(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記リテーナ押さえ部材が、前記静止側スプリングリテーナの円周方向に離間した位置に形成された径方向に向かって開口する切欠き部に嵌合し、前記静止側スプリングリテーナを前記静止側カバーに対して固定している、
請求項1または2に記載のメカニカルシール。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1の構成では、可動密封環40を支持する等の機能を有するセット爪係合体13が、円環状の部材として構成されているため、可動密封環40をシールケース3に連結する部材であるセット爪係合体13が大気側面で回転軸の全周にわたって延びるように配置されることになる。
【0006】
一方、シールケース3には、このシールケース3(ケース本体14)を軸封部ケーシング1に取付けるために使用されるボルト15用の切欠きが径方向内方に向かって延びるように形成される。このため、特許文献1のようにセット爪係合体13が全周にわたって延びる構成では、ボルト15用の切欠きは、内端がセット爪用係合体13より径向外方に位置するように形成される。
この結果、シールケース3のポンプ本体等への取付け位置は、セット爪用係合体13より径方向外方の位置となるため、メカニカルシールの径方向寸法が大きくなってしまうとういう問題がある。
【0007】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、径方向寸法をコンパクト化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している。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明によれば、
回転軸に固定された回転環と該回転軸が貫通する本体に連結された静止環との間の摺動接触によって、前記回転軸の周囲をシールするメカニカルシールであって、
前記本体に連結された円筒状の静止側カバーと、
前記静止側カバーの径方向内方側に連結され前記静止環を前記回転環に向けて押圧付勢するバネ部材を収容する円筒状の静止側スプリングリテーナと、
前記静止側スプリングリテーナを前記静止側カバーに固定する複数のリテーナ押さえ部材と、を備え、
該複数のリテーナ押さえ部材が周方向に離れた位置に配置されている、
ことを特徴とするメカニカルシールが提供される。
【0009】
このような構成によれば、静止側スプリングリテーナが、周方向に離れた位置で、リテーナ押さえ部材によって固定されるので、静止側スプリングリテーナの表面においてボルト孔等のために利用できる領域が広くなり、設計の自由度が向上する。
【0010】
さらに、静止側スプリングリテーナが、周方向に離れた位置で、リテーナ押さえ部材によって固定される構成であるので、異なった形状の静止側スプリングリテーナを同一形状のリテーナ押さえ部材によって固定することが可能となり、この結果、例えば、同一形状のリテーナ押さえ部材を、2対の摺動面が設けられている所謂ダブルシールタイプのメカニカルシールにおける静止側スプリングリテーナの固定と、摺動面が一対の所謂インサイド形またはアウトサイド形シングルシールタイプのメカニカルシールにおける静止側スプリングリテーナの固定の何れにも使用することができる。即ち、部品の共通化が可能となり、製造コストの低減が達成される。
【0011】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記リテーナ押さえ部材が、少なくとも前記静止側スプリングリテーナの径方向に対向した2つの位置に配置されている。
【0012】
このような構成によれば、リテーナ押さえ部材によって、静止側スプリングリテーナを確実に静止側カバーに固定できる。
【0013】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記リテーナ押さえ部材が、前記静止側スプリングリテーナの円周方向に離間した位置に形成された径方向に向かって開口する切欠き部に嵌合し、前記静止側スプリングリテーナを前記静止側カバーに対して固定している。
【0014】
このような構成では、静止環を回転環に向けて押圧付勢するバネ部材を収容する円筒状の静止側スプリングリテーナが、リテーナ押さえ部材によって、静止側カバーに固定され、さらに、このリテーナ押さえ部材が静止側スプリングリテーナの径方向に延びる切欠き部に嵌合する。
