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JP7628482B2 - Mechanical seal and method for adjusting fluid pressure of mechanical seal - Google Patents
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JP7628482B2 - Mechanical seal and method for adjusting fluid pressure of mechanical seal - Google Patents

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Description

本発明は、メカニカルシール、及びメカニカルシールの流体圧調整方法に関する。 The present invention relates to a mechanical seal and a method for adjusting fluid pressure in a mechanical seal.

例えば、高負荷用のメカニカルシールでは、高圧及び高周速の条件に対応するために、バランス比(静止密封環及び回転密封環の両シール面間を閉じようとする力と、両シール面間を開こうとする力との比率)を通常よりも小さい値(0.6~0.75)に設定し、両シール面間から被密封流体が一定量だけ漏れるのを許容している。これにより、両シール面間において被密封流体による潤滑膜が形成されるので、両シール面間の潤滑を確保することができる(特許文献1参照)。 For example, in high-load mechanical seals, in order to accommodate high pressure and high peripheral speed conditions, the balance ratio (the ratio between the force attempting to close the gap between the two seal faces of the stationary and rotating seal rings and the force attempting to open the gap between the two seal faces) is set to a smaller value than normal (0.6 to 0.75), allowing a certain amount of sealed fluid to leak between the two seal faces. This forms a lubricating film between the two seal faces by the sealed fluid, ensuring lubrication between the two seal faces (see Patent Document 1).

特開2010-101361号公報JP 2010-101361 A

上記のようにバランス比を小さくした場合、被密封流体の流体圧によりシール面同士を押し付ける押付力が小さくなる。前記押付力が小さくなると、メカニカルシールの運転中に、外乱により静止密封環の追従性が低下し易くなる。静止密封環の追従性が低下した場合、例えば両シール面間に異物が噛み込むことで、両シール面間から被密封流体が前記一定量を超えて多量に漏れるおそれがある。 When the balance ratio is reduced as described above, the pressing force that presses the seal faces together due to the fluid pressure of the sealed fluid is reduced. When the pressing force is reduced, the tracking ability of the stationary seal ring is more likely to decrease due to disturbances during operation of the mechanical seal. When the tracking ability of the stationary seal ring decreases, for example, there is a risk that a foreign object will get caught between the two seal faces, causing a large amount of the sealed fluid to leak from between the two seal faces in excess of the fixed amount.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転密封環及び静止密封環の両シール面間からの被密封流体の漏れ量を調整することができるメカニカルシール、及びメカニカルシールの流体圧調整方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a mechanical seal that can adjust the amount of sealed fluid leaking from between the sealing surfaces of the rotating seal ring and the stationary seal ring, and a method for adjusting the fluid pressure of the mechanical seal.

(1)本発明は、回転軸側に一体回転可能に設けられ、軸方向一方側にシール面が形成された回転密封環と、前記回転軸を包囲したケーシングに設けられ、前記回転密封環のシール面に対向するシール面が軸方向他方側に形成された静止密封環を有する静止側ユニットと、を備え、前記回転密封環及び前記静止密封環により被密封流体を機内領域に密封するメカニカルシールであって、前記静止側ユニットは、前記ケーシング側に対して軸方向に移動可能に取り付けられ、前記静止密封環を保持しているリテーナと、前記被密封流体が導入され、当該被密封流体の流体圧により前記リテーナを前記軸方向一方側に押圧するように、前記機内領域と連通して形成された第1流体室と、シール流体が導入され、当該シール流体の流体圧により前記リテーナを前記軸方向他方側に押圧するように、前記機内領域及び前記第1流体室とは独立して形成された第2流体室と、前記被密封流体及び前記シール流体のうち少なくとも一方の流体圧を調整可能な圧力調整弁と、を有する、メカニカルシールである。 (1) The present invention is a mechanical seal that includes a rotary seal ring that is provided on a rotating shaft side so as to be integrally rotatable therewith and has a seal surface formed on one axial side, and a stationary side unit that is provided on a casing that surrounds the rotating shaft and has a stationary seal ring that is provided on the other axial side and has a seal surface that faces the seal surface of the rotary seal ring, and that seals a sealed fluid in an in-machine region with the rotary seal ring and the stationary seal ring. The stationary side unit is attached to the casing side so as to be axially movable, and has a retainer that holds the stationary seal ring, a first fluid chamber that is formed in communication with the in-machine region so that the sealed fluid is introduced and the fluid pressure of the sealed fluid presses the retainer to the one axial side, a second fluid chamber that is formed independently of the in-machine region and the first fluid chamber so that a seal fluid is introduced and the fluid pressure of the seal fluid presses the retainer to the other axial side, and a pressure regulating valve that can adjust the fluid pressure of at least one of the sealed fluid and the seal fluid.

本発明によれば、第1流体室に導入される被密封流体及び第2流体室に導入されるシール流体のうち少なくとも一方の流体圧を圧力調整弁により調整することで、リテーナを軸方向他方側に押圧する力を調整することができる。これにより、リテーナに保持されている静止密封環のシール面が回転密封環のシール面を押し付ける押付力を調整できるので、回転密封環及び静止密封環の両シール面間からの被密封流体の漏れ量を調整することができる。 According to the present invention, the force pressing the retainer to the other axial direction can be adjusted by adjusting the fluid pressure of at least one of the sealed fluid introduced into the first fluid chamber and the sealing fluid introduced into the second fluid chamber with the pressure regulating valve. This makes it possible to adjust the pressing force with which the seal surface of the stationary seal ring held by the retainer presses against the seal surface of the rotating seal ring, thereby adjusting the amount of leakage of the sealed fluid from between the seal surfaces of the rotating seal ring and the stationary seal ring.

(2)前記静止側ユニットは、前記回転密封環及び前記静止密封環の両シール面を冷却するためのフラッシング流体の一部を、前記シール流体として前記第2流体室に導入する導入流路をさらに有するのが好ましい。
この場合、両シール面を冷却するフラッシング流体の一部をシール流体として用いることができるので、メカニカルシールの構成を簡素化することができる。
(2) It is preferable that the stationary unit further has an introduction passage that introduces a portion of a flushing fluid for cooling both seal surfaces of the rotary seal ring and the stationary seal ring into the second fluid chamber as the seal fluid.
In this case, a part of the flushing fluid that cools both seal surfaces can be used as the seal fluid, so that the structure of the mechanical seal can be simplified.

(3)前記機内領域は、前記回転密封環及び前記静止密封環の両シール面よりも径方向外側に形成されており、前記リテーナは、前記静止密封環の前記軸方向一方側の端面における径方向内側の部分だけを前記軸方向他方側に押圧する押圧面を有し、前記圧力調整弁は、前記シール流体の流体圧を調整可能であるのが好ましい。
この場合、静止密封環の軸方向他方側におけるシール面よりも径方向外側の部分が、機内領域の被密封流体の流体圧により押圧されても、その流体圧に対抗するように、静止密封環の軸方向一方側の端面における径方向内側の部分がリテーナの押圧面により押圧される。したがって、圧力調整弁によりシール流体の流体圧を調整し、リテーナの押圧面による静止密封環の押圧力を調整することで、静止密封環のシール面を、回転密封環のシール面に対して径方向に均一に押し付けることができる。これにより、被密封流体の流体圧に起因して、静止密封環のシール面が径方向に不均一に摩耗するのを抑制できるので、メカニカルシールのシール性能が低下するのを抑制することができる。
(3) It is preferable that the in-machine region is formed radially outward of both seal surfaces of the rotating seal ring and the stationary seal ring, the retainer has a pressing surface that presses only a radially inner portion of an end face on one axial side of the stationary seal ring toward the other axial side, and the pressure regulating valve is capable of adjusting the fluid pressure of the sealing fluid.
In this case, even if the portion of the stationary seal ring radially outward from the seal surface on the other axial side is pressed by the fluid pressure of the sealed fluid in the in-machine region, the portion of the stationary seal ring radially inward at the end face on one axial side is pressed by the pressing surface of the retainer to counteract the fluid pressure. Therefore, by adjusting the fluid pressure of the seal fluid with the pressure regulating valve and adjusting the pressing force of the stationary seal ring by the pressing surface of the retainer, the seal surface of the stationary seal ring can be uniformly pressed against the seal surface of the rotating seal ring in the radial direction. This makes it possible to suppress uneven wear of the seal surface of the stationary seal ring in the radial direction due to the fluid pressure of the sealed fluid, and therefore to suppress deterioration of the sealing performance of the mechanical seal.

