[go: up one dir, main page]

JP6422378B2 - 端面接触形メカニカルシール - Google Patents

端面接触形メカニカルシール Download PDF

Info

Publication number
JP6422378B2
JP6422378B2 JP2015045665A JP2015045665A JP6422378B2 JP 6422378 B2 JP6422378 B2 JP 6422378B2 JP 2015045665 A JP2015045665 A JP 2015045665A JP 2015045665 A JP2015045665 A JP 2015045665A JP 6422378 B2 JP6422378 B2 JP 6422378B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
seal
sealing
ring
sealed
flushing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015045665A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016166622A (ja
Inventor
博之 坂倉
博之 坂倉
めぐみ 谷口
めぐみ 谷口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Pillar Packing Co Ltd
Original Assignee
Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Pillar Packing Co Ltd filed Critical Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority to JP2015045665A priority Critical patent/JP6422378B2/ja
Priority to US15/540,003 priority patent/US20170370475A1/en
Priority to PCT/JP2016/054780 priority patent/WO2016143479A1/ja
Priority to EP16761451.0A priority patent/EP3296598B1/en
Priority to CN201680014584.5A priority patent/CN107429847A/zh
Publication of JP2016166622A publication Critical patent/JP2016166622A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6422378B2 publication Critical patent/JP6422378B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F16J15/3496Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member use of special materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/04Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid
    • F04B39/041Measures to avoid lubricant contaminating the pumped fluid sealing for a reciprocating rod
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F04B53/143Sealing provided on the piston
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02Selection of particular materials
    • F04D29/023Selection of particular materials especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02Selection of particular materials
    • F04D29/026Selection of particular materials especially adapted for liquid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08Sealings
    • F04D29/10Shaft sealings
    • F04D29/12Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/122Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/124Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for elastic fluid pumps with special means for adducting cooling or sealing fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08Sealings
    • F04D29/10Shaft sealings
    • F04D29/12Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/126Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/128Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps with special means for adducting cooling or sealing fluid
    • 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
    • F16J15/3404Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • 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
    • F16J15/3464Mounting of the seal
    • F16J15/348Pre-assembled seals, e.g. cartridge seals
    • F16J15/3484Tandem seals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08Sealings
    • F04D29/10Shaft sealings
    • F04D29/12Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/126Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/90Coating; Surface treatment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/502Thermal properties
    • F05D2300/5024Heat conductivity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/506Hardness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

