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JP7628480B2 - Mechanical seal - Google Patents
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JP7628480B2 - Mechanical seal - Google Patents

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Description

本発明は、メカニカルシールに関する。 The present invention relates to a mechanical seal.

各種回転機器において、その機器ケーシングと回転軸との間で内部の流体をシールする装置として、メカニカルシールが知られている(例えば、特許文献1参照)。メカニカルシールは、回転軸と一体回転する回転密封環と、機器ケーシング側に設けられ回転密封環との間でシールするための静止密封環とを備える。 Mechanical seals are known as devices for sealing the internal fluid between the equipment casing and the rotating shaft in various rotating equipment (see, for example, Patent Document 1). A mechanical seal includes a rotating seal ring that rotates integrally with the rotating shaft, and a stationary seal ring that is provided on the equipment casing to provide a seal between the rotating seal ring and the stationary seal ring.

特許第3192152号公報Patent No. 3192152

図5は、従来のメカニカルシールの断面図である。このメカニカルシール90は、回転軸99と一体回転する回転密封環91と、回転密封環91との間でシールするための静止密封環92と、静止密封環92を支持すると共に回転機器100に取り付けられるケース93とを備える。メカニカルシール90は、回転機器100の内部の機内空間A1と、回転機器100の外部の機外空間A2とを区画する。 Figure 5 is a cross-sectional view of a conventional mechanical seal. This mechanical seal 90 includes a rotating seal ring 91 that rotates integrally with a rotating shaft 99, a stationary seal ring 92 for sealing between the rotating seal ring 91, and a case 93 that supports the stationary seal ring 92 and is attached to the rotating device 100. The mechanical seal 90 divides an in-machine space A1 inside the rotating device 100 from an external space A2 outside the rotating device 100.

静止密封環92の機外側(図5では左側)とケース93の一部93aとの間に、背圧室K1が設けられている。背圧室K1は、静止密封環92とケース93との間に設けられているOリング94,95によってシールされている。静止密封環92に、機内空間A1と背圧室K1とを繋ぐ流路96が設けられており、機内空間A1と背圧室K1とは同じ圧力(内圧)となる。 A back pressure chamber K1 is provided between the outer side of the stationary seal ring 92 (left side in FIG. 5) and a part 93a of the case 93. The back pressure chamber K1 is sealed by O-rings 94, 95 provided between the stationary seal ring 92 and the case 93. A flow path 96 that connects the in-machine space A1 and the back pressure chamber K1 is provided in the stationary seal ring 92, and the in-machine space A1 and the back pressure chamber K1 have the same pressure (internal pressure).

機内空間A1が機外空間A2よりも高圧の場合、機内空間A1と繋がる背圧室K1の流体圧によって、静止密封環92を回転密封環91に押し付けることができる。これにより、静止密封環92と回転密封環91との間のシール性能を確保することが可能となる。 When the pressure in the interior space A1 is higher than the exterior space A2, the fluid pressure in the back pressure chamber K1 connected to the interior space A1 can press the stationary seal ring 92 against the rotating seal ring 91. This makes it possible to ensure the sealing performance between the stationary seal ring 92 and the rotating seal ring 91.

回転機器100の種類によっては、機内空間A1の圧力が変化する。機内空間A1が機外空間A2よりも高圧から低圧になる場合があり、この場合、背圧室K1も低圧となる。すると、機外空間A2の流体圧(大気圧)によって、静止密封環92を回転密封環91から離す方向の力が生じる。メカニカルシール90は、図示しないが、静止密封環92を回転密封環91に押し付けるための弾性部材(圧縮コイルばね)を備える。前記弾性部材の弾性付勢力を大きく設定すれば、機内空間A1が低圧となっても、静止密封環92を回転密封環91に押し付ける力を確保することが可能である。しかし、機内空間A1が高圧になると、静止密封環92を回転密封環91に押し付ける力が過大となる可能性がある。 Depending on the type of rotating device 100, the pressure in the in-machine space A1 may change from a higher pressure to a lower pressure than the external space A2, in which case the back pressure chamber K1 also becomes low pressure. Then, a force is generated in the direction of moving the stationary seal ring 92 away from the rotating seal ring 91 due to the fluid pressure (atmospheric pressure) in the external space A2. Although not shown, the mechanical seal 90 is provided with an elastic member (compression coil spring) for pressing the stationary seal ring 92 against the rotating seal ring 91. If the elastic biasing force of the elastic member is set large, it is possible to ensure the force pressing the stationary seal ring 92 against the rotating seal ring 91 even if the internal space A1 becomes low pressure. However, when the internal space A1 becomes high pressure, the force pressing the stationary seal ring 92 against the rotating seal ring 91 may become excessive.

そこで、本開示は、機内空間が機外空間よりも高圧となったり低圧となったりする場合に、静止密封環を回転密封環に押し付ける力を所望の範囲で確保することが可能となるメカニカルシールを提供することを目的とする。 Therefore, the present disclosure aims to provide a mechanical seal that can ensure a desired range of force pressing the stationary seal ring against the rotating seal ring when the pressure inside the machine space is higher or lower than the pressure outside the machine space.

(1)本開示のメカニカルシールは、回転軸と一体回転する回転密封環と、前記回転密封環との間でシールするための静止密封環と、前記静止密封環を支持すると共に回転機器に取り付けられるケースと、を備え、前記回転機器の内部の機内空間と前記回転機器の外部の機外空間とを区画するメカニカルシールであって、前記静止密封環の機外空間側と前記ケースの一部との間に設けられシールされている背圧室と、前記機内空間と前記背圧室とを繋ぐ接続流路と、を備え、前記接続流路は、前記機内空間が前記機外空間よりも高圧である場合に前記機内空間と前記背圧室とを連通させ、前記機内空間が前記機外空間よりも低圧である場合に前記機内空間と前記背圧室とを遮断する切り替え部を有する。 (1) The mechanical seal of the present disclosure is a mechanical seal comprising a rotary seal ring that rotates integrally with a rotating shaft, a stationary seal ring for sealing between the rotary seal ring, and a case that supports the stationary seal ring and is attached to a rotating device, and that separates an internal space of the rotating device from an external space of the rotating device. The mechanical seal comprises a back pressure chamber that is provided and sealed between the external space side of the stationary seal ring and a part of the case, and a connecting flow path that connects the internal space and the back pressure chamber. The connecting flow path has a switching portion that connects the internal space and the back pressure chamber when the internal space is at a higher pressure than the external space, and that blocks the internal space from the back pressure chamber when the internal space is at a lower pressure than the external space.

本開示のメカニカルシールによれば、接続流路が有する切り替え部によって、機内空間が機外空間よりも高圧である場合、機内空間と背圧室とが連通し、背圧室の流体圧によって、静止密封環を回転密封環に押し付けることが可能となる。これに対して、機内空間が機外空間よりも低圧である場合、機内空間の流体圧が背圧室に及ばず、静止密封環を回転密封環から引き離す力が作用しない。以上より、機内空間が機外空間よりも高圧となったり低圧となったりする場合でも、静止密封環を回転密封環に押し付ける力を所望の範囲で確保することが可能となる。 According to the mechanical seal of the present disclosure, when the in-machine space is at a higher pressure than the external space, the in-machine space and the back pressure chamber are connected by the switching portion of the connecting flow passage, and the stationary seal ring can be pressed against the rotating seal ring by the fluid pressure in the back pressure chamber. In contrast, when the in-machine space is at a lower pressure than the external space, the fluid pressure in the in-machine space does not reach the back pressure chamber, and no force acts to separate the stationary seal ring from the rotating seal ring. As a result, even when the in-machine space is at a higher or lower pressure than the external space, it is possible to ensure a desired range of force pressing the stationary seal ring against the rotating seal ring.

