JPH05164249A - 非接触メカニカルシール - Google Patents
非接触メカニカルシールInfo
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- JPH05164249A JPH05164249A JP35226491A JP35226491A JPH05164249A JP H05164249 A JPH05164249 A JP H05164249A JP 35226491 A JP35226491 A JP 35226491A JP 35226491 A JP35226491 A JP 35226491A JP H05164249 A JPH05164249 A JP H05164249A
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Landscapes
- Mechanical Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 メーティングリングとプライマリーリングの
両シール面の一方に形成した主螺旋溝により加圧され外
部に漏れる封入流体の一部を、他方のシール面に形成し
た副螺旋溝によって逆流させてプロセス側（封入側）に
戻し、漏れを少くした非接触メカニカルシールに関す
る。 【構成】 メーティングリング３とプライマリーリング
４との対接する両シール面５，６であって、一方のシー
ル面にその外周縁若しくは内周縁を始端として延び、そ
の終端を閉止した主螺旋溝８を設け、他方のシール面に
はその外周縁若しくは内周縁より内方位置を始端として
延び、その終端を主螺旋溝の終端と略一致させて閉止し
た副螺旋溝９を設け、両シール面に形成した螺旋溝を互
いに略鏡像関係になるように方向設定した。
両シール面の一方に形成した主螺旋溝により加圧され外
部に漏れる封入流体の一部を、他方のシール面に形成し
た副螺旋溝によって逆流させてプロセス側（封入側）に
戻し、漏れを少くした非接触メカニカルシールに関す
る。 【構成】 メーティングリング３とプライマリーリング
４との対接する両シール面５，６であって、一方のシー
ル面にその外周縁若しくは内周縁を始端として延び、そ
の終端を閉止した主螺旋溝８を設け、他方のシール面に
はその外周縁若しくは内周縁より内方位置を始端として
延び、その終端を主螺旋溝の終端と略一致させて閉止し
た副螺旋溝９を設け、両シール面に形成した螺旋溝を互
いに略鏡像関係になるように方向設定した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非接触メカニカルシー
ルの改良に係わり、更に詳しくはガスタービンやコンプ
レッサ等の流体機器の軸封装置として高周速条件下で使
用する非接触メカニカルシールに関する。
ルの改良に係わり、更に詳しくはガスタービンやコンプ
レッサ等の流体機器の軸封装置として高周速条件下で使
用する非接触メカニカルシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、コンプレッサ等における回転軸と
ケーシング間を密封する非接触メカニカルシールは既に
提供されている。例えば、特公平１−２２５０９号公報
には、回転軸に密封固定したメーティングリングとケー
シングに密封装着し且つ押圧手段にて軸方向へ付勢した
プライマリーリングとの対面する各シール面の何れか一
方のシール面に、相対的回転方向に対して前進角を有す
る同一長さの多数の螺旋溝を円周方向に一定間隔で設け
て封入流体をシール面間に圧送してなる非接触メカニカ
ルシールが提供されている。
ケーシング間を密封する非接触メカニカルシールは既に
提供されている。例えば、特公平１−２２５０９号公報
には、回転軸に密封固定したメーティングリングとケー
シングに密封装着し且つ押圧手段にて軸方向へ付勢した
プライマリーリングとの対面する各シール面の何れか一
方のシール面に、相対的回転方向に対して前進角を有す
る同一長さの多数の螺旋溝を円周方向に一定間隔で設け
て封入流体をシール面間に圧送してなる非接触メカニカ
ルシールが提供されている。
【０００３】しかし、従来の非接触メカニカルシール
は、プライマリーリングとメーティングリングのシール
面間に中心に向かう動圧が発生し、この動圧により両シ
ール面間にミクロン単位のギャップを生じさせて非接触
状態を保持して高周速回転を可能にしているため、原理
的にこの動圧と封入流体のシール圧力（静圧）によって
コントロールされたギャップを通じて封入流体（ガス又
は液体）が外部に漏れることは避けられないのである。
は、プライマリーリングとメーティングリングのシール
面間に中心に向かう動圧が発生し、この動圧により両シ
ール面間にミクロン単位のギャップを生じさせて非接触
状態を保持して高周速回転を可能にしているため、原理
的にこの動圧と封入流体のシール圧力（静圧）によって
コントロールされたギャップを通じて封入流体（ガス又
は液体）が外部に漏れることは避けられないのである。
【０００４】従来は、シール面間に形成されたギャップ
を通じた微量の漏れは、原理的に不可避として無視して
いたが、この微量の漏れをも更に少なくすることが、食
品用機器、医薬品用機器若しくは精密機器に使用される
非接触メカニカルシールにおいて望まれるところであ
る。
を通じた微量の漏れは、原理的に不可避として無視して
いたが、この微量の漏れをも更に少なくすることが、食
