JPH07224948A - メカニカルシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 厳しい使用条件でもシール部が潤滑されて異
常摩耗や焼付きの発生を防止する。 【構成】 一端はシール端面の当接範囲３５ｓ内にあり
他端は当接範囲３５ｓから高圧流体ＨＰ側に外れた位置
にある放射状の潤滑誘導溝３５ｃをシール端面に形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転流体機械の回転
軸がケーシングを貫通する箇所に設けられて流体の漏れ
を封止するメカニカルシールに係り、特に、シールリン
グのシール端面にドライ摺動による異常摩耗や焼損が生
じることを防止する手段に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のメカニカルシールを示す。
回転軸３１には、Ｏリング３９を介挿して回転側シール
リング３５がスリーブ３３で止めて固着されている。ケ
ーシング５１には、Ｏリング５９を介挿してリングホル
ダ５３が軸方向に移動可能に装着され、リングホルダ５
３には静止側シールリング５５が一体的に嵌着されてい
る。ケーシング５１とリングホルダ５３との間には圧縮
ばね５７及び回り止めピン５６が装着されている。回転
側シールリング３５及び静止側シールリング５５のシー
ル端面は、回転軸３１の軸心線に正確に垂直な平滑面に
なるように仕上げられ組み付けられている。圧縮ばね５
７がリングホルダ５３及び静止側シールリング５５を図
の右方へ押すことにより、回転しない静止側シールリン
グ５５のシール端面が、回転する回転側シールリング３
５のシール端面に圧接し、回転軸３１とケーシング５１
との間が密封され、流体の漏れが封止される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のメカニカルシー
ルは上記のようであるが、流体圧力が高くなり、その漏
れを止めるため静止側シールリング５５の押圧力が高く
なるとか、シール端面の回転周速度が大きいというよう
に使用条件が厳しくなると、シール部の摺動による発熱
が大となり、封止すべき流体が例えば水である場合、熱
によりシール端面の摺動部の水が蒸発乾燥していわゆる
ドライ摺動となり、異常摩耗や焼付きが発生するという
ような課題があった。

【０００４】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたもので、シール圧力及び回転周速度が高いというよ
うな使用条件であっても、シール部がドライ摺動となる
ことを防止し、もって、異常摩耗や焼付きの発生を防止
したメカニカルシールを得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係るメカニカ
ルシールは、、一端はシール端面の当接範囲内にあり他
端は径方向にこの当接範囲から高圧流体側に外れた位置
にある潤滑誘導溝をシール端面に形成したものである。

【０００６】

【作用】この発明におけるメカニカルシールのシール端
面に形成された潤滑誘導溝は、一端はシール端面の当接
範囲内にあり他端は当接範囲から高圧流体側に外れた位
置にあるので、この潤滑誘導溝の当接範囲から外れた部
分から高圧流体がこの溝内に流入し、この溝内に流入し
た流体は、シール端面間の相対回転移動により、シール
端面間に引き込まれて進入し、シール端面間に流体膜を
形成する。この流体膜の介在により、シール端面間の固
体接触が少なくなり、シール面の異常摩耗や焼付きが発
生することが防止される。なお、この潤滑誘導溝は、当
接範囲外にある端部の反対側の端部はシール端面の当接
範囲内にあり、当接範囲を径方向に横断全通しないの
で、流体がこの潤滑誘導溝を流通してシール端面の漏れ
が多くなることはない。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例によるメカニカルシー
ルを示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はシール端面の平
面図である。図１において、３１は回転軸であり、回転
軸３１には、Ｏリング３９を介挿して回転側シールリン
グ３５が固着され、さらにスリーブ３３を嵌着して回転
側シールリング３５が回転軸３１に固定されている。ま
た、ケーシング５１には、Ｏリング５９を介挿してリン
グホルダ５３が軸方向に移動可能に装着され、リングホ
ルダ５３には静止側シールリング５５が一体的に嵌着さ
れている。リングホルダ５３後側とケーシング５１との
間には、リングホルダ５３及び静止側シールリング５５
を回転側シールリング３５の方へ推進する圧縮ばね５
７、並びに、リングホルダ５３及び静止側シールリング
５５がつれ回りすることを防止する回り止めピン５６が
設けられている。回転側シールリング３５の材質は高硬
度鋼等、静止側シールリング５５の材質はカーボン，セ
ラミック等、その他、フッ素樹脂等の摩擦抵抗の小さい
ものなど使用条件に適するものを採用すればよい。な
お、図１に示すメカニカルシールでは、シール部の外径
側が機器内の高圧流体ＨＰであり、内径側が大気圧の空
気などの低圧流体ＬＰである。