【0015】
したがって、リテーナ押さえ部材という単一の部材によって、バネ部材を収容する静止側スプリングリテーナの固定と、静止側スプリングリテーナの回転防止とが達成される。
【0016】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記リテーナ押さえ部材が、矩形の板状部材であり、
前記切欠き部の円周方向の長さが、前記板状のリテーナ押さえ部材の長さに略等しく設定されている。
【0017】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記切欠き部の軸線方向の長さが、前記板状のリテーナ押さえ部材の厚さに略等しく設定されている。
【0018】
このような構成によれば、
リテーナ押さえ部材を静止側スプリングリテーナの切欠き部に嵌合させて静止側スプリングリテーナを静止側カバーに固定することによって、静止側スプリングリテーナの軸線方向の移動を規制することができる。
【0019】
本発明の他の好ましい態様によれば、
メカニカルシールが自己空冷式メカニカルシールである。
【発明の効果】
【0020】
このような構成を有する本発明によれば、径方向寸法をコンパクト化することができるメカニカルシールが提供される。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図面に沿って、本発明の第1実施形態のメカニカルシールを説明する。
【0023】
図1は、本発明の第1実施形態のメカニカルシール1が回転軸Sに取付けられた状態を示す断面図である。
【0024】
本実施形態のメカニカルシール1は、回転軸を有するポンプ等の回転機器の回転軸と、回転軸が貫通して延びる回転機器のケーシング壁との間を密封するシールであり、2対の摺動面が設けられている所謂ダブルシールである。尚、メカニカルシール1の各構成要素の材質等は、従来技術のメカニカルシールの構成要素の材質を同一あるいは類似のものである。
【0025】
本実施形態のメカニカルシール1は、回転軸Sを有するポンプ等の回転機器のケーシング壁(図示せず)に連結固定された略円筒状の静止側カバー2を備えている。静止側カバー2の径方向内方側には、Oリング4を介して、円環状の第1静止環6が軸線方向に移動可能に連結されている。第1静止環6は、中央の空間部を、回転軸Sが貫通して延びるように配置されている。
【0026】
回転軸Sの外周には、円筒状のスリーブ8が固定されている。このスリーブ8の外周面には、Oリング10を介して、円環状の第1回転環12が連結固定されている。第1回転環12の環状の先端面12aは、第1静止環6の環状の先端面6aと当接し、第1静止環6の先端面6aとの間にメカニカルシール1の第1のシール面(摺動接触面)を形成するように構成されている。
【0027】
また、スリーブ8の軸線方向外方側(即ち大気側)の位置には、円環状の第2回転環14が連結固定されている。
【0028】
一方、静止側カバー2の径方向内方側の第1静止環6の軸線方向外方側(即ち大気側)位置には、円環状の第2静止環16が配置されている。第2静止環16は、環状のスプリングリテーナ18を介して静止側カバー2に連結され、中央の空間部を回転軸Sが貫通して延びるように配置されている。
【0029】
第2回転環14の環状の先端面14aは、第2静止環16の環状の先端面16aと当接し、第2静止環16の先端面16aとの間にメカニカルシール1の第2のシール面(摺動接触面)を形成するように構成されている。
【0030】
スプリングリテーナ18には、軸線方向外方に延びるピンPが取付けられている。このピンPは、第2静止環16に形成された軸線方向に延びる孔に嵌合し、第2静止環16のスプリングリテーナ18に対する相対回転を防止している。
【0031】
図1に示されているように、スプリングリテーナ18には、軸線方向内方(機内方向)に向かって開口する第1スプリング凹部20が形成されている。第1スプリング凹部20には、第1コイルバネ22が収容され、この第1コイルバネ22が、第1静止環6の端部に形成された突起24を介して、第1静止環6を第1回転環12方向に付勢している。
【0032】
