JPH07208612A - メカニカルシール装置 - Google Patents

メカニカルシール装置

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JPH07208612A
JPH07208612A JP750094A JP750094A JPH07208612A JP H07208612 A JPH07208612 A JP H07208612A JP 750094 A JP750094 A JP 750094A JP 750094 A JP750094 A JP 750094A JP H07208612 A JPH07208612 A JP H07208612A
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JP
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ring
rotary
fluid
pressure
rotating
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JP750094A
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Susumu Ishibashi
進 石橋
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転圧縮機、ポンプ、等に適用されるメカニ
カルシール装置に関し、部品点数を少なく、長さを短く
する。 【構成】 回転軸1に回転環2が設けられ、押え板9に
スプリング6、ピン7で取付けられた固定環3を設け
る。固定環3には流体側シール面12、大気側シール面
13が回転環2の側面2aに接し、更に、加圧室17に
連通した連通孔15から加圧ポケット14にフラッシン
グ流体を導き加圧する。加圧室17には導入口18、配
管19、調圧弁20、ポンプ21を介し、タンク22か
らフラッシング流体が圧入される。従って、回転環2の
一方の側面2aで1個の固定環で流体側と大気側をシー
ルできるので長さLも短く、部品点数も少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガス又は流体の回転型圧
縮機、ポンプ、等に適用されるメカニカルシール装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種のメカニカルシールはダブ
ルメカニカルシールとなっており、図12に示すよう
に、回転軸101にOリング108を介して軸スリーブ
107で固定され、回転軸101と直角になるような回
転環102を設け、この環102に左右から、ガス側固
定環103と大気側固定環104がOリング105を介
して軸方向に移動できるように、それぞれケーシング1
09、押え板110に装着されている。それぞれの固定
環103,104はスプリング106で回転環102に
押しつけられている。なお、それぞれ固定環103,1
04の回り止めピンは図示していない。シール室112
には導管111から、水、油等のフラッシング流体が、
ガス圧PG より0.5〜1kgf/cm2 高い圧力(P
W )で送られるようになっている。ダブルメカニカルシ
ールには一般に、バランス型とアンバランス型がある
が、図12では説明を省略している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のダブルメカニカルシールでは、ガス側固定環103
と大気側固定環104とを回転環102をはさんで軸方
向に並べて配置するので、シール機構部の部品点数が多
いことによるコストアップ、およびシール機構部の長さ
(図12のL′)が大変長くなり、このため圧縮機、ポ
ンプ等の全体長さも長くなるのでこれらの圧縮機、ポン
プのコストアップ、および回転軸の横振動に関する固有
振動数も低くなるなどの問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】このため本発明は前記従
来の課題を解決したもので、回転軸に直角になるように
固定された回転環を設け、この回転環の一方の回転側面
に接する固定環を設け、この面には流体(ガス)側シー
ル面と大気側シール面を半径方向の外、内に加圧ポケッ
トをはさんで配置させるような構成とした。
【0005】又、シール性能の向上を図って、加圧室か
ら加圧ポケットに注入する水、油等のフラッシング流体
の圧力をシールすべきガス、液体等の流体圧より高い適
当な圧力にコントロールできる手段も付加した装置も提
案する。更に、流体(ガス)側シール面には動圧溝を設
