JPH0627549B2

JPH0627549B2 - メカニカルシール

Info

Publication number: JPH0627549B2
Application number: JP63331550A
Authority: JP
Inventors: 敏彦布施
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH02176270A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞この発明は、ポンプ、コンプレッサ及び攪拌機等の、液
体を密封した回転機械に用いられるメカニカルシールに
関し、特に摺動部（密封端部）の摩耗状態を検知するこ
とができるメカニカルシールに関する。

＜従来の技術と発明が解決しようとする課題＞周知のように、メカニカルシールは、ケーシングに取付
けた静止側密封環の密封端部に、回転軸と一体回転する
回転側密封環の密封端部を密接させることにより、密封
流体の洩れを防止するものである。

一般に、上記メカニカルシールにおいては、上記静止側
密封環及び回転側密封環のうちの何れか一方が、他方側
へ移動可能に設けられていると共に、上記一方が弾性部
材によって他方側へ弾性的に押圧されている。したがっ
て、密封端部が摩耗しても、上記一方の密封環が他方側
へ自動的に送り込まれて上記密着状態が保持されること
になり、これにより、長期に亘ってメンテナンスを行わ
ずに済むことになる。そして、上記密封端部が所定量摩
耗して使用限界に達した場合には、当該使用限界に達し
た密封環を、新しいものと交換している。

上記密封環の使用限界は、メカニカルシールを分解して
密封端部の摩耗量を測定することにより把握しているの
が通例である。したがって、使用限界を把握するのに手
間がかかるという問題があるほか、分解作業中、機械を
停止しておかなければならず機械の稼動率を低下させる
という問題があった。

このため、可動側密封環の背面側に設けられている固定
リテーナに、うず電流型変位センサや静電容量型変位セ
ンサ等のギャップセンサを取付け、可動側密封環の背面
をターゲットとして、上記背面とギャップセンサのセン
サ端子部との距離を測定することにより、可動側密封環
の摩耗による移動量を検知し、摩耗量を検出することが
検討されている。

しかし、メカニカールシール毎に固定リテーナと可動側
密封環との間の距離がばらつくので、上記ギャップセン
サ方式では、ギャップセンサのセンサ端子部と可動側密
封環との間の初期隙間の調整や、測定器の調整に手間が
かかるという問題がある。また、上記可動側密封環が密
封流体の内圧により推力を受けて微小移動し、上記隙間
が変動するため、正確な測定を行えないという問題があ
る。さらに、上記隙間に溜まったごみや埃等によって、
作動不良が発生する虞がある。

この発明の目的は、簡単に且つ確実に密封環の摩耗状態
を検出することのできるメカニカルシールを提供するこ
とである。

＜課題を解決するための手段＞上記目的を達成するためのこの発明に係るメカニカルシ
ールは、静止側密封環及び回転側密封環のそれぞれの密
封端部どうしを密接させてなるメカニカルシールにおい
て、上記静止側密封環に、その密封端部と共に摩耗可能
であって摩耗に伴う電気的特性の変化により当該密封端
部の摩耗状態を検知するセンサを設けたことを特徴とす
るものである。

なお、上記センサは、抵抗体の摩耗による抵抗値の変化
に基づいて摩耗状態を検知する摩耗センサであっても良
い。

また、上記センサは、密封端部と共に摩耗して断線する
導線であっても良い。

＜作用＞上記の構成のメカニカルシールによれば、静止側密封環
の密封端部が摩耗すると、当該密封端部と共にセンサが
摩耗するので、この摩耗に伴う電気的な特性の変化を検
知することにより、密封端部の摩耗状態を検知すること
ができる。特に、密封流体が漏れ出す前の正常状態か
ら、密封端部の摩耗状態を検知することができ、また、
運転初期から継続的に摩耗状態を監視することも可能と
なる。より具体的には、上記センサが、抵抗体を用いた
摩耗センサである場合には、この摩耗センサにより、密
封端部と共に摩耗した抵抗体の抵抗値変化に基づいて、
摩耗状態をリアルタイムに検知することができる。ま
た、上記ゼンサが、密封端部と共に摩耗して断線する導
線である場合には、当該センサである導線の断線を、例
えば導線の電気的導通の有無に基づいて検知することに
より、静止側密封環の摩耗限度の摩耗状態を検知するこ
とができる。

