JP2009024836A - Mechanical seal - Google Patents
Mechanical seal Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009024836A JP2009024836A JP2007190907A JP2007190907A JP2009024836A JP 2009024836 A JP2009024836 A JP 2009024836A JP 2007190907 A JP2007190907 A JP 2007190907A JP 2007190907 A JP2007190907 A JP 2007190907A JP 2009024836 A JP2009024836 A JP 2009024836A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ring
- sealing
- seal
- mechanical seal
- sealing ring
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Sealing (AREA)
Abstract
Description
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第1密封環とその他方に保持環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第2密封環との対向端面の相対回転部分において被密封流体をシールするように構成されたメカニカルシールであって、特に、保持環と第2密封環とがそれらの径方向歪が相互に干渉する状態で連結されているメカニカルシールに関するものである。 The present invention includes a first sealing ring fixed to one of a sealing case and a rotating shaft penetrating through the sealing case, and a second sealing ring that is axially movable and non-rotatably supported through a holding ring on the other side. A mechanical seal configured to seal a fluid to be sealed at a relative rotating portion of the opposed end surface of the first end face, and in particular, the holding ring and the second sealing ring are coupled in a state where their radial strains interfere with each other. It relates to mechanical seals.
従来のこの種のメカニカルシールとしては、例えば、図4又は図6に示す如く、回転軸101に固定された第1密封環103と、シールケース102にOリング107を介して軸線方向移動可能に保持された保持環105と、シールケース102と保持環105との間に介装されたスプリング部材106と、このスプリング部材106により保持環105を介して第1密封環103へと押圧附勢された第2密封環104とを具備し、両密封環103,104の対向端面たる密封端面103a,104aの相対回転により、その相対回転部分において密封端面103a,104aの外周側領域である被密封流体領域Hとその内周側領域である非密封流体領域(大気領域)Lとをシールしうるように構成されたものが周知である(例えば、特許文献1の図1、図4又は図5を参照)。
As a conventional mechanical seal of this type, for example, as shown in FIG. 4 or 6, the
而して、図4に示すメカニカルシール(以下「第1従来シール」という)にあっては、保持環105と第2密封環104との連結が対向端面104b,105aを直接に押圧接触させることにより行なわれている。また、図6に示すメカニカルシール(以下「第2従来シール」という)にあっては、保持環105と第2密封環104との連結が対向端面104b,105aをOリング109を介して間接的に押圧接触させることにより行なわれている。また、第1及び第2従来シールにあっては、何れの場合にも、第1密封環103、第2密封環104及び保持環105は、その機能や形状の違いから異質材で構成されており、一般に、第1密封環103はWC,SiC等の硬質材で、第2密封環104は第1密封環103の構成材に比して軟質のカーボンで、また保持環105は金属材(一般にステンレス鋼)で構成されている。
Thus, in the mechanical seal shown in FIG. 4 (hereinafter referred to as “first conventional seal”), the connection between the
ところで、第1従来シールにあっては、第2密封環104と保持環105との対向端面104b,105aが直接に押圧接触する摩擦係合状態にあるため、両環104,105の接触部分104b,105aにおいてそれらの熱歪及び/又は圧力歪が相互に干渉することになる。すなわち、両環104,105はそれらの径方向歪が相互に干渉する状態で連結されているのである。
By the way, in the first conventional seal, the opposing end faces 104b, 105a of the
一方、両環104,105は上記した如く異質材で構成されており、それらの熱膨張係数(線膨張係数)及びヤング率が大きく異なる(例えば、第2密封環104を構成するカーボンの熱膨張係数が4×10−6〜5×10−6mm/℃であり、ヤング率が2500kg/mm2であるのに対し、保持環105の一般的な構成材であるステンレス鋼の熱膨張係数は16×10−6〜20×10−6mm/℃であり、ヤング率は19700kg/mm2である)。
On the other hand, both
したがって、第1従来シールを被密封流体の温度及び/又は圧力が大きく変動する条件下で使用した場合、両環104,105の接触部分104b,105aにおける径方向歪(径方向における熱歪及び/又は圧力歪)が大きく異なることから、第2密封環104については、保持環105の熱歪や圧力歪の影響を強く受けて、それ自身の熱歪や圧力歪とは全く異なる歪状態を呈することなる。その結果、第2密封環104の密封端面104aの平面度や相手密封端面103aに対する同心度,平行度が損なわれて、密封端面103a,104aの相対回転によるシール機能が不安定となったり低下する虞れがあり、極端な場合にはシール機能が喪失する虞れがある。例えば、被密封流体が昇温された場合、図5(A)に示す如く、保持環105の径方向歪量(熱膨張量)e1は第2密封環104の径方向歪量(熱膨張量)E1に比して大きいことから、両環104,105の接触部分104b,105aにおいて径方向歪が相互に干渉して、第2密封環104の歪量はそれ自身の歪量より増大されることになる。その結果、第2密封環104には、保持環105に対して図5(A)に示す方向のモーメントM1が作用することになり、第2密封環104の密封端面104aが相手密封端面(第1密封環103の密封端面103a)に対して内開き状態に傾くことになる。また、逆に被密封流体が降温された場合、図5(B)に示す如く、保持環105の径方向熱歪量(熱収縮量)e2は第2密封環104の径方向熱歪量(熱収縮量)E2に比して大きいため、第2密封環104には、上記降温時とは逆方向のモーメントM2が作用して、第2密封環104の密封端面104aが相手密封端面103aに対して外開き状態に傾くことになる。これらのことは、被密封流体の圧力により両環104,105が径方向の圧力歪を生じる場合にも同様であり、被密封流体が圧力変動することにより、接触部分104b,105aにおいて径方向歪が相互干渉して、上記と同様のモーメントM1,M2が発生する。
Therefore, when the first conventional seal is used under conditions in which the temperature and / or pressure of the fluid to be sealed fluctuates greatly, radial strain (thermal strain and / or radial direction in the
