(57)【要約】      （修正有）【課題】摺動部で発生した熱を効率的に除去するとともに、摺動面へのスラッジの噛み込みを抑制することができるメカニカルシールを提供する。【解決手段】回転軸Ｓに固定された回転環２２と回転軸が貫通する機体側部材１４に連結された静止環３６との間の摺動接触により回転軸の周囲をシールするメカニカルシール１０であって、シール流体Ｅが収容された円筒状の被密閉空間１６と、回転環および静止環が内部に配置される径方向内方部分１６ａと、径方向外方部分１６ｂとに分割する円筒状シャワーリテーナと、被密封空間の一端側から径方向内方部分内にシール流体を送り込み、シール流体を被密封空間内で循環させる循環装置２６とを備え、シャワーリテーナが、被密封空間の他端側に形成された開口を有し、循環装置により一端側から径方向内方空間に送り込まれたシール流体を他端側で径方向外方空間に導くように構成したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定された回転環と該回転軸が貫通する機体側部材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、
前記回転環と静止環とが配置されシール流体が収容された円筒状の軸封部である被密閉空間と、
前記被密閉空間を、前記回転環および静止環が内部に配置される径方向内方部分と、該径方向内方部分の径方向外方に位置する径方向外方部分とに分割する円筒状のシャワーリテーナと、
前記被密封空間の一端側から前記径方向内方部分内に前記シール流体を送り込み、該シール流体を前記被密封空間内で循環させる循環装置と、を備え、
前記シャワーリテーナが、前記被密封空間の他端側に形成された開口を有し、前記循環装置によって、一端側から前記径方向内方空間に送り込まれたシール流体を他端側で前記径方向外方空間に導くように構成されている、
ことを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
前記機体側部材の前記径方向外方空間の外方位置に、ポンプジャケットが形成されている、
請求項１に記載のメカニカルシール。
【請求項３】
前記回転環が、前記径方向内方空間内で前記静止環の一端側位置に配置され、
前記メカニカルシールは、更に、
前記径方向内方空間内で前記静止環の他端側位置に配置され、前記静止環を前記回転環に向けて付勢する付勢手段を備え、
前記開口が、前記付勢手段より他端側に設けられた開口部を備えている、
請求項１または２に記載のメカニカルシール。
【請求項４】
前記付勢手段が、金属ベローズである、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項５】
前記開口が、前記付勢手段より一端側に設けられた貫通孔を備えている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項６】
前記循環装置が、前記回転軸に連結された軸流式循環装置である、
静止環１ないし３のいずれか１項に記載のメカニカルシール。
【請求項７】
前記メカニカルシールが、前記被密閉空間への前記シール流体の注入及び前記被密閉空間からのシール流体の排出が行われないデッドエンド仕様メカニカルシールである、
請求項１ないし６のいずれか１項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し、回転環と静止環が配置された軸封部（被密封空間）内でシール流体が循環する形式のメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールは、回転環と静止環の端面を摺動接触させてシールを行うシール装置として種々の分野に広く用いられている。
【０００３】
このようなメカニカルシールには、回転環と静止環が配置された被密封空間内に液体（シール流体）を収容し、このシール流体が回転環と静止環の間の摺動面で生じる熱を除去し、さらに、摺動面で生じた熱によって加熱されたシール流体が外方位置に配置されたジャケット（ポンプジャケット）内の冷媒によって冷却される構成を有する所謂デッドエンド方式のメカニカルシールが知られている（非特許文献１）。
【０００４】
