(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を挿通させている静止体の内側に配設されると共に軸方向に１又は複数個が並設されたリテーナと、前記リテーナで規制されながら軸直角方向へ浮動可能にして前記回転軸に外嵌されるシールリングと、前記リテーナの周方向に設けられた切り欠き溝と、前記リテーナの切り欠き溝に一部が嵌入できる長さにして前記シールリングの外周面より半径方向に突出し、かつ前記リテーナに嵌合する突出部の直径が前記シールリングに固定されている部分の直径に比べて大きく形成されていると共に、前記突出部の外径が前記切り欠き溝に接触しない程度の寸法に設定された回転止め用ピンを備えることを特徴とするフローティングリングシール。
【請求項２】
前記リテーナは、前記切り欠き溝の表面に外周面より低い平坦部が形成され、前記ピンの突出部の高さは、その先端面が前記リテーナの外周面より低くかつ前記平坦部より突出するように設定されていることを特徴とする請求項１記載のフローティングリングシール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所のボイラ給水ポンプや原子力発電所の原子炉給水ポンプ等の高圧ポンプの軸封装置として使用されているフローティングリングシールに係り、特に、シールリングの回転方向の移動に伴う繰り返し接触によるピン及びリテーナの磨耗を低減するのに好適なフローティングリングシールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のフローティングリングシール及びこれを用いたボイラ給水ポンプの主要部の構成を示す断面図である。また、図７は図６のＹ−Ｙ断面図、図８は図７のＺ−Ｚ矢視図を示している。
ボイラ給水ポンプは、回転軸１、筒状ケース２、この筒状ケース２が取り付けられるポンプ本体３、筒状ケース２をポンプ本体３に固定するための締結ボルト４、筒状ケース２とポンプ本体３の間に配設されるＯリング５、筒状ケース２及びポンプ本体３を貫通するように設けられた封液供給口６（Ａはポンプ本体３の封液入口である）、筒状ケース２の一端に軸方向へ膨出するように形成された内側環状突起７、回転軸１に外嵌する如くに筒状ケース２の内側に設けられた少なくとも一個のリテーナ８、このリテーナ８の内側に配設された円環状のシールリング９、このシールリング９とリテーナ８の間に設けられるピン１０、封液供給口６の端部近傍に設けられたランタンリング１１、このランタンリング１１と筒状ケース２の間に設けられた封液供給溝１１ａ、この封液供給溝１１ａの反対側に形成された溜まり溝１１ｂ、ランタンリング１１間に形成された貫通孔１１ｃ、ランタンリング１１の一端と内側環状突起７の間に配設されたエラスチックパッキン１２、内側環状突起７の反対側の筒状ケース２の側部に装着されるケースカバー１３と、このケースカバー１３の内周部に設けられると共に内側環状突起７方向に突出した形状の内側環状突起１４、及び、ケースカバー１３を筒状ケース２に固定するための締結ボルト１５、この締結ボルト１５の側面に設けられた環状のウェーブスプリング（波形スプリング）１６を備えて構成されている。
【０００３】
フローティングリングシールは、リテーナ８、シールリング９、ピン１０、及びウェーブスプリング１６を含む構成であり、ウェーブスプリング１６によりシールリング９に初期面圧が与えられ、隣の段のリテーナ８の側面に接触するようになっている。シールリング９は軸直角方向に浮動可能なように、その外周面とリテーナ８の内周面との間には、図７に示すような隙間が設けられている。シールリング９の外周面には、シールリング９の外周面外方の少なくとも一箇所に突設されたピン１０が、シールリング９の回転を阻止する。
そして、フローティングリングシールは、シール差圧によって押し付けられており、これによってシールリング９とリテーナ８のシール性が確保されている。また、図６に示すように、シールリング９の内周面と回転軸１の外周面との隙間ａを微小にしてポンプ外部への漏れを制限すると共に、回転軸１が振れ回った場合でも、隙間ａに形成される水膜によってシールリング９は回転軸１との接触を回避し、更に、シールリング９は軸直角方向に浮動可能に保持される自動調心作用を有している。したがって、フローティングリングシールは、回転軸１の撓みやポンプ本体の熱変形にも自由に追従する。しかも、積極的に摺動回転するものがないので、寿命が長いという特徴がある。
【０００４】