品用機器、医薬品用機器若しくは精密機器に使用される
非接触メカニカルシールにおいて望まれるところであ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】非接触メカニカルシー
ルにおいて、従来はメーティングリングとプライマリー
リングのシール面間の外部方向に加圧された封入流体
は、全て外部に漏れていた。本発明が前述の状況に鑑
み、解決しようとするところは、メーティングリングと
プライマリーリングの両シール面の一方に形成した主螺
旋溝により加圧され外部に漏れる封入流体の一部を、他
方のシール面に形成した副螺旋溝によって逆流させてプ
ロセス側（封入側）に戻し、漏れを少なくした非接触メ
カニカルシールを提供する点にある。
ルにおいて、従来はメーティングリングとプライマリー
リングのシール面間の外部方向に加圧された封入流体
は、全て外部に漏れていた。本発明が前述の状況に鑑
み、解決しようとするところは、メーティングリングと
プライマリーリングの両シール面の一方に形成した主螺
旋溝により加圧され外部に漏れる封入流体の一部を、他
方のシール面に形成した副螺旋溝によって逆流させてプ
ロセス側（封入側）に戻し、漏れを少なくした非接触メ
カニカルシールを提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、回転軸に密封固定したメーティングリング
とケーシングに軸方向可動となして密封装着し且つ押圧
手段にて軸方向へ付勢したプライマリーリングとの対接
する両シール面であって、一方のシール面にその外周縁
若しくは内周縁を始端として延び、その終端を閉止した
主螺旋溝を設け、他方のシール面にはその外周縁若しく
は内周縁より内方位置を始端として延び、その終端を主
螺旋溝の終端と略一致させて閉止した副螺旋溝を設け、
両シール面に形成した螺旋溝を互いに略鏡像関係になる
ように方向設定し、前記回転軸の特定方向回転に伴い一
方のシール面の主螺旋溝で終端へ向かう動圧を発生さ
せ、他方のシール面の副螺旋溝で、漏れ流体を逆流させ
る動圧を発生させてなる非接触メカニカルシールを構成
した。
決のために、回転軸に密封固定したメーティングリング
とケーシングに軸方向可動となして密封装着し且つ押圧
手段にて軸方向へ付勢したプライマリーリングとの対接
する両シール面であって、一方のシール面にその外周縁
若しくは内周縁を始端として延び、その終端を閉止した
主螺旋溝を設け、他方のシール面にはその外周縁若しく
は内周縁より内方位置を始端として延び、その終端を主
螺旋溝の終端と略一致させて閉止した副螺旋溝を設け、
両シール面に形成した螺旋溝を互いに略鏡像関係になる
ように方向設定し、前記回転軸の特定方向回転に伴い一
方のシール面の主螺旋溝で終端へ向かう動圧を発生さ
せ、他方のシール面の副螺旋溝で、漏れ流体を逆流させ
る動圧を発生させてなる非接触メカニカルシールを構成
した。
【０００７】そして、前記主螺旋溝のダム巾比を約０．
２〜０．８に設定するとともに、副螺旋溝のダム巾比を
約０．３〜０．７に設定した。
２〜０．８に設定するとともに、副螺旋溝のダム巾比を
約０．３〜０．７に設定した。
【０００８】
【作用】以上の如き内容からなる本発明の非接触メカニ
カルシールは、メーティングリングとプライマリーリン
グの両シール面のうち一方のシール面に形成した主螺旋
溝によって、封入流体をその溝の終端へ圧送する動圧を
発生させ、この流体輸送作用によりシール面間に圧送さ
れた封入流体の圧力で両シール面間にギャップを形成
し、他方のシール面に形成した副螺旋溝によって、主螺
旋溝で外部側へ圧送された封入流体の一部をプロセス側
（封入側）へ逆流させて、封入流体の漏れ量を最小限に
抑制するものである。
カルシールは、メーティングリングとプライマリーリン
グの両シール面のうち一方のシール面に形成した主螺旋
溝によって、封入流体をその溝の終端へ圧送する動圧を
発生させ、この流体輸送作用によりシール面間に圧送さ
れた封入流体の圧力で両シール面間にギャップを形成
し、他方のシール面に形成した副螺旋溝によって、主螺
旋溝で外部側へ圧送された封入流体の一部をプロセス側
（封入側）へ逆流させて、封入流体の漏れ量を最小限に
抑制するものである。
【０００９】
【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。本実施例においてはガスシール
用に用いる非接触メカニカルシールについて主に説明す
るが、流体シール用についても同様である。
発明の詳細を説明する。本実施例においてはガスシール
用に用いる非接触メカニカルシールについて主に説明す
るが、流体シール用についても同様である。
【００１０】図１は本発明に係る非接触メカニカルシー
ルＭの全体構造を示し、ケーシング１と、該ケーシング
１の開放端を貫通する回転軸２との間に設けている。こ
こで、図中Ａは大気圧（低圧）側、Ｂは高圧（シール
圧）側を示している。この大気圧側と高圧側は逆の配置
になることもある。
ルＭの全体構造を示し、ケーシング１と、該ケーシング
１の開放端を貫通する回転軸２との間に設けている。こ
こで、図中Ａは大気圧（低圧）側、Ｂは高圧（シール
圧）側を示している。この大気圧側と高圧側は逆の配置
になることもある。
【００１１】本実施例の非接触メカニカルシールＭは、
前記回転軸２に密封固定したメーティングリング３と、
前記ケーシング１に密封装着したプライマリーリング４
を備え、該メーティングリング３とプライマリーリング