(2)また、前記切り替え部は、前記静止密封環に設けられていてもよいが、好ましくは、前記切り替え部は、前記ケースに設けられている。これは、静止密封環よりもケースの方が切り替え部を容易に構成することが可能なためである。 (2) The switching portion may be provided on the stationary seal ring, but preferably, the switching portion is provided on the case. This is because it is easier to configure the switching portion on the case than on the stationary seal ring.

(3)また、好ましくは、前記切り替え部は、キャビティが形成されているブロック部と、前記キャビティを第一位置と第二位置との間で移動するピストンと、を有し、前記ピストンが前記第一位置にある状態で、前記キャビティの一部を通じて前記機内空間と前記背圧室とが連通し、前記ピストンが前記第二位置にある状態で、前記ピストンが前記キャビティの前記一部に存在することにより前記機内空間と前記背圧室とを遮断する。
この場合、ピストンが第一位置にあると、機内空間と背圧室とがキャビティの一部を通じて繋がり、ピストンが第二位置にあると、機内空間側と背圧室側とが遮断される。
(3) Also, preferably, the switching portion has a block portion in which a cavity is formed, and a piston that moves through the cavity between a first position and a second position, and when the piston is in the first position, the internal space and the back pressure chamber are connected through a part of the cavity, and when the piston is in the second position, the piston is present in the part of the cavity, thereby blocking off the internal space and the back pressure chamber.
In this case, when the piston is in the first position, the interior space and the back pressure chamber are connected through a part of the cavity, and when the piston is in the second position, the interior space side and the back pressure chamber side are blocked from each other.

(4)また、好ましくは、前記接続流路は、前記キャビティの前記一部である第一室と前記機内空間とを繋ぐ第一流路と、前記ピストンが前記第二位置にある状態で形成される前記キャビティの第二室と前記背圧室とを繋ぐ第二流路と、を有し、前記ブロック部に、前記第二室と前記機外空間とを連通する開放穴が設けられている。
この場合、機内空間が機外空間よりも低圧になると、機内空間と機外空間との圧力差によって、機外空間から開放穴を通じてキャビティの第二室に流体が侵入すると共に、ピストンが第一位置から第二位置に移動する。機内空間が機外空間よりも高圧になると、機内空間と機外空間との圧力差によってピストンが第二位置から第一位置に移動する。
(4) Also, preferably, the connecting flow path has a first flow path connecting a first chamber, which is a part of the cavity, to the in-machine space, and a second flow path connecting a second chamber of the cavity formed when the piston is in the second position to the back pressure chamber, and an open hole is provided in the block portion to connect the second chamber to the out-machine space.
In this case, when the pressure in the interior space becomes lower than the pressure in the exterior space, the pressure difference between the interior space and the exterior space causes fluid to flow from the exterior space into the second chamber of the cavity through the open hole, and the piston moves from the first position to the second position. When the pressure in the interior space becomes higher than the exterior space, the pressure difference between the interior space and the exterior space causes the piston to move from the second position to the first position.

(5)また、好ましくは、前記ピストンは、移動方向の一方側の第一端面に、前記キャビティの第一内面に部分的に接触する第一部分接触面と、前記第一内面に非接触である第一受圧面と、を有し、前記第一内面と前記第一受圧面との間に形成される第一内部空間が、前記開放穴を通じて前記機外空間と連通する。
この構成により、前記開放穴が細くても、ピストンの第一端面における受圧面積を確保することが可能となる。機内空間が機外空間よりも低圧となった場合に、機外空間と繋がる前記第一内部空間の流体圧によってピストンの推力が得られ、ピストンは移動可能となる。
(5) Also, preferably, the piston has, on a first end face on one side in the moving direction, a first partial contact surface that partially contacts a first inner surface of the cavity and a first pressure-receiving surface that is not in contact with the first inner surface, and a first internal space formed between the first inner surface and the first pressure-receiving surface is connected to the outside space through the open hole.
With this configuration, even if the open hole is narrow, it is possible to ensure a pressure-receiving area on the first end face of the piston. When the pressure in the interior space becomes lower than the pressure in the exterior space, the piston obtains thrust from the fluid pressure in the first internal space connected to the exterior space, and the piston becomes movable.

(6)また、好ましくは、前記ピストンは、移動方向の他方側の第二端面に、前記キャビティの第二内面に部分的に接触する第二部分接触面と、前記第二内面に非接触である第二受圧面と、を有し、前記第二内面と前記第二受圧面との間に形成される第二内部空間が、前記第一流路を通じて前記機内空間と連通する。
この構成により、前記第一流路が細くても、ピストンの第二端面における受圧面積を確保することが可能となる。機内空間が機外空間よりも高圧となった場合に、機内空間と繋がる前記第二内部空間の流体圧によってピストンの推力が得られ、ピストンは移動可能となる。
(6) Also, preferably, the piston has, on a second end face on the other side in the moving direction, a second partial contact surface that partially contacts a second inner surface of the cavity and a second pressure-receiving surface that is not in contact with the second inner surface, and a second internal space formed between the second inner surface and the second pressure-receiving surface is connected to the aircraft space through the first flow path.
With this configuration, even if the first flow passage is narrow, it is possible to ensure a pressure-receiving area at the second end face of the piston. When the internal space becomes higher in pressure than the external space, the piston is provided with thrust by the fluid pressure in the second internal space connected to the internal space, and the piston becomes movable.

本開示のメカニカルシールによれば、機内空間が機外空間よりも高圧となったり低圧となったりする場合に、静止密封環を回転密封環に押し付ける力を所望の範囲で確保することが可能となる。 The mechanical seal disclosed herein makes it possible to ensure a desired range of force pressing the stationary seal ring against the rotating seal ring when the pressure inside the machine space is higher or lower than the pressure outside the machine space.

メカニカルシールの断面図である(ピストンが第一位置にある)。FIG. 2 is a cross-sectional view of the mechanical seal with the piston in a first position. メカニカルシールの断面図である(ピストンが第二位置にある)。FIG. 2 is a cross-sectional view of the mechanical seal with the piston in a second position. 図1に示す切り替え部、およびその周囲を示す拡大図である。2 is an enlarged view showing the switching portion shown in FIG. 1 and its surroundings. FIG. 図2に示す切り替え部、およびその周囲を示す拡大図である。3 is an enlarged view showing the switching portion shown in FIG. 2 and its surroundings. FIG. 従来のメカニカルシールの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional mechanical seal.

〔メカニカルシール全体について〕
図1は、メカニカルシール10の断面図である。このメカニカルシール10は、例えば撹拌機等の回転機器7に用いられる。回転機器7は、回転軸8と、その回転軸8を包囲する機器ケーシング9とを備える。メカニカルシール10は、回転軸8と機器ケーシング9との間において、回転機器7の内部の流体をシールする。回転軸8は、回転機器7が有する図外の軸受によって回転可能に支持されている。
[About mechanical seals in general]
1 is a cross-sectional view of a mechanical seal 10. The mechanical seal 10 is used in a rotating device 7, such as a stirrer. The rotating device 7 includes a rotating shaft 8 and a device casing 9 surrounding the rotating shaft 8. The mechanical seal 10 seals the fluid inside the rotating device 7 between the rotating shaft 8 and the device casing 9. The rotating shaft 8 is rotatably supported by a bearing (not shown) included in the rotating device 7.

