JP4111698B2 - メカニカルシール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メカニカルシール装置に関する。特に、高粘度の被密封流体やスラリーを含む被密封流体をシールするのに適し、被密封流体の固形物が付着したり、構成部品間に目詰まりしたりしないようにしたカートリッジ型のメカニカルシール装置の技術分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係わる先行技術には、米国特許第４，２９０，６１１号明細書が存在する。図５は、この米国特許第４，２９０，６１１号の図面の図４に開示されていると共に、この特許に関連して一般に市販されているメカニカルシール製品の半断面図でもある。
【０００３】
図５に於いて、１００は、メカニカルシールである。メカニカルシール１００は、回転軸１５１に取り付けられてスタフィングボックス１５０内にボルト１６０を介して装着するために一対に構成さいされている。
このメカニカルシール１００は、スタフィングボックス１５０の内部から軸方向外方に向かって配置された液体シール装置１０１と第１シールフランジ１１０と第２シールフランジ１２０と気体シール装置１２１が主要な構成部品である。
【０００４】
液体シール装置１０１は、回転軸１５１にスクリューソケット１５２を介して固着されたスリーブ１５３の外周面に装着されている。この回転軸１５１とスリーブ１５３との嵌合間にはＯリング１５４が配置されて、その間をシールしている。この液体シール装置１０１は、回転シール面１０３を設けた回転用密封環１０２がＵ型ガスケット１０７とスペーサ１０８を介してスプリング１０５により弾発に押圧されている。
又、回転シール面１０３と接面する固定シール面１１３を設けた固定用密封環１１２は、第１シールフランジ１１０の内周面にＯリング１１６を介して嵌着されている。又、固定用密封環１１２に固着されたピン１１５を介して固定用密封環１１２と第１シールフランジ１１０の内周面に設けられた溝とが係止している。
【０００５】
第１シールフランジ１１０と結合する第２シールフランジ１２０の内周面内には、気体シール装置１２１が装着されている。この気体シール装置１２１は、止めねじ１２６を介してスリーブ１５３に固着されたドライブスリーブ１２５を設けている。このドライブスリーブ１２５に嵌合してスライドする第２回転用密封環１２２には動圧発生させる流体通路が形成された第２回転シール面１２３が設けられている。
この第２回転用密封環１２２の第２回転シール面１２３と密接する第２固定シール面１３３を設けた第２固定用密封環１３２は、Ｏリング１３６を介して第２シールフランジ１２０の内周嵌合面に嵌着されている。この第２固定シール面１３３には第２回転シール面１２３と協動して動圧を発生させる溝が周面に沿って複数設けられている。更に、第２回転用密封環１２２はコイルばね１２７を介して弾発に第２固定用密封環１３２側へ押圧されている。
【０００６】
第２シールフランジ１２０にはドレン用のタップ１２８が設けられている。このタップ１２８は液体シール装置１０１から漏洩した液体を排出するものである。又、スタフィングボックス１５０にはフラッシングポート１５８が設けられており、このフラッシングポート１５８から注入される液体により液体シール装置１０１が洗浄される。
このメカニカルシール１００は、回転軸１５１に組み立てられて回転軸１５１と共に、スタフィングボックス１５０の内周面１５６内に挿入して内装される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この様に構成されたメカニカルシール１００は、スリーブ１５３を介して回転軸１５１の外周面とスタフィングボックス１５０の内周面１５６との間の空間部１５７に装着される。この液体室１５７は、スリーブ１５３と液体シール装置１０１を内装できる空間を必要とする。しかし、装置の構造上からスタフィングボックス１５０の内周面１５６の径を大きくすることができない場合が多い。このためにスタフィングボックス１５０の内周面１５６と液体シール装置１０１との間隙は小さくなるから、被密封流体の流れが悪くなり回転シール面１０３と固定シール面１１３との摺動発熱を冷却できずにシール面を損傷させる原因となっている。
又、フラッシングポート１５８から液体をフラッシングしても液体シール装置１０１を洗浄することが困難になる。
【０００８】
