JP2013177914A

JP2013177914A - メカニカルシール

Info

Publication number: JP2013177914A
Application number: JP2012041319A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Fujinaga; 繁行藤永; Yasuyuki Okunishi; 泰之奥西
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09
Also published as: CN103291934A; CN202732975U

Abstract

【課題】スリーブ及びリテーナが損傷するのを抑制することができるメカニカルシールを提供する。
【解決手段】本発明のメカニカルシール１は、ケーシングＣ側に固定された静止密封環３と、ケーシングＣを貫通する回転軸Ｓに一体回転可能に取り付けられたスリーブ４と、スリーブ４の外周に一体回転可能に取り付けられたドライブカラー５と、ドライブカラー５と連係してスリーブ４の外周に一体回転可能に取り付けられ、静止密封環３に摺接する回転密封環６と、ドライブカラー５を軸方向に付勢することで回転密封環６を静止密封環３に押し付ける弾性部材７とを備えている。スリーブ４の外周には、弾性部材７を保持する環状のリテーナ８が一体に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、メカニカルシールに関する。

従来より、回転流体機器の内部の被密封流体をシールするものとして、ケーシング側に固定された静止密封環と、回転軸側に取り付けられた回転密封環とを備え、静止密封環に形成された静止側シール端面と回転密封環に形成された回転側シール端面とが摺接するメカニカルシールが多用されている（例えば、特許文献１参照）。このようなメカニカルシールとして、図４に示すように、回転軸１００にスリーブ１０１が外嵌して固定され、このスリーブ１０１の外周の軸方向一端部に、回転密封環１０２、環状のドライブカラー１０３及びリテーナ１０４が取り付けられたものが知られている。

回転密封環１０２及びドライブカラー１０３は、スリーブ１０１に対して軸方向に摺動可能に取り付けられている。また、ドライブカラー１０３は、図示しないドライブピンを介してリテーナ１０４に連結されている。リテーナ１０４は、回転軸１００に一体回転可能に取り付けられ、スプリング１０６を保持している。スプリング１０６は、ドライブカラー１０３を軸方向に付勢することで、回転密封環１０２の密封端面１０２ａを静止密封環１０７に押し付けている。

リテーナ１０４の軸方向一端部には、径方向に貫通するネジ孔１０４ａが形成され、このネジ孔１０４ａにセットスクリュー（押さえネジ）１０８が螺合されることで、リテーナ１０４がスリーブ１０１に固定されている。また、スリーブ１０１の前記軸方向一端部の内周面には環状溝１０１ａが形成され、この環状溝１０１ａには、回転軸１００の外周面とスリーブ１０１の内周面との間を密封するＯリング１０９が装着されている。

特開平９−４７２１号公報

上記従来のメカニカルシールにあっては、スリーブ１０１の環状溝１０１ａが形成されている部分における径方向の厚みが薄くなるため、セットスクリュー１０８を締め付けたときに、その先端部がスリーブ１０１の外周面を押し付けることで、スリーブ１０１の環状溝１０１ａにおける薄肉部分が歪んで、スリーブ１０１が損傷するという問題があった。
また、リテーナ１０４は、スリーブ１０１とケーシング１１０との間の狭い空間に配置されるため、リテーナ１０４の径方向の厚みを厚くすることができない。このため、スリーブ１０１とドライブカラー１０３との摺動トルクがドライブピンを介してリテーナ１０４に繰り返し作用することで、リテーナ１０４のネジ孔１０４ａの部分が疲労破壊を起こし、リテーナ１０４が損傷するという問題があった。
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、スリーブ及びリテーナが損傷するのを抑制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。