本開示の発明における方向について定義する。回転軸8の軸線Lに沿った方向及びその軸線Lに平行な方向を「軸方向」と定義する。その軸方向に関して、回転機器7の外部側(図1の左側)が軸方向一方側であり、これを「機外側」と称する。これに対して、回転機器7の内部側(図1の右側)が軸方向他方側であり、これを「機内側」と称する。機器ケーシング9と回転軸8との間となる回転機器7の内部の空間を「機内空間A1」と称し、回転機器7の外部の空間を「機外空間A2」と称する。前記軸線Lに直交する方向を「径方向」と定義する。前記軸線Lを中心とする円に沿った方向を「周方向」と定義する。つまり、回転軸8の回転方向が周方向となる。 The directions in the present disclosure are defined. The direction along the axis L of the rotating shaft 8 and the direction parallel to the axis L are defined as the "axial direction". With respect to the axial direction, the outside side of the rotating device 7 (left side in FIG. 1) is one axial side, which is referred to as the "outside side". In contrast, the inside side of the rotating device 7 (right side in FIG. 1) is the other axial side, which is referred to as the "inside side". The space inside the rotating device 7 between the device casing 9 and the rotating shaft 8 is referred to as the "inside space A1", and the space outside the rotating device 7 is referred to as the "outside space A2". The direction perpendicular to the axis L is defined as the "radial direction". The direction along the circle centered on the axis L is defined as the "circumferential direction". In other words, the rotation direction of the rotating shaft 8 is the circumferential direction.

メカニカルシール10は、機内空間A1と機外空間A2とを区画する。本実施形態では、機外空間A2に大気が存在していて、機外空間A2は大気圧にある。機内空間A1は、例えば回転機器7の運転状態によって、機外空間A2(大気圧)よりも高圧となったり低圧となったりする。メカニカルシール10は、機内空間A1側の被密封流体が機外空間A2側へ流出するのを防ぎ、機外空間A2側のガス(大気)が機内空間A1側に流入するのを防ぐ。 The mechanical seal 10 separates the in-machine space A1 from the outside-machine space A2. In this embodiment, the atmosphere is present in the outside-machine space A2, and the outside-machine space A2 is at atmospheric pressure. The in-machine space A1 can be at a higher or lower pressure than the outside-machine space A2 (atmospheric pressure) depending on, for example, the operating state of the rotating equipment 7. The mechanical seal 10 prevents the sealed fluid on the in-machine space A1 side from flowing out to the outside-machine space A2 side, and prevents the gas (atmosphere) on the outside-machine space A2 side from flowing into the in-machine space A1 side.

そのために、メカニカルシール10は、一つの回転密封環11と、一つの静止密封環12とを備える。回転密封環11と静止密封環12との間が、被密封流体の流出および大気の流入を防ぐシール部Sとなる。回転密封環11は機外側に環状のシール面11aを有する。静止密封環12は機内側に、前記シール面11aと対向する環状のシール面12aを有する。シール部Sの径方向内側及び軸方向一方側が、機外空間A2と繋がる。シール部Sの径方向外側及び軸方向他方側が、機内空間A1と繋がる。後に説明するが、本実施形態では、対向するシール面11a,12a間にシールガスが供給される。 To this end, the mechanical seal 10 includes one rotating seal ring 11 and one stationary seal ring 12. The space between the rotating seal ring 11 and the stationary seal ring 12 forms a seal portion S that prevents the sealed fluid from escaping and the atmosphere from entering. The rotating seal ring 11 has an annular seal surface 11a on the outer side of the machine. The stationary seal ring 12 has an annular seal surface 12a on the inner side of the machine that faces the seal surface 11a. The radial inner side and one axial side of the seal portion S are connected to the outside space A2. The radial outer side and the other axial side of the seal portion S are connected to the inside space A1. As will be described later, in this embodiment, a seal gas is supplied between the opposing seal surfaces 11a and 12a.

メカニカルシール10は、回転機器7に取り付けられるケース13を備える。ケース13は、機器ケーシング9に取り付けられる筒状の第一ケース14と、第一ケース14の機外側に取り付けられる筒状の第二ケース15とを有する。第二ケース15は、第一ケース14よりも内径が小さい。第二ケース15は、径方向外側の外周部16と、外周部16から径方向内方に延びて設けられている内周部17と、内周部17の径方向内側部から機内側に延びて設けられている筒部18とを有する。第一ケース14と第二ケース15との間はOリングなどのシール部材33によってシールされている。 The mechanical seal 10 includes a case 13 attached to the rotating equipment 7. The case 13 includes a cylindrical first case 14 attached to the equipment casing 9 and a cylindrical second case 15 attached to the outside of the first case 14. The second case 15 has a smaller inner diameter than the first case 14. The second case 15 includes an outer peripheral portion 16 on the radially outer side, an inner peripheral portion 17 extending radially inward from the outer peripheral portion 16, and a cylindrical portion 18 extending from the radially inner portion of the inner peripheral portion 17 to the inside of the equipment. The gap between the first case 14 and the second case 15 is sealed by a seal member 33 such as an O-ring.

メカニカルシール10は、回転密封環11を含む回転ユニット21を備える。回転ユニット21は、回転密封環11の他に、スリーブ22、及び円筒状の固定部材23を有する。固定部材23は、スリーブ22を回転軸8と一体とするための部材である。固定部材23は、回転軸8の一部に外嵌した状態となり、セットスクリュ24によって回転軸8に固定される。 The mechanical seal 10 has a rotating unit 21 that includes a rotating seal ring 11. In addition to the rotating seal ring 11, the rotating unit 21 has a sleeve 22 and a cylindrical fixed member 23. The fixed member 23 is a member for integrating the sleeve 22 with the rotating shaft 8. The fixed member 23 is fitted onto a part of the rotating shaft 8 and is fixed to the rotating shaft 8 by a set screw 24.

スリーブ22は、円筒状であり、回転軸8の他部に外嵌して設けられている。スリーブ22は、固定部材23と回転軸8との間で径方向について挟まれた状態となる円筒部22aと、円筒部22aの機内側の端部から径方向に延びて設けられている円環部22bとを有する。回転密封環11は、円筒部22aに外嵌して設けられている。回転密封環11は、スリーブ22にピン等(図示せず)によって回り止めされていて、スリーブ22と一体回転可能である。以上より、回転密封環11は、回転軸8と一体回転する。回転密封環11とスリーブ22との間はOリング25によってシールされている。スリーブ22と回転軸8との間はOリング26によってシールされている。 The sleeve 22 is cylindrical and fitted around the other part of the rotating shaft 8. The sleeve 22 has a cylindrical portion 22a that is sandwiched between the fixed member 23 and the rotating shaft 8 in the radial direction, and an annular portion 22b that extends radially from the end of the cylindrical portion 22a on the inside of the machine. The rotating seal ring 11 is fitted around the cylindrical portion 22a. The rotating seal ring 11 is prevented from rotating by a pin or the like (not shown) on the sleeve 22, and can rotate together with the sleeve 22. As described above, the rotating seal ring 11 rotates together with the rotating shaft 8. The space between the rotating seal ring 11 and the sleeve 22 is sealed by an O-ring 25. The space between the sleeve 22 and the rotating shaft 8 is sealed by an O-ring 26.