特に、被密封流体がスラリーを含む被密封流体或いは高粘度の被密封流体の場合には、液体シール装置１０１とスタフィングボックス１５０の内周面１５６との間に被密封流体に含むスラリーが詰まりやすく、更には、摺動時のシール面１０３、１１３の冷却効果が悪化すると共に、両シール面１０３、１１３のシール能力が低下する。そして、ついには、被密封流体がシール面１０３、１１３間から漏洩することになる。
更に、スプリング１０５が直接に被密封流体と接するためにスプリング１０５に腐食や錆が発生して弾性力を低下させる問題や、スプリング１０５に被密封流体のスラリーが付着してスプリング１０５により回転用密封環１０２を弾発に押圧する作動が不具合になる問題がある。更には、回転用密封環１０２のスリーブ１５３との摺動面、或いはスペーサ１０８のスリーブ１５３との摺動面にスラリーが付着してかち込み回転用密封環１０２の面圧に対する応答性を悪化させてシール能力を低下させることになる。
【０００９】
この様に、液体シール装置１０１はシール能力が低下するからダブルにシール装置を設けなければならず、全体の構造が複雑になると共に、組立精度を必要とする。更に、液体シール装置１０１の複雑な構造は、回転用密封環１０２や固定用密封環１１３の冷却を困難にしてシール面１０３、１１３の熱的変形を誘発し、シール能力の悪化と共に、シール面の破損を惹起する。
【００１０】
本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする技術的課題は、スタフィングボックスの構造に関係なく、スタフィングボックスと軸とのアウトサイドに取り付けられるようにして回転用密封環と固定用密封環の摺動するシール面の冷却を可能にすると共に、被密封流体のスラリーや高粘度の液体が密封環に付着して密封環の応答性が不具合になるのを防止することにある。
【００１１】
又、液体シール装置に被密封流体のスラリーや高粘度の液体が付着して固形化するのを容易に洗浄できるようにすることにある。特に、スプリングで押圧されている密封環の摺動面を常に洗浄して密封環の面圧に対する応答性を良好にすることにある。
【００１２】
更に、ススタフィングボックスの構造に関係なく、タフィングボックスと回転軸とのアウトサイドに取り付けられるようにして回転用密封環及び固定用密封環の対向部品面との間隙を十分に離間し、スラリーを含む被密封流体或いは高粘度の被密封流体の影響を受けないようにすることにある。
又、密封環を押圧するスプリング及び密封環の回動を阻止する固定ピン等が被密封流体により悪影響を受けないような位置に配置できるような構造にすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。
【００１４】
請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置は、軸と軸が内在する取付部品の内周面との間に流れる被密封流体をシール面の内周側でシールするメカニカルシール装置であって、装置本体の外面に取り付けられる取付面と、軸が内在する内周面に設けた嵌合面と、嵌合面より取付面側の内周面に貫通したフラッシングポートとを有する取付部品と、取付部品の嵌合面に対して取付面とは反対の機外方側から移動自在に嵌合する移動周面と、取付部品と係止して回動しないように支持するフランジ部と、軸と遊合する通路用内周面と、移動周面とは反対側の先端に設けられたシール面とを有する第１密封環と、第１密封環の移動周面と取付部品の嵌合面との間に配置されて嵌合面間をシールするシールリンと、第１密封環をシール面側へ弾発に押圧する弾発手段と、第１密封環のシール面と密接可能な相対シール面を有する第２密封環と、第２密封環を密封に保持するとともに、軸に密封に固着して相対シール面をシール面に対向密接させるシールカラーとを具備し、
第１密封環の通路用内周面と軸との間に形成される間隙が第１密封環の移動周面の端部側でフラッシングポートと連通し、フラッシングポートから流出するフラッシング流体が間隙を通り両シール面側の内周面をフラッシングするものである。
【００１５】
この請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置では、径方向を成すフラッシングポートから曲がった軸方向の第１密封環と軸との間にフラッシング流体が通過可能な間隙を有するので、フラッシング流体は被密封流体が間隙に流入するのを遮断するようにして間隙へ流入する。同時に、フラッシング流体はシールリング付近で乱流しながら嵌合面と移動周面との間およびシールリングの被密封流体側の面を効果的に洗浄する。さらに、フラッシング流体は、間隙に入り込んだ被密封流体を装置本体内へ押し出すようにして間隙を洗浄する。