JPH05589B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 流体を収容するハウジング１２から突出する
回転軸１０をシールして上記流体を上記ハウジン
グ１２内に保持するメカニカル・シールであつ
て、 (a) 上記回転軸１０を取り囲んで固定され、シー
ルされ、上記ハウジング１２から突出するスリ
ーブ２６と、 (b) 上記スリーブ２６により支持された環状回転
シール素子３８，４０と、 (c) 上記スリーブ２６を取り囲んで、上記ハウジ
ング１２に固定され、シールされるエンドプレ
ート２２と、 (d) 上記エンドプレート２２に支持された環状静
止シール素子５２，５４と、 (e) 上記両シール素子をそれらの対向する環状シ
ール表面４８，５０で接触するように押圧し
て、その間に運動シールを形成するばね手段６
４とを含み、かつ (f) 単一部品の多目的ブツシユ６０が上記両シ
ール素子４０，５２の外側の上記エンドプレー
ト２２内に配置され、かつ上記両シール素子４
０，５２の間から、上記流体がいくらかでも洩
れるのを止めるように上記スリーブ２６と狭い
遊〓で嵌合し、また上記ばね手段６４を支持
し、位置決めしており、また当該ブツシユ６
０は抗スパーク材で構成され、かつ万一上記ス
リーブ２６が上記回転軸１０に固定されなくな
つた場合に上記スリーブ２６の端部３０が当該
ブツシユ６０に接触することによつて上記端部
３０が上記エンドプレート２２に接触しないよ
うに配置され、また当該ブツシユ６０は、上
記エンドプレート２２に対して回転しないよう
にしてあり、かつ上記静止シール素子５４，５
２と噛み合い、当該ブツシユ６０に対して上記
静止シール素子５４，５２が回転しないように
してあり、さらに当該ブツシユ６０は上記ス
リーブ２６との間の小さい間〓をシールするに
適するシール手段７８を支持していることを特
徴とするメカニカル・シール。

２ ピン７０が上記エンドプレート２２を貫通延
長して上記ブツシユ６０の開口部７２に係合する
ことによつて当該ブツシユ６０が、上記エンドプ
レート２２に対して回転しないようになされてい
る請求の範囲第１項記載のメカニカル・シール。

３ 上記ブツシユ６０は上記エンドプレート２２
の開口部にゆるく嵌合しており、上記スリーブ２
６の半径方向運動に即応して当該ブツシユ６０が
上記エンドプレート２２内で浮動運動し得るよう
にしてある請求の範囲第１項または第２項記載の
メカニカル・シール。

４ 上記ブツシユ６０が、上記エンドプレート２
２と当該ブツシユ６０との実質上円筒状表面の間
に配置されているＯリング６８によつて、上記エ
ンドプレート２２にシールされている請求の範囲
第１項記載のメカニカル・シール。

５ 上記Ｏリング６８が、上記ブツシユ６０の円
周溝に配置されている請求の範囲第４項記載のメ
カニカル・シール。

６ 上記ブツシユ６０が、当該ブツシユ６０と上
記エンドプレート２２のフランジ９０との半径方
向表面の間に配置したＯリングによつて、エンド
プレート２２にシールされている請求の範囲第３
項記載のメカニカル・シール。

７ 上記フランジ９０がサークリツプ６２により
上記エンドプレート２２の円周溝に保持されてい
る１対の半円ワツシヤ９０によつて形成されてい
る請求の範囲第６項記載のメカニカル・シール。

８ 上記Ｏリングが、上記ブツシユ６０の半径方
向表面に形成されている環状溝に配置されている
請求の範囲第６項記載のメカニカル・シール。

９ 上記エンドプレート２２と上記スリーブ２６
との間と、シール素子４０，５２とブツシユ６０
との間に区切られた空間が、上記エンドプレート
２２に形成されたポート８０を通つて供給され、
上記エンドプレート２２に形成されている別のポ
ートから排出される冷却媒体によつて充満される
ようになつている請求の範囲第３項ないし第８項
のいずれかに記載のメカニカル・シール。

