JPH06174109A - メカニカルシール組立体 - Google Patents
メカニカルシール組立体Info
- Publication number
- JPH06174109A JPH06174109A JP5084584A JP8458493A JPH06174109A JP H06174109 A JPH06174109 A JP H06174109A JP 5084584 A JP5084584 A JP 5084584A JP 8458493 A JP8458493 A JP 8458493A JP H06174109 A JPH06174109 A JP H06174109A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ring
- rotatable
- seal ring
- seal assembly
- mechanical seal
- Prior art date
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- Granted
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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
- F16J15/3464—Mounting of the seal
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
Abstract
メカニカルシール組立体の外部に逃がさないメカニカル
シール組立体を提供する。 【構成】 メカニカルシール組立体10は軸12に接続
された回転可能なシールリング20とハウジング16に
接続された静止すなわち非回転シールリング22とを備
える。円筒状の駆動リング42は回転可能なシールリン
グ20を囲み、環状の被い76が円筒状の駆動リング4
2に取り付けられかつその駆動リングから伸びて環状の
リップ74で終わり、そのリップは回転可能なシールリ
ングのシール面に隣接して回転可能なシールリング20
と接触して配置されている。被い76は複数の円周方向
に隔てられたスロットが設けられている。軸が非回転シ
ールリングに向かって移動するとき被いの端部を非回転
シールリングに向かって移動する装置が設けられる。
Description
に沿う高圧流体の制御されない漏れを防止するためにポ
ンプと共に造られかつ使用される高圧メカニカルシール
組立体に関し、更に詳細には、ポンプの故障又はその他
の誤動作中に砕け又は破砕する、堅くて比較的もろいシ
ール面材料を使用するメカニカルシール組立体に関す
る。
に遭遇する圧力及び温度の極端にかつ幅広く変化する条
件に対する要件を満たすために、原子炉冷却ポンプ、ボ
イラー循環ポンプ、ボイラー供給ポンプ及びパイプライ
ンポンプと共に使用される。このような組立体の例は、
マーシ(Marsi)その他に与えられた米国特許第
4,568,719号及びマーシに与えられ1991年
12月31日に発行された5,076,589号に示さ
れている。
能な軸と共に回転するようにその軸に接続された回転可
能なシールリングと、ハウジングのフランジに接続され
た非回転すなわち静止シールリングとを備えている。各
シールリングは半径方向に配置されたシール面を有しか
つシール面は互いに対向している。シール面の一方の回
転に対して潤滑する流体のフィルムがシール面間に存在
する。多くのシール組立体において、一つ又は複数のば
ねが一方のシールリングを他方のシールリングに対して
偏倚し、その結果、それらのシールリングが一般的に
「静止」「回転可能な」と呼ばれているが、実際には一
方又は両方のシールリングが限られた軸方向運動を行う
ことがでる。複数のシール組立体を備える多段シール組
立体は技術的に知られている。
に異なる材料で造られている。ある応用例において、静
止シール面はカーボングラファイトであり、回転シール
面は炭化タングステン、炭化ケイ素(カーボランダム)
等の硬い材料である。炭化ケイ素は、長い寿命を有する
硬い材料であるから、時には炭化タングステンより好ま
しい。炭化ケイ素はカーボングラファイトの静止シール
面の摩耗を少なくしかつ炭化タングステンほど腐食しな
い。
的低い衝撃強度を有し、炭化ケイ素に急激な衝撃が加え
られると時々砕け或いは破砕する。したがって、核施設
用に使用されるメカニカルシール組立体の場合に炭化ケ
イ素で造られたシールリングを適切に包囲するために特
別な注意が必要である。これは、もし壊れた破片がシー
ル組立体から核装置内に逃げて構成要素を破損し、詰ま
らせ或いは動かなくさせるなら、破砕したシールリング
