JPS583150B2 - メカニカルシ−ル - Google Patents

メカニカルシ−ル

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Publication number
JPS583150B2
JPS583150B2 JP53123620A JP12362078A JPS583150B2 JP S583150 B2 JPS583150 B2 JP S583150B2 JP 53123620 A JP53123620 A JP 53123620A JP 12362078 A JP12362078 A JP 12362078A JP S583150 B2 JPS583150 B2 JP S583150B2
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JP
Japan
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pressure
retainer
ring
fluid
internal fluid
Prior art date
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Expired
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JP53123620A
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English (en)
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JPS5551167A (en
Inventor
井上滉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS583150B2 publication Critical patent/JPS583150B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3436Pressing means
    • F16J15/3448Pressing means the pressing force resulting from fluid pressure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S277/00Seal for a joint or juncture
    • Y10S277/91O-ring seal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転機械の内部流体の流出を防止するメカニ
カルシール、更に詳しくは圧縮機やポンプにおいて内部
流体圧力と外部流体圧力との差圧が正負逆に入り変わる
場合でも密封性能を発揮するメカニカルシールに関する
ものである。
第1図は従来の静止バランス形メカニカルシールを示す
もので、図において、1はケーシング、2は回転軸、3
は回転軸2に固定したシートリング、4はシートリング
3と共に密封面5を形成する従動リングで、この従動リ
ング4はその内周面においてリテーナ6によって軸方向
移動可能に保持されている。
7は従動リング4の背端面に設けられたばねで、従動リ
ング4をシートリングに押圧させる働きをする。
8は従動リング4の回り止めピン、9はリテーナ6と従
動リング4の内周面との間に設けられた二次シールであ
る。
この形式のメカニカルシールは、内部流体10の圧力P
1と外部流体11の圧力P2との間に、P1>P2の関
係が成立するとき有効である。
この密封原理を第2図について説明する。
従動リング4の背端面に作用するばね7の力をFs,従
動リング4に作用する内部流体圧による押付け力をFf
、密封面5に浸入した内部流体10の流体膜反力をFh
とすると、密封面5の外径d.および内径d1、従動リ
ング4の背端面側内径d.は、内部流体10の圧力が高
圧力になることを考慮してつぎの(1)式すなわち Ff+Fs>Fh ……(1)を満足する
ように定められている。
この結果、高い圧力の内部流体10は密封面5から低田
の外部流体11側に漏洩することがない。
ところが、上述した圧力関係とは逆に、内部流体10の
圧力P1が外部流体11の圧力P2よりも小さくなった
場合には、第3図に示すように押付け力FfはFf’に
、また流体膜反力FhはFh’になり、これらの間には
、 Ff′+Fs<Fh′………(2) の関係が生ずる。
すなわち、押付け力Ff’+Fsは流体膜反力Fh′よ
りも小さくなるので、密封面5には間隙ができ、この間
隙を通って外部流体11が内部流体10内に浸入する。
ことため、シール機能を発揮できない憾みがあった。
