特開 2025-71590 メカニカルシール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025071590

(43)【公開日】2025-05-08

(54)【発明の名称】メカニカルシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20250428BHJP

【ＦＩ】

F16J15/34 H

F16J15/34 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023181886

(22)【出願日】2023-10-23

(71)【出願人】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】株式会社ＰＩＬＬＡＲ

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】冨田 優記

(72)【発明者】

【氏名】福本 翔也

【テーマコード（参考）】

3J041

【Ｆターム（参考）】

3J041AA02

3J041BA01

3J041DA01

(57)【要約】

【課題】メカニカルシールの摺動部分において局部摩耗が生じるのを抑制する。
【解決手段】メカニカルシール１は、回転軸９１側に一体回転可能に設けられシール面１３ａを有する回転環１３と、回転軸９１を包囲しているケーシング９２側に設けられ、回転環１３のシール面１３ａが摺動するシール面３５３ａを有する遊動環３５と、を備え、回転環１３及び遊動環３５の両シール面１３ａ，３５３ａの摺動部分よりも径方向外方に、被密封流体を密封する機内領域Ａが形成される。遊動環３５は、その内周において周方向に沿って形成された環状の溝３５４を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸側に一体回転可能に設けられ、シール面を有する回転環と、
前記回転軸を包囲しているケーシング側に設けられ、前記回転環のシール面が摺動するシール面を有する固定環と、を備え、
前記回転環及び前記固定環の両シール面の摺動部分よりも径方向外方に被密封流体を密封する機内領域が形成されるメカニカルシールであって、
前記固定環は、当該固定環の内周において周方向に沿って形成された環状の溝を有する、メカニカルシール。

【請求項2】

前記溝は、前記両シール面間を閉じようとする力として前記固定環に作用する前記被密封流体の圧力の径方向の範囲と、前記両シール面間を開こうとする力として前記固定環に作用する前記被密封流体の圧力の径方向の範囲との境界を示すバランスラインに対して、径方向内方に位置する、請求項１に記載のメカニカルシール。

【請求項3】

前記溝は、湾曲部を有する、請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、メカニカルシールに関する。

【背景技術】

【0002】

火力発電所のボイラーに給水するポンプのように高負荷条件下で使用される軸封手段として、例えば特許文献１に示すインサイド型のメカニカルシールが知られている。かかるメカニカルシールは、図４に示すように、シールケース１０１に設けられた静止環１０２及び遊動環１０３と、回転軸１０４に設けられた回転環１０５と、を備えている。遊動環１０３に形成されたシール面１０３ａに対して、回転環１０５に形成されたシール面１０５ａが摺動することで、その摺動部分よりも径方向外側に被密封流体を密封する機内領域が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０６０４９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記メカニカルシールの両シール面１０３ａ，１０５ａ間には、その径方向外側から径方向内側に向かって機内領域の被密封流体が浸入することで、潤滑膜が形成される。このため、両シール面１０３ａ，１０５ａ間の径方向外側よりも径方向内側のほうが、潤滑膜が形成されにくく、高温になりやすい。その結果、図４の拡大図で示すように、両シール面１０３ａ，１０５ａ間では、径方向外側と径方向内側との間で熱膨張差が生じることによって、径方向内側においてシール面圧が増大し、局部摩耗が生じるおそれがある。

【0005】

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、メカニカルシールの摺動部分において局部摩耗が生じるのを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示のメカニカルシールは、回転軸側に一体回転可能に設けられ、シール面を有する回転環と、前記回転軸を包囲しているケーシング側に設けられ、前記回転環のシール面が摺動するシール面を有する固定環と、を備え、前記回転環及び前記固定環の両シール面の摺動部分よりも径方向外方に被密封流体を密封する機内領域が形成されるメカニカルシールであって、前記固定環は、当該固定環の内周において周方向に沿って形成された環状の溝を有する。