また、第2従来シールにあっては、第2密封環104と保持環105との対向端面104b,105a間にOリング109が介在しており、対向端面104b,105aが直接に接触していないため、当該対向端面104b,105aにおける径方向歪の相互干渉は生じない。しかし、当該対向端面104b,105a間にOリング109が挟圧されており、両環104,105はそれらの径方向歪がOリング109を介して相互に干渉する状態で連結されていることになり、第1従来シールと同様の問題が生じる。すなわち、保持環105の径方向歪量(熱歪量又は圧力歪量)e1,e2は第2密封環104の径方向歪量(熱歪量又は圧力歪量)E1,E2に比して大きいことから、Oリング109における両環104,105との接触点が相対的に逆方向に変位することになる。したがって、Oリング109には、その断面において図7(A)又は同図(B)に示す方向の回転力が付与されることになる。その結果、第2密封環104には、保持環105に対して図7(A)又は同図(B)に示す方向のモーメントM1又はM2が作用することになり、第2密封環104の密封端面104aが相手密封端面103aに対して内開き状態(図7(A))又は外開き状態(同図(B))に傾くことになる。
Further, in the second conventional seal, the O-
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、被密封流体の温度及び/又は圧力が大きく変動するような条件下においても、密封端面間を適正な非接触状態又は接触状態に保持することができ、良好且つ安定したシール機能を発揮しうる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。 The present invention has been made in view of the above points, and maintains a proper non-contact state or a contact state between the sealed end faces even under conditions in which the temperature and / or pressure of the sealed fluid greatly fluctuates. It is an object of the present invention to provide a mechanical seal that can perform a good and stable sealing function.
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第1密封環とその他方に保持環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第2密封環との対向端面の相対回転部分において被密封流体をシールするように構成されたメカニカルシールであって、保持環と第2密封環とがそれらの径方向歪が相互に干渉する状態で連結されている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、保持環を第2密封環の構成材と熱膨張係数(線膨張係数)及び/又はヤング率が近似する金属材で構成しておくことを提案するものである。すなわち、本発明のメカニカルシールにあっては、熱歪による影響を強く受ける高温条件下で使用される場合には保持環を少なくとも熱膨張係数が第2密封環の構成材に近似する金属材で構成しておくのであり、圧力歪による影響を強く受ける高圧条件下で使用される場合には保持環を少なくともヤング率が第2密封環の構成材に近似する金属材で構成しておくのであり、熱歪及び圧力歪による影響を共に強く受ける高温,高圧条件下で使用される場合には、保持環を熱膨張係数及びヤング率の何れもが第2密封環の構成材に近似する金属材で構成しておくのである。一般に、第2密封環はカーボンで構成されるが、このような場合、保持環の構成材としてはチタン等を選択することが好ましい。例えば、チタンの熱膨張係数は8×10−6mm/℃であり、ヤング率は11000kg/mm2であるから、保持環の一般的な構成材であるステンレス鋼(熱膨張係数:16×10−6〜20×10−6mm/℃,ヤング率:19700kg/mm2)に比してカーボンの熱膨張係数(4×10−6〜5×10−6mm/℃)及びヤング率(2500kg/mm2)に近似する。 The present invention includes a first sealing ring fixed to one of a sealing case and a rotating shaft penetrating through the sealing case, and a second sealing ring that is axially movable and non-rotatably supported through a holding ring on the other side. A mechanical seal configured to seal a fluid to be sealed at a relative rotation portion of the opposed end surface of the first and second holding rings, wherein the holding ring and the second sealing ring are connected in a state where their radial strains interfere with each other. In the mechanical seal, in order to achieve the above-described object, in particular, the holding ring is made of a metal material whose thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) and / or Young's modulus approximates the constituent material of the second sealing ring. It is what we propose. That is, in the mechanical seal of the present invention, when used under high temperature conditions that are strongly affected by thermal strain, the retaining ring is made of a metal material whose thermal expansion coefficient is at least similar to that of the constituent material of the second sealing ring. When used under high pressure conditions that are strongly influenced by pressure strain, the retaining ring is made of a metal material whose Young's modulus approximates that of the second sealing ring. When used under high temperature and high pressure conditions that are strongly affected by both thermal strain and pressure strain, the retaining ring is a metal material whose thermal expansion coefficient and Young's modulus both approximate the components of the second sealing ring. It is composed of. In general, the second sealing ring is made of carbon. In such a case, it is preferable to select titanium or the like as a constituent material of the retaining ring. For example, since the thermal expansion coefficient of titanium is 8 × 10 −6 mm / ° C. and the Young's modulus is 11000 kg / mm 2 , stainless steel (thermal expansion coefficient: 16 × 10 6), which is a general component of the retaining ring. Carbon expansion coefficient (4 × 10 −6 to 5 × 10 −6 mm / ° C.) and Young's modulus (2500 kg) compared to −6 to 20 × 10 −6 mm / ° C., Young's modulus: 19700 kg / mm 2 / Mm 2 ).
