JP4030307B2

JP4030307B2 - Mechanical seal device

Info

Publication number: JP4030307B2
Application number: JP2001398715A
Authority: JP
Inventors: 秀和高橋
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003194237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被密封流体を確実にシールするメカニカルシール装置に関する。更に詳しくは、高圧の被密封流体をシールすると共に、組立構造を簡単にしたメカニカルシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する従来例として特開平５−９９３４５号公報（対応特許、米国特許第５０３９１１３号明細書）が存在する。図５は、この公報に記載されたタンデム形シール装置の断面図である。
図５に於いて、Hp側は高圧ガスが存在する被密封流体領域である。また、反対のLp側は大気領域である。
このタンデム形シール装置１００は、被密封流体領域Hp側に、２個の軸流型第１ラビリンスシール１３１と第２ラビリンスシール１３１が設けられている。このラビリンスシール１３１，１３１は、静止側のハウジング１４０に固定された第１仕切板１３１Ａと、第２仕切板１３１Ｂとを設けると共に、この各仕切板１３１Ａ、１３１Ｂに於ける回転軸１５０の外周面と対向する面に形成された凹凸部が被密封流体の流れ方向に対する絞り作用により被密封流体をシールしている。
【０００３】
又、この第１ラビリンスシール１３１より大気領域Ｌｐ側には、第１ガスシール１０２が配置されている。この第１ガスシール１０２は、第１静止密封環１０２Ａが第１シールカバー１０３に保持されていると共に、第１回転密封環１０２Ｂが第１スリーブ１０４に固着されている。第１シールカバー１０３は、組立上の理由により第２シールカバー１１３に別部品として結合されている。
【０００４】
更に、第１ガスシール１０２より大気領域Ｌｐ側には、第２ガスシール１１２が配置されている。この第２ガスシール１１２は、第２静止密封環１１２Ａが第２シールカバー１１３に保持されていると共に、第２回転密封環１１２Ｂが第２スリーブ１１４に固着されている。そして、第１ガスシール１０２と第２ガスシール１１２との間の空間室Ｓ１には、この空間室Ｓ１に連通した第１通路１４１が設けられている。この第１通路１４１は、第２通路から導入される流体の圧力を、単に第２ガスシールの背面に対して作用させてシールする従来技術である。
【０００５】
更に、第２ガスシール１１２より大気領域Ｌｐ側には第２ラビリンスシール１２２が設けられている。この第２ラビリンスシール１２２は、内周面に凹凸部を設けた第３仕切板１２２Ａにより構成されており、この凹凸部を回転軸１５０と近接させて絞り作用により被密封流体を圧力降下させてシールするものである。
又、第２ラビリンスシール１２２の内径側にはカーボンシール１２５が設けられている。この第２ガスシール１１２と第２ラビリンスシール１２２との間の空間室Ｓ２には、第２通路１４２が連通している。そして、第２ガスシール１１２から漏洩したガスを第２通路１４２を介して回収するように構成されている。
更に、カーボンシール１２５より大気領域Ｌｐ側にはフローティングシール１２６が設けられている。このフローティングシール１２６には回転軸１５０と微少間隙を形成して遊合するフローティングリング１２６Ａが設けられている。
【０００６】
このように構成されたタンデム型シール装置１００は、第１ガスシール１０２と第２ガスシール１１２とをタンデム型に配列しなければならないので、構造上から第１及び第２シールカバー１０３，１１３を分割しなければならず組立が複雑になる。
又、第１及び第２スリーブ１０４，１１４も同様に分割しなければならず組立が複雑になる。この複雑な組立が、シール能力を向上させる精度上から、困難をきたしている。
更に、第１ガスシール１０２及び第２ガスシール１１２は、材料、その加工、機構が全て高価であるために製作コストを上昇させる結果となっている。
【０００７】
更に、タンデム型シール装置であっても、このガスシール１０２，１１２は、螺旋溝付きシール面であるために摺動初期に漏洩が生じるので、高圧な被密封流体に対しシール能力に問題が存する。
更に、第１及び第２ラビリンスシール１２２，１３１は、回転軸１５０が揺動したときに接触しないようにするために、両部品の嵌合間隔を大きくしなければならないので、シール能力を低下させている。特に、被密封流体を外部に漏洩させない役目の第２ラビリンスシール１２２としては、軸方向へ長くしないとシール能力に問題が生じる。
更に、フローティングシール１２６も回転軸１５０との嵌合間隙を大きくしなければならないので、軸方向へ長くしないとシール能力に問題があり、長さが短いと被密封流体を外部に漏洩させることになる。
更には、第１と第２ラビリンスシール１２２，１３１及び第１と第２ガスシール１０２，１１２、並びにフローティングシール１２６と全体を軸方向へ配列しなければならず、メカニカルシール装置１００を大型にしており、構造上から問題となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする技術的課題は、回転密封環を取り付けるスリーブを一体構造にすると共に、静止密封環を保持するシールカバーも一体構造にし、メカニカルシール装置の組立精度と、加工コストを低減することにある。
【０００９】
更に、メカニカルシールにより被密封流体を確実にシールして被密封流体を外部へ漏洩させないようにすることにある。
又、ラビリンスシールとメカニカルシールとの組み合わせにしてシール能力を向上させると共に、メカニカルシール装置全体の摺動抵抗を低減することにある。
【００１０】
更に、ラビリンスシールをバッファガスを用いて能力を向上させたシールで、バッファガスの使用量を最小にすることにある。更に、シーラントを用いてシール能力を付与したメカニカルシールで、シーラントの使用量を最小にすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【００１２】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ハウジングの内周取付面に密封に嵌着可能な外周面を有する環状体のシールカバーと、前記シールカバーの内周部に密封に支持されて一端面にシール面を有する静止用密封環と、前記静止用密封環のシール面と密接して前記シール面の内周側の被密封流体がシールされる対向シール面を有する回転用密封環と、前記回転用密封環を密封に保持すると共に内周面が回転軸に嵌着可能な環状体のスリーブと、前記シール面と前記対向シール面とが密接する前記静止用密封環と前記回転用密封環との外周面と前記シールカバーとの間の空間に形成される流体室と、前記流体室の前記空間の前記シールカバーと前記スリーブとの開放間をシールするシール部と、前記ハウジングの流体供給孔と連通可能にして前記流体室に連通するシーラント流体用の流入通路と、前記流入通路から前記流体室に流入したシーラント流体が前記静止用密封環と前記回転用密封環の前記外周面側を通って流出させる流出通路と、を具備し、前記流体室内の前記シーラント流体の流体圧力が前記シール面と対向シール面との内周側の被密封流体の流体圧力より高圧であるものである。
【００１３】
この請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置では、流体室に被密封流体の圧力よりも高圧で、しかも、タービン油等の液体のシーラント流体が介在する構成であるために、被密封流体がメカニカルシールのシール面間から外部（流体室）へ流出（漏洩）するのを、両流体の圧力の関係と、気体ではない封止力に優れた液体との関係から、効果的に防止できる。同時に、メカニカルシールのシール面の外方側に流体室を設けているので、シーラント流体は、シール面が摺動して遠心力が作用しても、内方の被密封流体側へ漏洩するのを効果的に防止できる。しかも、流体室内は、静止用密封環と回転用密封環であるメカニカルシールにより囲まれているから、静止用密封環と回転用密封環とを直接冷却することが可能になる。このために、シール面の摺動による摩擦熱の上昇を防止すると共に、シール面の摩耗を押さえることが可能になる。しかも、流入通路から流体室へ流入させるシーラント流体はメカニカルシールとシール部との周面を循環して流出通路へ流出させるために、シール面の冷却が効率的である。更に、シール部のシール面と、静止用密封環及び回転用密封環の接合シール面で密封するために、流体室のシールが確実でシーラント流体の消費量を少なくすることが可能になる。
【００１４】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置は、ハウジングの内周取付面に大気領域側から挿入されて密封に嵌着可能な外周面を有する環状体のシールカバーと、前記シールカバーの内周部に密封に支持されて大気領域側の一端面にシール面を有する静止用密封環と、前記静止用密封環より被密封流体領域側の前記シールカバーに設けられて内周面を有する絞り部と、前記大気領域側から前記シールカバーの内周面内に挿入されて前記静止用密封環の内周面内を通り前記絞り部の内周面と嵌合してラビリンスシールに構成される絞りリングを有するとともに内周面が回転軸と嵌着する環状体のスリーブと、前記スリーブに密封に保持されて挿入先端に前記静止用密封環のシール面と密接する対向シール面を有する回転用密封環と、前記シール面と前記対向シール面とが密接する前記静止用密封環と前記回転用密封環の外周面とシールカバーとの間の空間に形成される流体室と、前記流体室の前記空間の前記シールカバーと前記スリーブとの間の前記大気領域側の開放間を前記大気領域側から取付てシールするシール部と、前記ラビリンスシールの中間に形成されたバッファ流体室に前記ハウジングと前記シールカバーとの嵌合間を貫通してバッファ流体が流入するバッファ流体通路と、を具備し、前記流体室はハウジングの流体供給孔と連通可能で前記ハウジングと前記シールカバーとの嵌合間を貫通してシーラント流体が流入する流入通路と連通するとともに前記流体室からシーラント流体が流出する流出通路と連通し、
且つ前記シーラント流体の流体圧力が前記バッファ流体の流体圧力より高圧であるものである。
【００１５】