さらに、スプリングリテーナ18には、軸線方向外方(大気方向)に向かって開口する第2スプリング凹部26が形成されている。第2スプリング凹部26には、第2コイルバネ28が収容され、この第2コイルバネ28が、第2静止環16の先端側に形成された突起部材30を介して、第2静止環16を第2回転環14方向に付勢している。
【0033】
スプリングリテーナ18は、静止側カバー2にネジ32によって連結固定される複数(2枚)の板状のリテーナ押さえ部材34によって、静止側カバー2に固定されている。
【0034】
図2は、静止側カバー2とスプリングリテーナ18とリテーナ押さえ部材34の関係を示すメカニカルシール1の要部の正面図であり、
図3は、メカニカルシール1の要部の分解斜視図である。
【0035】
メカニカルシール1では、スプリングリテーナ18の外周部の円周方向に離間した位置、詳細には、直径方向に対向した位置に、径方向外方に向かって開口する2つの切欠き部36が形成されている。この切欠き部36の寸法形状は、板状のリテーナ押さえ部材34の先端部が略隙間なく嵌合する寸法形状とされている。
【0036】
図2に示されているように、静止側カバー2には、径方向内方位置まで延びるように4つのグランドボルト用切欠きGが90度の角度間隔で形成されている。この切欠き部36は、4つのグランドボルト用切欠きGと、周方向にオフセットした位置に形成されている。
【0037】
各リテーナ押さえ部材34は、
図1ないし
図3に示されているように、先端部分が、この切欠き部36に嵌合された状態で、2本のネジ32によって、静止側カバー2に連結固定されている。この結果、スプリングリテーナ18は、2つのリテーナ押さえ部材34によって、周方向および軸方向(軸線方向内方および外方の両方向)への移動が規制された状態で、静止側カバー2に対して固定される。
【0038】
上述したように、切欠き部36は、グランドボルト用切欠きGと、周方向にオフセットしているので、切欠き部36に嵌合するリテーナ押さえ部材34は、グランドボルト用切欠きGと干渉することなく、スプリングリテーナ18を静止側カバー2に固定できる。
【0039】
本実施形態のメカニカルシール1は、回転軸側に固定された第1回転環12と第2回転環14と、ポンプ本体等の静止側に固定された静止側の第1静止環6と第2静止環16とが、それぞれ、摺動接触する構成である。従って、回転軸が回転しているときには、静止側の第1静止環6と第2静止環16に、回転軸の回転方向に向かう摺動トルクが作用する。そして、この摺動トルクは、スプリングリテーナ18に伝達される。
【0040】
本実施形態では、各リテーナ押さえ部材34の先端部分が、スプリングリテーナ18の切欠き部36に嵌合された状態で、2本のネジ32によって、静止側カバー2に連結固定されているので、スプリングリテーナ18は、リテーナ押さえ部材34によって、周方向および軸方向への移動が規制された状態で、静止側カバー2に対して固定されるので、上記摺動トルクによる回転が、リテーナ押さえ部材34と切欠き部36との嵌合によって抑制されることになる。
【0041】
次に、本願発明の第2実施形態のメカニカルシール50について、説明する。
図4は、本発明の第2実施形態のメカニカルシール50が回転軸Sに取付けられた状態を示す
図1と同様の断面図である。
【0042】
本実施形態のメカニカルシール50も、回転軸を有するポンプ等の回転機器の回転軸と、回転軸が貫通して延びる回転機器のケーシング壁との間を密封するシールであるが、摺動面が一対の所謂シングルシールである点で第1実施形態のメカニカルシール1と異なる。また、第2実施形態のメカニカルシール50は、摺動面の外周から内周に向かって漏れようとする流体をシールする所謂インサイド形のメカニカルシールである。
【0043】
本実施形態のメカニカルシール50は、回転軸Sを有するポンプ等の回転機器のケーシング壁(図示せず)に連結固定された略円筒状の静止側カバー52を備えている。静止側カバー52の径方向内方側には、Oリング54を介して、円環状の静止環56が軸線方向に移動可能に連結されている。静止環56は、中央の空間部を、回転軸Sが貫通して延びるように配置されている。
【0044】
回転軸Sの外周には、円筒状のスリーブ58が固定されている。このスリーブ58の外周面には、Oリング60を介して、円環状の回転環62が連結固定されている。回転環62の先端面62aは、静止環56の先端面56aと当接し、静止環56の先端面56aとの間にメカニカルシール50のシール面(摺動接触面)を形成するように構成されている。