ける装置も提案する。
【0006】即ち、請求項1の発明として、ケーシング
中の回転軸の途中に固定され、同回転軸と直交する回転
側面を有する回転環と、前記ケーシングに一端を取付
け、他端を前記回転環の回転側面と同心円状に摺動し、
この摺動部に水、油等のフラッシング流体を介在させて
同回転環で流体側と大気側に分離せしめる固定環とを設
け、ガス、液体等の流体をシールするメカニカルシール
装置において、前記固定環は、前記回転軸の周囲を囲む
一体構造をなし、前記回転環の一方の回転側面と対向す
る面には溝部を介して2個の突起した円環状であって一
方は流体側に、他方は大気側に、それぞれ前記回転軸と
は直角の半径方向に配置した流体側シール面及び大気側
シール面、前記溝部と前記回転環の一方の回転側面とで
形成される加圧ポケット及び同加圧ポケットに連通孔を
介してフラッシング流体を供給する加圧室とからなり、
前記回転環の一方の回転側面で流体側と大気側とに分離
してシールすることを特徴とするメカニカルシール装置
を提供する。
【0007】又、請求項2の発明として、請求項1の発
明において加圧室にフラッシング流体圧力をシールしよ
うとする流体圧力より高くしてシール面に作用する力を
コントロールする圧力調節手段を接続してなり、前記回
転環の一方の回転側面で流体側と大気側とに分離してシ
ールすることを特徴とするメカニカルシール装置を提供
する。
【0008】更に、請求項3の発明として、請求項1又
は2の発明において、流体側シール面に動圧溝を設けた
ことを特徴とするメカニカルシール装置も提供するもの
である。
【0009】
【作用】本発明は前述のような手段であるため、その請
求項1の発明においては、回転環に接する流体側シール
面と大気側シール面とで流体側と大気側がシールされ、
加圧室に加わるフラッシング流体圧により流体側からシ
ール面に加わる圧力に打勝つようなシール面に働く力が
加わって固定環を回転環の一方の回転側面に押し付けて
シールする。従って、従来は2個の固定環が必要であっ
たものが、1個の固定環のみでよいことになり、さら
に、これらに付属するスプリング、回り止めピン等の部
品も従来は2セット必要であったものが、1セットでよ
いことになる。このため、部品点数を少なくすることが
できる。また、シール機構部の長さも従来方式より大幅
に短くすることができる。
【0010】又、請求項2の発明では、圧力調節手段に
より圧力室に入るフラッシング流体圧力を積極的にコン
トロールし、シール面に働く力を増大したり、減少した
りできるので、シール性能向上と回転、固定環の寿命延
長に寄与することができる。
【0011】更に、請求項3の発明においては、流体
(ガス)側シール面に動圧溝を設けたので、この動圧溝
により、シール面圧が大きすぎる場合には、圧力を下げ
るように調節することができ、フラッシング流体圧力を
コントロールするだけの場合よりも、より最適なシール
面作用力を得ることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図1は本発明の一実施例に係るメカニカ
ルシール装置の縦断面図である。図1において、1は回
転軸、2はOリング10を介して軸スリーブ11で回転
軸に直角に固定されている回転環である。3は軸方向に
移動できるような状態で、回転環2に相対するように押
え板9に装着されている固定環である。固定環3の回転
環2に接する面上には、シールしようとするガス又は液
体の流体(ガス)側シール面12と大気側シール面13
が両者の間の溝と回転環2の一方の回転側面2aとで形
成される加圧ポケット14をはさんで設けられている。
【0013】一方、固定環3の、この反対側には、押え
板9が加圧室17を形成するように嵌め込まれており、
固定環3と押え板9との摺動面は、Oリング4と5でシ
ールされている。固定環3には加圧ポケット14と加圧
室17の圧力が同じになるようにするために、連通管1
5が設けられている。固定環3はスプリング6によって
その流体側シール面12及び大気側シール面13を回転
環2に押しつけられるようになっている。固定環3と押
え板9の間には回り止めピン7が設けられている。押え
板9はケーシング8に固定されている(ボルトは図示省
略)。押え板9にはフラッシング流体導入口18がもう
けられており、19の配管によって20の調圧弁、21
の液注ポンプ、22のタンクに接続されている。
【0014】この配管19、調圧弁20、液注ポンプ2
1はフラッシング流体圧力を調整する圧力調節手段を構
成するもので、タンク22内のフラッシング流体を必要
な圧力とするために手動で調整するか、又は図示省略の
制御装置で自動的に装置に適する圧力に設定して制御し
ても良いものである。