なお、この種の従来技術として、例えば、社団法人火力原子力発電技術協会発行の火原協会講座（１）「ポンプ（火力及び原子力発電所に使用されるポンプ）」の２５頁、図１１に記載がある。このフローティングリングシールは、シールリング、リテーナ及びバネを備えてエレメントにし、これを圧力差に応じて数段重ねにしている。シールリングは、リテーナにピンによって回り止めが行われており、軸スリーブとの間隙を微小に保ちながら軸直角方向に遊動することにより自動調心が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のフローティングリングシールによれば、シールリングと回転軸との間に水膜が形成され、回転軸とシールリングは非接触で運転されるが、シールリングとリテーナとの軸方向の隙間及びシールグリングと回転軸との隙間には、回転軸の回転に伴って円周方向の旋回流が発生することにより、シールリングに回転力が生じる。このシールリングの回転を防止するため、シールリング外周部にピンを設け、この回転力をリテーナで受けているが、前記旋回流と運転条件の変化によって回転軸の振れ回りや、シール差圧の変化に基づくシールリングの押し付け力の変動とによって回転力の変動が生じ、ピンとリテーナは回転方向の移動による接触を繰り返し徐々に磨耗する。磨耗が進行していくと、ピンがリテーナ内周面に徐々に潜り込んでいき、シールリングが回転軸に対して偏心し、シールリング内周面に偏磨耗が生じる。この偏磨耗が生じることにより、シールリング内周面の磨耗による交換周期（例えば、２年以上）よりも早い時期（例えば、１年以内）に、部品交換が必要になる場合があった。
【０００６】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、フローティングリングシールの磨耗を抑え、使用可能時間を延長することのできるフローティングリングシールを提供することにある。
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、回転軸を挿通させている静止体の内側に配設されると共に軸方向に１又は複数個が並設されたリテーナと、前記リテーナで規制されながら軸直角方向へ浮動可能にして前記回転軸に外嵌されるシールリングと、前記リテーナの周方向に設けられた切り欠き溝と、前記リテーナの切り欠き溝に一部が嵌入できる長さにして前記シールリングの外周面より半径方向に突出し、かつ前記リテーナに嵌合する突出部の直径が前記シールリングに固定されている部分の直径に比べて大きく形成されていると共に、この突出部の外径が前記切り欠き溝に接触しない程度の寸法に設定された回転止め用ピンを備えたフローティングリングシールとしている。
【０００８】
この構成によれば、回転止め用ピンがリテーナの切り欠き溝の幅よりやや小さな外径寸法に設定されているため、ピン磨耗過程でのピンとリテーナの接触面圧が低減され、また、シールリングの移動量が小さくなってピンとリテーナの接触面圧が低減され、さらに切り欠き溝に嵌入している部分を太くすることで、フローティングリングシールの使用可能時間を延ばすことが可能になる。
【０００９】
また、前記リテーナは、前記切り欠き溝の表面に外周面より低い平坦部が形成され、前記ピンの突出部の高さは、その先端面が前記リテーナの外周面より低くかつ前記平坦部より突出するように設定されている。
【００１０】
この構成によれば、ピンの頭部上端の一部とリテーナの切り欠き溝との間に非接触部分が形成され、ピンが磨耗しても、ピンのリテーナへの潜り込みが回避され、シールリングの回転移動によるピンとリテーナとの繰り返し接触による磨耗が軽減され、使用可能時間を延長することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明のフローティングリングシール及びこれを用いたボイラ給水ポンプの主要部の構成を示す断面図である。また、図２は図１のＶ−Ｖ断面図、図３は図２のＷ−Ｗ矢視図である。
【００１６】
図１〜図３において、符号１はボイラ給水ポンプの回転軸である。符号２はポンプ本体３の回転軸貫通部に設けられた筒状のケースであり、貫通する回転軸１と同軸に形成され、ポンプ本体３にボルト４によって固定されている。筒状ケース２とポンプ本体３との嵌合面には、この嵌合面からの漏洩を防止するためにＯリング５が設けられている。ポンプ本体３の封液入口Ａと一致する位置には、封液供給口６が穿設されており、奥側の端部には内向きの環状突起７が形成されている。符号８は１又は複数個のリテーナであり、筒状ケース２の内面軸方向に嵌挿ならびに並設（複数個を用いた場合）されている。この各リテーナ８と回転軸１との間には、リテーナと同数のシールリング９が軸直角方向に浮動可能に保持されており、その外周面の少なくとも一箇所に設けた溝８ｂには、図３に示すように、シールリング９の回転止め用のピン１７が遊嵌している。ピン１７は段差構造を有し、リテーナ８に嵌入する部分（鍔部分）の直径がシールリング９に固定する部分に比べて大きくなるように設定されている。なお、溝８ｂは、各リテーナ外周環状リング部に設けられている。