本発明は、ポンプ、攪拌機、送風機、圧縮機、タービン等の回転機器に軸封手段として装備される端面接触形メカニカルシールであって、特に、密封環のシール部分を冷却するためのフラッシング手段を設けてある端面接触形メカニカルシールに関するものである。
従来のこの種の端面接触形メカニカルシールとして、特許文献1の図1、特許文献2の図1又は特許文献3の図1〜図3に開示される如く、シールケース及びこれを洞貫する回転軸の何れか一方の部材に軸線方向に移動可能に保持された可動密封環と、シールケース及び回転軸の何れか他方の部材に固定された固定密封環と、可動密封環を固定密封環へと押圧接触させるべく附勢するスプリングとを具備して、両密封環の相対回転摺接作用により被密封流体領域と非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成されており、両密封環の摺接熱等によるトラブルを回避するために、シールケースに形成したフラッシング通路の下流端からフラッシング液を両密封環の相対回転摺接部分(以上「シール部分」という)に向けて噴出させるようにしたフラッシング手段を設けたものが周知である。
特開平6−129937号公報(図1) 特開2005−048818公報(図1) 実開昭63−132171号公報(図1〜図3)
しかし、特許文献1の図1、特許文献2の図1又は特許文献3の図1及び図2に開示された端面接触形メカニカルシール(以下「第1従来メカニカルシール」という)では、フラッシング通路の下流端であるフラッシング液噴出孔がシールケース内周部の一箇所に開口されているにすぎないから、たとえフラッシング液噴出孔がシール部分に直対向する近接位置に開口されている場合(特許文献1の図1を参照)にも、一つのフラッシング液噴出孔からフラッシング液を噴出させるだけではシール部分を全周に亘って十分に冷却させることができない。したがって、シール部分の周方向において冷却ムラが生じて、密封端面に熱歪が生じる虞れがある。
一方、特許文献3の図3に開示された端面接触形メカニカルシール(以下「第2従来メカニカルシール」という)では、シールケースに形成するフラッシング通路を、回転軸と同心をなす環状の中空室とこれにフラッシング液を供給するフラッシング液供給通路と中空室に連通され且つシールケース内周部にその周方向に等間隔を隔てた位置で開口する複数のフラッシング液噴出孔とで構成し、これらのフラッシング液噴出孔からシール部分の全周に向けてフラッシング液が噴出されるように工夫されているから、第1従来メカニカルシールのように一つのフラッシング液噴出孔からフラッシング液を噴出させる場合に比してシール部分の冷却を効果的に行いうることが期待される。
ところで、冷却に必要なフラッシング液の流量が多くなる場合(例えば、高圧条件や高速回転条件の場合又は低沸点流体等を扱う場合)、第2従来メカニカルシールのように複数のフラッシング液噴出孔を設けたときにおいても、フラッシング液供給通路が中空室の周方向における一箇所に接続されていることから、つまりフラッシング液供給通路から中空室へのフラッシング液供給が中空室の一箇所において行われることから、このフラッシング液供給箇所に近いフラッシング液噴出孔と当該フラッシング液供給箇所から遠いフラッシング液噴出孔とでは、流路の長短によって圧力損失が同一になることはなく、結果としてフラッシング液の噴出流量、速度が異なり、シール部分を全周に亘って均一に冷却することができない。したがって、第1従来メカニカルシールと同様に、シール部分の周方向に冷却ムラが生じて、密封端面に熱歪が生じる虞れがある。
特に、シールケースに設けられた密封環については、これが回転しないことから、シール部分におけるフラッシング液が噴射される箇所が一定で変化しないため、フラッシング噴射孔が一箇所である場合は勿論、フラッシング噴射孔が複数箇所である場合にもシール部分の周方向に顕著な冷却温度ムラが生じる。
したがって、第1及び第2従来メカニカルシールの何れにあっても、シール部分の冷却がその全周に亘って均一且つ十分に行われず、密封環の摺接面(密封端面)に熱歪が生じて密封環の相対回転摺接が適正に行われず、メカニカルシールによるシール機能(以下「メカニカルシール機能」という)が良好に行われないといった問題がある。
また、一般に、被密封流体領域の流体(以下「被密封流体」という)の一部をフラッシング液として使用しているが、被密封流体が高温流体である場合には、被密封流体を冷却器により冷却した上でフラッシング通路に供給する必要があり、フラッシング液によるシール部分の冷却を十分に行うためには、冷却能力の高い冷却器を必要とし、イニシャルコストないしランニングコストが高いといった問題や回転機器の熱効率の損失が生じる。
本発明は、このような問題を生じることなく、両密封環の相対回転摺接部分をその全周に亘って均一且つ十分に冷却させることができ、長期に亘って良好なメカニカルシール機能を発揮させることができる端面接触形メカニカルシールを提供することを目的とするものである。