が厳しい結果をもたらすからである。
めに使用された以前の方法は、円筒状の部材をシールリ
ングの外側に締まり嵌めすることであった。締まり嵌め
部材はシールリングを包囲しリングの破砕した破片が逃
げるのを防止している。しかしながら、締まり嵌めは半
径方向接触力をシールリングに伝達し、それはシール組
立体の密封特性に悪い影響を及ぼす。締まり嵌め力を補
償しかつシール面の歪みを制限することが要求される。
ないで回転するシールリングを軸に固定するためのより
安価な方法が開発された。しかしながら、これらの新し
い方法は回転可能なシールリングを十分に包囲せず、し
たがって、炭化ケイ素のリングと共に使用されなかっ
た。したがって、硬いが多分に脆いシールリングをシー
ルリングを有するメカニカルシール組立体を、ポンプの
動作不良その他の故障のような悪い条件による壊滅的な
過負荷の場合にリングが破砕したならばシールリングの
破片がポンプ及び配管を通して散らないように、圧力及
び熱的歪みに影響しながリングの破片を安全に収容する
ような方法で、包囲する必要がまだある。
ルリングが破砕した場合にその破片がメカニカルシール
組立体の外に散らばるのを防止できるメカニカルシール
組立体を提供することである。
圧流体と低圧流体とを分離するためのメカニカルシール
組立体であって、回転可能な軸及び静止ハウジングと関
連するメカニカルシール組立体において、軸に接続され
かつ半径方向に配置されたシール面を有する回転可能な
シールリングと、ハウジングに接続され、回転可能なシ
ールリングのシール面と向かい合って配置され半径方向
に配置されたシール面を有する非回転シールリングと、
回転可能なシールリングを囲んでいる円筒状のリング
と、円筒状のリングに取り付けられかつその円筒状のリ
ングから軸方向に伸びる環状の被いであって、回転可能
なシールリングのシール面に隣接して配置された第1の
端部で終わっている被いと、を備えて構成されている。
本願の他の発明は、高圧流体と低圧流体とを分離するた
めのメカニカルシール組立体であって、回転可能な軸及
び静止ハウジングと関連するメカニカルシール組立体に
おいて、半径方向に配置されたシール面を有する回転可
能なシールリングと、ハウジングに接続され、回転可能
なシールリングのシール面と向かい合って配置され半径
方向に配置されたシール面を有する非回転シールリング
と、軸に接続され、回転可能なシールリングを囲んでい
る円筒状の駆動リングと、回転可能なシールリングを駆
動リングに接続している弾性装置と、円筒状の駆動リン
グに取り付けられかつその円筒状の駆動リングから軸方
向に伸びる環状の被いであって、回転可能なシールリン
グのシール面に隣接して配置された第1の端部で終わっ
ている被いと、を備えて構成されている。
リングを有しかつ被いを有し、その被いはシールリング
に顕著な半径方向接触力を加えることなくシールリング
を包囲しかつ運転中にもしシールリングが破砕したらシ
ールリングの破片をシール組立体内に包囲する改良した
メカニカルシールに関する。シール組立体は、好ましく
はカーボングラファイトで造られた静止すなわち非回転
シールリングを備える。非回転シールリング及び回転可
能なシールリングは対向する面を有し、一方のリングは
他方のリングに偏倚される。完全なシール組立体は軸ス
リーブに取り付けられ、その結果、予め組み立てられか
つそれから適当な動作位置において軸に軸方向に配置さ
れる。
グは隔てられたOリングによって包囲する金属ホルダに
対してシールされる。また、リングの面の少なくとも一
部はホルダの半径方向内側に向かったフランジによって
被われている。非回転シールリングの内周は低圧流体に
露出されかつホルダは高圧流体に露出されているので、
ホルダと非回転シールリングとの間の二つのリング及び
非回転シールリングの半径方向通路はこのリングの内側
と外側との圧力を等しくし、これはリングの内側と外側
との極端な圧力差によって引き起こされるカーボングラ
ファイトのシールリングの苛酷な半径方向歪みを実質的
に除去する。非回転シールリングが軸スリーブを囲みか
つその軸スリーブから隔てられた「釣り合い」スリーブ
に支持される。釣り合いスリーブは、上記した形式のポ
ンプにしばしば発生する軸の不整合の悪い影響を除去す
るため、幾らかの角度移動又は静止力の動揺を許容し、
軸に取り付けられた回転可能な面に一致させる。
に配置された弾性のキーによって回転軸(又は場合によ
ってはスリーブ)に弾性的に接続され、そのキーはシー
ルリングに形成された横方向外側平面及び円筒状駆動リ
ングの内側に形成された横方向溝によって形成されたポ
ケット内に嵌まっている。溝は駆動リングの軸方向に伸
びる部分にあり、その駆動リングは回転可能なシールリ