この請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置では、静止用密封環と絞り部とを保持したシールカバーをハウジングの内周取付面（以下、単に取付面とも言う）に嵌着し、さらに、このシールカバー内にスリーブを挿入して静止用密封環のシール面とに対してスリーブに設けた回転用密封環の対向シール面を対向密接させるとともに、絞り部の内周面にスリーブに設けた絞りリングを挿入して嵌合する。同時に、スリーブは回転軸に嵌着されて全体を組立てる構成であるために、多段シール構造であるにもかかわらず、組立が極めて容易になる。さらに、静止用密封環に対して回転用密封環を対向して挿入すればよいので、各密封環の両シール面の密接させる精度を精密に組み立てることが可能になる。
しかも、ハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通してシーラント流体を流す流入通路と、ハウジングに設けられたバッファ流体供給孔からハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通してバッファ流体を流すバッファ流体通路とは、ハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通するため、各通路の両側に各 O リングを設けるとともに、ハウジングにールカバーを嵌合するだけで、各通路を流れる流体を確実にシールできるからシ、組み立てが容易になるとともに、部品が簡素になる。
【００１６】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記静止用密封環より前記被密封流体領域側に前記シールカバーと前記スリーブとの嵌合間に並列に配置された複数のラビリンスシールと、各前記ラビリンスシール間に形成されたバッファ流体室とを有するとともにバッファ流体室に連通してバッファ流体を導入するバッファ流体通路を有し、且つバッファ流体の圧力が被密封流体の圧力より高く、前記シーラント流体の圧力より低くされたものである。
【００１７】
この請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置では、複数のラビリンスシール間の間隙にバッファ流体を導入するバッファ流体通路が連通しているので、この間隙で流体を圧縮してラビリンスシールの能力を向上させるものである。
又、このラビリンスシールは静止用密封環よりも被密封流体領域側に設けられているから、バッファ流体を介するラビリンスシールと、被密封流体より高圧のシーラント流体を介するメカニカルシールにより確実に被密封流体をシールすることが可能になる。
【００１８】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記静止用密封環と前記ラビリンスシールとの間にバッファ流体又はシーラント流体の漏洩した流体が流出できるドレン通路を有するとともに前記ドレン通路は圧力調整可能な器機と連通して圧力調整されるものである。
【００１９】
この請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置では、静止用密封環と前記ラビリンスシールとの間にバッファ流体又はシーラント流体の漏洩した流体が流出できるドレン通路を有するので、バッファ流体を被密封流体よりも高圧にしてシール能力を向上させることが可能になる。更に、バッファ流体又はシーラント流体が漏洩しても被密封流体領域に流出させることなく、ドレンから排出させることが可能になる。又、このドレン通路によりバッファ流体又は／及びシーラント流体の圧力を調整して被密封流体のシール能力を向上させることが可能になる。
【００２０】
請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記ラビリンスシールは外周面に凹凸部を有して前記スリーブに嵌着された合成樹脂又はゴム材製の絞りリングと、前記シールカバーに設けられた前記絞り部の内周面とが嵌合して形成されているものである。
【００２１】
この請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置では、ラビリンスシールを構成する凹凸部を有する絞りリングが合成樹脂又はゴム材製である為に、回転軸が揺動してもラビリンスシールが絞り部に当接しても破損するのを効果的に防止できる。このために、絞りリングを絞り部に近接又は接触できるから、シール能力を向上することが可能になる。
【００２２】
請求項６に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記絞りリングは外周面の外径が前記静止用密封環の内周面の内径より小径に形成されているとともに、嵌合内周面が前記スリーブの端部側に設けた環状溝内に嵌め込まれているものである。
【００２３】
請求項６に係わる本発明のメカニカルシール装置では、図１に示すように、スリーブには環状溝が設けられており、絞りリングは合成樹脂又はゴム材製であるから、絞りリングをスリーブの先端部から挿入して環状溝に簡単に取り付けることができる。同時に、スリーブの環状溝に絞りリングの内周部は嵌め込まれた構造であるから、被密封流体の圧力に対して環状溝の側面により絞りリングの内周部が保持される。このため、絞りリングは、被密封流体の圧力に対して耐圧能力を発揮する。同時に、スリーブの環状溝の構造は、絞りリングの径方向の厚さを薄くすることができるから、ラビリンスシールを小型にできるとともに、被密封流体の圧力に対して、更なる耐圧能力を発揮させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる好ましい実施の形態のシール装置を、その図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、特許用の概念図ではなく、実施可能な正確な設計図である。
【００２５】
図１は、本発明に係わる好ましい実施の形態を示すメカニカルシール装置の断面図である。又、図２は図３の３Ａ−３Ａラインに従い全体を断面にした断面図である。更に、図３は、図１の流入通路３７と流体室５５と流出通路３４との領域の部分を拡大した断面図である（なお、図１の説明では、図３も参照のこと）。図４は図１および図３の流体排出孔６５の中心線を通る全体の径方向の断面図である。
【００２６】
図１に於いて、ハウジング６０の内周取付面内に回転軸５０が貫通している。この回転軸５０とハウジング６０の取付面との嵌合間隔をメカニカルシール装置１によりシールする。
ハウジング６０の取付面には、シールカバー３０の嵌合面１２が嵌着している。このシールカバー３０はフランジ部付き円筒体に形成されている。そして、シールカバー３０の円筒状部がハウジング６０の取付面に嵌着されていると共に、一端のフランジ部がハウジング６０の正面にボルトを介して固着されている。
【００２７】
又、回転軸５０には円筒状に形成されたスリーブ４０の内周面４１が嵌着されている。このスリーブ４０は、回転軸５０の大気側から挿入して嵌着されると共に、スリーブ４０に取り付けられた第３ドライブピン４４により回転不能に構成されている。この第３ドライブピン４４は、回転軸５０に固着された係止部４３の係合穴に嵌合係止している。
【００２８】
そして、シールカバー３０とスリーブ４０の間にはメカニカルシール２が配置されている。このメカニカルシール２によりシールカバー３０とスリーブ４０との両部品間をシールしている。このシールカバー３０には軸方向に凹んだ凹部が形成されており、この凹部内に静止用密封環３が軸方向に移動自在に保持されている。
この静止用密封環３は、大気側先端にシール面４が形成されている。又、シール面４に対する背面には８個のスプリング６が周方向に等配に配置されており、このスプリング６により静止用密封環３のシール面４を弾発に押圧している。
更に、この背面には４個の係合凹部が形成されている。そして、この各係合凹部に係止する４個の第１ドライブピン１８がシールカバー３０の穴に打ち込まれて嵌着されている。この第１ドライブピン１８により静止用密封環３が回転用密封環１０と共に摺動しても回動しないように固定されている。
【００２９】
静止用密封環３の背面の内径段部はシールカバー３０の凹部内の段部と互いに対向し、Oリング用の環状室を形成している。この環状室にはゴム材製のOリング５が配置されている。このOリング５の内径側の取付位置により静止用密封環３の背面に流体圧力が作用するように構成されている。
そして、この背面に作用する圧力によりシール面４が対向シール面１１に押圧されている。同時に、スプリング６により静止用密封環３が対向シール面１１に弾発に押圧されている。この静止用密封環３はカーボン材又は炭化珪素材により形成されている。
この静止用密封環３の内径面は、スリーブ４０の外径に取り付けられたラビリンスシール２０の外径よりも大径に形成されている。更に、シールカバー３０の静止用密封環３を取り付けた内径面もラビリンスシール２０の外径より大径に形成されている。
【００３０】
一方、静止用密封環３と対向する回転用密封環１０は、スリーブ４０における大径に形成された取付段部４２に嵌着されている。この回転用密封環１０の背面には、嵌合穴が形成されている。又、取付段部４２には、第２ドライブピン１６が打ち込まれて嵌着している。そして、この第２ドライブピン１６は嵌合穴に嵌合して係止し、回転用密封環１０が回転軸５０と共に回動するように連結している。この回転用密封環１０の内径面も、静止用密封環３の内径面とほぼ同径に形成されてラビリンスシール（ラビリンスパッキンとも言う）２０の外径より大径に形成されている。
【００３１】
スリーブ４０の取付段部４２に形成された嵌合面と回転用密封環１０の段部内面とが嵌合した嵌合面間をシールするために、スリーブ４０の嵌合面にOリング用の環状溝が形成されている。そして、この環状溝にOリング７が嵌めこまれて両嵌合面間をシールしている。
この回転用密封環１０は炭化珪素材又はカーボン材により形成されている。そして、静止用密封環３のシール面４と密接する対向シール面１１が回転用密封環１０の端面に形成されている。
【００３２】
以上のように構成されたメカニカルシール２の外周側には、このメカニカルシール２とシールカバー３０により囲まれた流体室５５が形成されている。この流体室５５には、ハウジング６０に設けられた流体供給孔６１からタービン油等のシーラント流体が供給できるように流入通路３７が連通している。又、流体室５５に流入したシーラント流体が流出できるように流出通路３４が連通している。
この流出通路３４は、ハウジング６０に設けられた流体排出孔６５と連通してシーラント流体を排出できるように構成されている。このシーラント流体は、図示省略の油圧回路を介して調整装置により温度、圧力等が管理されて循環可能に構成されている。
【００３３】
このうちの流入通路３７は、図２及び図３に示すように、流体供給孔６１から供給されるシーラント流体を流体室５５に導入できるようにシールカバー３０に形成されている。