本発明は、シールケース及びこれを洞貫する回転軸の一方に固定された固定密封環と、その他方に当該固定密封環に押圧接触するべく附勢された状態で当該回転軸の軸線方向に移動可能に保持された可動密封環とを具備して、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により被密封流体領域と非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成すると共に、シールケースに形成したフラッシング通路から両密封環の相対回転摺接部分に向けてフラッシング液を噴出させるフラッシング手段を設けてある端面接触形メカニカルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、各密封環の外周面であってフラッシング液が接触する部分及び密封端面に、当該密封環の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きい材料からなるコーティング層を一連に形成しておくことを提案するものである。
かかる端面接触形メカニカルシールの好ましい実施の形態にあっては、前記コーティング層がダイヤモンドで構成される。
本発明の端面接触形メカニカルシールにあっては、各密封環の密封端面に、当該密封環の構成材に比して硬度が大きい材料からなるコーティング層が形成されているから、両密封環の密封端面の相対回転摺接による摩耗や発熱がコーティング層が形成されていない当該密封端面が相対回転摺接する場合に比して可及的に抑制される。
しかも、各密封環の密封端面及びその外周面であってフラッシング液が接触する部分(以下「接液面」という)に、当該密封環の構成材に比して熱伝導係数の大きな材料からなるコーティング層(以下、密封端面に形成されたコーティング層を「密封端面コーティング層」といい、接液面に形成されたコーティング層を「接液面コーティング層」という)が一連に形成されているから、両密封端面で発生した熱は高熱伝導係数の密封端面コーティング層から高熱伝導係数の接液面コーティング層へと伝熱、分散され、上記した如く密封端面の相対回転摺接による発熱が抑制されることとも相俟って、密封端面の温度は更に低下することになる。一方、接液面コーティング層においては、フラッシング液の噴出箇所が接液面の周方向における一箇所であっても複数箇所であっても、また密封環が回転していると否とに拘わらず、フラッシング液による冷却熱が接液面の全周に行きわたることになり、接液面の全周に亘って均一に冷却されることになる。そして、この冷却熱は接液面コーティングからこれに連なる密封端面コーティング層へと伝播され、密封端面5a,6aが全面的に均一に冷却されることになる。したがって、密封端面コーティング層及び接液面コーティング層を形成していない密封環が相対回転摺接する第1及び第2従来メカニカルシールに比して、両密封環の相対回転摺接部分(シール部分)がその全周に亘ってフラッシング液により均一且つ良好に冷却されて、メカニカルシール機能に悪影響を及ぼすような熱歪の発生はこれが可及的に防止される。
したがって、本発明によれば、両密封環の相対回転摺接部分における摩耗、発熱及び熱歪の発生を可及的に防止してメカニカルシール機能を長期に亘って良好に発揮させることができ、第1及び第2従来メカニカルシールに比して耐久性、信頼性に優れた極めて実用的な端面接触形メカニカルシールを提供することができる。
しかも、本発明の端面接触形メカニカルシールにあっては、被密封流体の一部をフラッシング液として使用する場合にあって、被密封流体が高温流体であるときにも、上記した如く、高熱伝導係数のコーティング層の形成によりフラッシング液による冷却効率が高くなるために、フラッシング液として使用する被密封流体の冷却程度を可及的に抑えることができ、冷却能力の高い冷却器を必要とせず、イニシャルコストないしランニングコストを低減することができる。
かかる効果は、特に、コーティング層をダイヤモンドで構成しておくことによって顕著に発揮される。
図1は本発明に係る端面接触形メカニカルシールの一例を示す断面図である。 図2は図1の要部を拡大して示す詳細断面図である。 図3は図2の要部を更に拡大して示す詳細断面図である。 図4は図1のIV−IV線に沿う断面図である。
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図1は本発明に係る端面接触形シールを一次シールとして使用したタンデムダブルシールの一例を示す断面図であり、図2は図1の要部を拡大して示す詳細断面図であり、図3は図2の要部を更に拡大して示す詳細断面図であり、図4は図1のIV−IV線に沿う断面図である。
図1に示す本発明に係る端面接触形メカニカルシールはタンデムダブルシールの一次シールとして使用されたものである。すなわち、このタンデムダブルシールは、図1に示す如く、液体を扱うポンプ等の回転機器に軸封手段として装備されるもので、回転機器の機内領域Aと機外大気領域Bとを、タンデム配置した一次シールたる第1メカニカルシール1と二次シールたる第2メカニカルシール2とにより、両メカニカルシール1,2間に形成された封液領域Cを介してシールするように構成されている。
