JPH0560247A - 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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JPH0560247A
JPH0560247A JP21388991A JP21388991A JPH0560247A JP H0560247 A JPH0560247 A JP H0560247A JP 21388991 A JP21388991 A JP 21388991A JP 21388991 A JP21388991 A JP 21388991A JP H0560247 A JPH0560247 A JP H0560247A
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JP
Japan
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seal
dynamic pressure
seal surface
dimension
seal ring
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JP21388991A
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Tadayuki Shimizu
忠之 清水
Toshihiko Fuse
敏彦 布施
Eiji Okumachi
英二 奥町
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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】 【目的】 回転密封環のシール面に円周方向に等間隔に
配置されて径方向へ延びる複数の流体導入溝と、これに
連通して円周方向へ延びる動圧発生グルーブとを備えた
ものにおいて、シール面間の微小隙間を、自己整合機能
の向上によって安定的に保持させるようにする。 【構成】 シール面2aの径外端から動圧発生グルーブ
6の径方向内側6aまでの寸法Dとシール面2aの径方
向の幅Wとの比が0.3を越え、0.5未満に設定さ
れ、さらに静止密封環4を構成するカーボン材の密度が
1.7〜2.4g/cm3 で、かつヤング率が1200
〜2500kg/mm2に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばガスタービン、
ブロアーあるいはエ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
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えばガスタービン、ブロア
ーあるいはエアコンプレッサーなどの高圧流体機器の軸
封部に適用されるシール装置として、図1に示すよう
に、被軸封機器の回転部材1(図示例では回転軸1Aと
同時回転する回転スリーブ1B)と同時回転する回転密
封環2Aを設けた回転側シール要素2と、被軸封機器の
ケーシング3側に固定されたスプリングリテーナ3A
に、周方向に等間隔で配置した回り止めピン3Bを介し
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止密封環4Aを設けた
固定側シール要素4とを有し、上記回転密封環2Aのシ
ール面2aには、図5に示すように、円周方向に等間隔
で径方向にのびる幅狭深底の流体導入溝5を複数形成
し、これら流体導入溝5のそれぞれに連通し、かつ円周
方向の一方(例えば矢印aで示す回転方向の反対側)に
のびる幅広浅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られている。
【0003】このメカニカルシールでは、回転密封環2
Aが回転すると、高圧側Yの流体が流体導入溝5から動
圧発生グルーブ6に流入して、シール面2aと、静止密
封環4Aのシール面4aとの間に動圧を発生させ、シー
ル面4aをシール面2aから離す方向に付勢し、シール
面4aをシール面2aに当接させる方向に付勢している
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5〜20μm程度
の狭いシール隙間を形成し低圧側Xと高圧側Yとを非接
触状態でシールするように構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、シール面2
a,4a間に、十分に平行で一定のシール隙間を維持さ
せるためには、シール面2a,4aによる自己整合機能
を有効に発揮させる必要がある。この自己整合機能は、
シール面2aの径外端から動作発生グルーブ6の径方向
内側までの寸法と上記シール面の径方向の幅(以下、シ
ール面幅と称す)寸法に大きく左右されるが、従来のも
のでは、この点についての配慮がなされていないので、
自己整合機能を安定的に発揮させ得る保証がない。
【0005】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、自己整合機能を有効に発揮させる
ことができ、シール性能の信頼性を向上し得る非接触形
メカニカルシールを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る非接触形メカニカルシールは、シール
面の径外端から動圧発生グルーブの径方向の内側までの
寸法と上記シール面幅の寸法との比が0.3を越え、か
つ0.5未満に設定され、静止密封環を構成するカーボ
ン材の密度が1.7〜2.4g/cm3 で、かつヤング
率が1200〜2500kg/mm2 に設定されたもの
である。
【0007】
【作用】本発明によれば、回転密封環の回転により、流
体導入溝に連通す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。この時、シール面の径外側から動圧発生グルーブの
径方向の内側までの寸法と上記シール面幅の寸法との比
が0.3を越え、0.5未満に設定されているので、シ
ール面同志の自己整合機能が有効に発揮され、シール面
間の平行性が確実に保たれる。
【0008】また、静止密封環をカーボン材で構成し、
その密度を比較的小さく設定したので、傾きに対する追
従性が向上し、さらにヤング率も設定したので、歪易く
なって自己整合機能の向上に有利となる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図1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、図2は回転密封環の一実施例を示す正
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の配置の寸法を特定した構成に係