このようなデッドエンド方式のメカニカルシールは、フラッシング配管やクーラ等の補機類が不要であるため、構成がシンプルであるという利点を備えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「メカニカルシールハンドブック」  社団法人  日本産業機械工業会    改訂第３版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したような構成を有するデッドエンド方式のメカニカルシールは、使用状況によっては、摺動部で発生した熱が十分に除去されず、この結果、摺動部の温度が上昇し、摺動面に異常摩耗が発生するという問題を有していた。
【０００７】
さらに、被密封空間内で生じたスラッジを摺動面が噛み込み、摺動面等の摺動部が損傷するという問題も有していた。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、摺動部で発生した熱を効率的に除去するとともに、摺動面へのスラッジの噛み込みを抑制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する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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機体側部材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、
前記回転環と静止環とが配置されシール流体が収容された円筒状の軸封部である被密閉空間と、
前記被密閉空間を、前記回転環および静止環が内部に配置される径方向内方部分と、該径方向内方部分の径方向外方に位置する径方向外方部分とに分割する円筒状のシャワーリテーナと、
前記被密封空間の一端側から前記径方向内方部分内に前記シール流体を送り込み、該シール流体を前記被密封空間内で循環させる循環装置と、を備え、
前記シャワーリテーナが、前記被密封空間の他端側に形成された開口を有し、前記循環装置によって、一端側から前記径方向内方空間に送り込まれたシール流体を他端側で前記径方向外方空間に導くように構成されている、
ことを特徴とするメカニカルシールが提供される。
【００１０】
このような構成によれば、循環装置によって、シール流体が、まず、回転環および静止環が内部に配置された径方向内方部分に被密封空間の一端側から送り込まれ、回転環と静止環の間の摺動面近傍を通って流れた後、被密封空間の他端側で、シャワーリテーナの開口を通して、径方向外方空間に流れ出るように循環するので、摺動部が効率的に冷却されるとともに、摺動部付近のスラッジが除去される。
【００１１】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記機体側部材の前記径方向外方空間の外方位置に、ポンプジャケットが形成されている。
【００１２】
このような構成によれば、循環装置によって、被密封空間の径方向外方部分に導かれたシール流体は、ポンプジャケットに熱伝導で熱を逃がすことによって、効率的に冷却される。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記回転環が、前記径方向内方空間内で前記静止環の一端側位置に配置され、
前記メカニカルシールは、更に、
前記径方向内方空間内で前記静止環の他端側位置に配置され、前記静止環を前記回転環に向けて付勢する付勢手段を備え、
前記開口が、前記付勢手段より他端側に設けられた開口部を備えている。
【００１４】
このような構成によれば、
径方向内方空間に送り込まれたシール流体は、付勢手段近傍に存在するスラッジを同伴しながら、シャワーリテーナの開口を通って径方向外方空間に流入するので、付勢手段近傍からスラッジが除去される。
【００１５】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記付勢手段が、金属ベローズである。
【００１６】
このような構成によれば、
スラッジが堆積し易い金属ベローズ近傍からスラッジが効率的に排除される。
【００１７】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記開口が、前記付勢手段より一端側に設けられた貫通孔を備えている。