４の互いのシール面５，６を対接させ、そしてプライマ
リーリング４は密封状態で軸方向可動となすとともに、
ケーシング１に関係づけた押圧手段７にて各シール面
５，６が接近する軸方向に付勢している。
前記回転軸２に密封固定したメーティングリング３と、
前記ケーシング１に密封装着したプライマリーリング４
を備え、該メーティングリング３とプライマリーリング
４の互いのシール面５，６を対接させ、そしてプライマ
リーリング４は密封状態で軸方向可動となすとともに、
ケーシング１に関係づけた押圧手段７にて各シール面
５，６が接近する軸方向に付勢している。
【００１２】そして、図２に示す如く前記メーティング
リング３のシール面５には、その外周縁を始端として内
方へ延び、回転方向Ｒに対して前進角を有する主螺旋溝
８を円周方向に一定間隔毎に多数設けている。一方、図
３に示す如く前記プライマリーリング４のシール面６に
は、その外周縁より内方位置を始端として内方へ延び、
相対的回転方向Ｒr （回転方向Ｒとは逆方向）に対して
後退角を有する副螺旋溝９を円周方向に一定間隔毎に多
数設けている。即ち、前記主螺旋溝８と副螺旋溝９は、
その両シール面５，６を対接した場合に互いに略鏡像関
係になるような方向に形成されている。ここで、前記主
螺旋溝８及副螺旋溝９の内方終端は略一致した半径方向
位置において閉止し、即ちシール面５及び６の他の平面
部分と面一となしている。ここで、副螺旋溝９の終端は
主螺旋溝８の終端より若干半径方向内側に位置せること
が好ましい。
リング３のシール面５には、その外周縁を始端として内
方へ延び、回転方向Ｒに対して前進角を有する主螺旋溝
８を円周方向に一定間隔毎に多数設けている。一方、図
３に示す如く前記プライマリーリング４のシール面６に
は、その外周縁より内方位置を始端として内方へ延び、
相対的回転方向Ｒr （回転方向Ｒとは逆方向）に対して
後退角を有する副螺旋溝９を円周方向に一定間隔毎に多
数設けている。即ち、前記主螺旋溝８と副螺旋溝９は、
その両シール面５，６を対接した場合に互いに略鏡像関
係になるような方向に形成されている。ここで、前記主
螺旋溝８及副螺旋溝９の内方終端は略一致した半径方向
位置において閉止し、即ちシール面５及び６の他の平面
部分と面一となしている。ここで、副螺旋溝９の終端は
主螺旋溝８の終端より若干半径方向内側に位置せること
が好ましい。
【００１３】前記メーティングリング３は、前記回転軸
２に同軸外挿した固定スリーブ１０に同軸外挿するとと
もに、該固定スリーブ１０の一端から延びたフランジ部
１１に前記シール面５とは反対側面を当止し、そしてフ
ランジ部１１を回転軸２に形成した段部１２に当止状態
で前記固定スリーブ１０に外嵌した締着スリーブ１３と
該固定スリーブ１０の端部を回転軸２に螺合した保持ナ
ット１４で締付けることにより、固定スリーブ１０とと
もに回転軸２に固定し、そして回転軸２とフランジ部１
１間、メーティングリング３と固定スリーブ１０間及び
メーティングリング３とフランジ部１１間にそれぞれＯ
リング１５，１６，１７を介装して密封している。
２に同軸外挿した固定スリーブ１０に同軸外挿するとと
もに、該固定スリーブ１０の一端から延びたフランジ部
１１に前記シール面５とは反対側面を当止し、そしてフ
ランジ部１１を回転軸２に形成した段部１２に当止状態
で前記固定スリーブ１０に外嵌した締着スリーブ１３と
該固定スリーブ１０の端部を回転軸２に螺合した保持ナ
ット１４で締付けることにより、固定スリーブ１０とと
もに回転軸２に固定し、そして回転軸２とフランジ部１
１間、メーティングリング３と固定スリーブ１０間及び
メーティングリング３とフランジ部１１間にそれぞれＯ
リング１５，１６，１７を介装して密封している。
【００１４】前記プライマリーリング４は、前記ケーシ
ング１に密封固定した環状の保持装置１８によって所定
位置に軸方向可動となして密封保持するとともに、押圧
手段７にて前記メーティングリング３のシール面５と、
当該プライマリーリング４のシール面６が接近する方向
へ付勢している。ここで、前記保持装置１８は、外周一
端をケーシング１の段部１９に当止するとともに、他端
を固定スリーブ２０に当止して軸方向の移動を規制し、
更にケーシング１と保持装置１８の外周間にはＯリング
２１を介装し、また内周縁から軸方向へ延びた環状の摺
動部２２の外周と前記プライマリーリング４の内周間に
Ｏリング２３を介装して該プライマリーリング４を密封
状態で軸方向可動となしている。そして、前記保持装置
１８に一端を係着した複数のコイルばね等の弾性部材か
らなる押圧手段７の他端を環状のディスク２４を介して
前記プライマリーリング４のシール面６とは反対側端に
関係づけ、該プライマリーリング４を前記メーティング
リング３の方向へ弾性付勢して、両シール面５，６が互
いに接近する方向へ常時押圧力が作用するようになして
いる。
ング１に密封固定した環状の保持装置１８によって所定
位置に軸方向可動となして密封保持するとともに、押圧
手段７にて前記メーティングリング３のシール面５と、
当該プライマリーリング４のシール面６が接近する方向
へ付勢している。ここで、前記保持装置１８は、外周一
端をケーシング１の段部１９に当止するとともに、他端
を固定スリーブ２０に当止して軸方向の移動を規制し、
更にケーシング１と保持装置１８の外周間にはＯリング
２１を介装し、また内周縁から軸方向へ延びた環状の摺
動部２２の外周と前記プライマリーリング４の内周間に
Ｏリング２３を介装して該プライマリーリング４を密封