好ましい実施の形態にあって、本発明のメカニカルシールは、両密封環の対向端面たる密封端面がその間に発生させた動圧及び/又は静圧により非接触に保持された状態で相対回転するように構成された非接触形メカニカルシールであり、或いは両密封環の対向端面たる密封端面が接触する状態で相対回転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。また、保持環と第2密封環との連結は、当該両環の相対回転をドライブピンにより阻止した状態で、両環の対向端面を直接に押圧接触させることにより行われるのであり、或いは当該両環の相対回転をドライブピンにより阻止した状態で、両環の対向端面をOリングを介して間接的に押圧接触させることにより行なわれる。 In a preferred embodiment, the mechanical seal of the present invention is configured to rotate relative to each other while the sealing end surfaces, which are the opposite end surfaces of both sealing rings, are held in non-contact by the dynamic pressure and / or static pressure generated therebetween. It is a non-contact type mechanical seal constructed in the above, or an end face contact type mechanical seal constructed so as to rotate relative to each other in a state where the sealed end faces as opposed end faces of both sealing rings are in contact with each other. Further, the connection between the holding ring and the second sealing ring is performed by directly pressing and contacting the opposing end faces of both rings in a state where relative rotation of the both rings is prevented by the drive pin, or both In a state where the relative rotation of the rings is prevented by the drive pins, the opposing end faces of both rings are indirectly pressed and contacted via the O-ring.
本発明の非接触形メカニカルシールにあっては、保持環を第2密封環の構成材と熱膨張係数及び/又はヤング率が近似する金属材で構成する(例えば、第2密封環がカーボン製のものである場合、保持環をチタン製のものとする)ため、被密封流体が大きく温度変化及び/又は圧力変動するような条件下においても、第2密封環と保持環との間に径方向における大きな歪量差が生じず、冒頭で述べたような問題を生じることなく、良好且つ安定したシール機能を発揮させることができる。 In the non-contact type mechanical seal of the present invention, the retaining ring is made of a metal material whose thermal expansion coefficient and / or Young's modulus is similar to the constituent material of the second sealing ring (for example, the second sealing ring is made of carbon. The retaining ring is made of titanium), the diameter of the sealed fluid is between the second sealing ring and the retaining ring even under conditions in which the fluid to be sealed undergoes a large temperature change and / or pressure fluctuation. A great difference in distortion in the direction does not occur, and a satisfactory and stable sealing function can be exhibited without causing the problems described at the beginning.
