JPH0624614Y2 - 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は同回転環保持金具、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との間の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との間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な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
形成される摺動面の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摺動面のすきま
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摺動面のすきま内に発生する流体
圧力の釣合いにより摺動面の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
ではこの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
向にある時は摺動面のすきまからの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
テナーを介してシールリング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前記高圧室
と前記中間室を連通する貫通孔、前記シールリングリテ
ナーに設けられ前記中間室と前記低圧室とを連通する排
出孔、同排出孔の開閉を行う制御弁、同制御弁に電圧を
印加する電源、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制御弁に印加する電圧値を制
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
することができる。この変形の程度は制御弁に印加する
電圧値を変えて排出孔の開度を変え、そこからの高圧流
体の排出量を変え、中間室内の流体の圧力を変えること
によつて制御される。印加電圧値が高くなつた時は排出
孔からの排出量が減り、シールリングの変形の程度が小
さくなり、その結果押付力が大きくなるので摺動面のす
きまから漏れる流体の漏洩量は減るが、シールリングの
摩耗や焼損が生じるので好ましくない。印加電圧値が低
い時は排出孔からの排出量が大きくなり、シールリング
の変形の程度が大きくなり、その結果押付力は小さくな
るので、摩耗や焼損は起らないかわりに、摺動面のすき
まから漏れる流体の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、
後者の状態は摺動面すきまからの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、運転時に制
御弁に印加される電圧値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はシールリングリテナーで、シールリング５に
低圧室側から嵌装され同シールリングとの間に中間室１
２を形成し、回転軸からの距離が中間室より遠い側で同
シールリングとボルト１３によつて結合され、同シール
リングと一体となつて軸方向に移動可能となつている。
１４はシールリングリテナー１１に設けられた貫通孔
で、高圧室Ａと中間室１２とを連通している。１５はシ
ールリングリテナー１１に設けられた排出孔で、中間室
１２と低圧室Ｂとを連通している。１６は前記排出孔の
開閉を行う制御弁、１７はシールリング５の摩擦面の近
くの温度を測るための熱電対温度計、１８はシールリン
グ５と回転環３との間の摺動面のすきまからの漏洩量を
計るための流量計、１９は前記制御弁１６へ電圧を印加
する電源である。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。

本実施例において、シールリング５はシールリングリテ
ナー１１を介して、ばね７と高圧室Ａの圧力によつて、
回転環３の方へ押されている。電源１９から制御弁１６
に印加される電圧が大きい時は排出孔１５は閉じられて
いるので、中間室１２の圧力は高く、したがつてシール
リング５の変形の程度は小さいので、シールリング５を
回転環３へ押す押付力は大きい。逆に、電源１９から制
御弁１６に印加される電圧が小さい時は排出孔１５は電
圧に応じた開度で開かれ、同排出孔から内部の高圧流体
が低圧室Ｂの方へ排出されるので、中間室１２の圧力は
低下し、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する。このため、シールリング
５を回転環３の方へ押す押付力も低下する。

前記押付力が大きく、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、摺動面のすきま
からの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１７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、摺動面のすきまか
らの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１８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。

前述のように押付力のコントロールは電源１９から制御
弁１６へ印加される電圧値をコントロールすることによ
つて行われる。この電圧値のコントロールはシールリン
グの温度と摺動面のすきまからの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つた時は押
付力を減じるよう電圧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大きくなつた時は、押付力を増
すよう電圧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、電圧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することができる。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１１
との結合を、回転軸からの距離が中間室より遠い側で行
つているが、近い側で行つてもよい。さらに、上記実施
例では流量計１８を高圧室側に設けたが、低圧室側に設
置してもよい。

〔考案の効果〕

本考案のメカニカルシールにおいては、中間室と低圧室
とを連通する排出孔の開閉を制御する制御弁に印加する
電圧値を制御して、中間室内の流体の圧力を変え、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摺動面のすきま
からの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、また摺動面のすきまからの漏洩量の異常な増
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…シールリングリテナー、 １２…中間室、１３…ボルト、 １４…貫通孔、１５…排出孔、 １６…制御弁、１７…温度計、 １８…流量計、１９…電源。

───────────────────────────────────────────────────── 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) 実開 昭63−53074（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介してシールリングを高
   圧室の方向へ押すスプリング、同シールリングリテナー
   に設けられ前記高圧室と前記中間室を連通する貫通孔、
   前記シールリングリテナーに設けられ前記中間室と前記
   低圧室とを連通する排出孔、同排出孔の開閉を行う制御
   弁、同制御弁に電圧を印加する電源、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制御弁
   に印加する電圧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。