【０００８】図１に示すように、回転側シールリング３
５の静止側シールリング５５に対向する端面及び静止側
シールリング５５の回転側シールリング３５に対向接触
する端面は、シール端面として回転軸３１の軸心線に正
確に垂直な平滑面に仕上げられ組み立てられている。回
転側シールリング３５のシール端面には、潤滑誘導溝３
５ｃが削成されている。潤滑誘導溝３５ｃは、軸受面の
油溝のような形状で、長さ方向を放射方向に形成され、
周方向等間隔に例えば４５度間隔で８個配設されてい
る。潤滑誘導溝３５ｃは、その内端が当接範囲３５ｓ内
にあり、外端が当接範囲３５ｓから外径方、すなわち高
圧流体ＨＰ側に外れた所にあるように削成されている。
当接範囲３５ｓとは、静止側シールリング５５のシール
端面が当接する範囲をいう。潤滑誘導溝３５ｃの内端が
位置する当接範囲３５ｓ内の点は、後述の潤滑性と漏れ
封止性とを勘案して決定する。

【０００９】次に、図１に示す実施例の動作について説
明する。回転軸３１が回転すれば、回転軸３１に固着さ
れている回転側シールリング３５も一体となって回転す
る。一方、リングホルダ５３はケーシング５１に軸方向
に移動可能に設けられ、リングホルダ５３には静止側シ
ールリング５５が固着されており、圧縮ばね５７はリン
グホルダ５３を図の右方へ推進するので、回転しない静
止側シールリング５５のシール端面は、回転する回転側
シールリング３５のシール端面に押し付けられて流体の
漏れを封止する。なお、Ｏリング３９は回転軸３１と回
転側シールリング３５との間の漏れを封止し、Ｏリング
５９はケーシング５１とリングホルダ５３との間の漏れ
を封止する。しかし、流体圧力が高いため静止側シール
リング５５の押圧力が高く、かつ、シール部の回転周速
度が大きいというように使用条件が厳しくなると、従
来、シール部の摺動による発熱が多くなり、熱によりシ
ール端面の摺動部が乾燥していわゆるドライ摺動とな
り、異常摩耗や焼付きが発生していた。

【００１０】これに対して、図１に示すメカニカルシー
ルでは、回転側シールリング３５のシール端面に放射状
の潤滑誘導溝３５ｃが削成され、潤滑誘導溝３５ｃの内
端は当接範囲３５ｓ内にあり、外端は当接範囲３５ｓか
ら高圧流体ＨＰ側である外径方に外れた所にあるので、
運転中に、シール部の外径側に存在する高圧流体ＨＰ
は、潤滑誘導溝３５ｃの当接範囲３５ｓから外径方に外
れた部分から、この潤滑誘導溝３５ｃ内に進入し、潤滑
誘導溝３５ｃ内に進入した流体は、回転側シールリング
３５と静止側シールリング５５との相対回転移動によ
り、軸受の潤滑油のように、当接範囲３５ｓのシール端
面間に引き込まれて流体膜を形成する。この流体膜によ
り回転側シールリング３５と静止側シールリング５５と
の固体接触が少なくなり、摩擦発熱が少なくなり、いわ
ゆるドライ摺動となることなく、異常摩耗や焼付きの発
生が防止される。