１０ 上記エンドプレート２２と上記スリーブ２
６上の上記フランジ２６との間にキー８８を挿入
することによつて上記エンドプレート２２が上記
ハウジング１２に固定された後に、かつ上記スリ
ーブ２６が上記回転軸１０に固定される以前に上
記スリーブ２６が上記回転軸１０に対して位置決
めされ、上記キー８８は当該シール装置の差動時
には取り除かれるようになつている請求の範囲第
１項記載のメカニカル・シール。

１１ 上記スリーブ２６の上記端部が上記回転軸
１０上に上記スリーブ２６を固定するに適するカ
ラー３０で構成されていて、当該カラー３０に
は、上記スリーブ２６を上記回転軸１０に圧着す
るに適する多数のセツトねじ３２が設けられてい
る請求の範囲第１項または第１０項記載のメカニ
カル・シール。

１２ 上記エンドプレート２２に形成されたポー
ト８４が上記シール素子４０、５２の内部にわた
つて、流体の循環を許容するようになつている請
求の範囲第１項または第２項記載のメカニカル・
シール。

技術分野 本発明は、通常加圧下で流体が封じ込められて
いるハウジングから突出する回転軸の流体洩れを
防ぐために使用される型式のメカニカル・シール
に関する。

本発明は、組立単位部品として供給され、回転
軸にかぶせて適用するカートリツジ型のメカニカ
ル・シールに、特に、関係する。そのエンドプレ
ートは、ただ単にそのハウジングにボルトで締め
られ、スリーブは、ただ単に回転軸にしつかりと
固定される。

背景技術 本型式のシールは、例えば米国特許3051498号、
並びに、英国特許1465069号、1471891号、及び
1471892号など多数の特許明細書に開示されてい
る。本発明の目的は従来技術の改良にある。

発明の開示 本発明に基いて、流体物が封じ込められている
ハウジングから突出する回転軸の流体洩れを防ぐ
ために使用されるメカニカル・シールが供給さ
れ、そのシールは次のものから構成されている。

(i) 洩れをシールし、回転軸の周りにしつかりと
固定され、ハウジングから外部に延びるスリー
ブ； (ii) 該スリーブで支えられかつシールされた環状
回転シール素子； (iii) 該スリーブを取り囲んで、洩れをシールし、
ハウジングにしつかり取り付けられるエンドプ
レート； (iv) 該エンドプレートで支えられかつシールされ
た環状静止シール素子； (v) 両シール素子を相対する環状シール表面で接
触せしめて、その間に、走行シールを形成する
バネ装置でつぎの特徴をもつ； (vi) 多目的ブツシユがエンドプレートに配置され
ていて、シール素子の間から少しでも洩れが起
るのを止めるために、スリーブに締りばめにな
つており、かつバネ装置を支えその位置を定め
ている。

このブツシユは、沢山の特徴の基盤を形成して
いて、シールの設計を複雑にする必要なしに所望
のシールを簡単に具体化させることができる。

こうして、そのスリーブが回転軸からゆるみそ
うになつた場合には、スリーブ上のフランジがブ
ツシユに接触することによつてスリーブがエンド
プレートに接触しないようにエンドプレート中に
配置されていて、しかもそのブツシユが抗スパー
ク材料で構成されているのが望ましい。可燃性の
品物の場合には、スパークを発する可能性を最小
とすることが必要不可欠である。ブツシユを青銅
その他の抗スパーク材料で構成すると、それ自体
がスリーブ上で、継続的に摩擦し続けることによ
つて、または特に、時々スリーブがゆるんで押圧
装置に押されてエンドプレートに接触することに
よつて火花を起す可能性が減少する。

更に、ブツシユは、エンドプレートに対して、
回転しないように防止され、かつ静止シール素子
がブツシユに対して回転しないように該静止シー
ル素子と噛み合つている。

何等かの形で回転阻止機構が、静止シール素子
には常に要求され、そのための簡単な解決が与え
られている。エンドプレートから延びてブツシユ
の溝孔に係合するピンを設けてブツシユの回転を
防止することが望ましい。