上記目的を達成するための本発明のメカニカルシールは、ケーシング側に固定された静止密封環と、前記ケーシングを貫通する回転軸に一体回転可能に取り付けられたスリーブと、前記スリーブの外周に一体回転可能に取り付けられたドライブカラーと、前記ドライブカラーと連係して前記スリーブの外周に一体回転可能に取り付けられ、前記静止密封環に摺接する回転密封環と、前記ドライブカラーを軸方向に付勢することで、前記回転密封環を前記静止密封環に押し付ける弾性部材とを備えたメカニカルシールであって、前記スリーブの外周に、前記弾性部材を保持する環状のリテーナが一体に形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、スリーブの外周に環状のリテーナが一体に形成されているため、従来のようにリテーナをスリーブに固定するためのセットスクリューを螺合するネジ孔をリテーナに形成する必要がなくなる。したがって、従来に比べてリテーナの強度を高めることができ、リテーナが損傷するのを抑制することができる。また、従来のように前記ネジ孔に螺合されたセットスクリューがスリーブの外周面を押し付けることがなくなるので、その押し付けに起因してスリーブが損傷するのを抑制することができる。さらに、スリーブとリテーナとが一体に形成されることで部品点数が減るため、メカニカルシールの組み付けが容易となる。

本発明のメカニカルシールによれば、スリーブ及びリテーナが損傷するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るメカニカルシールを示す縦断面図である。（ａ）は上記メカニカルシールにおけるドライブカラーを示す斜視図であり、（ｂ）はドライブカラーの他の実施形態を示す斜視図である。他の実施形態に係るメカニカルシールのドライブカラー及びリテーナを含む部分の縦断面図である。従来のメカニカルシールの要部を示す縦断面図である。

以下、本発明のメカニカルシールの実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るメカニカルシールを示す縦断面図である。図１において、このメカニカルシール１は、プロセスポンプ、ブロワ、圧縮機、タービン、撹拌機等の回転流体機器の軸封装置として用いられ、回転流体機器のケーシングＣと、当該ケーシングＣの開口ｃ１を貫通する回転軸Ｓとの間に配置されている。なお、本明細書において、図１の左側を機外側、図１の右側を機内側という。

図１に示すように、メカニカルシール１は、静止側ユニットとして、ケーシングＣに固定された環状のシールケース２と、このシールケース２の内周面に嵌合して固定された環状の静止密封環３とを備えている。シールケース２の内周の機内側の角部には、段差部２１が形成されている。また、シールケース２には、フラッシング流体をシールケース２内に供給するフラッシング孔２２が形成されている。

フラッシング孔２２は、シールケース２の外周面から径方向内方に延びる第１孔部２２ａと、この第１孔部２２ａの径方向内端から段差部２１に向けて斜めに延びる第２孔部２２ｂとによって構成されている。第２孔部２２ｂは、その孔径が第１孔部２２ａの孔径よりも小径に形成されるとともに、中心線Ｘが段差部２１の隅角部に向くように形成されている。したがって、第２孔部２２ｂを形成する際に、第２孔部２２ｂの中心位置を段差部２１の隅角部に位置合わせすることで、第２孔部２２ｂの形成位置を容易に位置決めすることができる。

静止密封環３は、カーボン、又はその他の材料を主成分として形成された部材であり、その機内側の端部に静止側シール面３ａが形成されている。静止密封環３の外周には、軸方向の二箇所に環状溝３ｂが形成されており、各環状溝３ｂには、シールケース２の内周面との間を密封するＯリング１５，１６がそれぞれ配置されている。Ｏリング１５，１６及び後述するＯリング１７，１８は、いずれも耐食性に優れたフッ素ゴム等の弾性材料を用いて形成されている。

メカニカルシール１は、回転側ユニットとして、回転軸Ｓに一体回転可能に取り付けられたスリーブ４と、スリーブ４の外周に一体回転可能に取り付けられた環状のドライブカラー５と、ドライブカラー５と連係してスリーブ４の外周に一体回転可能に取り付けられた環状の回転密封環６と、ドライブカラー５を機外側に付勢する複数の弾性部材７と、これらの弾性部材７を保持するリテーナ８とを備えている。

スリーブ４は、回転軸Ｓの外周面に嵌合されており、その機外側の端部はシールケース２よりも機外側に配置され、機内側の端部はケーシングＣ内に配置されている。また、スリーブ４の機内側の内周には環状溝４ａが形成されている。環状溝４ａには、回転軸Ｓの外周面との間を密封するＯリング１７が配置されている。