(4)前記リテーナは、前記第1流体室内の前記被密封流体の流体圧を前記軸方向他方側から受ける第1受圧面と、前記第2流体室内の前記シール流体の流体圧を前記軸方向一方側から受ける第2受圧面と、を有し、前記第1受圧面の面積は、前記第2受圧面の面積以上であるのが好ましい。
この場合、リテーナにおける第1受圧面の面積を第2受圧面の面積以上にすることで、第1受圧面の面積を第2受圧面の面積よりも小さくする場合と比較して、静止密封環のバランス径を小さくすることができる。これにより、リテーナの押圧面による静止密封環の押圧力、及び押圧面の周速を低減することができる。特に、高圧及び高周速の条件で使用される高負荷用のメカニカルシールにおいて有効となる。
(4) It is preferable that the retainer has a first pressure-receiving surface that receives the fluid pressure of the sealed fluid in the first fluid chamber from the other axial side, and a second pressure-receiving surface that receives the fluid pressure of the seal fluid in the second fluid chamber from the one axial side, and that an area of the first pressure-receiving surface is equal to or greater than an area of the second pressure-receiving surface.
In this case, by making the area of the first pressure-receiving surface of the retainer equal to or larger than the area of the second pressure-receiving surface, the balance diameter of the stationary seal ring can be made smaller than when the area of the first pressure-receiving surface is made smaller than the area of the second pressure-receiving surface. This makes it possible to reduce the pressing force of the pressing surface of the retainer on the stationary seal ring and the peripheral speed of the pressing surface. This is particularly effective in high-load mechanical seals used under high pressure and high peripheral speed conditions.

(5)前記(1)のメカニカルシールの流体圧調整方法は、次式の関係を満たすように、前記圧力調整弁により前記少なくとも一方の流体圧を調整する。
P1×B1<P2×B2
ただし、上記式の各変数の定義は次の通りである。
P1:第1流体室内の被密封流体の流体圧
B1:リテーナにおいて第1流体室内の被密封流体の流体圧を軸方向他方側から受ける第1受圧面の面積
P2:第2流体室内のシール流体の流体圧
B2:リテーナにおいて第2流体室内のシール流体の流体圧を軸方向一方側から受ける第2受圧面の面積
(5) The fluid pressure regulating method for a mechanical seal according to (1) above, wherein at least one of the fluid pressures is regulated by the pressure regulating valve so as to satisfy the following relationship:
P1×B1<P2×B2
Here, the variables in the above formula are defined as follows:
P1: Fluid pressure of the sealed fluid in the first fluid chamber B1: Area of a first pressure receiving surface of the retainer receiving the fluid pressure of the sealed fluid in the first fluid chamber from the other axial side P2: Fluid pressure of the seal fluid in the second fluid chamber B2: Area of a second pressure receiving surface of the retainer receiving the fluid pressure of the seal fluid in the second fluid chamber from one axial side

この場合、上記式の力関係が維持されるので、リテーナには常に軸方向他方側に押圧する力が作用する。これにより、リテーナが軸方向一方側に移動するのを抑制しつつ、リテーナを軸方向他方側に押圧する力を調整することができる。 In this case, the force relationship of the above formula is maintained, so a force always acts on the retainer pressing it in the other axial direction. This makes it possible to adjust the force pressing the retainer in the other axial direction while preventing the retainer from moving in the one axial direction.

本発明のメカニカルシールによれば、回転密封環及び静止密封環の両シール面間からの被密封流体の漏れ量を調整することができる。 The mechanical seal of the present invention makes it possible to adjust the amount of leakage of the sealed fluid between the sealing surfaces of the rotating seal ring and the stationary seal ring.

本発明の第1実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a mechanical seal according to a first embodiment of the present invention. 図1の要部拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of FIG. 1 . 静止密封環の周辺を示す拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of a stationary seal ring. リテーナの押圧面を変更した参考例において静止密封環のシール面の摩耗状況を説明する断面図である。11 is a cross-sectional view illustrating a wear state of a seal surface of a stationary seal ring in a reference example in which a pressing surface of a retainer is changed. FIG. 図4の参考例において静止密封環のシール面の摩耗状況を説明する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the wear state of a seal surface of a stationary seal ring in the reference example of FIG. 4 . 本発明の第2実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a mechanical seal according to a second embodiment of the present invention. 図2の要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of FIG. 2 .

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。図1において、メカニカルシール1は、ポンプ、撹拌機等の回転機器に用いられ、回転機器の内部において被密封流体(溶剤、水又は油等)を密封するものである。メカニカルシール1は、回転機器の回転軸71と、回転軸71を包囲しているケーシング72との間において、回転軸71の軸方向(以下、単に「軸方向」という)に沿って配置されている。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[First embodiment]
Fig. 1 is a cross-sectional view showing a mechanical seal according to a first embodiment of the present invention. In Fig. 1, the mechanical seal 1 is used in rotating equipment such as pumps and mixers, and seals a sealed fluid (solvent, water, oil, etc.) inside the rotating equipment. The mechanical seal 1 is disposed between a rotating shaft 71 of the rotating equipment and a casing 72 surrounding the rotating shaft 71, along the axial direction of the rotating shaft 71 (hereinafter simply referred to as the "axial direction").

本実施形態のメカニカルシール1は、高圧及び高周速等の高負荷条件で使用されるものであり、回転軸71に一体回転可能に設けられた回転側ユニット2と、ケーシング72に設けられた静止側ユニット3と、を備えている。なお、本明細書では、便宜上、図1の左側を軸方向一方側といい、図1の右側を軸方向他方側という(図2~図7についても同様)。 The mechanical seal 1 of this embodiment is used under high load conditions such as high pressure and high peripheral speed, and includes a rotating side unit 2 that is mounted on a rotating shaft 71 so as to be able to rotate integrally with the rotating shaft 71, and a stationary side unit 3 that is mounted on a casing 72. For convenience, the left side of FIG. 1 will be referred to as one axial side in this specification, and the right side of FIG. 1 will be referred to as the other axial side (the same applies to FIGS. 2 to 7).

<回転側ユニット>
回転側ユニット2は、スリーブ11、ストッパリング12、回転密封環13、及びリテーナ14を備えている。スリーブ11は、回転軸71の外周に嵌合して固定された円筒状のスリーブ本体11aと、スリーブ本体11aの軸方向他端部から径方向外側に延びる円環部11bと、円環部11bの径方向外端から軸方向一方側に延びる円筒部11cと、を有している。
<Rotation side unit>
The rotating side unit 2 includes a sleeve 11, a stopper ring 12, a rotating seal ring 13, and a retainer 14. The sleeve 11 has a cylindrical sleeve main body 11a fitted and fixed to the outer periphery of the rotating shaft 71, an annular portion 11b extending radially outward from the other axial end of the sleeve main body 11a, and a cylindrical portion 11c extending axially to one side from the radial outer end of the annular portion 11b.

スリーブ本体11aの軸方向一端部の内周には、その周方向の所定箇所にキー溝11dが形成されている。キー溝11dと回転軸71の外周面と間にはキー部材15が挿入されている。スリーブ本体11aの軸方向一方側における回転軸71の外周には、キー部材15が軸方向一方側に抜け出さないようにストッパリング12が嵌め込まれている。ストッパリング12の軸方向他端部は、スリーブ本体11aの軸方向一端部の外周に嵌合されており、その嵌合部分にはセットスクリュー16が径方向に締め込まれている。以上により、スリーブ11は回転軸71に固定されている。スリーブ本体11aの軸方向他端部の内周面と回転軸71の外周面との間は、Oリング17によりシール(二次シール)されている。 A key groove 11d is formed at a predetermined location in the circumferential direction on the inner circumference of one axial end of the sleeve body 11a. A key member 15 is inserted between the key groove 11d and the outer circumferential surface of the rotating shaft 71. A stopper ring 12 is fitted on the outer periphery of the rotating shaft 71 on one axial side of the sleeve body 11a to prevent the key member 15 from slipping out to one axial side. The other axial end of the stopper ring 12 is fitted on the outer periphery of one axial end of the sleeve body 11a, and a set screw 16 is tightened radially into the fitted portion. In this way, the sleeve 11 is fixed to the rotating shaft 71. An O-ring 17 is used to seal (secondary seal) between the inner circumferential surface of the other axial end of the sleeve body 11a and the outer circumferential surface of the rotating shaft 71.

スリーブ本体11aと円筒部11cとの間には、回転密封環13が配置されている。回転密封環13の軸方向一方側の端面にはシール面13aが形成されている。回転密封環13は、円筒状のリテーナ14を介して円筒部11cに同心状に取り付けられている。具体的には、回転密封環13の外周面は、リテーナ14の内周面に嵌合して固定されており、リテーナ14の外周面は、円筒部11cの内周面に嵌合されている。リテーナ14の外周面における周方向の一部には、径方向外側に突出する凸部14a(図2参照)が一体に形成されている。凸部14aは、円筒部11cの内周面において周方向の一部に形成された凹溝11e(図2参照)に挿入されている。これにより、スリーブ11に対するリテーナ14及び回転密封環13の回転が規制されている。リテーナ14の軸方向他方側にはOリング18が配置されている。Oリング18は、円筒部11cの内周面と回転密封環13の外周面との間をシール(二次シール)している。 A rotary seal ring 13 is disposed between the sleeve body 11a and the cylindrical portion 11c. A seal surface 13a is formed on the end face of the rotary seal ring 13 on one side in the axial direction. The rotary seal ring 13 is concentrically attached to the cylindrical portion 11c via a cylindrical retainer 14. Specifically, the outer peripheral surface of the rotary seal ring 13 is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the retainer 14, and the outer peripheral surface of the retainer 14 is fitted to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 11c. A convex portion 14a (see FIG. 2) that protrudes radially outward is integrally formed on a part of the outer peripheral surface of the retainer 14 in the circumferential direction. The convex portion 14a is inserted into a concave groove 11e (see FIG. 2) formed on a part of the inner peripheral surface of the cylindrical portion 11c in the circumferential direction. This restricts the rotation of the retainer 14 and the rotary seal ring 13 relative to the sleeve 11. An O-ring 18 is disposed on the other axial side of the retainer 14. The O-ring 18 provides a seal (secondary seal) between the inner surface of the cylindrical portion 11c and the outer surface of the rotating seal ring 13.