この対策としてばね7のばね力Fsを大きくすることが
考えられるが、このようにすると従動リング4の密封面
5への押付け力Ff+Fsが高くなり密封面5を傷付け
ることになり、良い対策手段ではない。
本発明は上記の点にかんがみ密封しようとする内部流体
の圧力が外部圧力よりも高い場合はもちろん、低い場合
でもシール性能を発揮することができるメカニカルシー
ルを提供することを目的とする。
本発明の特徴とするところは、内部流体圧力と外部流体
圧力との差圧が正負逆に変動する回転機械の軸封部にお
いて、シートリングと従動リングとによって、従動リン
グの外周面側の内部流体と従動リングの内周面側の外部
流体との間の密封を維持する密封面を形成し、前記シー
トリングを回転軸に封止的に固定し、従動リングを初期
密封面圧力付与用のばねおよび回り止め機構を介してリ
テーナに軸方向移動可能に設け、前記リテーナを内部流
体と外部流体との差圧の正負変動に応じて軸方向に移動
し得るようにケーシング内に設け、このリテーナのケー
シング内周面と従動リング内周面との接触部に、それぞ
れOリングを設けたものである。
以下本発明の実施例を図面について説明する。
第4図は本発明のメカニカルシールの一実施例を示すも
ので、図において、第1図と同符号のものは同一または
相当する部分である。
シートリング3とともに密封面5を形成する従動リング
4は、ばね7および回り止めピン8を介してリテーナ1
2に保持されている。
このリテーナ12は軸方向移動可能にケーシング1内に
装設され、またケーシング1の外部流体側に設けたスト
ツパ部1aと回り止めピン13とにより回転不可能に構
成されている。
リテーナ12は前述した従動リング4の内周面に嵌合さ
れる円筒部12aとケーシング1の内面に嵌合され、か
つ径の異なる円筒部12b,12cとを備えている。
リテーナ12の円筒部12aの外周面に接する従動リン
グ4の内周面には、この摺動部分を密封する0リング9
が設けられている。
またリテーナ12の円筒部12b,12Cの外周面には
、この面とケーシング1の内周面との間をそれぞれ密封
するOリング13,14が設けられている。
リテーナ12の円筒部12bにおける従動リング側の端
面12b′は、内部流体10の圧力P1の作用部になり
、リテーナ12の円筒部12Cにおける反従動リング側
の端面12c′は外部流体11の圧力P2の作用部にな
る。
リテーナ12の円筒部12cの端面12c′は、内部流
体圧力P1が外部流体圧力P2よりも大きい状態では内
部流体圧力P1の作用によりケーシング1のストツパ部
1aに当接している。
リテーナ12の円筒部12b,12Cの段差部に形成さ
れる室15は0リング13,14によって密閉室となり
、リテーナ12の軸方向移動の妨げとなるので、ケーシ
ング1に設けた通孔16により大気に通じている。
前述したリテーナ12の円筒部12bの外径D1および
円筒部12Cの外径D2は、リテーナ12の円筒部12
aの外径をDsとすると、内部流体圧力P1と外部流体
圧力P2とに対してつぎのような関係を満足することが
必要である。
すなわち、内部流体圧力P1と外部流体圧力P2との間
に、P1>P2の関係が保たれている場合には、(D1
2−DS2)・P1>(D22−DS2)・P2…(3
)の関係が満足され、また内部流体圧力P1と外部流体
圧力P2との間に、P1<P2の関係が保たれている場
合には、 の関係が満足される必要がある。
前述した(3)式および(4)式を満足する円筒部12
bと円筒部12Cとの外径D1,D2の寸法の一例とし
て、これらの外径D1,D2を同径にすることが可能で
ある。
さらに、ばね7のばね力Fsおよび負圧力状態のときの
密封面5の流体膜反力Fh’を考慮した場合において、
内部流体圧力P1が外部流体圧力P2より小さくなった
段階では、 の関係が満される必要がある。
このため、円筒部12Cの外径D2は、最終的に前述し
たD2<D1の関係および(5)式を満足するように定
められる。
第5図は本発明のメカニカルシールの密封力作用を説明
する線図で、図において、横軸は内部流体圧力P1と外
部流体圧力P2との差圧ΔP(P1−P2)を示してい
る。
すなわちΔPが正のときは内部流体圧力P1が外部流体
圧力P2よりも高い状態であり、またΔPが負のときは
外部流体圧力P2が内部流体圧力P1よりも高い状態で
ある。
縦軸は密封力S状態を示し、その正方向は密封面5が維
持される状態を、また負方向は密封面5が開かれ漏洩を
生ずる状態である。
この線図において、直線AはΔPが正の時の密封面5の
密封力を示し、直線BはΔPが負の初期段階における密
封力を示す。
この直線Bの段階ではばね7のばね力Fsの影響により
密封力が維持されている。
直線Cは密封面5からの漏洩を防ぐためにリテーナ12
の作用によって得られる密封力を示す。
なおこの線図においては、直線Cにおける密封力は差圧