静止密封環12は、環状の部材であり、回転密封環11との間でシールするための部材である。静止密封環12は、第二ケース15が有する筒部18の外周側に設けられており、ケース13によって支持される。静止密封環12と筒部18との間は、Oリング27によってシールされている。第二ケース15が有する内周部17は、機内側に突出するピン30を有する。静止密封環12に穴31が設けられている。ピン30が穴31に挿入した状態となることで、ケース13に対して静止密封環12は回転不能となる。図示しないが、内周部17と静止密封環12との間に弾性部材が設けられている。弾性部材は、圧縮コイルばねであり、静止密封環12を回転密封環11に押し付ける方向の力を発生させる。 The stationary seal ring 12 is an annular member that seals with the rotating seal ring 11. The stationary seal ring 12 is provided on the outer periphery of the cylindrical portion 18 of the second case 15 and is supported by the case 13. The space between the stationary seal ring 12 and the cylindrical portion 18 is sealed by an O-ring 27. The inner periphery 17 of the second case 15 has a pin 30 that protrudes toward the inside of the machine. A hole 31 is provided in the stationary seal ring 12. When the pin 30 is inserted into the hole 31, the stationary seal ring 12 cannot rotate relative to the case 13. Although not shown, an elastic member is provided between the inner periphery 17 and the stationary seal ring 12. The elastic member is a compression coil spring that generates a force in a direction that presses the stationary seal ring 12 against the rotating seal ring 11.

静止密封環12にシール用流路32が形成されている。シール用流路32は、静止密封環12の外周面12bとシール面12aとを繋ぐ。静止密封環12の外周面12bと、ケース13(第一ケース14)の内周面13aとの間に、機内側のOリング28、および機外側のOリング29が設けられている。静止密封環12の外周面12bと、ケース13の内周面13aとの間であって、二つのOリング28,29の間に、環状の密閉空間K2が形成されている。 A sealing flow passage 32 is formed in the stationary seal ring 12. The sealing flow passage 32 connects the outer peripheral surface 12b of the stationary seal ring 12 to the seal surface 12a. An O-ring 28 on the inside side and an O-ring 29 on the outside side are provided between the outer peripheral surface 12b of the stationary seal ring 12 and the inner peripheral surface 13a of the case 13 (first case 14). An annular sealed space K2 is formed between the outer peripheral surface 12b of the stationary seal ring 12 and the inner peripheral surface 13a of the case 13, between the two O-rings 28, 29.

ケース13(第一ケース14)に、図示しないが、シールガス(例えば窒素ガス)が供給されるシールガス流路が設けられている。そのシールガス流路は、密閉空間K2で開口し、シールガスが密閉空間K2に供給される。密閉空間K2に供給されたシールガスは、シール用流路32を通じて、回転密封環11のシール面11aと静止密封環12のシール面12aとの間、つまり、シール部Sに供給される。シール部Sに供給されたシールガスによって、シール面11a,12a間に静圧の流体膜が形成される。このように、本実施形態のメカニカルシール10は、シール面11a,12a間を非接触状態とする非接触型のシール装置である。 Although not shown, the case 13 (first case 14) is provided with a seal gas flow passage through which a seal gas (e.g., nitrogen gas) is supplied. The seal gas flow passage opens in the sealed space K2, and the seal gas is supplied to the sealed space K2. The seal gas supplied to the sealed space K2 is supplied through the sealing flow passage 32 to the space between the seal surface 11a of the rotating seal ring 11 and the seal surface 12a of the stationary seal ring 12, that is, to the seal portion S. The seal gas supplied to the seal portion S forms a hydrostatic fluid film between the seal surfaces 11a, 12a. In this way, the mechanical seal 10 of this embodiment is a non-contact type seal device that keeps the seal surfaces 11a, 12a in a non-contact state.

静止密封環12の機外側(機外空間A2側)と、ケース13の一部との間に、環状の背圧室K1が設けられている。背圧室K1は、静止密封環12の外周側のOリング29と静止密封環12の内周側のOリング27とによって、シールされている。背圧室K1は、後述する接続流路40と繋がっているが、閉じた空間である。後に説明するが、背圧室K1の内圧が機外空間A2の圧力(大気圧)よりも高くなると、背圧室K1の流体圧力によって、静止密封環12を回転密封環11に押し付ける推力が発生する。 An annular back pressure chamber K1 is provided between the outer side (external space A2 side) of the stationary seal ring 12 and a part of the case 13. The back pressure chamber K1 is sealed by an O-ring 29 on the outer periphery of the stationary seal ring 12 and an O-ring 27 on the inner periphery of the stationary seal ring 12. The back pressure chamber K1 is connected to a connecting flow passage 40 described later, but is a closed space. As will be described later, when the internal pressure of the back pressure chamber K1 becomes higher than the pressure of the external space A2 (atmospheric pressure), a thrust force is generated by the fluid pressure of the back pressure chamber K1 to press the stationary seal ring 12 against the rotating seal ring 11.

静止密封環12において、背圧室K1の内圧を受ける受圧領域は、機外空間A2の圧力(大気圧)を受ける受圧領域よりも広くなっている。背圧室K1が機外空間A2よりも高圧である場合、静止密封環12を回転密封環11に押し付ける力が作用するように、背圧室K1は構成されている。 In the stationary seal ring 12, the pressure-receiving area that receives the internal pressure of the back pressure chamber K1 is larger than the pressure-receiving area that receives the pressure of the external space A2 (atmospheric pressure). The back pressure chamber K1 is configured so that when the back pressure chamber K1 is higher than the external space A2, a force is applied that presses the stationary seal ring 12 against the rotating seal ring 11.

メカニカルシール10は、機内空間A1と背圧室K1とを繋ぐ接続流路40を備える。接続流路40は、流路の状態を切り替える切り替え部41を有する。図1に示す形態では、接続流路40および切り替え部41は、ケース13に設けられている。切り替え部41は、キャビティ43が形成されているブロック部42と、キャビティ43に設けられているピストン44とを有する。ブロック部42は、ケース13の一部により構成されている。具体的に説明すると、第二ケース15の外周部16の一部がブロック部42であり、その一部にキャビティ43が形成されている。 The mechanical seal 10 has a connection flow path 40 that connects the internal space A1 and the back pressure chamber K1. The connection flow path 40 has a switching unit 41 that switches the state of the flow path. In the embodiment shown in FIG. 1, the connection flow path 40 and the switching unit 41 are provided in the case 13. The switching unit 41 has a block portion 42 in which a cavity 43 is formed, and a piston 44 provided in the cavity 43. The block portion 42 is formed from a part of the case 13. More specifically, a part of the outer periphery 16 of the second case 15 is the block portion 42, and the cavity 43 is formed in a part of that block portion.

〔切り替え部41について〕
ピストン44は、キャビティ43を第一位置P1と第二位置P2との間で移動する。図1および図3が、一方のストロークエンドとなる第一位置P1にピストン44が存在する状態を示し、図2および図4が、他方のストロークエンドとなる第二位置P2にピストン44が存在する状態を示す。図3は、図1に示す切り替え部41、およびその周囲を示す拡大図である。図4は、図2に示す切り替え部41、およびその周囲を示す拡大図である。図3に示すように、ピストン44が第一位置P1にある状態で、キャビティ43の一方側(図3では右側)に第一室Q1が形成される。図4に示すように、ピストン44が第二位置P2にある状態で、キャビティ43の他方側(図4では左側)に第二室Q2が形成される。
[Regarding the switching unit 41]
The piston 44 moves in the cavity 43 between a first position P1 and a second position P2. FIGS. 1 and 3 show a state where the piston 44 is in the first position P1, which is one stroke end, and FIGS. 2 and 4 show a state where the piston 44 is in the second position P2, which is the other stroke end. FIG. 3 is an enlarged view showing the switching portion 41 shown in FIG. 1 and its surroundings. FIG. 4 is an enlarged view showing the switching portion 41 shown in FIG. 2 and its surroundings. As shown in FIG. 3, when the piston 44 is in the first position P1, a first chamber Q1 is formed on one side of the cavity 43 (the right side in FIG. 3). As shown in FIG. 4, when the piston 44 is in the second position P2, a second chamber Q2 is formed on the other side of the cavity 43 (the left side in FIG. 4).