この流入通路３７の構造は、先ずシールカバー３０の外周に環状溝通路１３が形成されている。この環状溝通路１３の側部を更に軸方向に溝状に突き抜ける連絡通路（環状溝通路１３を連通するので、環状溝通路１３と同じ通路）３２が全周に渡り１個又は複数個が形成されている。この連絡通路３２は、更に、シールカバー３０の外周面に形成されて環状溝通路１３と並列に形成された環状溝通路１３に連通している。更に又、図３に示すように、環状溝通路１３から内径方向へ形成されて流体室５５に連通する８個の貫通孔が設けられている。そして、この環状溝通路１３から流体室５５に至る全体の流体用通路が流入通路３７を構成する。この８個の貫通孔は、８個とは限らず、流量に応じて６個とか、１０個とか必要に応じて設定される。
【００３４】
流体室５５にはシールカバー３０の内周面に設けた環状溝に外周部が嵌着されたスナップリング状の堰部３９が設けられている。この堰部３９は、メカニカルシール２のシール面４，１１のほぼ外周側に配置されている。そして、流入通路３７から流入したシーラント流体は、堰部３９によりシール面４，１１側に迂回するように構成されている。
図４に示すように、この堰部３９により流れが蛇行されたシーラント流体は、メカニカルシール２を冷却しながら流出通路３４から排出される。又、この流出通路３４は、流体室５５に連通してシールカバー３０を径方向へ貫通する排出孔と、この排出孔の出口側を溝方向両側から挟んだ両仕切板３１で仕切るようにした仕切通路（図４の矢印で示す通路）とにより形成されている。この流出通路３４の流体排出孔６５は、図４に示すように、シールカバー３０の中心線に対して各々１５°から２０°傾斜した位置に２個形成されて、仕切通路に連通すると共に、ハウジング６０に設けられた流体排出孔６５に連通している。
【００３５】
更に、図１に示すように、流体室５５の大気側（図 1 の右側）に開放した開口部５６は、第２ハウジング４５に保持されたカーボン材製のシール部（セグメントシールとも言う）２５によりシールされている。このセグメントシール２５は、第２ハウジング４５の内周リング状凸部４６に固着されたローテーションロック２９により回転不能に係止されている。又、外周面からエキステンションスプリング２７により分割されているセグメントシール２５を締め付けながら、セグメントシール２５の内径のシール面が摺動する回転軸５０との嵌合間をシールしている。
そして、第２ハウジング４５に固着されたスナップリングとスプリングリテーナとに支持された図示省略のコンプレッションスプリング２６によりセグメントシール２５の側面であるシール面を第２ハウジング４５の内周リング状凸部４６の密接面に圧接している。
【００３６】
このセグメントシール２５は、コンプレッションスプリング２６により押圧されて第２ハウジング４５の密接面との間をシールすると共に、エキステンションスプリング２７の締め付け力により回転軸５０との嵌合間をシールする。このセグメントシール２５は、構造上、メカニカルシール等に比べて軸方向の長さが短形にできるから、メカニカルシール装置全体の軸方向の長さを短くする。
このようにセグメントシール２５によりシールされた流体室５５は、流体供給孔６１から被密封流体よりも高圧のシーラント流体が供給される。つまり、流体室５５は、被密封流体よりも高圧に構成されて、被密封流体がメカニカルシール２のシール面を通過しないように阻止している。
【００３７】
次に、メカニカルシール２より密封流体領域側（図 1 の左側）には、ラビリンスシール２０、２０が２個並列に配置されている。又、ラビリンスシール２０とメカニカルシール２との間にはドレン通路３３が設けられている。このドレン通路３３は、外方の図示省略された圧力調整可能な機器を備えた容器に連通している。
【００３８】
ラビリンスシール２０、２０は、スリーブ４０の外周面に設けた環状溝にはめ込まれて外周面に凹凸部を形成した絞りリング３８、３８と、シールカバー３０に形成された絞り部３５、３５の内周面により構成されている。絞りリング３８は樹脂材又はゴム材製で外周面が、静止用密封環３の内径より小径に形成されている。絞りリング３８の凹凸部の外周面と絞り部３５の内周面とは近接又は接触状態に配置されている。この絞り部３５と絞りリング３８との嵌合間は、絞りリング３８が樹脂材製であるために、微少な間隙に近接することができる。又、絞り部３５と絞りリング３８との嵌合間は、接触させることも可能である。
【００３９】
２個のラビリンスシール２０、２０の間には、ハウジング６０に設けられたバッファ流体供給孔６３と連通してバッファ流体を導入する
がシールカバー３０に設けられている。更に、バッファ流体供給通路６３とバッファ流体通路３６の接合部は環状溝で連通されており、シールカバー３０をハウジング６０に嵌合するとき、バッファ流体通路３６とバッファ流体供給孔６３とを簡単に連通することが可能になる。このバッファ流体通路３６の吐出側は２つのラビリンスパッキン２０、２０に仕切られた間隙のバッファ流体室２１に形成されている。このバッファ流体室２１内には、被密封流体の圧力よりもやや高圧なバッファ流体が供給される。又、バッファ流体の圧力は、シーラント流体の圧力よりも低圧に構成されている。例えば、シーラント流体の圧力は、被密封流体の圧力よりも１．５ｋｇｆ／ｃｍＡ位高く構成されている。又、このバッファ流体の圧力は、被密封流体の種類によりシーラント流体の圧力やや低圧に構成される。この他、被密封流体とバッファ流体とのガスの種類、圧力の大きさ等の関係から、バッファ流体の圧力はシーラント流体の圧力に対し種々選択される。
【００４０】
ハウジング６０の取付面に嵌合したシールカバー３０との嵌合間には、流体供給孔６１、ドレン排出孔６２、バッファ流体供給孔６３の各両側をシールするゴム材製のＯリング１５，１５，１５，１５がそれぞれ設けられている。又、回転軸５０とスリーブ４０との嵌合間には、この嵌合間をシールするＯリング５３が嵌合されている。
【００４１】
シールカバー３０は、静止用密封環３と、Ｏリング１５，１５，１５，１５と、堰部３９等を装着してハウジング６０の取付面に嵌着する。そして、シールカバー３０は、ハウジング６０にボルトを介して固定される。
又、スリーブ４０は、絞りリング３８、３８と、回転用密封環１０等を装着するとともに、回転軸５０にＯリング５３を介して嵌着される。更に、第２ハウジング４５は、セグメントシール２５を装着してからシールカバー３０を介してハウジング６０に固着される。
このシールカバー３０、スリーブ４０、第２ハウジング４５の位置関係はセットプレート７０により簡単に取り付けられる。このセットプレート７０はメカニカルシール装置１を装置へ装着後に取り外される。このメカニカルシール装置１の取付は、ラビリンスシール２０の絞りリング３８の外径が静止用密封環３の内径より小径に形成されているのでスリーブ４０を簡単に装着できる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係わるメカニカルシール装置は、以下のような効果を奏する。
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、流体室に被密封流体の圧力よりも高圧のシーラント流体が介在する構成であるために、被密封流体がメカニカルシールの接触型のシール面間から外部（流体室）へ流出するのを圧力の関係から効果的に防止できる。しかも、流体室はシール面間の外径側にあるから、シーラント流体が高圧であっても、シール面の摺動中に生じる遠心力の働きにより、シーラント流体が被密封流体側へ流出するのも防止できる。さらに、流体室内は、静止用密封環と回転用密封環により囲まれているから、静止用密封環と回転用密封環とをシーラント流体により直接冷却することが可能になる。その結果、シール面の摺動による摩擦熱の上昇を防止すると共に、シール面の摩耗を押さえることが可能になる。
【００４３】
更に、流体室へ流入させるシーラント流体を流入通路と流出通路とに分けて循環させるために冷却等が効率的であると共に、シール部と静止用密封環及び回転用密封環の接触シール面で確実に密封するために、被密封流体の流体室への浸入もなく、更に、外部への漏洩もなく、シーラント流体の消費量を少なくする効果を奏する。
【００４４】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシールによれば、シールカバーをハウジングの内周取付面に嵌着し、また、シールカバー内にスリーブを挿入して静止用密封環のシール面に対してスリーブに設けた回転用密封環の対向シール面を対向に密接させることができるので、シール面の密接力を最適に調整できる。また、絞り部の内周面にスリーブに設けた絞りリングをワンタッチで嵌合できる。同時に、シールカバーとスリーブとをハウジング内に挿入して全体を組立てる構成であるから、多段シール構造であるにもかかわらず、組立が極めて容易になる。
しかも、ハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通してシーラント流体が流れる流入通路と、ハウジングに設けられたバッファ流体供給孔からハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通してバッファ流体が流れるバッファ流体通路とは、ハウジングとシールカバーとの嵌合間を貫通するため、各通路の両側に各Ｏリングを設けるとともに、ハウジングにシールカバーを嵌合するだけで、各通路を流れる流体は確実にシールできるから、組み立てが容易になるとともに、部品が簡素にできる。
【００４５】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシールによれば、複数のラビリンスシール間の間隙にバッファ流体を導入するバッファ流体通路が連通しているので、この間隙で流体を圧縮してラビリンスシールの能力を向上できる効果を奏する。
又、このラビリンスシールは静止用密封環よりも被密封流体領域側に設けられているから、バッファ流体を介するラビリンスシールと、被密封流体より高圧のシーラント流体を介するメカニカルシールとにより２段階で確実に被密封流体をシールする効果を奏する。
【００４６】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシールによれば、静止用密封環と前記ラビリンスシールとの間にバッファ流体又はシーラント流体の漏洩した流体が流出できるドレン通路を有するので、バッファ流体又は／及びシーラント流体の圧力を調整できる。又、バッファ流体を被密封流体よりも高圧にして被密封流体のシール能力を向上させることが可能になる。更に、バッファ流体又はシーラント流体が漏洩しても被密封流体領域に流出させることなく、ドレンから排出させることが可能になる。
【００４７】