<静止側ユニット>
静止側ユニット3は、シールケース30、リテーナ34、及び静止密封環35を備えている。シールケース30は、ケーシング72に固定された円環状の第1ケース体31と、第1ケース体31に固定された円環状の第2ケース体32と、第2ケース体32に固定された円筒状の第3ケース体33と、を有している。
<Stationary unit>
The stationary unit 3 includes a seal case 30, a retainer 34, and a stationary seal ring 35. The seal case 30 has a first case body 31 having an annular shape fixed to the casing 72, a second case body 32 having an annular shape fixed to the first case body 31, and a third case body 33 having a cylindrical shape fixed to the second case body 32.

第1ケース体31の径方向外側部は、ケーシング72の軸方向一方側の側面に当接した状態で、ボルト36によりケーシング72に固定されている。第1ケース体31の径方向内側には、環状溝31aが形成されている。第1ケース体31の軸方向他方側の側面とケーシング72の軸方向一方側の側面との間は、Oリング38によりシール(二次シール)されている。 The radially outer portion of the first case body 31 is fixed to the casing 72 by bolts 36 while abutting against one axial side of the casing 72. An annular groove 31a is formed on the radially inner side of the first case body 31. An O-ring 38 provides a seal (secondary seal) between the other axial side of the first case body 31 and the one axial side of the casing 72.

第2ケース体32は、第1ケース体31の環状溝31aに嵌め込まれた状態で、ボルト39により第1ケース体31に固定されている。第2ケース体32の外周面と環状溝31aの内周面との間は、Oリング40によりシール(二次シール)されている。 The second case body 32 is fixed to the first case body 31 by bolts 39 while being fitted into the annular groove 31a of the first case body 31. An O-ring 40 provides a seal (secondary seal) between the outer circumferential surface of the second case body 32 and the inner circumferential surface of the annular groove 31a.

図2は、図1の要部拡大断面図である。図2に示すように、第3ケース体33は、ケース本体33aと、ケース本体33aから軸方向一方側に延びる連結筒部33bと、を有している。ケース本体33aの外周面は、ケーシング72の内周面に嵌合されている。ケース本体33aの外周面の軸方向両側それぞれとケーシング72の内周面との間は、Oリング41及びOリング42によりシール(二次シール)されている。 Figure 2 is an enlarged cross-sectional view of the main part of Figure 1. As shown in Figure 2, the third case body 33 has a case main body 33a and a connecting tube portion 33b extending from the case main body 33a to one side in the axial direction. The outer peripheral surface of the case main body 33a is fitted into the inner peripheral surface of the casing 72. O-rings 41 and 42 seal between the inner peripheral surface of the casing 72 and both axial sides of the outer peripheral surface of the case main body 33a.

連結筒部33bは、円筒状に形成されており、ケース本体33aの外周面よりも小径に形成されている。連結筒部33bの軸方向一方側は、その内周面が第2ケース体32の外周面に嵌合された状態で、ビス43により固定されている。また、連結筒部33bの軸方向一方側は、第2ケース体32に固定された状態で、第1ケース体31の環状溝31aに嵌め込まれている。 The connecting tube portion 33b is formed in a cylindrical shape and has a smaller diameter than the outer circumferential surface of the case body 33a. One axial side of the connecting tube portion 33b is fixed with a screw 43 with its inner circumferential surface fitted to the outer circumferential surface of the second case body 32. Also, one axial side of the connecting tube portion 33b is fitted into the annular groove 31a of the first case body 31 with the connecting tube portion 33b fixed to the second case body 32.

リテーナ34は、円環状に形成されたリテーナ本体340と、リテーナ本体340の内周端部から軸方向他方側に延びる第1円筒部341と、リテーナ本体340の内周端部から軸方向一方側に延びる第2円筒部342と、を有している。リテーナ本体340は、第3ケース体33の内周側において軸方向に移動可能に配置されている。リテーナ本体340の外周面と第3ケース体33の内周面との間は、Oリング44によりシール(二次シール)されている。 The retainer 34 has a retainer body 340 formed in an annular shape, a first cylindrical portion 341 extending from the inner peripheral end of the retainer body 340 to the other axial side, and a second cylindrical portion 342 extending from the inner peripheral end of the retainer body 340 to one axial side. The retainer body 340 is arranged on the inner peripheral side of the third case body 33 so as to be movable in the axial direction. An O-ring 44 seals (secondary seal) between the outer peripheral surface of the retainer body 340 and the inner peripheral surface of the third case body 33.

リテーナ本体340の軸方向他方側の第1側面340aには、ピン45が軸方向他方側に突出して固定されている。リテーナ本体340の軸方向一方側の第2側面340bには、ピン46が軸方向一方側に突出して固定されている。ピン46は、第2ケース体32に形成されたピン溝32aに挿入されている。これにより、リテーナ34は、ケーシング72側であるシールケース30に対して軸方向へ移動可能に取り付けられるとともに、シールケース30に対する相対回転が規制されている。 A pin 45 is fixed to the first side surface 340a on the other axial side of the retainer body 340, protruding in the other axial direction. A pin 46 is fixed to the second side surface 340b on one axial side of the retainer body 340, protruding in the one axial direction. The pin 46 is inserted into a pin groove 32a formed in the second case body 32. As a result, the retainer 34 is attached to the seal case 30 on the casing 72 side so as to be movable in the axial direction, and relative rotation with respect to the seal case 30 is restricted.

図1に示すように、第2ケース体32とリテーナ本体340との間には、スプリング47が周方向に所定間隔をあけて複数(図1では1個のみ図示)設けられている。スプリング47は、第2ケース体32に対してリテーナ本体340を軸方向他方側へ付勢している。 As shown in FIG. 1, a plurality of springs 47 (only one is shown in FIG. 1) are provided at predetermined intervals in the circumferential direction between the second case body 32 and the retainer body 340. The springs 47 bias the retainer body 340 toward the other axial side relative to the second case body 32.

図2に示すように、第1円筒部341の外径は、第2円筒部342の外径よりも大きい。これにより、リテーナ本体340における第1側面340aの面積B1は、第2側面340bの面積B2よりも小さい。第2円筒部342は、第2ケース体32の内周側に挿入されている。第2円筒部342の外周面と第2ケース体32の内周面との間は、Oリング48によりシール(二次シール)されている。 As shown in FIG. 2, the outer diameter of the first cylindrical portion 341 is larger than the outer diameter of the second cylindrical portion 342. As a result, the area B1 of the first side surface 340a of the retainer body 340 is smaller than the area B2 of the second side surface 340b. The second cylindrical portion 342 is inserted into the inner periphery of the second case body 32. An O-ring 48 provides a seal (secondary seal) between the outer periphery of the second cylindrical portion 342 and the inner periphery of the second case body 32.

静止密封環35は、リテーナ34の軸方向他方側に配置されている。静止密封環35の軸方向他端部における径方向内側には、軸方向他方側に突出する円環状のノーズ部35aが形成されている。ノーズ部35aの軸方向他方側の端面は、回転密封環13のシール面13aに対向して接触しうるシール面35bとされている。これにより、ケーシング72内における回転密封環13及び静止密封環35の両シール面13a,35bよりも径方向外側に、被密封流体が密封される機内領域73が形成されている。 The stationary seal ring 35 is disposed on the other axial side of the retainer 34. A circular nose portion 35a that protrudes to the other axial side is formed on the radially inner side of the other axial end portion of the stationary seal ring 35. The end face on the other axial side of the nose portion 35a is a seal surface 35b that can face and come into contact with the seal surface 13a of the rotating seal ring 13. As a result, an in-machine area 73 in which the sealed fluid is sealed is formed radially outward of both the seal surfaces 13a, 35b of the rotating seal ring 13 and the stationary seal ring 35 in the casing 72.

本実施形態のメカニカルシール1は、上記のように高負荷条件で使用されるため、バランス比(回転密封環13及び静止密封環35の両シール面13a,35b間を閉じようとする力と、両シール面13a,35b間を開こうとする力との比率)が小さい値(例えば、0.6~0.75)となるように、静止密封環35の形状が定められている。したがって、本実施形態のメカニカルシール1は、バランス比を小さくすることで、両シール面13a,35b間から被密封流体が一定量だけ漏れるのを許容している。これにより、両シール面13a,35b間において被密封流体による潤滑膜が形成されるので、両シール面13a,35b間の潤滑を確保することができる。 Because the mechanical seal 1 of this embodiment is used under high load conditions as described above, the shape of the stationary seal ring 35 is determined so that the balance ratio (the ratio of the force that tries to close the gap between the two seal surfaces 13a, 35b of the rotating seal ring 13 and the stationary seal ring 35 to the force that tries to open the gap between the two seal surfaces 13a, 35b) is a small value (e.g., 0.6 to 0.75). Therefore, the mechanical seal 1 of this embodiment allows a certain amount of sealed fluid to leak from between the two seal surfaces 13a, 35b by reducing the balance ratio. As a result, a lubricating film is formed by the sealed fluid between the two seal surfaces 13a, 35b, ensuring lubrication between the two seal surfaces 13a, 35b.