そして、フラッシングポートとシール面側の内周面内とは間隙を介して連通しているので、フラッシングポートからフラッシング流体が噴出されると、フラッシング流体は、第１密封環の被密封流体と接触する全面を洗浄しながら、両シール面側の内周面をも洗浄する。このため、フラッシング流体は、第１密封環に被密封流体のスラリー又は高粘度の被密封流体が付着して固形化するのを防止する。同時に、両シール面の内周側に噴射されたフラッシング流体は、両シール面の回転時の遠心力により、両シール面間に微少だけ介在して摩耗粉等を外周側へ送り出す作用もする。そして、この第１密封環の移動周面は嵌合面と摺動するときの動きが阻害されることなく、シール面の相対シール面に対する面圧の応答性が発揮されてシール面の摩耗を防止する。且つ、シール面と相対シール面とに付着する付着物をフラッシング流体により洗浄して密封効果を向上することができる効果を奏する。
【００１６】
又、メカニカルシール装置の第１密封環は、シールリングの洗浄を可能にした構成と、フランジ部を回転不能に支持する構成とにより、小さな部品にできる。このため、フラッシングポートと両シール面とを近接させることができるので、フラッシング流体の洗浄効果が向上する。さらに、装置本体に分解可能に外装された取付部品の嵌合面に着脱自在に嵌合しているから、装置本体の構造に関係なく、メカニカルシール装置から取り出して洗浄することも可能になる。また、被密封流体を両シール面の内周側でシールできるようにした構成は、メカニカルシール装置を取付部品内に組立てできることを可能にし、構造を簡単にするとともに、取付と取り外しとを容易にしてメカニカルシール装置の製作及び組立てコストを低減できる効果を奏する。
【００１７】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記シールリングが前記第１密封環の移動周面の端部に設けられた取付溝に配置されているとともに、前記フラッシングポートは前記第１密封環の前記端部寄りの前記内周面に貫通するものである。
【００１８】
この請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置では、前記第１密封環と取付部品との嵌合間の取付溝にシールリングを有し、且つフラッシングポートは取付溝の近傍の内周面に貫通しているので、フラッシング流体により被密封流体がメカニカルシール装置側へ流入するのを遮断し、さらに、シールリングと取付溝との間にスラリー等が付着して第１密封環の作動が悪化するのを防止する。そして、第１密封環のシール面の面圧の応答性を良好にする効果が期待できる。
【００１９】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記取付部品に、又は前記装置本体に、或いは前記取付部品と前記装置本体との接合間に外周部が密封に保持されて内周面が前記軸に密封嵌合又は遊合して前記フラッシングポートからのフラッシング流体が前記装置本体内へ流入するのを遮断して前記間隙内へ流入させる環状のガスケットを有するものである。
【００２０】
この請求項３の本発明のメカニカルシール装置では、フラッシングポートからのフラッシング流体の流れが、ガスケットにより流入方向を変えられるので、流れが変えられた付近に乱流を起こし、シールリングが取り付けられた環状溝や、第１密封環の通路用内周面並びにシール面側の内周面を効果的に洗浄することが可能になる。そして、高粘度の被密封流体が第１密封環に付着して固形化により、第１密封環の作動を阻害してシール面のシール能力が低下するのを効果的に防止することが可能になる。
【００２１】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置は、取付部品には嵌合面より取付面と反対側の機外方側の内周面に嵌合面より大径に形成された冷却用環状溝と、冷却用環状溝の溝幅内に第 1 密封環の第 1 シール面と第 2 密封環の相対シール面が配置されているとともに、冷却用環状溝内に連通する冷却用流体通路を有するものである。
【００２２】
この請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置では、取付部品には第１密封環のシール面と第２密封環の相対シール面を覆う冷却用環状溝を有するので、冷却用環状溝内に連通する冷却用流体通路から供給された冷却用流体（クエンチング流体）は、冷却用環状溝内を循環して流れ、摺動時に発熱するシール面近傍を直接冷却して各密封環の発熱温度を低減することが可能になる。このため、シール面が摺動により発熱しても効果的に冷却し、摺動する両シール面が熱変形により破損するのを効果的に防止することが可能になる。また、冷却用環状溝内の冷却用流体と間隙内のフラッシング流体とは、両シール面を境にして径方向両側に介在していので、冷却用環状溝内を流れる冷却用流体は、シール面と相対シール面との間から外径方へ漏洩しようとする被密封流体を阻止するとともに、シール面と相対シール面との間に漏洩した被密封流体が摺動熱により加熱されて徐々に固形化するのをシール面から洗い流し、シール面が摩耗するのを防止できる効果を奏する。