スリーブ４の機外側の端部には、ストッパリング９が配置されている。ストッパリング９は、内周面が回転軸Ｓの外周面に嵌合される第１リング部９１と、この第１リング部９１の機内側に一体に形成されるとともに内周面がスリーブ４の外周面に嵌合された第２リング部９２とによって構成されている。第１リング部９１の内周面は、第２リング部９２の内周面よりも径方向内方に突出しており、第１リング部９１の機内側の端面９１ｂは、スリーブ４の機外側の端面に当接している。

第１リング部９１には、径方向に貫通する第１ネジ孔９１ａが周方向に所定間隔をあけて複数（本実施形態では６個）形成されている。第１ネジ孔９１ａには、セットスクリュー（押さえネジ）１１が螺合されており、このセットスクリュー１１を締め付けることで、その先端部が回転軸Ｓの外周面を押し付けている。

第２リング部９２には、径方向に貫通する第２ネジ孔９２ａが周方向に所定間隔をあけて複数（本実施形態では３個）形成されている。第２ネジ孔９２ａには、セットスクリュー（押さえネジ）１２が螺合されており、このセットスクリュー１２を締め付けることで、その先端部がスリーブ４の外周面を押し付けている。
以上のように、スリーブ４は、ストッパリング９とセットスクリュー１１，１２とによって、回転軸Ｓに強固に固定されている。

回転密封環６は、例えば、耐摩耗性及びシール性能に優れたＳｉＣからなり、スリーブ４の外周面に対して軸方向に摺動可能に取り付けられている。回転密封環６の機外側の端部には、静止密封環３の静止側シール面３ａに摺接する回転側シール面６ａが形成されている。静止側シール面３ａと回転側シール面６ａとの摺接部分は、フラッシング孔２２の第２孔部２２ｂから供給されるフラッシング流体によって冷却及び潤滑されるようになっている。

回転密封環６の内周には環状溝６ｂが形成されており、この環状溝６ｂにはスリーブ４の外周面との間を密封するＯリング１８が配置されている。また、回転密封環６の外周には、周方向に所定間隔をあけて複数（本実施形態では３個）の凹部６ｃが形成されている。

図２（ａ）は、ドライブカラー５を示す斜視図である。図１において、ドライブカラー５は、スリーブ４の外周面に対して軸方向に摺動可能に取り付けられている。図２（ａ）をも参照して、ドライブカラー５の径方向外側には、機外側に突出するトルク伝達用突起部５ａが周方向に所定間隔をあけて複数（本実施形態では３個）形成されている。各トルク伝達用突起部５ａは、回転密封環６の各凹部６ｃにそれぞれ係合されている。

また、ドライブカラー５には、複数（本実施形態では３個）のドライブピン１３の一端部がそれぞれ固定されている。具体的には、ドライブカラー５には、軸方向に貫通するネジ孔５ｂが周方向に所定間隔をあけて複数（本実施形態では３個）形成されており、各ネジ孔５ｂには各ドライブピン１３の一端部に形成された雄ネジ部１３ａがそれぞれ螺合されている。

図１において、リテーナ８は、環状に形成されており、スリーブ４の機内側の端部の外周に一体に形成されている。リテーナ８には、その機内側の端面に開口する有底の複数（本実施形態では１２個）の第１保持孔８ａが周方向に所定間隔をあけて形成されている。この第１保持孔８ａには、前記弾性部材７が挿入された状態で保持されている。弾性部材７は、例えば圧縮コイルばねからなり、その機外側の端部はドライブカラー５の機内側の端面に当接している。これにより、ドライブカラー５は、弾性部材７の付勢力によって機外側に付勢されている。

また、リテーナ８には、その機内側の端面に開口する有底の複数（本実施形態では３個）の第２保持孔８ｂが周方向に所定間隔をあけて形成されている。この第２保持孔８ｂには、前記ドライブピン１３の他端部が挿入された状態で軸方向に移動自在に保持されている。

以上の構成により、ドライブカラー５がドライブピン１３を介してリテーナ８から駆動トルクを受けることによって、トルク伝達用突起部５ａを介して回転密封環６が回転駆動され、ドライブカラー５及び回転密封環６は回転軸Ｓと一体回転する。その際、ドライブカラー５は、ドライブピン１３を介してリテーナ８により軸方向に移動可能に保持された状態で、弾性部材７によって機外側に付勢されている。これにより、回転密封環６の回転側シール面６ａは、静止密封環３の静止側シール面３ａに所定圧力で押し付けられた状態で摺接することで、軸封部を形成している。

