JPH0219351B2 - - Google Patents
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- JPH0219351B2 JPH0219351B2 JP17817385A JP17817385A JPH0219351B2 JP H0219351 B2 JPH0219351 B2 JP H0219351B2 JP 17817385 A JP17817385 A JP 17817385A JP 17817385 A JP17817385 A JP 17817385A JP H0219351 B2 JPH0219351 B2 JP H0219351B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
「産業上の利用分野」
本発明は回転軸の軸封装置、特にメカニカルシ
ールのように端面シールを行ない有毒とか可燃性
の気体或いは液体のように絶体に漏らしては困る
流体の軸封装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] "Industrial Application Field" The present invention relates to a shaft sealing device for a rotating shaft, especially an end face seal such as a mechanical seal, and a sealing device for sealing a rotary shaft such as a gas or liquid that is toxic or flammable. The present invention relates to a shaft sealing device for fluid that is absolutely prohibited from leaking.
「従来の技術」
従来のこの種の装置例を縦断面図の第8図に示
す。図において、ケーシング4内の空間Hは高圧
の密封流体が封ぜられており、Aはケーシング4
の外部側の大気のある空間であつて、空間Hの密
封流体を大気側空間Aへ流出するのを防止しよう
とするものであり、回転軸3に一体又は固定され
た回転リング1の密封面11と静止リング2の密
封面21が流体潤滑あるいは境界潤滑状態で摺動
するようになつている。"Prior Art" An example of a conventional device of this kind is shown in FIG. 8, which is a longitudinal sectional view. In the figure, a space H inside the casing 4 is sealed with high-pressure sealing fluid, and A is a space H inside the casing 4.
It is a space with an atmosphere on the outside side of 11 and the sealing surface 21 of the stationary ring 2 are adapted to slide under fluid lubrication or boundary lubrication.
静止リング2はケーシング4に対してばね5で
軸方向に押されているが、ケーシング4に不図示
の廻り止め部材で係止され回転はしないようにな
つている。また静止リング2がケーシング4に滑
合し、軸方向にすべるところにはOリング8が設
けてあり、空間Hと空間Lを分けている。空間L
と大気側空間Aはケーシング4に密封固定したカ
バー14の端面にフローテイングリングシール2
6がケーシング4とフローテイングリングシール
26の間の軸方向に配したばね15により圧接さ
れている。 The stationary ring 2 is pushed in the axial direction against the casing 4 by a spring 5, but is locked to the casing 4 by a rotation preventing member (not shown) so that it does not rotate. Further, an O-ring 8 is provided where the stationary ring 2 slides on the casing 4 and slides in the axial direction, and separates the space H and the space L. space L
and the atmosphere side space A has a floating ring seal 2 on the end face of the cover 14 which is sealed and fixed to the casing 4.
6 is pressed against the casing 4 and the floating ring seal 26 by a spring 15 disposed in the axial direction.
空間Hの密封流体の圧力pに対してp+△p
(△pは数Kg/cm2)の圧力流体が供給孔7をとお
り空間Lに供給されており、回転リング1と静止
リング2の密封面11,21間は端面シール効果
により、上記△pの圧力差によつて、空間Lの液
体が空間Hへ漏洩するのを防止すると共にフロー
テイングリングシール26と回転軸3間の摺動面
により空間Lの液体の大気側空間Aへの漏洩を抑
えている。 p+△p for the pressure p of the sealing fluid in space H
Pressure fluid (Δp is several kg/cm 2 ) is supplied to the space L through the supply hole 7, and the sealing effect between the sealing surfaces 11 and 21 of the rotating ring 1 and the stationary ring 2 is due to the above-mentioned Δp. The pressure difference prevents the liquid in the space L from leaking into the space H, and the sliding surface between the floating ring seal 26 and the rotating shaft 3 prevents the liquid in the space L from leaking into the atmospheric side space A. I'm suppressing it.
「発明が解決しようとする問題点」
この装置は高圧流体を密封する場合にはそれ
を封じ込む液体の圧力を上昇するための特別の供
給装置を必要とする。密封流体とそれを封じ込
む液体の差圧を常に一様に制御する必要がある。
接触形シールであるために密封条件が厳しけれ
ばどうしても信頼性に欠け、寿命が短かい。空
間Lは高圧でありフローテイングリングシール2
6で液体が漏れることにより大気圧状態になるた
め損失が大である。高圧流体を密封するため、
高圧流体よりも高圧のそれを封じ込む液体を大気
側空間に対して密封するための軸封手段が必要で
あり、高圧であるため簡単なものでは済まされな
い場合もあり、軸封装置全体の軸方向長さを極め
て大とせざるを得ないこともある。等の問題を持
つている。``Problems to be Solved by the Invention'' When sealing a high-pressure fluid, this device requires a special supply device to increase the pressure of the liquid enclosing the high-pressure fluid. It is necessary to constantly control the differential pressure between the sealing fluid and the liquid that confines it.
Since it is a contact type seal, if the sealing conditions are severe, it will inevitably lack reliability and have a short lifespan. Space L is under high pressure and floating ring seal 2
6, the liquid leaks and becomes atmospheric pressure, resulting in a large loss. To seal high pressure fluid,
A shaft sealing means is required to seal the high-pressure liquid that confines it from the atmosphere side space, and because of the high pressure, a simple one may not be enough. In some cases, the length in the direction must be made extremely large. I have the same problem.