【００１８】
このような構成によれば、
径方向内方空間に送り込まれたシール流体は、摺動面近傍に存在するスラッジを同伴しながら、シャワーリテーナの開口を通って径方向外方空間に流入するので、スラッジが摺動面近傍に堆積することが抑制される。
【００１９】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記循環装置が、前記回転軸に連結された軸流式循環装置である。
【００２０】
このような構成によれば、
簡便な構成で、シール流体を循環させることが可能となる。
【００２１】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記メカニカルシールが、前記被密閉空間への前記シール流体の注入及び前記被密閉空間からのシール流体の排出が行われないデッドエンド仕様メカニカルシールである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、摺動部で発生した熱を効率的に除去するとともに、摺動面へのスラッジの噛み込みを抑制することができるメカニカルシールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態のメカニカルシールの構成を示す断面図である。
【図２】図１のメカニカルシールに使用されるシャワーリテーナの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の第１実施形態のメカニカルシールについて図面に沿って説明する。図１は、本実施形態のメカニカルシールの構成を示す断面図である。
【００２５】
本実施形態のメカニカルシール１０は、回転軸に固定された回転環と、この回転軸が貫通する機体側部材に連結された静止環との間の摺動接触によって、回転軸の周囲をシールするメカニカルシールである。
【００２６】
本実施形態のメカニカルシール１０は、モータの回転軸等の回転軸Ｓと、静止側部材（ハウジング）を構成するメカニカルシールカバー１２およびスタッフィングボックス１４等とによって画定される肉厚の略円筒状の空間である軸封部（被密封空間）１６内に配置される。そして、本実施態様のメカニカルシール１０は、この被密封空間１６内に、シール流体Ｅが充填される所謂デッドエンド仕様のメカニカルシールである。
【００２７】
本実施形態のメカニカルシール１０は、回転軸Ｓの連結固定された円筒状のスリーブ１８を備えている。スリーブ１８の機内側端部である一端部（図１の左側）の端部近傍に外方に向かって延びる環状フランジ１８ａを有している。このフランジ１８ａの機外側面に、環状のリテーナ２０を介して、回転環２２がボルト２４によって取付けられている。このような構成によって、回転環２２は、回転軸Ｓと一体的に回転することになる。
【００２８】
一方、スタッフィングボックス１４の機外側に配置されているメカニカルシールカバー１２の径方向内方には、環状部材であるカラー３０が連結固定されている。このカラー３０の機内側には、ベローズ３２を介して、アダプタ３４が配置され、さらに、このアダプタ３４の機内側には、静止環３６が取付けられている。
【００２９】
従来技術のメカニカルシールと同様に、本実施形態のメカニカルシール１０も、静止環３６は、先端面（機内側面）が、回転環２２の先端面（機外側面）と摺動接触し、シール面（摺動面）３８を形成するように構成されている。
【００３０】
ベローズ３２は、打抜き加工等によって波形環状に形成した複数枚の金属製のダイヤフラムを一列に並べ、隣接するダイヤフラムを溶接等で連結して、全体を蛇腹状に形成したものである。このベローズ３２が、アダプタ３４を介して、静止環３６を回転環２２に向けて付勢するように構成される。このような構成によって、本実施態様のメカニカルシール１０では、回転環２２が、軸線方向に移動しないメイティングリングとなり、静止環３６が軸線方向に移動可能なシーリングリングとなる。
【００３１】
また、回転環２２および静止環３６は、従来技術のメカニカルシール同様に、カーボン等の耐摩耗性が高い材料で形成されている。
【００３２】
本実施形態のメカニカルシール１０は、さらに、円筒状のシャワーリテーナ４０を備えている。図２は、シャワーリテーナ４０の構成を示す斜視図である。