状態で軸方向可動となしている。そして、前記保持装置
１８に一端を係着した複数のコイルばね等の弾性部材か
らなる押圧手段７の他端を環状のディスク２４を介して
前記プライマリーリング４のシール面６とは反対側端に
関係づけ、該プライマリーリング４を前記メーティング
リング３の方向へ弾性付勢して、両シール面５，６が互
いに接近する方向へ常時押圧力が作用するようになして
いる。
【００１５】尚、前記プライマリーリング４は、前記メ
ーティングリング３に対して回転時に完全に接触しない
のではなく、回転軸２が静止状態から回転を始めて初期
の段階では接触抵抗によりメーティングリング３と摺動
し、回転軸２が一定回転数以上になった場合には主螺旋
溝８による動圧が高くなって互いのシール面５，６間に
ギャップが形成されて滑るのでプライマリーリング４は
摺動を略停止する。尚、シール面５，６間に介在する流
体の粘性によりその摺動が略停止する回転数は異なる。
ーティングリング３に対して回転時に完全に接触しない
のではなく、回転軸２が静止状態から回転を始めて初期
の段階では接触抵抗によりメーティングリング３と摺動
し、回転軸２が一定回転数以上になった場合には主螺旋
溝８による動圧が高くなって互いのシール面５，６間に
ギャップが形成されて滑るのでプライマリーリング４は
摺動を略停止する。尚、シール面５，６間に介在する流
体の粘性によりその摺動が略停止する回転数は異なる。
【００１６】また、本実施例では、メーティングリング
３とプライマリーリング４を一対備えた非接触メカニカ
ルシールＭの例を示したが、これらを複数用いて軸方向
に互いに関係づけて配列させたタンデム型のものにも採
用し得るのである。
３とプライマリーリング４を一対備えた非接触メカニカ
ルシールＭの例を示したが、これらを複数用いて軸方向
に互いに関係づけて配列させたタンデム型のものにも採
用し得るのである。
【００１７】図２及び図３は本発明のメーティングリン
グ３及びプライマリーリング４のシール面５及び６に形
成した主螺旋溝８及び副螺旋溝９のパターンの一例をそ
れぞれ示し、図示したものは主螺旋溝８及び副螺旋溝９
の本数を一致させ、略鏡像関係に形成したものである。
グ３及びプライマリーリング４のシール面５及び６に形
成した主螺旋溝８及び副螺旋溝９のパターンの一例をそ
れぞれ示し、図示したものは主螺旋溝８及び副螺旋溝９
の本数を一致させ、略鏡像関係に形成したものである。
【００１８】次に、メーティングリング３のダム巾比を
次式により定義する。 ダム巾比＝（ＧＤ−ＩＤ）／（ＯＤ−ＩＤ） （１） ダム巾比＝（ＯＤ−ＧＤ）／（ＯＤ−ＩＤ） （２） ここで、ＯＤはシール面５，６の共通部分の外形、ＩＤ
は内径、ＧＤは主螺旋溝８の溝領域と平坦領域との境界
で形成される輪郭円の直径である。
次式により定義する。 ダム巾比＝（ＧＤ−ＩＤ）／（ＯＤ−ＩＤ） （１） ダム巾比＝（ＯＤ−ＧＤ）／（ＯＤ−ＩＤ） （２） ここで、ＯＤはシール面５，６の共通部分の外形、ＩＤ
は内径、ＧＤは主螺旋溝８の溝領域と平坦領域との境界
で形成される輪郭円の直径である。
【００１９】また、プライマリーリング４のダム巾比を
次式により定義する。 ダム巾比＝（ＯＤ−ＧＤＯ＋ＧＤＩ−ＩＤ）／（ＯＤ−ＩＤ） （３） ここで、前記同様にＯＤはシール面５，６の共通部分の
外形、ＩＤは内径、ＧＤＯは副螺旋溝９の溝領域と平坦
領域との境界で形成される外方輪郭円の直径、ＧＤＩは
副螺旋溝９の溝領域と平坦領域との境界で形成される内
方輪郭円の直径である。
次式により定義する。 ダム巾比＝（ＯＤ−ＧＤＯ＋ＧＤＩ−ＩＤ）／（ＯＤ−ＩＤ） （３） ここで、前記同様にＯＤはシール面５，６の共通部分の
外形、ＩＤは内径、ＧＤＯは副螺旋溝９の溝領域と平坦
領域との境界で形成される外方輪郭円の直径、ＧＤＩは
副螺旋溝９の溝領域と平坦領域との境界で形成される内
方輪郭円の直径である。
【００２０】（１）式は主螺旋溝８をシール面５の外周
縁を始端として形成した場合に適用する式であり、
（２）は内周縁を始端として形成した場合に適用する式
であり、本発明においては主螺旋溝８のダム巾比を約
０．２〜０．８に設定している。このダム巾比の最適値
は、他のパラメータ、例えば封入流体の種類及び圧力、
回転数等によって変化するが、より好ましい値としては
主螺旋溝８のダム巾比は約０．３〜０．６である。ま
た、（３）式は副螺旋溝９をシール面６の外周縁より内
方又は内周縁より外方を始端として形成した両方に適用
できる式であり、本発明においては副螺旋溝９のダム巾
比は約０．３〜０．７に設定し、より好ましい値として
は約０．４〜０．５である。ここで、主螺旋溝８及び副
螺旋溝９を外周側に形成した場合には、（３）式のＧＤ
Ｉは（１）式のＧＤと略一致し、内周側に形成した場合
には、（３）式のＧＤＯは（２）式のＧＤと略一致す
る。
縁を始端として形成した場合に適用する式であり、
（２）は内周縁を始端として形成した場合に適用する式
であり、本発明においては主螺旋溝８のダム巾比を約
０．２〜０．８に設定している。このダム巾比の最適値
は、他のパラメータ、例えば封入流体の種類及び圧力、
回転数等によって変化するが、より好ましい値としては
主螺旋溝８のダム巾比は約０．３〜０．６である。ま
た、（３）式は副螺旋溝９をシール面６の外周縁より内
方又は内周縁より外方を始端として形成した両方に適用
できる式であり、本発明においては副螺旋溝９のダム巾
比は約０．３〜０．７に設定し、より好ましい値として
は約０．４〜０．５である。ここで、主螺旋溝８及び副