図1は本発明に係るメカニカルシールの第1の実施の形態を示す縦断側面図であり、この実施の形態におけるメカニカルシールは、図1に示す如く、回転軸1が上下方向に延びる回転機器(攪拌機等)の軸封手段として使用される縦型の非接触形メカニカルシールであり、回転機器ハウジングの軸封部(図示せず)に取り付けられたシールケース2と、回転軸1に固定された第1密封環たる回転密封環3と、回転密封環3の上位に配して当該密封環3に直対向する第2密封環たる静止密封環4と、静止密封環4の上位に配してシールケース2に保持された保持環5と、シールケース2と保持環5との間に介装されたスプリング部材6とを具備して、両密封環3,4の上下対向端面たる密封端面3a,4aを、その間に発生させた動圧により非接触状態に保持しつつ、当該回転機器の機内領域である被密封流体領域(機内ガス領域)Hと機外領域である非密封流体領域(大気領域)Lとを遮蔽するように構成された動圧形の非接触形メカニカルシールである。
FIG. 1 is a longitudinal side view showing a first embodiment of a mechanical seal according to the present invention. As shown in FIG. 1, the mechanical seal in this embodiment is a rotating device in which a rotating shaft 1 extends vertically. This is a vertical non-contact mechanical seal used as a shaft sealing means of an agitator, etc., and is fixed to the rotating shaft 1 with a
シールケース2は、図1に示す如く、円筒状のガイド部2aと円環状のリテーナ部2bとを有する円筒構造体であって、ステンレス鋼等の金属材で構成されている。回転軸1は、ガイド部2a及びリテーナ部2bを上下方向に同心状に貫通する。
As shown in FIG. 1, the
回転密封環3はWC,SiC等のセラミックスや超硬合金等の硬質材で構成されたもので、図1に示す如く、静止密封環4に対向する一側端面(上端面)は軸線に直交する平滑平面である密封端面3aに構成されている。この密封端面3aには、被密封流体領域Hに臨む外周部へと開口するスパイラル状等の適宜形状をなす動圧発生溝3bが形成されていて、この動圧発生溝3bの作用により、両密封環3,4の相対回転に伴い密封端面3a,4a間に動圧を発生せしめて、密封端面3a,4a間を流体膜を介在形成させた非接触状態に保持する。而して、この流体膜の形成部分において、密封端面3a,4aの外周側領域である被密封流体領域Hとその内周側領域である非密封流体領域Lとの間をシールするようになっている。
The rotary seal ring 3 is made of a hard material such as ceramics such as WC and SiC and cemented carbide, and as shown in FIG. 1, one side end face (upper end face) facing the stationary seal ring 4 is orthogonal to the axis. It is comprised by the sealing
静止密封環4は回転密封環3の構成材より軟質の材料(この例では、カーボン)で構成されたもので、図1に示す如く、回転密封環5に対向する一側端面(下端面)は軸線に直交する平滑平面である密封端面4aに構成されている。この静止密封環4は、図1に示す如く、シールケース2のガイド部2aに極く微小な隙間を有する状態で軸線方向移動自在に内嵌保持されている。すなわち、静止密封環4の背面側(上面側)における外周部分及び内周部分には夫々環状凸部4b及び環状凹部4cが形成されていて、環状凸部4bを、例えばJIS−B0401にいう「すき間ばめ」程度の寸法公差をもってガイド部2aに嵌合させることによって、環状凸部4bの外周面とガイド部2aの内周面との間に、静止密封環4の径方向変位を可及的に阻止するも、その軸線方向移動並びに流体の通過を許容する、極く微小な隙間が形成されるようになっている。
The stationary seal ring 4 is made of a material softer than the constituent material of the rotary seal ring 3 (in this example, carbon). As shown in FIG. 1, one side end face (lower end face) facing the
保持環5は、図1に示す如く、円筒状の被保持部5aとその先端側(下端側)に形成された円環状の押圧部5bとを備えた断面L字形状に成形されている。この保持環5は、図1に示す如く、被保持部5aをシールケース2のリテーナ部2bの内周部にOリング7を介して嵌挿保持させることによって、シールケース2に、これとの間を二次シールさせた状態で、軸線方向(上下方向)に移動可能に保持されている。保持環5は、静止密封環4の構成材であるカーボンと熱膨張係数及び/又はヤング率が近似する金属材で構成されるが、この例では、熱膨張係数及びヤング率の何れもが一般的な保持環構成材であるステンレス鋼に比してカーボン(熱膨張係数:4×10−6〜5×10−6mm/℃,ヤング率:2500kg/mm2)に近似するチタン(熱膨張係数:8×10−6mm/℃,ヤング率(11000kg/mm2)で構成してある。
As shown in FIG. 1, the holding
なお、静止密封環4は、図1に示す如く、これに形成した凹部4dに保持環5の押圧部5bに植設せる適当数のドライブピン(1本のみ図示)8aを突入係合させておくことにより、保持環5に対して相対回転不能とされている。また、保持環5は、図1に示す如く、これに植設せる適当数のドライブピン(1本のみ図示)8bをシールケース2のリテーナ部2bに形成した凹部2cに突入係合させておくことにより、シールケース2に対して相対回転不能とされている。
As shown in FIG. 1, the stationary seal ring 4 has a
スプリング部材6は、図1に示す如く、適当数のコイルスプリング(1個のみ図示)をシールケース2のリテーナ部2bと保持環5の押圧部5bとの間に介装してなり、保持環5を軸線方向において回転密封環3に向かう方向に押圧附勢する。