ピストン44の外周に、キャビティ43の内周面に滑り接触するシール部材(Oリング)45が設けられている。シール部材45によって、キャビティ43が第一室Q1と第二室Q2とに区画される。 A seal member (O-ring) 45 that slides against the inner surface of the cavity 43 is provided on the outer periphery of the piston 44. The seal member 45 divides the cavity 43 into a first chamber Q1 and a second chamber Q2.

接続流路40は、第一流路46と第二流路47とを有する。図1に示すように、第一流路46は、キャビティ43の一部である第一室Q1と機内空間A1とを繋ぐ。図2に示すように、第二流路47は、キャビティ43の他部である第二室Q2と背圧室K1とを繋ぐ。ケース13の一部であるブロック部42に、第二室Q2と機外空間A2とを常時連通する開放穴48が設けられている。 The connection flow path 40 has a first flow path 46 and a second flow path 47. As shown in FIG. 1, the first flow path 46 connects a first chamber Q1, which is a part of the cavity 43, to the in-machine space A1. As shown in FIG. 2, the second flow path 47 connects a second chamber Q2, which is the other part of the cavity 43, to the back pressure chamber K1. An open hole 48 that constantly connects the second chamber Q2 to the out-machine space A2 is provided in the block portion 42, which is a part of the case 13.

図3および図1に示すように、ピストン44が第一位置P1にある状態で、第一室Q1を通じて機内空間A1と背圧室K1とが連通する。図4および図2に示すように、ピストン44が第二位置P2にある状態で、そのピストン44が第一室Q1に存在し、第一流路46を塞ぐ。これにより、機内空間A1と背圧室K1との間の流路が、ピストン44によって遮断される。 As shown in Figures 3 and 1, when the piston 44 is in the first position P1, the internal space A1 and the back pressure chamber K1 communicate with each other through the first chamber Q1. As shown in Figures 4 and 2, when the piston 44 is in the second position P2, the piston 44 is present in the first chamber Q1 and blocks the first flow path 46. As a result, the flow path between the internal space A1 and the back pressure chamber K1 is blocked by the piston 44.

ピストン44の移動は、機内空間A1と機外空間A2との圧力差によって自動的に行われる。以下、そのメカニズムについて説明する。前記のとおり、機外空間A2は、大気環境にあり、大気圧でほぼ一定である。機内空間A1は、回転機器7の運転状態によって、機外空間A2よりも高圧(大気圧に対して正圧)となったり低圧(大気圧に対して負圧)となったりする。 The piston 44 moves automatically due to the pressure difference between the internal space A1 and the external space A2. The mechanism is explained below. As described above, the external space A2 is in an atmospheric environment and is at a nearly constant atmospheric pressure. The internal space A1 can be at a higher pressure (positive pressure relative to atmospheric pressure) or a lower pressure (negative pressure relative to atmospheric pressure) than the external space A2, depending on the operating state of the rotating equipment 7.

機内空間A1が機外空間A2よりも高圧となる場合、機内空間A1の流体圧が、第一流路46を通じて、キャビティ43の第一室Q1に作用し、ピストン44を第一位置P1側に向かって押す。ピストン44が第二位置P2に存在する場合であっても、機内空間A1が機外空間A2よりも高圧になると、機内空間A1と機外空間A2との圧力差によってピストン44が第二位置P2から第一位置P1に自動的に移動する。ピストン44の第一端面51の一部が、キャビティ43の第一内面56に接触し、ピストン44は第一位置P1で停止する(図3参照)。 When the pressure in the in-machine space A1 becomes higher than the pressure in the external space A2, the fluid pressure in the in-machine space A1 acts on the first chamber Q1 of the cavity 43 through the first flow path 46, pushing the piston 44 toward the first position P1. Even if the piston 44 is in the second position P2, when the pressure in the in-machine space A1 becomes higher than the pressure in the external space A2, the piston 44 automatically moves from the second position P2 to the first position P1 due to the pressure difference between the in-machine space A1 and the external space A2. A part of the first end face 51 of the piston 44 comes into contact with the first inner surface 56 of the cavity 43, and the piston 44 stops at the first position P1 (see FIG. 3).

この状態で、機内空間A1と背圧室K1とが、第一流路46、第一室Q1、および第二流路47を通じて連通する。すると、背圧室K1が機内空間A1と同じ圧力(大気圧に対して正圧)となる。その結果、背圧室K1の流体圧によって静止密封環12を回転密封環11に押し付ける方向の力が作用する。機内空間A1の圧力に応じて前記押し付ける方向の力が変化し、機内空間A1の圧力が高くなるほど、前記押し付ける方向の力が大きくなる。 In this state, the in-machine space A1 and the back pressure chamber K1 are in communication through the first flow path 46, the first chamber Q1, and the second flow path 47. Then, the back pressure chamber K1 has the same pressure as the in-machine space A1 (positive pressure relative to atmospheric pressure). As a result, the fluid pressure in the back pressure chamber K1 exerts a force in a direction pressing the stationary seal ring 12 against the rotating seal ring 11. The force in the pressing direction changes depending on the pressure in the in-machine space A1, and the higher the pressure in the in-machine space A1, the greater the force in the pressing direction.

機内空間A1が機外空間A2よりも低圧となる場合、つまり、機内空間A1が大気圧に対して負圧に変化した場合、キャビティ43の第一室Q1も低圧(負圧)となる。すると、機外空間A2の流体圧(大気圧)が、開放穴48を通じて、第二室Q2に作用し、ピストン44を第二位置P2側に向かって押す。ピストン44が第一位置P1に存在する場合であっても、機内空間A1が機外空間A2よりも低圧になると、機内空間A1と機外空間A2との圧力差によって、機外空間A2から開放穴48を通じて第二室Q2に流体(大気)が侵入すると共に、ピストン44が第一位置P1から第二位置P2に自動的に移動する。ピストン44の第二端面52の一部が、キャビティ43の第二内面57に接触し、ピストン44は第二位置P2で停止する(図4参照)。 When the pressure of the in-machine space A1 becomes lower than that of the outside-machine space A2, that is, when the pressure of the in-machine space A1 changes to negative pressure relative to atmospheric pressure, the first chamber Q1 of the cavity 43 also becomes low pressure (negative pressure). Then, the fluid pressure (atmospheric pressure) of the outside-machine space A2 acts on the second chamber Q2 through the open hole 48 and pushes the piston 44 toward the second position P2. Even when the piston 44 is in the first position P1, when the pressure of the in-machine space A1 becomes lower than that of the outside-machine space A2, the pressure difference between the in-machine space A1 and the outside-machine space A2 causes fluid (atmosphere) to enter the second chamber Q2 from the outside-machine space A2 through the open hole 48, and the piston 44 automatically moves from the first position P1 to the second position P2. A part of the second end surface 52 of the piston 44 comes into contact with the second inner surface 57 of the cavity 43, and the piston 44 stops at the second position P2 (see FIG. 4).