螺旋溝９を外周側に形成した場合には、（３）式のＧＤ
Ｉは（１）式のＧＤと略一致し、内周側に形成した場合
には、（３）式のＧＤＯは（２）式のＧＤと略一致す
る。
【００２１】ここで、本発明における主螺旋溝８及び副
螺旋溝９は、約２〜１５μｍの深さを有し、その巾及び
前進角の角度は封入流体のシール圧力及び回転数等によ
って決定される。ここで、ガスシール用では溝の深さは
浅く設定し、液体シール用ではそれよりも深く設定す
る。また、螺旋溝のパターンは、図２及び図３に示した
ものに限定されず、各種のパターンを採用し得る。
螺旋溝９は、約２〜１５μｍの深さを有し、その巾及び
前進角の角度は封入流体のシール圧力及び回転数等によ
って決定される。ここで、ガスシール用では溝の深さは
浅く設定し、液体シール用ではそれよりも深く設定す
る。また、螺旋溝のパターンは、図２及び図３に示した
ものに限定されず、各種のパターンを採用し得る。
【００２２】そして、当該螺旋溝をシール面の表面に形
成する方法は、炭化タングステン、炭化珪素、窒化珪
素、アルミナセラミック、金属材等の材料で所定形状に
メーティングリング３及びプライマリーリング４を成形
した後、シール面となる面に螺旋溝を化学的、物理的若
しくは電気化学的な手法を用いて形成する。例えば、エ
ッチング、粉末を吹きつけるブラスト及び各種めっき処
理によって形成することができる。尚、メーティングリ
ング３を硬度の高い前述の素材で形成し、プライマリー
リング４を硬度の低いカーボンで形成することも可能で
ある。
成する方法は、炭化タングステン、炭化珪素、窒化珪
素、アルミナセラミック、金属材等の材料で所定形状に
メーティングリング３及びプライマリーリング４を成形
した後、シール面となる面に螺旋溝を化学的、物理的若
しくは電気化学的な手法を用いて形成する。例えば、エ
ッチング、粉末を吹きつけるブラスト及び各種めっき処
理によって形成することができる。尚、メーティングリ
ング３を硬度の高い前述の素材で形成し、プライマリー
リング４を硬度の低いカーボンで形成することも可能で
ある。
【００２３】次に、本実施例の非接触メカニカルシール
Ｍにおいて、プライマリーリング４はその内周において
圧力を受けるので、その圧力バランスは、ＢＤをバラン
ス直径とすれば、 バランス＝（ＢＤ2 −ＩＤ2 ）／（ＯＤ2 −ＩＤ2 ） （４） で表され、その値は０．５〜１．５に設定している。
Ｍにおいて、プライマリーリング４はその内周において
圧力を受けるので、その圧力バランスは、ＢＤをバラン
ス直径とすれば、 バランス＝（ＢＤ2 −ＩＤ2 ）／（ＯＤ2 −ＩＤ2 ） （４） で表され、その値は０．５〜１．５に設定している。
【００２４】しかして、前記回転軸２を特定回転方向Ｒ
に回転させた場合の動作について説明する。図４及び図
５に示す如く、回転軸２の高速回転に伴い前記メーティ
ングリング３がＲ方向に回転すると、そのシール面５に
前進角を設けて形成された主螺旋溝８により所定のシー
ル圧を有する封入流体をシール面５，６間に圧送し、そ
れにより図６に示す如く、該シール面の半径方向の内部
（主螺旋溝８の終端近傍）においてシール圧ＰS より高
い動圧ＰMMが発生する。尚、ＰA は大気圧であり、ＦM
はメーティングリング３の主螺旋溝８による流体の流れ
の方向を示している。
に回転させた場合の動作について説明する。図４及び図
５に示す如く、回転軸２の高速回転に伴い前記メーティ
ングリング３がＲ方向に回転すると、そのシール面５に
前進角を設けて形成された主螺旋溝８により所定のシー
ル圧を有する封入流体をシール面５，６間に圧送し、そ
れにより図６に示す如く、該シール面の半径方向の内部
（主螺旋溝８の終端近傍）においてシール圧ＰS より高
い動圧ＰMMが発生する。尚、ＰA は大気圧であり、ＦM
はメーティングリング３の主螺旋溝８による流体の流れ
の方向を示している。
【００２５】一方、プライマリーリング４のシール面６
に形成された副螺旋溝９は該プライマリーリング４の相
対的回転方向Ｒr に対して後退角を有するので、該副螺
旋溝９によりシール面５，６間の主螺旋溝８の終端部に
存在する流体の一部を半径方向外周である高圧側Ｂへ逆
流させ、図７に示す如く、終端部の圧力ＰN を減少させ
るとともに、始端部の圧力ＰPMを高める。ここで、図７
中のＦP はプライマリーリング４の副螺旋溝９による流
体の流れ方向を示している。
に形成された副螺旋溝９は該プライマリーリング４の相
対的回転方向Ｒr に対して後退角を有するので、該副螺
旋溝９によりシール面５，６間の主螺旋溝８の終端部に
存在する流体の一部を半径方向外周である高圧側Ｂへ逆
流させ、図７に示す如く、終端部の圧力ＰN を減少させ
るとともに、始端部の圧力ＰPMを高める。ここで、図７
中のＦP はプライマリーリング４の副螺旋溝９による流
体の流れ方向を示している。
【００２６】そして、メーティングリング３の主螺旋溝
８と、プライマリーリング４の副螺旋溝９の両作用を合
わせたシール面５，６間のギャップの圧力分布の概略を
図８に示す。図８中においてＰTM1 は主螺旋溝８及び副
螺旋溝９の終端部の圧力を示し、ＰTM2 は副螺旋溝９の
始端部の圧力を示している。このように、従来の単一の
螺旋溝を形成したものにあっては、図６に示すようにシ
ール面５，６間の一ヶ所で圧力の最大を有する圧力分布
が生じていたが、本発明では図８に示すようにシール面
５，６間の内方に圧力の高い領域が広く形成された圧力
分布となり、このギャップへの封入流体の流れＦT は少