【0015】16はケーシング8により形成される1〜
15の各構成部品を収納しているシール室である。
【0016】図2は図1における固定環3に作用する圧
力分布の説明図である。図2の固定環3において、流体
(ガス)側シール面12のイ部の直径がD1 、ロ部の直
径がD2 、大気側シール面13のハ部の直径がD3 、ニ
部の直径がD4 で、D1 >D 2 >D3 >D4 とする。一
方、反対側の加圧室17を形成するイ′部の直径を
1 、ホ部の直径をd2 とし、D1 =d1 、D4 <d2
<D3 となるように各部分の位置を決める。
【0017】いま、図2において、上記関係からイ′と
イは同一直径上にあり、ロ′がロと、ハ′がハと、ニ′
がニと同じ直径となるように位置を決めると、Cと
C′、AとA′、DとD′、BとB′、EとE′はそれ
ぞれ同一直径で区切られた円周幅となる。一方、この固
定環3には、C部にはガス圧PG が、A部にはイ部から
ロ部に向けてPG からフラッシング流体圧のPW 迄漸増
する圧力分布が、D部にはPW が、B部にはハ部からニ
部に向けてPW から大気圧PO 迄漸減する圧力分布が、
E部にはPO が図2の左方向に向かって働くように作用
している。
【0018】また、C′部にはPG がA′部にはP
W が、D′部にはPW が、B′部にはハ′部からホ部に
かけてはPW が、ホ部からニ′部にかけてはPO が図2
の右方向に向かって働くように作用している。
【0019】このように、分解して見ると、C部とC′
部、D部とD′部、E部とE′部はそれぞれバランスし
ていることがわかる。これを整理したのが図3である。
図3において、各々の圧力分布で生じる力が、A部がF
A 、B部がFB 、A′部がF′A 、B′部がF′B とす
る。固定環3にはこの他にスプリングが押す力FS が作
用している。これらの差、は次の式で示される。
【0020】F′A +F′B +FS −(FA +FB ) 上記の力が固定環3の回転環2に押しつける、即ち、シ
ール面を押しつける力となって作用している。この力
は、図4に示すようにフラッシング流体圧PW の増加に
ともなって漸増する。図3,図4より、各部の直径の決
め方とPW の大きさによってシール面に働く力が変わ
り、シール面圧も変わるので、最適なシール面作用力を
選定することができる。
【0021】また、図5に示したように固定環3の流体
(ガス)側シール面12に動圧溝23を設けると、図1
0に示すように、図の左方向に向かって働くように作用
している力のFA +FB に動圧によって生ずる力FD
加わるので、図11に示すように、シール面に働く力は
図4に示す場合よりもFD 分だけ少ない値になり、シー
ル面圧が大きすぎる場合には、これを下げるように作用
させることができる。
【0022】ここで、動圧溝23の形状として、次の図
6,図7の2種類を示すが、いずれの形状も前述の作
用、効果があるものである。即ち、図6,図7共、図5
におけるX−X矢視図であり、図7は図6の矢視Y−Y
断面図、図9は図8の矢視Z−Z断面図である。これら
の動圧溝23は図では1個のみ図示しているが、流体側
シール面12の円周上に最適なシール面圧となるように
複数個、等間隔又は異なった間隔で設ければ良いもので
ある。
【0023】以上、説明の実施例によれば、固定環3は
一体形とし回転環2の一方の回転側面2aの回転軸1と
直角方向で接するような流体(ガス)側シール面12と
大気側シール面13とを設けたので、従来は2個の固定
環が必要であったものが、1個の固定環3のみでよいこ
とになり、それに伴ってこれらの付属するスプリング
6、回り止めピン7、等の部品も従来の2セットから1
セットでよいことになった。このため部品点数を少なく
することができるものである。更に、シール機構の長さ
も従来の長さL′(図12に示す)ものより大幅に短く
することが可能となった。(図1のL) 又、フラッシング流体圧力も調圧弁で手動又は自動で制
御できるのでシール面に働く力を図4に示すように増減
して最適の力を選定できるのでシール性能向上と回転環
2、固定環3の寿命延長ができるものである。
【0024】更に、流体(ガス)側シール面12に動圧
溝23を設けることにより動圧により生ずる力だけ少な
いシール面圧とすることができるので、シール面圧が大
きすぎる場合には、これを下げることができるものであ
る。
【0025】
【発明の効果】以上具体的に述べたように、本発明によ
れば、一体形の固定環の同一面上に流体側シール面と大
気側シール面を回転軸と直交する方向に加圧ポケットを
はさんで配置させ、これらシール面が回転環に接するよ
うに装着することによって、従来軸方向に並べていた2
個の回転環を1個にできるので、軸方向の長さを短くで