ングを囲んでいる。回転可能なシールリングの平面の形
成により切欠きの形成が排除され、かつ通常の駆動ピン
を受けるシールリングの虚弱化が排除される。駆動リン
グそれ自身は、炭化タングステンのような脆くない材料
で造られた回転可能なシールリングが破損した場合落ち
るのを防止する。しかしながら、もしリングが炭化ケイ
素のような更に脆い材料で造られると、駆動リングは破
砕したリングが分離するのを防止する。
化ケイ素のような硬いが比較的脆い材料の使用を含み、
それは通常の動作条件の下でシールの使用寿命を延ばす
利点を提供する。改良は更に、円筒状の駆動リングから
回転可能なシールリングまでのびる薄い壁付きの環状の
突起を使用することを含む。突起及び円筒状の駆動リン
グは共に、閉鎖した回転可能なシールリングを完成す
る。好ましくは、突起は回転可能なシール面に隣接して
配置されかつ回転可能なシールリングの外側表面と接触
しているリップを端部に有する。加えて、突起は複数の
円周方向に隔てられたスロットが設けられ、そのスロッ
トは突起を弱くし、突起のリップとシールリングとの間
の半径方向接触力を減少する。これらの半径方向の力は
回転可能なリングの好ましからざる歪みを引き起こし、
シール組立体の密封特性に悪い影響を与える。
た回転可能なシールリングは包まれかつリングの破片は
円筒状の駆動リング及び突出部によって共に保持され
る。加えて、円筒状の駆動リングは、破損モードの間に
突出部が円筒状の駆動リングによって静止すなわち非回
転シールリングに対して押されるように軸に固定され、
それによって非常に小さな破片でもシール組立体の外に
逃げるのを防止する。
する。図1は回転可能な軸12及びシールハウジング1
6のシールフランジ14と共に使用するための単段メカ
ニカルシール組立体10を示す。組立体は軸スリーブ1
8と、回転可能なシールリング20と、非回転すなわち
静止シールリング22とを備え、シールリングの一方は
他方に対して弾性的に偏倚されている。シールハウジン
グはポンプハウジング(図示せず)内に配置されてい
る。シールリング20、22は相対的に回転するラップ
磨きされたシール面24、26を有し、そのシール面は
高圧区域21から低圧区域23に高圧流体が流れるのを
実質的に阻止する。
ンジ28が設けられ、その内側限定面30は回転可能な
面シート34の円筒状の表面32に受けられている。フ
ランジ28の後部は円筒状の表面32を囲んでいるOリ
ング36によって軸方向に支持され、回転可能なシール
リング20用の弾性の軸方向支持体を与え、かつ回転可
能なシールリング20と回転可能な面シート34との間
でシールを与える。駆動ピン38が回転可能な面シート
34内に受けられ、その駆動ピンの端部は軸スリーブ1
8の溝40内に受けられ、これにより、軸スリーブ18
と回転可能な面シート34との間で駆動接続を形成して
いる。
ート34及び回転可能なシールリングフランジ28を囲
む。駆動リングは横方向ポケット内に受けられたエラス
トマのすなわち弾性のキー44によってフランジ28に
接続され(図2及び図4参照)、そのポケットはシール
リングのフランジ28の平坦部48及び駆動リング42
の溝50によって限定されている。キー44は駆動リン
グ42と回転可能なシールリング20との間の弾性接続
部を与えかるそれらの間で駆動を緩衝する。弾性接続は
組み立て中にシールリング20を駆動リング42内に基
本的に配置される。円筒状の駆動リングは駆動ピンを受
けかつそれを囲むための軸方向に伸びる溝41を有す
る。各溝は駆動リングの内側表面の端壁43で終わって
いる。回転可能なシール面24の半径方向外側隅部、フ
ランジ28及びシート34は駆動リング42内のこれら
の部品の組み立てを容易にするために面取りされてもよ
い。
テール部分52を有し、そのテール部分は釣り合いスリ
ーブ54を部分的に囲んでいる。シールリング22は、
リング22とスリーブ54との間に配置されている4ロ
ーブシールリング56によって釣り合いスリーブ54に
中心決めされている。リング56は釣り合いスリーブに
関する静止シールリングの軸方向移動を許容し、かつ静
止シールリングの好ましくない歪みを阻止する。
周はOリング59及び60によってホルダ46によって
包囲されかつシールされる。Oリング59と60との間
の区域内への流体の漏出を許容してシールの低圧側23
に流すように、半径方向通路57が静止シールリングに
形成される。これにより、リングの歪みを発生させる静
止シールリングとホルダとの間の圧力の生起が防止され
る。環状のフランジ部材58はキャップねじ62によっ
てホルダ46に取り付けられる。ホルダ46は静止シー
ルリング22の厳しい半径方向歪みを実質的に除去し、