請求項５に係わる本発明のメカニカルシールによれば、ラビリンスシールを構成する凹凸部を有する絞りリングが合成樹脂又はゴム材製である為に、回転軸が揺動してラビリンスシールが絞り部に接触しても故障するのを防止できる。このために、絞りリングを対向面に近接できるから、シール能力を向上することが可能になる効果を奏する。
【００４８】
請求項６に係わる本発明のメカニカルシールによれば、スリーブには環状溝が設けられており、絞りリングは合成樹脂又はゴム材製であるから、絞りリングをスリーブの環状溝に簡単に取り付けることができる。同時に、スリーブの環状溝に絞りリングの内周部は嵌め込まれた構造であるから、被密封流体の圧力に対して環状溝の側面により絞りリングの内周部が保持される。このため、絞りリングは、被密封流体の圧力に対して耐圧能力を発揮する。同時に、スリーブの環状溝の構造は、絞りリングの径方向の厚さを薄くすることができるから、ラビリンスシールを小型にできるとともに、被密封流体の圧力に対して、更なる耐圧能力を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる好ましい一実施の形態を示すメカニカルシール装置を回転軸に装着した軸方向の半断面図である。
【図２】図３に示す３Ａ−３Ａ線に沿った矢視方向の断面図である。
【図３】図１に示すメカニカルシールの外周部、流体室、流入通路、流出通路の関係を示す領域の断面図である。
【図４】図１の環状溝通路の径方向を断面にした断面図である。
【図５】従来のメカニカルシール装置の半断面図である。
【符号の説明】
１メカニカルシール装置
２メカニカルシール
３静止用密封環
４シール面
５Ｏリング
６スプリング
７Ｏリング溝
１０回転用密封環
１１対向シール面
１２嵌合面
１３環状溝通路
１５Ｏリング
１８第２ドライブピン
２０ラビリンスパッキン（ラビリンスシール）
２１バッファ流体室
２５セグメントシール
２６コンプレッションスプリング
２７エキステンションスプリング
２９ローテーションロック
３０シールカバー
３１仕切板
３２連絡通路
３３ドレン通路
３４流出通路
３５絞り部
３６バッファ流体通路
３７流入通路
３８絞りリング
３９堰部
４０スリーブ
４１内周面
４２取付段部
４３係止部
４４第３ドライブピン
４５第２ハウジング
４６支持部
５０回転軸
５３Ｏリング
５５流体室
５６開口部
６０ハウジング
６１流体供給孔
６２ドレン排出孔
６３バッファ流体供給孔
６５流体排出孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mechanical seal device that reliably seals a sealed fluid. More specifically, the present invention relates to a mechanical seal device that seals a high-pressure sealed fluid and simplifies the assembly structure.
[0002]
[Prior art]
As a conventional example related to the present invention, there is JP-A-5-99345 (corresponding patent, US Pat. No. 5,039,113). FIG. 5 is a cross-sectional view of the tandem sealing device described in this publication.
In FIG. 5, the Hp side is a sealed fluid region where high-pressure gas exists. The opposite Lp side is the atmospheric region.
The tandem seal device 100 is provided with two axial flow type first labyrinth seals 131 and second labyrinth seals 131 on the sealed fluid region Hp side. The labyrinth seals 131 and 131 are provided with a first partition plate 131A and a second partition plate 131B fixed to the stationary housing 140, and an outer peripheral surface of the rotating shaft 150 in each of the partition plates 131A and 131B. The concavo-convex portion formed on the surface facing the surface seals the sealed fluid by a throttling action with respect to the flow direction of the sealed fluid.
[0003]
In addition, the first gas seal 102 is disposed on the atmosphere region Lp side from the first labyrinth seal 131. In the first gas seal 102, the first stationary seal ring 102 </ b> A is held by the first seal cover 103, and the first rotary seal ring 102 </ b> B is fixed to the first sleeve 104. The first seal cover 103 is coupled as a separate part to the second seal cover 113 for assembly reasons.
[0004]
Further, a second gas seal 112 is disposed on the atmosphere region Lp side from the first gas seal 102. In the second gas seal 112, the second stationary seal ring 112A is held by the second seal cover 113, and the second rotary seal ring 112B is fixed to the second sleeve 114. The space chamber S1 between the first gas seal 102 and the second gas seal 112 is connected to the space chamber S1.1A passage 141 is provided. This first1The passage 141 is a conventional technique in which the pressure of the fluid introduced from the second passage is simply applied to the back surface of the second gas seal for sealing.
[0005]
Furthermore, a second labyrinth seal 122 is provided on the atmosphere region Lp side from the second gas seal 112. The second labyrinth seal 122 is constituted by a third partition plate 122A having an uneven portion on the inner peripheral surface. The uneven portion is brought close to the rotary shaft 150 to reduce the pressure of the sealed fluid by a squeezing action. It is to be sealed.
A carbon seal 125 is provided on the inner diameter side of the second labyrinth seal 122. A second passage 142 communicates with the space S <b> 2 between the second gas seal 112 and the second labyrinth seal 122. The gas leaked from the second gas seal 112 is collected through the second passage 142.
Further, a floating seal 126 is provided on the air region Lp side from the carbon seal 125. The floating seal 126 is provided with a floating ring 126 </ b> A that forms a small gap with the rotating shaft 150.
[0006]
In the tandem type sealing device 100 configured as described above, since the first gas seal 102 and the second gas seal 112 must be arranged in a tandem type, the first and second seal covers 103 and 113 are structurally arranged. It must be divided and the assembly becomes complicated.
Also, the first and second sleeves 104 and 114 must be divided in the same manner, and the assembly becomes complicated. This complicated assembly is difficult in terms of accuracy for improving the sealing ability.
