特許 6685876 メカニカルシール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6685876

(24)【登録日】2020年4月3日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】メカニカルシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20200413BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/34 H

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-202004(P2016-202004)

(22)【出願日】2016年10月13日

(65)【公開番号】特開2018-63008(P2018-63008A)

(43)【公開日】2018年4月19日

【審査請求日】2019年4月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000101879

【氏名又は名称】イーグル工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100163212

【弁理士】

【氏名又は名称】溝渕 良一

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100156535

【弁理士】

【氏名又は名称】堅田 多恵子

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀和

【審査官】 羽鳥 公一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１４７６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−７４７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−８８９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０４６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１８７３２２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／１６−１５／３２

Ｆ１６Ｊ １５／３２４−１５／３８

Ｆ１６Ｊ １５／４６−１５／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、
前記回転軸が挿通されるケーシングと、
前記回転軸と前記ケーシングとの間に設けられた環状の冷却ジャケットと、
前記冷却ジャケットよりも機外側において、前記ケーシングと前記回転軸との間に設けられ被密封流体を軸封するメカニカルシールと、
前記メカニカルシールの外周側と前記ケーシングの内周側との間に形成される冷却室と、
冷却液を送り出すポンプと
前記冷却液を貯留するリザーバと、
前記ポンプと前記リザーバとの間で、前記冷却室及び前記冷却ジャケットに分岐接続されて冷却液を供給する冷却通路と
を備えたことを特徴とするメカニカルシールシステム。

【請求項2】

前記冷却通路の内、前記冷却室に接続される冷却室通路に流量調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシールシステム。

【請求項3】

前記冷却通路は、前記冷却ジャケットの下流側で、前記リザーバと前記冷却室とに分岐接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のメカニカルシールシステム。

【請求項4】

前記メカニカルシールは、前記回転軸とともに回転する一つの回転環と、前記ケーシングに固定された一つの静止環から構成されるシングルメカニカルシールであり、
前記冷却室は、前記メカニカルシールの回転部と接触し外部への冷却液の漏れを防止するシール部材が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメカニカルシールシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被密封流体が高温である高温用のメカニカルシールシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ボイラー給水ポンプ、コンデンセートポンプ等の熱水ポンプ、熱油ポンプ等の軸封に用いられるメカニカルシールシステムは、メカニカルシールにそれ自身の回転摺動に伴う発熱に加えて高温の被密封流体から伝えられる熱の対策をする必要があった。高温の被密封流体を冷却するために、高温の被密封流体をケーシング外部のクーラに循環させるもの（いわゆるフラッシング形式）があった。このフラッシング形式は、被密封流体をクーラに送るためにケーシング内部にインペラを設ける必要があり、メカニカルシールシステムが大型化していた。他の高温の被密封流体を冷却する形式として、図４に示されるケーシング内部（スタフィングボックス内）に設けたウォータジャケットに被密封流体を熱交換させるものがある。（特許文献１を参照。）

【0003】

図４に示されるメカニカルシールシステムは、回転軸ＸＡと、ウォータジャケットＸＪと、メカニカルシールＸＭと、ケーシングＸＣと、ウォータジャケットの冷却水通路ＸＷと、メカニカルシールの冷却ガス通路ＸＧとから主に構成されている。ウォータジャケットＸＪは、ケーシングＸＣの内側面により画成されるスタフィングボックスＸＳに配置されている。また、ウォータジャケットＸＪには冷却水通路ＸＷを通して冷却水が連続的に供給されており、冷却水により冷却されたウォータジャケットＸＪは回転軸ＸＡとの隙間に存在する被密封流体ＸＬを自身との熱交換により冷却するようになっている。更に、メカニカルシールＸＭの外周側のクエンチ室ＸＱには冷却ガス通路ＸＧを通して冷却ガスが連続的に供給されており、冷却ガスによりメカニカルシールＸＭの摺動部が冷却されている。