り、この点を除く他の部材および構成は従来例と同一で
あるため、図2において、図5に相当する部分には、そ
れぞれ同一の符号を付して、その詳細な説明は省略す
る。
【0010】図1および図2において、回転密封環2A
のシール面2aには、円周方向に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12個)形成されている。この流体導入溝5の
深さは5μm〜1mm程度である。6は各流体導入溝5
にそれぞれ連通して円周方向の一方(反時計方向)、即
ち、矢印b方向へ延びる動圧発生グルーブであり、この
動圧発生グルーブ6は、深さが4〜8μmであり、上記
円周方向の長さは4〜10mmであり、幅寸法Hはシー
ル面幅Wの30%程に設定されているが、0.2<H/
W≦0.3の範囲でもよい。また、シール面2aの径外
側から動圧発生グルーブ6の径方向内側6aまでの寸法
Dとシール面幅Wとの比は、0.3<D/W<0.5に
設定されている。この回転密封環2Aとしては、耐食
性、熱伝導性、耐摩耗性に優れた硬質材料、たとえば超
硬合金やSiCが選ばれる。
【0011】一方、静止密封環4Aは、起動時等に相手
シール面2aと接触しても自己潤滑性を保って焼き付け
などが起こりにくいようにカーボン材で構成されてお
り、その密度は1.7〜2.4g/cm3 に設定され、
かつ、ヤング率は1200〜2500kg/mm2 に設
定されている。
【0012】なお、上記静止密封環4Aの外周は、スプ
リングリテーナ3Aの内周面に対して0.3〜0.6m
m程度の微小隙間Gを設けて軸方向に移動可能に設定さ
れている。
【0013】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
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、シール面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5〜20μm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。この時の圧力分布を図3に示す。
【0014】上記動圧発生グルーブ6がシール面2aの
径方向の一方に偏位していると、動圧発生作用が有効に
働かず、シール面2a,4aの平行性を維持させにくい
が、上記のように0.3<D/W<0.5に設定するこ
とで、自己整合機能が高められ、シール面2a,4a同
志の接触が回避されるので、所定のシール隙間が確保さ
れてシール破壊を未然に防止することができる。
【0015】ところで、上記回転密封環2Aに形成され
ている動圧発生グルーブ6の深さは4〜8μmと浅いも
のであるが、回転密封環2Aを超硬合金などで構成して
あるので、摩耗が抑制され、動圧発生機能を十分発揮さ
せることができる。一方、静止密封環4Aは、起動時や
停止直前に相手方に接触されるおそれがあるが、これを
カーボン材で構成することにより、上記接触などがあっ
ても、自己潤滑性によって焼付けや損傷が生じるのを防
止することができる。とくに、上記カーボン材として、
その密度を比較的低く設定しているので、軽量化によっ
て追従性が高められ、さらにヤング率も比較的低く設定
したことによって、シール面圧に影響を受けない程度
で、適正に歪変形して自己整合機能を良好に維持させる
ことが可能になる。
【0016】図4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、上記第1実施例と同じ
構成の流体導入溝5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
成した構成となっている。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、上記第1実施例と同じ作用効果を奏することがで
きる。即ち、回転方向が一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する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。
【0017】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次のような効果を奏する。すなわち、この発明の非
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、流体導入溝に連通す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。特に、シール面の径外側から
動圧発生グルーブの径方向内側までの寸法とシール面幅
との比を特定したことにより、自己整合機能が確実に発
揮されてシール面の平行性を保たせることができる。さ
らに、静止密封環の材質を特定したことによって、追従
性なども適正良好なものとして、所定の自己整合機能の
向上を確実に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による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である。
【図2】回転密封環の第1実施例を示す拡大正面図であ
る。
【図3】シール面の圧力分布図である。
【図4】回転密封環の第2実施例を示す拡大正面図であ
る。
【図5】従来のものの回転密封環の上半部を示す拡大正
面図である。
【符号の説明】
1 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 6 動圧発生グルーブ 6a 径方向内側 D シール面の径外側から動圧発生クルーブの径方向内
側までの寸法 W シール面幅

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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
    定側シール要素とを備え、回転密封環のシール面に円周
    方向に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た非接触形メカニ
    カルシールにおいて、上記シール面の径外側から動圧発
    生グルーブの径方向の内側までの寸法と上記シール面の
    径方向の幅寸法との比が0.3を越え、かつ0.5未満
    に設定され、さらに、静止密封環を構成するカーボン材
    の密度が1.7〜2.4g/cm3 で、かつヤング率が
    1200〜2500kg/mm2 に設定されていること
    を特徴とする非接触形メカニカルシール。
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