【0007】

本開示のメカニカルシールによれば、固定環の内周に形成された溝によって、固定環の軸方向両端部が径方向内方に倒れ込むように変形しやすくなる。このため、回転環及び固定環の両シール面の摺動部分では、前記溝を有しない従来の固定環（遊動環）よりも径方向内側の面圧が低くなる。したがって、機内領域の被密封流体は、摺動部分の径方向外側から径方向内側に向かって浸入しやすくなる。これにより、摺動部分の径方向全体にわたって被密封流体による潤滑膜が形成されやすくなるので、径方向外側と径方向内側との間の熱膨張差を緩和することができる。その結果、両シール面の摺動部分の径方向内側において局部摩耗が生じるのを抑制することができる。

【0008】

（２）前記（１）のメカニカルシールにおいて、前記溝は、前記両シール面間を閉じようとする力として前記固定環に作用する前記被密封流体の圧力の径方向の範囲と、前記両シール面間を開こうとする力として前記固定環に作用する前記被密封流体の圧力の径方向の範囲との境界を示すバランスラインに対して、径方向内方に位置するのが好ましい。
この場合、固定環に溝が形成されても、被密封流体の圧力を受ける静止環４８の軸方向他方側の側面から伝達される応力に起因する静止環４８の変形を抑制できるので、メカニカルシールのシール性能が低下するのを抑制することができる。

【0009】

（３）前記（１）又は（２）のメカニカルシールにおいて、前記溝は、湾曲部を有するのが好ましい。
この場合、固定環の溝に生じる応力集中を緩和することができる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、メカニカルシールの摺動部分において局部摩耗が生じるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。

【図2】上記メカニカルシールの遊動環とその周辺を示す拡大断面図である。

【図3】第２実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。

【図4】従来のメカニカルシールを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本開示の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
［全体構成］
図１は、第１実施形態に係るメカニカルシール１を示す断面図である。図１において、メカニカルシール１は、例えば火力発電所のボイラーに給水するポンプ等の回転機器９０において高負荷条件下で用いられる。回転機器９０は、回転軸９１と、回転軸９１を包囲しているケーシング９２と、を備えている。メカニカルシール１は、主に回転軸９１とケーシング９２との間において、回転軸９１の軸方向に沿って配置される。

【0013】

以下、本明細書において、「軸方向」とは、回転軸９１の軸線Ｃに沿った方向である。また、本明細書において「径方向」とは、回転軸９１の軸線Ｃに対して直交する方向であり、「周方向」とは、回転軸９１の軸線Ｃ回りの方向である。また、本明細書では、便宜上、図１の左側を軸方向一方側といい、図１の右側を軸方向他方側という（図２，図３も同様）。

【0014】

メカニカルシール１は、回転機器９０の機内領域Ａの被密封流体（ここではボイラー水）が機外領域Ｂへ漏洩するのを抑制するものである。本実施形態のメカニカルシール１は、後述する回転環１３と遊動環３５との摺動部分よりも径方向外方が機内領域Ａとなり、前記摺動部分よりも径方向内方が機外領域Ｂとなる、いわゆるインサイド型のメカニカルシールである。メカニカルシール１は、回転軸９１に一体回転可能に設けられた回転側ユニット２と、ケーシング９２に設けられた静止側ユニット３と、を備えている。

【0015】

［回転側ユニット］
回転側ユニット２は、スリーブ１１、ストッパリング１２、回転環１３、及びポンピングリング１４を備えている。スリーブ１１は、回転軸９１の外周に嵌合して固定された円筒状のスリーブ本体１１ａと、スリーブ本体１１ａの軸方向他端部から径方向外側に延びる円板状のスリーブ板部１１ｂと、スリーブ板部１１ｂの径方向外端から軸方向一方側に延びる円筒状のスリーブ筒部１１ｃと、を有している。