【0004】

また、ウォータジャケットＸＪに供給する冷却水の量は、被密封流体ＸＬの温度やボイラー給水ポンプ等の機器の運転状態に基づいて調整され、同様にクエンチ室ＸＱに供給する冷却ガスの量は、被密封流体ＸＬの温度やメカニカルシールＸＭの温度やボイラー給水ポンプ等の機器の運転状態に基づいて調整されており、メカニカルシールＸＭの過度な温度上昇が抑制されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１１／０３６９１７号（[0023],[0028]、図１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、図４に示されるメカニカルシールシステムにあっては、メカニカルシールシステムが組み込まれたボイラー給水ポンプ等の機器の運転状態が、機内Ｍ側が定常運転時よりも減圧され、メカニカルシールの摺動部がスチーム化した状態、または、コンデンセートポンプ等の取り扱い液がほとんどない状態での運転状態、いわゆる空引き状態となる場合には、メカニカルシールの摺動部におけるクエンチ室ＸＱの反対側に、被密封流体である水が存在しないため密封膜が形成されず、メカニカルシールの摺動部を介して気体が機内Ｍ側に侵入しボイラー給水ポンプ等の機器に悪影響を与える虞があった。また、冷却用に２つの独立した冷却水通路ＸＷ、冷却ガス通路ＸＧが必要とされるため複雑な構造となっていた。

【0007】

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、簡潔な構造で密封性に優れるメカニカルシールシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシールシステムは、
回転軸と、
前記回転軸が挿通されるケーシングと、
前記回転軸と前記ケーシングとの間に設けられた環状の冷却ジャケットと、
前記冷却ジャケットよりも機外側において、前記ケーシングと前記回転軸との間に設けられ被密封流体を軸封するメカニカルシールと、
前記メカニカルシールの外周側と前記ケーシングの内周側との間に形成される冷却室と、
冷却液を送り出すポンプと、
前記冷却液を貯留するリザーバと、
前記ポンプと前記リザーバとの間で、前記冷却室及び前記冷却ジャケットに分岐接続されて冷却液を供給する冷却通路と
を備えたことを特徴としている。
この特徴によれば、メカニカルシールの外周側の冷却室に冷却液が供給されているため機内側が定常運転時よりも減圧された状態となっても、メカニカルシールに冷却液による密封膜が形成されるため密封性に優れる。また、冷却室及び冷却ジャケットを同じ流体によって冷却しているためメカニカルシールシステムの構造を単純化できる。更に、冷却通路は冷却室及び冷却ジャケットに分岐接続されているため、冷却室に供給する冷却液の流量は冷却ジャケットに供給する冷却液の流量に依存せずに供給できる。

【0009】

前記冷却通路の内、前記冷却室に接続される冷却室通路に流量調整手段が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、冷却室に供給する冷却液の流量を冷却ジャケットに供給する流量に依存せずに調整することができる。そのため、メカニカルシールの温度の微調整を行いやすい。

【0010】

前記冷却通路は、前記冷却ジャケットの下流側で、前記リザーバと前記冷却室とに分岐接続されていることを特徴としている。
この特徴によれば、冷却ジャケットに大流量の冷却液を供給できるため、被密封流体を確実に冷却できる。

【0011】

前記メカニカルシールは、前記回転軸とともに回転する一つの回転環と、前記ケーシングに固定された一つの静止環から構成されるシングルメカニカルシールであり、
前記冷却室は、前記メカニカルシールの回転部と接触し外部への冷却液の漏れを防止するシール部材が配置されていることを特徴としている。
この特徴によれば、冷却室には冷却通路が分岐接続されているため、冷却室に過度な圧力を生じさせないようにすることで、シール部材による密封性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例におけるメカニカルシールの全体を示す正面断面図である。

【図2】図１の要部を拡大して示す要部拡大図である。

【図3】実施例におけるメカニカルシールシステムの全体を示す正面断面図である。

【図4】従来技術１を示す正面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明に係るメカニカルシールシステムを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

【実施例】

【0014】

実施例に係るメカニカルシールシステムにつき、図１から図３を参照して説明する。尚、本発明はこれに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

【0015】

メカニカルシールシステム１００（図３参照）は、メカニカルシール１と冷却通路４１を有する冷却システムとを備えて構成されている。メカニカルシール１は、火力発電所のボイラー給水ポンプやコンデンセートポンプなどの熱水ポンプおよび熱油ポンプ等の２００℃を越えるような高温の被密封流体１２を扱うポンプ等における軸封部のハウジング２（ケーシング）と該ハウジング２の軸嵌装孔１０に嵌装される回転軸３の間をシールするためのものであり、メカニカルシール１はハウジング２と回転軸３間にカートリッジ型に装着される。尚、図１において、左側が機外Ａ側（大気側）、右側が機内Ｍ側である。