シャワーリテーナ４０は、被密封空間１６の外径より小さい外径と、軸流式循環装置２４の外径より大きな内径を有し、軸流式循環装置２４からベローズ３２に至るメカニカルシール１０の構成要素を覆う軸線方向長さを有している。
【００３３】
このような寸法形状を有するシャワーリテーナ４０は、軸流式循環装置２４からベローズ３２を径方向外方位置で覆うにように、回転軸Ｓの中心軸Ｘを中心として、回転軸Ｓと同心状態でハウジングに連結固定されている。
【００３４】
シャワーリテーナ１０は、金属材料で構成された部材であり、図２に示されているように、一端側部分は円筒形状を有し、他端側部分は外周面に外方に向かって延びるフランジ状の断面矩形の突出部４２を有している。また、突出部４２には、約９０度の角度間隔で、突出部４２を厚さ（シャワーリテーナ１０の軸線）方向に貫通する切り欠き部４４が形成されている。さらに、シャワーリテーナ１０の他端側部分は、内径が小さな肉厚部分４６とされている。
【００３５】
さらに、シャワーリテーナ４０は、突出部４２の一端側に、約６０度の角度間隔で形成された６つの貫通孔４８を備え、他端側には、約９０度の角度間隔で形成された４つの開口部５０を備えている。貫通孔４８および開口部５０は、何れも、シャワーリテーナ４０の壁を貫通しており、シャワーリテーナ４０の環状の外周壁の内部（径方向内部）と外部（径方向外部）とを部分的に連通させる機能を備えている。
【００３６】
本実施形態のメカニカルシール１０では、貫通孔４８は円形形状を有し、また、開口部５０は、シャワーリテーナ４０の他端縁を半円形の切り欠いた形状を有している。
【００３７】
図１に示されているように、シャワーリテーナ４０は、シール流体Ｅが充填され肉厚の略円筒形状を有する被密閉空間（軸封部）１６を、回転環２２および静止環３６が内部に配置される径方向内方部分１６ａと、径方向内方部分１６ａの径方向外方に位置する径方向外方部分１６ｂとに、径方向に２分割するように配置されている。
【００３８】
図１に示されているように、シャワーリテーナ４０は、突出部４２の一端（図１における左側の端部）がスタッフィングボックス１４に当接し、シャワーリテーナ４０の他端（図１における右側端）がメカニカルシールカバー１２に当接することにより、スタッフィングボックス１４とメカニカルシールカバー１２との間に挟持され、メカニカルシール１０に取付けられている。
【００３９】
図１に示されているように、組み立て状態において、シャワーリテーナ４０の貫通孔４８は、静止環３６の径方向外方位置に、開口部５０はカラー３０とベローズ３２との接続部分の径方向外方位置（ベローズ３２より他端側の位置）に、それぞれ、配置されるように構成されている。さらに、組み立て状態において、シャワーリテーナ４０の内径が小さな肉厚部分４６の先端は、環状のアダプタ３４の径方向外方位置に配置される。
【００４０】
また、径方向内方空間では、回転環２２が静止環３６の一端側位置に配置され、ベローズ（付勢手段）３２が静止環３６の他端側位置に配置されることになる。
【００４１】
また、軸流式循環装置２６は、回転軸Ｓに固定され、回転環Ｓと一体的に回転する公知のパーシャルインペラ装置である。この軸流式循環装置２６は、シャワーリテーナ４０の径方向内方に配置されるので、回転軸Ｓと一体的に回転することによって、被密封空間１６内のシール流体Ｅを、被密封空間の一端側（機内側すなわち図１の左側）から、矢印Ａで示すように、径方向内方空間１６ａ内に送り込むことになる。
【００４２】
さらに、ケーシング１４は、軸流式循環装置２６の径方向外方位置に、ポンプジャケット５２を備えている。このポンプジャケット５２は、従来のポンプジャケットと同様に、内部に冷媒が循環させられるように構成され、被密封空間１６、特に、径方向外方空間１６ｂ内のシール流体Ｅを熱伝導によって冷却する。
【００４３】
次に、本実施形態のメカニカルシール１０の動作について、説明する。
上述したように、回転軸Ｓが回転すると、軸流式循環装置２６を構成するパーシャルインペラ装置も回転軸Ｓと一体的に回転し、被密封空間１６内のシール流体Ｅを、被密封空間の一端側（機内側すなわち図１の左側）から、矢印Ａで示すように、径方向内方空間１６ａ内に送り込む。
【００４４】
径方向内方空間１６ａ内に送り込まれたシール流体Ｅは、矢印Ｂで示されるように、径方向内方空間１６ａ内を被密封空間１６の他端側（機外側すなわち図１の右側）方向に流れ、回転環２２、静止環３６の近傍を通過する。