ΔPの軸上のX点より生ずるように示してあるが、0点
からX点までの差圧ΔP域におけるある点X′から作用
させるように構成してもよい。
この時は、密封力Sは直線C′で示すようになる。
次に上述した本発明の実施例の動作を説明する。
まず、内部流体圧力P1が外部流体圧力P2よりも大き
い状態の場合について述べる。
この場合には、リテーナ12は内部流体10と外部流体
11との差圧力により図面上左方向に移動し、第4図に
示すようにケーシング1のストツパ部1aに当接してい
る。
また、従動リング4は第2図に示すと同様にばね7のば
ね力Fsと従動リング4の背端面に作用する内部流体1
0の押付け力Ffとにより、密封面5の流体膜反力Fh
に抗してシートリング3に押付けられる。
このため、、従勧リング4はシートリング3と協同して
第5図の直線Aで示す密封力を有する密封面5を維持し
ている。
つぎに内部流体圧力P1が外部流体圧力P2よりも小さ
くなり始める初期段階においては、第5図の直線Bで示
すように直ちに密封力が低下して漏洩を生ずることはな
い。
そして内部流体圧力P1と外部流体圧力P2との差圧Δ
Pがさらに負方向に大きくなり、第5図に示すX点に達
すると、リテーナ12はその端面12c′に前述した差
圧力を受けるので、リテーナ12は図面上右方向に移動
する。
その後、リテーナ12の端面12b′は、第6図に示す
ようにばね7を圧縮し従動リング4の背端面に当接して
、従動リング4をシートリング3に押付ける。
このため、従動リング4はシートリング3と協同して密
封面を維持する。
特に本発明のメカ二カルシールを、液化天然ガス用ボイ
ルオフガスターボ圧縮機のように回転軸が停止すると機
内ガス圧が上昇する回転機械に実施すれば、機内ガス圧
(前述した外部流体圧力P2に相当する)が上昇しても
密封面が維持されて、天然ガス(外部流体11に相当す
る)を外部に漏洩させることがない。
以上詳述したように、本発明のメカニカルシールによれ
ば、その密封面によって密封される内部流体と外部流体
との圧力関係が正負に逆転したり、または内部流体圧力
が外部流体圧力より小さくなる場合でも、密封面を維持
することができ、密封機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のメカニカルシールの一例の縦断面図、第
2図および第3薗は従来のメカニカルシールの圧力作用
状態を示す説明図、第4図は本発明のメカニカルシール
の一実施例を示す縦断面図、第5図は本発明のメカニカ
ルシールにおける内部流体と外部流体との差圧と密封力
との関係を示す線図、第6図は本発明のメカニカルシー
ルの動作を説明するための縦断面図である。 1……ケーシング、2……回転軸、3……シートリング
、4……従動リング、5……密封面、7……ばね、8…
…回り止めピン、9……Oリング、10……内部流体、
11……外部流体A12……リテーナ、13.14……
Oリング。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 内部流体圧力と外部流体圧力との差圧が正負逆に変
    動する回転機械の軸封部において、シートリングと従動
    リングとによって、従動リングの外周面側の内部流体と
    従動リングの内周面側の外部流体との間の密封を維持す
    る密封面を形成し、前記シートリングを回転軸に封止的
    に固定し、従動リングを初期密封面圧力付与用のばねお
    よび回り止め機構を介してリテーナに軸方向移動可能に
    鰻け、前記リテーナを内部流体と外部流体との差圧の正
    負変動に応じて軸方向に移動し得るようにケーシング内
    に設け、このリテーナのケーシング内周面と従動リング
    内周面との接触部に、それぞれ0リングを設けたことを
    特徴とするメカニカルシール。 2 リテーナの外部流体側の端面は内部流体よりも外部
    流体の圧力が大きくなったときにリテーナに作用する内
    部流体圧力、ばねの力および密封面の流体膜反力に抗し
    てリテーナを密封面側に押し付けるに必要な受圧面積を
    備えていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のメカニカルシール。
JP53123620A 1978-10-09 1978-10-09 メカニカルシ−ル Expired JPS583150B2 (ja)

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JPS5551167A JPS5551167A (en) 1980-04-14
JPS583150B2 true JPS583150B2 (ja) 1983-01-20

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