JP6924060B2 - mechanical seal - Google Patents
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Description
本発明は、攪拌機等の産業機器の軸封手段として使用されるメカニカルシールに関するものである。 The present invention relates to a mechanical seal used as a shaft sealing means for industrial equipment such as a stirrer.
攪拌機等の軸封手段として使用されるメカニカルシールとしては、シールケースに設けられた静止密封環と回転軸に設けられた回転密封環との接触部分が相対回転することにより、当該接触部分の外周側流体領域と内周側流体領域とを遮蔽シールするように構成されたものが知られている。 As a mechanical seal used as a shaft sealing means for a stirrer or the like, the contact portion between the static sealing ring provided on the seal case and the rotating sealing ring provided on the rotating shaft rotates relative to each other, so that the outer periphery of the contact portion is rotated. It is known that the side fluid region and the inner peripheral side fluid region are configured to shield and seal.
而して、かかるメカニカルシールにあっては、両密封環の接触部分が相対回転することにより摩擦熱が発生し、その摩擦熱が過大となることによって当該接触部分が焼き付いたり、異常摩耗や歪を発生したりする等のトラブルを生じる虞れがある。 Therefore, in such a mechanical seal, frictional heat is generated by the relative rotation of the contact portions of both sealing rings, and the frictional heat becomes excessive, so that the contact portion is seized, abnormal wear or distortion. There is a risk of causing troubles such as the occurrence of.
そこで、従来のメカニカルシールにあっては、特許文献1に開示されるように、外部から冷却流体を両密封環の接触部分に供給して、当該接触部分を冷却するように工夫している。
Therefore, in the conventional mechanical seal, as disclosed in
しかし、特許文献1に開示されるメカニカルシールは、冷却流体の供給源や供給設備が必要となるため、その設備費や設置工事費が発生し、ランニングコスト等の維持管理費も高額となる。
However, since the mechanical seal disclosed in
本発明は、このような冷却流体の供給源や供給設備を必要とすることなく、両密封環の接触部分を効率的に冷却することができるメカニカルシールを提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a mechanical seal capable of efficiently cooling the contact portion of both sealing rings without requiring such a cooling fluid supply source or supply equipment. ..
本発明は、上記の目的を達成すべく、回転軸に設けられた回転密封環が、本体部と、当該本体部より小径であり、当該本体部の先端面から突出する密封端面形成部とを具備しており、回転密封環の密封端面形成部とシールケースに設けられた静止密封環との接触部分が相対回転することにより、当該接触部分の外周側流体領域とその内周側領域とを遮蔽シールするように構成されており、回転密封環の本体部には、その外周面に開口する入口部からその先端面における密封端面形成部の近傍部に開口する出口部へと貫通する冷却通路が形成されるメカニカルシールを提案する。 In the present invention, in order to achieve the above object, the rotary sealing ring provided on the rotating shaft has a main body portion and a sealed end face forming portion having a diameter smaller than that of the main body portion and projecting from the tip surface of the main body portion. The contact portion between the sealed end face forming portion of the rotary sealing ring and the static sealing ring provided on the seal case rotates relative to each other, so that the outer peripheral side fluid region and the inner peripheral side region of the contact portion are separated from each other. It is configured to shield and seal, and the main body of the rotary sealing ring has a cooling passage that penetrates from an inlet portion that opens on the outer peripheral surface to an outlet portion that opens in the vicinity of the sealed end surface forming portion on the tip surface thereof. We propose a mechanical seal in which is formed.
かかるメカニカルシールにあって、回転密封環の本体部には、静止密封環に近接し、前記密封端面形成部の外周領域を囲繞する円筒状のカバー体が設けられること、又は前記シールケースには、回転密封環の本体部に近接し、前記密封端面形成部の外周領域を囲繞する円筒状のカバー体が設けられることが好ましい。さらに、前記静止密封環の先端面には、前記冷却通路の出口部に対向し、前記接触部分の外周領域に環状の凹部が形成されることが好ましい。 In such a mechanical seal, the main body of the rotary sealing ring is provided with a cylindrical cover body that is close to the static sealing ring and surrounds the outer peripheral region of the sealing end face forming portion, or the seal case is provided with a cylindrical cover body. , It is preferable to provide a cylindrical cover body that is close to the main body of the rotary sealing ring and surrounds the outer peripheral region of the sealing end face forming portion. Further, it is preferable that an annular recess is formed on the tip surface of the static sealing ring so as to face the outlet portion of the cooling passage and in the outer peripheral region of the contact portion.
