(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒（１０）を有するケーシング内に、軸方向に連続して設置された複数の作業段を含むメカニカルシールであって、
各作業段は、
シャフト上に位置するローター（３）と、
ばね（１３）の力で軸方向へ移動可能であって、前記ローター（３）と接触するステーター（４）と、
前記ばね（１３）を、前記ステーター（４）との間で保持するためのスラスト環（１２）と、
前記ステーター（４）の外周側に配された段状環（１１）と
を含み、
前記ステーター（４）は、大径部と小径部とを有し、前記大径部の外周面と前記小径部の外周面とは、それぞれゴム環（６）を介して前記段状環（１１）と接することにより、前記ステーター（４）が前記段状環（１１）に対して密閉状態となって、軸方向に移動するピストンとして機能し、
前記ステーター（４）の前記小径部は高圧側に位置すると共に、前記大径部は低圧側に位置しており、前記ステーター（４）には、前記高圧側と前記低圧側とを連通し、かつ通過する流体の流量を制限する絞り孔（９）が形成されており、
前記段状環（１１）の外周面は、ゴム環（５）を介して、前記外筒（１０）の内周面に密閉状態で接触しており、
前記外筒（１０）と前記段状環（１１）には、当該段状環（１１）の段部と前記ステーター（４）の大径部との軸方向に生じる隙間を、ケーシング外部の膨張槽に連通させるための貫通穴（１５）が形成されている
ことを特徴とするメカニカルシール。
【請求項２】
前記ステーターの内径と前記ピストンの外径とが次式（１）を満たすことを特徴する請求項１に記載のメカニカルシール：
【数１】
0006908584.tif 000008
ここで、Ｄ2は前記ピストンの大きい方の外径であり、Ｄ1は前記ピストンの小さい方の外径であり、Ｄ0は前記ステーターの内径であり、ｋは前記ステーター（４）に設けられた前記絞り穴（９）による圧力損失係数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は媒体分離用または減圧用ポンプのローターのメカニカルシールに関し、特に、原子力発電プラントで使用される主循環ポンプに利用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールとして知られているある構造（特許文献１参照）は、一連の作業段と最終段とが連続して設置された多段構造のメカニカルシールである。各段は、シャフトの上に位置するローターと、このローターには接触し、ケーシングにはＯリングで密封され、ばねの力で軸方向へ移動可能であって、高圧空間と低圧空間とを連通させる隙間を制限するステーターとを含む。ケーシングには、段形状を含む円筒形状の穴がシャフトの軸方向に空けられており、その内径の小さい側が高圧空間と連通し、大きい側が低圧空間と連通している。この低圧空間の中には、軸方向に移動可能な段形状のピストンが設置されており、外径の小さい端がステーターと相互作用できるように、上記の穴の内径の大きい側から小さい側までにわたって密封されている。この構造は、もしメカニカルシールのいずれかの段が開けば、ばねに加えて段形状のピストンの力でその段を強力に閉じる役割を果たす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ロシア連邦特許第２０８４７３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
メカニカルシールの上記の構造の欠点は、補助的な機械構造、すなわちピストンが存在することにある。万一、このピストンの動きが、たとえば圧力の最も低い位置で妨げられた場合、シールの動作に影響する危険性がある。その結果、シールの摺動部材が破壊されかねない。メカニカルシールのこの構造にはまた、ピストンの動作に関する欠陥もある。ピストンが段形状である関係上、それが動作する際、その円筒形状の外径の大きい部分と小さい部分との端面が、対向する本体表面との間に形成する空間の容積が変化する。この空間は完全に密封されているので、その中に真空部分、または媒体の凝縮部分が生じ得る。この影響によりピストンは、その自由な移動が妨げられる結果、その正しい動作が阻まれる。
【０００５】
本発明の目的は次のとおりである。
【０００６】
−摺動部材の数を減らすことにより、メカニカルシールの信頼性を向上させる。
【０００７】
−製品の組み立てを簡単化し、部品数を削減することにより、加工性を向上させる。
【０００８】
特に、次の技術的効果を達成可能にする。
【０００９】
−メカニカルシールの保守作業に必要な時間を短縮させる。
【００１０】
−部品数の削減により、金属消費量を削減する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この技術的効果を達成するという目的でメカニカルシールのある構造を提案する。この構造は上記の典型例とは次のように異なる。
【００１２】
多段構造のメカニカルシールは、外筒を有するケーシング内に、軸方向に連続して設置された複数の作業段を含む。各作業段は、シャフト上に位置するローターと、ばねの力で軸方向へ移動可能であって、前記ローターと接触するステーターと、前記ばねを、前記ステーターとの間で保持するためのスラスト環と、前記ステーターの外周側に配された段状環とを含む。ステーターは、大径部と小径部とを有し、前記大径部の外周面と前記小径部の外周面とは、それぞれゴム環を介して前記段状環と接することにより、前記ステーターが前記段状環に対して密閉状態となって、軸方向に移動するピストンとして機能する。前記ステーターの前記小径部は高圧側に位置すると共に、前記大径部は低圧側に位置しており、前記ステーターには、前記高圧側と前記低圧側とを連通し、かつ通過する流体の流量を制限する絞り孔が形成されている。前記段状環の外周面は、ゴム環を介して、前記外筒の内周面に密閉状態で接触する。前記外筒と前記段状環には、当該段状環の段部と前記ステーターの大径部との軸方向に生じる隙間を、ケーシング外部の膨張槽に連通させるための貫通穴が形成されている。