【００２３】
請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置は、第２密封環には相対シール面の外周側を機外方へ切り欠いたテーパ面を有し、前記冷却用環状溝内が前記テーパ面も覆うものである。
【００２４】
この請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置では、第２密封環に相対シール面の外周からテーパ面を設けることにより、第１密封環と第２密封環のシール面を中心として外周側全体を覆うように冷却用環状溝が形成できる。そして、冷却用環状溝内のシール面寄りを流れる冷却用流体により、第１密封環と第２密封環を効果的に冷却することが可能になる。このために、シール面の熱による変形を防止してシール面の密封能力を発揮させることが可能になる。また、間隙側の被密封流体がシール面間から外径方向へ漏洩しようとしても、テーパ面を設けたことにより、両シール面に近い側をより多く流れるようにした冷却用流体により、被密封流体がシール面間から外径方向へ漏洩しようとするのを冷却用流体の流量によって阻止するとともに、被密封流体が摺動熱によって徐々に固形化する外周側のシール面間を洗浄することができる。このためにシール面は、シール効果の向上とともに、摩耗するのを防止できる。
【００２５】
請求項６に係わる本発明のメカニカルシール装置は、前記弾発手段は複数のコイルスプリングに構成されて被密封流体に接触しない位置で前記取付部品の複数箇所のばね座と前記各ばね座に対応する前記第１密封環のばね座とに着座しているものである。
【００２６】
この請求項６に係わる本発明のメカニカルシール装置では、第１密封環を押圧する弾発手段が複数のコイルスプリングに構成されて被密封流体に接触しないようにシールリングより大気側の位置に各々配置されているので、被密封流体に含む付着物により、腐食や、錆の発生を防止できる。このため、コイルスプリングの弾発機能を発揮して第１密封環と第２密封環とを常に密接させて密封能力を向上させる効果が期待できる。その上、複数のコイルスプリングに構成されているので、メカニカルシール装置は小型化することができるとともに、コストを低減できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる実施の形態のメカニカルシール装置１を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、特許用の概念図ではなく、実験データを基にした寸法関係が正確な設計図である。
【００２８】
図１は、本発明に係わるメカニカルシール装置１を装置本体（スタフィングボックス）６０と回転軸７０の外面にカートリッジとして装着した断面図である。又、図２は、図１のメカニカルシール装置１を回転軸７０に嵌合した軸方向平面図である。
【００２９】
図１は、本発明に係わる第１実施の形態のメカニカルシール装置１を示すものである。この図１のメカニカルシール装置１は、装置本体６０の外面６１に取り付けられるシールフランジ３０と回転軸７０に嵌着されるシールカラー５０とをセットプレート５５により位置決めして取り付けられる。
【００３０】
装置本体６０に取り付けられるシールフランジ（取付部品）３０は、図２に示すように、円板環状を成すと共に、円板の周方向に沿って４等配に固定溝４５が設けられている。図１のシールフランジ３０の左側の端面（この端面を取付面という）は、装置本体６０の外面６１と接合するとともに、この固定溝４５に、ボルト６３を介して装置本体６０に取り付けられる。
このシールフランジ３０の内周面は、嵌合面３１と冷却用環状溝３２と絞り面３３とを設けている。
又、シールフランジ３０には、外周面に沿って等配に２〜３個の冷却用流体通路４０と、１個のフラッシングポート ４１と、その外にドレン孔４０Ａが設けられている。この冷却用流体通路４０は、図示省略の外方の配管と接続可能な管用ねじ部から内周面の冷却用環状溝３２へ連通するように形成されている。そして、この冷却用流体通路４０からクエンチング液（冷却用流体とも言う）が直接にシール面６、１２に注水されて、このシール面６、１２の摺動発熱を冷却する。