シールケース3には、図1に示す如く、封液領域Cに開口する封液供給通路3a及び封液排出通路3bが形成されていて、封液領域Cに適当圧の清水,オイル等の封液Sを循環供給するようになっている。なお、シールケース3には、第2メカニカルシール2の基端側において機外大気領域Bに開口するドレン通路3cが形成されていて、封液Sを排出,回収するようになっている。
機内領域A側の一次シールたる第1メカニカルシール1は、図1に示す如く、当該回転機器の軸封部ハウジングに設けられた筒状のシールケース3とこれを洞貫する当該回転機器の回転軸4との間に配設された本発明に係る端面接触形メカニカルシールであり、シールケース3に設けた可動密封環5と、回転軸4に設けた固定密封環6と、シールケース3と可動密封環5との間に介装されたスプリング7と、フラッシング手段8とを具備して、両密封環5,6の対向端面たる密封端面5a,6aの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分たるシール部分5a,6aの外周側領域である被密封流体領域Aとその内周側領域である非密封流体領域Cとを遮蔽シールするように構成された端面接触形メカニカルシールである。なお、被密封流体領域Aは機内領域であって、その流体(被密封流体)は液体である。また、非密封流体領域Cはメカニカルシール1,2間に形成される機内領域Aと機外大気領域Bとの中間領域であって、後述する如く封液Sが循環供給される封液領域である。
可動密封環5は、図1及び図2に示す如く、円筒状の保持環51の先端部に密封端面形成部5bを突出させた状態で焼き嵌め等により嵌合固定された硬質材(炭化ケイ素等のセラミックス、超硬合金(タングステンカーバイド)等)製の円環状体であり、保持環51の基端部をOリング52を介してシールケース3の内周部に嵌合させることにより、シールケース3に回転軸4の軸線方向(以下、単に「軸線方向」という)に移動可能に保持されている。可動密封環5の先端面つまり密封端面形成部5bの先端面は、回転軸4の軸線(以下、単に「軸線」という)に直交する環状平滑面である密封端面5aに構成されている。保持環51の基端部には環状のスプリング受体53が嵌合されており、図2に示す如く、こスプリング受体53に軸線と平行をなして突設したドライブピン54をシールケース3の内周部に嵌合固定した環状のスプリングリテーナ55に挿通させることにより、保持環51つまり可動密封環5を軸線方向における所定範囲での移動を許容させつつシールケース3に対する相対回転が阻止されるようになっている。
固定密封環6は、図1に示す如く、円筒状の保持環61の先端部に密封端面形成部6bを突出させた状態で内嵌保持させた硬質材(炭化ケイ素等のセラミックス、超硬合金等)製の円環状体であり、保持環61を回転軸4に挿通固定したスリーブ41の先端部に嵌合固定させることにより、可動密封環5の機内領域A側に配して回転軸4に固定されている。固定密封環6の先端面つまり密封端面形成部6bの先端面は、軸線に直交する環状平滑面である密封端面6aに構成されている。固定密封環6aの密封端面6aは、内径を可動密封環5の密封端面5aより小さく且つ外径を当該密封端面5aより大きくしたもので、径方向において内外周部分が当該密封端面5aより食み出している。なお、固定密封環6は、図1に示す如く、ドライブピン62により保持環61との相対回転を阻止されると共に保持環61との間にOリング63及び環状の低摩擦シート(例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製シート)64を介在させた状態で保持環61に嵌合固定されている。
スプリング7は、図1に示す如く、スプリング受体53とスプリングリテーナ55との間に介装されたコイルスプリングであり、可動密封環5を固定密封環6へと押圧接触させるべく附勢している。
機外大気領域B側の二次シールたる第2メカニカルシール2は、図1に示す如く、シールケース3と回転軸4との間に配設された端面接触形メカニカルシールであり、シールケース3にOリング21を介して軸線方向移動可能且つ相対回転不能に保持された静止密封環22と、その機内領域A側に配して回転軸4のスリーブ41に固定された回転密封環23と、静止密封環22とシールケース3との間に介装されて静止密封環22を回転密封環23へと押圧附勢するスプリング24とを具備して、両密封環22,23の対向端面たる密封端面22a,23aの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分22a,23aの外周側領域である被密封流体領域(封液領域)Cとその内周側領域である非密封流体領域(機外大気領域)Bとを遮蔽シールするように構成されたものである。