なくなり、外部（大気圧側Ａ）への漏れが少なくなるの
である。
８と、プライマリーリング４の副螺旋溝９の両作用を合
わせたシール面５，６間のギャップの圧力分布の概略を
図８に示す。図８中においてＰTM1 は主螺旋溝８及び副
螺旋溝９の終端部の圧力を示し、ＰTM2 は副螺旋溝９の
始端部の圧力を示している。このように、従来の単一の
螺旋溝を形成したものにあっては、図６に示すようにシ
ール面５，６間の一ヶ所で圧力の最大を有する圧力分布
が生じていたが、本発明では図８に示すようにシール面
５，６間の内方に圧力の高い領域が広く形成された圧力
分布となり、このギャップへの封入流体の流れＦT は少
なくなり、外部（大気圧側Ａ）への漏れが少なくなるの
である。
【００２７】このように、メーティングリング３とプラ
イマリーリング４は、前記シール圧ＰS 、主螺旋溝８に
よる動圧ＰMM、副螺旋溝９による動圧（ＰN ，ＰPM）及
び前記押圧手段７の押圧力とが釣り合った状態、即ちシ
ール面５，６間に平行なギャップが形成された非接触状
態になる。
イマリーリング４は、前記シール圧ＰS 、主螺旋溝８に
よる動圧ＰMM、副螺旋溝９による動圧（ＰN ，ＰPM）及
び前記押圧手段７の押圧力とが釣り合った状態、即ちシ
ール面５，６間に平行なギャップが形成された非接触状
態になる。
【００２８】
【発明の効果】以上にしてなる本発明の非接触メカニカ
ルシールによれば、回転軸に密封固定したメーティング
リングとケーシングに軸方向可動となして密封装着し且
つ押圧手段にて軸方向へ付勢したプライマリーリングと
の対接する両シール面であって、一方のシール面にその
外周縁若しくは内周縁を始端として延び、その終端を閉
止した主螺旋溝を設け、他方のシール面にはその外周縁
若しくは内周縁より内方位置を始端として延び、その終
端を主螺旋溝の終端と略一致させて閉止した副螺旋溝を
設け、両シール面に形成した螺旋溝を互いに略鏡像関係
になるように方向設定し、前記回転軸の特定方向回転に
伴い一方のシール面の主螺旋溝で終端へ向かう動圧を発
生させ、他方のシール面の副螺旋溝で、漏れ流体を逆流
させる動圧を発生させてなるので、メーティングリング
とプライマリーリングの両シール面のうち一方のシール
面に形成した主螺旋溝によって、封入流体をその溝の終
端へ圧送する動圧を発生させ、この流体輸送作用により
シール面間に圧送された封入流体の圧力で両シール面間
にギャップを形成し、他方のシール面に形成した副螺旋
溝によって、主螺旋溝で外部側へ圧送された封入流体の
一部をプロセス側（封入側）へ逆流させることができ、
それにより封入流体の漏れ量を最小限に抑制することが
できる。
ルシールによれば、回転軸に密封固定したメーティング
リングとケーシングに軸方向可動となして密封装着し且
つ押圧手段にて軸方向へ付勢したプライマリーリングと
の対接する両シール面であって、一方のシール面にその
外周縁若しくは内周縁を始端として延び、その終端を閉
止した主螺旋溝を設け、他方のシール面にはその外周縁
若しくは内周縁より内方位置を始端として延び、その終
端を主螺旋溝の終端と略一致させて閉止した副螺旋溝を
設け、両シール面に形成した螺旋溝を互いに略鏡像関係
になるように方向設定し、前記回転軸の特定方向回転に
伴い一方のシール面の主螺旋溝で終端へ向かう動圧を発
生させ、他方のシール面の副螺旋溝で、漏れ流体を逆流
させる動圧を発生させてなるので、メーティングリング
とプライマリーリングの両シール面のうち一方のシール
面に形成した主螺旋溝によって、封入流体をその溝の終
端へ圧送する動圧を発生させ、この流体輸送作用により
シール面間に圧送された封入流体の圧力で両シール面間
にギャップを形成し、他方のシール面に形成した副螺旋
溝によって、主螺旋溝で外部側へ圧送された封入流体の
一部をプロセス側（封入側）へ逆流させることができ、
それにより封入流体の漏れ量を最小限に抑制することが
できる。
【図１】本発明の非接触メカニカルシールを回転軸とケ
ーシング間に装着した状態の要部断面図
ーシング間に装着した状態の要部断面図
【図２】メーティングリングのシール面に形成した主螺
旋溝のパターンの一例を示す端面図
旋溝のパターンの一例を示す端面図
【図３】プライマリーリングのシール面に形成した副螺
旋溝のパターンの一例を示す端面図
旋溝のパターンの一例を示す端面図
【図４】メーティングリングとプライマリーリングのシ
ール面を対接させた状態をプライマリーリングを透視し
て示した端面図
ール面を対接させた状態をプライマリーリングを透視し
て示した端面図
【図５】メーティングリングとプライマリーリングの位
置関係を示した簡略説明図
置関係を示した簡略説明図
【図６】メーティングリングの主螺旋溝による圧力分布
図
図
【図７】プライマリーリングの副螺旋溝による圧力分布
図
図
【図８】メーティングリングの主螺旋溝とプライマリー
リングの副螺旋溝の両作用を合成した実際の状態の圧力
分布図
リングの副螺旋溝の両作用を合成した実際の状態の圧力
分布図
Ｍ 非接触メカニカルシール １ ケーシング ２：回転軸 ３ メーティングリング ４ プライマリー
リング ５ シール面 ６ シール面 ７ 押圧手段 ８ 主螺旋溝 ９ 副螺旋溝 10 固定スリーブ 11 フランジ部 12 段部 13 締着スリーブ 14 保持ナット 15 Ｏリング 16 Ｏリング 17 Ｏリング 18 保持装置 19 段部 20 固定スリーブ 21 Ｏリング 22 摺動部 23 Ｏリング 24 ディスク