本発明は回転軸の軸封を端面シールで行うよう
な構成の軸封装置における上記問題点を解消し、
信頼性高く、特別な昇圧装置を必要とせず且つ軸
方向長さの短かい軸封装置を提供することを目的
とする。 The present invention solves the above-mentioned problems in a shaft sealing device configured to seal a rotating shaft with an end face seal,
It is an object of the present invention to provide a shaft sealing device that is highly reliable, does not require a special boosting device, and has a short axial length.
「問題点を解決するための手段」
本発明は回転リング又は静止リングの何れかが
内外径方向で分割されて内外径方向に端面の摺動
面を構成し、内外径方向に分割された夫々の摺動
面と分割されない回転リング又は静止リングの端
面の摺動面とは夫々が押圧手段により圧接してお
り、内外径方向に分割された回転リング又は静止
リングの内外径方向の分割部は摺動面間を外部に
対して遮断する如く密封され、内外径方向の摺動
面の何れかに内外径方向に分割されている摺動面
の境界附近より始まり、密封流体のある高圧側に
向つて行止るようにスパイラル溝を設け、且つ静
止リング側に該境界附近と低圧流体供給源とを連
通する通路を設けた軸封装置である。
``Means for Solving the Problems'' The present invention provides that either a rotating ring or a stationary ring is divided in the inner and outer radial directions to form sliding surfaces of end faces in the inner and outer radial directions, and each of the divided rings in the inner and outer radial directions is The sliding surface of the rotary ring or the sliding surface of the end face of the undivided rotating ring or stationary ring are in pressure contact with each other by pressing means, and the divided portion of the rotating ring or stationary ring that is divided in the internal and external radial directions is The sliding surface is sealed so as to isolate it from the outside, and the sliding surface is divided into either the inner or outer radial direction. This is a shaft sealing device in which a spiral groove is provided so as to end in one direction, and a passage is provided on the stationary ring side to communicate the vicinity of the boundary with a low-pressure fluid supply source.
「作用」
低圧の液体の供給源から静止リングを含む通路
を通つて内外径方向で分割された回転リング又は
静止リングの摺動面の境界附近でスパイラル溝の
低圧側を連通する環状〓間に低圧液体が送り込ま
れており、回転軸が回転すると回転リングが回転
し、スパイラル溝の効果によりスパイラル溝の行
止まる高圧側に低圧側の液体が移動して昇圧され
動圧が発生する。この昇圧された液体により高圧
側の摺動面の対向平面部で密封流体の軸封を行な
う。別個押圧手段により押圧されている低圧側の
摺動面の対向平面部で大気側との軸封が行われ
る。"Operation" A low-pressure liquid is passed from a source of liquid through a passage containing a stationary ring to an annular gap that communicates the low-pressure side of a spiral groove near the boundary of the sliding surface of a rotating ring or a stationary ring that is divided in the inner and outer radial directions. Low-pressure liquid is fed in, and when the rotating shaft rotates, the rotating ring rotates, and due to the effect of the spiral groove, the liquid on the low-pressure side moves to the high-pressure side where the spiral groove stops, increasing the pressure and generating dynamic pressure. This pressurized liquid seals the sealing fluid on the opposing flat surface of the sliding surface on the high pressure side. Shaft sealing with the atmosphere side is performed at the opposing flat portion of the sliding surface on the low pressure side that is pressed by a separate pressing means.
「実施例」
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第1図は縦断面図である。第8図の従来列と同様
ケーシング内の空間Hには高圧の密封流体が封ぜ
られており、Aはケーシング4の外部側の大気側
空間である。空間Lに備える供給装置から封入液
体が供給されているが空間Hの密封流体と同圧以
下の圧力でもよく大気圧と等しくてもよい。"Example" Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view. As in the conventional row shown in FIG. 8, a space H inside the casing is sealed with a high-pressure sealing fluid, and A is a space on the outside of the casing 4 facing the atmosphere. Although the sealed liquid is supplied from the supply device provided in the space L, the pressure may be equal to or lower than the pressure of the sealed fluid in the space H, and may be equal to atmospheric pressure.
回転軸3に一体又は固定された回転リング1の
平面の密封面11と内外径方向で分割された静止
リング2a,2bの密封面21a,21bが液膜
を介して摺動する摺動面になつている。静止リン
グ2aとケーシング4間には軸方向にばね5が配
され、ばね5により静止リング2aは回転リング
1に向つて軸方向に押されているがケーシング4
に不図示の回り止め部材で係止され回転しないよ
うになつている。また静止リング2aがケーシン
グ4に滑合している円筒状部分には並列してOリ
ング8が設けてある。 The flat sealing surface 11 of the rotating ring 1, which is integrally or fixed to the rotating shaft 3, and the sealing surfaces 21a, 21b of the stationary rings 2a, 2b, which are divided in the inner and outer radial directions, are sliding surfaces that slide through a liquid film. It's summery. A spring 5 is arranged in the axial direction between the stationary ring 2a and the casing 4, and the stationary ring 2a is pushed in the axial direction toward the rotating ring 1 by the spring 5, but the casing 4
It is locked by a rotation prevention member (not shown) to prevent it from rotating. Further, an O-ring 8 is provided in parallel to the cylindrical portion where the stationary ring 2a is slidably fitted to the casing 4.