フラッシング手段8は、シールケース3から第1メカニカルシール1のシール部分5a,6a(両密封環5,6の相対回転摺接部分)に向けてフラッシング液Fを噴出させるものであり、図2に示す如く、シールケース3に形成したフラッシング通路81と、被密封流体領域Aの液体(被密封流体)の一部をフラッシング液Fとしてフラッシング通路81に循環供給するフラッシング液供給装置82とからなる。フラッシング通路81は、図1及び図2に示す如く、回転軸4と同心をなして当該回転軸4の軸線方向に延びる円筒状の中空室81aと、中空室81aの一端部に連通接続されたフラッシング液供給通路81bと、シールケース3の周方向に等間隔を隔てて配置されており、中空室81aの他端部からシールケース3の内周面におけるシール部分5a,6aに直対向する部位へと貫通する複数のフラッシング液噴出孔81c…とからなる。フラッシング液噴出孔81c…は、図4に示す如く、両密封環5,6の密封端面形成部5b,6bの周りに等間隔を隔てて配置されており、フラッシング液Fをシール部分5a,6aの全周に向けて噴出させるようになっている。なお、フラッシング液供給装置82には、被密封流体が高温流体である場合、必要に応じて、フラッシング通路81に供給するフラッシング液Fを冷却する冷却器が付設される。
而して、第1メカニカルシール3にあっては、本発明に従って、各密封環5,6の外周面であってフラッシング液Fが接触する部分(接液面)及び密封端面5a,6aに、当該密封環の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きく且つ摩擦係数が小さな材料からなるコーティング層9a,9b及び10a,10bを一連に形成してある。
すなわち、各密封環5,6の密封端面5a,6aには、図1〜図3に示す如く、その全面にコーティング層(密封端面コーティング層)9a,10aが被覆形成されている。また、フラッシング液噴出孔81c…から噴出されたフラッシング液Fが接触する各密封環5,6の外周面部分である接液面は、保持環51,61から突出して被密封流体領域Aに露出する密封端面形成部5b,6bの外周面であり、この接液面には、図1〜図3に示す如く、全周に亘って密封端面コーティング層9a,10aに連なるコーティング層(接液面コーティング層)9b,10bが被覆形成されている。
而して、コーティング層9a,9b及び10a,10bの構成材としては、可動密封環5及び固定密封環6の構成材が炭化ケイ素等のセラミックスや超硬合金等の如何なる密封環構成材であっても、これらより熱伝導係数及び硬度が大きく且つ摩擦係数が小さなダイヤモンドが使用されている。なお、ダイヤモンドコーティング層9a,9b及び10a,10bの形成は、熱フィラメント化学蒸着法、マイクロ波プラズマ化学蒸着法、高周波プラズマ法、直流放電プラズマ法、アーク放電プラズマジェット法、燃焼炎法等のコーティング方法によって行われる。なお、以下の説明において、密封環とこれに被覆形成されたコーティング層とを区別する必要があるときは、前者を密封環母材という。
以上のように構成された本発明に係る端面接触形メカニカルシール(第1メカニカルシール)3にあっては、両密封環5,6の密封端面5a,6aにその構成材(密封環母材の構成材)より硬度が大きく且つ摩擦係数が小さい材料の密封端面コーティング層9a,10aを形成してあることから、第1及び第2従来メカニカルシールのように可動密封環の密封端面と固定密封環の密封端面とが直接に相対回転する場合つまり密封環母材同士が直接に相対回転摺接する場合に比して、密封端面コーティング層9a,10aで被覆された両密封端面5a,6aの相対回転摺接部分で発生する摩耗量や発熱量が少なくなる。特に、密封端面コーティング層9a,10aが上記した如くダイヤモンドで構成される場合には、ダイヤモンドが自然界に存在する固体物質で最も硬質のものであり、摩擦係数が炭化ケイ素等のセラミックスや超硬合金等のあらゆる密封環構成材に比して極めて低い(一般に、ダイヤモンドの摩擦係数は0.03(μ)であり、あらゆる密封環構成材に比して遥かに低摩擦係数のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)よりも更に10%以上低い)ものであることから、密封端面コーティング層9a,10aで被覆された密封端面5a,6aの相対回転摺接によって生じる摩耗や発熱は極めて少ない。
