(57)【要約】【課題】回転軸をシールするダブルメカニカルシールを備え、メカニカルシールの摺動部にスラリー中の固形物が入り込んで噛み込み、シール効果が損なわれることのないようなシール装置を提供する。【解決手段】メカニカルシール４、２１が回転軸側の回転環２２と、ケーシング側の固定環２３と、該固定環２３を回転環２２に押しつけるコイルバネ９とからなり、メカニカルシール間にシール液が注入されるスラリー用粉砕機の軸封装置において、設定圧のシール液を供給する定量ポンプ２９を設け、該ポンプ２９の作動により固定環２３を回転環２２より引き離し、一定の隙間を形成した状態で設定定量のシール液を摺動部２５より機内に流して摺動部２５にスラリー中の固形物が入り込まないようにする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダブルメカニカルシールを備え、メカニカルシール間にシール液が注入されるスラリー用粉砕機の軸封装置における、メカニカルシールの回転環と固定環との摺動部にスラリー中の固形物が入りこむのを防止するシール方法であって、シール液にスラリーとは化学反応を生じないシール液を用い、運転中、固定環の回転環への押付力よりも固定環の引き離し力を大にして、固定環と回転環の隙間を拡大させ、ある隙間にした状態で、該隙間を通して設定量のシール液を機内に通すようにしたことを特徴とするシール方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法を実施する装置であって、ダブルメカニカルシールを備え、メカニカルシール間にシール液が注入されるスラリー用粉砕機の軸封装置において、メカニカルシールが回転軸側の回転環と、ケーシング側の固定環と、該固定環を回転環に押しつけるバネとからなると共に、シール液を液圧ｐで回転環と固定環の摺動部に注入する注入手段を設け、かつ下記（１）〜（３）式を満たすことを特徴とする。
Ａ１＜Ａ２                                                    （１）
Ｐ ＜ｐ                                                       （２）
Ｐ・Ａ３＋（ｐ＋Δｐ）・Ａ１＋（Ｎ＋ΔＮ）＝（ｐ＋Δｐ）・Ａ２  （３）
ここで、Ａ１は固定環を回転環に押付ける方向にシール圧が作用する固定環の受圧面積、Ａ２は固定環を回転環より引き離す方向にシール圧が作用する固定環の受圧面積、Ａ３は固定環を回転環に押付ける方向に機内圧Ｐが作用する固定環の受圧面積、Ｎ＋ΔＮは、前記液圧ｐのシール液の注入により前記隙間が開き、これにより増加したシール圧ｐ＋Δｐと均衡したときのバネのバネ力である。
【請求項３】
固定環と回転環との摺動部が固定環より大径をなすことを特徴とする請求項２記載の粉砕機。
【請求項４】
注入手段が定量ポンプであることを特徴とする請求項２又は３記載の粉砕機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形物を含むスラリーを取扱うポンプ、分散機、撹拌機、粉砕機等（以下、これらを総称して単に粉砕機という。したがって本発明において粉砕機とは、ポンプ、分散機、撹拌機、粉砕機等を含むものとなる。）に設けられ、メカニカルシールを備えた軸封装置において、メカニカルシールの回転環と固定環との摺動部にスラリー中の固形物が入り込んで噛みこむことによりシール効果が損なわれるのを防止する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールは、回転軸に取付けられる回転環と、該回転環に押付けられるケーシング側の固定環よりなり、スラリーを取扱う粉砕機では、回転軸の軸封装置として、メカニカルシールを回転軸の軸方向に一対配置し、メカニカルシール間にシール液を注入して回転環と固定環の摺動部の潤滑と冷却を行うダブルメカニカルシールが多く採用されている。
【０００３】