本発明のメカニカルシールによれば、両密封環の接触部分の外周側流体領域の流体が、回転密封環の回転に伴って、冷却通路の出口部から当該接触部分に向けて排出されることから、その排出流体により、冷却流体の供給源や供給設備を必要とすることなく、当該接触部分を効果的に冷却することができる。特に、回転密封環の本体部又はシールケースに前記カバー体を設けておくこと及び/又は静止密封環の先端面に前記環状の凹部を形成しておくことにより、前記放出流体が当該カバー体内又は環状の凹部内で積極的に循環せしめられるから、両密封環の接触部分と前記放出流体との熱交換が十分に行われて、当該接触部分の冷却がより効果的に行われる。 According to the mechanical seal of the present invention, the fluid in the fluid region on the outer peripheral side of the contact portion of both sealing rings is discharged from the outlet portion of the cooling passage toward the contact portion as the rotary sealing ring rotates. The discharged fluid can effectively cool the contact portion without the need for a cooling fluid supply source or supply equipment. In particular, by providing the cover body in the main body or the seal case of the rotary sealing ring and / or forming the annular recess in the tip surface of the static sealing ring, the discharged fluid can be discharged into the cover body or in the cover body or by forming the annular recess. Since it is actively circulated in the annular recess, heat exchange between the contact portion of both sealing rings and the discharged fluid is sufficiently performed, and the contact portion is cooled more effectively.
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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1は本発明に係るメカニカ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図であり、図3は図2のA−A線に沿う要部の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a mechanical seal according to the present invention, FIG. 2 is a detailed view showing an enlarged main part of FIG. 1, and FIG. 3 is a main part along the line AA of FIG. It is a cross-sectional view of.
図1に示すメカニカルシールは、攪拌機等の回転機器の軸封手段として使用されるものであり、当該回転機器の軸封部ハウジング1に取り付けられた環状のシールケース2と、シールケース2に設けられた静止密封環3と、シールケース2を同心状に貫通する当該回転機器の回転軸4に固定されたスプリングリテーナ5と、静止密封環3とスプリングリテーナ5との間に配して回転軸4に軸線方向に移動可能に設けられた回転密封環6と、スプリングリテーナ5と回転密封環6との間に装填されて回転密封環6を静止密封環3へと押圧、接触すべく軸線方向に附勢するスプリング部材7とを具備している。
The mechanical seal shown in FIG. 1 is used as a shaft sealing means for a rotating device such as a stirrer, and is provided on the
メカニカルシールは、静止密封環3と回転密封環6とが接触しつつ相対回転することにより、両密封環3,6の接触部分としての密封端面3b,6aの内周側流体領域Hとその外周側流体領域Lとを遮蔽シールするように構成されている。この例では、当該メカニカルシールが、両密封環3,6の密封端面3b,6aの内周側流体領域Hを機内領域とし、その外周側流体領域Lを大気領域とするアウトサイド型メカニカルシールとされている。
The mechanical seal rotates relative to each other while the
回転密封環6は、図1に示す如く、内周側流体領域Hの流体(以下、被密封流体ともいう)の性状等のシール条件に応じて選択された適宜の密封環材料であり、後述する静止密封環3より軟質な材質(例えば、カーボン等)で構成される。回転密封環6は、円環状の本体部9と、本体部9の先端面9bから本体部9と同心をなして軸方向に突出する円環状の密封端面形成部10と、本体部9の基端面に本体部9と同心をなして連なる円環状の保持部11とから構成される。回転密封環6は、保持部11と回転軸4との間にOリング12を介在させた状態で回転軸4に対して、軸線方向に移動可能に保持されている。