静止密封環35の軸方向一端部における径方向外側には、ピン溝35cが形成されている。ピン溝35cには、リテーナ本体340に固定されたピン45が挿入されている。これにより、静止密封環35は、リテーナ34により保持され、リテーナ34に対する相対回転が規制されている。 A pin groove 35c is formed on the radially outer side of one axial end of the stationary seal ring 35. A pin 45 fixed to the retainer body 340 is inserted into the pin groove 35c. As a result, the stationary seal ring 35 is held by the retainer 34, and relative rotation with respect to the retainer 34 is restricted.

図3は、静止密封環35の周辺を示す拡大断面図である。図3に示すように、静止密封環35の軸方向一方側の端面35dは、径方向内側から径方向外側へ向かって順に形成された、第1端面35d1、第2端面35d2、及び第3端面35d3からなる。第1端面35d1には、リテーナ34の第1円筒部341における軸方向他方側の端面341aが当接している。第2端面35d2は、第1端面35d1よりも軸方向一方側に突出して形成されている。第1端面35d1と第2端面35d2との間には、第1円周面35eが形成されている。第1円周面35eの内周側には、第1円筒部341の軸方向他端部が挿入されている。 3 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the stationary seal ring 35. As shown in FIG. 3, the end face 35d on one axial side of the stationary seal ring 35 is made up of a first end face 35d1, a second end face 35d2, and a third end face 35d3, which are formed in this order from the radial inside to the radial outside. The end face 341a on the other axial side of the first cylindrical portion 341 of the retainer 34 abuts against the first end face 35d1. The second end face 35d2 is formed to protrude further toward the one axial side than the first end face 35d1. A first circumferential surface 35e is formed between the first end face 35d1 and the second end face 35d2. The other axial end of the first cylindrical portion 341 is inserted into the inner circumferential side of the first circumferential surface 35e.

第3端面35d3は、第2端面35d2よりも軸方向一方側に突出して形成されている。第2端面35d2と第3端面35d3との間には、第2円周面35fが形成されている。第2円周面35fの内周面と第1円筒部341の外周面との間は、Oリング49によりシール(二次シール)されている。第3端面35d3は、リテーナ本体340の第1側面340aに対して軸方向他方側に隙間をあけて配置されている。以上の構成により、静止密封環35の軸方向一方側の端面35dにおける径方向内側の部分(第1端面25d1)だけに、リテーナ34(第1円筒部341の端面341a)が当接している。 The third end face 35d3 is formed to protrude further toward one axial direction than the second end face 35d2. A second circumferential surface 35f is formed between the second end face 35d2 and the third end face 35d3. The inner circumferential surface of the second circumferential surface 35f and the outer circumferential surface of the first cylindrical portion 341 are sealed (secondary sealed) by an O-ring 49. The third end face 35d3 is disposed on the other axial direction side with a gap from the first side surface 340a of the retainer body 340. With the above configuration, the retainer 34 (end face 341a of the first cylindrical portion 341) abuts only against the radially inner portion (first end face 25d1) of the end face 35d on one axial side of the stationary seal ring 35.

リテーナ34は、後述するように式(1)の力関係が常に維持されることで、常に軸方向他方側に押圧されている。このため、リテーナ34の端面341aは、静止密封環35の第1端面35d1を軸方向他方側に押圧する押圧面として機能する。以下、リテーナ34の端面341aを押圧面341aともいう。 The retainer 34 is always pressed to the other axial direction by always maintaining the force relationship of equation (1) as described below. Therefore, the end face 341a of the retainer 34 functions as a pressing surface that presses the first end face 35d1 of the stationary seal ring 35 to the other axial direction. Hereinafter, the end face 341a of the retainer 34 is also referred to as the pressing surface 341a.

<フラッシング流路>
図1及び図2に示すように、ケーシング72には、フラッシング流体が流れるフラッシング流路74が形成されている。フラッシング流体は、機内領域73に導入されて回転密封環13及び静止密封環35の両シール面13a,35bを冷却する流体であり、被密封流体と同じ流体からなる。
<Flushing channel>
1 and 2, a flushing flow passage 74 through which a flushing fluid flows is formed in the casing 72. The flushing fluid is a fluid that is introduced into the in-machine area 73 to cool both the seal surfaces 13a, 35b of the rotating seal ring 13 and the stationary seal ring 35, and is made of the same fluid as the sealed fluid.

フラッシング流路74は、ケーシング72の周方向の所定箇所において径方向に延びて形成されている。フラッシング流路74の径方向外端は、ケーシング72の外側に配置された第1配管75に接続されている。第1配管75は、機内領域73内の被密封流体をフラッシング流体として、フラッシング流路74に供給する配管である。 The flushing passage 74 is formed to extend radially at a predetermined location in the circumferential direction of the casing 72. The radial outer end of the flushing passage 74 is connected to a first pipe 75 arranged on the outside of the casing 72. The first pipe 75 is a pipe that supplies the sealed fluid in the in-machine area 73 to the flushing passage 74 as a flushing fluid.

シールケース30は、フラッシング流路74と機内領域73とを連通する連通流路50を有している。連通流路50は、第3ケース体33に形成された環状流路51、第1供給流路52、及び第2供給流路53を有している。環状流路51は、第3ケース体33の周方向に円環状に形成されている。また、環状流路51は、第3ケース体33の外周で開口しており、フラッシング流路74の径方向内端と連通している。本実施形態の環状流路51は、例えば断面矩形状に形成されている。 The seal case 30 has a communication flow passage 50 that connects the flushing flow passage 74 and the in-machine area 73. The communication flow passage 50 has an annular flow passage 51, a first supply flow passage 52, and a second supply flow passage 53 formed in the third case body 33. The annular flow passage 51 is formed in a circular ring shape in the circumferential direction of the third case body 33. The annular flow passage 51 also opens at the outer periphery of the third case body 33 and communicates with the radial inner end of the flushing flow passage 74. The annular flow passage 51 in this embodiment is formed, for example, with a rectangular cross section.

第1供給流路52は、環状流路51と機内領域73とを連通し、回転密封環13及び静止密封環35の両シール面13a,35bにフラッシング流体を供給する流路である。第1供給流路52は、第3ケース体33の周方向に所定間隔をあけて複数形成されている。各第1供給流路52は、両シール面13a,35bに向けてフラッシング流体が供給されるように、第3ケース体33において環状流路51から軸方向他方側かつ径方向内側に向かって傾斜するように形成されている。 The first supply passage 52 is a passage that connects the annular passage 51 with the in-machine region 73 and supplies flushing fluid to both seal surfaces 13a, 35b of the rotating seal ring 13 and the stationary seal ring 35. A plurality of first supply passages 52 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction of the third case body 33. Each first supply passage 52 is formed in the third case body 33 so as to incline from the annular passage 51 toward the other axial side and toward the radially inward direction so that flushing fluid is supplied toward both seal surfaces 13a, 35b.

第2供給流路53は、環状流路51と機内領域73とを連通し、後述する第1流体室61にフラッシング流体を供給する流路である。第2供給流路53は、第1供給流路52と同様に、第3ケース体33の周方向に所定間隔をあけて複数形成されている。各第2供給流路53は、第1流体室61に向けてフラッシング流体が供給されるように、第3ケース体33において第1流体室61の径方向外側に形成されている。 The second supply flow passage 53 is a flow passage that connects the annular flow passage 51 and the in-machine area 73 and supplies flushing fluid to the first fluid chamber 61 described below. Similar to the first supply flow passage 52, multiple second supply flow passages 53 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction of the third case body 33. Each second supply flow passage 53 is formed radially outside the first fluid chamber 61 in the third case body 33 so that flushing fluid is supplied toward the first fluid chamber 61.

<第1流体室>
図2に示すように、静止側ユニット3は、機内領域73と連通して形成された第1流体室61を備えている。第1流体室61は、リテーナ34と静止密封環35との間に形成されている。具体的には、第1流体室61は、リテーナ本体340の第1側面340aと静止密封環35の第2端面35d2及び第3端面35d3との間に形成された隙間によって構成されている。第1流体室61の径方向内側は、上記のOリング49によってシールされている。
<First Fluid Chamber>
2, the stationary unit 3 includes a first fluid chamber 61 formed in communication with the in-machine region 73. The first fluid chamber 61 is formed between the retainer 34 and the stationary seal ring 35. Specifically, the first fluid chamber 61 is configured by a gap formed between the first side surface 340a of the retainer body 340 and the second end face 35d2 and the third end face 35d3 of the stationary seal ring 35. The radial inside of the first fluid chamber 61 is sealed by the O-ring 49 described above.