【0016】

ハウジング２の軸嵌装孔１０には回転軸３が貫通して設けられている。ハウジング２の軸嵌装孔１０の周りの機外Ａ側の側面４にはシールカバー５（ケーシング）がボルト６等の固定手段により装着されており、該シールカバー５の内側と回転軸３の外側の空間にメカニカルシール１を構成する静止側密封要素である静止環（以下、「シールリング」という。）７および回転側密封要素である回転環（以下、「メイティングリング」という。）８が配置されるようになっている。回転軸３は、外周にスリーブ３００が外嵌され、回転軸３にはスリーブ３００が図示しないセットボルトにより固定されている。

【0017】

また、ハウジング２の軸嵌装孔１０の機外Ａ側寄りには拡径された形状のスタフィングボックス９が形成されており、該スタフィングボックス９内に後記する冷却ジャケット１１が配置される。このように、メイティングリング８およびシールリング７はスタフィングボックス９の外、すなわち、機外Ａ側に位置して設けられる。このため、冷却ジャケット１１の容量を十分に大きくすることができ、また、メイティングリング８とシールリング７との摺動部が大気側に位置することになり、摺動発熱がこもることがない。

【0018】

メカニカルシール１は、シールリング７とメイティングリング８との摺動部Ｓの内周から外周方向へ向かって漏れようとする被密封流体１２をシールするアウトサイド形に形成される。

【0019】

シールカバー５は回転軸３を包囲するように環状をしており、その内部には軸方向の孔が形成される。このシールカバー５の孔を形成する内周面には、図２に示すように、機内Ｍ側から機外Ａ側に向かって順に嵌合面５ｃと空間部（以下、「環状溝」という。）５ｇと絞り面５ｆとが形成されている。このうち、環状溝５ｇは嵌合面５ｃと絞り面５ｆとの間で嵌合面５ｃの外径より大径に形成されている。また、環状溝５ｇの内周にシールリング７とメイティングリング８の大部分が内在するように環状溝５ｇの軸方向の幅寸法を大きく形成する。更に、絞り面５ｆは、環状溝５ｇの軸方向の幅を大きくするために、シールカバー５の前面（機外Ａ側寄り）の内周に形成される。また、シールカバー５の前面には、孔を囲んで位置決め部５ｔが設けられている。この位置決め部５ｔは外周に位置決め溝５ｂを設けるために軸方向端部が凸に形成されている。

【0020】

シールカバー５の嵌合面５ｃには、シールリング７の移動面７ｄが軸方向へ移動自在に嵌合している。シールリング７の移動面７ｄには、嵌合面５ｃとの間をシールするＯリング用の第１シール溝７ｂが形成されている。そして、この第１シール溝７ｂには、Ｏリング１３Ａが取り付けられている。このＯリング１３Ａの材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、Ｈ−ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどである。

【0021】

更に、シールリング７は、第１シール溝７ｂと反対側の端面に摺動シール面７ａが形成されている。また、シールリング７の外周側はフランジ７ｆを形成し、このフランジ７ｆには案内溝７ｇが形成されている。

【0022】

また、シールカバー５の環状溝５ｇの側面に設けられた嵌着穴５ｊに固定ピン１４が圧入されて取り付けられている。案内溝７ｇはこの固定ピン１４に対して移動自在に嵌合され、この固定ピン１４によりシールリング７は軸方向へは移動するが、回転方向へは係止されている。

【0023】

また、このフランジ７ｆと対向するシールカバー５には、図１に示すように、周方向へ複数個配置した穴状のばね座５ｈが設けられている。そして、周面に沿って等配に設けたコイルスプリング１５がばね座５ｈに着座してシールリング７を弾発的に押圧している。

【0024】

シールリング７は、シールリング７の摺動シール面７ａの軸方向の投影面積Ａ１とシールリング７に対して軸方向の移動力として働くシール流体圧力（被密封流体圧力）を受ける軸方向の投影面積Ａ２とのバランス比Ａ２／Ａ１が１以下に設定されたバランス形に形成され、シール流体圧による摺動部Ｓへの負荷を低減させる形式となっている。