これにより、機内空間A1と背圧室K1との間の流路がピストン44によって遮断される。さらに、機外空間A2と背圧室K1とが、開放穴48、第二室Q2、および第二流路47を通じて連通する。すると、背圧室K1が機外空間A2と同じ圧力(大気圧)になる。その結果、大気圧である機外空間A2および背圧室K1よりも、機内空間A1は低圧であり、背圧室K1の流体圧(大気圧)によって静止密封環12を回転密封環11に押し付ける方向の力が作用する。 As a result, the flow path between the in-machine space A1 and the back pressure chamber K1 is blocked by the piston 44. Furthermore, the outside-machine space A2 and the back pressure chamber K1 are connected through the open hole 48, the second chamber Q2, and the second flow path 47. Then, the back pressure chamber K1 becomes the same pressure as the outside-machine space A2 (atmospheric pressure). As a result, the inside-machine space A1 is at a lower pressure than the outside-machine space A2 and the back pressure chamber K1, which are at atmospheric pressure, and a force is applied in the direction of pressing the stationary seal ring 12 against the rotating seal ring 11 due to the fluid pressure (atmospheric pressure) of the back pressure chamber K1.

以上のように、ピストン44を含んで構成される切り替え部41は、機内空間A1が機外空間A2よりも高圧である場合に、機内空間A1と背圧室K1とを連通させ、機内空間A1が機外空間A2よりも低圧である場合に、機内空間A1と背圧室K1とを遮断する。
なお、機内空間A1が機外空間A2よりも高圧となる場合であっても低圧となる場合であっても、静止密封環12には前記弾性部材(図示せず)によって回転密封環11側に対して押し付ける力が付与されている。
As described above, the switching section 41, which includes the piston 44, connects the in-machine space A1 to the back pressure chamber K1 when the in-machine space A1 is at a higher pressure than the external space A2, and isolates the in-machine space A1 from the back pressure chamber K1 when the in-machine space A1 is at a lower pressure than the external space A2.
In addition, whether the pressure in the in-machine space A1 is higher or lower than the pressure in the external space A2, a force is applied to the stationary seal ring 12 by the elastic member (not shown) to press it against the rotating seal ring 11.

キャビティ43に繋がる開放穴48および第一流路46それぞれは、キャビティ43よりも流路断面積が小さい。開放穴48および第一流路46が細くても、ピストン44の受圧面積を確保するために、本実施形態のメカニカルシール10は、次の第一構成F1および第二構成F2を備える。 The open hole 48 and the first flow passage 46 connected to the cavity 43 each have a smaller flow passage cross-sectional area than the cavity 43. In order to ensure a pressure-receiving area for the piston 44 even if the open hole 48 and the first flow passage 46 are narrow, the mechanical seal 10 of this embodiment has the following first configuration F1 and second configuration F2.

第一構成F1として(図3参照)、ピストン44は、機外側となる移動方向の一方側の第一端面51に、第一部分接触面61と、第一受圧面62とを有する。第一部分接触面61は、第一端面51の中央から突出する突起51aの先端面により構成されている。第一受圧面62は、第一端面51のうち突起51a以外の面により構成されていて、第一部分接触面61よりも広く設定されている。第一部分接触面61は、キャビティ43の第一内面56に部分的に接触可能となる。第一受圧面62は、第一内面56に非接触となる。ピストン44が第一位置P1にある状態で、第一内面56と第一受圧面62との間に環状となる第一内部空間53形成される。第一内部空間53が、開放穴48を通じて機外空間A2と連通する。 In the first configuration F1 (see FIG. 3), the piston 44 has a first partial contact surface 61 and a first pressure receiving surface 62 on the first end surface 51 on one side in the moving direction that is the outside of the machine. The first partial contact surface 61 is formed by the tip surface of the protrusion 51a protruding from the center of the first end surface 51. The first pressure receiving surface 62 is formed by the surface of the first end surface 51 other than the protrusion 51a, and is set wider than the first partial contact surface 61. The first partial contact surface 61 can partially contact the first inner surface 56 of the cavity 43. The first pressure receiving surface 62 does not contact the first inner surface 56. When the piston 44 is in the first position P1, a first internal space 53 that is annular is formed between the first inner surface 56 and the first pressure receiving surface 62. The first internal space 53 communicates with the outside space A2 through the open hole 48.

この構成により、開放穴48が細くても、ピストン44の第一端面51における受圧面積を確保することが可能となる。このため、機内空間A1が機外空間A2よりも低圧となった場合に、機外空間A2と繋がる第一内部空間53の流体圧(大気圧)によってピストン44の推力が得られ、ピストン44は第一位置P1から第二位置P2に移動可能となる。 This configuration makes it possible to ensure a pressure-receiving area at the first end face 51 of the piston 44 even if the open hole 48 is narrow. Therefore, when the pressure in the interior space A1 becomes lower than the pressure in the exterior space A2, the thrust of the piston 44 is obtained by the fluid pressure (atmospheric pressure) in the first internal space 53 connected to the exterior space A2, and the piston 44 can move from the first position P1 to the second position P2.

第二構成F2について説明する(図4参照)。キャビティ43の第二内面57に凹部65が形成されている。凹部65は、キャビティ43に向かって開口すると共に、第一流路46と繋がる。キャビティ43に対する凹部65の開口面積は、キャビティ43の断面積、およびピストン44の第二端面52よりも小さい。凹部65に対する第一流路46の開口面積は、凹部65の断面積よりも小さい。 The second configuration F2 will be described (see FIG. 4). A recess 65 is formed on the second inner surface 57 of the cavity 43. The recess 65 opens toward the cavity 43 and is connected to the first flow path 46. The opening area of the recess 65 relative to the cavity 43 is smaller than the cross-sectional area of the cavity 43 and the second end surface 52 of the piston 44. The opening area of the first flow path 46 relative to the recess 65 is smaller than the cross-sectional area of the recess 65.

ピストン44は、機内側となる移動方向の他方側の第二端面52に、第二部分接触面63と、第二受圧面64とを有する。第二部分接触面63は、キャビティ43の第二内面57に部分的に接触する面である。図4に示す形態では、第二部分接触面63は、第二端面52の一部である環状の外周部により構成されている。第二受圧面64は、第二内面57に非接触となる面であり、第二端面52の残りの他部である中央部により構成されている。第二受圧面64は、第二部分接触面63よりも広く設定されている。ピストン44が第二位置にある状態で、第二内面57の凹部65と第二受圧面64との間に第二内部空間54が形成される。第二内部空間54が、第一流路46を通じて機内空間A1(図2参照)と連通する。 The piston 44 has a second partial contact surface 63 and a second pressure receiving surface 64 on the second end surface 52 on the other side of the movement direction, which is the inside of the machine. The second partial contact surface 63 is a surface that partially contacts the second inner surface 57 of the cavity 43. In the embodiment shown in FIG. 4, the second partial contact surface 63 is formed by an annular outer periphery that is a part of the second end surface 52. The second pressure receiving surface 64 is a surface that does not contact the second inner surface 57 and is formed by the central part that is the remaining part of the second end surface 52. The second pressure receiving surface 64 is set wider than the second partial contact surface 63. When the piston 44 is in the second position, a second internal space 54 is formed between the recess 65 of the second inner surface 57 and the second pressure receiving surface 64. The second internal space 54 communicates with the in-machine space A1 (see FIG. 2) through the first flow path 46.

この構成により、第一流路46が細くても、ピストン44の第二端面52における受圧面積を確保することが可能となる。このため、機内空間A1が機外空間A2よりも高圧となった場合に、機内空間A1と繋がる第二内部空間54の流体圧によってピストン44の推力が得られ、ピストン44は第二位置P2から第一位置P1に移動可能となる。ピストン44の移動の際、第二室Q2の気体(大気)は、開放穴48を通じて機外空間A2に排出される。 This configuration makes it possible to ensure a pressure-receiving area at the second end face 52 of the piston 44 even if the first flow path 46 is narrow. Therefore, when the pressure in the interior space A1 becomes higher than the exterior space A2, the thrust of the piston 44 is obtained by the fluid pressure in the second internal space 54 connected to the interior space A1, and the piston 44 can move from the second position P2 to the first position P1. When the piston 44 moves, the gas (atmosphere) in the second chamber Q2 is discharged to the exterior space A2 through the open hole 48.