【００１３】
メカニカルシールの作用は次のとおりである。メカニカルシールの正常動作では、絞り孔を通して各作業段に圧力が一部ずつ（絞り孔を通過する容量に依存する。）加わる。その結果、ステーターのピストンは、ゴムシールの前方からは次式（１）が表す力Ｆ1を受け、後方からは次式（２）が表す力Ｆ2を受ける。
【００１４】
【数１】
0006908584.tif 000002
【００１５】
ここで、Ｄ1はピストンの小さい方の外径であり、Ｄ0はステーターの内径であり、Ｐ1はゴムシールの前方の圧力である。Ｄ2はピストンの大きい方の外径であり、Ｐ2はゴムシールの後方の圧力であり、前方の圧力Ｐ1のｋ倍、ｋＰ1に等しい。ｋ（０＜ｋ＜１）はステーターに設けられた絞り孔による圧力損失係数である。これらの力Ｆ1、Ｆ2は等しいはずであるので、ステーターは動作位置では、Ｄ２が次式（３）の条件を満たす場合に、ばねの力しか受けない。
【００１６】
【数２】
0006908584.tif 000003
【００１７】
もしゴムシールが開けば、その後方の圧力Ｐ2が前方の圧力Ｐ1に等しくなるので、ピストンの表面にはゴムシールの後方から次式（４）が表す力Ｆ2’が作用し始める。
【００１８】
【数３】
0006908584.tif 000004
【００１９】
この力Ｆ2’はゴムシールの前方からの力Ｆ1よりも強いので、ピストンを隙間が閉じる方向へ移動させる。ピストンのこの移動の間、その内側の空洞の容積変化を打ち消す目的で、ステーターを減圧させる領域、すなわち段状環の対向部分に位置する貫通穴は膨張槽に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】メカニカルシールの全体図（軸方向の断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
多段構造のメカニカルシールは外側に円筒形状のケーシング１０を含む。この中には、シャフト上に位置し、接触面１を含むローター３と、ばねの力で軸方向に移動可能であり、ローターとの接触面２を含むステーター４とに加え、段状環１１とスラスト環１２とが各段に１個ずつ、連続して設置されている。ステーター４とスラスト環１２との間にはばね１３が取り付けられており、接触面１、２の間に押圧力を与えている。ローター３、ステーター４、および段状環１１によって形成された高圧空間７は、ローター３、ステーター４、段状環１１、およびスラスト環１２の間に形成された低圧空間８と、ステーター４に設けられた絞り孔９を介して接続されている。高圧空間と低圧空間とはゴム環６によって分割されている。
【００２２】
ステーター４と段状環１１とは、軸方向に移動可能な段形状のピストンとしてステーターが機能するように設計されている。それと共に、このピストンのうち、外径が小さい部分は高圧側、すなわちゴム環よりも前方に位置し、外径が大きい第２部分は低圧側、すなわちゴム環よりも後方に位置する。外径の小さい円筒部分から大きい円筒部分への移行領域には、ステーターに対する減圧部１４が設けられている。すなわち、ステーター４と対向する段状環１１のうち、円筒形状の外径の移行部分に貫通穴１５が空けられている。これにより、ステーターがどの位置にあっても、その低圧側の境界を越えない。この貫通穴は、ステーター４が移動する際、ステーター４と段状環１１との間でゴム環６によって制限された空間の容積内に形成される真空と凝縮とを打ち消す役割を果たす。外筒１０と段状環１１との間の容積は２本のゴム環５で密封されている。
【００２３】
このメカニカルシールの作用は次のとおりである。メカニカルシールの正常動作では、絞り孔９を通して各作業段に圧力が一部ずつ（絞り孔を通過する容量に依存する。）加わる。その結果、ステーター４のピストンは、高圧空間７の側からは次式（５）が表す力Ｆ1を受け、低圧空間８の側からは次式（６）が表す力Ｆ2を受ける。
【００２４】
【数４】
0006908584.tif 000005
【００２５】
ここで、Ｄ1はピストンの小さい方の外径であり、Ｄ0はステーターの内径であり、Ｐ1は高圧空間側からの圧力である。Ｄ2はピストンの大きい方の外径であり、Ｐ2は低圧空間側からの圧力であり、高圧空間側からの圧力Ｐ1のｋ倍、ｋＰ1に等しい。ｋ（０＜ｋ＜１）はステーターに設けられた絞り孔による圧力損失係数である。これらの力Ｆ1、Ｆ2は等しいはずであるので、ステーター４は動作位置では、Ｄ２が次式（７）の条件を満たす場合に、ばねの力しか受けない。
【００２６】
【数５】
0006908584.tif 000006
【００２７】
もしシールが開けば、高圧空間と低圧空間とでは圧力が等しくなるので、ピストンの表面には次式（８）が表す力Ｆ2’が作用し始める。
【００２８】
【数６】
0006908584.tif 000007
【００２９】
この力Ｆ2’は、ピストンを隙間が閉じる方向へ移動させる。
【００３０】
ステーター４の移動中、ステーター４と段状環１１との間でゴム環６によって制限された空間の容積内で生じる圧力変化を打ち消す目的で、その空間は貫通穴１５により、メカニカルシールを越えて膨張槽に接続されている。
【図１】
0006908584.tif 000009