【0016】

スリーブ本体１１ａの軸方向一方側における回転軸９１の外周には、ストッパリング１２が嵌め込まれている。ストッパリング１２の軸方向他端部は、スリーブ本体１１ａの軸方向一端部の外周に嵌合されており、その嵌合部分にはセットスクリュー１５がストッパリング１２の径方向に締め込まれている。以上により、スリーブ１１は、回転軸９１に固定されている。スリーブ本体１１ａの軸方向他端部の内周面と回転軸９１の外周面との間は、Ｏリング１６によりシール（二次シール）されている。スリーブ板部１１ｂの軸方向他方側及びスリーブ筒部１１ｃの径方向外側には、ポンピングリング１４が固定されている。

【0017】

スリーブ本体１１ａとスリーブ筒部１１ｃとの間には、回転環１３が嵌め込まれて固定されている。回転環１３の軸方向一方側の側面には、シール面１３ａが形成されている。スリーブ筒部１１ｃの内周面と回転環１３の外周面との間は、Ｏリング１７によりシール（二次シール）されている。スリーブ板部１１ｂの軸方向一方側の側面と回転環１３の軸方向他方側の側面との間は、Ｏリング１８によりシール（二次シール）されている。

【0018】

［静止側ユニット］
静止側ユニット３は、シールケース３１、リテーナ３２、静止環３３、アダプタリング３４、及び遊動環（固定環）３５を備えている。シールケース３１は、環状に形成されている。シールケース３１の径方向外側部は、ケーシング９２の軸方向一方側の側面に当接した状態で、図示しないボルト等によりケーシング９２に固定されている。シールケース３１の軸方向他方側の側面とケーシング９２の軸方向一方側の側面との間は、Ｏリング３６によりシール（二次シール）されている。シールケース３１の径方向内部の軸方向他方側には、環状溝３１ａが形成されている。

【0019】

リテーナ３２は、シールケース３１の環状溝３１ａに嵌め込まれた状態で、ボルト３７によりシールケース３１に固定されている。リテーナ３２の外周面と環状溝３１ａの内周面との間は、Ｏリング３８によりシール（二次シール）されている。リテーナ３２の軸方向他方側の外周には、静止環３３が軸方向に移動可能に取り付けられている。静止環３３の軸方向他方側の側面には押圧面３３ａが形成されている。

【0020】

リテーナ３２と静止環３３との間には、スプリング３９が設けられている。スプリング３９は、リテーナ３２に対して静止環３３及び遊動環３５を軸方向他方側へ付勢している。静止環３３の内周面とリテーナ３２の外周面との間は、Ｏリング４０によりシール（二次シール）されている。

【0021】

アダプタリング３４は、ケーシング９２内においてシールケース３１の軸方向他方側に配置されている。アダプタリング３４は、円筒状に形成されたアダプタ本体３４ａと、アダプタ本体３４ａの軸方向他端部から径方向外側に突出する環状の突出部３４ｂと、を有している。

【0022】

アダプタ本体３４ａの軸方向一端部は、図示しないボルトによりリテーナ３２の外周に固定された状態で、シールケース３１の環状溝３１ａに嵌め込まれている。アダプタ本体３４ａの外周面とケーシング９２の内周面との間には、環状流路４１が形成されている。アダプタ本体３４ａの軸方向の途中部には、環状流路４１と機内領域Ａとを連通する貫通孔３４ｃが径方向に貫通して形成されている。貫通孔３４ｃは、アダプタ本体３４ａの周方向に複数形成されている。突出部３４ｂの外周面は、ケーシング９２の内周面に嵌合されている。突出部３４ｂの外周面とケーシング９２の内周面との間は、Ｏリング４２によりシール（二次シール）されている。

【0023】

ケーシング９２には、フラッシング流体が流れる供給路９３及び排出路９４が形成されている。フラッシング流体は、機内領域Ａにおいて回転環１３のシール面１３ａと遊動環３５のシール面３５３ａ（後述）との摺動部分を冷却する流体であり、例えば被密封流体と同じ流体（ボイラー水）からなる。フラッシング流体は、供給路９３から、環状流路４１及び貫通孔３４ｃを通過して機内領域Ａに供給される。機内領域Ａにおいて前記摺動部分を冷却したフラッシング流体は、排出路９４から外部に排出される。