リング ５ シール面 ６ シール面 ７ 押圧手段 ８ 主螺旋溝 ９ 副螺旋溝 10 固定スリーブ 11 フランジ部 12 段部 13 締着スリーブ 14 保持ナット 15 Ｏリング 16 Ｏリング 17 Ｏリング 18 保持装置 19 段部 20 固定スリーブ 21 Ｏリング 22 摺動部 23 Ｏリング 24 ディスク
Claims (3)
- 【請求項１】 回転軸に密封固定したメーティングリン
グとケーシングに軸方向可動となして密封装着し且つ押
圧手段にて軸方向へ付勢したプライマリーリングとの対
接する両シール面であって、一方のシール面にその外周
縁若しくは内周縁を始端として延び、その終端を閉止し
た主螺旋溝を設け、他方のシール面にはその外周縁若し
くは内周縁より内方位置を始端として延び、その終端を
主螺旋溝の終端と略一致させて閉止した副螺旋溝を設
け、両シール面に形成した螺旋溝を互いに略鏡像関係に
なるように方向設定し、前記回転軸の特定方向回転に伴
い一方のシール面の主螺旋溝で終端へ向かう動圧を発生
させ、他方のシール面の副螺旋溝で、漏れ流体を逆流さ
せる動圧を発生させてなることを特徴とする非接触メカ
ニカルシール。 - 【請求項２】 前記主螺旋溝のダム巾比を約０．２〜
０．８に設定してなる請求項１記載の非接触メカニカル
シール。 - 【請求項３】 前記副螺旋溝のダム巾比を約０．３〜
０．７に設定してなる請求項１記載の非接触メカニカル
シール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35226491A JPH05164249A (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 非接触メカニカルシール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35226491A JPH05164249A (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 非接触メカニカルシール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05164249A true JPH05164249A (ja) | 1993-06-29 |
Family
ID=18422873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35226491A Pending JPH05164249A (ja) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 非接触メカニカルシール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05164249A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2414282A (en) * | 2004-05-10 | 2005-11-23 | Aes Eng Ltd | Mechanical seal |
| CN104235381A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-24 | 江苏大学 | 一种带有储液槽的动静压结合机械密封结构 |
| JP2016516958A (ja) * | 2013-04-22 | 2016-06-09 | カール・フロイデンベルク・カーゲーＣａｒｌ Ｆｒｅｕｄｅｎｂｅｒｇ ＫＧ | スライドリングシール |
| US9714712B2 (en) | 2014-08-15 | 2017-07-25 | Eaton Corporation | Hydrodynamic mating ring with integrated groove inlet pressure control |
| CN108825788A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-11-16 | 天津科技大学 | 新型机械密封端面结构 |
| JP2018200068A (ja) * | 2017-05-26 | 2018-12-20 | 日本ピラー工業株式会社 | シール構造及びメカニカルシール |
| WO2020209258A1 (ja) | 2019-04-09 | 2020-10-15 | イーグル工業株式会社 | 摺動部品 |
| CN113154044A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-23 | 江苏腾旋科技股份有限公司 | 双端面面对面大轴径紧凑型机械密封 |
| CN113412370A (zh) * | 2019-02-15 | 2021-09-17 | 伊格尔工业股份有限公司 | 滑动部件 |
| US11125334B2 (en) | 2016-12-21 | 2021-09-21 | Eaton Intelligent Power Limited | Hydrodynamic sealing component and assembly |
| JP2023547640A (ja) * | 2020-10-29 | 2023-11-13 | イーグルブルクマン ジャーマニー ゲセルシャフト ミト ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディトゲゼルシャフト | 係合解除に対して固定された摺動リングシールアセンブリ |