しかも、各密封環5,6の密封端面5a,6a及びフラッシング液噴出孔81c…から噴出するフラッシング液Fが接触する接液面の全周に、当該密封環5,6の構成材に比して熱伝導係数の大きな材料の密封端面コーティング層9a,10a及び接液面コーティング層9b,10bが一連に形成されているから、両密封端面5a,6aの相対回転摺接により発生した熱は高熱伝導係数の密封端面コーティング層9a,10aから高熱伝導係数の接液面コーティング層9b,10bへと伝熱、分散され、上記した如く密封端面5a,6aの相対回転摺接による発熱が抑制されることとも相俟って、密封端面5a,6aの温度は低下することになる。一方、接液面コーティング層9b,10bにおいては、上記した如くフラッシング液Fの噴出箇所(フラッシング液噴出孔)81c…が前記接液面の周方向における複数箇所である場合は勿論、たとえ当該噴出箇所が一箇所である場合にも、また当該噴出箇所が接液面の全周に亘って相対移動する回転軸4側の固定密封環6については勿論、接液面が当該噴出箇所に対して相対移動しないシールケース3側の可動密封環5についても、フラッシング液Fによる冷却熱が接液面コーティング層9b,10bの全周に行きわたることになり、接液面コーティング層9b,10bがその全周に亘って均一に冷却されることになる。そして、この冷却熱は接液面コーティング9b,10bからこれに連なる密封端面コーティング層9a,10aへと伝播され、密封端面5a,6aが全面的に均一に冷却されることになる。したがって、密封端面コーティング層9a,10a及び接液面コーティング層9b,10bを形成していない密封環が相対回転摺接する場合、つまり密封環母材同士が相対回転摺接する第1及び第2従来メカニカルシールに比して、両密封環5,6の相対回転摺接部分(シール部分)5a,6aがその全周に亘ってフラッシング液Fにより均一且つ良好に冷却されて、メカニカルシール機能に悪影響を及ぼすような熱歪の発生はこれが可及的に防止される。
このような効果は、コーティング層9a,9b及び10a,10bを上記した如くダイヤモンドで構成しておくことにより、ダイヤモンドが全ての固体物質で最も熱伝導率が高く、炭化ケイ素等のセラミックスや超硬合金等のあらゆる密封環構成材に比して熱伝導率が極めて高いものである(例えば、炭化ケイ素の熱伝導率が70〜120W/mKであるのに対し、ダイヤモンドの熱伝導率は1000〜2000W/mKである)から、極めて顕著に発揮される。
したがって、両密封環5,6の相対回転摺接部分5a,6aにおける摩耗、発熱及び熱歪の発生を可及的に防止してメカニカルシール機能を長期に亘って良好に発揮させることができ、第1及び第2従来メカニカルシールに比して耐久性、信頼性に優れた極めて実用的な端面接触形メカニカルシール(第1メカニカルシール3)を提供することができる。
しかも、図2に示す如く、被密封流体の一部をフラッシング液Fとして使用する場合にあって、被密封流体が高温流体であるときにも、上記した如く、高熱伝導係数のコーティング層9a,9b及び10a,10bの形成によりフラッシング液Fによる冷却効率が高くなるために、フラッシング液Fとして使用する被密封流体の冷却程度を可及的に抑えることができ、冷却能力の高い冷却器を必要とせず、イニシャルコストないしランニングコストを低減することができる。
なお、本発明の構成は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲で適宜に改良、変更することができる。
例えば、本発明は上記第2メカニカルシール2を設けず、第1メカニカルシール3をシングルシールとして使用する場合にも適用することができ、また第1メカニカルシール3をシールケースに固定密封環を固定すると共に回転軸に可動密封環を軸線方向移動に保持させるように構成した場合や一方の密封環の密封端面を径方向面幅の微小なナイフエッジシールに構成した場合にも、適用することができる。また、両密封環の密封端面を内外径が同一とした端面接触形メカニカルシールやフラッシング液の接液面が密封環の外周面全面となるような端面接触形メカニカルシールにも適用することができ、更にはフラッシング噴出孔が一つである端面接触形メカニカルシールや被密封流体の一部をフラッシング液として使用しない端面接触形メカニカルシールにも適用することができ、本発明が適用される端面接触形メカニカルシールやフラッシング手段の構成並びに各密封環の構成材(密封環母材の構成材)は限定されず、任意である。
1 第1メカニカルシール(端面接触形メカニカルシール)
2 第2メカニカルシール
3 シールケース
3a 封液供給通路
3b 封液排出通路
3c ドレン通路
4 回転軸
5 可動密封環
5a 可動密封環の密封端面
5b 可動密封環の密封端面形成部
6 固定密封環
6a 密封端面
6b 固定密封環の密封端面形成部
7 スプリング
8 フラッシング手段
9a 密封端面コーティング層
9b 接液面コーティング層
10a 密封端面コーティング層
10b 接液面コーティング層
21 Oリング
22 静止密封環
22a 静止密封環の密封端面
23 回転密封環
23a 回転密封環の密封端面
24 スプリング
41 スリーブ
51 保持環
52 Oリング
53 スプリング受体
54 ドライブピン
55 スプリングリテーナ
61 保持環
62 ドライブピン
63 Oリング
64 低摩擦シート
81 フラッシング通路
81a 中空室
81b フラッシング液供給通路
81c フラッシング液噴出孔
82 フラッシング液供給装置
A 機内領域(被密封流体領域)
B 機外大気領域
C 封液領域(非密封流体領域)
F フラッシング液
S 封液