【００１１】図１に示すように、潤滑誘導溝３５ｃの内
端は当接範囲３５ｓ内にあり、潤滑誘導溝３５ｃは当接
範囲３５ｓ内を横断全通していないので、当接範囲３５
ｓの外径方に外れた所から潤滑誘導溝３５ｃ内に入った
高圧流体が流通して当接範囲３５ｓの内径側に抜け出る
ことはなく、流体の漏れが増加することはない。また、
当接範囲３５ｓのシール面間、特に潤滑誘導溝３５ｃ内
にある流体は、回転側シールリング３５の回転により遠
心力が作用して外径方向に振り飛ばされる傾向が生じる
ので、この点からも流体が内径側に漏出し難い。なお、
潤滑誘導溝３５ｃは、長さを長くしてその内端の位置を
当接範囲３５ｓ内の内径側に近い位置とすれば、潤滑性
は向上するが漏れが多くなるおそれがあり、長さを短く
してその内端の位置を当接範囲３５ｓ内の外径側に寄っ
た位置とすれば、漏れは少ないが潤滑性の向上が少ない
おそれがあるので、これらの点を考慮して潤滑誘導溝３
５ｃの長さとその内端の位置を決定する必要がある。な
お、シール端面に潤滑誘導溝３５ｃを削成する場合、シ
ール端面の流体圧力によるバランスを従来のものと変え
ないようにするには、Ｏリング５９の部分のリングホル
ダ５３の外径に比べてシール端面の径方向位置を僅かに
外方にする必要がある。

【００１２】次に、図２に示す実施例について説明す
る。図２に示すメカニカルシールは、シール部の外径側
が低圧流体ＬＰ、内径側が高圧流体ＨＰである。この回
転側シールリング３５のシール端面に削成された放射状
の潤滑誘導溝３５ｃは、その内端が当接範囲３５ｓの内
径より内方に外れた部分にあり、外端が当接範囲３５ｓ
内にあるように形成されている。したがって、運転中
に、このシール部の内径側に存在する高圧流体ＨＰは、
潤滑誘導溝３５ｃの当接範囲３５ｓから内径方に外れた
部分からこの潤滑誘導溝３５ｃ内に進入し、潤滑誘導溝
３５ｃ内に進入した流体は、前述と同様に、シール端面
間に引き込まれて流体膜を形成し、回転側シールリング
３５と静止側シールリング５５との固体接触が少なくな
り、摩擦発熱が少なくなり、異常摩耗や焼付きの発生が
防止される。また、潤滑誘導溝３５ｃの外端は当接範囲
３５ｓ内にあり、当接範囲３５ｓを全通していないの
で、当接範囲３５ｓの内径側から潤滑誘導溝３５ｃ内に
入った高圧流体が当接範囲３５ｓの外径側に流通して抜
けることはなく、流体の漏れが増加することはない。

【００１３】なお、潤滑誘導溝３５ｃの数，形状など
は、このメカニカルシールが適用される流体の種類，圧
力，温度，回転軸３１の回転速度等の設計条件等によっ
て適当に決定すればよい。また、以上説明した実施例で
は、静止側シールリング５５の狭いシール端面が回転側
シールリング３５のシール端面の当接範囲３５ｓに当接
する形式としたが、逆に、狭い回転側シールリング３５
のシール端面が広い静止側シールリング５５のシール端
面に当接する形式である場合は、静止側シールリング５
５のシール端面に前述のような潤滑誘導溝を形成すれば
よい。

【００１４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、シー
ル端面に形成された潤滑誘導溝内に入った流体がシール
端面間に引き込まれて流体膜を形成し、シール端面の固
体接触を少なくするので、摩擦発熱が少なくなり、異常
摩耗や焼付きが発生することが防止される。なお、この
潤滑誘導溝はシール端面の当接範囲を径方向に全通しな
いので、流体の漏れが多くなることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例によるメカニカルシール
を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はシール端面の平面
図である。

【図２】この発明の第２実施例によるメカニカルシール
を示し、（Ａ）は半縦断面図、（Ｂ）はシール端面の部
分平面図である。

【図３】従来のメカニカルシールの縦断面図である。

【符号の説明】

３１：回転軸、 ３５：回転側シールリング、３５ｃ：
潤滑誘導溝、 ３５ｓ：当接範囲、５１：ケーシング、
５３：リングホルダ、５５：静止側シールリング、
５７：圧縮ばね、ＨＰ：高圧流体、 ＬＰ：低圧流体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 揚 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 佐久間 啓臣 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転側シールリングのシール端面と静止
   側シールリングのシール端面とを圧接させて流体の漏れ
   を封止するメカニカルシールにおいて、いずれかの前記
   シール端面に、一端は前記シール端面の当接範囲内にあ
   り他端は径方向にこの当接範囲から高圧流体側に外れた
   位置にある潤滑誘導溝を形成したことを特徴とするメカ
   ニカルシール。