| US12049962B2 (en) | 2019-02-04 | 2024-07-30 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
| US12281671B2 (en) | 2020-10-14 | 2025-04-22 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
| US12516737B2 (en) | 2020-09-29 | 2026-01-06 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
-
1991
- 1991-12-13 JP JP35226491A patent/JPH05164249A/ja active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2414282A (en) * | 2004-05-10 | 2005-11-23 | Aes Eng Ltd | Mechanical seal |
| JP2016516958A (ja) * | 2013-04-22 | 2016-06-09 | カール・フロイデンベルク・カーゲーＣａｒｌ Ｆｒｅｕｄｅｎｂｅｒｇ ＫＧ | スライドリングシール |
| US9714712B2 (en) | 2014-08-15 | 2017-07-25 | Eaton Corporation | Hydrodynamic mating ring with integrated groove inlet pressure control |
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| US11125334B2 (en) | 2016-12-21 | 2021-09-21 | Eaton Intelligent Power Limited | Hydrodynamic sealing component and assembly |
| JP2018200068A (ja) * | 2017-05-26 | 2018-12-20 | 日本ピラー工業株式会社 | シール構造及びメカニカルシール |
| CN108825788A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-11-16 | 天津科技大学 | 新型机械密封端面结构 |
| US12049962B2 (en) | 2019-02-04 | 2024-07-30 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
| US12385567B2 (en) | 2019-02-04 | 2025-08-12 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
| CN113412370A (zh) * | 2019-02-15 | 2021-09-17 | 伊格尔工业股份有限公司 | 滑动部件 |
| CN113412370B (zh) * | 2019-02-15 | 2023-03-10 | 伊格尔工业股份有限公司 | 滑动部件 |
| US11821461B2 (en) | 2019-02-15 | 2023-11-21 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding components |
| KR20210145791A (ko) | 2019-04-09 | 2021-12-02 | 이구루코교 가부시기가이샤 | 슬라이딩 부품 |
| KR20230159647A (ko) | 2019-04-09 | 2023-11-21 | 이구루코교 가부시기가이샤 | 슬라이딩 부품 |
| WO2020209258A1 (ja) | 2019-04-09 | 2020-10-15 | イーグル工業株式会社 | 摺動部品 |
| US12510113B2 (en) | 2019-04-09 | 2025-12-30 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
| US12516737B2 (en) | 2020-09-29 | 2026-01-06 | Eagle Industry Co., Ltd. | Sliding component |
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| JP2023547640A (ja) * | 2020-10-29 | 2023-11-13 | イーグルブルクマン ジャーマニー ゲセルシャフト ミト ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディトゲゼルシャフト | 係合解除に対して固定された摺動リングシールアセンブリ |
| CN113154044A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-23 | 江苏腾旋科技股份有限公司 | 双端面面对面大轴径紧凑型机械密封 |
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