As shown in FIG. 1, the
回転密封環6の密封端面形成部10は、その外径が本体部9の外径より小さく、且つ、その内径が本体部9の内径と同一又は本体部9の内径より大きく形成された円環状の部分である。密封端面形成部10の先端に形成される密封端面6aは、その全面が軸線方向に直交する円環状の平滑な平面に構成される。
The sealed end
回転密封環6の保持部11は、その外径が本体部9の外径と同一又は本体部9の外径より小さく設定され、且つ、その内径が本体部9の内径より大きくし設定された円環状の部分である。保持部11には、断面略L字状の保持環13が嵌合されている。
The outer diameter of the
保持環13は、回転密封環6の保持部11の外周面に嵌合する円筒状部13aと、当該保持部11の基端部に接触する円環状板部13bとからなる一体構造物である。保持環13は、円環状板部13bに取り付けられたドライブピン14aを当該保持部11の基端部に形成された係合孔11aに係合させることにより、回転密封環6に対する相対回転が阻止されている。
The
静止密封環3は、図1に示す如く、例えば炭化珪素等のセラミックスや超硬合金等の回転密封環6より硬質の材料で構成された円環状体であり、シールケース2の内周側にOリング8,8を介して嵌合、固定されている。静止密封環3の先端面3aは、その外径が回転密封環6の密封端面6aの外径より大きく形成され、且つ、その内径が当該密封端面6aの内径より小さく形成される。静止密封環3の先端面3aは、軸線方向に直交する円環状の平滑な平面に構成されている。先端面3aには、回転密封環6の密封端面6aが接触し、当該密封端面6aと内外径を同一とする密封端面3bが形成されている。
As shown in FIG. 1, the
スプリングリテーナ5は、回転軸4に対してセットスクリュー15により固定された円環部5aと、その内周側から突出して回転密封環6の保持部11と回転軸4との間に挿入された円筒部5bとからなる円筒状の一体構成物である。前記Oリング12は、回転密封環6の保持部11と、回転軸4と回転密封環6の本体部9と、スプリングリテーナ5の円筒部5bとで囲繞された環状空間に装填されている。スプリングリテーナ5の円環部5aには、保持環13に取り付けられたドライブピン14bが挿通される挿通孔5cが形成されている。ドライブピン14bが挿通孔5cに挿通されることにより、回転密封環6の軸線方向への移動を所定範囲で許容する状態で、回転密封環6の回転軸4に対する相対回転を阻止している。
The
スプリング部材7は、スプリングリテーナ5の円環部5aと、保持環13の円環状板部13bとの間に装填された複数のコイルスプリング(図1では1個のみ図示)であり、保持環13を介して回転密封環6を静止密封環3へと押圧させるべく附勢して、回転密封環6の密封端面6aを静止密封環3の密封端面3bに接触させている。
The
而して、前記回転密封環6の本体部9には、その外周面9aにおいて開口する入口部16aが形成され、当該入口部16aからその先端面9bにおける密封端面形成部10の近傍に開口する出口部16bへと貫通する複数の冷却通路16が当該本体部9の周方向に等間隔に形成されている。
Thus, the
各冷却通路16は、図2に示す如く、外周側流体領域Lの流体Fが回転密封環6の回転に伴って入口部16aから当該冷却通路16内に流入し、当該冷却通路16内を出口部16bに向かって移動した後、出口部16bから両密封環3,6の密封端面3b,6aに向けて排出するものである。この例では、冷却通路16は、図2及び図3に示す傾斜角度をなすように直線状に形成された断面円形の貫通孔である。円形の入口部16a及び出口部16bが形成されている。
In each
すなわち、各冷却通路16は、図2に示す如く、出口部16bが入口部16aに対して回転密封環6の内周方向に所定の角度α偏倚する傾斜角度となるように形成され、図3に示す如く、回転密封環6の中心線を通過する面であって、出口部16bを通過する面Xに対して入口部16aが回転密封環6の回転方向(回転軸4の回転方向)Rへ所定の角度β偏倚する傾斜角度となるように形成されている。ここで、αは5°以上、45°以下であることが好ましい。また、βは10°以上75°以下であることが好ましく、より好ましくは40°以上75°以下である。
That is, as shown in FIG. 2, each cooling
以上のように構成されたメカニカルシールにあっては、回転密封環6が回転することにより、外周側流体領域Lの流体(例えば、空気や水)Fが入口部16aから冷却通路16に取り込まれて、出口部16bから両密封環3,6の密封端面3b,6aに向けて排出される。そして、当該密封端面3b,6aは冷却通路16の出口部16bから排出された流体(以下、排出流体Fともいう)Fとの接触により熱交換され、冷却されることになる。その結果、当該密封端面3b,6aにおける摩擦熱による焼き付き、異常摩耗や歪の発生等のトラブル発生が防止される。
In the mechanical seal configured as described above, the fluid (for example, air or water) F in the fluid region L on the outer peripheral side is taken into the