静止リング2aは静止リング2aに円筒状部分
で滑合しており、滑合部で静止リング2bの円周
方向の溝に嵌入したOリング12により、静止リ
ング2a,2b間の嵌合部を密封し、回転リング
1と静止リング2a,2bとの間の摺動面をその
外部側の大気側空間Aと遮断している。 The stationary ring 2a is slidably fitted to the stationary ring 2a at a cylindrical portion, and an O-ring 12 fitted into a circumferential groove of the stationary ring 2b at the sliding portion closes the fitting portion between the stationary rings 2a and 2b. The sliding surface between the rotating ring 1 and the stationary rings 2a and 2b is sealed off from the atmosphere side space A on the outside thereof.
静止リング2aの中心孔は拡径して円孔13と
なつており、静止リング2bの拡径軸部16がゆ
るく嵌入している。静止リング2a,2bの拡径
による肩部17,18に圧縮ばね6の座巻部が当
接している。このばね6は回転軸3を中心とする
つるまきばね、又は皿ばね或は静止リング2bの
周上に適当数配したつるまきばね等何れでもよ
い。 The center hole of the stationary ring 2a is enlarged in diameter to form a circular hole 13, into which the enlarged diameter shaft portion 16 of the stationary ring 2b is loosely fitted. The end turn portion of the compression spring 6 is in contact with the shoulder portions 17, 18 due to the enlarged diameter of the stationary rings 2a, 2b. The spring 6 may be a helical spring centered around the rotating shaft 3, a disc spring, or a suitable number of helical springs arranged around the stationary ring 2b.
静止リング2aの密封面21aは正面図の第2
図に示すように平面の頂部9aとスパイラル溝9
bが交互に並ぶスパイラル溝部9とその外側に位
置して頂部9aと同一平面のフラツト部10から
成る。各スパイラル溝9bは中心側で突抜けてい
る。静止リング2aには静止リング2a,2b間
のばね6を納めた空間とOリング8,8間の静止
リング2aの外周に設けた円周溝19とを連通す
る供給孔22が設けられ、円周溝19と空間Lを
通ずる供給孔7により、供給孔22は図外の封入
用液体の供給源のある空間Lに通じている。静止
リング2bの密封面21bは回転リング1の密封
面11に接し得る平面である。 The sealing surface 21a of the stationary ring 2a is the second
As shown in the figure, the flat top 9a and the spiral groove 9
It consists of a spiral groove part 9 in which grooves b are arranged alternately and a flat part 10 located on the outside thereof and on the same plane as the top part 9a. Each spiral groove 9b penetrates through the center side. The stationary ring 2a is provided with a supply hole 22 that communicates between the space containing the spring 6 between the stationary rings 2a and 2b and the circumferential groove 19 provided on the outer periphery of the stationary ring 2a between the O-rings 8 and 8. Through the supply hole 7 which communicates with the circumferential groove 19 and the space L, the supply hole 22 communicates with the space L where there is a supply source of an encapsulating liquid (not shown). The sealing surface 21b of the stationary ring 2b is a plane that can be in contact with the sealing surface 11 of the rotating ring 1.
回転軸3の回転方向は第2図において反時計方
向の回転であつてポンピング作用によりスパイラ
ル溝9bは中心側の開放端より液体を巻き込み、
外周に向つて動圧が発生して昇圧し、スパイラル
溝9bの終端部(最外周部)では空間Hの密封流
体の圧力よりもわずかに高い圧力が発生し、また
密封面11,21a間には液膜が形成され、両密
封面11,21a間は流体潤滑される。この流体
潤滑の液膜の最大圧力は空間Hの密封流体が浸入
しないか、もしくは空間L側の液体が微小量空間
H側へ洩れるようにする。このようにすることに
より、空間H側の密封流体が有害、或は自体有害
でなくとも洩れることにより重大な支障を及ぼす
ものである場合に特効がある。密封面11,21
b間は通常の端面シールと同様ばね6及び封入液
体の圧力により押圧される静止リング2bが回転
リング1に圧接しようとすることにより得られる
密封作用である。 The rotating direction of the rotating shaft 3 is counterclockwise in FIG. 2, and the pumping action causes the spiral groove 9b to draw in liquid from the open end on the center side.
Dynamic pressure is generated and increased toward the outer periphery, and a pressure slightly higher than the pressure of the sealing fluid in the space H is generated at the terminal end (outermost periphery) of the spiral groove 9b, and a pressure is generated between the sealing surfaces 11 and 21a. A liquid film is formed, and fluid lubrication is provided between both sealing surfaces 11 and 21a. The maximum pressure of this fluid lubrication liquid film is set such that the sealing fluid in the space H does not enter, or the liquid in the space L side leaks a minute amount to the space H side. This is particularly effective when the sealing fluid on the space H side is harmful, or even if it is not harmful in itself, it will cause serious problems if it leaks. Sealing surface 11, 21
The sealing action between b and 1 is obtained when the stationary ring 2b, which is pressed by the pressure of the spring 6 and the sealed liquid, attempts to come into pressure contact with the rotating ring 1, similar to a normal end seal.