【0025】

シールリング７は、特殊転換法（カーボン表面を部分的にＳｉＣ化し、表面強度を補強し、ＳｉＣの耐摩耗性とカーボンの自己潤滑性の両方を兼ね備えるようにすること）によるＳｉＣから製作されている。また、ダイヤモンドコーティングしたＳｉＣにより製作されてもよい。

【0026】

また、図３に示すように、シールカバー５には、外周面から環状溝５ｇ内に貫通するように、シールカバー５の真上に位置する部分にクエンチング孔１６Ａが設けられている。そしてこのクエンチング孔１６Ａからクエンチング流体Ｖ（冷却液）が供給可能となっており、真下に位置する部分に設けられたクエンチング孔１６Ｂからクエンチング流体Ｖが排出可能となっている。なお、被密封流体１２とクエンチング流体Ｖとを実質的に同じ液体としてもよい。

【0027】

クエンチング孔１６Ａから供給されたクエンチング流体Ｖは、環状溝５ｇに斜めに連通する連通路１７を介してシールリング７とメイティングリング８との摺動部Ｓの外周側のクエンチ室４０（冷却室）に注入される。クエンチ室４０は環状溝５ｇ、クエンチシール２３、メイティングリング８、シールリング７、シールカバー５により画成されている。クエンチ室４０に供給されたクエンチング流体Ｖは、環状溝５ｇ内を循環してから真下のクエンチング孔１６Ｂを介して排出される。その際、摺動部Ｓの摺動時の発熱を冷却すると共に、シールリング７およびメイティングリング８に付着している不純物を清浄にする。

【0028】

メカニカルシールシステム１００（図３参照）が組み込まれたボイラー給水ポンプ等の機器は通常運転では、機内Ｍ側（被密封流体１２側）が高圧となっており、メカニカルシール１の摺動部Ｓにおけるクエンチ室４０の反対側から被密封流体１２により密封膜が形成されており、この密封膜により摺動部Ｓの潤滑性が高められているとともに、クエンチ室４０側からのクエンチング流体Ｖの流入が防止されている。

【0029】

一方、図１に示されるように、カラー２０は、内周に嵌着周面２０ｃと第２シール溝２０ｂが設けられている。この嵌着周面２０ｃが回転軸３の外周面３ａと嵌着すると共に、第２シール溝２０ｂに装着されたＯリング１３Ｃにより両部品の嵌着面間をシールする。また、カラー２０に螺合したセットスクリュー２１の先端部がスリーブ３００の外周面３ａに止められてカラー２０はスリーブ３００を介して回転軸３に固定されている。

【0030】

また、カラー２０におけるメイティングリング８の内側にある外周は結合面２０ｄとして機能している。更に、結合面２０ｄより外周側に設けた環状の段付面には保持面２０ｓが設けられ、カラー２０の保持面２０ｓに設けた嵌着穴２０ｊにドライブピン２２が圧入されて取り付けられている。

【0031】

また、メイティングリング８の一端には、図２に示すように、摺動シール面８ａが形成されている。この摺動シール面８ａは、シールリング７の摺動シール面７ａと密接しながら摺動できるように形成されている。更に、メイティングリング８の外周には、密封面８ｄが設けられている。更に、メイティングリング８の内周面８ｃにシール用の段付面８ｂが形成されており、この段付面８ｂにＯリング１３Ｂが取り付けられてメイティングリング８の内周面８ｃとカラー２０の結合面２０ｄとの嵌着面間をシールしている。

【0032】

また、メイティングリング８の機外Ａ側の端の接合面８ｅには、ピン用凹部８ｇを形成する。このピン用凹部８ｇにカラー２０の嵌着穴にねじ込まれたドライブピン２２を挿入し、メイティングリング８とカラー２０とが周方向へ相対移動しないように係止させる。そして、ドライブピン２２によりカラー２０の回転力がメイティングリング８に伝達される。このように、メイティングリング８およびカラー２０等からなる回転側は機外Ａ側雰囲気中で回転するように配置されている。このため、回転側が大気により強制空冷される。更に、被密封流体１２と接する回転側の部分は、メイティングリング８とカラー２０の被密封流体１２側の端面のみであるので、被密封流体１２との接触面積が少なく、被密封流体１２から伝達される熱量が少ない。

