JPS583151B2 - メカニカルシ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ポンプ及びコンプレッサ等に使用されるメカ
ニカルシールの改良に関する。

一般にメカニカルシールは、第１図に示すように、回転
軸３に固設された回転環４と、ケーシング本体１０にフ
ランジ９を介して着脱可能に取付けた保持体１１にスプ
リング８を介して回転環４を押圧すべく支持された静止
環２と、によって密封端面５を形成して構成されていて
、この密封端面５によって構内６の流体を密封するよう
にされている。

ところが、従来のメカニカルシールにあっては、第１図
に示す如く、静止環２の軸線方向移動を規制する手段が
何ら設けられていないため、次のような欠点があった。

すなわち、機器に組込まれたメカニカルシールはこれを
外部から視認できないため、メカニカルシールの取替時
期を判断するに密封端面５から流体が漏れ出すことを検
知する以外に手はないのであるが、静止環２の軸線方向
移動つまり回転環４に向う方向の移動が規制されていな
いため、密封端面５における摩耗量が許容範囲を超えた
後もこれに気付かず、流体の漏れを検知したときには、
既にメカニカルシール全体が破損していたり、極端な場
合には機器自体が破損していたりする虞れがあり、メカ
ニカルシールの取替時期の判断を誤る場合が多い。

また、従来のメカニカルシールにあっては、回転軸３に
回転＠４を嵌入固定させた上、静止環２を保持体１１に
支持させた状態で、この保持体口をフランジ９を介して
ケーシング本体１０に取付けることによってメカニカル
シールの組立を行っているが、この組立時において、静
止環２の軸線方向移動が規制されていないため、静止環
２がスプリング８によって押出されて保持体１１から外
れてしまい易く、シたがって組立作業を容易に行うこと
ができず、しかも極端な場合には、静止環２が保持体１
１から外れた状態或いは傾斜した状態で装着される虞れ
がある。

このような不良な状態でメカニカルシールが組立てられ
たときには、当然のことながら良好なシール機能が発揮
されないばかりか、メカニカルシールが破損されること
にもなる。

なお、メカニカルシールの取替作業も容易に行い得ない
こと勿論である。

さらに、ケーシング１と回転軸３との位置関係が正確に
調整された機器にメカニカルシールを組込んだ場合はと
もかく、現実にはこのような機器は少ないため、機器に
組込まれたメカニカルシールは、ケーシング１と回転軸
３との軸線方向における相対変位により、軸線方向にお
いてある程度の変位と振動を受けることが多いが、この
場合静止環２の軸線方向移動が規制されていないため、
上記振動等が増幅されて不測の事態を招来することがし
ばしばある。

従来のメカニカルシールにあっては、静止＠２の軸線方
向移動が規制されていないことによって上記した如き欠
点があるが、その他、更に次のような欠点もある。

すなわち、従来のものでは、密封端面５が静止環２と回
転環４との相対摺接回転により摩擦熱を発生するため、
第１図に示す如く、密封端面５の部分にケーシング１に
設けた注入孔７から冷却液を注入するようにしている。

しかし、この従来のものは回転軸３が回転している状態
にあると、機内６の流体が機内６の外周部すなわちケー
シングの内周面側に層流を形成する。

このため注入孔７から流入した冷却水は、機内６の外周
部に押しつけられた状態で流れ、密封端面５の部分に注
入されないという欠点があった。

そしてまた、第１図において密封流体中に微粒子等が含
まれる場合は密封端面５より第１図中左の部分、すなわ
ち、静止環２の外周とケーシング本体１０との空間ａ１
保持体１１と静止環２との空間ｂ１保持体１１に設けら
れたスプリング保持穴Ｃに密封流体の流れが全くないた
め、微粒子が堆積し、軸３の第１図中矢印ｆ方向への微
少な動きや、密封端面５の摩耗に対し静止環２の第１図
中矢印ｅ方向へのスムーズな動きが損われることがある
。

本発明は、上記した諸欠点を全て解消すべく改良された
メカニカルシールを提供するものである。

すなわち、本発明のメカニカルシールは、保持体に連接
せる円筒ガイドに設けた軸線方向の長孔に、静止管の外
周面に突設せるピンを係合させて、静止環の軸線方向移
動を一定の範囲で規制し、もって密封端面における摩耗
が許容範囲を超えるのを確実に防止させると共に軸線方
向の変位と振動を極力規制吸収させ、さらに静止側アツ
センブリをユニット化してメカニカルシールの正確な組
立及び取替作業を容易に行わしめうるよう図ったもので
あり、さらに前記円筒ガイドを密封端面にまで延出させ
て、この円筒ガイドと静止環との間に冷却通路を形成し
、もって密封端面の冷却機能の向上及び微粒子等の堆積
防止を図ったものである。

以下、第２図および第３図を参照して本発明の一実施例
を説明する。

図中２１はケーシング本体２２と、この本体２２の後端
部に取外し可能に取着されたフランジ２３と、このフラ
ンジ２３の内周面前端部に０リング２５を介して取着し
た保持体２４とからなるケーシングである。