Claims (2)

  1. シールケース及びこれを洞貫する回転軸の一方に固定された固定密封環と、その他方に当該固定密封環に押圧接触するべく附勢された状態で当該回転軸の軸線方向に移動可能に保持された可動密封環とを具備して、両密封環の対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により被密封流体領域と非密封流体領域とを遮蔽シールするように構成すると共に、被密封流体領域においてシールケースに形成したフラッシング通路から両密封環の相対回転摺接部分に向けてフラッシング液を噴出させるフラッシング手段を設けてある端面接触形メカニカルシールにおいて、
    各密封環の外周面であってフラッシング液が接触する部分及び密封端面に、当該密封環の構成材に比して熱伝導係数及び硬度が大きい材料からなるコーティング層を一連に形成してあることを特徴とする端面接触形メカニカルシール。
  2. 前記コーティング層がダイヤモンドで構成されていることを特徴とする、請求項1に記載する端面接触形メカニカルシール。
JP2015045665A 2015-03-09 2015-03-09 端面接触形メカニカルシール Active JP6422378B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015045665A JP6422378B2 (ja) 2015-03-09 2015-03-09 端面接触形メカニカルシール
US15/540,003 US20170370475A1 (en) 2015-03-09 2016-02-19 End surface-contact mechanical seal
PCT/JP2016/054780 WO2016143479A1 (ja) 2015-03-09 2016-02-19 端面接触形メカニカルシール
EP16761451.0A EP3296598B1 (en) 2015-03-09 2016-02-19 End surface-contact mechanical seal
CN201680014584.5A CN107429847A (zh) 2015-03-09 2016-02-19 端面接触型机械密封件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015045665A JP6422378B2 (ja) 2015-03-09 2015-03-09 端面接触形メカニカルシール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016166622A JP2016166622A (ja) 2016-09-15
JP6422378B2 true JP6422378B2 (ja) 2018-11-14