そのような厳しい半径方向歪みは静止シールリング22
の内側と外側との極端な圧力差によって引き起こされ
る。
が仮想線で示されている)を受ける複数の開口を有する
半径方向外側に伸びるフランジ64を有し、そのボルト
は薄い平らなストレーナ67を通して伸びかつ内側に向
けられた半径方向壁68内に螺合され、静止シールリン
グ22の回転を阻止している。フランジ64の開口は係
止ボルト66の直径より大きいので、静止シールリング
22は回転可能なシールリング20に向かって軸方向に
自由に移動できる。フランジ64は環状のばねリテーナ
71内に配置された複数の同じようなコイルばね70と
係合する。複数のコイルばね70はストレーナ67とも
係合する。これらのコイルばねは静止シールリング22
をばねリテーナ71を介して回転可能なシールリング2
0に向かって偏倚する。係止ボルト66はばねリテーナ
71の穴を通して伸びている。ばねリテーナの係止ボル
ト用穴はばねリテーナが軸方向に移動できるのに十分大
きい。メカニカルシール組立体の上記特徴のより詳細な
記載は、前述の米国特許第4,586,719号及び
5,076,589号にあり、これらの特許は参考とし
てこの明細書に組み入れられている。
するため、環状の突出部すなわち被い76が円筒状の駆
動リング42に取り付けられている(図2参照)。好ま
しい実施例において、被い76は駆動リング42の一端
に一体に形成されかつ回転可能なシールリング20の外
側表面72に向かって半径方向内側に伸びている。被い
76はリップ74で終わり、そのリップは、好ましく
は、回転可能なシール面24に密に接近して回転可能な
シールリングの外側表面72と接触して配置される。
の間の半径方向力はリングが破砕したならリングを共に
保持するのに十分である。しかしながら、もし半径方向
力があまり大きすぎると、その力はシール面に悪影響を
あたえる。したがって、リップと回転可能なシールリン
グとの間の半径方向接触力を減少するために、被いは複
数の円周方向に隔てられたスロット78(図3参照)が
設けられる。スロットは回転可能なシールリングに影響
を及ぼす圧力及び熱歪みへの被いの影響を最小にする。
わされて、もし回転可能なシールリングが壊滅的な過負
荷中に破砕するなら、そのシールリングの破片を安全に
収容する。例えば、ポンプが故障し或いはポンプのスラ
スト軸受けが破損し、軸の突然の軸方向移動が制限され
る。図2を参照して、本発明にしたがって造られたメカ
ニカルシール組立体は故障モード(failure m
ode)で示され、そこにおいて、軸はシールハウジン
グに関して左に動かされ、円筒状の駆動リング及び被い
は駆動リングの端壁43と接触されている駆動ピン(軸
スリーブに接続されている)より左に移動されている。
示されるように、被いは静止シールリングに向かって移
動され、おそらくそのシールリングに接触し、それによ
って破砕された回転可能なシールリングの小さな破片が
組立体の外に逃げるのを阻止する。メカニカルシール組
立体内に収容された破砕された破片はポンプを損傷する
ことはなく、かつ特にシール組立体が取り替えられると
き除去される。
れている。被いは、回転可能なシールリングと接触する
リップ部分86と、駆動リングに嵌まる形状の中間部分
82と、駆動リングの外側表面の切欠き88内に転動さ
れる端部84とを有する別個に形成された部品である。
破砕する場合に硬いが比較的脆いメカニカルシールリン
グを完全かつ安全に被うが、通常の動作においてシール
リングの圧力及び温度の歪みに影響しない改良したメカ
ニカルシール組立体を提供するとこが、上記から明らか
である。
にとって容易である。したがって、本発明の範囲は上述
の特定の実施例に限られない。
組立体の部分断面図である。
ル境界面の拡大断面図であって、シール境界面が過剰に
圧縮された状態を示す図である。
ある。
転可能なシールリング及び円筒状の駆動リングの表面に
合うように形成された突出部を示す図である。
シールリング 22 非回転シールリング 24、26 シー
ル面 28 フランジ 38 駆動ピン 42 駆動リング 46 ホルダ 71 リテーナ 76 被い 74 リップ 78 スロット
Claims (9)
- 【請求項1】 高圧流体と低圧流体とを分離するための
メカニカルシール組立体であって、回転可能な軸及び静
止ハウジングと関連するメカニカルシール組立体におい
て、 軸に接続されかつ半径方向に配置されたシール面を有す
る回転可能なシールリングと、 ハウジングに接続され、回転可能なシールリングのシー
ル面と向かい合って配置され半径方向に配置されたシー
ル面を有する非回転シールリングと、 回転可能なシールリングを囲んでいる円筒状のリング
と、 円筒状のリングに取り付けられかつその円筒状のリング