そして、保持体２４は、前端面中央からスプリング室２
６を形成しているとともに、前端面内側から前方に内筒
部２７を形成してなる。

さらに２８は静止項本体２９の前端面に接合体３０を取
着してなる静止環であり、この静止環本体２９は、後端
面をスプリング室２６内に収容されたスプリング３１の
先端に抑圧支持されているとともに、０リング３５ａを
介して内筒部２７外周面に軸線方向つまり前後方向に摺
動自在に支持されている。

また３２は、０リング３５を介して回転軸３３に嵌入し
装着され、スリーブ３４により固定された回転環である
。

この回転環３２の後端面には静止環２８の接合体３０の
前端面が液密に当接して、密封端面３６を形成している
。

したがって、この密封端面３６によって機内４２と機外
４３との間がシールされるようになっている。

また、３８は前記保持体２４に一体的に連設された円筒
ガイドで、静止環２８の外周面を囲繞して、密封端面３
６にまで延出されている。

そしてこの円筒ガイド３８は、静止環２８の外周面との
間に冷却通路３７を形成しており、フランジ２３及び保
持体２４を貫通して形成された流入孔４１から前記冷却
通路３７の後部へと冷却媒体例えば冷却液が流入せしめ
られるようになっている。

さらに前記円筒ガイド３８には、軸線方向たる前後方向
に延びる例えば複数の長孔３９・・・（一のみ図示）が
穿設されており、各長孔３９内に頭部を位置した各ピン
４０が静止環本体２９の外周部に締付固定されていて、
この各長孔３９とピン４０との係合によって静止環２８
の軸線方向移動を一定の範囲で規制すると共に静止環２
８の軸線回りの回転を阻止している。

前記長孔３９の前後方向長さは、その前端３９ａでピン
４０が係止されることによって、スプリング３１による
押圧にも拘わらず静止環２８が保持体２４つまり内筒部
２７から抜脱されることなく静止側アセツブリがユニッ
ト化されるように、且つ密封端面３６における摩耗量が
所定の許容摩耗量（例えば数ｍｍ程度）を超えない範囲
で静止環２８の前方向への最大移動量が規制されるよう
に設定されている。

次に、上記実施例の作用を説明する。

回転軸３３回転開始と同時に流入孔４１より冷却液が通
路３７内に流入させる。

この際、通路３７が静止側である静止環２８と円筒ガイ
ド３８との間に形成され且つ密封端面３６にまで至って
いるから、流入孔４１から流入された冷却液は、機内４
２の流体による影響を受けることなく通路３７内を静止
環２８の後端部側から前方向に流れていく。

したがって、この冷却液の流れ作用によって、保持体２
４と静止環２８との空間等の静止側部分にスラリー等の
微粒子が堆積されるのが確実に防止される。

そして円筒ガイド３８の前端縁が密封端面３６に対向す
る位置まで形成されているため、冷却液は容易かつ確実
に密封端面３６部分に到達し、したがって回転軸３３の
回転により摩擦熱を発生する密封端面３６は十分に、し
かも効率良く冷却することができる。

ところで接合体３０の前端面は回転環３２との摺接によ
り徐々に摩耗するが、これにともなって静止環２８がス
プリング３１の押圧力により徐々に前方向に移動するた
め、常時密封端面３６は良好な状態で保持される。

しかし静止環２８が所定量前方向に摺動すると、ピン４
０の頭部が長孔３９の前端３９ａに当接して静止環２８
の前方向への摺動を阻止する。

したがって長孔３９の前後方向の長さを前記した如く適
宣設定しておくことにより接合体３０の前端面の摩耗過
多を防止することができる。

すなわち、通常接合体３０は軟質材料より形成し、金属
製の静止環本体２９に保持させるようになっているが、
接合体３０が摩耗されても硬質材料からなる回転環３２
と静止項本体２９とが摺接するには至らず、したがって
回転環３２が、修理しても再使用できない程損傷をうけ
たりすることはなく、しかも、発火、爆発の危険性があ
る流体を密封している場合にも金属（静止環本体２９）
と硬質材料（回転環３２）との摺接による異常発熱が生
じることもなく、よって密封流体の発火、爆発を防止で
きる。

さらに、ピン４０が長孔３９の前端３９ａに当接すると
、静止環２８の前方向への摺動は阻止されるということ
から前記した如く長孔３９の前後方向の長さを適宣設定
することにより、取付けおよび取外しの際、静止環２８
が保持体２４の内筒部２７から外れる等の不具合を防止
できる。

したがって取付け、取外し操作が簡単に行なえ、しかも
静止環２８その他各部の損傷をきたすことなく、よって
シール機能も悪化することもない。

以上詳述したように、本発明のメカニカルシールは、円
筒ガイド３８に設けた軸線方向の長孔３９に静止環２８
の外周面に突設せるピン４０が係合されていて、静止環
２８の軸線方向移動が一定の範囲で規制されていること
から、次の如き、メカニカルシール上重要且つ優れた機
能を有するものである。