Family

ID=56879564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015045665A Active JP6422378B2 (ja) 2015-03-09 2015-03-09 端面接触形メカニカルシール

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20170370475A1 (ja)
EP (1) EP3296598B1 (ja)
JP (1) JP6422378B2 (ja)
CN (1) CN107429847A (ja)
WO (1) WO2016143479A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6471006B2 (ja) * 2015-03-09 2019-02-13 日本ピラー工業株式会社 遊動環型メカニカルシール
JP2018169017A (ja) * 2017-03-30 2018-11-01 日本ピラー工業株式会社 密封環
US20190157938A1 (en) * 2017-11-21 2019-05-23 Hamilton Sundstrand Corporation Rotational mechanical systems having reduced friction sealing surfaces
CN114630970A (zh) * 2019-11-15 2022-06-14 伊格尔工业股份有限公司 滑动部件
DE102021129726A1 (de) * 2021-11-15 2023-05-17 KSB SE & Co. KGaA Gleitringdichtungsanordnung und Kreiselpumpe mit einer derartigen Gleitringdichtungsanordnung

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3086782A (en) * 1959-12-21 1963-04-23 Federal Mogul Bower Bearings Face seal
CH437944A (de) * 1964-09-18 1967-06-15 Danfoss As Packdose für Ölpumpen
US3810637A (en) * 1972-01-14 1974-05-14 Mecanique Ind Int Shaft packing
JPH0448375Y2 (ja) * 1987-02-23 1992-11-13
BR9106184A (pt) * 1990-10-11 1993-03-16 Rotoflex Inc Dispositivo de vedacao de arvore rotativa
EP0675303B1 (en) * 1994-03-30 1998-07-15 Cummins Engine Company, Inc. Seal for mechanically sealing a coolant pump of a diesel internal combustion engine and method of forming such a seal
JPH10292868A (ja) * 1997-04-18 1998-11-04 Honda Motor Co Ltd 液体ポンプの軸封機構
JP4111698B2 (ja) * 2001-08-31 2008-07-02 イーグル工業株式会社 メカニカルシール装置
US20040031625A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-19 Lin Chih C. DLC coating for earth-boring bit bearings
AT500162B8 (de) * 2004-03-09 2007-02-15 Voest Alpine Bergtechnik Gleitringdichtung
JP4336295B2 (ja) * 2004-11-19 2009-09-30 日本ピラー工業株式会社 静圧形ノンコンタクトガスシール
SE531613C2 (sv) * 2005-06-27 2009-06-09 Huhnseal Ab Tätningsanordning
US7793940B2 (en) * 2006-05-16 2010-09-14 Skf Usa Inc. Mechanical end face seal with ultrahard face material
US7799388B2 (en) * 2006-05-26 2010-09-21 Sulzer Metco Venture, Llc Mechanical seals and method of manufacture
DE202006009762U1 (de) * 2006-06-20 2006-08-24 Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung
WO2008133197A1 (ja) * 2007-04-20 2008-11-06 Ebara Corporation 炭素系摺動部材を用いた軸受け又はシール
DE102009013969B4 (de) * 2009-03-19 2011-03-31 Ab Skf Dichtungsanordnung
CN102112785B (zh) * 2009-09-24 2014-12-03 伊格尔工业股份有限公司 机械密封件
US20110121518A1 (en) * 2009-11-25 2011-05-26 CHAIR MAN HI-TECH Co., Ltd. Silicon carbide mechanical seal
DE102011116162A1 (de) * 2011-10-14 2013-04-18 Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung mit laufzeitverlängernden Eigenschaften sowie Verfahren zu dessen Herstellung
JP5833426B2 (ja) * 2011-12-20 2015-12-16 日本ピラー工業株式会社 端面接触形メカニカルシール
US9140269B2 (en) * 2012-03-29 2015-09-22 Solar Turbines Incorporated Dry gas seal assembly
US9086131B2 (en) * 2013-01-24 2015-07-21 Silver Ii Us Holdings, Llc Gearbox output seal
DE102013005926B4 (de) * 2013-04-04 2015-12-03 Eagleburgmann Germany Gmbh & Co. Kg Gleitringdichtungsanordnung mit unterschiedlich harten Gleitflächen
CN104329466B (zh) * 2014-09-03 2016-04-06 上海乐合流体机械有限公司 耐高温机械密封装置
CN104265907A (zh) * 2014-10-15 2015-01-07 邢宇 双端面机械密封介质端摩擦副的对流冷却

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016166622A (ja) 2016-09-15
EP3296598A1 (en) 2018-03-21
WO2016143479A1 (ja) 2016-09-15
CN107429847A (zh) 2017-12-01
EP3296598A4 (en) 2019-02-27
EP3296598B1 (en) 2021-05-19
US20170370475A1 (en) 2017-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6422378B2 (ja) 端面接触形メカニカルシール
TWI701402B (zh) 多流路型旋轉接頭
CN109328279B (zh) 机械轴封
JP6471006B2 (ja) 遊動環型メカニカルシール
JP6896668B2 (ja) ドライコンタクトメカニカルシール
JP6426401B2 (ja) スラリ流体用メカニカルシール及びこれを使用するスラリ流体用ロータリジョイント
JP5379038B2 (ja) 軸周シール
JP6863857B2 (ja) 軸封装置
JP6434830B2 (ja) 端面接触形メカニカルシール
JP2014114848A (ja) ロータリージョイント
JP6452503B2 (ja) ドライコンタクトシール
JP6490994B2 (ja) 多流路形ロータリジョイント
WO2019021688A1 (ja) メカニカルシール
JP6470596B2 (ja) スラリ液用メカニカルシール
JP6490992B2 (ja) ロータリジョイント
JP6674320B2 (ja) メカニカルシール
JP6490993B2 (ja) 多流路形ロータリジョイント
JP6708496B2 (ja) メカニカルシール
JP2016166637A (ja) ロータリジョイント
JP6446294B2 (ja) ダブルメカニカルシール
JP5973940B2 (ja) タンデム型メカニカルシール装置
JP6783568B2 (ja) メカニカルシール
JP2004251376A (ja) 端面接触形メカニカルシール
JP6815813B2 (ja) 密封構造
JP2000240807A (ja) メカニカルシール

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171016

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180827

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181009

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181016

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6422378

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350