【0033】

また、メイティングリング８は、特殊転換法によるＳｉＣ、または他の製法によるＳｉＣや超硬合金などのセラミックスなどの材質から製作される。また、ダイヤモンドコーティングしたＳｉＣにより製作されてもよい。

【0034】

回転軸３の直径が１００ｍｍ以下の範囲においては、メイティングリング８とシールリング７との摺動部Ｓの幅を１．５ｍｍ以下とし、バランス比Ａ２／Ａ１を０．７以下に設定するのがよい。また、回転軸３の直径が１００ｍｍを越え２００ｍｍ以下の範囲においては、メイティングリング８とシールリング７との摺動部Ｓの幅を２．０ｍｍ以下とし、バランス比Ａ２／Ａ１を０．７以下に設定するのがよい。このため、液圧作用面積が最小限に抑えられ、流体圧力による押付力が最小限となるので発熱も最小限に抑えられた低発熱設計となっている。更に、回転軸３の直径が上記の何れの場合でも、シールリング７の内周と回転軸３の外周面３ａとの隙間を２．５ｍｍ以上とするのが望ましい。このように、シールリング７の内周と回転軸３の外周面３ａとの隙間を大きくとり、シール流体が流動するようにすることで、摺動発熱による摺動部Ｓ近傍の蓄熱を防止し、温度上昇を最小限に抑えることができる。

【0035】

絞り面５ｆと密封面８ｄとの間の間隙Ｃを遮断するクエンチシール２３（シール部材）は、ＰＴＦＥ材料より図１に示すように形成される。すなわち、このクエンチシール２３は、リング状に形成されて断面略Ｌ字状の内周側の垂直部に取付部２３ｂを形成すると共に、外周側の略水平部にシール部２３ａを形成する。取付部２３ｂをメイティングリング８の接合面８ｅとカラー２０の保持面２０ｓとの各面間に圧着する。

【0036】

図１に示すように、シールカバー５とカラー２０は、カラー２０にボルト２６を介して取り付けられたセットプレート２５の凸部２７をシールカバー５の位置決め溝５ｂに嵌め込んで位置決めと同時に組み立てられる。そして、メイティングリング８が位置決めされたらセットスクリュー２１を回転軸３へ螺合して止め、カラー２０を回転軸３に固定する。尚、セットプレート２５は、図１に示すような断面形状に形成されており、カラー２０の周面に３等配に配置されて取付けられる。このセットプレート２５は組立後に取り外される。

【0037】

図３に示されるように、他方、ハウジング２の軸嵌装孔１０の機内Ｍ側寄りに形成されたスタフィングボックス９内には、ハウジング２内周と回転軸３外周との間にリング状の冷却ジャケット１１が設けられている。該冷却ジャケット１１は、スタフィングボックス９の円周方向位置の真下に設けられたクエンチング流体Ｖを供給する冷却水給水路２８および真上に設けられたクエンチング流体Ｖを排出する冷却水排水路２９と連通する冷却水収容空間３０を中央部に有し、両側外周にそれぞれＯリング３１，３１を装着するＯリング溝３２，３２が設けられている。Ｏリング３１の厚みはＯリング溝３２の深さよりも大きく設定されている。また、冷却ジャケット１１の冷却水収容空間３０の回転軸外周側寄りの内部に複数のフィン３３が設けられ、伝熱面積が大きくなっており、冷却ジャケット１１の軸方向の長さが最小化されている。クエンチング流体Ｖにより冷却された冷却ジャケット１１は、回転軸３との隙間に存在する被密封流体１２を自身との熱交換により冷却するようになっている。

【0038】

図３に示されるように、ポンプＰによりリザーバ５０から供給されたクエンチング流体Ｖは、詳細は後記する冷却通路４１を通して、メカニカルシール１の摺動部Ｓの外周側のクエンチ室４０と、冷却ジャケット１１とに、それぞれ供給されるようになっている。また、リザーバ５０間のクエンチング流体Ｖを図示しない搬送ポンプ等を設け移動させるようにしてもよい。尚、リザーバ５０の個数は３つではなく１つとしてもよい。