から軸方向に伸びる環状の被いであって、回転可能なシ
ールリングのシール面に隣接して配置された第1の端部
で終わっている被いと、を備えるメカニカルシール組立
体。 - 【請求項2】 請求項1に記載のメカニカルシール組立
体において、被いの端部が回転可能なシールリングと接
触して配置された環状のリップであるメカニカルシール
組立体。 - 【請求項3】請求項2に記載のメカニカルシール組立体
において、被いがリップからかつリップ全体を通して伸
びている複数の円周方向に隔てられたスロットを限定し
ているメカニカルシール組立体。 - 【請求項4】 請求項1に記載のメカニカルシール組立
体において、更に、軸が非回転シールリングに向かって
軸方向に移動すると被いの端部を非回転シールリングに
向かって軸方向に動かす装置を備えているメカニカルシ
ール組立体。 - 【請求項5】 高圧流体と低圧流体とを分離するための
メカニカルシール組立体であって、回転可能な軸及び静
止ハウジングと関連するメカニカルシール組立体におい
て、 半径方向に配置されたシール面を有する回転可能なシー
ルリングと、 ハウジングに接続され、回転可能なシールリングのシー
ル面と向かい合って配置され半径方向に配置されたシー
ル面を有する非回転シールリングと、 軸に接続され、回転可能なシールリングを囲んでいる円
筒状の駆動リングと、 回転可能なシールリングを駆動リングに接続している弾
性装置と、 円筒状の駆動リングに取り付けられかつその円筒状の駆
動リングから軸方向に伸びる環状の被いであって、回転
可能なシールリングのシール面に隣接して配置された第
1の端部で終わっている被いと、を備えるメカニカルシ
ール組立体。 - 【請求項6】 請求項5に記載のメカニカルシール組立
体において、被いの端部が回転可能なシールリングと接
触して配置された環状のリップであるメカニカルシール
組立体。 - 【請求項7】 請求項6に記載のメカニカルシール組立
体において、被いがリップからかつリップ全体を通して
伸びている複数の円周方向に隔てられたスロットを限定
しているメカニカルシール組立体。 - 【請求項8】 請求項5に記載のメカニカルシール組立
体において、更に、軸が非回転シールリングに向かって
軸方向に移動すると被いの端部を非回転シールリングに
向かって軸方向に動かす装置を備えているメカニカルシ
ール組立体。 - 【請求項9】 高圧流体と低圧流体とを分離するための
メカニカルシール組立体であって、回転可能な軸及び静
止ハウジングと関連するメカニカルシール組立体におい
て、 炭化ケイ素でつくられかつ半径方向に配置されたシール
面を有する回転可能なシールリングと、 ハウジングに接続され、回転可能なシールリングのシー
ル面と向かい合って配置され半径方向に配置されたシー
ル面を有するカーボングラファイトで作られた非回転シ
ールリングと、 軸に接続されかつ溝を有するスリーブと、 軸方向に伸びる溝を有し及び溝の一端における壁を有す
る円筒状の駆動リングと、 回転可能なシールリングを駆動リングに接続している弾
性装置と、 円筒状の駆動リングに取り付けられかつその円筒状の駆
動リングから軸方向に伸びる環状の被いであって、一端
に環状のリップを有し、リップが回転可能なシールリン
グのシール面に隣接する位置で回転可能なシールリング
と接触して配置され、更にリップからかつそのリップ全
体を通して伸びている複数の円周方向に隔てられたスロ
ットを限定する被いと、 円筒状の駆動リングを軸スリーブに接続するための、軸
方向に伸びる溝とスリーブの溝との間に配置された駆動
ピンであって、シール面間の圧縮を増加させる軸の軸方
向運動により駆動ピンが駆動リングの壁と係合して被い
を静止シールリングに対して押圧し、回転可能なシール
リングの粉砕された破片が組立体の外に落ちるのを防止
するように駆動リングを軸スリーブに接続する駆動ピン
と、を備えるメカニカルシール組立体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US93930092A | 1992-09-02 | 1992-09-02 | |
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|---|---|
| JPH06174109A true JPH06174109A (ja) | 1994-06-24 |
| JP3318389B2 JP3318389B2 (ja) | 2002-08-26 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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