ブツシユには、そのブツシユとスリーブとの間
の小さい間隙をシールするリツプシールを設けて
もよい。この場合ブツシユはそれ自体がエンドプ
レートにシールされる。

さらに、エンドプレートとスリーブとの間及び
両シール素子とブツシユとの間の空間には、エン
ドプレートの一つのポートを通つて供給されエン
ドプレートの別のポートから排出される冷却媒体
を充填させてもよい。

冷却媒体はシール素子の外側を循環してそれを
冷却し、かつシール素子から洩れる流体物を洗い
流し去るのにも役立つ。エンドプレートに設けた
ポートは流体物をシール素子の内部に循環させて
シール素子を冷却し、かつシールの作用に悪影響
を及ぼすような異物がハウジングのこの区域に存
在しないようにするために使用することもでき
る。ブツシユとエンドプレートとの実質上円筒形
の表面間に配置されたＯリングによつてブツシユ
とエンドプレートとをシールしてもよい。Ｏリン
グはブツシユの円周溝に配置することが望まし
い。

他面ブツシユは、スリーブの半径方向運動に応
じてエンドプレート内で浮動運動することが出来
るように、エンドプレートの孔にゆるく嵌合させ
てもよい。ブツシユをスリーブにさらに狭い遊隙
で取付けてもよいが、軸がその軸線のまわりに偏
心して回転することがあつても、あるいはエンド
プレートが軸に偏心して取り付けられることがあ
つても、スリーブが“ひつかゝる”心配がないよ
うにする。

ブツシユの半径方向遊動を充分に小さいものと
する必要があるが、上述のシール装置は普通は極
めて満足出来るものであるが、当該ブツシユがそ
れとエンドプレート上のフランジの半径方向表面
との間に配置したＯリングでエンドプレートにシ
ールされているのが望ましい。フランジはサーク
リツプでエンドプレートの円周溝に保持された一
対の半円ワツシヤで構成されてもよい。

エンドプレートをハウジングに固定した後に、
スリーブを軸に固定する前にスリーブ上のフラン
ジとエンドプレートとの間にキーを挿入して、ス
リーブを軸に対して位置決めすることが望まし
い。このキーはシール装置の作動時には取り除く
ようにする。この場合フランジは、スリーブを軸
に固定するに適した事実上のカラーとする。その
カラーには、スリーブを軸に圧着するための沢山
のネジを設ける。

【図面の簡単な説明】

本発明の上述およびその他の特徴は、添付図面
を参照して、本発明によるシール装置についての
以下の記述に例示されている。

第１図は、本発明の具体例としてハウジングと
軸に接続しているメカニカル・カートリツジ・シ
ールを、第２図に示す−線に沿つて切断した
断面図であつて、第１ａ図は別の具体例の部分断
面図である。

第２図は、第１図の矢印Ｘの方向にみた端面図
で、第２ａ図は第２図のＡ−Ａ線に沿つた部分断
面図である。

第３図は、第１図に示したシールに使用した締
りばめブツシユの断面図である。

本発明の最良の実施態様 図面において、軸１０はハウジング１２内で回
転し、ハウジング内部１４は、加圧下でハウジン
グ１２に内蔵している流体が逃げ出さないよう
に、その外部１６からシールされていなければな
らない。そのような状態は、流体ポンプその他で
流体圧が非常に変動するものに普通みられるもの
である。

ハウジング１２と軸１０をシールするために、
カートリツジ型メカニカル・シール１８が設置さ
れていて、そのシールのエンドプレート２２を通
貫しているボルト２０で、ハウジング１２に締め
付けてある。シール２４がハウジング１２に対し
てエンドプレート２２をシールしている。

スリーブ２６が後述する手段でエンドプレート
２２に保持され、軸１０に嵌合しＯリング２８で
軸に対してシールされている。

スリーブ２６は、カラー３０で軸１０に締め付
けられ、沢山のセツトねじ３２または類似のもの
がスリーブ２６の複数のフインガー３４を軸１０
に押し付けるために設けられている。カラー３０
もスリーブ２６を軸１０に軸方向に正確に位置決
めするのに役立つが、ねじ３２が締つてない時
は、カラー３０はサークリツプ３６でスリーブ３
４に保持される。