前記のような第一構成F1および第二構成F2に関して、機内側と機外側とで構成が反対であってもよい。つまり、機内側に第一構成F1が設けられ、機外側に第二構成F2が設けられていてもよい。また、第一構成F1および第二構成F2に関する別の変形例として、機内側と機外側とが同じ構成であってもよい。さらに別の変形例として、ピストン44の受圧面積を確保するために、キャビティ43に開口する凹部65を設ける代わりに、ピストン44の端面に凹部を設けたり、ピストン44の端面に突起51aを設ける代わりに、キャビティ43の内面に突起を設けてもよい。 Regarding the first configuration F1 and the second configuration F2 as described above, the configurations may be reversed on the inside and outside of the machine. In other words, the first configuration F1 may be provided on the inside of the machine, and the second configuration F2 may be provided on the outside of the machine. As another modification of the first configuration F1 and the second configuration F2, the inside and outside of the machine may have the same configuration. As yet another modification, in order to secure the pressure-receiving area of the piston 44, instead of providing a recess 65 that opens into the cavity 43, a recess may be provided on the end face of the piston 44, or instead of providing a protrusion 51a on the end face of the piston 44, a protrusion may be provided on the inner surface of the cavity 43.

〔本実施形態のメカニカルシール10について〕
以上のように、図1および図2に示す本実施形態のメカニカルシール10は、回転軸8と一体回転する回転密封環11と、回転密封環11との間でシールするための静止密封環12と、静止密封環12を支持すると共に回転機器7に取り付けられるケース13とを備える。メカニカルシール10は、背圧室K1、および機内空間A1と背圧室K1とを繋ぐ接続流路40を備える。背圧室K1は、静止密封環12の機外側と、ケース13の一部である第二ケース15の内周部17との間に設けられており、Oリング27,29によってシールされている空間である。接続流路40は、切り替え部41を有する。切り替え部41は、機内空間A1が機外空間A2よりも高圧である場合に機内空間A1と背圧室K1とを連通させ、機内空間A1が機外空間A2よりも低圧である場合に機内空間A1と背圧室K1とを遮断する。
[Regarding the mechanical seal 10 of this embodiment]
As described above, the mechanical seal 10 of the present embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2 includes the rotary seal ring 11 that rotates integrally with the rotary shaft 8, the stationary seal ring 12 for sealing between the rotary seal ring 11, and the case 13 that supports the stationary seal ring 12 and is attached to the rotating device 7. The mechanical seal 10 includes a back pressure chamber K1 and a connection flow path 40 that connects the in-machine space A1 and the back pressure chamber K1. The back pressure chamber K1 is provided between the outer side of the stationary seal ring 12 and the inner periphery 17 of the second case 15, which is a part of the case 13, and is a space sealed by the O-rings 27 and 29. The connection flow path 40 has a switching portion 41. The switching portion 41 communicates the in-machine space A1 with the back pressure chamber K1 when the in-machine space A1 is at a higher pressure than the outer-machine space A2, and blocks the in-machine space A1 from the back pressure chamber K1 when the in-machine space A1 is at a lower pressure than the outer-machine space A2.

このメカニカルシール10によれば、切り替え部41によって、機内空間A1が機外空間A2よりも高圧である場合、機内空間A1と背圧室K1とが連通し、背圧室K1の流体圧によって、静止密封環12を回転密封環11に押し付けることが可能となる。これに対して、機内空間A1が機外空間A2よりも低圧である場合、機内空間A1の流体圧が背圧室K1に及ばず、従来の構成では生じる静止密封環12を回転密封環11から引き離す力が作用しない。背圧室K1が機外空間A2と同じ圧力(大気圧)となり、静止密封環12を回転密封環11に押し付けることが可能となる。以上より、機内空間A1が機外空間A2よりも高圧となったり低圧となったりする場合でも、静止密封環12を回転密封環11に押し付ける力を所望の範囲で確保することが可能となる。 According to this mechanical seal 10, when the in-machine space A1 is at a higher pressure than the outside-machine space A2, the in-machine space A1 and the back pressure chamber K1 communicate with each other by the switching portion 41, and the stationary seal ring 12 can be pressed against the rotary seal ring 11 by the fluid pressure of the back pressure chamber K1. On the other hand, when the in-machine space A1 is at a lower pressure than the outside-machine space A2, the fluid pressure of the in-machine space A1 does not reach the back pressure chamber K1, and the force that pulls the stationary seal ring 12 away from the rotary seal ring 11, which occurs in the conventional configuration, does not act. The back pressure chamber K1 has the same pressure (atmospheric pressure) as the outside-machine space A2, and the stationary seal ring 12 can be pressed against the rotary seal ring 11. As a result, even when the in-machine space A1 is at a higher or lower pressure than the outside-machine space A2, it is possible to ensure the force pressing the stationary seal ring 12 against the rotary seal ring 11 within the desired range.

図1に示す形態では、切り替え部41はケース13に設けられている。このため、切り替え部41の形成が比較的容易となり、また、既に設計されているメカニカルシールに対しても追加的に切り替え部41を適用することが容易である。 In the embodiment shown in FIG. 1, the switching portion 41 is provided on the case 13. This makes it relatively easy to form the switching portion 41, and also makes it easy to add the switching portion 41 to an already designed mechanical seal.

切り替え部41は、キャビティ43が形成されているブロック部42と、キャビティ43を第一位置P1と第二位置P2との間で移動するピストン44とを有する。ピストン44が第一位置P1にある状態で(図1および図3参照)、キャビティ43の一部(第一室Q1)を通じて機内空間A1と背圧室K1とが連通する。ピストン44が第二位置P2にある状態で(図2および図4参照)、ピストン44がキャビティ43の前記一部(第一室Q1)に存在することにより、機内空間A1と背圧室K1とをピストン44が遮断する。 The switching section 41 has a block section 42 in which a cavity 43 is formed, and a piston 44 that moves through the cavity 43 between a first position P1 and a second position P2. When the piston 44 is in the first position P1 (see Figures 1 and 3), the internal space A1 and the back pressure chamber K1 communicate through a part of the cavity 43 (first chamber Q1). When the piston 44 is in the second position P2 (see Figures 2 and 4), the piston 44 is present in the part of the cavity 43 (first chamber Q1), and thus blocks the internal space A1 from the back pressure chamber K1.

接続流路40は、キャビティ43の第一室Q1と機内空間A1とを繋ぐ第一流路46と、キャビティ43の第二室Q2と背圧室K1とを繋ぐ第二流路47とを有する。キャビティ43が設けられているブロック部42に、第二室Q2と機外空間A2とを連通する開放穴48が設けられている。 The connection flow path 40 has a first flow path 46 that connects the first chamber Q1 of the cavity 43 to the in-machine space A1, and a second flow path 47 that connects the second chamber Q2 of the cavity 43 to the back pressure chamber K1. An open hole 48 that connects the second chamber Q2 to the out-machine space A2 is provided in the block portion 42 in which the cavity 43 is provided.

