこの２つの力
と、２個のスリツパシール１１０の摩擦力が作用
し、バランスしている。インサート１０５の動き
がなくなるとき、シールホルダ１０４とインサー
ト１０５で作られる可変絞りＺを開度、すなわち
インサート１０５とシールホルダ１０４の相対位
置が自動的に決まる。
力室Ｙの圧力Pyが作用し、インサート１０５を
左方に押す。インサート１０５にはこの２つの力
と、２個のスリツパシール１１０の摩擦力が作用
し、バランスしている。インサート１０５の動き
がなくなるとき、シールホルダ１０４とインサー
ト１０５で作られる可変絞りＺを開度、すなわち
インサート１０５とシールホルダ１０４の相対位
置が自動的に決まる。
すなわち、可変絞りＺの開度が小さいときは、
Pyが低下してインサート１０５は右方に押され、
開度が大きくなる。またた開度が大きいときは
Pyが高くなり、インサート１０５は左方に押さ
れ、開度が小さくなる。なお圧力室Ｘ、圧力室
Ｙ、逃し孔１１４、絞り１１５を経て流れが生ず
るが、この量は絞り１１５の大きさによつて決ま
る。この流体はシール面からの洩れと違つて、管
より排出されるので、回収は容易である。
Pyが低下してインサート１０５は右方に押され、
開度が大きくなる。またた開度が大きいときは
Pyが高くなり、インサート１０５は左方に押さ
れ、開度が小さくなる。なお圧力室Ｘ、圧力室
Ｙ、逃し孔１１４、絞り１１５を経て流れが生ず
るが、この量は絞り１１５の大きさによつて決ま
る。この流体はシール面からの洩れと違つて、管
より排出されるので、回収は容易である。
いま高圧流体Ａの温度が外部の条件で変化し、
主軸１０１が熱膨張のため軸方向に伸びたり、あ
るいは主軸１０１に外力が作用して軸方向に移動
したような場合、１例として、主軸１０１が第１
図において左方に移動した場合について説明する
と、軸方向には、一般の機械では0.1〜0.5mmの移
動が十分考えられる。
主軸１０１が熱膨張のため軸方向に伸びたり、あ
るいは主軸１０１に外力が作用して軸方向に移動
したような場合、１例として、主軸１０１が第１
図において左方に移動した場合について説明する
と、軸方向には、一般の機械では0.1〜0.5mmの移
動が十分考えられる。
さてシールランナ１０２が主軸１０１の移動に
よつて動くと、これに追随してシールリング１０
３、シールホルダ１０４が左方に移動しようとす
る。このときスリツパシール１１０の摩擦のため
動きが拘束されるが、スリツパシール１１０の弾
性変形の範囲、すなわち10μｍ程度の微小な変位
に対しては、比較的小さな力で左方に動くことが
できる。この動きによつて、可変絞りＺが開か
れ、高圧流体Ａが圧力室Ｘに流入し、圧力室Ｘ、
圧力室Ｙの圧力が上昇し、インサート１０５は左
方に移動する。主主軸１０１、シールホルダ１０
４の移動量がスリツパシール１１０の弾性変形よ
り大きいときは、数μｍ、すなわち可変絞りＺの
開度の分だけ遅れが生ずるが、インサート１０５
は、シールホルダ１０４に追随して移動する。
よつて動くと、これに追随してシールリング１０
３、シールホルダ１０４が左方に移動しようとす
る。このときスリツパシール１１０の摩擦のため
動きが拘束されるが、スリツパシール１１０の弾
性変形の範囲、すなわち10μｍ程度の微小な変位
に対しては、比較的小さな力で左方に動くことが
できる。この動きによつて、可変絞りＺが開か
れ、高圧流体Ａが圧力室Ｘに流入し、圧力室Ｘ、
圧力室Ｙの圧力が上昇し、インサート１０５は左
方に移動する。主主軸１０１、シールホルダ１０
４の移動量がスリツパシール１１０の弾性変形よ
り大きいときは、数μｍ、すなわち可変絞りＺの
開度の分だけ遅れが生ずるが、インサート１０５
は、シールホルダ１０４に追随して移動する。
インサート１０５には２個のスリツパシール１
１０があつて摩擦が作用するが、基本的には圧力
室Ｙの圧力Pyによつて動かされるため、Pyの値
はわずかに変化するが、摩擦力に対応するような
大きな力がシールホルダ１０４には作用しない。
なお、圧力室Ｙの圧力Pyに対応して、可変絞り
Ｚの開度がわずかに変化するが、定常時の開度の
に比べては極めて微小な差であり、シールホルダ
１０４に対しては、ほとんど影響が及ばない。
１０があつて摩擦が作用するが、基本的には圧力
室Ｙの圧力Pyによつて動かされるため、Pyの値
はわずかに変化するが、摩擦力に対応するような
大きな力がシールホルダ１０４には作用しない。
なお、圧力室Ｙの圧力Pyに対応して、可変絞り
Ｚの開度がわずかに変化するが、定常時の開度の
に比べては極めて微小な差であり、シールホルダ
１０４に対しては、ほとんど影響が及ばない。
第２図、第３図、第４図はシールホルダ１０４
とインサート１０５が作る可変絞りＺを拡大した
ものである。第２図は第１図の拡大図であるが、
第３図のように面取りした形状のものでも、ある
いは第４図のようにラツプのある形状のもので
も、同等の作用効果を得ることができる。第３
図、第４図のような構造にすることによつて、第
２図に比べて機械加工が容易になり、組立、運転
中、角部の損傷の影響が小さくなり、より安定し
た性能を得ることができる。
とインサート１０５が作る可変絞りＺを拡大した
ものである。第２図は第１図の拡大図であるが、
第３図のように面取りした形状のものでも、ある
いは第４図のようにラツプのある形状のもので
も、同等の作用効果を得ることができる。第３
図、第４図のような構造にすることによつて、第
２図に比べて機械加工が容易になり、組立、運転
中、角部の損傷の影響が小さくなり、より安定し