図１は、この種粉砕機用ダブルメカニカルシールの一例を示すもので、粉砕機のケーシング１に固定の本体２には、その左右にそれぞれメカニカルシール３、４が取付けられている。このうち、メカニカルシール３は、回転軸５に取着されるスリーブ６のケーシング内に突出する端部に取付けられる回転環７と、本体２に取付けられるケーシング側の固定環８と、該固定環８を回転環７に押付けるコイルバネ９とよりなっている。図中、１１及び１２はｏリングである。メカニカルシール４も、その基本構造はメカニカルシール３と同じであり、説明を省略する。
【０００４】
メカニカルシール３、４間には、回転環７と固定環８の摺動部１４の潤滑と冷却を行うためにシール液が注入される。このシール液は図２に示す循環用ポンプ１７によってタンク１６から注入口１８に注入され、回転環７と固定環８の摺動部１４の潤滑と冷却を行ったのち注出口１９より注出されてタンク１６に戻されるサイクルで循環されるようになっており、シール液の液圧（以下、単にシール圧という）を上げるため図示していないが、抽出口１９からタンク１６に至る流路上にリリーフ弁が設けられている。タンク１６に戻されたシール液は、タンク１６のジャケット１６ａに通される冷却水によって冷却される。
【０００５】
シールが行われるときの図１に示す摺動部に作用する軸方向の力は、シール圧による固定環８の回転環７への押付力をＦ１、コイルバネ９による固定環８の回転環７への押付力をＮ、シール圧により固定環８を回転環７より引離す方向に押戻す押戻し力をＦ２とすると、
Ｆ１＋Ｎ＞Ｆ２
の関係があり、これにより固定環８は回転環７に押付けられ、シールされるようになっている。ここでＦ１は図３において、固定環８の内外の径をｄ１及びｄ２とし、シール圧をｐ´とすると、Ｆ１＝π／４・（ｄ１２−ｄ２２）・ｐ´で表され、Ｆ２は固定環８と回転環７が接触する摺動部１４までの径をｄ３とすると、Ｆ２＝π／４・（ｄ３２−ｄ２２）・ｐ´で表される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スラリーを取扱う粉砕機において用いられるダブルメカニカルシールよりなる軸封装置では、シール圧は機内圧よりも高く設定され、摺動部の隙間も数μｍ以下に設定されているが、それにもかかわらず、スラリー中の固形物が摺動部の隙間に入り込んで噛み込み、シール効果を損なうことがある。こうした固形物の噛み込みは、摺動部の隙間が運転中の回転軸の振動によって開くことにより生ずるものと考えられる。
【０００７】
本発明は、メカニカルシールの回転環と固定環との摺動部にスラリー中の固形物が入り込むのを防止し、シール効果を安定して維持させることができるシール方法及び装置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】
請求項１に係わる発明は、ダブルメカニカルシールを備え、メカニカルシール間にシール液が注入されるスラリー用粉砕機の軸封装置における、メカニカルシールの回転環と固定環との摺動部にスラリー中の固形物が入りこむのを防止するシール方法であって、シール液にスラリーとは化学反応を生じないシール液を用い、運転中、固定環の回転環への押付力よりも固定環の引き離し力を大にして、固定環と回転環の隙間を拡大させ、ある隙間にした状態で、該隙間を通して設定量のシール液を機内に通すようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係わる発明は、請求項１に係わる発明を実施する装置に関するもので、ダブルメカニカルシールを備え、メカニカルシール間にシール液が注入されるスラリー用粉砕機の軸封装置において、メカニカルシールが回転軸側の回転環と、ケーシング側の固定環と、該固定環を回転環に押しつけるバネとからなると共に、シール液を液圧ｐで回転環と固定環の摺動部に注入する注入手段を設け、かつ下記（１）〜（３）式を満たすことを特徴とする。
Ａ１＜Ａ２                                                        （１）
Ｐ ＜ｐ                                                          （２）
Ｐ・Ａ３＋（ｐ＋Δｐ）・Ａ１＋（Ｎ＋ΔＮ）＝（ｐ＋Δｐ）・Ａ２     （３）