【0039】

詳しくは、冷却通路４１は、前記スタフィングボックス９の円周方向位置の真上と真下に設けられた冷却水給水路２８と冷却水排水路２９と、クエンチング孔１６Ａと、冷却水排水路２９から分岐してクエンチ室４０に連通するクエンチング孔１６Ａに連通する接続路（冷却室通路）４２と、冷却水排水路２９から分岐してリザーバ５０へとクエンチング流体Ｖを排出する排出路４３と、クエンチング孔１６Ｂと、クエンチング孔１６Ａ及びクエンチング孔１６Ｂにそれぞれ連通する連通路１７と、から主に構成されている。すなわち、冷却通路４１は、リザーバ５０と冷却ジャケット１１とクエンチ室４０とを繋ぐ流路である。

【0040】

続いてクエンチング流体Ｖの流れを説明する。スタフィングボックス９の円周方向位置の真下に設けられた冷却水給水路２８にポンプＰによりリザーバ５０から送り込まれたクエンチング流体Ｖは、冷却水収容空間３０を周方向に流れて冷却ジャケット１１を冷却し、冷却水排水路２９に流れ込む。

【0041】

冷却水排水路２９に流れ込んだクエンチング流体Ｖは、クエンチ室４０に繋がるクエンチング孔１６Ａに連通する接続路４２と、冷却水排水路２９から分岐してリザーバ５０へとクエンチング流体Ｖを排出する排出路４３と、に分岐される。接続路４２及び排出路４３はパイプにより形成されている。

【0042】

クエンチング孔１６Ａに連通する接続路４２に流れ込んだクエンチング流体Ｖは、クエンチ室４０を周方向に流れてシールリング７とメイティングリング８との摺動部Ｓを外周側から冷却し、クエンチング孔１６Ｂからリザーバ５０へと排出され、冷却水排水路２９から分岐する排出路４３から排出されたクエンチング流体Ｖとリザーバ５０で合流する。尚、このようにリザーバ５０を１つとしたことで構造が単純化されている。リザーバ５０ではクエンチング流体Ｖから熱が排熱され、再度、ポンプＰにより冷却通路４１に供給される。

【0043】

このように、メカニカルシール１の外周側のクエンチ室４０にクエンチング流体Ｖが供給されているため、機内Ｍ側が定常運転時よりも減圧された状態となっても、シールリング７の摺動シール面７ａとメイティングリング８の摺動シール面８ａ間にクエンチング流体Ｖによる密封膜が形成されるため密封性に優れる。また、クエンチ室４０及び冷却ジャケット１１を同じ流体によって冷却しているためメカニカルシールシステム１００の構造を単純化できる。更に、冷却通路４１は、冷却ジャケット１１の下流側で、クエンチ室４０及びリザーバ５０に分岐接続されているため、クエンチ室４０に供給するクエンチング流体Ｖの流量は、冷却ジャケット１１に供給するクエンチング流体Ｖの流量に依存せずに供給できる。

【0044】

また、メカニカルシール１の外周側のクエンチ室４０にクエンチング流体Ｖが供給されているため機内Ｍ側が定常運転時よりも減圧された状態となっても、シールリング７の摺動シール面７ａとメイティングリング８の摺動シール面８ａ間にクエンチング流体Ｖによる密封膜が形成されることから、摺動部Ｓの待機部で水分が蒸発して結晶化する虞がなく、メカニカルシール１の作動性の低下を防止することができる。

【0045】

また、冷却通路４１は冷却ジャケット１１の下流側で、リザーバ５０とクエンチ室４０とに分岐接続されていることから冷却ジャケット１１に大流量のクエンチング流体Ｖを供給できる。そのため、クエンチング流体Ｖは冷却ジャケット１１による昇温は少なく、すなわち、メカニカルシール１の摺動部Ｓに辿り着く前のクエンチング流体Ｖは温度が低く、この温度が低いクエンチング流体によりメカニカルシール１を冷却できるとともに、冷却ジャケット１１により大流量のクエンチング流体Ｖを用いて被密封流体１２を確実に冷却できる。