スリーブ２６は、回転シールアセンブリ３７を
支えている。このシールアセンブリは、シールス
リーブ３８、シール素子４０とその間に配置した
Ｏリング４２とからなつている。シールスリーブ
３８は、スリーブ２６に狭い遊隙で嵌合し、シー
ル素子４０の溝孔４６に係合するラグ４４を有
し、シール素子がスリーブ２６に対して回転しな
いようにしている。シール素子４０は環状シール
面４８を有し、Ｏリング５２に対してシール素子
４０を押し付けている静止シール素子５２のシー
ル面５０に対して運動する。こうしてシール素子
４０は、スリーブ２６に対してシールされる。

静止シール素子５２は、第２のシールスリーブ
５４内に保持され、それに対してシールされてい
る。第２のシールスリーブ５４はエンドプレート
２２内に保持され、Ｏリング５６によつてそれに
対しシールされている。

バネ６４がエンドプレート２２内に配置され、
第２のシールスリーブ５４を第１のシールスリー
ブ３８に向けて押し付けているので、二つのシー
ル素子４０，５２はお互いに相手に押圧され、そ
の間に運動シールを形成する。

バネ６４は、サークリツプ６２でエンドプレー
ト２２内に保持されている狭い遊隙のブツシユ６
０に設けられた環状溝６６内に保持されている。
ブツシユ６０は、スリーブ２６に狭い運動遊隙で
嵌合し、シール素子４０，５２のそれぞれの面４
８，５０の間の主シールが故障した場合には、装
置全体が止められてシール１８が交換されるまで
の間、スリーブ２６とブツシユ６０との間の小さ
い間隙がシールから流れ出る流体の流れを制限す
る。

ブツシユ６０は、Ｏリング６８でエンドプレー
トに対してシールされている。静止シール素子５
２とそのスリーブが、回転シール素子４０によつ
て回転させられるのを防止する必要がある。この
ことは従来はしばしば、バネそれ自体によつて
か、エンドプレートから延びてスリーブ５４の軸
方向スロツトに係合するピンによつて達成されて
来たが、ばねの場合にはバネが回転を押えるに十
分なだけ剛くなく、特に始動時にシール素子４
０，５２がその間に生じた流体生成物でくつ付き
合つている場合に不十分である。ピンの場合に
は、そのピンが軸方向スロツトを横切る方向の円
周方向スロツトを摩耗させる傾向があつて、表面
４８，５０の摩耗の補償のため及び例えば軸の軸
方向熱膨張を可能とするために必要なスリーブ５
４の円滑な軸方向運動を妨げる。そこで本発明で
はブツシユ６０には軸方向に延びるスロツト７６
（第３図参照）があつて、これにスリーブ５４の
対応するラグ７４が係合する。ラグとスロツトに
かかる荷重は広い範囲に分布するので、摩耗は最
少限とされ、摩耗が生じた場合にも、相互の軸方
向の円滑な運動が妨げられない。

勿論、ブツシユ６０は、回転しないようにして
おかなければならないが、軸方向に動く必要がな
いので、スロツトとピンとの配置は十分に満足で
きる。ピン７０は、エンドプレートから延びて、
ブツシユ６０（第３図）のスロツト７２に係合す
る。

さらに、ブツシユ６０はリツプシール７８を支
持し、これがスリーブ２６に対してシールし、主
シール４８、５０からの僅かの洩れも外部１６に
逃れ出ないように防止している。最良の効果を挙
げるため、シール表面４８，５０を冷却又は保温
することが要求された場合、冷却媒体をそこに保
持することもできる。冷却媒体は、エンドプレー
ト２２に設けられた孔８０を通つて供給され、バ
ネ６４をまわり、ブツシユ６０の下方をリツプシ
ール７８の処まで通り、シールスリーブ５４の下
方をシール表面４８，５０まで循環する。別の孔
８２（第２図）から冷却媒体は排出される。