ここで、Ａ１は固定環を回転環に押付ける方向にシール圧が作用する固定環の受圧面積、Ａ２は固定環を回転環より引き離す方向にシール圧が作用する固定環の受圧面積、Ａ３は固定環を回転環に押付ける方向に機内圧Ｐが作用する固定環の受圧面積、Ｎ＋ΔＮは、前記液圧ｐのシール液の注入により前記隙間が開き、これにより増加したシール圧ｐ＋Δｐと均衡したときのバネのバネ力である。
【００１０】
請求項３に係わる発明は、請求項２に係わる発明において、固定環と回転環との摺動部が固定環より大径をなすことを特徴とし、
請求項４に係わる発明は、請求項２又は３に係わる発明において、注入手段が定量ポンプであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、運転中、固定環を回転環に押付ける押付力よりも回転環より引離す力が大となるため、固定環と回転環の摺動部の隙間が若干拡大してある隙間となり、機内圧Ｐより圧力の大なるシール液が前記隙間を通して機内に僅かな量であるが設定量ずつ常時流入し、これにより摺動部にスラリー中の固形物が入り込むのが防止され、シール効果を安定して維持させることができる。またポンプに定量ポンプを用いることによりシール液の流入を設定量で供給することができる。なお、定量ポンプが脈流を生ずるタイプのものである場合には、脈流を避けるためアキュムレータを設ける必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のダブルメカニカルシールの断面図。
【図２】シール液の循環経路を示す図。
【図３】図１に示すメカニカルシールの断面図。
【図４】本発明に係わるダブルメカニカルシールの断面図。
【図５】本発明に係わるシール液の循環経路を示す図。
【図６】図４に示すメカニカルシールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面により説明する。図中、図１〜図３に示す従来構造と同一構造部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
図４は、本発明に係わる回転軸１の軸封装置を構成する粉砕機用ダブルメカニカルシールを示すもので、ケーシング１に固定の本体２には、その左右にメカニカルシール２１、４が取付けられている。
【００１４】
メカニカルシール２１は、回転軸５に取着されるスリーブ６のケーシング１内に突出する端部に取付けられる回転環２２と、本体２に取付けられるケーシング側の固定環２３と、該固定環２３を回転環２２に押付けるバネとしてのコイルバネ９よりなり、回転環２２は固定環２３に向かって径が漸次拡大して形成され、また固定環２３は一側に回転環２２に向かって径が拡大するテーパ部２４を有し、最大径のテーパ部端は固定環２３より大径で、回転環２２に押付けられ、回転環２２が摺動する摺動部２５となっている。
【００１５】
ここでテーパ部２４の内面にはシール液によるシール圧ｐが作用し、外面にはスラリーの機内圧Ｐが作用するようになっており、固定環２３を回転環２２に押付ける方向にシール液のシール圧が作用する固定環側端面の受圧面積Ａ１は、図６に示すように固定環側端面の内外の径をそれぞれＤ３及びＤ２とすると、Ａ１＝π／４（Ｄ３２−Ｄ２２）で表され、固定環２３を回転環２２より引き離す方向にシール液のシール圧ｐが作用するテーパ部内面の受圧面積Ａ２は摺動部２５までの径をＤ１とすると、Ａ２＝π／４（Ｄ１２−Ｄ２２）で表される。また機内圧Ｐが作用するテーパ部外面の受圧面積Ａ３は、テーパ部端の外径をＤ４とすると、Ａ３＝π／４（Ｄ４２−Ｄ３２）で表される。またコイルバネ９のバネ力をＮとすると、固定環２３を回転環２２に押し付ける軸方向の力はｐ・Ａ１＋Ｐ・Ａ３＋Ｎとなり、この力よりも固定環２３を回転環２２より引き離す軸方向の力ｐ・Ａ２が大となり、Ｐ・Ａ３＋ｐ・Ａ１＋Ｎ＜ｐ・Ａ２となると、固定環２３が回転環２２より引離され、固定環２３と回転環２２の隙間が拡大する。
【００１６】
上記隙間が拡大すると、バネ力Ｎが増加すると共に、シール圧ｐが増加し、シール圧がｐ＋Δｐに増加し、かつバネ圧がＮ＋ΔＮに増加して均衡したとき、すなわち下記（３）式を満たすとき上記隙間が一定に維持され、ｐ＋Δｐのシール圧でシール液が機内に流入する。
Ｐ・Ａ３＋（ｐ＋Δｐ）・Ａ１＋（Ｎ＋ΔＮ）＝（ｐ＋Δｐ）・Ａ２     （３）
【００１７】