【0024】

［遊動環］
図２は、遊動環３５とその周辺を示す拡大断面図である。図２において、遊動環３５は、静止環３３と回転環１３との間において軸方向両側から挟圧保持されている。遊動環３５は、本体部３５１と、押圧部３５２と、シール部３５３と、を有している。

【0025】

本体部３５１は、環状に形成されている。本体部３５１の外周面は、球面状に形成され、アダプタ本体３４ａの内周面に嵌合して支持されている。本体部３５１には、軸方向に貫通する貫通孔３５１ａが、周方向に間隔をあけて複数形成されている。本体部３５１の各貫通孔３５１ａには、静止環３３から軸方向他方側に突出するドライブピン４３が挿入されている。これにより、遊動環３５は、静止環３３に対して軸方向へ移動可能に保持されながら、静止環３３に対する相対回転が規制されている。

【0026】

押圧部３５２は、本体部３５１の軸方向一方側の側面における径方向内端部から、軸方向一方側に突出する環状部分である。押圧部３５２の突出端面は、静止環３３の押圧面３３ａに接触する押圧面３５２ａとされている。押圧面３５２ａには、静止環３３を介してスプリング３９の付勢力が作用する。これにより、遊動環３５は、スプリング３９の付勢力により静止環３３を介して軸方向他方側に押圧されている。押圧部３５２よりも径方向外側における、本体部３５１の軸方向一方側の側面と静止環３３の押圧面３３ａとの間は、Ｏリング４４によりシール（二次シール）されている。

【0027】

シール部３５３は、本体部３５１の軸方向他方側の側面における径方向内端部から、軸方向他方側に突出する環状部分である。シール部３５３の突出端面は、回転環１３のシール面１３ａが摺動するシール面３５３ａとされている。これにより、ケーシング９２内における回転環１３及び遊動環３５の両シール面１３ａ，３５３ａの摺動部分よりも径方向外方には、被密封流体が密封される機内領域Ａが形成されている。

【0028】

遊動環３５は、その軸方向両側がほぼ対称形状となるように形成されている。具体的には、押圧部３５２及びシール部３５３を含む遊動環３５全体が、その径方向に延びる中心線Ｘ１を挟んで、軸方向にほぼ対称に形成されている。特に、遊動環３５における被密封流体が接する軸方向両側の側面、すなわち、本体部３５１の軸方向両側における押圧部３５２及びシール部３５３よりも径方向外側の側面が、中心線Ｘ１を挟んでほぼ対称に形成されている。

【0029】

これにより、遊動環３５は、被密封流体の圧力による影響を軸方向においてバランスよく受けることができる。すなわち、遊動環３５が被密封流体から軸方向に受ける圧力が軸方向両側でほぼ同一となるので、遊動環３５が軸線Ｃ（図１参照）に対して傾くような圧力歪みは生じにくい。したがって、被密封流体の圧力変動が大きい高負荷条件下においても、遊動環３５のシール面３５３ａが回転環１３のシール面１３ａに対して傾くのを抑制できるので、良好なシール性能を発揮することができる。

【0030】

遊動環３５の本体部３５１の内周には、周方向に沿って環状の溝３５４が形成されている。上記のように遊動環３５全体は中心線Ｘ１を挟んでほぼ対称に形成される必要があるために、溝３５４も中心線Ｘ１を挟んで対称形状となるように形成されている。本実施形態の溝３５４は、例えば、本体部３５１の内周の軸方向中央部において断面Ｕ字形状に形成されており、底側に湾曲部３５４ａを有している。湾曲部３５４ａは、例えば半円弧形状に形成されている。

【0031】

溝３５４は、本体部３５１を通過するバランスラインＬ１に対して、径方向内方に位置している。「バランスラインＬ１に対して径方向内方」とは、バランスラインＬ１よりも径方向内方だけでなく、バランスラインＬ１上も含む意味である。本実施形態の溝３５４は、その最底部（中心線Ｘ１との交点）がバランスラインＬ１上に位置するように形成されている。