又、フラッシングポート４１はシールフランジ３０の外方の配管と接続可能な管用ねじ部から内周面に貫通している。そして、断続的に注水される清水（フラッシング流体とも言う）により固定用密封環３などの被密封流体と接する通路用内周面（以下、単に内周面と言う）８が洗浄される。
又、ドレン孔４０Ａは、冷却用流体通路４０から注水された冷却用流体を排出するものである。
【００３１】
シールフランジ３０の内周面に設けた嵌合面３１には、固定用密封環（第１密封環）３の移動周面が機外方から取付面側の軸方向へ挿入されて移動自在に嵌合している。固定用密封環３は、嵌合面３１との間をシールするＯリング用の取付溝４が形成されている。この取付溝４は、溝の一方側である固定用密封環３の端面側が嵌合面３１に対して間隔Ｄを大きく形成した一実施例のものである。尚、この間隔Ｄを小さく形成した他の実施例も採用されている。
そして、この取付溝４には、Ｏリング（シールリング）５が取り付けられている。Ｏリング５の材質は、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ＥＰＤＭ、パーフロロエラストマなどが用いられる。
【００３２】
更に、固定用密封環３は、取付溝４と反対側の端面にはシール面６が形成されている。又、外周側はフランジ部３Ｆに形成されており、このフランジ３Ｆには案内溝７が形成されている。そして、案内溝７は、冷却用環状溝３２の側面に形成された嵌着穴に嵌着した固定ピン３５と係止している。この固定ピン３５と案内溝７は軸方向へ相対移動すると共に、周方向へは係止されている。
又、このフランジ部３Ｆには、周方向へ複数のばね座が設けられて等配に設けられたコイルスプリング９が着座して固定用密封環３を押圧している。
更に、固定用密封環３の内周面８は、回転軸７０の外周面７１に対して大きな間隙Ｈに形成されてスラリーを含む被密封流体が固形化して目詰まりすることなく流通できるように成されている。この固定用密封環３は、炭化珪素、カーボンその他セラミックスなどから製作されている。
【００３３】
液体シール装置２を構成する他方の回転用密封環（第２密封環）１０は回転軸７０に嵌着したシールカラー５０と嵌合して保持されている。
シールカラー５０は、回転軸７０に対してＯリングを介して密封に嵌着すると共に、セットスクリュー５１により固定されている。そして、回転用密封環１０の内周面は、シールカラー５０の嵌着面にＯリングを介して密封嵌合すると共に、回転用密封環１０の側面に形成された凹部とシールカラー５０の穴に嵌着した固定ピン５２とは、周り止めに係止している。
【００３４】
又、回転用密封環１０の一端には相対シール面１２が形成されている。この相対シール面１２は、固定用密封環３のシール面６と密封に接触する。更に、回転用密封環１０の外周面には、外周密封面１３が設けられており、シールフランジ３０の絞り面３３と近接に嵌合して冷却用流体通路４０から注入される流体をシールする。この絞り面３３と外周密封面４０とは絞り密封作用を発揮して流体をシールする。回転用密封環１０は、炭化珪素、カーボン、その他のセラミックスなどの材質から製作される。
【００３５】
シールフランジ３０には、装置本体６０との間にガスケット３４を設けている。ガスケットの内周面３４Ａは回転軸７０と近接状態に嵌合している。このガスケットは、樹脂又は金属などの材質から製作されている。そして、フラッシングポート４１から射出された清水は、ガスケットに当接して取付溝４及びＯリング５を洗浄すると共に間隙Ｈを通過して間隙Ｈに付着する固形物を洗浄する。同時に、シール面６の内周面を洗浄すると共に、シール面６、１２に異物が侵入しないように作用する。
【００３６】
更に、シールフランジ３０は、内周面の冷却用環状溝３２をシール面６に対して容積が大きくなるように軸方向に大きく形成されている。この冷却用環状溝３２の一方の側面３２Ａは、固定用密封環３の取付溝４の近くに形成されており、更に、他方の側面３２Ｂは回転用密封環１０の中間に形成されている。そして、冷却用流体通路４０から注入されるクエンチング液は直接にシール面６へ射出されるように成されている。又、冷却用環状溝３２は固定用密封環３と回転用密封環１０とを覆うように大きく形成されているから、両密封環３、１０が互いに摺動して摩擦により発熱しても、この冷却用環状溝３２の容積により冷却される効果が大きい。
【００３７】
又、この冷却用環状溝３２より大気側（機外方とも言う）には、円筒状に延在する筒部３６が形成されている。この筒部３６の内周面は絞り面３３に形成されている。この絞り面３３は、回転用密封環１０の外周密封面１３と近接状態に嵌合して、絞りシール機能部を構成する。更に、筒部３６の端部外周にはフランジが形成されており、このフランジは位置決部３７に構成している。