以下、他の実施形態について説明する。冷却通路16の出口部16bからの排出流体Fによる両密封環3,6の密封端面3b,6aの冷却は、例えば、図4〜図8に示す如く工夫しておくことにより、より効果的に行うことができる。
Hereinafter, other embodiments will be described. Cooling of the sealed end faces 3b, 6a of both sealing
すなわち、図4に示すように、静止密封環6の先端面3aであり、密封端面3bより外周側の部分に、前記冷却通路16の出口部16bに対向して両密封環3,6の密封端面3b,6aの外周領域を囲繞する環状凹部17が形成される。このような環状凹部17を形成しておくことにより、冷却通路16の出口部16bからの排出流体Fは、図4に示す如く、両密封環3,6の密封端面3b,6aから環状凹部17内に侵入して回転密封環6に向かう循環流となり、排出流体Fと密封端面3b,6aとの接触時間が増大する。その結果、当該密封端面3b,6aと放出流体Fとの熱交換がより良好に行われ、放出流体Fによる当該密封端面3b,6aの冷却がより効果的に行われる。
That is, as shown in FIG. 4, it is the
環状凹部17は、当該凹部17の開口部(回転密封環6側)に向けて径が漸次拡大する内周面17aと、当該環状凹部17の開口部に向けて径が漸次拡大する外周面17bと、内周面17a及び外周面17bとを繋ぐ連結面とにより形成されることから、環状凹部17内での排出流体Fの流動がより円滑に行われる。
The
また、図5に示すように、回転密封環6の本体部9には、静止密封環3に近接する状態で、回転密封環6の密封端面形成部10の外周領域を囲繞する円筒状のカバー体18が設けられる。この例では、保持環13の円筒状部13aが静止密封環3の先端面3aの近傍まで延長されており、その延長部分がカバー体18と一体に構成されている。なお、カバー体18には、各冷却通路16の入口部16aと外周側流体領域Lとを繋ぐ貫通口18aが形成される。貫通口18aは、外周側流体領域Lの流体を取り込み、冷却通路16に向けて流す開口である。
Further, as shown in FIG. 5, the
このようなカバー体18を設けておくことにより、冷却通路16の出口部16bからの排出流体Fが、両密封環3,6の密封端面3b,6aからカバー体18と静止密封環3との隙間18bへと積極的に流動し、この流動の繰り返しにより排出流体Fが循環される。このことから排出流体Fと当該密封端面3b,6aとの接触が十分に行われて、当該密封端面3b,6aの冷却がより効果的に行われる。なお、カバー体18は、保持環13の円筒状部13aを延長したものでなく、これとは別体のものとして回転密封環6の本体部9に取り付けるようにしてもよい。この場合、カバー体18は、2つの半円筒部材を円筒状にして回転密封環6の本体部9に取り付けるように構成された2つ割構造としておくことができる。
By providing such a
また、図6に示すように、シールケース2には、回転密封環6の本体部9に近接する状態で、回転密封環6の密封端面形成部10の外周領域を囲繞する円筒状のカバー体19が固定手段を介して取り付けられる。このようなカバー体19を設けておくことにより、前記カバー体18を設けた場合と同様に、冷却通路16の出口部16bからの排出流体Fが、両密封環3,6の密封端面3b,6aからカバー体19と回転密封環6の本体部9との隙間19aへと積極的に流動し、この流動の繰り返しにより排出流体Fが循環される。このことから、排出流体Fと当該密封端面3b,6aとの接触が十分に行われて、当該密封端面3b,6aの冷却がより効果的に行われる。なお、カバー体19は、2つの半円筒部材を円筒状にして回転密封環6の本体部9に取り付けるように構成された2つ割構造としておくことができる。
Further, as shown in FIG. 6, the
さらに、図7又は図8に示すものでは、前記環状凹部17と前記カバー体18又はカバー体19とを組み合わせており、冷却通路16の出口部16bからの排出流体Fによる両密封環3,6の密封端面3b,6aの冷却がより効果的に行われる。
Further, in the one shown in FIG. 7 or 8, the
すなわち、図7に示すものでは、回転密封環6の本体部9から突出するカバー体18と、静止密封環3の先端面3aに形成された環状凹部17とによって出口部16bから両密封環3,6の密封端面3b,6aへと向かう排出流体Fの流れがより強力に行われ、排出流体Fによる当該密封端面3b,6aの冷却が極めて効果的に行われる。
That is, in the one shown in FIG. 7, both the sealing rings 3 are formed from the
また、図8に示すものでは、シールケース2から突出するカバー体19と、静止密封環3の先端面3aに形成された環状凹部17とによって出口部16bから両密封環3,6の密封端面3b,6aへと向かう排出流体Fの流れがより強力に行われ、排出流体Fによる当該密封端面3b,6aの冷却が極めて効果的に行われる。
Further, in the one shown in FIG. 8, the
なお、本発明の構成は上記した各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。 The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately improved or modified without departing from the basic principles of the present invention.