【0032】

バランスラインＬ１は、軸方向に延びる仮想線であり、回転環１３及び遊動環３５の両シール面１３ａ，３５３ａ間を閉じようとする力として遊動環３５に作用する被密封流体の圧力の径方向の範囲と、両シール面１３ａ，３５３ａ間を開こうとする力として遊動環３５に作用する被密封流体の圧力の径方向の範囲との境界を示している。前記閉じようとする力は、被密封流体が、遊動環３５の軸方向一方側の側面に対して直接的に又は間接的に（静止環３３を介して）、回転環１３側（軸方向他方側）へ押圧する力である。本実施形態の遊動環３５において、バランスラインＬ１よりも径方向外側の軸方向他方側の側面は、被密封流体の圧力を受け、遊動環３５には前記開こうとする力が作用する。

【0033】

［作用効果］
第１実施形態のメカニカルシール１によれば、静止環３３と回転環１３との間で遊動環３５が挟圧保持されると、遊動環３５の内周に形成された溝３５４によって、遊動環３５の軸方向両端部（押圧部３５２とシール部３５３）が径方向内方に倒れ込むように変形しやすくなる。このため、回転環１３と遊動環３５の両シール面１３ａ，３５３ａの摺動部分では、溝３５４を有しない従来の遊動環よりも径方向内側の面圧が低くなる。このような面圧の低下は、構造解析によっても確認することができた。したがって、機内領域Ａの被密封流体は、摺動部分の径方向外側から径方向内側に向かって浸入しやすくなる。これにより、摺動部分の径方向全体にわたって被密封流体による潤滑膜が形成されやすくなるので、径方向外側と径方向内側との間の熱膨張差を緩和することができる。その結果、両シール面１３ａ，３５３ａの摺動部分の径方向内側において局部摩耗が生じるのを抑制することができる。特に、メカニカルシール１が高負荷条件下で使用される場合、両シール面１３ａ，３５３ａ間の径方向内側に潤滑膜が形成されにくい傾向が強くなるので、本開示を適用することがより有効となる。

【0034】

溝３５４は、バランスラインＬ１に対して、径方向内方に位置する。これにより、被密封流体の圧力を受ける遊動環３５の軸方向他方側の側面から伝達される応力に起因する遊動環３５の変形を抑制できるので、メカニカルシール１のシール性能が低下するのを抑制することができる。また、溝３５４は、その底側に湾曲部３５４ａを有するので、遊動環３５の溝３５４に生じる応力集中を緩和することができる。

【0035】

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態に係るメカニカルシール１を示す断面図である。図３において、本実施形態のメカニカルシール１は、主として静止側ユニット３が遊動環を備えていない点で、第１実施形態と相違する。以下、本実施形態のメカニカルシール１について説明する。本実施形態のメカニカルシール１は、回転環１３と後述する静止環４８との摺動部分よりも径方向外方が機内領域Ａとなり、前記摺動部分よりも径方向内方が機外領域Ｂとなる。

【0036】

［回転側ユニット］
メカニカルシール１の回転側ユニット２は、スリーブ１１と、回転環１３と、を備えている。スリーブ１１は、スリーブ本体１１ａと、スリーブ板部１１ｂと、スリーブ内筒部１１ｄと、スリーブ外筒部１１ｅと、を有している。スリーブ内筒部１１ｄ及びスリーブ外筒部１１ｅは、それぞれ円筒状に形成されている。スリーブ内筒部１１ｄは、スリーブ板部１１ｂの径方向の途中部から軸方向一方側に延びている。

【0037】

スリーブ外筒部１１ｅは、スリーブ内筒部１１ｄよりも径方向外方において、スリーブ板部１１ｂの径方向外端から軸方向一方側に延びている。スリーブ外筒部１１ｅの外周面は、ケーシング９２の内周面に近接している。スリーブ外筒部１１ｅには、径方向に貫通する連通孔１１ｆが形成されている。連通孔１１ｆは、ケーシング９２の排出路９４の径方向内方に配置され、排出路９４と連通している。