Furthermore, the first gas seal 102 and the second gas seal 112 are all expensive in terms of materials, processing, and mechanisms thereof, resulting in an increase in manufacturing cost.
[0007]
Further, even in the tandem type sealing device, since the gas seals 102 and 112 are spiral grooved sealing surfaces, leakage occurs at the initial stage of sliding, so that there is a problem in sealing performance against a high-pressure sealed fluid. .
Furthermore, since the first and second labyrinth seals 122 and 131 do not come into contact when the rotating shaft 150 swings, the fitting interval between both parts must be increased, so that the sealing ability is reduced. ing. In particular, as the second labyrinth seal 122 that does not leak the sealed fluid to the outside, there is a problem in the sealing ability unless it is lengthened in the axial direction.
Further, the floating seal 126 must also have a large fitting gap with the rotary shaft 150. Therefore, there is a problem in the sealing ability unless it is lengthened in the axial direction, and if the length is short, the fluid to be sealed leaks to the outside. Become.
Furthermore, the first and second labyrinth seals 122 and 131, the first and second gas seals 102 and 112, and the floating seal 126 must be arranged in the axial direction, and the mechanical seal device 100 is enlarged. This is a problem because of its structure.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and a technical problem to be solved by the invention is that a sleeve to which a rotary seal ring is attached is integrated and a stationary seal ring is held. The seal cover is also integrated to reduce the assembly accuracy and processing cost of the mechanical seal device.
[0009]
Furthermore, the sealed fluid is surely sealed by a mechanical seal so that the sealed fluid is not leaked to the outside.
Another object is to improve the sealing ability by combining a labyrinth seal and a mechanical seal and reduce the sliding resistance of the entire mechanical seal device.
[0010]
Furthermore, the labyrinth seal is a seal whose capacity is improved by using a buffer gas, and the amount of use of the buffer gas is minimized. Furthermore, it is to minimize the amount of sealant used with a mechanical seal provided with a sealing ability using a sealant.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the technical problems as described above, and the technical solution means is configured as follows.
[0012]
The mechanical seal device of the present invention according to claim 1 is hermetically fitted to the inner peripheral mounting surface of the housing.Has a possible outer surfaceAnnular seal cover and said seal coverInner circumferenceSealed to one endsurfaceA stationary sealing ring having a sealing surface on the stationary sealing ring and a sealing surface of the stationary sealing ringThus, the sealed fluid on the inner peripheral side of the sealing surface is sealed.A rotation seal ring having an opposing seal surface, and the rotation seal ringTo sealWith holdingThe inner surface isFits on the rotating shaftPossibleAn annular sleeve;A space between the seal cover and the outer peripheral surface of the stationary seal ring and the rotary seal ring where the seal surface and the opposed seal surface are in close contact with each other.A fluid chamber formed between the fluid chamber and the fluid chamberOf the spaceA seal portion for sealing between the opening of the seal cover and the sleeveAnd of the housingCommunication with fluid supply holeEnableInflow passage for sealant fluid communicating with the fluid chamberAnd from the inflow passageIn the fluid chamberInflowSealant fluidFlows out through the outer peripheral surface side of the stationary seal ring and the rotary seal ringOutflow passageAnd comprising  Said fluid chamberInsideOf the sealant fluidfluidPressureThe inner peripheral side of the sealing surface and the opposing sealing surfaceThe pressure is higher than the fluid pressure of the sealed fluid.
[0013]
  In the mechanical seal device according to the first aspect of the present invention, the fluid chamber has a pressure higher than the pressure of the fluid to be sealed.Moreover, such as turbine oilSince the liquid sealant fluid is interposed, the fluid to be sealed is placed between the sealing surfaces of the mechanical seal.Fluid chamber)Outflow(leakage)The relationship between the pressures of both fluidsAnd liquid with excellent sealing power that is not gasFrom the relationship, it can be effectively prevented.At the same time, since the fluid chamber is provided on the outer side of the sealing surface of the mechanical seal, the sealant fluid leaks to the inner sealed fluid side even if the sealing surface slides and centrifugal force acts. Can be effectively prevented.Moreover, the fluid chamberInsideThe stationary seal ring and the rotary seal ringMechanical sealSince it is more enclosed, it becomes possible to cool the stationary sealing ring and the rotating sealing ring directly.For this reason, it is possible to prevent an increase in frictional heat due to sliding of the seal surface and to suppress wear of the seal surface.Moreover,From the inflow passageThe sealant fluid flowing into the fluid chamber isIn order to circulate the peripheral surface of the mechanical seal and the seal part and to flow out to the outflow passage,Cooling is efficient. Further, since sealing is performed with the sealing surface of the seal portion and the joint sealing surfaces of the stationary sealing ring and the rotating sealing ring, the sealing of the fluid chamber is ensured and the consumption of the sealant fluid can be reduced.
[0014]
The mechanical seal device of the present invention according to claim 2 comprises:An annular seal cover having an outer peripheral surface that is inserted into the inner peripheral mounting surface of the housing from the atmospheric region side and can be hermetically fitted, and one end surface on the atmospheric region side that is hermetically supported by the inner peripheral portion of the seal cover A stationary sealing ring having a sealing surface on the surface, a throttle part provided on the sealing cover on the sealed fluid region side of the stationary sealing ring and having an inner peripheral surface, and an inner periphery of the sealing cover from the atmosphere region side A throttle ring that is inserted into the surface and passes through the inner peripheral surface of the stationary seal ring and fits with the inner peripheral surface of the throttle portion to form a labyrinth seal, and the inner peripheral surface is fitted to the rotating shaft. A ring-shaped sleeve, a rotating seal ring having a sealing surface held tightly by the sleeve and in close contact with the sealing surface of the stationary sealing ring at the insertion tip, and the sealing surface and the opposing sealing surface The stationary dense A fluid chamber formed in a space between a seal ring, an outer peripheral surface of the sealing ring for rotation, and a seal cover; and opening of the space in the space between the seal cover and the sleeve in the space of the fluid chamber. A seal portion for attaching and sealing the space from the atmosphere region side, and a buffer fluid passage through which the buffer fluid flows into the buffer fluid chamber formed in the middle of the labyrinth seal through the fitting between the housing and the seal cover And the fluid chamber is communicated with a fluid supply hole of the housing, communicates with an inflow passage through which a sealant fluid flows through between the fitting between the housing and the seal cover, and from the fluid chamber to the sealant fluid. Communicating with the outflow passage through which
And the fluid pressure of the sealant fluid is higher than the fluid pressure of the buffer fluid.Is.
[0015]
  In the mechanical seal device of the present invention according to claim 2,A seal cover holding the stationary seal ring and the throttle portion is fitted to the inner peripheral mounting surface (hereinafter also simply referred to as a mounting surface) of the housing, and a sleeve is inserted into the seal cover so that the stationary seal ring is inserted. The opposing seal surface of the rotary seal ring provided on the sleeve is brought into close contact with the seal surface, and the throttle ring provided on the sleeve is inserted and fitted into the inner peripheral surface of the throttle portion. At the same time, the sleeve is fitted to the rotating shaft and assembled as a whole, so that the assembly becomes extremely easy despite the multi-stage seal structure. Furthermore, since it is only necessary to insert the rotating seal ring so as to face the stationary seal ring, it is possible to precisely assemble the accuracy of bringing both seal surfaces of each seal ring into close contact.
In addition, an inflow passage through which the sealant fluid flows through the fitting between the housing and the seal cover and a buffer fluid through which the buffer fluid flows through the fitting between the housing and the seal cover from the buffer fluid supply hole provided in the housing The passages pass through between the fittings of the housing and the seal cover. O By providing a ring and fitting the cover to the housing, the fluid flowing through each passage can be reliably sealed, making assembly easier and simplifying the parts..
[0016]
  According to a third aspect of the present invention, there is provided the mechanical seal device of the present invention, wherein a plurality of labyrinth seals arranged in parallel between the seal cover and the sleeve are fitted to the sealed fluid region side of the stationary seal ring.When,Between each labyrinth sealFormed inBuffer fluidAnd a buffer fluid chamberHas a buffer fluid passage that communicates and introduces the buffer fluidAnd the pressure of the buffer fluid is higher than the pressure of the sealed fluid and lower than the pressure of the sealant fluid.Is.
[0017]
In the mechanical seal device according to the third aspect of the present invention, the buffer fluid passage for introducing the buffer fluid is communicated with the gap between the plurality of labyrinth seals. It is to improve.
Further, since the labyrinth seal is provided on the sealed fluid region side of the stationary sealing ring, the labyrinth seal is surely sealed by the labyrinth seal through the buffer fluid and the mechanical seal through the sealant fluid having a higher pressure than the sealed fluid. Can be sealed.