また、シールランジ３０に形成されたフラッシングポート４１は、内周面に於ける固定用密封環３に形成された取付溝４の近傍に貫通している。そして、フラッシングポート４１から射出される清水（フラッシング流体とも言う）により取付溝４及びＯリング５に付着した被密封流体に含む固形物（付着物）を効果的に洗浄する。特に、取付溝４は、フラッシングポート４１側が間隔Ｄに形成されているから、取付溝４に入り込んだスラリー及び高粘度の固形物等は容易に排除される。
【００３８】
この様に構成されたシールフランジ３０とシールカラー５０は、セットプレート５５により位置決めして取り付けられる。セットプレート５５は、仮想線で示すような断面に形成されており、シールカラー５０の周面に等配に複数個のセットプレート５５がソケットボルト５９により固定されている。そして、セットプレート５５に形成された係合溝５６を位置決部３７に係止させて、シールフランジ３０とシールカラー５０とを位置決めして配置する。
【００３９】
図３は、本発明に係わる第２実施の形態のメカニカルシール装置１の断面図である。
図３に示すメカニカルシール装置１は、図１に示すメカニカルシール装置１と全体的にはほぼ同一構成である。相違する点は、ガスケット３４が樹脂材により形成されている。そして、ガスケット３４の内周面３４Ａは、回転軸７０の外周面７１と嵌合してシールしている。
このため、フラッシングポート４１から断続的又は連続に射出される清水により取付溝４及びＯリング５が確実に洗浄されると共に、間隙Ｈやシール面６の内側が洗浄されながら冷却される。そして、シール面６の摺動に伴う発熱を洗浄と共に、冷却する。又、固定用密封環３は洗浄により摺動性が良くなるから、固定用密封環３のシール面圧に対する応答性が向上する。
【００４０】
又、シールフランジ３０に於ける冷却用環状溝３２の他方の側面３２Ｂには円板状のゴム材製シールリップ３８が設けられている。このシールリップ３８の内周面３８Ａは、回転用密封環１０の外周密封面１３（傾斜面１３Ａの一辺が小さい場合）又は傾斜面１３Ａと近接又は密接状態に嵌合している。このシールリップ３８により冷却用環状溝３２内は確実にシールされて冷却されると共に、冷却用環状溝３２内の下部に設けられた図示省略のドレン孔４１Ａから注水は排出される。
【００４１】
図４は、本発明に係わる第３実施の形態のメカニカルシール装置１の半断面図である。このメカニカルシール装置１は、図１のメカニカルシール装置１と全体としての構造がほぼ同一構成である。相違する点は、ゴム材製のガスケット３４の内径側の内周面３４Ａがシールリップに形成されている点である。そして、ガスケット３４を境界として固定用密封環３側と反対側とはガスケット３４により遮断されている。このため、固定用密封環３側はフラッシングポート４１からの清水の注水により攪乱されて確実に洗浄されると共に、固定用密封環３と回転用密封環１０は十分に冷却される。このために、シール面６及び相対シール面１２は摺動中の発熱が低減されると共に、発熱に伴うシール面６、１２の損傷が効果的に防止される。
【００４２】
又、フラッシングポート４１の嵌合面３１側の貫通孔は取付溝４の間隔Ｄまで連通しており注水時に取付溝４から固形物が確実に洗浄されるように構成されている。このために固定用密封環３は嵌合面３１との摺動抵抗が小さくなるからシール面の面圧の応答性が良好になり、シール能力が向上する。
更に、シールフランジ３０に形成された冷却用環状溝３２の他方の側面３２Ｂは、シール面６より回転用密封環１０側へ幅寸法Ａだけ大きく形成されている。そして、この幅寸法Ａは回転用密封環１０の軸方向長さの半分くらいまで大きくすると良い。又、回転用密封環１０には，幅寸法Ａを一辺とする傾斜面１３Ａを設けると良い。
更に、回転用密封環１０の外周密封面１３と絞り面３３との絞り間隙Ｂは接触しない範囲内にすると共に、できるだけ近接させると良い。
【００４３】
上述のように構成されたメカニカルシール装置１では、従来技術のようなスリーブが不要になるので、固定用密封環３の間隔Ｄや間隔Ｈを大きくすることが可能になる。このためにスラリーを含む被密封流体或は高粘度の被密封流体が固定用密封環３等に付着しても洗浄して確実に洗い落とすことが可能になる。又、高粘度な被密封流体の固形物の目詰まりを防止できると共に、固定用密封環３や回転用密封環１０の摺動面の発熱を確実に冷却することが可能になる。
【００４４】