【0046】

また、クエンチ室４０に接続される接続路４２には調整弁である流量調整手段４４が設けられており、クエンチ室４０に供給するクエンチング流体Ｖの流量を冷却ジャケット１１に供給する流量に依存せずに調整することができる。そのため、メカニカルシール１の温度の微調整を行いやすく、かつ、冷却ジャケット１１に供給するクエンチング流体Ｖの流量調整への制約が少ない。

【0047】

また、リザーバ５０に接続される排出路４３にも調整弁である流量調整手段４５が設けられており、クエンチング流体Ｖの流量をクエンチ室４０に供給するクエンチング流体Ｖの流量を調整した際にもリザーバ５０へ排出する流量を調整することができ、かつ冷却ジャケット１１内のクエンチング流体Ｖの圧力を調整することもできる。

【0048】

また、シールリング７あるいはメイティングリング８の少なくとも一方の部材を特殊転換法によるＳｉＣとして潤滑性と耐摩耗性を持たせておくことにより、長期間の運転での摺動部Ｓの状態の変化を防止している。

【0049】

上述したように、被密封流体１２とクエンチング流体Ｖとは実質的に同じ液体であるため、クエンチング流体Ｖが被密封流体１２に混入しても影響が少ないのみならず、メカニカルシール１の内外周に同種の液体が存在しているため密封膜を構成する成分が変化することなくシール性を良好に保つことができる。尚、被密封流体１２とクエンチング流体Ｖとを実質的に異なる液体としてもよいことは言うまでもない。

【0050】

また、メカニカルシール１は、回転軸３とともに回転する一つのメイティングリング８と、シールカバー５に固定された一つのシールリング７から構成される所謂シングルメカニカルシールであり、クエンチ室４０にはメイティングリング８と接触し外部へのクエンチング流体Ｖの漏れを防止するクエンチシール２３が配置され、クエンチ室４０には冷却通路４１が分岐接続されている。この分岐接続された構成であるため、クエンチ室４０に流れこむ流量が減らされて、クエンチ室４０に過度な圧力を生じさせないようにすることが可能となり、メカニカルシール１に比較して耐圧シール性に劣るクエンチシール２３でも大気側へのクエンチング流体Ｖの漏洩を防止できる。

【0051】

また、スタフィングボックス９内に冷却ジャケット１１を設け、回転軸３外周と冷却ジャケット１１内周との隙間を極小に絞り、この隙間に介在するシール流体の体積を極小にすることで、冷却ジャケット１１による冷却効果を最大化することができる。更に、冷却ジャケット１１はスタフィングボックス９に対して着脱自在となっているため、清掃が容易である。

【0052】

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

【0053】

前記実施例においてはリザーバ５０ではクエンチング流体Ｖから熱が排熱される構成を明記していないが、例えば、リザーバ５０またはリザーバ５０の近傍に、排出されて貯留されたクエンチング流体Ｖを冷やす熱交換器等を設置してもよいし、自然に外気により排熱される態様としてもよい。

【0054】

また、冷却通路４１を通ってリザーバ５０に回収されたクエンチング流体Ｖは廃棄し、再利用しない態様としてもよい。

【符号の説明】

【0055】

１ メカニカルシール
２ ハウジング（ケーシング）
３ 回転軸
３ａ 回転軸外周面
５ シールカバー（ケーシング）
７ シールリング
７ａ 摺動シール面
８ メイティングリング
８ａ 摺動シール面
９ スタフィングボックス
１０ 軸嵌装孔
１１ 冷却ジャケット
１２ 被密封流体
１６Ａ，１６Ｂ クエンチング孔（冷却通路）
１７ 連通路（冷却通路）
２０ カラー
２３ クエンチシール
２８ 冷却水給水路（冷却通路）
２９ 冷却水排水路（冷却通路）
３０ 冷却水収容空間
３３ フィン
４０ クエンチ室
４１ 冷却通路
４２ 接続路（冷却通路）
４３ 排出路（冷却通路）
４４ 流量調整手段
４５ 流量調整手段
５０ リザーバ
Ａ 機外
Ｍ 機内
Ｓ 摺動部
Ｖ クエンチング流体
Ｐ ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】