[0018]
  According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a mechanical seal device of the present invention having a drain passage through which a leaked buffer fluid or sealant fluid can flow between the stationary sealing ring and the labyrinth seal.And the drain passage is pressure-regulated in communication with a pressure-adjustable device.Is.
[0019]
In the mechanical seal device of the present invention according to claim 4, there is a drain passage through which the fluid leaking the buffer fluid or sealant fluid can flow between the stationary seal ring and the labyrinth seal. It becomes possible to improve the sealing ability by setting the pressure higher than that. Furthermore, even if the buffer fluid or the sealant fluid leaks, it can be discharged from the drain without flowing out into the sealed fluid region. In addition, the drain passage can adjust the pressure of the buffer fluid and / or the sealant fluid to improve the sealing performance of the sealed fluid.
[0020]
  The mechanical seal device of the present invention according to claim 5 is the labyrinth seal.On the outer surfaceHas uneven partsdo itSaidMade of synthetic resin or rubber material fitted to the sleeveAperture ring,It is formed by fitting with the inner peripheral surface of the throttle portion provided in the seal cover.Is.
[0021]
In the mechanical seal device of the present invention according to claim 5, the diaphragm ring having the concavo-convex portions constituting the labyrinth seal is made of a synthetic resin or a rubber material. It is possible to effectively prevent damage even if it comes into contact. For this reason, since the aperture ring can be brought close to or in contact with the aperture portion, the sealing ability can be improved.
[0022]
  A mechanical seal device of the present invention according to claim 6 is provided.The throttle ring is formed so that the outer diameter of the outer peripheral surface is smaller than the inner diameter of the inner peripheral surface of the stationary sealing ring, and the fitting inner peripheral surface is fitted into an annular groove provided on the end side of the sleeve. IsIs.
[0023]
  In the mechanical seal device of the present invention according to claim 6, as shown in FIG.Since the sleeve is provided with an annular groove, and the throttle ring is made of synthetic resin or rubber material, the throttle ring can be easily inserted into the annular groove by inserting it from the tip of the sleeve. At the same time, since the inner peripheral portion of the throttle ring is fitted in the annular groove of the sleeve, the inner peripheral portion of the throttle ring is held by the side surface of the annular groove against the pressure of the sealed fluid. For this reason, the throttle ring exhibits pressure resistance against the pressure of the sealed fluid. At the same time, the structure of the annular groove of the sleeve can reduce the radial thickness of the throttle ring, so that the labyrinth seal can be reduced in size and further exerts pressure resistance against the pressure of the sealed fluid. be able to.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a sealing device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each drawing described below is not a conceptual diagram for patent, but an accurate design drawing that can be implemented.
[0025]
  FIG. 1 is a sectional view of a mechanical seal device showing a preferred embodiment according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the entire line 3A-3A in FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the region of the inflow passage 37, the fluid chamber 55 and the outflow passage 34 of FIG.(Please refer to FIG. 3 in the description of FIG. 1). 4 is shown in FIG.And FIG.6 is a cross-sectional view of the entire radial direction passing through the center line of the fluid discharge hole 65 of FIG.
[0026]
In FIG. 1, the rotating shaft 50 passes through the inner peripheral mounting surface of the housing 60. The fitting interval between the rotating shaft 50 and the mounting surface of the housing 60 is sealed by the mechanical seal device 1.
The fitting surface 12 of the seal cover 30 is fitted on the mounting surface of the housing 60. The seal cover 30 is formed in a cylindrical body with a flange portion. The cylindrical portion of the seal cover 30 is fitted to the mounting surface of the housing 60, and the flange portion at one end is fixed to the front surface of the housing 60 via a bolt.
[0027]
Further, an inner peripheral surface 41 of a sleeve 40 formed in a cylindrical shape is fitted to the rotary shaft 50. The sleeve 40 is inserted and fitted from the atmosphere side of the rotary shaft 50 and is configured to be non-rotatable by a third drive pin 44 attached to the sleeve 40. The third drive pin 44 is fitted and locked in the engagement hole of the locking portion 43 fixed to the rotating shaft 50.
[0028]
The mechanical seal 2 is disposed between the seal cover 30 and the sleeve 40. The mechanical seal 2 seals between the seal cover 30 and the sleeve 40. The seal cover 30 is formed with a recess recessed in the axial direction, and the stationary sealing ring 3 is held in the recess so as to be movable in the axial direction.
This stationary seal ring 3 has a seal surface 4 formed at the tip on the atmosphere side. In addition, eight springs 6 are equally arranged in the circumferential direction on the back surface with respect to the seal surface 4, and the spring 6 presses the seal surface 4 of the stationary seal ring 3 resiliently.
Further, four engaging recesses are formed on the back surface. Then, four first drive pins 18 that are locked in the respective engagement recesses are driven into and fitted into the holes of the seal cover 30. The stationary seal ring 3 is fixed by this first drive pin 18 so that it does not rotate even if it slides with the rotation seal ring 10.
[0029]
The inner diameter step on the back surface of the stationary seal ring 3 faces the step in the recess of the seal cover 30 to form an O-ring annular chamber. A rubber O-ring 5 is disposed in the annular chamber. A fluid pressure acts on the back surface of the stationary sealing ring 3 by the mounting position on the inner diameter side of the O-ring 5.
The seal surface 4 is pressed against the counter seal surface 11 by the pressure acting on the back surface. At the same time, the stationary sealing ring 3 is elastically pressed against the opposing seal surface 11 by the spring 6. The stationary seal ring 3 is made of a carbon material or a silicon carbide material.
The inner diameter surface of the stationary seal ring 3 is formed to have a larger diameter than the outer diameter of the labyrinth seal 20 attached to the outer diameter of the sleeve 40. Further, the inner diameter surface of the seal cover 30 to which the stationary sealing ring 3 is attached is also formed to have a larger diameter than the outer diameter of the labyrinth seal 20.
[0030]
  On the other hand, the rotating seal ring 10 facing the stationary seal ring 3 is fitted to a mounting step 42 formed in the sleeve 40 having a large diameter. A fitting hole is formed on the back surface of the rotary seal ring 10. Further, the second drive pin 16 is driven into and fitted into the mounting step portion 42. The second drive pin 16 is fitted and locked in the fitting hole, and is connected so that the rotary seal ring 10 rotates together with the rotary shaft 50. The inner diameter surface of the rotary seal ring 10 is also formed to have the same diameter as the inner diameter surface of the stationary seal ring 3 so that the labyrinthSeal (LaWith the bilinth packingAlsoSay) larger than the outer diameter of 20.
[0031]
In order to seal between the fitting surface formed by fitting the fitting surface formed on the mounting step 42 of the sleeve 40 and the inner surface of the stepped portion of the sealing ring 10 for rotation, the fitting surface of the sleeve 40 is provided with an O-ring. An annular groove is formed. Then, an O-ring 7 is fitted in the annular groove to seal between the two fitting surfaces.
The rotating seal ring 10 is formed of a silicon carbide material or a carbon material. An opposing seal surface 11 that is in close contact with the seal surface 4 of the stationary seal ring 3 is formed on the end surface of the rotation seal ring 10.
[0032]
A fluid chamber 55 surrounded by the mechanical seal 2 and the seal cover 30 is formed on the outer peripheral side of the mechanical seal 2 configured as described above. An inflow passage 37 communicates with the fluid chamber 55 so that a sealant fluid such as turbine oil can be supplied from a fluid supply hole 61 provided in the housing 60. In addition, the outflow passage 34 communicates so that the sealant fluid flowing into the fluid chamber 55 can flow out.
The outflow passage 34 is configured to communicate with a fluid discharge hole 65 provided in the housing 60 so as to discharge the sealant fluid. This sealant fluid is configured to be circulated by controlling the temperature, pressure, and the like by a regulator through a hydraulic circuit (not shown).
[0033]
  Of these, the inflow passage 37 is formed in the seal cover 30 so that the sealant fluid supplied from the fluid supply hole 61 can be introduced into the fluid chamber 55 as shown in FIGS.
  In the structure of the inflow passage 37, an annular groove passage 13 is first formed on the outer periphery of the seal cover 30. A communication passage that further penetrates the side portion of the annular groove passage 13 in a groove shape in the axial direction.(Since the annular groove passage 13 is communicated, the same passage as the annular groove passage 13)One or more 32 are formed over the entire circumference. The communication passage 32 is further formed on the outer peripheral surface of the seal cover 30 and formed in parallel with the annular groove passage 13.13Communicating with Furthermore, as shown in FIG.13Eight through holes that are formed in the inner diameter direction and communicate with the fluid chamber 55 are provided. The entire fluid passage from the annular groove passage 13 to the fluid chamber 55 constitutes the inflow passage 37. The eight through holes are not limited to eight, and are set according to necessity, such as six or ten, depending on the flow rate.