【0045】
静止側カバー52の径方向内方位置には、環状のスプリングリテーナ64が配置され、静止側カバー52に連結固定されている。スプリングリテーナ64には、静止環56に向かって軸線方向に向かって開口するスプリング凹部66が形成されている。このスプリング凹部66には、コイルバネ68が収容され、このコイルバネ68が、静止環56の端部に形成された突起70を介して、静止環56を回転環62方向に付勢している。
【0046】
さらに、上記実施形態と同様に、本実施形態のメカニカルシール50においても、スプリングリテーナ64は、静止側カバー52にネジ72によって連結固定される複数(2枚)の板状のリテーナ押さえ部材74によって、静止側カバー52に固定されている。
【0047】
図5は、静止側カバー52とスプリングリテーナ64とリテーナ押さえ部材74の関係を示すメカニカルシール50の要部の正面図である。
【0048】
図5に示されているように、2枚のリテーナ押さえ部材74が、直径方向に対向した位置で、スプリングリテーナ64の外縁部を静止側カバー52との間に挟持した状態で、ネジ72によって、機外方向(
図4の右方向)から静止側カバー52に固定されている。この結果、スプリングリテーナ64は、リテーナ押さえ部材74によって、静止側カバー52に固定されることになる。
【0049】
2枚のリテーナ押さえ部材74が配置される位置は、静止側カバー52に、90度の角度間隔で径方向内方位置まで延びるように形成されている4つのグランドボルト用切欠きGと、周方向に離れた(オフセットした)位置とされている。この結果、リテーナ押さえ部材74は、グランドボルト用切欠きGと干渉することなく、スプリングリテーナ64を静止側カバー52に固定できる。
【0050】
次に、本願発明の第3実施形態のメカニカルシール80について、説明する。
図6は、本発明の第3実施形態のメカニカルシール80が回転軸Sに取付けられた状態を示す
図1、
図4と同様の断面図である。
【0051】
本実施形態のメカニカルシール80は、第2実施形態のメカニカルシール50と類似の構造を備えている。メカニカルシール50との相違点は、メカニカルシール50が所謂インサイド形のメカニカルシールであるのに対し、メカニカルシール80が摺動面の内周から外周に向かって漏れようとする流体をシールする所謂アウトサイド形のメカニカルシールである点である。
以下、第2実施形態のメカニカルシール50との相違点を中心に、第3実施態様のメカニカルシール80について説明する。
【0052】
本実施形態のメカニカルシール80は、回転軸Sを有するポンプ等の回転機器のケーシング壁(図示せず)に連結固定された略円筒状の静止側カバー82を備えている。静止側カバー82の径方向内方側には、Oリング84を介して環状のスプリングリテーナ86が配置されている。さらに、スプリングリテーナ86の径方向内方側には、Oリング88を介して静止環90が配置されている。静止環90は、中央の空間部を、回転軸Sが貫通して延びるように配置されている。
【0053】
静止環90の軸線方向外方(機外方向外方)の回転軸Sの外周には、円環体92が固定されている。この円環体92の軸線方向外方(機外方向外方)には、円環状の回転環94が連結固定されている。
【0054】
この静止環90は、軸線方向に移動可能に構成され、スプリングリテーナ86に形成され、静止環90に向かって開口する凹部に収容されたスプリング92によって、機外方向(
図6の右側方向)に押圧付勢されている。
【0055】
この結果、静止環90の先端面が、回転環94の先端面と当接し、回転環94の先端面との間にメカニカルシール80のシール面(摺動接触面)が形成される。
【0056】
本実施形態のメカニカルシール80においても、上記第2実施形態のメカニカルシール50と同様、スプリングリテーナ86は、静止側カバー82にネジ98によって連結固定される2枚の板状のリテーナ押さえ部材96によって、静止側カバー82に固定されている。
【0057】
2枚のリテーナ押さえ部材96が、直径方向に対向した位置で、スプリングリテーナ86の外縁部を静止側カバー82との間に挟持した状態で、ネジ98によって、機外方向(
図6右側)から静止側カバー82に固定されている。この結果、スプリングリテーナ86は、リテーナ押さえ部材96によって、静止側カバー82に固定されることになる。
【0058】