密封面11,21aの負荷をW、スパイラル溝
9b終端部の圧力をpgとすると、完全に密封面1
1,21aに流体膜が形成された場合には
W=apg ………
となる。aはスパイラル溝9bの溝形状、溝本
数、溝深さ等によつて決まる係数である。一方、
密封面11,21aの押付荷重Wは密封流体の圧
力p、封入液体の圧力po、s1,s2は押付部の面積
でS1=π(r2 2−r1 2)ただし、2r2=密封面の11,
21aの外径、2r1=静止リング2aとケーシン
グ4の滑合部の直径、S2=π(r4 2−r3 2)ただし、
2r4=密封面11,21bの外径、2r3=静止リン
グ2a,2bの滑合部の直径、F1はばね5の荷
重、F2はばね6の荷重とすると、
W=S1p−S2p0+F1−F2 ………
となる。及びからapg=S1p−S2p0+(F1−
F2)となり、P0=0としかつS1=a=kである
ようにS1を決めるとF1−F2=k(pg−p)であ
る。静止リング2aの環状フラツト部10におけ
る差圧(pg−p)はばね荷重(F1−F2)を決め
れば密封圧力pに依らずに常に一定となる。 If the load on the sealing surfaces 11 and 21a is W, and the pressure at the end of the spiral groove 9b is p g , then the sealing surface 1 is completely
When a fluid film is formed at 1 and 21a, W=ap g . . . . a is a coefficient determined by the shape of the spiral groove 9b, the number of grooves, the groove depth, etc. on the other hand,
The pressing load W on the sealing surfaces 11 and 21a is the pressure p of the sealing fluid, the pressure po of the sealed liquid, s 1 and s 2 are the areas of the pressing part, and S 1 = π (r 2 2 − r 1 2 ), where 2r 2 = 11 of the sealing surface,
Outer diameter of 21a, 2r 1 = Diameter of the sliding portion of stationary ring 2a and casing 4, S 2 = π(r 4 2 − r 3 2 ) However,
2r 4 = outer diameter of sealing surfaces 11, 21b, 2r 3 = diameter of sliding portion of stationary rings 2a, 2b, F 1 is load of spring 5, F 2 is load of spring 6, W = S 1 p −S 2 p 0 +F 1 −F 2 ………. and from ap g = S 1 p−S 2 p 0 + (F 1 −
F 2 ), and if S 1 is determined so that P 0 =0 and S 1 =a=k, then F 1 −F 2 =k(p g −p). The differential pressure (p g -p) at the annular flat portion 10 of the stationary ring 2a will always be constant regardless of the sealing pressure p if the spring load (F 1 -F 2 ) is determined.
また密封面11,21の流体膜の厚さはできる
限り薄くなるようにスパイラル溝9bの溝形状、
溝深さを決めるものとする。従つて密封面11,
21aではスパイラル溝9bのポンピング作用に
より密封流体の圧力pに対して△p(数Kgf/cm2)
だけ常に高い圧力まで昇圧されて密封流体を封じ
込みかつ密封面11,21aのすきまを極力小さ
くしてその漏れを少なくしてある。なお△pの値
は回転数、密封圧力及び封入液体の種類には依存
せず、ばね5,6のばね荷重の大きさによつての
み決まる。 In addition, the groove shape of the spiral groove 9b is adjusted so that the thickness of the fluid film on the sealing surfaces 11 and 21 is as thin as possible.
The groove depth shall be determined. Therefore, the sealing surface 11,
21a, due to the pumping action of the spiral groove 9b, △p (several Kgf/cm 2 ) with respect to the pressure p of the sealing fluid.
The pressure is constantly increased to a high level to confine the sealing fluid, and the gap between the sealing surfaces 11 and 21a is minimized to reduce leakage. Note that the value of Δp does not depend on the rotational speed, sealing pressure, or type of sealed liquid, but is determined only by the magnitude of the spring loads of the springs 5 and 6.
供給孔7から、円周溝19、供給孔22、静止
リング2a,2b間の〓間24を介して密封面1
1,21a,21bに封じ込む液体は密封流体が
気体である場合には油、水、その他の液体を、液
体である場合には他の安全な清浄液体を選ぶ。特
に後者で異物を含む液体を清浄な同種液体で密封
することが望ましい。また密封流体のある空間H
側に漏れた空間L側から送られる封入液体は、空
間Hの密封流体が気体である場合には容易に分離
でき効果大であり、液体の場合には少量混入して
も構わない場合について効果大である。 From the supply hole 7 to the sealing surface 1 via the circumferential groove 19, the supply hole 22, and the gap 24 between the stationary rings 2a and 2b.
The liquid to be sealed in the sealing fluids 1, 21a, and 21b is selected from oil, water, or other liquid when the sealing fluid is a gas, and when the sealing fluid is a liquid, another safe clean liquid is selected. In particular, in the latter case, it is desirable to seal the liquid containing foreign matter with a clean liquid of the same kind. Also, the space H where there is a sealing fluid
The sealed liquid sent from the side of the space L that has leaked to the side can be easily separated if the sealed fluid in the space H is a gas, and is highly effective.If the sealed fluid is a liquid, it is effective when a small amount of liquid is allowed to be mixed in. It's large.