【００１７】
符号１１は筒状ケース２内面の封液供給口６の位置に、リテーナ８と並設（同心状に配置）された封液用ランタンリングである。その外面には環状の封液供給溝１１ａが形成され、かつ内面には環状の封液溜り溝１１ｂが形成されている。封液供給溝１１ａと封液溜り溝１１ｂの間には、複数個の貫通孔１１ｃが穿設されている。符号１３は内側に環状突起１４を形成したケースカバー、１５は締結ボルトである。締結ボルト１５でケースカバ１３を筒状ケース２に締結することにより、筒状ケース２の内面軸方向に並設されたリテーナ８、ランタンリング１１、及びエラスチックパッキン１２がシールリングと共に、筒状ケース２の内側環状７とケースカバー１３の内側環状突起１４との間に挾持及び固定され、筒状ケース２に一体化される。
【００１８】
以上のように構成されたフローティングリングシールは、例えば、シールリング９の内周面と回転軸１との隙間ａを０．１〜０．２ｍｍの微小な隙間に設定し、この隙間ａに対し、封液入口Ａから封液供給口６及びランタンリング１１の供給溝１１ａ、貫通孔１１ｃ、溜り溝１１ｂを順次経由するように封液を流し込み、隙間ａに形成された水膜によりポンプ内部の液体をシールしている。また、この水膜によってシールリング９は、回転軸１が振れ回ったり撓んだりした場合でも、回転軸１に接触することなく回転軸１に自由に追随し、回転軸１との接触を回避する自動調心機能を保持する。
【００１９】
シールリング９は、シール差圧によって隣の段のリテーナ８の側面に押し付けられており、シールリング９とリテーナ８とのシール性が確保されるようになっている。また、シールリング９とリテーナ８内側壁面との環状隙間ｂを、例えば、０．１ｍｍ程度にすることにより、回転軸１の回転に伴って発生する旋回流が抑制され、シールリング９に加わる回転力が低減されるため、ピン１７とリテ−ナ８との接触面圧を低減でき、両者間の磨耗を低減することができる。
【００２０】
なお、シールリング９は封液を流すことで形成される水膜によって回転軸１から離間され、シール差圧によりリテーナ８に押し付けられているため、運転初期に自重で回転軸１に接触することはない。したがって、初期面圧を付加するためのウェーブスプリングや、シールリングと回転軸との初期接触防止のためのシールリング軸方向に設けられる複数のピンなどの部品を不要にできる。このため、コストダウンが図れるほか、メンテナンス性を向上させることができる。
また、このシールリング９の回転力は、シールリング９に突出させたピン１７とリテーナ８に設けた切り欠き溝８ａによって分担されるようになり、シールリング９の回転が防止される。このピン１７の切り欠き溝８ａに接触する部分（鍔部分）は、シールリング９に嵌入されている部分の直径よりも大きくされており、切り欠き溝８ａとの回転方向の隙間を片側で１ｍｍ程度にしている。このため、シールリング９への回転力によるピン１７と切り欠き溝８ａとの磨耗過程における接触面圧を軽減するようにしてある。また、切り欠き溝８ａとの隙間を小さくしたことにより、シールリング９の回転による移動距離が小さくなり、ピン１７とリテーナ８ａとの接触面圧は更に軽減される。
【００２１】
更に、リテーナ８の外周面の一部に平坦部８ｂが設けられ、ピン１７の頭部上端が平坦部８ｂの上端面より外方に突き出るように構成されているので、ピン１７とリテーナ８との間に非接触部位が形成される。そして、回転軸１が最大に振れ回った場合でも、リテーナ８内周面とシールリング９の外周面との隙間ｃの距離をシールリング９の外周面がリテーナ８の内周面と接触しない範囲で小さくなるように作用する。また、シールリング９が回転軸１に吊り下がるようなシールリング９が最大に沈んだ状態になった場合でも、そのときピークにあるピン１７の頭部上端が、リテーナ８に設けた平坦部位８ｂよりも下がらないように作用する。
【００２２】
一方、回転軸１の振れ回り等によりシールリング９がピン１７を外方に押し出すように偏心しても、ピン１７の頭部上端はリテーナ８の外周面より外に出て、筒状ケース２の内周面と接触し回転軸１の動きを拘束しないようにしてあるので、フローティングリングシールが持つ機能を損なうことはない。この結果、シールリング９の回転力によるピン１７及びリテーナ８の繰り返し接触による磨耗が軽減され、磨耗によるリテーナ８へのピン１７の潜り込みが防止されるので、シールリング９と回転軸１との異常な偏心による接触摺動を防止でき、シールリング９及び回転軸１の摺動磨耗を無くすことができる。
