JPH0624613Y2 - メカニカルシール - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は高速回転機械の軸封装置に適用されるメカニカ
ルシールに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のメカニカルシールの例を第３図〜第５図に示す。

第３図において、１は回転軸、２はケーシング、３は回
転環、４は同回転保持金具、５はシールリング、６はシ
ールケーシング、７はシールリングを回転環に押しつけ
るスプリング、８はＯリング、Ａは高圧室、Ｂは低圧室
である。この型式のメカニカルシールでは、高圧室Ａの
流体が低圧室Ｂへ漏洩するのを防止するために、シール
リング５を、同リングに作用する流体圧力と同リングに
加わるばね７の押付力とによつて、回転環３に押付ける
構造となつている。

第４図は他の型式のメカニカルシールである。９はシー
ルリングの円周上に複数個設けられた高圧流体供給孔、
他の部分は第３図と同じである。高圧流体供給孔９は、
回転環３とシールリング５を軸方向に微小な距離だけ離
して作動させるために、高圧室Ａの流体静圧力を回転環
３とシールリング５との軸方向すきまへ導入するように
設けたものである。

第５図はさらに他の型式のメカニカルシールである。１
０は回転環３のシールリング５に向き合つている面に設
けた螺旋状の溝、他の部分は第３図と同じである。螺旋
溝１０は、第４図の場合と同様に、回転環３とシールリ
ング５との軸方向に微小なすきまを保持して作動させる
ために、軸１の回転によつて微小すきま内に動力学的な
流体圧が加わるような形に設けたものである。

要するに、第３図の例は回転環とシールリングが常に接
触して、また第４図、第５図の例はそれぞれ両者により
形成される軸方向すきま内で発生する静力学的な力又は
動力学的な力により微小すきまを保持して作動するもの
である。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来技術について３種の例を示したが、これらには、そ
れぞれ次のような問題点がある。

第３図の例では、シールリング５と回転環３が接触して
いるため長時間の運転によりシールリング５が摩耗し、
シールリングに摺動面の面荒れが生じ、極端な場合は焼
損が起る。

第４図の例では、シールリングに作用する流体圧力の軸
方向力の釣合いにより一意的に作動するシールすきまが
きまるために、当初の設計条件と異なる作動圧条件や運
転中の作動圧の変化に対して漏洩量の異常な増大やシー
ルリングの摩耗のない最適な運転状態を常に保持するこ
とは困難である。

第５図の例では、シールリングに作用する流体圧力の軸
方向力と軸回転によりシールすきま内に発生する流体圧
力の釣合いによりシールすきまが一意的に定まる。この
ため、起動時や停止時などの設計回転数以下の条件では
シールすきま内に十分な流体動圧力が発生しないためシ
ールリングと回転環の接触を招き、シールリングの面荒
れの原因となり極端な場合には焼損が起る。

要するに、いずれの場合も長期間安定した状態で使用す
ることができなかつた。

即ち、回転環とシールリングとの間の押付力が大きすぎ
る場合は、シールリングの摩耗や摺動面の面荒れが生じ
て焼損などが起ることがあり、逆に押付力が小さく回転
環とシールリングとが離れる傾向にある時は漏洩量が増
加して好ましくない。

本考案は、長期間使用される場合や、運転条件が変更さ
れた場合でも、シールリングの摩耗や焼損、あるいは漏
洩量の異常な増大が生じないようなメカニカルシールを
提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は前記の課題を解決したものであつて、回転軸に
設けられ高圧室とは反対側の面に回転軸に直角の摺動面
を有する回転環、前記摺動面に向き合う摺動面を有する
シールリング、同シールリングに低圧室側から嵌装され
同シールリングとの間に流体が封入された中間室を形成
し回転軸からの距離が中間室より近い側か遠い側かのい
ずれかで同シールリングと結合され同シールリングと一
体となつて軸方向に移動可能なシールリングリテナー、
同シールリングリテナーを高圧室の方向へ押すスプリン
グ、同シールリングリテナーに設けられ電気的駆動装置
により中間室内に出退するピストン、同駆動装置に電流
を供給する電源、シールリングの温度を計測する温度
計、前記摺動面のすきまから漏れる流体の漏洩量を計測
する流量計、および前記シールリングの温度と前記漏洩
量とに応じて前記電源から前記ピストンの駆動装置に供
給される電流値を制御する制御装置を備えたことを特徴
とするメカニカルシールに関するものである。