空間Lから封じ込む液体は大気圧状態にあつて
も良く、低揚程ポンプで供給するか、あるいはポ
ンプにこの密封装置を使用する場合にはポンプの
吸込側にある低圧状態の液体そのものを導入して
も良い。従つて、端面シール部分となる密封面1
1,21b間のシール能力によつて封入液体の圧
力を定めることができる。スパイラル溝9bは静
止リング2a側にあつたが回転リング側でもよ
い。この実施例ではスパイラル溝9bの深さは3
〜50μmとしてあり、摺動面の液膜厚さは1〜3μ
m程度である。 The liquid to be sealed from the space L may be at atmospheric pressure, and may be supplied by a low head pump, or if this sealing device is used for the pump, the liquid itself at low pressure on the suction side of the pump may be introduced. It's okay. Therefore, the sealing surface 1 which becomes the end face seal portion
The pressure of the sealed liquid can be determined by the sealing ability between 1 and 21b. Although the spiral groove 9b was placed on the stationary ring 2a side, it may be placed on the rotating ring side. In this embodiment, the depth of the spiral groove 9b is 3
~50μm, and the liquid film thickness on the sliding surface is 1~3μm.
It is about m.
第3図は本発明の他の実施例の縦断面図であ
る。前実施例におけるスパイラル溝部9での流れ
が外向きの流れであるのに対し、この第3図の実
施例では内向き流れとなつている。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the invention. While the flow in the spiral groove portion 9 in the previous embodiment is an outward flow, in the embodiment shown in FIG. 3, it is an inward flow.
空間Hは密封流体が存し、空間Lには該密封流
体を密封するための液体が存し、空間Aには大気
が存する。 A sealing fluid exists in the space H, a liquid for sealing the sealing fluid exists in the space L, and the atmosphere exists in the space A.
ケーシング4の円筒孔には静止リング2bが滑
合し、滑合面は静止リング2bの円筒形外周に設
けた円周方向の溝に嵌入したOリング8により密
封されており、静止リング2bとケーシング4の
間で軸方向に挿入された圧縮ばね5により静止リ
ング2bはその密封面21bが回転リング1の密
封面11に押しつけられている。 The stationary ring 2b is slidably fitted into the cylindrical hole of the casing 4, and the sliding surface is sealed by an O-ring 8 fitted into a circumferential groove provided on the cylindrical outer periphery of the stationary ring 2b. By means of a compression spring 5 inserted axially between the casings 4, the stationary ring 2b is pressed with its sealing surface 21b against the sealing surface 11 of the rotating ring 1.
静止リング2bの内円筒部には静止リング2a
が滑合し、静止リング2aの円筒形外周の円周方
向に設けた溝に嵌入したOリング12により密封
されており、静止リング2a,2bの段軸部及び
段孔部の肩27,28に夫々当接するように圧縮
ばね6が挿入され、静止リング2aはその密封面
21aが回転リング1の密封面11に押しつけら
れている。封入液体は空間Lにある供給源より供
給孔7、供給孔7に連通する静止リング2bの外
周の円周溝19、円周溝19とばね6を納める空
間を通じる静止リング2b中の供給孔23をとお
り、ばね6を納めた空間から静止リング2a,2
b間の〓間24を通じて摺動面における静止リン
グ2a,2bの内外径方向の境界附近に通じるよ
うになつている。 The stationary ring 2a is attached to the inner cylindrical part of the stationary ring 2b.
are slid together and sealed by an O-ring 12 fitted into a groove provided in the circumferential direction on the cylindrical outer periphery of the stationary ring 2a, and shoulders 27, 28 of the stepped shaft portion and stepped hole portion of the stationary rings 2a, 2b. Compression springs 6 are inserted so as to abut on each of them, and the sealing surface 21a of the stationary ring 2a is pressed against the sealing surface 11 of the rotating ring 1. The sealed liquid is supplied from a supply source in the space L to the supply hole 7, a circumferential groove 19 on the outer periphery of the stationary ring 2b that communicates with the supply hole 7, and a supply hole in the stationary ring 2b that communicates with the circumferential groove 19 and the space housing the spring 6. 23, and from the space where the spring 6 is housed, the stationary rings 2a, 2
It communicates with the vicinity of the boundary between the stationary rings 2a and 2b in the radial direction of the inside and outside on the sliding surface through the gap 24 between b.
第4図は静止リング2の正面図である。静止リ
ング2aの内周側に配したフラツト部10が回転
リング1の端面と摺動して空間Hの密封流体を密
封する側となつている。各スパイラル溝9bの外
周側は突抜けており内周側は行止まつている。静
止リング2bの密封面21bは回転リング1の密
封面11に密着する平面である。 FIG. 4 is a front view of the stationary ring 2. A flat portion 10 disposed on the inner circumferential side of the stationary ring 2a slides on the end face of the rotating ring 1 to seal the sealing fluid in the space H. The outer circumferential side of each spiral groove 9b penetrates through, and the inner circumferential side has a dead end. The sealing surface 21b of the stationary ring 2b is a flat surface that closely contacts the sealing surface 11 of the rotating ring 1.