第1流体室61は、その径方向外側において機内領域73と連通している。これにより、第2供給流路53から機内領域73に供給されたフラッシング流体(被密封流体)は、第1流体室61に導入される。第1流体室61に導入されたフラッシング流体は、その流体圧により、リテーナ本体340の第1側面340aを軸方向一方側に押圧する。したがって、第1側面340aは、第1流体室61内のフラッシング流体の流体圧を軸方向他方側から受ける第1受圧面として機能する。以下、リテーナ本体340の第1側面340aを第1受圧面340aともいう。 The first fluid chamber 61 is connected to the in-machine region 73 at its radially outer side. As a result, the flushing fluid (sealed fluid) supplied from the second supply passage 53 to the in-machine region 73 is introduced into the first fluid chamber 61. The flushing fluid introduced into the first fluid chamber 61 presses the first side surface 340a of the retainer body 340 to one axial side due to its fluid pressure. Therefore, the first side surface 340a functions as a first pressure-receiving surface that receives the fluid pressure of the flushing fluid in the first fluid chamber 61 from the other axial side. Hereinafter, the first side surface 340a of the retainer body 340 is also referred to as the first pressure-receiving surface 340a.

<第2流体室>
静止側ユニット3は、機内領域73及び第1流体室61とは独立して形成された第2流体室62を備えている。第2流体室62は、第2ケース体32、第3ケース体33、及びリテーナ34によって区画形成されている。具体的には、第2流体室62は、第2ケース体32の軸方向他方側の端面とリテーナ本体340の第2側面340bとの間に形成された隙間、及び連結筒部33bの内周面とリテーナ本体340の外周面との間に形成された隙間によって構成されている。
<Second Fluid Chamber>
The stationary unit 3 includes a second fluid chamber 62 formed independently of the in-machine area 73 and the first fluid chamber 61. The second fluid chamber 62 is defined by the second case body 32, the third case body 33, and the retainer 34. Specifically, the second fluid chamber 62 is defined by a gap formed between the other axial end face of the second case body 32 and the second side surface 340b of the retainer body 340, and a gap formed between the inner peripheral surface of the connecting tube portion 33b and the outer peripheral surface of the retainer body 340.

第2流体室62の軸方向一方側は、上記Oリング40,48によってシールされている。また、第2流体室62の軸方向他方側は、上記Oリング44によってシールされている。これにより、第2流体室62は、機内領域73及び第1流体室61とは独立して形成されている。 One axial side of the second fluid chamber 62 is sealed by the O-rings 40 and 48. The other axial side of the second fluid chamber 62 is sealed by the O-ring 44. As a result, the second fluid chamber 62 is formed independently of the in-machine area 73 and the first fluid chamber 61.

<導入流路>
図1及び図2に示すように、静止側ユニット3は、第2流体室62にシール流体を導入する導入流路55を備えている。本実施形態では、第1配管75を流れるフラッシング流体の一部が、シール流体として用いられる。導入流路55は、第1ケース体31に形成された第1導入流路55a、第1ケース体31と第3ケース体33との間に形成された第2導入流路55b、及び第3ケース体33に形成された第3導入流路55cを有している。
<Inlet flow path>
1 and 2, the stationary unit 3 includes an introduction flow passage 55 that introduces a seal fluid into the second fluid chamber 62. In this embodiment, a part of the flushing fluid flowing through the first piping 75 is used as the seal fluid. The introduction flow passage 55 includes a first introduction flow passage 55a formed in the first case body 31, a second introduction flow passage 55b formed between the first case body 31 and the third case body 33, and a third introduction flow passage 55c formed in the third case body 33.

第1導入流路55aは、第1ケース体31の周方向の所定箇所において、断面略L字状に形成されている。第1導入流路55aの一端は、第1ケース体31の外周面で開口し、第1配管75から分岐する第2配管76に接続されている。これにより、第1配管75を流れるフラッシング流体の一部が、シール流体として第2配管76を通過して導入流路55に供給されるので、メカニカルシールの構成を簡素化することができる。第1導入流路55aの他端は、第1ケース体31の軸方向他方側の側面において、ケーシング72よりも径方向内側において開口している。 The first introduction flow passage 55a is formed at a predetermined location in the circumferential direction of the first case body 31 with a cross section that is approximately L-shaped. One end of the first introduction flow passage 55a opens on the outer peripheral surface of the first case body 31 and is connected to the second pipe 76 that branches off from the first pipe 75. As a result, a portion of the flushing fluid flowing through the first pipe 75 passes through the second pipe 76 as a seal fluid and is supplied to the introduction flow passage 55, simplifying the configuration of the mechanical seal. The other end of the first introduction flow passage 55a opens on the other axial side surface of the first case body 31, radially inward from the casing 72.

第2導入流路55bは、第3ケース体33におけるケース本体33aの軸方向一方側の側面と、当該側面と対向する第1ケース体31の軸方向他方側の側面との間において円環状に形成され、第1導入流路55aと連通している。第2導入流路55bの軸方向他方側は、上記Oリング41によってシールされている。第3導入流路55cは、第3ケース体33における連結筒部33bの周方向の所定箇所において径方向に貫通して形成されており、第2導入流路55bと第2流体室62とを連通している。 The second inlet flow passage 55b is formed in an annular shape between a side surface on one axial side of the case main body 33a in the third case body 33 and a side surface on the other axial side of the first case body 31 facing the side surface, and communicates with the first inlet flow passage 55a. The other axial side of the second inlet flow passage 55b is sealed by the O-ring 41. The third inlet flow passage 55c is formed by penetrating radially at a predetermined location in the circumferential direction of the connecting tube portion 33b in the third case body 33, and communicates between the second inlet flow passage 55b and the second fluid chamber 62.

以上の構成により、第2配管76を流れるシール流体は、第1導入流路55a、第2導入流路55b、及び第3導入流路55cを順に通過して第2流体室62に導入される。第2流体室62に導入されたシール流体は、その流体圧により、リテーナ本体340の第2側面340bを軸方向他方側に押圧する。したがって、第2側面340bは、第2流体室62内のシール流体の流体圧を軸方向一方側から受ける第2受圧面として機能する。以下、リテーナ本体340の第2側面340bを第2受圧面340bともいう。 With the above configuration, the sealing fluid flowing through the second pipe 76 passes through the first introduction flow passage 55a, the second introduction flow passage 55b, and the third introduction flow passage 55c in order and is introduced into the second fluid chamber 62. The sealing fluid introduced into the second fluid chamber 62 presses the second side surface 340b of the retainer body 340 to the other axial direction due to its fluid pressure. Therefore, the second side surface 340b functions as a second pressure-receiving surface that receives the fluid pressure of the sealing fluid in the second fluid chamber 62 from one axial direction side. Hereinafter, the second side surface 340b of the retainer body 340 is also referred to as the second pressure-receiving surface 340b.

<排出流路>
図1に示すように、静止側ユニット3は、第2流体室62に導入されたシール流体を外部に排出する排出流路56を備えている。排出流路56は、第1ケース体31に形成された第1排出流路56a、第1ケース体31と第3ケース体33との間に形成された第2排出流路56b、及び第3ケース体33に形成された第3排出流路56cを有している。
<Discharge flow path>
1, the stationary unit 3 is provided with a discharge flow passage 56 that discharges to the outside the sealing fluid introduced into the second fluid chamber 62. The discharge flow passage 56 has a first discharge flow passage 56a formed in the first case body 31, a second discharge flow passage 56b formed between the first case body 31 and the third case body 33, and a third discharge flow passage 56c formed in the third case body 33.

第1排出流路56aは、第1ケース体31の周方向の所定箇所(第1導入流路55aとは異なる箇所)において、断面略L字状に形成されている。第1排出流路56aの一端は、第1ケース体31の外周面で開口し、ケーシング72の外側に配置された第3配管77に接続されている。第1排出流路56aの他端は、第1ケース体31の軸方向他方側の側面において、ケーシング72よりも径方向内側において開口している。 The first exhaust flow passage 56a is formed in a substantially L-shaped cross section at a predetermined location (a location different from the first inlet flow passage 55a) in the circumferential direction of the first case body 31. One end of the first exhaust flow passage 56a opens at the outer peripheral surface of the first case body 31 and is connected to a third pipe 77 arranged outside the casing 72. The other end of the first exhaust flow passage 56a opens at the other axial side surface of the first case body 31, radially inward from the casing 72.

第2排出流路56bは、第1排出流路56aと連通する流路である。本実施形態では、第1排出流路56aが円環状の第2導入流路55bと連通しており、その第2導入流路55bが第2排出流路56bを兼ねている。第3排出流路56cは、第3ケース体33における連結筒部33bの周方向の所定箇所(第3導入流路55cとは異なる箇所)において、径方向に貫通して形成されている。これにより、第3排出流路56cは、第2排出流路56b(第2導入流路55b)と第2流体室62とを連通している。 The second exhaust flow passage 56b is a flow passage that communicates with the first exhaust flow passage 56a. In this embodiment, the first exhaust flow passage 56a communicates with the annular second inlet flow passage 55b, which also serves as the second exhaust flow passage 56b. The third exhaust flow passage 56c is formed by penetrating radially at a predetermined location (a location different from the third inlet flow passage 55c) in the circumferential direction of the connecting tube portion 33b in the third case body 33. As a result, the third exhaust flow passage 56c communicates with the second exhaust flow passage 56b (second inlet flow passage 55b) and the second fluid chamber 62.