た性能を得ることができる。
また第１図において絞り１１５をニードル弁な
どのような可変絞りにしても、同様の作用効果を
得ることができ、その上に流体の温度によつて絞
り効果を補正することができる。更にメカニカル
シールの代りに、非接触形端面シールにおいて
も、インサートを本発明の構造にすることによつ
て同様の作用効果を得ることができる。
どのような可変絞りにしても、同様の作用効果を
得ることができ、その上に流体の温度によつて絞
り効果を補正することができる。更にメカニカル
シールの代りに、非接触形端面シールにおいて
も、インサートを本発明の構造にすることによつ
て同様の作用効果を得ることができる。
（発明の効果）
以上詳細に説明した如く本発明は構成されてい
るので、主軸が温度変化による熱伸び、あるいは
外力による軸方向の変位があつた場合でも、スリ
ツパシールの摩擦の影響を殆ど除くことができ
る。その結果主軸が軸方向に変位する条件下で
も、安定したシール性能を得ることができる。ま
た摩擦によるシールリングの摺動面の面圧の変化
が小さくなるので、必要最小の面圧を保持するた
めには、最小面圧でよく、バネ又は式(1)のバラン
ス比を小さくすることができ、メカニルシールの
耐久性を向上させることができる。
るので、主軸が温度変化による熱伸び、あるいは
外力による軸方向の変位があつた場合でも、スリ
ツパシールの摩擦の影響を殆ど除くことができ
る。その結果主軸が軸方向に変位する条件下で
も、安定したシール性能を得ることができる。ま
た摩擦によるシールリングの摺動面の面圧の変化
が小さくなるので、必要最小の面圧を保持するた
めには、最小面圧でよく、バネ又は式(1)のバラン
ス比を小さくすることができ、メカニルシールの
耐久性を向上させることができる。
第１図は本発明の実施例を示す端面シールの上
半分のみ示す側断面図、第２図は第１図の要部の
拡大図、第３図及び第４図は夫々第２図と異なる
実施例の断面図、第５図は従来の端面シールの上
半分のみ示す側断面図である。 １０１…主軸、１０２…シールランナ、１０３
…シールリング、１０４…シールホルダ、１０５
…インサート、１１１…ハウジング、１１５…絞
り、Ｘ…圧力室、Ａ…高圧流体、Ｂ…低圧流体、
Ｃ…低圧流体。
半分のみ示す側断面図、第２図は第１図の要部の
拡大図、第３図及び第４図は夫々第２図と異なる
実施例の断面図、第５図は従来の端面シールの上
半分のみ示す側断面図である。 １０１…主軸、１０２…シールランナ、１０３
…シールリング、１０４…シールホルダ、１０５
…インサート、１１１…ハウジング、１１５…絞
り、Ｘ…圧力室、Ａ…高圧流体、Ｂ…低圧流体、
Ｃ…低圧流体。
Claims (1)
- １ 主軸に取付けられて共に回転するシールラン
ナ、同ランナの端面にて摺動し、高圧流体の洩れ
を防止するシールリング、同シールリングを保持
し、軸方向に移動自在なシールホルダ、同シール
ホルダのハウジングに対する半径方向の位置を決
め、軸方向移動を助けるインサートより構成され
る端面形軸シールにおいて、同インサートをハウ
ジングに対し軸方向に移動自在にすると共に、前
記シールホルダとは逆の端面とハウジングの間
に、同シールホルダとインサートで作る可変絞り
を通つた高圧流体が供給される圧力室を設け、同
圧力室の圧力が前記インサートの大径と小径のリ
ング状の受圧面に作用するようにし、かつ同圧力
室を絞りを介して低圧流体に連通させると共に、
前記インサートのシールホルダ側端面に前記受圧
面積より小さい受圧面積を設け、ここに高圧流体
が作用するようにしたことを特徴とする端面シー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21311984A JPS6192369A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 端面シ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21311984A JPS6192369A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 端面シ−ル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6192369A JPS6192369A (ja) | 1986-05-10 |
| JPH0470511B2 true JPH0470511B2 (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=16633893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21311984A Granted JPS6192369A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 端面シ−ル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6192369A (ja) |
-
1984
- 1984-10-11 JP JP21311984A patent/JPS6192369A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6192369A (ja) | 1986-05-10 |
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