＜実施例＞以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明に係るメカニカルシールを配設した軸
封部分の断面図を示している。同図において、ポンプ等
の回転機械の回転軸(3)は、ケーシング(1)の開口端に設
けられたフランジ(2)の中心孔(21)を通して、ケーシン
グ(1)の内部から外部に導出されており、上記ケーシン
グ(1)の内部からフランジ(2)の中心孔(21)にかけて、メ
カニカルシール(A)が配設されている。このメカニカル
シール(A)は、フランジ(2)に取付けられた静止側密封環
(4)と、回転軸(3)に一体回転可能に取付けられ、上記静
止側密封環(4)の密封端部(41)と摺接する密接端部(51)
を有する回転側密封環(5)とを主要部としている。

上記静止側密封環(4)は、フランジ(2)の中心孔(21)に内
嵌されており、その内周部(42)と回転軸(3)との間に
は、所定の隙間が設けられている。静止側密封環(4)の
外周には、凸部(43)が全周に亘って形成されている。こ
の凸部(43)は、フランジ(2)の内周段部(22)と組み合わ
されており、両者によってＯリング収容部(6)が形成さ
れている。このＯリング収容部(6)に、静止側密封環(4)
の外周側からの流体の洩れを阻止するＯリング(61)が配
設されている。

上記静止側摺動環(4)には、軸方向に貫通するセンサ挿
通孔(44)が形成されており、このセンサ挿通孔(44)に摩
耗センサ(7)が内嵌されている。当該摩耗センサ(7)は、
その先端部(7a)が静止側摺動環(4)の密封環部(41)と面
一になるように配設されている。この先端部(7a)は、密
封端部(41)の摩耗と共に摩耗する。

上記回転側密封環(5)は、軸方向の移動自在なリテーナ
(8)の凹部(81)に嵌合された状態で、当該リテーナ(8)に
よって保持されている。このリテーナ(8)の背部(82)
は、スプリングテーナ(10)に保持されたスプリング(9)
によって静止側密封環(4)方向へ弾性付勢されており、
これにより、上記回転側密封環(5)の密封端部(51)は、
静止側密封環(4)の密封端部(41)に密接されている。

上記静止側密封環(4)及び回転側密封環(5)の材質として
は、カーボンとセラミックス、カーボンと超硬合金、等
の組み合わせを例示することができる。

第２図は、上記摩耗センサ(7)の内部構造を示してお
り、同図において、摩耗センサ(7)は、センサ本体(70)
及びケーブル(71)からなる。上記センサ本体(70)は、円
柱形の保護体(72)の中心部に、セラミックス製の基板(7
3)、該基板(73)に蒸着形成された薄膜状の抵抗体(74)、
この抵抗体(74)に接続した金の薄膜からなる一対の導体
(75)、及び薄膜の温度補償抵抗(76)を内装している。上
記保護体(72)としては、静止側密封環(4)と同材質のも
のを用いることが、当該保護体(72)及び静止側密封環
(4)を等しく摩耗させるために好ましい。この保護体(7
2)によって、抵抗体(74)等を保護することにより、この
摩耗センサ(7)を、例えば温度３００℃、圧力２００kg
／cm²の苛酷な使用環境にも耐えられるようにしてい
る。

上記ケーブル(72)には、上記一対の導体(75)に接続した
一対のリード線(76)、及び上記温度補償抵抗(76)に接続
したリード線(77)が内装されている。これらのリード線
(76)(77)は、抵抗値を検出する検出器（図示せず）に接
続されている。

上記抵抗体(74)の摩耗量Ｘは、Ｌ：抵抗体(74)の初期長さＲ_１：抵抗体(74)の初期抵抗値Ｒ：抵抗体(74)の摩耗後の抵抗値として、Ｘ＝Ｌ−Ｌ・Ｒ_１／Ｒで表される。

上記検出器には、温度補償抵抗(76)をリード線(77)を介
して接続した温度補償回路、及びリード線(76)(77)の抵
抗値を校正するための回路が内装されている。上記温度
補償回路は、抵抗体(74)の抵抗値の温度変化による変動
分を温度補償するためのものである。