以上の構成により、第2流体室62内のシール流体は、第3排出流路56c、第2排出流路56b、及び第1排出流路56aを順に通過して第3配管77に排出される。なお、第2排出流路56bは、第2導入流路55bとは独立して形成されていてもよい。 With the above configuration, the sealing fluid in the second fluid chamber 62 passes through the third exhaust flow path 56c, the second exhaust flow path 56b, and the first exhaust flow path 56a in order, and is discharged to the third pipe 77. Note that the second exhaust flow path 56b may be formed independently of the second introduction flow path 55b.

<圧力調整弁>
メカニカルシール1は、シール流体の流体圧を調整可能な一対の圧力調整弁4と、逆止弁5と、をさらに備えている。逆止弁5は、第2配管76に設けられ、第2配管76内のシール流体が第1配管75に逆流するのを防止している。一対の圧力調整弁4は、第2配管76において逆止弁5よりも導入流路55側に設けられた第1圧力調整弁4Aと、第3配管77に設けられた第2圧力調整弁4Bと、によって構成されている。
<Pressure Regulating Valve>
The mechanical seal 1 further includes a pair of pressure regulating valves 4 capable of adjusting the fluid pressure of the sealing fluid, and a check valve 5. The check valve 5 is provided in the second pipe 76, and prevents the sealing fluid in the second pipe 76 from flowing back into the first pipe 75. The pair of pressure regulating valves 4 is composed of a first pressure regulating valve 4A provided in the second pipe 76 closer to the introduction flow path 55 than the check valve 5, and a second pressure regulating valve 4B provided in the third pipe 77.

第1圧力調整弁4Aは、第2配管76において第2流体室62に導入されるシール流体の流体圧を手動で調整可能である。第2圧力調整弁4Bは、第3配管77において第2流体室62から排出されたシール流体の流体圧を手動で調整可能である。 The first pressure regulating valve 4A can manually adjust the fluid pressure of the sealing fluid introduced into the second fluid chamber 62 through the second pipe 76. The second pressure regulating valve 4B can manually adjust the fluid pressure of the sealing fluid discharged from the second fluid chamber 62 through the third pipe 77.

<シール流体の流体圧の調整方法>
図1及び図2において、リテーナ34の第1受圧面340a及び第2受圧面340bをそれぞれ流体圧によって押圧する力は、両受圧面340a,340bの面積B1,B2を用いた次式(1)の力関係を常に維持している必要がある。
P1×B1<P2×B2 (1)
ここで、P1は、第1流体室61(機内領域73)内におけるフラッシング流体(被密封流体)の流体圧であり、P2は、第2流体室62内におけるシール流体の流体圧である。
<Method of adjusting fluid pressure of seal fluid>
In Figures 1 and 2, the force exerted by the fluid pressure on the first pressure-receiving surface 340a and the second pressure-receiving surface 340b of the retainer 34 must always maintain the force relationship expressed by the following equation (1) using the areas B1 and B2 of both pressure-receiving surfaces 340a, 340b.
P1×B1<P2×B2 (1)
Here, P1 is the fluid pressure of the flushing fluid (sealed fluid) in the first fluid chamber 61 (in-machine region 73), and P2 is the fluid pressure of the sealing fluid in the second fluid chamber 62.

上記式(1)の力関係が常に維持されることで、リテーナ34には常に軸方向他方側に押圧する力が作用するので、リテーナ34が軸方向一方側に移動するのを防止することができる。これにより、リテーナ34の軸方向一方側への移動に起因して、Oリング49がリテーナ34と静止密封環35との間から脱落するのを抑制できるので、機内領域73の被密封流体が機外に漏洩するのを抑制することができる。 By constantly maintaining the force relationship of the above formula (1), a force is constantly acting on the retainer 34 pressing it toward the other axial side, preventing the retainer 34 from moving toward one axial side. This prevents the O-ring 49 from falling out from between the retainer 34 and the stationary seal ring 35 due to the retainer 34 moving toward one axial side, thereby preventing the sealed fluid in the in-machine area 73 from leaking outside the machine.

一対の圧力調整弁4によりシール流体の流体圧P2を調整する際にも、上記式(1)の力関係が常に維持されている必要がある。本実施形態では、上記のように、第1受圧面(第1側面)340aの面積B1は、第2受圧面(第2側面)340bの面積B2よりも小さい。このため、両面積B1,B2の大小関係に基づいて上記式(1)の力関係が常に維持されるように、一対の圧力調整弁4により、シール流体の流体圧P2は、フラッシング流体の流体圧P1よりも小さい範囲で調整される。 When adjusting the fluid pressure P2 of the sealing fluid by the pair of pressure regulating valves 4, the force relationship of the above formula (1) must always be maintained. In this embodiment, as described above, the area B1 of the first pressure receiving surface (first side) 340a is smaller than the area B2 of the second pressure receiving surface (second side) 340b. Therefore, the fluid pressure P2 of the sealing fluid is adjusted by the pair of pressure regulating valves 4 to a range smaller than the fluid pressure P1 of the flushing fluid so that the force relationship of the above formula (1) is always maintained based on the size relationship between the two areas B1 and B2.

なお、リテーナ34には、上記のようにスプリング47(図1参照)によって軸方向他方側へ付勢する力が作用しているが、本実施形態のメカニカルシール1は高負荷(高圧)条件で使用されるため、各流体圧P1,P2も高圧となる。このため、上記式(1)の右辺及び左辺それぞれの力は、スプリング47の付勢力よりもかなり大きい値となるので、上記式(1)においてスプリング47の付勢力を無視しても問題はない。 As described above, the retainer 34 is biased in the other axial direction by the spring 47 (see FIG. 1). However, since the mechanical seal 1 of this embodiment is used under high load (high pressure) conditions, the fluid pressures P1 and P2 are also high. Therefore, the forces on the right and left sides of the above formula (1) are significantly greater than the biasing force of the spring 47, so there is no problem in ignoring the biasing force of the spring 47 in the above formula (1).

上記式(1)の力関係が常に維持されるように、一対の圧力調整弁4によりシール流体の流体圧P2を調整することで、リテーナ34の押圧面341a(図3参照)が静止密封環35を軸方向他方側に押圧する力を調整することができる。この押圧する力を調整することで、静止密封環35のシール面35bが回転密封環13のシール面13aを押し付ける押付力を調整することができる。これにより、回転密封環13及び静止密封環35の両シール面13a,35b間からの被密封流体の漏れ量を適切に調整することができる。 By adjusting the fluid pressure P2 of the sealing fluid using the pair of pressure regulating valves 4 so that the force relationship of the above formula (1) is always maintained, the force with which the pressing surface 341a of the retainer 34 (see FIG. 3) presses the stationary seal ring 35 toward the other axial direction can be adjusted. By adjusting this pressing force, the pressing force with which the seal surface 35b of the stationary seal ring 35 presses the seal surface 13a of the rotating seal ring 13 can be adjusted. This makes it possible to appropriately adjust the amount of leakage of the sealed fluid from between the seal surfaces 13a, 35b of the rotating seal ring 13 and the stationary seal ring 35.

ところで、図3に示すように、静止密封環35におけるシール面35bよりも径方向外側の外周には、被密封流体の流体圧P1により軸方向一方側かつ径方向内側に向かって押圧される。このように流体圧P1が作用すると、静止密封環35には、その断面の重心Gを中心として図3の時計回り方向に回転モーメントM1が発生する。このため、図4に示すように、例えばリテーナ34の静止密封環35を押圧する押圧面を、端面341aの代わりに第1側面340aとし、その第1側面340aにより静止密封環35の第3端面35d3を押圧するようにした場合、つまり回転モーメントM1の発生を助長するようにリテーナ34が静止密封環35を押圧するようにした場合、以下のような問題が生じる。 As shown in FIG. 3, the outer periphery of the stationary seal ring 35 radially outward from the seal surface 35b is pressed toward one axial direction and toward the radial inside by the fluid pressure P1 of the sealed fluid. When the fluid pressure P1 acts in this way, the stationary seal ring 35 generates a rotational moment M1 in the clockwise direction in FIG. 3 around the center of gravity G of the cross section. For this reason, as shown in FIG. 4, for example, if the pressing surface of the retainer 34 pressing the stationary seal ring 35 is the first side surface 340a instead of the end surface 341a, and the first side surface 340a presses the third end surface 35d3 of the stationary seal ring 35, that is, if the retainer 34 presses the stationary seal ring 35 to promote the generation of the rotational moment M1, the following problems will occur.

図4において、回転モーメントM1が発生すると、静止密封環35のシール面35bにおける径方向外側部が径方向内側部よりも回転密封環13のシール面13aに強く押し付けられ、当該径方向外側部が優先して摩耗する。その結果、図5に示ように、静止密封環35のシール面35bにおける径方向外側部を、回転密封環13のシール面13aに押し付けることができなくなり、機内領域73の被密封流体が多量に漏れてしまうおそれがある。 In FIG. 4, when rotational moment M1 is generated, the radially outer portion of seal surface 35b of stationary seal ring 35 is pressed more strongly against seal surface 13a of rotary seal ring 13 than the radially inner portion, and the radially outer portion wears preferentially. As a result, as shown in FIG. 5, the radially outer portion of seal surface 35b of stationary seal ring 35 cannot be pressed against seal surface 13a of rotary seal ring 13, and there is a risk of a large amount of sealed fluid leaking from in-machine area 73.