【００２３】
因みに、従来のフローティングリングシールにおいては、ピン１０の形状は段差を有しない単純な平行ピンであり、リテーナ８との接触面圧が高い形状になっている。また、ピン１０と切り欠き溝８ａとの回転方向の隙間は片側で３ｍｍ程度あるため、シールリング９の回転による移動距離が長く、ピン１０に加わる接触時の荷重も大きくなる。更に、ピン１０の頭部上端は、リテーナ８の外周面よりも内側にあるため、ピン１０の頭部が全体にわたって磨耗する構造になっている。
【００２４】
以上の説明で明らかなように、上記した本発明の実施の形態によれば、具体的に次のような効果が得られる。
（１）ピン及びリテーナの磨耗による部品交換が不要になるため、部品交換周期の延長を図ることができる。
（２）磨耗部品であるウェーブスプリングを無くすことができるため、ウェーブスプリング磨耗による部品交換が不要になり、部品交換周期の延長を図ることができる。更に、部品点数を減らすことができるため、原価低減及び信頼性向上を図ることができる。
（３）シールリングと回転軸との初期接触を防止するシールリング軸方向に設けられる複数のピンなどの部品を不要にでき、原価低減及び信頼性向上を図ることができる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図４、図５を用いて説明する。
図４は本発明によるフローティングリングシールの部分断面図であり、図５は図４のＸ−Ｘ断面図を示している。
前記第１の実施の形態においては、シールリング９とリテーナ８の内側壁面との環状隙間ｂを０．１ｍｍ程度にし、回転軸１の回転に伴って発生する旋回流を抑制させていた。これに対し、第２の実施の形態は、シールリング９とリテーナ８の内側壁面との環状隙間に旋回流防止装置を設け、旋回流を抑制した構成にしている。例えば、図５のように、リテーナ８の内側壁面に放射状に複数のフィン８ｃを設ければ環状隙間における旋回流を抑制でき、シールリング９に加わる回転力を軽減することが可能になる。
このように、第２の実施の形態によれば、上記した第１の実施の形態の効果に加え、シールリングの回転力を抑え、回転力の作用に伴うピンとリテーナとの繰り返し接触による磨耗を軽減することが可能になる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、リテーナの切り欠き溝の溝幅に対して、回転止めピンの切り欠き溝に嵌入する部分の形状を切り欠き溝の内壁に接触しない程度の大きさに設定したので、シールリングの移動量が小さくなり、ピンとリテーナとの接触面圧が低減され、シールリングの回転作用によるピンとリテーナとの繰り返し接触による磨耗を軽減することができる。この結果、フローティングリングシールの磨耗が抑えられ、使用可能時間の延長が可能になる。これに伴い、信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフローティングリングシール及びこれを用いたボイラ給水ポンプの主要部の構成を示す断面図である。
【図２】図１のＶ−Ｖ断面図である。
【図３】図２のＷ−Ｗ矢視図である。
【図４】本発明によるフローティングリングシールの部分断面図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】従来のフローティングリングシール及びこれを用いたボイラ給水ポンプの主要部の構成を示す断面図である。
【図７】図６のＹ−Ｙ断面図である。
【図８】図７のＺ−Ｚ矢視図である。
【符号の説明】
１  回転軸
２  筒状ケース
３  ポンプ本体
６  封液供給口
７  内側環状突起
８  リテーナ
８ａ  切り欠き溝
８ｂ  平坦部
８ｃ  フィン
９  シールリング
１１  ランタンリング
１１ａ  封液供給溝
１１ｂ  溜り溝
１１ｃ  貫通孔
１３  ケースカバー
１４  ケースカバー内側環状突起
１７  ピン
【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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【図７】
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【図８】
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