[0034]
  The fluid chamber 55 is provided with a snap ring-shaped weir 39 having an outer peripheral portion fitted in an annular groove provided on the inner peripheral surface of the seal cover 30. The dam portion 39 is disposed on the substantially outer peripheral side of the seal surfaces 4 and 11 of the mechanical seal 2. The sealant fluid that has flowed in from the inflow passage 37 is configured to bypass the seal surfaces 4 and 11 by the dam portion 39.
  As shown in FIG. 4, the sealant fluid whose flow is meandered by the dam portion 39 is discharged from the outflow passage 34 while cooling the mechanical seal 2. The outflow passage 34 has a discharge hole communicating with the fluid chamber 55 and passing through the seal cover 30 in the radial direction, and the discharge hole.Exit sidePartition plates 31 sandwiching from both sides in the groove directionFinishedCut-off partition passage(Passage indicated by the arrow in FIG. 4)And is formed by. Of this outflow passage 34fluidDischarge hole65As shown in FIG. 4, two are formed at positions inclined by 15 ° to 20 ° with respect to the center line of the seal cover 30, communicated with the partition passage, and provided in the housing 60. 65 is communicated.
[0035]
  Further, as shown in FIG.(Figure 1 Right side)The opening 56 opened to the bottom is made of a carbon material held by the second housing 45.Seal part (Segment seal(Also called)25 is sealed. The segment seal 25 is non-rotatably locked by a rotation lock 29 fixed to the inner ring-shaped convex portion 46 of the second housing 45. Further, while the segment seal 25 divided by the extension spring 27 is tightened from the outer peripheral surface, the gap between the fitting with the rotating shaft 50 on which the seal surface of the inner diameter of the segment seal 25 slides is sealed.
  And supported by the snap ring and spring retainer fixed to the second housing 45Not shownThe compression spring 26 presses the seal surface, which is the side surface of the segment seal 25, into close contact with the inner circumferential ring-shaped convex portion 46 of the second housing 45.
[0036]
The segment seal 25 is pressed by the compression spring 26 to seal between the close contact surfaces of the second housing 45, and seals between the fitting with the rotary shaft 50 by the tightening force of the extension spring 27. Since the segment seal 25 can be made shorter in the axial direction than the mechanical seal or the like due to its structure, the axial length of the entire mechanical seal device is shortened.
The fluid chamber 55 thus sealed by the segment seal 25 is supplied with a sealant fluid having a pressure higher than that of the sealed fluid from the fluid supply hole 61. That is, the fluid chamber 55 is configured to have a higher pressure than the sealed fluid, and prevents the sealed fluid from passing through the sealing surface of the mechanical seal 2.
[0037]
  Next, the sealing fluid region side from the mechanical seal 2(Figure 1 To the left)Two labyrinth seals 20, 20 are arranged in parallel. A drain passage 33 is provided between the labyrinth seal 20 and the mechanical seal 2. The drain passage 33 communicates with an outer container having a pressure-adjustable device (not shown).
[0038]
  Labyrinth seal 20, 20IsIt is inserted into the annular groove provided on the outer peripheral surface of the sleeve 40.The aperture rings 38 and 38 are formed with uneven portions on the outer peripheral surface, and the inner peripheral surfaces of the aperture portions 35 and 35 formed on the seal cover 30. The diaphragm ring 38 is made of a resin material or a rubber material, and has an outer peripheral surface that is smaller in diameter than the inner diameter of the stationary sealing ring 3. The outer peripheral surface of the concavo-convex portion of the aperture ring 38 and the inner peripheral surface of the aperture portion 35 are arranged close to or in contact with each other. Since the aperture ring 38 is made of a resin material, the aperture portion 35 and the aperture ring 38 can be fitted close to a minute gap. Further, it is possible to bring the diaphragm 35 and the diaphragm ring 38 into contact with each other.
[0039]
  Between the two labyrinth seals 20, 20, a buffer fluid is introduced in communication with a buffer fluid supply hole 63 provided in the housing 60.
Is provided on the seal cover 30. Furthermore,Buffer fluid supply passage 63 and buffer fluid passage 36These joint portions are communicated with each other through an annular groove. When the seal cover 30 is fitted into the housing 60, the buffer fluid passage 36 and the buffer fluid supply hole 63 can be easily communicated with each other. The discharge side of the buffer fluid passage 36 is formed in a buffer fluid chamber 21 in a gap partitioned by two labyrinth packings 20 and 20. In the buffer fluid chamber 21, a buffer fluid having a pressure slightly higher than the pressure of the sealed fluid is supplied. Moreover, the pressure of the buffer fluid is configured to be lower than the pressure of the sealant fluid. For example, the pressure of the sealant fluid is configured to be about 1.5 kgf / cmA higher than the pressure of the sealed fluid. Further, the pressure of the buffer fluid is configured to be slightly lower than the pressure of the sealant fluid depending on the type of fluid to be sealed. In addition, the pressure of the buffer fluid is variously selected with respect to the pressure of the sealant fluid based on the relationship between the type of gas between the sealed fluid and the buffer fluid, the magnitude of the pressure, and the like.
[0040]
  Between the fitting with the seal cover 30 fitted to the mounting surface of the housing 60, rubber-made O-rings 15, 15 for sealing each side of the fluid supply hole 61, the drain discharge hole 62, and the buffer fluid supply hole 63, 15, 15Are provided. In addition, an O-ring 53 that seals between the fittings is fitted between the rotating shaft 50 and the sleeve 40.
[0041]
  The seal cover 30 includes a stationary seal ring 3 and O-rings 15, 15, 15., 15Then, the dam portion 39 and the like are attached and fitted to the mounting surface of the housing 60. The seal cover 30 is fixed to the housing 60 via bolts.
  The sleeve 40 includes throttle rings 38 and 38, a sealing ring 10 for rotation, and the like.While wearingOn the rotating shaft 50Through O-ring 53It is inserted. Furthermore, the second housing45Is attached to the housing 60 via the seal cover 30 after the segment seal 25 is mounted.
  The positional relationship among the seal cover 30, the sleeve 40, and the second housing 45 is easily attached by the set plate 70. The set plate 70 is removed after the mechanical seal device 1 is mounted on the device. The mechanical seal device 1 can be attached because the outer diameter of the throttle ring 38 of the labyrinth seal 20 is smaller than the inner diameter of the stationary seal ring 3, so that the sleeve 40 can be easily mounted.
[0042]
【The invention's effect】
  The mechanical seal device according to the present invention has the following effects.
  The mechanical seal of the present invention according to claim 1apparatusSince the sealant fluid having a pressure higher than the pressure of the sealed fluid is interposed in the fluid chamber, the sealed fluid isContact-typeFrom the seal surface to the outside(Fluid chamber)Can be effectively prevented from flowing out of the pressure. Moreover,Since the fluid chamber is on the outer diameter side between the seal surfaces, even if the sealant fluid is at high pressure, the sealant fluid is prevented from flowing out to the sealed fluid side due to the centrifugal force generated during sliding of the seal surface. it can. further,Fluid chamberInsideIs surrounded by a stationary seal ring and a rotating seal ring.By sealant fluidIt becomes possible to cool directly. As a result, it is possible to prevent an increase in frictional heat due to sliding of the seal surface and suppress wear of the seal surface.
[0043]
  FurtherThe flowCooling is efficient because the sealant fluid that flows into the body chamber is circulated into an inflow passage and an outflow passage, and the sealing portion is securely sealed by the contact seal surface of the seal portion, the stationary seal ring, and the rotation seal ring. Therefore, there is no entry of the sealed fluid into the fluid chamber, no leakage to the outside, and the effect of reducing the consumption of the sealant fluid is obtained.
[0044]
  According to the mechanical seal of the present invention according to claim 2,The seal cover is fitted to the inner peripheral mounting surface of the housing, and the sleeve is inserted into the seal cover so that the opposite seal surface of the rotary seal ring provided on the sleeve faces the seal surface of the stationary seal ring. Since close contact can be achieved, the close contact force of the sealing surface can be adjusted optimally. Moreover, the aperture ring provided in the sleeve can be fitted to the inner peripheral surface of the aperture portion with one touch. At the same time, since the entire structure is assembled by inserting the seal cover and the sleeve into the housing, the assembly becomes extremely easy despite the multi-stage seal structure.