メカニカルシール１は、回転流体機器へ容易に組み付けることができるように、図１に破線で示すような適当数のセット爪１９をシールケース２の端面に当接させてスリーブ４の外周面に設けられた溝４ｂに係合させておくことにより、全体として一体化された状態でケーシングＣ内に装着することが可能なカートリッジ形に構成されている。なお、セット爪１９は、メカニカルシール１の装着後に取り外される。

上記のように構成された本実施形態のメカニカルシール１によれば、スリーブ４の外周に環状のリテーナ８が一体に形成されているため、従来のようにリテーナ８をスリーブ４に固定するためのセットスクリューを螺合するネジ孔をリテーナ８に形成する必要がなくなる。したがって、従来に比べてリテーナ８の強度を高めることができ、リテーナ８が損傷するのを抑制することができる。また、従来のように前記ネジ孔に螺合されたセットスクリューがスリーブ４の外周面を押し付けることがなくなるので、その押し付けに起因してスリーブ４が損傷するのを抑制することができる。さらに、スリーブ４とリテーナ８とが一体に形成されることで部品点数が減るため、メカニカルシール１の組み付けが容易となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図３に示すように、ドライブカラー５の内径をスリーブ４の外径よりも所定程度大きくなるようにしてドライブカラー５の内周とスリーブ４の外周との間に隙間Ｇが設けられるとともに、図２（ｂ）に示すように、ドライブカラー５の機外側の表面に、その内周側と外周側とを連通させる径方向通路としての貫通溝５ｃが放射状に複数（本実施形態では６本）設けられていてもよい。
ドライブカラー５に隙間Ｇ及び貫通溝５ｃが設けられることで、図３に示すように、ドライブカラー５が回転した際には、ポンピング作用によって、隙間Ｇ及び貫通溝５ｃを通路とする流体の流れが生じる。これにより、被密封流体に微粒子が含まれる場合でも、微粒子は、径外方向へ速やかに排出され、回転密封環６の環状溝６ｂに配設されたＯリング１８周辺に堆積することが抑制される。よって、微粒子が回転密封環６の追従移動に悪影響を及ぼす不具合を防止することができる。

また、リテーナ８の第１保持孔８ａの底壁に、被密封流体領域へ貫通する貫通孔８ｃが設けられていてもよい。
リテーナ８に貫通孔８ｃが設けられることで、図３に示すように、被密封流体に微粒子が含まれる場合でも、第１保持孔８ａに進入した微粒子は、機内側へ速やかに排出され、第１保持孔８ａに挿入された弾性部材７周辺に堆積することが抑制される。よって、微粒子が弾性部材７の作動に悪影響を及ぼす不具合を防止することができる。

さらに、上記実施形態においては回転密封環６をドライブカラー５に直接係合させる構成を示したが、回転リテーナ等を介して回転密封環６をドライブカラー５に間接的に係合させる構成としてもよい。また、弾性部材７及びドライブピン１３の個数は、メカニカルシール１の用途及び用いられる条件に応じて任意に設定することができる。したがって、リテーナ８に形成される第１保持孔８ａ及び第２保持孔８ｂの個数も、弾性部材７及びドライブピン１３の個数にそれぞれ応じて任意に設定することができる。

１メカニカルシール
３静止密封環
４スリーブ
５ドライブカラー
６回転密封環
７弾性部材
８リテーナ
Ｃケーシング
Ｓ回転軸

Claims

ケーシング側に固定された静止密封環と、
前記ケーシングを貫通する回転軸に一体回転可能に取り付けられたスリーブと、
前記スリーブの外周に一体回転可能に取り付けられたドライブカラーと、
前記ドライブカラーと連係して前記スリーブの外周に一体回転可能に取り付けられ、前記静止密封環に摺接する回転密封環と、
前記ドライブカラーを軸方向に付勢することで、前記回転密封環を前記静止密封環に押し付ける弾性部材とを備えたメカニカルシールであって、
前記スリーブの外周に、前記弾性部材を保持する環状のリテーナが一体に形成されていることを特徴とするメカニカルシール。