例えば、上記各実施の形態では、本発明を外周側流体領域Lが非密封流体領域となるアウトサイド型のメカニカルシールに適用し、非密封流体領域の流体を両密封環3,6の密封端面3b,6aの冷却流体である排出流体Fとして使用したが、本発明を当該密封端面3b,6aの外周側流体領域が被密封流体領域(機内領域)となるインサイド型のメカニカルシールに適用して、被密封流体(プロセス流体)を、それが気体又は液体を問わず、当該密封端面3b,6aの冷却流体である排出流体Fとして使用することも可能である。また、各冷却通路16は、上記した直線形状のものに限定されない。例えば、本体部9の外周面9aから回転軸4側に向かって開口を形成し、本体部9の先端面9bから保持環13側に向かって開口を形成して、両開口の交点で連通させるようにした折れ線形状をなすものとしてもよい。このようにすることによって、各冷却通路16の形成、加工を容易に行うことができる。
For example, in each of the above embodiments, the present invention is applied to an outside type mechanical seal in which the outer peripheral fluid region L is an unsealed fluid region, and the fluid in the unsealed fluid region is applied to the sealed end faces of both sealed
2 シールケース
3 静止密封環
3a 先端面
3b 密封端面
4 回転軸
6 回転密封環
6a 密封端面
9 本体部
9a 外周面
9b 先端面
10 密封端面形成部
16 冷却通路
16a 入口部
16b 出口部
17 環状凹部
18 カバー体
19 カバー体
F 流体
H 内周側流体領域
L 外周側流体領域
2
Claims (1)
回転密封環の密封端面形成部とシールケースに設けられた静止密封環との接触部分が相対回転することにより、当該接触部分の外周側流体領域と内周側領域とを遮蔽シールするように構成されており、
回転密封環の本体部には、その外周面に開口する入口部からその先端面における密封端面形成部より外周部に開口する出口部へと貫通する直線状の冷却通路が形成され、前記出口部が前記入口部に対して回転密封環の内周方向に偏倚し且つ回転密封環の回転方向と逆方向に偏倚し、
前記本体部の外周面には、前記密封端面形成部の外周領域を囲繞する円筒状のカバー体が設けられ、
前記静止密封環の先端面には、前記冷却通路の出口部に対向し、前記接触部分の外周領域に環状の凹部が形成されるメカニカルシール
The rotary sealing ring provided on the rotating shaft includes a main body portion and a sealed end surface forming portion having a diameter smaller than that of the main body portion and projecting from the tip surface of the main body portion.
The contact portion between the sealed end face forming portion of the rotary sealing ring and the static sealing ring provided on the seal case rotates relative to each other so as to shield and seal the outer peripheral side fluid region and the inner peripheral side region of the contact portion. Has been
The main body of the rotary sealing ring is formed with a linear cooling passage that penetrates from an inlet portion that opens to the outer peripheral surface to an outlet portion that opens from the sealed end surface forming portion on the tip surface to the outlet portion that opens to the outer peripheral portion. Is biased toward the inner peripheral direction of the rotary sealing ring with respect to the inlet portion and is biased in the direction opposite to the rotational direction of the rotary sealing ring .
A cylindrical cover body surrounding the outer peripheral region of the sealed end surface forming portion is provided on the outer peripheral surface of the main body portion.
A mechanical seal on the tip surface of the static sealing ring, which faces the outlet portion of the cooling passage and has an annular recess formed in the outer peripheral region of the contact portion.
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