これに対して図3に示すように、本実施形態では、シール流体の流体圧P2(図2参照)により、リテーナ34の端面(押圧面)341aが、静止密封環35の重心Gよりも径方向内側に位置する第1端面35d1を軸方向他方側に押圧する。つまり、被密封流体の流体圧P1に対向するように、リテーナ34の押圧面341aが静止密封環35の第1端面35d1を押圧する。その押圧力F1により、静止密封環35には、重心Gを中心として図3の反時計回り方向に回転モーメントM2が発生する。これにより、静止密封環35には、互いに逆方向となる回転モーメントM1,M2が発生する。 In contrast, as shown in FIG. 3, in this embodiment, the fluid pressure P2 (see FIG. 2) of the sealing fluid causes the end face (pressing surface) 341a of the retainer 34 to press the first end face 35d1, which is located radially inward from the center of gravity G of the stationary seal ring 35, toward the other axial direction. In other words, the pressing surface 341a of the retainer 34 presses the first end face 35d1 of the stationary seal ring 35 so as to face the fluid pressure P1 of the sealed fluid. Due to this pressing force F1, a rotational moment M2 is generated in the stationary seal ring 35 in the counterclockwise direction in FIG. 3 around the center of gravity G. As a result, rotational moments M1 and M2 are generated in the stationary seal ring 35 in mutually opposite directions.

したがって、一対の圧力調整弁4によりシール流体の流体圧P2を調整し、リテーナ34の押圧面341aによる静止密封環35の押圧力F1を調整することで、両回転モーメントM1,M2を互いに打ち消し合うようにすることができる。これにより、静止密封環35のシール面35bを、回転密封環13のシール面13aに対して、径方向に均一に押し付けることができる。その結果、静止密封環35のシール面35bが径方向に不均一に摩耗するのを抑制できるので、メカニカルシール1のシール性能が低下するのを抑制することができる。 Therefore, by adjusting the fluid pressure P2 of the sealing fluid with the pair of pressure regulating valves 4 and adjusting the pressing force F1 of the stationary seal ring 35 by the pressing surface 341a of the retainer 34, the two rotational moments M1 and M2 can be made to cancel each other out. This allows the seal surface 35b of the stationary seal ring 35 to be uniformly pressed against the seal surface 13a of the rotating seal ring 13 in the radial direction. As a result, the seal surface 35b of the stationary seal ring 35 can be prevented from wearing unevenly in the radial direction, and therefore the deterioration of the sealing performance of the mechanical seal 1 can be prevented.

[第2実施形態]
図6は、本発明の第2実施形態に係るメカニカルシールを示す断面図である。本実施形態のメカニカルシール1は、第2配管76、リテーナ34における第1及び第2受圧面340a,340bの両面積B1,B2の大小関係、及びシール流体の流体圧の調整方法が、第1実施形態と異なる。
[Second embodiment]
6 is a cross-sectional view showing a mechanical seal according to a second embodiment of the present invention. The mechanical seal 1 of this embodiment differs from the first embodiment in the second pipe 76, the size relationship between the areas B1 and B2 of the first and second pressure receiving surfaces 340a and 340b of the retainer 34, and the method of adjusting the fluid pressure of the seal fluid.

本実施形態の第2配管76は、第1配管75とは独立して設けられている。第2配管76には、第1配管75を流れるフラッシング流体(被密封流体)と同じ流体が、シール流体として流れる。なお、第2配管76には、フラッシング流体と異なる流体を、シール流体として流してもよい。 In this embodiment, the second pipe 76 is provided independently of the first pipe 75. The same fluid as the flushing fluid (sealed fluid) flowing through the first pipe 75 flows through the second pipe 76 as a sealing fluid. Note that a fluid different from the flushing fluid may also flow through the second pipe 76 as a sealing fluid.

図7は、図6の要部拡大断面図である。図7に示すように、本実施形態のリテーナ34において、第1円筒部341の外径は、第2円筒部342の外径よりも小さい。これにより、リテーナ本体340における第1受圧面340aの面積B1は、第2受圧面340bの面積B2よりも大きい。このため、両面積B1,B2の大小関係に基づいて上記式(1)の力関係が常に維持されるように、一対の圧力調整弁4により、シール流体の流体圧P2は、フラッシング流体の流体圧P1よりも大きい範囲で調整される。 Figure 7 is an enlarged cross-sectional view of the main part of Figure 6. As shown in Figure 7, in the retainer 34 of this embodiment, the outer diameter of the first cylindrical portion 341 is smaller than the outer diameter of the second cylindrical portion 342. As a result, the area B1 of the first pressure receiving surface 340a of the retainer body 340 is larger than the area B2 of the second pressure receiving surface 340b. Therefore, the pair of pressure regulating valves 4 adjust the fluid pressure P2 of the sealing fluid to a range greater than the fluid pressure P1 of the flushing fluid so that the force relationship of the above formula (1) is always maintained based on the size relationship between the two areas B1 and B2.

本実施形態では、リテーナ本体340における第1受圧面340aの面積B1が、第2受圧面340bの面積B2よりも大きいので、面積B1が面積B2よりも小さい場合(図2参照)と比較して、静止密封環35のバランス径D1(本実施形態では静止密封35を押圧するリテーナ35(第1円筒部341)の外径)小さくすることができる。なお、第1受圧面340aの面積B1は、第2受圧面340bの面積B2以上であればよい。本実施形態の他の構成は、第1実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。 In this embodiment, the area B1 of the first pressure receiving surface 340a of the retainer body 340 is larger than the area B2 of the second pressure receiving surface 340b. Therefore, compared to when area B1 is smaller than area B2 (see FIG. 2), the balance diameter D1 of the stationary seal ring 35 (the outer diameter of the retainer 35 (first cylindrical portion 341) that presses the stationary seal 35 in this embodiment) can be made smaller. Note that it is sufficient that the area B1 of the first pressure receiving surface 340a is equal to or larger than the area B2 of the second pressure receiving surface 340b. Other configurations of this embodiment are similar to those of the first embodiment, so the same reference numerals are used and their description is omitted.

以上より、本実施形態においても、一対の圧力調整弁4によりシール流体の流体圧P2を調整することで、リテーナ34の押圧面341aが静止密封環35を軸方向他方側に押圧する力を調整することができる。この押圧する力を調整することで、静止密封環35のシール面35bが回転密封環13のシール面13aを押し付ける押付力を調整することができる。これにより、回転密封環13及び静止密封環35の両シール面13a,35b間からの被密封流体の漏れ量を適切に調整することができる。 As described above, in this embodiment as well, the force with which the pressing surface 341a of the retainer 34 presses the stationary seal ring 35 to the other axial direction can be adjusted by adjusting the fluid pressure P2 of the sealing fluid with the pair of pressure regulating valves 4. By adjusting this pressing force, the pressing force with which the seal surface 35b of the stationary seal ring 35 presses the seal surface 13a of the rotating seal ring 13 can be adjusted. This makes it possible to appropriately adjust the amount of leakage of the sealed fluid from between the seal surfaces 13a, 35b of the rotating seal ring 13 and the stationary seal ring 35.

また、リテーナ34における第1受圧面340aの面積B1が、第2受圧面340bの面積B2よりも大きいので、面積B1を面積B2よりも小さくする場合と比較して、静止密封環35のバランス径D1を小さくすることができる。これにより、リテーナ35の押圧面341aによる静止密封環35の押圧力、及び押圧面341aの周速を低減することができる。特に、本実施形態のように高圧及び高周速の条件で使用される高負荷用のメカニカルシール1において有効となる。 In addition, since the area B1 of the first pressure-receiving surface 340a of the retainer 34 is larger than the area B2 of the second pressure-receiving surface 340b, the balance diameter D1 of the stationary seal ring 35 can be made smaller than when the area B1 is smaller than the area B2. This makes it possible to reduce the pressing force of the pressing surface 341a of the retainer 35 on the stationary seal ring 35 and the peripheral speed of the pressing surface 341a. This is particularly effective in a high-load mechanical seal 1 used under high pressure and high peripheral speed conditions, as in this embodiment.

[その他]
上記各実施形態の圧力調整弁4は、手動により流体圧P2を調整可能であるが、自動で流体圧P2を調整してもよい。その場合、例えば、回転密封環13及び静止密封環35の両シール面13a,35b間からの被密封流体の漏れ量をセンサで検知し、その検知情報を受信した制御部において前記漏れ量が所定範囲外である場合に、圧力調整弁4を制御して流体圧P2を自動で調整すればよい。
[others]
Although the pressure regulating valve 4 in each of the above embodiments can manually adjust the fluid pressure P2, it may also automatically adjust the fluid pressure P2. In that case, for example, a sensor may detect the amount of leakage of the sealed fluid from between the seal surfaces 13a, 35b of the rotary seal ring 13 and the stationary seal ring 35, and if the amount of leakage is outside a predetermined range in a control unit that receives the detection information, the pressure regulating valve 4 may be controlled to automatically adjust the fluid pressure P2.