As shown in FIG. 1, the
静止密封環4と保持環5とは、図1に示す如く、両環4,5の軸線方向における対向端面4e,5c間にOリング9を介在させることによって、二次シールされた非接触状態で連結されている。
As shown in FIG. 1, the stationary sealing ring 4 and the holding
すなわち、保持環5の前面つまり押圧部5bの前面5cに同心の環状溝5dを形成し、この環状溝5dにOリング9を若干突出させた状態で嵌合保持させることによって、静止密封環4を、スプリング部材6による附勢作用と相俟って、保持環5との間に適当なクリアランスを有したシール状態で、回転密封環3へと押圧させるべく附勢保持せしめている。なお、押圧部5bの前面5cには、図1に示す如く、静止密封環4の内周側空間つまり環状凹部4cへと遊嵌状に突入する円環状のOリング保持部5eが突設されている。Oリング9は、径方向において、被密封流体領域Hの流体圧力によってOリング保持部5e(環状溝5dの内径側壁面部)に押圧接触された状態であって環状溝5dの外径側壁面部5fには非接触の状態で保持される。すなわち、静止密封環4と保持環5とは、第2従来シールと同様に、当該両環4,5の相対回転をドライブピン9により阻止した状態で且つ両環4,5の対向端面4e,5cがOリング11を介して押圧接触される状態で連結されている。なお、環状凹部4cとOリング保持部5eとの径方向隙間は、両部4c,5eが両環4,5の歪によっては干渉しない範囲で可及的に小さく設定しておくことが好ましい。
That is, a concentric
以上のように構成された非接触形メカニカルシールにあっては、静止密封環4と保持環5とが、それらの径方向歪がOリング9を介して相互に干渉する状態で連結されており、冒頭で述べた第2従来シールと同様の問題が生じる虞れがある。しかし、保持環5が静止密封環4の構成材たるカーボンと熱膨張係数及びヤング率が近似するチタンで構成されているから、被密封流体の温度及び/又は圧力が大きく変動する場合にも、両環4,5の径方向における熱歪量差及び/又は圧力歪量差が小さく、両環4,5とOリング9との接触点における径方向での相対変位が僅かであり、Oリング9の弾性変形で吸収される程度となり、両環4,5の対向端面4e,5c間に挟圧されたOリング9に回転力を与えることがなく、第2従来シールにおける如き問題を生じることがない。すなわち、昇温時及び/又は降圧時において図6(A)に示す如きモーメントM1が生じることがなく、また降温時及び/又は昇圧時において同図(B)に示す如きモーメントM2が作用することがない。したがって、被密封流体の温度や圧力が大きく変動する高温条件下や高圧条件下で使用した場合にも、静止密封環4が傾くようなことがなく、その密封端面4aの平面度や相手密封端面3aとの平行度,同心度が損なわれず適正に保持され、非接触形メカニカルシールによるシール機能(ノンコタクトシール機能)が良好に発揮される。
In the non-contact type mechanical seal configured as described above, the stationary seal ring 4 and the holding
ところで、保持環4の構成材であるチタンは、一般的な保持環構成材であるステンレス鋼より軽比重である(例えば、SUS316の比重が7.88であるのに対し、チタンの比重は4.51である)から、形状を同一とした場合、チタン製の保持環5は、ステンレス鋼製の一般的な保持環に比して、大幅に軽量化される。したがって、回転軸1が低速回転する条件下や機器振動等の外乱要因がある条件下においても、保持環5の軸線方向移動が円滑に行われ、その結果、静止密封環4の追従動作が円滑に行われ、密封端面3a,4a間を適正な非接触状態に保持することができる。かかる点は、特に、図1に示す如く、静止密封環4が回転密封環3の上方に位置する縦型の非接触形メカニカルシールにあっては、適正なシール機能を発揮する上で大きなメリットとなる。すなわち、かかる縦型の非接触形メカニカルシールにおいては、保持環5の重量が密封端面3a,4a間を閉じる方向に作用する閉力として機能することになるが、上記した如く保持環5が軽量化されているために、保持環5の重量が密封端面3a,4a間に発生する動圧とのバランスを損なうようなことがなく、密封端面3a,4a間を適正な非接触状態に保持することができる。
By the way, titanium which is a constituent material of the retaining ring 4 has lighter specific gravity than stainless steel which is a general retaining ring constituent material (for example, the specific gravity of titanium is 4.88 while the specific gravity of SUS316 is 7.88). When the shape is the same, the
したがって、上記した構成の非接触形メカニカルシールによれば、温度や圧力が大きく変動するような条件下や低速回転等により静止密封環4の回転密封環3からの動圧による離間作用(浮上作用)が困難である条件下においても、密封端面3a,4a間を適正な非接触状態に保持することができ、良好且つ安定したシール機能を発揮することができる。 Therefore, according to the non-contact type mechanical seal having the above-described configuration, the separation action (the levitation action) of the stationary seal ring 4 due to the dynamic pressure from the rotary seal ring 3 under the condition that the temperature and the pressure greatly fluctuate or under low speed rotation. ) Can be maintained in an appropriate non-contact state between the sealed end faces 3a and 4a, and a good and stable sealing function can be exhibited.