きると共に、部品点数も少なくできる。
【0026】又、加圧ポケットに注入するフラッシング
流体の圧力をシールすべき流体圧より高い適当な圧力に
コントロールできる圧力調節手段を付加したことによっ
て、シール面圧をより良い状態にできる。
【0027】更に、流体側シール面に動圧溝を設けるこ
とによって、シール面圧をさらにより良い状態にできる
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るメカニカルシール装置
の縦断面図である。
【図2】本発明の一実施例での固定環に作用する圧力分
布の説明図である。
【図3】図2の固定環に作用する圧力分布による力関係
を示した説明図である。
【図4】本発明の一実施例でのフラッシング流体圧とシ
ール面に働く力の関係を示した図である。
【図5】本発明の一実施例での固定環に動圧溝を設けた
断面図である。
【図6】図5におけるX−X矢視図である。
【図7】図6のY−Y断面図である。
【図8】図5におけるX′−X′矢視図で、他の動圧溝
の形状を示すものである。
【図9】図8におけるZ−Z断面図である。
【図10】図5に示す固定環に動圧溝を設けた場合の力
関係を示した説明図である。
【図11】本発明の一実施例での動圧溝を設けた場合の
フラッシング流体圧とシール面に働く力の関係を示した
図である。
【図12】従来のメカニカルシール装置の縦断面図であ
る。
【符号の説明】
1 回転軸 2 回転環 3 固定環 8 ケーシング 9 押え板 12 ガス側シール面 13 大気側シール面 14 加圧ポケット 15 連通孔 16 シール室 17 加圧室 18 フラッシング流体導入口 23 動圧溝

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケーシング中の回転軸の途中に固定さ
    れ、同回転軸と直交する回転側面を有する回転環と、前
    記ケーシングに一端を取付け、他端を前記回転環の回転
    側面と同心円状に摺動し、この摺動部に水、油等のフラ
    ッシング流体を介在させて同回転環で流体側と大気側と
    に分離せしめる固定環とを設け、ガス、液体等の流体を
    シールするメカニカルシール装置において、前記固定環
    は、前記回転軸の周囲を囲む一体構造をなし、前記回転
    環の一方の回転側面と対向する面には溝部をはさんで2
    個の突起した円環状であって一方は流体側に、他方は大
    気側に、それぞれ前記回転軸とは直角の半径方向に配置
    した流体側シール面及び大気側シール面、前記溝部と前
    記回転環の一方の回転側面とで形成される加圧ポケット
    及び同加圧ポケットに連通孔を介してフラッシング流体
    を供給する加圧室とからなり、前記回転環の一方の回転
    側面で流体側と大気側とに分離してシールすることを特
    徴とするメカニカルシール装置。
  2. 【請求項2】 ケーシング中の回転軸の途中に固定さ
    れ、同回転軸と直交する回転側面を有する回転環と、前
    記ケーシングに一端を取付け、他端を前記回転環の回転
    側面と同心円状に摺動し、この摺動部に水、油等のフラ
    ッシング流体を介在させて同回転環で流体側と大気側と
    に分離せしめる固定環とを設け、ガス、液体等の流体を
    シールするメカニカルシール装置において、前記固定環
    は、前記回転軸の周囲を囲む一体構造をなし、前記回転
    環の一方の回転側面と対向する面には溝部をはさんで2
    個の突起した円環状であって一方は流体側に、他方は大
    気側に、それぞれ前記回転軸とは直角の半径方向に配置
    した流体側シール面及び大気側シール面、前記溝部と前
    記回転環の一方の回転側面とで形成される加圧ポケット
    及び同加圧ポケットに連通孔を介してフラッシング流体
    を供給する加圧室とからなり、同固定環の加圧室にはフ
    ラッシング流体圧力をシールしようとする流体圧より高
    くして、シール面に作用する力をコントロールする圧力
    調節手段を接続してなり、前記回転環の一方の回転側面
    で流体側と大気側とに分離してシールすることを特徴と
    するメカニカルシール装置。
  3. 【請求項3】 前記流体側シール面には動圧溝を設けた
    ことを特徴とする請求項1又は2記載のメカニカルシー
    ル装置。
JP750094A 1994-01-27 1994-01-27 メカニカルシール装置 Withdrawn JPH07208612A (ja)

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