シーリング素子４０，５２の内部を冷却循環す
ることによつて流体生成物のいくらかを孔８４か
ら排出することができる。

シール１８が軸１０とハウジング１２上に組立
てられる場合に、グラブねじ３２がゆるめられ、
全アセンブリ１８が軸１０上を滑つてエンドプレ
ート２２をハウジング１２に接触せしめる。ナツ
ト２０がしつかり締め付けられる。この段階で、
スリーブ２６は、軸１０上で小さい限度内で軸方
向に自由に運動可能であり、これをエンドプレー
トに対し、軸上に正しい位置に固定させるために
幾つかの定着キー８６をカラー３０とエンドプレ
ート２２上のエンドフランジ８８との間に挿入す
る。カラー３２が正しい位置に引きよせられると
それはスリーブ２６上のサークリツプ３６に接触
し、スリーブ２６が正しい位置に引きよせられ
る。スリーブ２６、シーリング素子４０をシーリ
ング素子５２に接触するように引きよせ、それに
よつて表面４８，５０を互いに圧着し、Ｏリング
４２をスプリング６４の圧力に向つて圧縮する。
バネ６４はブツシユ６０をその保持サークリツプ
に向つて圧着する。グラブねじ３２はそこで締付
けられ、次いで定着キーは取り脱される。キー８
６は、Ｔ断面のプラステイツクの輪であり得る。

セツトねじが稼働中にゆるんでスリーブ２６が
軸１０上で滑動する程度になるならば、スリーブ
とカラーはバネ６４によつてブツシユ６０の方向
に押し付けられる。しかし、ブツシユ６０はエン
ドフランジ８８を超えて突出するように配置され
ているので、カラー３０がはじめにブツシユ６０
に接触する。ブツシユ６０は燐青銅のような抗ス
パーク材で出来ているので、回転しているスリー
ブと静止ブツシユとの摩擦で火花が発生する可能
性は最少限に抑えられる。

第１図で、ブツシユ６０はエンドプレート２２
内に狭い遊隙をもつて図示されていて、Ｏリング
６８でシールされている。ブツシユ６０とスリー
ブ２６の最小すき間は、それ故エンドプレート２
２が軸１０、あるいは軸自体の回転に関連して、
偏心が存在するか否かで決定される。もしそのす
き間が何れかの原因による偏心を補償するに不充
分であるなら、特に両者が重畳したときは、ブツ
シユはひつかかるかスリーブに固着してしまう。

第１ａ図で、ブツシユ６０′はエンドプレート
２２内で若干の半径方向間隙が与えられ、すなわ
ち浮動する。もしエンドプレートが、軸に対して
著しく偏心して位置されていれば、ブツシユ６
０′は軸と同心の位置をとるので軸の偏心は、ス
リーブとブツシユとの間に許容されたすき間の範
囲に留まる。仮りに軸の偏心がそのすき間よりも
大きくとも、ブツシユが第１ａ図の矢印Ａで示さ
れている通り単に半径方向に往復移動するだけで
ある。更に軸の偏心がなく位置決め時の偏心のみ
を考慮すればよいのならば、ブツシユは、第１図
の実施例に示す普通に許容するより、スリーブと
の間の遊隙を小さくしてもよい。

第１図に示したブツシユとエンドプレートとの
間のシール位置は、全く充分であるが、第１ａ図
に示すように半径方向位置にＯリング６８を移動
させる必要があることもあり得る。この場合留め
ワツシヤ９０にそれが押し付けられる。ワツシヤ
９０は２つの半円ワツシヤで、サークリツプ６２
でその位置に保持される。

以上のことから、狭い遊隙のブツシユが、沢山
の重要な作業を達成しているが、これらは従来
別々の構成部品で達成されていたものである。

先ず第１に、起り得る洩れを斯くも最少限にし
ているのは、狭い遊隙のブツシユであること、第
２に、必要に応じ、この機能を果すのは抗スパー
ク機構であること、第３番目に、唯単に冷却媒体
シールばかりでなく主シールが故障した場合に追
加の動的なシール機能を持つようにリツプシール
付きのハウジングが設けられていること、第４番
目に、静止シール素子に対する抗回転機構が設け
られており、そして第５番目は、バネに対するス
リーブカツプが設けられている。

これらの機能を全部一つの要素に置いて、シー
ルの残余の設計を単純化して、万一これらの機能
の何れかが、故障して作用しない場合には、その
ブツシユだけを交換するだけでよい。