また、図2は本発明に係るメカニカルシールの第2の実施の形態を示す縦断側面図であり、この実施の形態におけるメカニカルシールは、図2に示す如く、回転機器ハウジングの軸封部(図示せず)に取り付けられたシールケース22と、回転軸21に固定された第1密封環たる回転密封環23と、シールケース22に軸線方向移動可能に保持された保持環25と、シールケース22と保持環5との間に介装されたスプリング部材26と、シールケース22に保持環25を介して軸線方向移動可能に保持されると共にスプリング部材26により回転密封環23へと押圧接触された第2密封環たる静止密封環24と、を具備して、両密封環23,24の対向端面たる密封端面23a,24aの相対回転摺接作用により、当該回転機器の機内領域である被密封流体領域(例えばポンプ室)Hと機外領域である非密封流体領域(例えばポンプ室外の大気領域)Lとを遮蔽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。
FIG. 2 is a longitudinal side view showing a second embodiment of the mechanical seal according to the present invention. The mechanical seal in this embodiment is a shaft seal portion (see FIG. 2) of the rotary device housing as shown in FIG. A
シールケース22は、図2に示す如く、円筒構造体であってステンレス鋼等の金属材で構成されている。回転軸1は、シールケース22を同心状に貫通する。
As shown in FIG. 2, the
回転密封環23はWC,SiC等のセラミックスや超硬合金等の硬質材で構成されたもので、回転軸21にスリーブ21a,21bを介して固定されている。回転密封環23の一側端面は軸線に直交する平滑平面である密封端面23aに構成されている。
The rotary seal ring 23 is made of a hard material such as ceramics such as WC or SiC or cemented carbide, and is fixed to the
静止密封環24は回転密封環23の構成材より軟質の材料(この例では、カーボン)で構成されたもので、後述する如く、保持環25にこれとの対向端面24b,25aが直接に押圧接触された状態で連結されている。静止密封環24の一側端面は軸線に直交する平滑平面たる密封端面24aに構成されている。
The
スプリング部材26は、図2に示す如く、適当数のコイルスプリング(1個のみ図示)をシールケース22と保持環25との間に介装してなり、保持環25を軸線方向において回転密封環23に向かう方向に押圧附勢することにより、静止密封環24を回転密封環23に押圧接触させるものである。
As shown in FIG. 2, the
保持環25は、図2に示す如く、断面L字形状の円環状体であり、シールケース22にOリング27を介して軸線方向に移動可能に保持されている。なお、シールケース22に対する保持環25の相対回転は、図1に示す如く、保持環25に植設せる適当数のドライブピン(1本のみ図示)28aをシールケース2に形成した凹部22aに突入係合させておくことにより阻止されている。
As shown in FIG. 2, the holding
保持環25の外周部にはOリング29aを介して連結環29が嵌合固定されており、この連結環29にOリング29bを介して静止密封環24を内嵌保持させることにより、両環24,25を対向端面24b,25aが直接に押圧接触された状態に連結している。連結環29は両環24,25を軸線方向に分離不能に連結するためのものであり、連結環29に対する静止密封環24の相対回転は、図2に示す如く、保持環25に植設せる適当数のドライブピン(1本のみ図示)28bを静止密封環24に形成した凹部24cに突入係合させておくことにより阻止されている。なお、Oリング29bは、静止密封環24と連結環29との間を二次シールすると共に、両環24,29間に径方向歪量の差が生じた場合においてこれを吸収して連結環29の歪が静止密封環24に与える影響を排除する。
A connecting
而して、保持環25は、静止密封環4の構成材であるカーボンと熱膨張係数及び/又はヤング率が近似する金属材で構成されるが、この例では、第1の実施の形態における保持環5と同様に、熱膨張係数及びヤング率の何れもが一般的な保持環構成材(ステンレス鋼)に比してカーボンに近似するチタンで構成してある。なお、静止密封環24と連結環29との間に径方向歪量の差が生じた場合、それはOリング29bによって吸収されることから、両環24,29が異質材で構成されることによる弊害(径方向歪の相互干渉による弊害)は生じることがない。したがって、連結環29の構成材は静止密封環24の構成材との関係(特に、熱膨張係数及び/又はヤング率との関係)を考慮する必要がなく、一般に、ステンレス鋼等の金属材で構成しておくことができるが、この例では、保持環25と同質のチタンで構成してある。このように連結環29を保持環25と同質のチタンで構成しておくことにより、仮に静止密封環24が連結環29に密に内嵌されている場合にも両環24,29の径方向歪が相互干渉することによる弊害は回避される。
Thus, the retaining
ところで、静止密封環24と保持環25との連結は、上記した連結環29を使用することなく行うようにしてもよい。例えば、図3に示す如く、静止密封環24を、スプリング部材26の附勢力により、回転密封環23と保持環25との間に挟圧させることにより、対向端面24b,25aが直接押圧接触した状態で保持環25に連結させておくのである。この場合、両環24,25の相対回転を上記したドライブピン28bに阻止させておくと共に、両環24,25の接触面24b,25b間をOリング29cにより二次シールしておく。
By the way, the