【0038】

スリーブ本体１１ａとスリーブ内筒部１１ｄとの間には、回転環１３が嵌め込まれている。回転環１３の軸方向他方側の端部には、係合溝１３ｂが形成されている。回転環１３の係合溝１３ｂには、スリーブ板部１１ｂから軸方向一方側に突出する係合ピン１９が挿入されている。これにより、回転環１３は、スリーブ１１に対する相対回転が規制されている。スリーブ内筒部１１ｄの内周面と回転環１３の外周面との間は、Ｏリング２０によりシール（二次シール）されている。

【0039】

［静止側ユニット］
メカニカルシール１の静止側ユニット３は、シールケース３１、第１リテーナ４６、第２リテーナ４７、及び静止環（固定環）４８を備えている。第１リテーナ４６は、シールケース３１の環状溝３１ａに嵌め込まれた状態で、ボルト４９によりシールケース３１に固定されている。第１リテーナ４６の外周面と環状溝３１ａの内周面との間は、Ｏリング５０によりシール（二次シール）されている。

【0040】

第１リテーナ４６の軸方向他方側の外周には、第２リテーナ４７が軸方向に移動可能に取り付けられている。第１リテーナ４６と第２リテーナ４７との間には、スプリング５１が設けられている。スプリング５１は、第１リテーナ４６に対して第２リテーナ４７及び静止環４８を軸方向他方側へ付勢している。第１リテーナ４６の外周面と第２リテーナ４７の内周面との間は、Ｏリング５２によりシール（二次シール）されている。

【0041】

第２リテーナ４７の軸方向他方側には、静止環４８が設けられている。静止環４８は、本体部４８１と、シール部４８３と、を有している。本体部４８１は、環状に形成されている。本体部４８１は、第２リテーナ４７の軸方向他方側の内周面に嵌め込まれている。

【0042】

本体部４８１には、第２リテーナ４７を介してスプリング５１の付勢力が作用する。これにより、静止環４８は、スプリング５１の付勢力により第２リテーナ４７を介して軸方向他方側に押圧されている。本体部４８１と第２リテーナ４７との間は、Ｏリング５３によりシール（二次シール）されている。

【0043】

シール部４８３は、本体部４８１の軸方向他方側の側面における径方向内端部から、軸方向他方側に突出する環状部分である。シール部４８３の突出端面は、回転環１３のシール面１３ａが摺動するシール面４８３ａとされている。これにより、ケーシング９２内における回転環１３及び静止環４８の両シール面１３ａ，４８３ａの摺動部分よりも径方向外方には、被密封流体が密封される機内領域Ａが形成されている。

【0044】

シールケース３１には、フラッシング流体が流れる供給路３１ｂが形成されている。フラッシング流体は、機内領域Ａにおいて回転環１３のシール面１３ａと静止環４８のシール面４８３ａとの摺動部分を冷却する流体であり、例えば被密封流体と同じ流体（ボイラー水）からなる。フラッシング流体は、供給路３１ｂから、機内領域Ａに供給される。機内領域Ａにおいて前記摺動部分を冷却したフラッシング流体は、スリーブ１１の連通孔１１ｆを通過し、ケーシング９２の排出路９４から外部に排出される。

【0045】

静止環４８の本体部４８１の内周には、周方向に沿って環状の溝４８４が形成されている。溝４８４は、本体部４８１の径方向に延びる中心線Ｘ２を挟んで対称形状となるように形成されている。本実施形態の溝４８４は、例えば、本体部４８１の内周の軸方向中央部において断面Ｕ字形状に形成されており、底側に湾曲部４８４ａを有している。湾曲部４８４ａは、例えば半円弧形状に形成されている。