回転軸3が第4図において時計方向に回転する
と空間Lから静止リング2a,2bの摺動面の内
外径部方向の境界附近に送られている封入液体は
スパイラル溝9bに巻込まれ、中心側で動圧が発
生する。この圧力により密封面11,21aの中
心側では空間Hの密封流体の圧力よりもわずかに
高い圧力となり密封が行われる。封入液体と大気
側空間Lの間は通常の端面シールと同様ばね5及
び封入液体の圧力により圧される静止リング2b
の密封面21bと回転リング1の密封面11によ
り密封される。 When the rotary shaft 3 rotates clockwise in FIG. 4, the sealed liquid that is being sent from the space L to the vicinity of the boundary between the inner and outer diameters of the sliding surfaces of the stationary rings 2a and 2b is caught in the spiral groove 9b, and is drawn toward the center side. Dynamic pressure is generated. This pressure creates a pressure slightly higher than the pressure of the sealing fluid in the space H on the center side of the sealing surfaces 11 and 21a, and sealing is performed. Between the sealed liquid and the atmosphere side space L, there is a spring 5 and a stationary ring 2b which is pressed by the pressure of the sealed liquid, similar to a normal end seal.
The sealing surface 21b of the rotary ring 1 and the sealing surface 11 of the rotary ring 1 provide a seal.
第2実施例においてはスパイラル溝9bの深さ
は十分な動圧を発生しかつ極力薄い流体膜を形成
するように例えば封入液体の粘度により異るが3
〜50μmの大きさとする。摺動面間の液膜の厚さ
は1〜3μm程度である。 In the second embodiment, the depth of the spiral groove 9b varies depending on, for example, the viscosity of the sealed liquid so as to generate sufficient dynamic pressure and form a fluid film as thin as possible.
The size should be ~50 μm. The thickness of the liquid film between the sliding surfaces is about 1 to 3 μm.
各実施例における回転リング1、静止リング2
aの材質はスパイラル溝を設ける側を硬質材料、
特にセラミツクス(炭化珪素sic又は窒化珪素
Si3N4が望ましい)としその相手の摺動部材はア
ルミナセラミツクス、超硬合金、ステンレス、高
鉛青銅、普通鋳鉄、カーボン或はスパイラル溝9
bを設けた側の材質と同材質の何れかが好適であ
る。回転リング1と静止リング2aの摺動面は鏡
面仕上されており、摺動はスパイラル溝の動圧効
果により完全な流体摩擦によつているので実験に
よると摩擦係数は0.003と極めて低く冷却の必要
が殆んどない。又スパイラル溝を設けた部分は上
記においてスパイラル溝を設ける部材は薄肉の円
板状として、静止リング2a又は回転リング1に
接着してもよく、この相手部材もセラミツクス系
であるときは同様に板状にして接着してもよい。 Rotating ring 1 and stationary ring 2 in each embodiment
The material of a is a hard material on the side where the spiral groove is provided,
Especially ceramics (silicon carbide SIC or silicon nitride)
Si 3 N 4 is preferable) and the mating sliding member is alumina ceramics, cemented carbide, stainless steel, high lead bronze, ordinary cast iron, carbon, or spiral groove 9
It is preferable to use the same material as the material on which b is provided. The sliding surfaces of the rotating ring 1 and the stationary ring 2a have a mirror finish, and the sliding is based on complete fluid friction due to the dynamic pressure effect of the spiral groove, so the coefficient of friction is as low as 0.003 according to experiments, and cooling is not necessary. There are almost no In addition, the part provided with the spiral groove may be formed into a thin disk shape and adhered to the stationary ring 2a or the rotating ring 1, and if this mating member is also made of ceramics, it may be made of a plate as well. It may also be glued together.
各実施例は静止リング2a,2bを相互に滑合
したが夫々ケーシング4に滑合してもよく、又静
止リング2a,2bの滑合はそのまゝで静止リン
グ2a,2bを共にケーシング4に対して密封す
るようにしてもよい。ばね5,6等の弾溌手段の
配列方法についても同様である。 In each of the embodiments, the stationary rings 2a, 2b are slidably fitted to each other, but they may be slidably fitted to the casing 4, respectively.Also, the stationary rings 2a, 2b may be slidably fitted to the casing 4, while the stationary rings 2a, 2b are slidably fitted to each other. It may also be sealed against. The same applies to the method of arranging the resilient means such as the springs 5 and 6.
各実施例は端面シールの摺動面を押圧するのに
夫々静止リング側を弾溌して回転リングに押圧し
ているが、回転リング側を静止リングに弾溌押圧
するようにしてもよい。 In each embodiment, in order to press the sliding surface of the end seal, the stationary ring side is elastically pressed against the rotating ring, but the rotating ring side may be elastically pressed against the stationary ring.
即ち、本発明は多様な変形が可能なものであり
若干の例をあげれば第5図乃至第7図の如くであ
る。 That is, the present invention is capable of various modifications, and some examples are shown in FIGS. 5 to 7.