以上のように構成された端面接触形メカニカルシールにあっては、図2又は図3に示す如く、異質材で構成される静止密封環24と保持環25とが、その対向端面24b,25aで直接に押圧接触する状態、つまり両環24,25の径方向歪が相互に干渉する状態で連結されているため、冒頭で述べた第1従来シールと同様の問題が生じる虞れがある。しかし、保持環25が静止密封環24の構成材たるカーボンと熱膨張係数及びヤング率が近似するチタンで構成されているから、被密封流体の温度及び/又は圧力が大きく変動する場合にも、両環24,25の径方向における熱歪量差及び/又は圧力歪量差が小さく、両環24,25の接触部分24b,25aにおける径方向での相対変位が僅かであり、第1従来シールにおける如き問題を生じることがない。すなわち、昇温時及び/又は降圧時において図6(A)に示す如きモーメントM1が生じることがなく、また降温時及び/又は昇圧時において同図(B)に示す如きモーメントM2が作用することがない。したがって、被密封流体の温度及び/又は圧力が大きく変動する条件で使用した場合にも、静止密封環4が傾くようなことがなく、その密封端面24aの平面度や相手密封端面23aとの平行度,同心度が損なわれず適正に保持され、端面接触形メカニカルシールによるシール機能が良好に発揮される。
In the end surface contact type mechanical seal configured as described above, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, the
なお、本発明のメカニカルシールは上記した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良,変更することができる。 The mechanical seal of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention.
例えば、本発明は、上記した非接触形メカニカルシール又は端面接触形メカニカルシールに適用できる他、一方の密封環を貫通するシールガス供給路から密封端面間に被密封流体より高圧のシールガスを供給することによって、両密封環の密封端面がその間に発生させたシールガスによる静圧により非接触に保持された状態で相対回転するように構成された静圧形の非接触形メカニカルシールに適用することも可能であり、更には、一方の密封端面に動圧発生溝を形成しておくことによって、両密封環の密封端面がその間に発生させたシールガスによる静圧及び被密封流体による動圧により非接触に保持された状態で相対回転するように構成された動圧形且つ静圧形の非接触形メカニカルシールにも適用することが可能である。また、本発明は、非接触形であると端面接触形とを問わず、静止密封環と保持環とが、図1に示す如くOリングを介して間接的に押圧接触するように構成されたメカニカルシール及び図2又は図3に示す如くOリングを介することなく直接的に押圧接触するように構成されたメカニカルシールの何れにおいても適用することができる。 For example, the present invention can be applied to the above-described non-contact type mechanical seal or end face contact type mechanical seal, and supplies a seal gas having a pressure higher than that of the sealed fluid from a seal gas supply path that penetrates one seal ring to the sealed end face. By doing so, the sealing end surfaces of both sealing rings are applied to a static pressure type non-contact type mechanical seal configured to rotate relative to each other while being held in a non-contact state by a static pressure generated by a seal gas generated between them. Furthermore, by forming a dynamic pressure generating groove on one sealed end face, static pressure due to the seal gas generated between the sealed end faces of both seal rings and dynamic pressure due to the sealed fluid Therefore, the present invention can also be applied to a dynamic pressure type and a static pressure type non-contact type mechanical seal configured to rotate relative to each other while being held in a non-contact state. In addition, the present invention is configured such that the stationary sealing ring and the holding ring are indirectly in contact with each other via the O-ring as shown in FIG. The present invention can be applied to either a mechanical seal or a mechanical seal configured to be in direct pressing contact without an O-ring as shown in FIG. 2 or FIG.