又、固定用密封環３を弾発に押圧するスプリング９や固定ピン３５、５２は被密封流体と接触しない大気側に配置されているから、被密封流体による錆や腐食を防止することが可能になる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係わるメカニカルシール装置によれば、以下のような効果を奏する。請求項１に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、第１密封環は軸との間に被密封流体が通過可能な間隙を有すると共に、フラッシングポートとシール面内周側とは被密封流体が流通可能な間隙を介して連通しているので、フラッシングポートから清水が注水されると、弾発手段で押圧される第１密封環の被密封流体が接触している全面が洗浄される。このため、第１密封環には、被密封流体のスラリー又は高粘度の被密封流体の固形物が付着して目詰まりすることもないので、第１密封環の嵌合摺動の動きが阻害されることなく、シール面の面圧の応答性が発揮され、シール面の密封効果が向上する。
【００４６】
又、メカニカルシール装置は、装置本体に外装された取付部品に内装されているから、装置本体の構造に関係なく、第１密封環と軸との間隙を十分に広く設計することが可能になる。このために、被密封流体の流れも良くなり、第１密封環に高粘度の被密封流体が固形化して付着するのを防止し、又は、被密封流体に含むスラリーが付着したり、部品の間隙に目詰まりするのも効果的に防止することが可能になる。
【００４７】
請求項２に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、第１密封環と取付部品との嵌合間の取付溝にシールリングを有すると共に、フラッシングポートは取付溝の近傍の内周面に貫通しているので、シールリングと取付溝との間にスラリー等が付着して第１密封環の作動が悪化するのを効果的に防止し、第１密封環の面圧の応答性を良好にする効果を奏する。
【００４８】
請求項３に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、フラッシングポートから清水がフラッシングされたときに、ガスケットにより流入方向が変えられて乱流が起こり、シールリングが取り付けられる取付溝の近傍が強く洗浄されるとともに、第１密封環の内周面並びにシール面側を洗浄することが可能になる。そして、高粘度の被密封流体が第１密封環に付着して固形化したり、狭い間隙に固形物が付着して間隙通路を塞ぎ、第１密封環の作動を阻害してシール能力が低下するのを効果的に防止する。
【００４９】
請求項４に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、取付部品には内周面に嵌合した第１密封環のシール面を外径側から覆う形の冷却用環状溝を有するとともに、冷却用環状溝に連通する冷却用流体通路を有するので、第１密封環と第２密封環とが摺動して発熱するシール面近傍をクエンチング流体により直接冷却することが可能になる。このため、シール面が摺動中に発熱しても急速に冷却して両シール面が熱変形により破損するのを効果的に防止する。また、冷却用環状溝内の冷却用流体と隙内のクエンチング流体とはシール面を境にして径方向両側にあるので、冷却用環状溝内を流れる冷却用流体は、シール面と相対シール面との間から外径方へ漏洩しようとする被密封流体を阻止するとともに、シール面と相対シール面との間から漏洩した被密封流体が摺動熱により徐々に固形化するのをシール面から洗い流してシール面が摩耗するのを効果的に防止できる。
【００５０】
請求項５に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、第１密封環と第２密封環のシール面を中心として外周側全体を覆うように冷却用環状溝が大きく形成されているから、第１密封環と第２密封環を効果的に冷却することが可能になる。このために、シール面の発熱による平面度の変形を防止し、シール面の密封能力を保持する効果が期待できる。
【００５１】
請求項６に係わる本発明のメカニカルシール装置によれば、第１密封環と第２密封環の固定ピン又は弾発手段が被密封流体に接触しないようにシール面より大気側に配置されているので、固定ピンや弾発手段が被密封流体により腐食したり錆たりして機能を低下させられることもなく、第１密封環と第２密封環の作動特性が発揮され、密封能力が向上する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係わるメカニカルシール装置を装着した断面図である。