【0046】

溝４８４は、本体部４８１を通過するバランスラインＬ２に対して、径方向内方に位置している。「バランスラインＬ２に対して径方向内方」とは、バランスラインＬ２よりも径方向内方だけでなく、バランスラインＬ２上も含む意味である。本実施形態の溝４８４は、その最底部（中心線Ｘ２との交点）がバランスラインＬ２上に位置するように形成されている。

【0047】

バランスラインＬ２は、軸方向に延びる仮想線であり、回転環１３及び静止環４８の両シール面１３ａ，４８３ａ間を閉じようとする力として静止環４８に作用する被密封流体の圧力の径方向の範囲と、両シール面１３ａ，４８３ａ間を開こうとする力として静止環４８に作用する被密封流体の圧力の径方向の範囲との境界を示している。前記閉じようとする力は、被密封流体が、静止環４８の軸方向一方側の側面に対して直接的に又は間接的に（第２リテーナ４７を介して）、回転環１３側（軸方向他方側）へ押圧する力である。本実施形態の静止環４８において、バランスラインＬ２よりも径方向外側の軸方向他方側の側面は、被密封流体の圧力を受け、静止環４８には前記開こうとする力が作用する。
本実施形態の他の構成は、第１実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0048】

［作用効果］
第２実施形態のメカニカルシール１によれば、静止環４８の内周に形成された溝４８４によって、静止環４８の軸方向両端部（本体部４８１の軸方向一端部とシール部４８３）が径方向内方に倒れ込むように変形しやすくなる。このため、回転環１３と静止環４８の両シール面１３ａ，４８３ａの摺動部分では、溝４８４を有しない従来の静止環よりも径方向内側の面圧が低くなる。このような面圧の低下は、構造解析によっても確認することができた。したがって、機内領域Ａの被密封流体は、摺動部分の径方向外側から径方向内側に向かって浸入しやすくなる。これにより、摺動部分の径方向全体にわたって被密封流体による潤滑膜が形成されやすくなるので、径方向外側と径方向内側との間の熱膨張差を緩和することができる。その結果、両シール面１３ａ，４８３ａの摺動部分の径方向内側において局部摩耗が生じるのを抑制することができる。特に、メカニカルシール１が高負荷条件下で使用される場合、両シール面１３ａ，４８３ａ間の径方向内側に潤滑膜が形成されにくい傾向が強くなるので、本開示を適用することがより有効となる。

【0049】

溝４８４は、バランスラインＬ２に対して、径方向内方に位置する。これにより、被密封流体の圧力を受ける静止環４８の軸方向他方側の側面から伝達される応力に起因する静止環４８の変形を抑制できるので、メカニカルシール１のシール性能が低下するのを抑制することができる。また、溝４８４は、その底側に湾曲部４８４ａを有するので、静止環４８の溝４８４に生じる応力集中を緩和することができる。

【0050】

＜その他＞
上記実施形態のメカニカルシール１は、火力発電所のボイラーに給水するポンプ以外の回転機器にも適用することができる。また、溝３５４，４８４は、本体部３５１，４８１の内周における軸方向中央部に形成されているが、本体部３５１，４８１の内周における軸方向全体にわたって形成されていてもよい。また、溝３５４，４８４は、その少なくとも一部がバランスラインＬ１，Ｌ２よりも径方向外方に位置するように形成されていてもよい。

【0051】

溝３５４，４８４の形状は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、溝３５４，４８４は、断面円弧形状や断面楕円形状等の湾曲部のみの形状であってもよいし、三角形状等の湾曲部を有しない形状であってもよい。

【0052】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0053】

１ メカニカルシール
１３ 回転環
１３ａ シール面
３５ 遊動環（固定環）
４８ 静止環（固定環）
９１ 回転軸
９２ ケーシング
３５３ａ シール面
３５４ 溝
３５４ａ 湾曲部
４８３ａ シール面
４８４ 溝
４８４ａ 湾曲部
Ａ 機内領域
Ｌ１ バランスライン
Ｌ２ バランスライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】