1 回転軸
2 シールケース
3 回転密封環(第1密封環)
3a 回転密封環の密封端面(第1密封環の密封端面)
4 静止密封環(第2密封環)
4a 静止密封環の密封端面(第2密封環の密封端面)
4e 静止密封環(第2密封環)における保持環との対向端面
5c 保持環における静止密封環(第2密封環)との対向端面
5 保持環
6 スプリング部材
9 Oリング
21 回転軸
22 シールケース
23 回転密封環(第1密封環)
23a 回転密封環の密封端面(第1密封環の密封端面)
24 静止密封環(第2密封環)
24a 静止密封環の密封端面(第2密封環の密封端面)
24b 静止密封環(第2密封環)における保持環との対向端面
25 保持環
25a 保持環における静止密封環(第2密封環)との対向端面
26 スプリング部材
H 被密封流体領域
L 非密封流体領域
1 Rotating
3a Sealing end face of the rotating sealing ring (sealing end face of the first sealing ring)
4 Static seal ring (second seal ring)
4a Sealing end face of stationary sealing ring (sealing end face of second sealing ring)
4e End face of the stationary seal ring (second seal ring) facing the holding
23a Sealing end face of the rotating sealing ring (sealing end face of the first sealing ring)
24 Static seal ring (second seal ring)
24a Sealing end face of stationary sealing ring (sealing end face of second sealing ring)
24b End face facing the holding ring in the stationary sealing ring (second sealing ring) 25
Claims (6)
保持環を第2密封環の構成材と熱膨張係数及び/又はヤング率が近似する金属材で構成したことを特徴とするメカニカルシール。 A seal case and a first seal ring fixed to one of the rotating shafts penetrating the seal case, and an opposite end face of the second seal ring that is axially movable and non-rotatably supported through the holding ring on the other side. In the mechanical seal configured to seal the sealed fluid in the relative rotating portion, wherein the holding ring and the second sealing ring are connected in a state where their radial strains interfere with each other,
A mechanical seal, wherein the retaining ring is made of a metal material having a thermal expansion coefficient and / or a Young's modulus that is similar to the constituent material of the second sealing ring.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007190907A JP2009024836A (en) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | Mechanical seal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007190907A JP2009024836A (en) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | Mechanical seal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009024836A true JP2009024836A (en) | 2009-02-05 |
Family
ID=40396816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007190907A Pending JP2009024836A (en) | 2007-07-23 | 2007-07-23 | Mechanical seal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009024836A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010209937A (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-24 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | Contact type mechanical seal |
CN103487212A (en) * | 2013-09-11 | 2014-01-01 | 清华大学 | Axis adjustable vertical type mechanical seal test stand |
JP2018100685A (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | イーグル工業株式会社 | Detent mechanism |
WO2020054842A1 (en) | 2018-09-14 | 2020-03-19 | イーグルブルグマンジャパン株式会社 | Vertical sealing device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6262059A (en) * | 1985-09-09 | 1987-03-18 | Eagle Ind Co Ltd | Mechanical seal |
JPH04296259A (en) * | 1991-03-25 | 1992-10-20 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | Noncontact sealing device |
-
2007
- 2007-07-23 JP JP2007190907A patent/JP2009024836A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6262059A (en) * | 1985-09-09 | 1987-03-18 | Eagle Ind Co Ltd | Mechanical seal |
JPH04296259A (en) * | 1991-03-25 | 1992-10-20 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | Noncontact sealing device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010209937A (en) * | 2009-03-06 | 2010-09-24 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | Contact type mechanical seal |
CN103487212A (en) * | 2013-09-11 | 2014-01-01 | 清华大学 | Axis adjustable vertical type mechanical seal test stand |
JP2018100685A (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | イーグル工業株式会社 | Detent mechanism |
WO2020054842A1 (en) | 2018-09-14 | 2020-03-19 | イーグルブルグマンジャパン株式会社 | Vertical sealing device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH083763Y2 (en) | Non-contact mechanical seal | |
JP2013194899A (en) | Cartridge type mechanical seal | |
JP2009024836A (en) | Mechanical seal | |
JP6087439B2 (en) | Tandem double seal for nuclear power plant | |
WO2016143485A1 (en) | Floating ring mechanical seal | |
JPH0560247A (en) | Noncontact type mechanical seal | |
JP4724727B2 (en) | mechanical seal | |
JP2003214541A (en) | Seal device | |
JP4528762B2 (en) | Non-contact mechanical seal | |
JP5364727B2 (en) | Contamination seal device | |
JP2009103242A (en) | Ball valve | |
JP4724699B2 (en) | Non-contact mechanical seal | |
JPH0571647A (en) | Mechanical seal | |
JP2843973B2 (en) | Non-contact type mechanical seal | |
JP2700868B2 (en) | Non-contact type mechanical seal | |
JP2994270B2 (en) | Non-contact type mechanical seal | |
JPH04296259A (en) | Noncontact sealing device | |
JP6742232B2 (en) | Non-rotating mechanism | |
GB2415020A (en) | A mechanical seal with a central component | |
JP6022385B2 (en) | mechanical seal | |
JP2011017363A (en) | Mechanical seal | |
JP5611692B2 (en) | End face contact type mechanical seal with counter pressure structure | |
JP7493892B2 (en) | mechanical seal | |
JP6708496B2 (en) | mechanical seal | |
JPH0574750B2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20100630 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100713 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20100913 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20101116 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110216 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Effective date: 20110221 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20110513 |