図５は図２と同様のシール液の循環経路を示すもので、図２と異なる点は、シール液を循環させる循環用ポンプ２７のほかに設定のシール圧ｐのシール液を摺動部２５に注入する注入手段としてのポンプ２９を設け、かつ注出口１９からタンク１６に至る流路上のリリーフ弁を省いたことである。図２に示す従来の循環用ポンプ１７は、リリーフ弁の存在によりシール圧ｐ´を発生させるが、前述の循環用ポンプ２７は、これと異なり、循環時に発生する圧力損失に相当する圧力のみを発生させ、シール液を循環させる機能のみを有するものである。これに対しポンプ２９は、循環用ポンプ２７が発生する圧力よりも大きな圧力のシール圧ｐを発生させるものである。
【００１８】
ポンプ２９の駆動によりシール圧ｐが発生し、この圧力でシール液がメカニカルシール２１間に注入されると、固定環２３と回転環２２との摺動部２５の隙間が拡大するが、その拡大は前記（３）式を満たした段階で停止して一定に維持され、これにより、機内圧Ｐより高圧のｐ＋Δｐのシール液が摺動部２５を通って機内に流れ、摺動部２５にスラリー中の固形物が入り込むのを防止する。図１に示す従来の機構では、シール圧をｐ´よりｐにし、更にｐより上げても、固定環８の回転環７への押付力が強くなるだけで摺動部１４にシール液を通すことはできないが、本機構により前記（３）式が満たされる条件のもとでポンプ２９作動中は常時、摺動部２５に設定量のシール液を通すことが可能になる。
【００１９】
前述の実施形態において、ポンプ２９の駆動が停止され、シール圧が低下すると、固定環２３が回転環２２に押付けられてシール液が摺動部２５に流れるのが停止される。
本実施形態のポンプ２９としては、遠心ポンプを用いることもできるが、好ましくは定量ポンプが用いられる。その理由は、遠心ポンプを用いた場合、シール液を摺動部２５に供給すると、機内圧Ｐが変動したとき、摺動部２５を流れるシール液の流量が変化し、機内圧Ｐが低下すると、必要量以上のシール液が摺動部２５を流れるようになるが、定量ポンプを使用すると、機内圧Ｐが変動しても、シール液の流量は変わらず、摺動部２５に定量ずつ流れるようになる。この場合にはしたがって、定量ポンプは摺動部２５を流れる流量に相当するシール液を供給するものとなる。なお、定量ポンプを用いる場合、該定量ポンプが脈流を生ずるものである場合には、脈流を避けるためにアキュムレータが設けられる。
【００２０】
シール液をメカニカルシール２１間に注入する手段としては、前述のポンプ２９のほか、タンク１６から供給されるシール液に設定圧ｐを掛けるために、例えばタンク１６に注入される高圧ガス、好ましくは圧縮空気を用いることができ、また図２に示す従来技術のように、抽出口１９からタンク１６に至る流路上にリリーフ弁を設けて循環用ポンプ２７のみでシール液を設定圧にすることも可能である。この場合にはしたがって循環用ポンプとリリーフ弁が注入手段を構成するものとなる。
【００２１】
本実施形態で用いられるシール液としては、スラリーと化学反応を生じないようなものであればよく、とくに限定されない。こうしたものとしては例えばスラリーの溶液と同じ溶液、好ましくは水が用いられる。
【００２２】
図５に示される実施形態では、シール液を冷却するのにタンク１６がジャケット１６ａを備え、該ジャケット１６ａに冷却水を通すことによってシール液を冷却するようになっているが、ジャケット１６ａを設けるのに代えて熱交換機を設け、これにより注出口１９を出たシール液を冷却するようにしてもよい。
また前述のテーパ部２４は軸と直交するクランクアーム形状をなしていてもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１・・ケーシング
２・・本体
３、４、２１・・メカニカルシール
５・・回転軸
７、２２・・回転環
８、２３・・固定環
９・・コイルバネ
１４、２５・・摺動部
１６・・タンク
１７、２７・・循環用ポンプ
１８・・注入口
１９・・注出口
２４・・テーパ部
２９・・ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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