第１に静止環２８の回転環３２に向う方向の軸線方向最
大移動量を規制する機能を有する。

これはメカニカルシールの破損（更には機器自体の破損
）を未然に防止する。

いわば安全弁としての機能に相当するものである。

すなわち、密封端面３６における摩耗が所定の許容摩耗
量にまで達すると、ピン４０が長孔３９の前端３９ａに
衝合されることによって静止環２８のスプリング３１に
よる軸線方向移動が停止され、その後は上記摩耗が許容
摩耗量を超５えて進行することがなく、静止環２８と回
転環３２との間から流体が漏れ出す現象が発生するのみ
である。

したがって、この流体の漏れを検知することによってメ
カニカルシールの取替時期を適確に判断することができ
る。

つまり、流体の漏れを検知したときには、既に許容摩耗
を超えて−いてメカニカルシールの各部分が取替不能な
状態にまで破損されていたり、更にはメカニカルシール
が組込まれた機器自体が破損されていたりするといった
ような不測の事態の発生は、これが未然に防止されるの
である。

第２に、ケーシング２１と回転軸３３との位置関係が適
正に調整されていない機器にメカニカルシール番組込ん
だ場合における、メカニカルシールの各部が受ける軸線
方向の変位と振動を規制し吸収する機能を有する。

すなわち、ケーシング２１と回転軸３３との相対的な変
位によって、メカニカルシール部分が受ける軸線方向の
変位と振動は、静止環２８の軸線方向移動が一定の範囲
で規制されていることから、必要以上に増幅されること
がなく、規制され且つ吸収されることになり、したがっ
て上記振動等の増幅に起因する不測の事態の発生はこれ
が確実に防止される。

第３に静止側アツセンブリをユニット化する機能を有す
る。

これは正確な組立を必要とするメカニカルシールの構造
上極めて重要な機能である。

すなわち、静止環２Ｂは、回転項３２に当接されていな
い状態においても、ピン４０が長孔３９の前端３９ａに
係止されることによって、スプリング３１の押圧力に抗
して保持体２４から外れることがなく、保持体２４に良
好な状態で保持されていることになるから、静止側アツ
センブリの取付け取外しを極めて簡単に行うことができ
、静止環２８が保持体２４から外れたり傾いたりした不
良な状態のま５メカニカルシールが組立てられる虞れは
皆無となる。

このように取付け取外しを容易に行うことができ、しか
もその組立を正確に行うことができることは、現場の作
業者にとって計り知れない利点であり、良好なシール機
能を発揮させる上でも重要である。

第４に回転環３２との相対摺接回転による静止環２８の
軸線回りの回転を阻止する機能を有する。

これは従来のものにおいても当然に備えられているもの
であるが、上記した第１〜第３の機能を有するための長
孔３９とピン４０との係合作用によって、この第４の機
能をも有するようにしたことに意義がある。

すなわち、静止環２８の回転を阻止するための手段を格
別に設ける必要がないので、メカニカルシールの構造を
徒に複雑化することがない。

さらに、本発明によれば、静止側である円筒ガイド３８
と静止環２８との間に密封端面３６にまで至る冷却通路
３７を設けたから、冷却媒体が前記通路３７に導かれて
密封端面３６へと良好且つ確実に到達され、したがって
密封端面３６を十分に効率良く冷却でき、しかも静止側
部分にスラリー等の微粒子が堆積するのを確実に防止で
きるものである。

しかも、前記冷却通路３７を形成するための円筒ガイド
３８が、静止環２８の軸線方向移動を規制するための手
段の一部たる長孔３９を形成しておく部材として兼用さ
れているから、冷却通路３７を設けたことによってはメ
カニカルシールの構造が必要以上に複雑化しないもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す概略的縦断面図、第２図および第
３図はこの発明の一実施例を示し、第２図は概略的縦断
面図、第３図は円筒ガイドの長孔部分の外観図である。 ２４・・・・・・保持体、２８・・・・・・静止環、３
２・・・・・・回転環、３３・・・・・・回転軸、３６
・・・・・・密封端面、３７・・・・・・冷却通路、３
８・・・・・・円筒ガイド、３９・・・・・・長孔、４
０・・・・・・ピン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸３３に設けられた回転環３２と、保持体２４
   に回転環３２を押圧すべく支持された静止環２８と、に
   よって密封端面３６を形成したメカニカルシールにおい
   て、保持体２４に静止環２８を囲繞して密封端面３６に
   まで延出する円筒ガイド３８を連接して、円筒ガイド３
   ８と静止環２８との間に冷却通路３７を形成すると共に
   、円筒ガイド３８に設けた軸線方向の長孔３９に静止環
   ２８の外周面に突設せるピン４０を係合させて、静止環
   ２８の軸線方向移動を一定の範囲で規制してあることを
   特徴とするメカニカルシール。