この構成により、機内空間A1が機外空間A2よりも低圧になると、機内空間A1と機外空間A2との圧力差によって、機外空間A2から開放穴48を通じてキャビティ43の第二室Q2に流体(大気)が侵入すると共に、ピストン44が第一位置P1から第二位置P2に、自動的に移動する。機内空間A1が機外空間A2よりも高圧になると、機内空間A1と機外空間A2との圧力差によってピストン44が第二位置P2から第一位置P1に、自動的に移動する。 With this configuration, when the pressure in the in-machine space A1 becomes lower than the pressure in the external space A2, the pressure difference between the in-machine space A1 and the external space A2 causes fluid (atmosphere) to enter the second chamber Q2 of the cavity 43 from the external space A2 through the open hole 48, and the piston 44 automatically moves from the first position P1 to the second position P2. When the in-machine space A1 becomes higher pressure than the external space A2, the pressure difference between the in-machine space A1 and the external space A2 causes the piston 44 to automatically move from the second position P2 to the first position P1.

〔その他〕
切り替え部41は、図示する構成以外であってもよい。切り替え部41は、例えば、マニホールドバルブ、またはチェックバルブなどを用いて構成されていてもよい。
図1に示す形態では、接続流路40の全体がケース13内に設けられているが、その一部が、配管により構成されていて、ケース13外に設けられていてもよい。また、切り替え部41(キャビティ43が形成されているブロック部42)もケース13と別に設けられていてもよい。
〔others〕
The switching unit 41 may have a configuration other than that shown in the drawing. The switching unit 41 may be configured using, for example, a manifold valve, a check valve, or the like.
1, the entirety of the connection flow path 40 is provided inside the case 13, but a part of it may be configured by piping and provided outside the case 13. In addition, the switching portion 41 (the block portion 42 in which the cavity 43 is formed) may also be provided separately from the case 13.

前記実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、前記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更を含む。 The above-described embodiment is illustrative in all respects and is not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above-described embodiment, and includes all modifications within the scope of equivalence to the configurations described in the claims.

7 回転機器
8 回転軸
10 メカニカルシール
11 回転密封環
12 静止密封環
13 ケース
40 接続流路
41 切り替え部
42 ブロック部
43 キャビティ
44 ピストン
46 第一流路
47 第二流路
48 開放穴
51 第一端面
52 第二端面
53 第一内部空間
54 第二内部空間
56 第一内面
57 第二内面
61 第一部分接触面
62 第一受圧面
63 第二部分接触面
64 第二受圧面
A1 機内空間
A2 機外空間
K1 背圧室
P1 第一位置
P2 第二位置
Q1 第一室
Q2 第二室
Reference Signs List 7 Rotating device 8 Rotating shaft 10 Mechanical seal 11 Rotating seal ring 12 Static seal ring 13 Case 40 Connecting flow passage 41 Switching portion 42 Block portion 43 Cavity 44 Piston 46 First flow passage 47 Second flow passage 48 Open hole 51 First end face 52 Second end face 53 First internal space 54 Second internal space 56 First inner surface 57 Second inner surface 61 First partial contact surface 62 First pressure receiving surface 63 Second partial contact surface 64 Second pressure receiving surface A1 In-machine space A2 Out-machine space K1 Back pressure chamber P1 First position P2 Second position Q1 First chamber Q2 Second chamber

Claims (4)

回転軸と一体回転する回転密封環と、前記回転密封環との間でシールするための静止密封環と、前記静止密封環を支持すると共に回転機器に取り付けられるケースと、を備え、前記回転機器の内部の機内空間と前記回転機器の外部の機外空間とを区画するメカニカルシールであって、
前記静止密封環の機外空間側と前記ケースの一部との間に設けられシールされている背圧室と、
前記機内空間と前記背圧室とを繋ぐ接続流路と、
を備え、
前記接続流路は、前記機内空間が前記機外空間よりも高圧である場合に前記機内空間と前記背圧室とを連通させ、前記機内空間が前記機外空間よりも低圧である場合に前記機内空間と前記背圧室とを遮断する切り替え部を有し、
前記切り替え部は、キャビティが形成されているブロック部と、前記キャビティを第一位置と第二位置との間で移動するピストンと、を有し、
前記ピストンが前記第一位置にある状態で、前記キャビティの一部を通じて前記機内空間と前記背圧室とが連通し、
前記ピストンが前記第二位置にある状態で、前記ピストンが前記キャビティの前記一部に存在することにより前記機内空間と前記背圧室とを遮断し、
前記接続流路は、前記キャビティの前記一部である第一室と前記機内空間とを繋ぐ第一流路と、前記ピストンが前記第二位置にある状態で形成される前記キャビティの第二室と前記背圧室とを繋ぐ第二流路と、を有し、
前記ブロック部に、前記第二室と前記機外空間とを連通する開放穴が設けられていて、
前記ピストンは、移動方向の一方側の第一端面に、前記キャビティの第一内面に部分的に接触する第一部分接触面と、前記第一内面に非接触である第一受圧面と、を有し、
前記第一内面と前記第一受圧面との間に形成される第一内部空間が、前記開放穴を通じて前記機外空間と連通する、
メカニカルシール。
A mechanical seal comprising: a rotary seal ring that rotates integrally with a rotary shaft; a stationary seal ring for sealing between the rotary seal ring and the stationary seal ring; and a case that supports the stationary seal ring and is attached to a rotary device, the mechanical seal separating an in-machine space inside the rotary device from an external space outside the rotary device,
a back pressure chamber that is provided between the stationary seal ring on the outside space side of the machine and a part of the case and is sealed;
A connection flow path connecting the interior space and the back pressure chamber;
Equipped with
the connecting flow passage has a switching portion that communicates the interior space with the back pressure chamber when the interior space is at a higher pressure than the exterior space, and that blocks communication between the interior space and the back pressure chamber when the interior space is at a lower pressure than the exterior space ,
The switching portion includes a block portion in which a cavity is formed, and a piston that moves the cavity between a first position and a second position,
When the piston is in the first position, the internal space and the back pressure chamber communicate with each other through a part of the cavity,
When the piston is in the second position, the piston is present in the portion of the cavity to isolate the internal space from the back pressure chamber;
the connecting passage includes a first passage that connects a first chamber, which is the part of the cavity, to the interior space, and a second passage that connects a second chamber of the cavity, which is formed when the piston is in the second position, to the back pressure chamber,
The block portion is provided with an open hole that communicates the second chamber with the outside space,
the piston has, on a first end surface on one side in a moving direction, a first partial contact surface that partially contacts a first inner surface of the cavity and a first pressure receiving surface that does not contact the first inner surface,
A first internal space formed between the first inner surface and the first pressure-receiving surface communicates with the outside space through the open hole.
Mechanical seal.
前記切り替え部は、前記ケースに設けられている、請求項1に記載のメカニカルシール。 The mechanical seal of claim 1, wherein the switching portion is provided on the case. 前記ピストンは、移動方向の他方側の第二端面に、前記キャビティの第二内面に部分的に接触する第二部分接触面と、前記第二内面に非接触である第二受圧面と、を有し、
前記第二内面と前記第二受圧面との間に形成される第二内部空間が、前記第一流路を通じて前記機内空間と連通する、請求項1または請求項2に記載のメカニカルシール。
the piston has, on a second end surface on the other side in the moving direction, a second partial contact surface that partially contacts a second inner surface of the cavity and a second pressure receiving surface that is not in contact with the second inner surface,
The mechanical seal according to claim 1 or 2 , wherein a second internal space formed between the second inner surface and the second pressure-receiving surface communicates with the aircraft interior space through the first flow path.
前記第一受圧面は、前記第一部分接触面よりも広い、請求項1に記載のメカニカルシール。The mechanical seal of claim 1 , wherein the first pressure surface is wider than the first partial contact surface.
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