上記各実施形態の圧力調整弁4は、シール流体の流体圧P2を調整しているが、これに加えて又はこれに代えて、第1配管75に圧力調整弁4を設け、フラッシング流体(被密封流体)の流体圧P1を手動又は自動で調整してもよい。この場合、第1配管75に設けられた圧力調整弁4により、第1実施形態では流体圧P1を流体圧P2よりも大きい範囲で調整し、第2実施形態では流体圧P1を流体圧P2よりも小さい範囲で調整すればよい。なお、第1実施形態において圧力調整弁4により流体圧P1を調整する際には、流体圧P1を昇圧する機構を設けるのが好ましい。例えば、回転側ユニット2よりも軸方向他方側において、回転軸71とケーシング72との間に、フローティングリングを設け、このフローティングリングと回転軸71と間を流れるフラッシング流体の隙間を小さくし、流体圧P1を昇圧すればよい。 In each of the above embodiments, the pressure regulating valve 4 adjusts the fluid pressure P2 of the sealing fluid. In addition to this, or instead of this, a pressure regulating valve 4 may be provided in the first pipe 75 to manually or automatically adjust the fluid pressure P1 of the flushing fluid (sealed fluid). In this case, the pressure regulating valve 4 provided in the first pipe 75 adjusts the fluid pressure P1 in a range greater than the fluid pressure P2 in the first embodiment, and adjusts the fluid pressure P1 in a range smaller than the fluid pressure P2 in the second embodiment. Note that, when adjusting the fluid pressure P1 with the pressure regulating valve 4 in the first embodiment, it is preferable to provide a mechanism for boosting the fluid pressure P1. For example, a floating ring may be provided between the rotating shaft 71 and the casing 72 on the other axial side of the rotating side unit 2, and the gap of the flushing fluid flowing between this floating ring and the rotating shaft 71 may be reduced to boost the fluid pressure P1.

第1実施形態の第2配管76は、第1配管75から分岐しているが、第2実施形態と同様に、第1配管75とは独立して設けられていてもよい。その場合、第2配管76を流れるシール流体は、第1配管75を流れるフラッシング流体(被密封流体)と同じ流体であってもよいし、異なる流体であってもよい。 The second pipe 76 in the first embodiment branches off from the first pipe 75, but may be provided independently of the first pipe 75, as in the second embodiment. In that case, the sealing fluid flowing through the second pipe 76 may be the same fluid as the flushing fluid (sealed fluid) flowing through the first pipe 75, or may be a different fluid.

第2実施形態の第2配管76は、第1配管75とは独立して設けられているが、第1実施形態と同様に、第1配管75から分岐していてもよい。
本発明のメカニカルシールは、高負荷条件以外で使用される場合にも適用することができる。その場合、上記式(1)は、スプリング47の付勢力を加味した力関係に設定すればよい。
The second pipe 76 in the second embodiment is provided independently of the first pipe 75, but may be branched off from the first pipe 75 in the same manner as in the first embodiment.
The mechanical seal of the present invention can also be used under conditions other than the high load conditions. In such cases, the force relationship of the above formula (1) can be set to take into account the biasing force of the spring 47.

今回開示された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と考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the meaning described above, and is intended to include all modifications within the scope of the claims and meanings equivalent thereto.

1 メカニカルシール
3 静止側ユニット
4 圧力調整弁
13 回転密封環
13a シール面
34 リテーナ
35 静止密封環
35b シール面
35d1 第1端面(端面)
55 導入流路
61 第1流体室
62 第2流体室
71 回転軸
72 ケーシング
340a 第1側面(第1受圧面)
340b 第2側面(第2受圧面)
341a 端面(押圧面)
B1 第1受圧面の面積
B2 第2受圧面の面積
P1 フラッシング流体(被密封流体)の流体圧
P2 シール流体の流体圧
REFERENCE SIGNS LIST 1 Mechanical seal 3 Stationary side unit 4 Pressure regulating valve 13 Rotary seal ring 13a Seal surface 34 Retainer 35 Stationary seal ring 35b Seal surface 35d1 First end surface (end surface)
55: Inlet flow passage 61: First fluid chamber 62: Second fluid chamber 71: Rotating shaft 72: Casing 340a: First side surface (first pressure receiving surface)
340b Second side surface (second pressure receiving surface)
341a End surface (pressing surface)
B1: Area of the first pressure receiving surface B2: Area of the second pressure receiving surface P1: Fluid pressure of the flushing fluid (sealed fluid) P2: Fluid pressure of the seal fluid

Claims (4)

回転軸側に一体回転可能に設けられ、軸方向一方側にシール面が形成された回転密封環と、
前記回転軸を包囲したケーシングに設けられ、前記回転密封環のシール面に対向するシール面が軸方向他方側に形成された静止密封環を有する静止側ユニットと、を備え、
前記回転密封環及び前記静止密封環により被密封流体を機内領域に密封するメカニカルシールであって、
前記静止側ユニットは、
前記ケーシング側に対して軸方向に移動可能に取り付けられ、前記静止密封環を保持しているリテーナと、
前記被密封流体が導入され、当該被密封流体の流体圧により前記リテーナを前記軸方向一方側に押圧するように、前記機内領域と連通して形成された第1流体室と、
シール流体が導入され、当該シール流体の流体圧により前記リテーナを前記軸方向他方側に押圧するように、前記機内領域及び前記第1流体室とは独立して形成された第2流体室と、
前記被密封流体及び前記シール流体のうち少なくとも一方の流体圧を調整可能な圧力調整弁と、を有
前記機内領域は、前記回転密封環及び前記静止密封環の両シール面よりも径方向外側に形成されており、
前記リテーナは、前記静止密封環の前記軸方向一方側の端面における径方向内側の部分だけを前記軸方向他方側に押圧する押圧面を有し、
前記圧力調整弁は、前記シール流体の流体圧を調整可能である、メカニカルシール。
a rotary seal ring provided on the rotary shaft so as to be integrally rotatable therewith and having a seal surface formed on one axial side thereof;
a stationary side unit provided in a casing surrounding the rotary shaft, the stationary side unit having a stationary seal ring with a seal surface formed on the other axial side thereof opposed to the seal surface of the rotary seal ring,
A mechanical seal that seals a sealed fluid in an in-machine region by the rotating seal ring and the stationary seal ring,
The stationary side unit is
a retainer that is attached to the casing side so as to be movable in the axial direction and that holds the stationary seal ring;
a first fluid chamber formed in communication with the in-machine region so that the sealed fluid is introduced thereinto and the fluid pressure of the sealed fluid presses the retainer to one side in the axial direction;
a second fluid chamber formed independently of the in-machine region and the first fluid chamber so that a seal fluid is introduced thereinto and a fluid pressure of the seal fluid presses the retainer toward the other axial direction;
a pressure regulating valve capable of regulating the fluid pressure of at least one of the sealed fluid and the sealing fluid,
The in-machine region is formed radially outward of both seal surfaces of the rotary seal ring and the stationary seal ring,
the retainer has a pressing surface that presses only a radially inner portion of an end face on the one axial direction side of the stationary seal ring toward the other axial direction,
The pressure regulating valve is capable of adjusting the fluid pressure of the sealing fluid .
前記静止側ユニットは、前記両シール面を冷却するためのフラッシング流体の一部を、前記シール流体として前記第2流体室に導入する導入流路をさらに有する、請求項1に記載のメカニカルシール。 2. The mechanical seal according to claim 1, wherein the stationary unit further comprises an introduction passage for introducing a part of a flushing fluid for cooling both of the seal surfaces into the second fluid chamber as the seal fluid. 前記リテーナは、
前記第1流体室内の前記被密封流体の流体圧を前記軸方向他方側から受ける第1受圧面と、
前記第2流体室内の前記シール流体の流体圧を前記軸方向一方側から受ける第2受圧面と、を有し、
前記第1受圧面の面積は、前記第2受圧面の面積以上である、請求項1又は請求項2に記載のメカニカルシール。
The retainer includes:
a first pressure receiving surface that receives the fluid pressure of the sealed fluid in the first fluid chamber from the other axial direction;
a second pressure receiving surface that receives the fluid pressure of the seal fluid in the second fluid chamber from one axial side,
3. The mechanical seal according to claim 1, wherein an area of the first pressure-receiving surface is equal to or larger than an area of the second pressure-receiving surface.
請求項1に記載のメカニカルシールにおいて、次式の関係を満たすように、前記圧力調整弁により前記少なくとも一方の流体圧を調整する、メカニカルシールの流体圧調整方法。
P1×B1<P2×B2
ただし、上記式の各変数の定義は次の通りである。
P1:第1流体室内の被密封流体の流体圧
B1:リテーナにおいて第1流体室内の被密封流体の流体圧を軸方向他方側から受ける第1受圧面の面積
P2:第2流体室内のシール流体の流体圧
B2:リテーナにおいて第2流体室内のシール流体の流体圧を軸方向一方側から受ける第2受圧面の面積
2. The method for adjusting fluid pressure in a mechanical seal according to claim 1, further comprising adjusting the at least one fluid pressure by the pressure regulating valve so as to satisfy the following relationship:
P1×B1<P2×B2
Here, the variables in the above formula are defined as follows:
P1: Fluid pressure of the sealed fluid in the first fluid chamber B1: Area of a first pressure receiving surface of the retainer receiving the fluid pressure of the sealed fluid in the first fluid chamber from the other axial side P2: Fluid pressure of the seal fluid in the second fluid chamber B2: Area of a second pressure receiving surface of the retainer receiving the fluid pressure of the seal fluid in the second fluid chamber from one axial side
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