2枚のリテーナ押さえ部材96が配置される位置は、90度の角度間隔で静止側カバー82に形成されている4つのグランドボルト用切欠きと、周方向に離れた(オフセットした)位置とされている。この結果、リテーナ押さえ部材96は、グランドボルト用切欠きと干渉することなく、スプリングリテーナ86を静止側カバー82に固定できる。
【0059】
次に、本願発明の第4実施形態のメカニカルシール100について、説明する。
図7は、本発明の第4実施形態のメカニカルシール100が回転軸Sに取付けられた状態を示す
図1、
図4、
図6と同様の断面図である。
【0060】
本実施形態のメカニカルシール100は、例えば特開2010−32020号公報に記載されているような、回転軸の回転により内部に空気が流入し、この空気流によって摺動面が冷却される自己空冷式メカニカルシールを基本構成としている。
以下、本実施形態のメカニカルシール100に特有な点を中心に説明する。
【0061】
メカニカルシール100は、回転軸Sと一体的に共に回転するように回転軸Sに取付けられた回転環102と、ポンプなどの機器のケーシング(図示せず)側に取付けられた非回転の静止環104とを備えている。回転環102の先端面と静止環104の先端面とが摺動接触してシール面を形成し、ケーシングの内部(機内側空間)とケーシングの外部(機外側空間)との間をシールする構成になっている。
【0062】
本実施形態のメカニカルシール100では回転環102は、機外側(
図7中の右側)に位置して機外の大気等の雰囲気に露出し、静止環104は機内に位置し、シール面の内周側で機内の流体をシールするように構成されている。
【0063】
回転環102は、カーボンなどで形成され、アルミニウム等で形成されたバックアップリング106を介して、回転軸S上に連結されている。回転環102とバックアップリング106との間には、廻り止めが配置され、回転環102とバックアップリング106との相対回転を防止している。
【0064】
一方、静止環104は、環状のスプリングリテーナ108を介して、ケーシング側部材であるケーシングカバー110に固定されている。この静止環104の先端面は、回転環102の先端面と摺動接触してシール面を形成するように構成されている。
【0065】
この実施形態のメカニカルシール100は、回転環102およびバックアップリング106の径方向外方に所定の間隔をあけてカバー112が配置され、カバー112と回転環102およびバックアップリング106との間に空隙114を形成するように構成されている。カバー112は、中央が開口した底面を備えた有底の円筒体であり、この底がバックアップリング106から軸線方向外方側に離れて位置するように配置されている。
【0066】
カバー112の底部には、送風機構が組み込まれている。回転軸Sの回転に伴って、カバー112が回転環102と一体的に回転すると、送風機構により、外気が、
図7に矢印Fで示されるように、カバー112と回転環102およびバックアップリング106との間の空隙114に吸引され、さらに、静止環104の先端面と回転環102の先端面との間のシール面に送られ、シール面を冷却する。
【0067】
本実施形態のメカニカルシール100においても、上記他の実施形態のメカニカルシールと同様、環状のスプリングリテーナ108は、ケーシングカバー110にネジ116によって連結固定される2枚の板状のリテーナ押さえ部材118によって、ケーシングカバー110に固定されている。
【0068】
2枚のリテーナ押さえ部材118が、直径方向に対向した位置(周方向に離れた位置)で、スプリングリテーナ108の外縁部をケーシングカバー110との間に挟持した状態で、ネジ116によって、機外方向(
図7右側)からケーシングカバー110に固定されている。この結果、スプリングリテーナ108は、リテーナ押さえ部材118によって、ケーシングカバー110に固定されることになる。
【0069】
2枚のリテーナ押さえ部材118が配置される位置は、90度の角度間隔でケーシングカバー110に形成されている4つのグランドボルト用切欠きと、周方向にオフセットした位置とされている。この結果、リテーナ押さえ部材118は、グランドボルト用切欠きと干渉することなく、スプリングリテーナ108をケーシングカバー110に固定できる。
【0070】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更又は変形が可能である。