〔作用〕

本考案のメカニカルシールにおいてはシールリングとシ
ールリングリテナーとの結合が、回転軸の位置から見て
半径方向において中間室より近い側か遠い側かのいずれ
か一方の側で行われている。結合が行われていない側で
は相互変位が可能であるため、シールリングリテナーは
回転環に押付けられている時、中間室の方へ若干たわん
で変形している。この変形の程度は中間室内へのピスト
ンの挿入量を変えることによつて中間室の内圧を変えて
制御される。ピストンが深く挿入された時は変形が小さ
くなり、その結果押付力が大きくなるので、漏洩量は減
るがシールリング摩耗や焼損が生じるので好ましくな
い。ピストンが浅く挿入された時は変形が大きくなり、
押付力は小さくなるので、摩耗や焼損は起らないかわり
に漏洩量が大きくなるため好ましくない。前者の状態は
シールリングの温度の計測によつて、後者の状態は漏洩
量の計測によつて検知することができる。本考案ではあ
らかじめ適正な運転状態におけるシールリングの温度と
漏洩量の値を検定しておき、運転時にピストン駆動電流
を制御して押付力を変え、上記の温度と漏洩量が検定値
からずれないよう保持することによつて、摩耗・焼損あ
るいは漏洩量の増大が起らないようにしている。

〔実施例〕

第１図に本考案の一実施例の断面図を示す。図におい
て、１１は油を封入したリング上の中間室、１２は電磁
駆動ピストン、１３はシールリング５の温度を計測する
ための熱電対等の温度計、１４は漏洩量を計測するため
の流量計、１５は電磁駆動ピストンへ電流を供給する電
源、１６はシールリング５に低圧室側から同シールリン
グ５との間に中間室１１を形成するように嵌装されたシ
ールリングリテナー、１７はシールリング５とシールリ
ングリテナー１６とを結合するボルトである。本図にお
いて、符号１〜８を付した部分は、第３図に示した従来
技術と同じ構造・機能の部分であるから説明を省略す
る。

シールリング５は高圧室Ａの圧力とのばね７の力によつ
て回転環３の方へ押付けられている。押付力が大きく、
いわばシールリングと回転環とが接触しすぎの状態とな
つている場合は、漏洩量は少いので好都合であるが、摩
耗の増大や焼損などの支障が生じる。この状態になつて
いるかどうかは、温度計１３によつて計測されるシール
リングの温度上昇の程度によつて検知することができ
る。また押付力が小さく、シールリングと回転環とが離
れる傾向にある場合は、摩耗や焼損は起らないが、漏洩
量が増加するので好ましくない。この状態になつている
かどうかは、流量計１４で計測される漏洩量の増加の程
度によつて検知することができる。したがつて適正な運
転状態におけるシールリングの温度と漏洩量の値をあら
かじめ検定しておき、運転時において、シールリングの
温度または漏洩量が前記検定値より大きくなる傾向が生
じた時には、それらの値を小さくするように押付力を制
御することによつて、押付力は適正に保たれる。

本実施例においては、押付力の制御は中間室１１の中へ
挿入される電磁駆動ピストン１２の挿入量の変更によつ
て行われる。シールリング５は極端に描けば、第２図の
点線で示すようにたわんで変形している。ピストン１２
が中間室１１の中へ深く挿入された時は、中間室１１の
内圧が高くなり、シールリング５はその変形の程度が小
さくなつて回転環３に対する押付力が大きくなる。逆に
ピストン１２が中間室１１の中へ浅く挿入されている時
は、押付力は小さくなる。