In addition, an inflow passage through which sealant fluid flows through between the fitting between the housing and the seal cover, and a buffer fluid through which buffer fluid flows through between the fitting between the housing and the seal cover from a buffer fluid supply hole provided in the housing Since the passages pass through between the fitting between the housing and the seal cover, the O-rings are provided on both sides of each passage, and the fluid flowing through each passage can be reliably sealed only by fitting the seal cover to the housing. Therefore, the assembly can be facilitated and the parts can be simplified.
[0045]
According to the mechanical seal of the present invention according to claim 3, since the buffer fluid passage for introducing the buffer fluid is communicated with the gap between the plurality of labyrinth seals, the fluid is compressed in the gap to improve the ability of the labyrinth seal. There is an effect that can be improved.
Further, since the labyrinth seal is provided on the sealed fluid region side of the stationary seal ring, the labyrinth seal is surely secured in two stages by a labyrinth seal through the buffer fluid and a mechanical seal through a sealant fluid having a higher pressure than the sealed fluid. This has the effect of sealing the sealed fluid.
[0046]
According to the mechanical seal of the present invention according to claim 4, since the drain passage through which the leaked buffer fluid or sealant fluid can flow out is provided between the stationary seal ring and the labyrinth seal, the buffer fluid and / or sealant The fluid pressure can be adjusted. Further, it becomes possible to improve the sealing performance of the sealed fluid by setting the buffer fluid to a pressure higher than that of the sealed fluid. Furthermore, even if the buffer fluid or the sealant fluid leaks, it can be discharged from the drain without flowing out into the sealed fluid region.
[0047]
According to the mechanical seal of the present invention according to claim 5, since the throttle ring having the concavo-convex portions constituting the labyrinth seal is made of a synthetic resin or a rubber material, the rotation shaft swings and the labyrinth seal becomes the throttle portion. It is possible to prevent a failure even if it comes into contact. For this reason, since the aperture ring can be brought close to the facing surface, an effect of improving the sealing ability is achieved.
[0048]
  According to the mechanical seal of the present invention according to claim 6,Since the sleeve is provided with an annular groove and the throttle ring is made of synthetic resin or rubber material, the throttle ring can be easily attached to the annular groove of the sleeve. At the same time, since the inner peripheral portion of the throttle ring is fitted in the annular groove of the sleeve, the inner peripheral portion of the throttle ring is held by the side surface of the annular groove against the pressure of the sealed fluid. For this reason, the throttle ring exhibits pressure resistance against the pressure of the sealed fluid. At the same time, the structure of the annular groove of the sleeve can reduce the radial thickness of the throttle ring, so that the labyrinth seal can be reduced in size and further exerts pressure resistance against the pressure of the sealed fluid. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a half sectional view in an axial direction in which a mechanical seal device showing a preferred embodiment according to the present invention is mounted on a rotary shaft.
2 is a cross-sectional view in the direction of the arrow along the line 3A-3A shown in FIG. 3;
3 is a cross-sectional view of a region showing a relationship among an outer peripheral portion, a fluid chamber, an inflow passage, and an outflow passage of the mechanical seal shown in FIG.
4 is a cross-sectional view in which the radial direction of the annular groove passage of FIG. 1 is taken as a cross section.
FIG. 5 is a half sectional view of a conventional mechanical seal device.
[Explanation of symbols]
1 Mechanical seal device
2 Mechanical seal
3 stationary seal ring
4 Seal surface
5 O-ring
6 Spring
7 O-ring groove
10 Sealing ring for rotation
11 Opposite sealing surface
12 Mating surface
13 Annular groove passage
15 O-ring
18 Second drive pin
20 Labyrinth packing (Labyrinth seal)
21 Buffer fluid chamber
25 segment seal
26 Compression spring
27 Extension spring
29 Rotation lock
30 Seal cover
31 Partition plate
32 passage
33 Drain passage
34 Outflow passage
35 Aperture
36 Buffer fluid passage
37 Inflow passage
38 Aperture ring
39 Weir
40 sleeves
41 Inner peripheral surface
42 Mounting step
43 Locking part
44 3rd drive pin
45 Second housing
46 Supporting part
50 axis of rotation
53 O-ring
55 Fluid chamber
56 opening
60 housing
61 Fluid supply hole
62 Drain discharge hole
63 Buffer fluid supply hole
65 Fluid discharge hole

Claims

An annular seal cover having an outer peripheral surface that can be hermetically fitted to the inner peripheral mounting surface of the housing;
A stationary sealing ring which is supported in a sealed manner on the inner periphery of the seal cover and has a seal surface on one end surface ;
A rotating seal ring having an opposing seal surface that is in close contact with the seal surface of the stationary seal ring and seals the sealed fluid on the inner peripheral side of the seal surface;
An annular sleeve that holds the rotation sealing ring in a hermetically sealed state and has an inner peripheral surface that can be fitted to the rotation shaft;
A fluid chamber formed between the air between the outer peripheral surface and the seal cover and the stationary seal ring and the rotary seal ring and said seal surface and said opposed sealing faces are in close contact,
A seal portion that seals between the opening of the seal cover and the sleeve in the space of the fluid chamber ;
An inflow passage for sealant fluid that is in communication with the fluid supply hole of the housing and communicates with the fluid chamber ;
The sealant fluid that has flowed into the fluid chamber from the inflow passage includes the stationary seal ring and an outflow passage through which the sealant fluid flows out through the outer peripheral surface side of the rotation seal ring ,
Mechanical seal and wherein the fluid pressure of the sealant fluid in the fluid chamber is a higher pressure than the fluid pressure of the sealed fluid an inner circumferential side of said seal face and the counter seal face.

An annular seal cover having an outer peripheral surface that is inserted into the inner peripheral mounting surface of the housing from the atmosphere region side and can be hermetically fitted;
A stationary sealing ring that is supported by the inner periphery of the seal cover in a hermetically sealed manner and has a seal surface on one end surface on the atmosphere side;
A throttle portion provided on the seal cover on the sealed fluid region side of the stationary seal ring and having an inner peripheral surface;
A throttle ring that is inserted into the inner peripheral surface of the seal cover from the atmosphere region side, passes through the inner peripheral surface of the stationary sealing ring, and fits with the inner peripheral surface of the throttle portion to constitute a labyrinth seal. An annular sleeve having an inner peripheral surface fitted to the rotation shaft, and
A rotating seal ring having an opposing seal surface held tightly by the sleeve and in close contact with the seal surface of the stationary seal ring at the insertion tip;
A fluid chamber formed in a space between the stationary seal ring in which the seal surface and the opposing seal surface are in intimate contact, an outer peripheral surface of the rotation seal ring, and a seal cover;
A seal portion that attaches and seals the space between the seal cover and the sleeve in the space of the fluid chamber on the atmosphere region side from the atmosphere region side; and
A buffer fluid passage through which a buffer fluid flows into a buffer fluid chamber formed in the middle of the labyrinth seal through the fitting between the housing and the seal cover;
The fluid chamber can communicate with a fluid supply hole of a housing, communicates with an inflow passage through which a sealant fluid flows in through the fitting between the housing and the seal cover, and an outflow passage through which the sealant fluid flows out of the fluid chamber. Communication,
The mechanical seal device is characterized in that the fluid pressure of the sealant fluid is higher than the fluid pressure of the buffer fluid .

Having the from the stationary seal ring and the seal cover in the sealed fluid region side and a plurality of labyrinth seal disposed in parallel in between fitting and the sleeve, and a buffer fluid chamber formed between each said labyrinth seal claim to have a buffer fluid passage for introducing a buffer fluid communication with the buffer fluid chamber, and the pressure of the buffer fluid is higher than the pressure of the sealed fluid, characterized in that it is lower than the pressure of the sealant fluid with The mechanical seal device according to 1.

Between the stationary seal ring and the labyrinth seal, there is a drain passage through which a fluid leaking a buffer fluid or a sealant fluid can flow, and the drain passage is pressure-adjusted in communication with a pressure-adjustable device. The mechanical seal device according to claim 2 or 3.

The labyrinth seal and fitted synthetic resin or rubber material made of aperture ring on the sleeve have a concavo-convex portion on the outer peripheral surface, inner peripheral surface is fitted in the aperture portion provided in the sealing cover that it is formed Te mechanical seal device according to claim 2 or claim 3, characterized in.

The throttle ring is formed so that the outer diameter of the outer peripheral surface is smaller than the inner diameter of the inner peripheral surface of the stationary sealing ring, and the fitting inner peripheral surface is fitted into an annular groove provided on the end side of the sleeve. the mechanical seal device as set forth in claim 5, characterized in that they are.