第5図はスパイラル溝部9では封入液体が外向
きの流れの場合で静止リング2a,2b間のOリ
ング静止リング2bとケーシング4間のOリング
12に置き変え、静止リング2bを押圧するばね
6をケーシング4を基準に弾溌するようにしたも
のであり、静止リング2a,2bは滑合してい
る。 In FIG. 5, when the sealed liquid flows outward in the spiral groove 9, the O-ring between the stationary rings 2a and 2b is replaced with the O-ring 12 between the stationary ring 2b and the casing 4, and a spring 6 that presses the stationary ring 2b is used. The stationary rings 2a and 2b are adapted to be elastically resilient with respect to the casing 4, and the stationary rings 2a and 2b are slidably fitted together.
第6図はスパイラル溝部9での封入液体は外向
きの流れの場合で静止リング2a,2bは接触し
ていない。静止リング2aの内円筒部を静止リン
グ2bが挿通しており、静止リング2bは静止リ
ング2aが滑合しているケーシング4の円筒孔と
滑合してOリング12により密封され、ケーシン
グ4を基準に弾溌するばね6により押圧されてい
る。 In FIG. 6, the sealed liquid in the spiral groove 9 flows outward, and the stationary rings 2a and 2b are not in contact with each other. A stationary ring 2b is inserted through the inner cylindrical part of the stationary ring 2a, and the stationary ring 2b is slidably fitted with the cylindrical hole of the casing 4 to which the stationary ring 2a is fitted and sealed by the O-ring 12, and the casing 4 is sealed. It is pressed by a spring 6 that springs against the reference.
第5図、第6図の実施例では静止リング2bの
押圧力を与えるばね6の押付力は静止リング2a
に影響を与えないのでばね5,6は夫々独立して
その要項を定めることができる。 In the embodiments shown in FIGS. 5 and 6, the pressing force of the spring 6 that applies the pressing force of the stationary ring 2b is the same as that of the stationary ring 2a.
The springs 5 and 6 can each have their requirements determined independently.
以上は密封面の流れが外向きの場合であるが第
3図の実施例の変形としても第5図、第6図の考
え方を用いて変形することができる。 The above is a case in which the flow on the sealing surface is directed outward, but the embodiment shown in FIG. 3 can be modified using the concepts shown in FIGS. 5 and 6.
第7図は回転リング側の部材で密封面を内外に
分割するように二重のリングとしたものである。
回転軸3には回転リング1bが滑合し、回転軸3
との間に挿入されたばね6により軸方向に弾溌し
てその密封面11bがケーシング4に固定した静
止リング2の密封面21に押圧されていて、回転
軸3に対して回転しないように回り止めされてい
る。回転リング1bには回転リング1aが滑合
し、かつ回転リング1a,1bの間に設けたOリ
ング12で密封され、回転リング3との間に挿入
されたばね5によりその内径端より外周側で行止
まるようにスパイラル溝9bを設けた密封面11
aを静止リング2の平面の密封面21に押圧され
ている。 In FIG. 7, the member on the rotating ring side is a double ring so that the sealing surface is divided into inner and outer parts.
The rotating ring 1b is slidably fitted to the rotating shaft 3, and the rotating shaft 3
The spring 6 inserted between the casing 4 and the casing 4 is elastically resilient in the axial direction, and its sealing surface 11b is pressed against the sealing surface 21 of the stationary ring 2 fixed to the casing 4, so that it does not rotate with respect to the rotating shaft 3. It's stopped. The rotating ring 1a is slidably fitted onto the rotating ring 1b, and is sealed with an O-ring 12 provided between the rotating rings 1a and 1b. A sealing surface 11 provided with a spiral groove 9b so as to stop the flow.
a is pressed against the flat sealing surface 21 of the stationary ring 2.
封入液体は供給孔7、円周溝19,供給孔7を
通じ、摺動面の境界附近、即ち回転リング1a,
1bの滑合部の密封面に現われる側附近に供給さ
れる。この実施例において、回転リング1bを回
転軸3に固定し、静止リング2をケーシング4に
滑合してケーシング4と静止リング2の間に二点
鎖線で示すようにばね5′を備えるようにしても
よい。 The sealed liquid passes through the supply hole 7, the circumferential groove 19, and the supply hole 7, and reaches the vicinity of the boundary of the sliding surface, that is, the rotating ring 1a,
It is supplied near the side that appears on the sealing surface of the sliding portion of 1b. In this embodiment, the rotating ring 1b is fixed to the rotating shaft 3, the stationary ring 2 is slid onto the casing 4, and a spring 5' is provided between the casing 4 and the stationary ring 2 as shown by the chain double-dashed line. It's okay.