この実施例の構成によれば、静止側密封環(4)の密封端
部(41)が摩耗すると、当該密封端部(41)と共に摩耗セン
サ(7)の抵抗体(74)が摩耗し、抵抗体(74)の抵抗値が変
化（増大）する。この抵抗体(74)の抵抗値の変化に基づ
き、摩耗センサ(7)によって、密封端部(41)の摩耗状態
を検知することができる。したがって、上記検知に際
し、メカニカルシール(A)を分解する必要がなく、しか
も摩耗センサ(7)自体が摩耗して直接的に摩耗状態を検
知するので、容易に且つ確実に摩耗状態を検知すること
ができる。しかも、密封流体が漏れ出す前の正常状態か
ら、上記摩耗状態を検知することができ、また、上記摩
耗状態を継続的に監視することもできる。そして、予め
使用限界に対応する抵抗値を求めておくことにより、静
止側密封環(4)の使用限界を把握することができる。

また、この摩耗センサ(7)が、温度補償抵抗(76)を有す
るので、この温度補償抵抗(76)の温度変化による抵抗値
変化に基づいて、温度変化による抵抗値の変動分を補正
した状態で、上記抵抗体(74)の摩耗による抵抗値変化を
検知することができ、一層正確に摩耗状態の検知が行え
る。

なお、摩耗センサ(7)は、第３図に示すように、静止側
摺動環(4)の内周部(42)に設けたセンサ配設溝(45)に、
接着剤により貼着しておいても良い。

第４図は他の実施例を示している。同図において、静止
側密封環(4)にセンサとしてのループ状の導線(7′)が埋
設されている。この導線(7′)は、静止側密封環(4)の密
封端部(41)が使用限界または使用限界近くまで摩耗する
と、露出して摩耗し、断線するようになっている。そし
て、上記導線(7′)には、電気的導通の有無に基づいて
上記断線を検知する導線検知手段(11)が接続されてい
る。

この実施例によれば、導通検知手段(11)による断線検知
によって、静止側密封環(4)が使用限界または使用限界
近くに達したことを容易に且つ確実に検知することがで
き、これにより、静止側密封環(4)の使用限界を把握す
ることができる。特に、センサが導線(7′)からなる非
常に単純な構成なので、温度の影響も無視でき、動作が
一層確実である。

なお、この考案のメカニカルシールは、上記各実施例に
限定されるものでなく、例えば、摩耗センサとして、段
階的に長さの異なる抵抗箔と複数本保護体内に埋設した
ものを用い、摩耗と共に段階的に変化する抵抗値に基づ
いて、摩耗状態を検知するようにすること等、この発明
の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を施すことが
できる。

＜発明の効果＞以上のように、この発明のメカニカルシールによれば、
静止側密封環の密封端部の摩耗と共に摩耗するセンサに
よって、摩耗に伴う電気的特性の変化により密封端部の
摩耗を検知するので、メカニカルシールを分解すること
なく、密封端部の摩耗状態を容易に且つ確実に検知する
ことができる。特に密封流体が漏れ出す前に密封端部の
摩耗状態を検知することができ、また、運転初期からの
摩耗状態を継続的に監視することも可能となる。

また、上記センサが、抵抗体を用いた摩耗センサである
場合、この摩耗センサにより、密封端部と共に摩耗した
抵抗体の抵抗値変化に基づいて、摩耗状態を検知するこ
とができる。

さらに、上記センサが、密封端部と共に摩耗して断線す
る導線である場合、当該センサである導線の断線を、例
えば導線の電気的導通の有無に基づいて検知することに
より、静止側密封環の摩耗状態を検知することができ、
しかも、センサを単純な構成としているので、検知を一
層確実に行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のメカニカルシールを包含した軸封部
分の断面図、第２図はその摩耗センサの内部構造を示す断面図、第３図は摩耗センサを静止側密封環の内周部に配置した
例を示す断面図、第４図は他の実施例の静止側密封環を示す断面図であ
る。 (A)……メカニカルシール、(4)……静止側密封環、(5)
……回転側密封環、(7)……摩耗センサ、 (7′)……センサとしての導線、 (41)(51)……密封端部、(74)……抵抗体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静止側密封環及び回転側密封環のそれぞれ
の密封端部どうしを密接させてなるメカニカルシールに
おいて、上記静止側密封環に、その密封端部と共に摩耗
可能であって摩耗に伴う電気的特性の変化により当該密
封端部の摩耗状態を検知するセンサを設けたことを特徴
とするメカニカルシール。
【請求項２】上記センサが、抵抗体の摩耗による抵抗値
の変化に基づいて摩耗状態を検知する摩耗センサである
上記請求項第１項記載のメカニカルシール。
【請求項３】上記センサが、密封端部と共に摩耗して断
線する導線である上記請求項第１項記載のメカニカルシ
ール。