【００４５】
この際、シール流体Ｅは、回転環２２、静止環３６、および回転環２２と静止環３６の間に形成されたシール面３８等から熱を奪うとともに、回転環２２と静止環３６の近傍、および回転環２２と静止環３６の間に形成されたシール面３８近傍に存在するスラッジ等を同伴し、これらスラッジを、回転環２２と静止環３６の近傍、および回転環２２と静止環３６の間に形成されたシール面３８近傍から除去する。
【００４６】
上述したように、シャワーリテーナ４０の肉厚部分４６の先端は、環状のアダプタ３４の径方向外方位置に配置されるので、径方向内方空間１６ａは、アダプタ３４の径方向外方位置より他端側で肉薄となる。この結果、回転環２２と静止環３６の近傍等から、この肉薄部に流れ込んできたシール流体Ｅは、ベローズ方向に流れにくくなり、その多くが、貫通孔４８を通して径方向外部空間１６ｂに流れ込む。
【００４７】
この結果、回転環２２と静止環３６の近傍、および回転環２２と静止環３６の間に形成されたシール面３８近傍から同伴されてきたスラッジも、ベローズ３２側に流れ込み難くなる。
【００４８】
回転環２２と静止環３６の近傍等から流れてきたシール流体Ｅの残部は、ベローズ３２近傍を通過し、ベローズ３２近傍に存在するスラッジ等を同伴し、矢印Ｄで示されるように、シャワーリテーナ４０の開口部５０を通して、径方向外部空間１６ｂに流れ込み、さらに、突出部４２に形成された切り欠き部４４を通し、一端側方向に流れる。
【００４９】
シャワーリテーナ４０の貫通孔４８を通して径方向外部空間１６ｂに流れ込んだシール流体Ｅ、およびシャワーリテーナ４０の開口部５０を通して径方向外部空間１６ｂに流れ込んだシール流体Ｅの両者は、矢印Ｅで示されるように、径方向外部空間１６ｂを被密封空間１６の一端側（機内側即ち図１の左側）方向に流れる。
【００５０】
回転環２２、静止環３６、および回転環２２と静止環３６の間に形成されたシール面３８等から熱を奪うことにより温度が上昇していたシール流体Ｅは、ケーシング１４を介して、ポンプジャケット５２内の冷媒によって冷却される。
【００５１】
そして、冷却され、被密封空間の一端に戻されたシール流体Ｅは、軸流式循環装置２６によって、再び、被密封空間の一端側（機内側すなわち図１の左側）から、矢印Ａで示すように、径方向内方空間１６ａ内に送り込む。
【００５２】
本発明の前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技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【００５３】
上記実施形態メカニカルシール１０では、ベローズを付勢手段として使用したが、スプリングなどの他の付勢手段も使用可能である。
【００５４】
上記実施形態のメカニカルシール１０では、シャワーリテーナ４０に貫通孔４６と開口部５０とが設けられているが、いずれか一方が形成された構成でもよい。
また、貫通孔４６と開口部５０の形状、位置および数は、上記実施形態のシャワーリテーナの例に限定されるものではなく、使用状況等に応じて適宜設定可能ある。
【００５５】
上記実施形態のメカニカルシール１０では、シャワーリテーナ４０の他端側に肉厚部分４６が形成されていたが、大きなスラリーが存在しない場合等には、肉厚部分を設けない構成でもよい。
【００５６】
さらに、上記実施形態では、フラッシングを行わない構成であるが、本発明は、運転中にフラッシングを行うメカニカルシールにも適用可能である。この場合、フラッシング流量を減少させることができるというメリットがある。
【符号の説明】
【００５７】
１０：メカニカルシール
１２：メカニカルシールカバー
１４：スタッフィングボックス
１６：被密封空間（軸封部）
１６ａ：径方向内方部分
１６ｂ：径方向外方部分
１８：スリーブ
２０：リテーナ
２２：回転環
２６：軸流式循環装置（パーシャルインペラ）
３２：ベローズ
３６：静止環
３８：シール面（摺動面）
４０：シャワーリテーナ
４２：突出部
４４：切り欠き部
４６：肉厚部分
４８：貫通孔
５０：開口部
Ｓ：回転軸
Ｅ：シール流体
【図１】
2015183790.tif 000003
【図２】
2015183790.tif 000004