本発明は回転リング又は静止リングの何れかが
内外径方向で分割されて内外径方向に端面の摺動
面を構成し、内外径方向に分割された夫々の摺動
面と分割されない回転リング又は静止リングの端
面の摺動面とは夫々が押圧手段により圧接してお
り、内外径方向に分割された回転リング又は静止
リングの内外径方向の分割部は摺動面間を外部に
対して遮断する如く密封され、内外径方向の摺動
面の何れかに内外径方向に分割されている摺動面
の境界附近より始まり、密封流体のある高圧側に
向つて行止るようにスパイラル溝を設け、且つ静
止リング側に該境界附近と低圧流体供給源とを連
通する通路を設けた軸封装置としたから
封入液体を昇圧する特別な供給装置を必要と
しない。
In the present invention, either a rotating ring or a stationary ring is divided in the inner and outer radial directions to form sliding surfaces of end faces in the inner and outer radial directions, and the rotating ring or the undivided rotating ring or The sliding surfaces on the end faces of the stationary ring are in pressure contact with each other by pressing means, and the rotating ring divided in the inner and outer radial directions or the divided parts in the inner and outer radial directions of the stationary ring isolate the sliding surfaces from the outside. A spiral groove is provided on one of the sliding surfaces in the inner and outer radial directions starting near the boundary of the sliding surface that is divided into the inner and outer radial directions and ending toward the high pressure side where the sealing fluid is present. In addition, since the shaft sealing device is provided with a passage on the stationary ring side that communicates the vicinity of the boundary with the low-pressure fluid supply source, a special supply device for increasing the pressure of the sealed liquid is not required.
封入液体と密封流体との圧力差を制御する装
置を必要としない
密封流体を封入するための低圧液体昇圧部の
密封面は非接触状態にありかつ該低圧液体の外
部側に対して密封する密封面の外部側との差圧
は極めて小さく、信頼性に秀れ、寿命も長くで
きる。 A device for controlling the pressure difference between the sealed liquid and the sealed fluid is not required.The sealing surface of the low-pressure liquid pressurizing section for sealing the sealed fluid is in a non-contact state and is sealed against the outside of the low-pressure liquid. The differential pressure between the surface and the outside is extremely small, resulting in excellent reliability and a long service life.
第1図は本発明の実施例の縦断面図、第2図は
第1図の静止リングの正面図、第3図は他の実施
例の縦断面図、第4図は第3図の静止リングの正
面図、第5図乃至第7図は夫々が更に他の実施例
の縦断面図、第8図は従来例の縦断面図である。
1,1a,1b……回転リング、2,2a,2
b……静止リング、3……回転軸、4……ケーシ
ング、5,5′,6……ばね、7……供給孔、8
……Oリング、9……スパイラル溝部、9a……
頂部、9b……スパイラル溝、10……フラツト
部、11,11a,11b……密封面、12……
Oリング、14……カバー、15……ばね、16
……拡径軸部、17,18……肩部、19……円
周溝、21,21a,21b……密封面、22,
23……供給孔、24……〓間、26……フロー
テイングリング、27,28……肩、A,H,L
……空間。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the stationary ring of FIG. 1, FIG. 3 is a longitudinal sectional view of another embodiment, and FIG. 4 is a stationary ring of FIG. 3. A front view of the ring, FIGS. 5 to 7 are longitudinal cross-sectional views of still other embodiments, and FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of a conventional example. 1, 1a, 1b...rotating ring, 2, 2a, 2
b... Stationary ring, 3... Rotating shaft, 4... Casing, 5, 5', 6... Spring, 7... Supply hole, 8
...O-ring, 9...Spiral groove, 9a...
Top part, 9b...Spiral groove, 10...Flat part, 11, 11a, 11b...Sealing surface, 12...
O-ring, 14...Cover, 15...Spring, 16
...Expanded diameter shaft portion, 17, 18...Shoulder portion, 19...Circumferential groove, 21, 21a, 21b...Sealing surface, 22,
23... Supply hole, 24... Between, 26... Floating ring, 27, 28... Shoulder, A, H, L
……space.
Claims (1)
方向で分割されて内外径方向に端面の摺動面を構
成し、内外径方向に分割された夫々の摺動面と分
割されない回転リング又は静止リングの端面の摺
動面とは夫々が押圧手段により圧接しており、内
外径方向に分割された回転リング又は静止リング
の内外径方向の分割部は摺動面間を外部に対して
遮断する如く密封され、内外径方向の摺動面の何
れかに内外径方向に分割されている摺動面の境界
附近より始まり、密封流体のある高圧側に向つて
行止るようにスパイラル溝を設け、且つ静止リン
グ側に該境界附近と低圧流体供給源とを連通する
通路を設けた軸封装置。1 Either a rotating ring or a stationary ring is divided in the inner and outer radial directions to form a sliding surface of the end face in the inner and outer radial directions, and the rotating ring or the stationary ring is not divided into the respective sliding surfaces divided in the inner and outer radial directions. are in pressure contact with the sliding surfaces of the end faces of the rings by means of pressing means, and the dividing portions of the rotating ring or the stationary ring in the radially inner and outer directions are designed to block the sliding surfaces from the outside. A spiral groove is provided on one of the sealed sliding surfaces in the inner and outer radial directions, starting near the boundary of the sliding surface that is divided into the inner and outer radial directions and ending toward the high pressure side where the sealing fluid is present, and A shaft sealing device provided with a passage on the stationary ring side that communicates the vicinity of the boundary with a low-pressure fluid supply source.
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JP17817385A JPS6237573A (en) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | Shaft seal device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17817385A JPS6237573A (en) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | Shaft seal device |
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JPS6237573A JPS6237573A (en) | 1987-02-18 |
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Family Applications (1)
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JP17817385A Granted JPS6237573A (en) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | Shaft seal device |
Country Status (1)
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1985
- 1985-08-12 JP JP17817385A patent/JPS6237573A/en active Granted
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