ピストン１２の挿入量の変更は、ピストン駆動用電源１
５への供給電流値を変えることによつて行われる。ピス
トンに供給する電流値を大きくすれば、ピストン挿入量
は大となり、前述のように押付力は大きくなる。逆に電
流値を小さくすれば、押付力は小さくなる。

電流値のコントロールはシールリングの温度と漏洩量と
が前述の検定値を保つよう、図示していない制御装置に
よつて行われる。シールリングの温度が検定値より高く
なる時は押付力を減じるよう電流値を小さくする制御が
行われる。逆に漏洩量が検定値より高くなる時は、押付
力を増すよう電流値を大きくする制御が行われる。

以上詳細に述べたように、本実施例のメカニカルシール
においては、電流値を制御して押付力を変え、シールリ
ングの温度と漏洩量とを適正な運転状態の時の値に保つ
ようにしているので、長期間使用される場合や、運転条
件が変更された場合でもシールリングの摩耗や焼損が起
らず、また漏洩量の異常増大も生じない。

なお上記実施例においては、本考案の趣旨を第３図の接
触型シールに適用した例であるが、第４図や第５図の非
接触型シールにも同様に適用できる。また、上記実施例
では、シールリング５とシールリングリテナー１６との
結合を、回転軸からの距離が中間室より近い側で行つて
いるが、遠い側で行つてもよい。さらに、上記実施例で
は流量計１４を高圧室側に設けたが、低圧室側に設置し
てもよい。また、上記実施例では、ピストン駆動に電磁
力を利用しているが、ピエゾ効果を利用しても同様な効
果がある。

〔考案の効果〕

本考案のメカニカルシールにおいては、供給電流値を制
御して電気的に駆動されるピストンの中間室内への挿入
量を変え、これによつて回転環に対するシールリングの
押付力を調節することによつて、シールリングの温度と
漏洩量とを適正な運転状態の値に保つようにしているの
で、シールリングが摩耗したり焼損したりすることはな
く、また漏洩量の異常な増大も生じない。したがつて本
考案のシールリングは、長期間使用される場合でも、運
転条件が変更された場合でも、適正な運転状態を保つこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の断面図、第２図は第１図に
示したシールリングの変形説明図、第３図、第４図およ
び第５図は従来技術の断面図である。 １…回転軸、２…ケーシング、３…回転環、４…回転環
保持金具、５…シールリング、６…シールケーシング、
７…ばね、８…Ｏリング、９…高圧流体供給孔、１０…
螺旋状の溝、１１…中間室、１２…電磁駆動ピストン、
１３…温度計、１４…流量計、１５…電源、１６…シー
ルリングリテナー、１７…ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−242876（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−42455（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭47−39378（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に設けられ高圧室とは反対側の面に
   回転軸に直角の摺動面を有する回転環、前記摺動面に向
   き合う摺動面を有するシールリング、同シールリングに
   低圧室側から嵌装され同シールリングとの間に流体が封
   入された中間室を形成し回転軸からの距離が中間室より
   近い側か遠い側かのいずれかで同シールリングと結合さ
   れ同シールリングと一体となつて軸方向に移動可能なシ
   ールリングリテナー、同シールリングリテナーを高圧室
   の方向へ押すスプリング、同シールリングリテナーに設
   けられ電気的駆動装置により中間室内に出退するピスト
   ン、同駆動装置に電流を供給する電源、シールリングの
   温度を計測する温度計、前記摺動面のすきまから漏れる
   流体の漏洩量を計測する流量計、および前記シールリン
   グの温度と前記漏洩量とに応じて前記電源から前記ピス
   トンの駆動装置に供給される電流値を制御する制御装置
   を備えたことを特徴とするメカニカルシール。