【図２】図１に示すメカニカルシール装置を軸に取り付けた軸方向平面図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係わるメカニカルシール装置を装着した断面図である。
【図４】本発明の第３実施の形態に係わるメカニカルシール装置を装着した半断面図である。
【図５】従来のメカニカルシールの半断面図である。
【図６】図５の軸方向の平面図である。
【符号の説明】
１ メカニカルシール装置
２ 液体シール装置
３ 固定用密封環（第１密封環）
３Ｆ フランジ部
４ 取付溝
５ Ｏリング（シールリング）
６ シール面
７ 案内溝
８ 内周面
９ スプリング（弾発手段）
１０ 回転用密封環（第２密封環）
１１ 凹部
１２ 相対シール面
１３ 外周密封面
３０ シールフランジ（取付部品）
３１ 嵌合面
３２ 冷却用環状溝
３２Ａ 一方の側面
３２Ｂ 他方の側面
３３ 絞り面
３４ ガスケット
３４Ａ 内周面
３５ 固定ピン
３６ 筒部
３７ 位置決部
３８ シールリップ
４０ 冷却用流体通路
４０Ａ ドレン孔
４１ フラッシングポート
４５ 固定溝
５０ シールカラー（カラー）
５１ セットスクリュー
５２ 固定ピン
６０ 装置本体
６３ ボルト
７０ 回転軸（軸）
７１ 外周面
Ｄ 間隔
Ｈ 間隙

Claims (6)

1. 軸と前記軸が内在する内周面を設けた取付部品との間に流れる被密封流体をシール面の内周側でシールするメカニカルシール装置であって、
   前記装置本体の外面に取り付けられる取付面と、前記軸が内在する前記内周面に設けた嵌合面と、前記嵌合面より前記取付面側の前記内周面に貫通したフラッシングポートとを有する取付部品と、
   前記取付部品の前記嵌合面に対して前記取付面とは反対の機外方側から移動自在に嵌合する移動周面と、前記取付部品と係止して回動しないように支持されるフランジ部と、前記軸と遊合する通路用内周面と、前記移動周面とは反対側の先端に設けられたシール面とを有する第１密封環と、
   前記第１密封環の前記移動周面と前記取付部品の前記嵌合面との間に配置されて嵌合面間をシールするシールリンと、
   前記第１密封環を前記シール面側へ弾発に押圧する弾発手段と、
   前記第１密封環の前記シール面と密接可能な相対シール面を有する第２密封環と、
   前記第２密封環を密封に保持するとともに、前記軸に密封に固着して前記相対シール面を前記シール面に対向密接させるシールカラーとを具備し、
   前記第１密封環の前記通路用内周面と前記軸との間に形成される間隙が前記第１密封環の被密封流体と接する端面側で前記フラッシングポートと連通し、前記フラッシングポートから流出するフラッシング流体が前記第１密封環の端面側と前記間隙と前記両シール面側の内周面をフラッシングすることを特徴とするメカニカルシール装置。
2. 前記シールリングは前記第１密封環の移動周面の端部に設けられた取付溝に配置されているとともに、前記フラッシングポートは前記第１密封環の前記端部寄りの前記内周面に貫通す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装置。
3. 前記取付部品に、又は前記装置本体に、或いは前記取付部品と前記装置本体との接合間に、外周部が密封に保持されて内周面が前記軸に密封嵌合又は遊合して前記フラッシングポートからのフラッシング流体の流れを変えて前記間隙内へ流入させる環状のガスケットを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のメカニカルシール装置。
4. 前記取付部品には嵌合面より前記取付面と反対側の機外方側の内周面に前記嵌合面より大径に形成された冷却用環状溝と、前記冷却用環状溝の溝幅内に前記第 1 密封環の前記第 1 シール面と前記第 2 密封環の前記相対シール面が配置されているとともに、前記冷却用環状溝内に連通する冷却用流体通路を有す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装置。
5. 前記第２密封環には前記相対シール面の外周側を機外方へ切り欠いたテーパ面を有し、前記冷却用環状溝内が前記テーパ面も覆うことを特徴とする請求項４に記載のメカニカルシール装置。
6. 前記弾発手段は複数のコイルスプリングに構成されて被密封流体に接触しない位置の前記取付部品の複数箇所のばね座と前記各ばね座に対応する前記第１密封環のばね座とに各々着座していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のメカニカシール装置。

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