JP7724171B2 - Shaft seal - Google Patents
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Description
本発明は軸シールに関し、特に、樹脂製のパッキンを含むものに関する。 The present invention relates to shaft seals, particularly those that include resin packing.
「軸シール」とは、流体機器のケーシングの開口部と可動軸との隙間を密封するための部品、すなわち、その隙間からの流体の漏れ、またはその隙間への異物の侵入を防ぐための部品の総称である。軸シールには特に、スタッフィングボックスの中に詰め込まれるパッキンを含むものがある(たとえば特許文献1-6参照)。「スタッフィングボックス」は、ケーシングの開口部の内側に嵌め込まれた筒状部材であり、可動軸を囲んで自身の内周面と可動軸の外周面との間に環状の空間、すなわちパッキン室を形成する。「パッキン」は紐状または環状の可撓性部材であり、パッキン室に一般に複数詰め込まれる。パッキン室の中では複数のパッキンが、紐状であれば可動軸に巻き付けられた状態で、環状であれば内側に可動軸を通した状態で、可動軸に沿って隣り合わせで並べられ、可動軸を囲む1つの筒状構造を構成する。この筒状構造は、「パッキン押さえ」と呼ばれる環状部材によって軸方向に圧縮されると径方向へ膨張し、スタッフィングボックスの内周面と可動軸の外周面とに密着する。その結果、パッキン室が塞がれるので、ケーシングの開口部と可動軸との隙間が密封される。 "Shaft seal" is a general term for components used to seal the gap between the opening of the casing of a fluid equipment and the movable shaft, i.e., to prevent fluid leakage from the gap or the intrusion of foreign matter into the gap. Some shaft seals, in particular, include packing packed into a stuffing box (see, for example, Patent Documents 1-6). A stuffing box is a cylindrical member fitted inside the casing opening, surrounding the movable shaft and forming an annular space, or packing chamber, between its inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the movable shaft. "Packing" is a flexible member, either string-like or annular, and multiple packings are generally packed into the packing chamber. Within the packing chamber, multiple packings are arranged side by side along the movable shaft, wrapped around the movable shaft if string-like, or with the movable shaft threaded through the inside if annular, to form a cylindrical structure surrounding the movable shaft. When compressed axially by an annular member called a "packing gland," this cylindrical structure expands radially, adhering tightly to the inner circumferential surface of the stuffing box and the outer circumferential surface of the movable shaft. As a result, the packing chamber is closed, sealing the gap between the casing opening and the movable shaft.
スタッフィングボックスの内周面と可動軸の外周面とに対するパッキンの圧力、すなわちシール圧は、パッキンが軸方向に圧縮されることによって径方向の応力を上昇させた結果である。したがって、パッキンに、クリープ変形、摩耗、温度降下等によって応力が低下する現象、すなわち応力緩和が生じるとシール圧が低下する。この低下に起因する流体の漏れ量の増加を防ぐには、パッキンに対するパッキン押さえの圧力を上昇させる作業、すなわち増し締めが必要である。増し締めの頻度を抑えて軸シールに関するメンテナンスの負担を軽減させるための工夫としては、パッキンを軸方向へ加圧するばねをスタッフィングボックスまたはパッキン押さえに設ける技術が知られている(たとえば特許文献3-6参照)。パッキンが応力緩和によって軸方向の応力を低下させると、ばねの圧力で軸方向に更に圧縮される。これに伴ってパッキンの径方向の応力が上昇し、応力緩和に伴うその低下が相殺されるので、シール圧が低下しにくい。 The pressure of the packing against the inner surface of the stuffing box and the outer surface of the movable shaft, i.e., the sealing pressure, is the result of increased radial stress caused by axial compression of the packing. Therefore, when stress relaxation occurs, a phenomenon in which stress decreases in the packing due to creep deformation, wear, temperature drop, etc., the sealing pressure decreases. To prevent an increase in fluid leakage due to this decrease, work is required to increase the pressure of the packing gland against the packing, i.e., retightening. One known technique for reducing the frequency of retightening and easing the maintenance burden related to shaft seals is to attach a spring to the stuffing box or packing gland that applies axial pressure to the packing (see, for example, Patent Documents 3-6). When the packing reduces its axial stress due to stress relaxation, the spring pressure further compresses it in the axial direction. This increases the radial stress of the packing, offsetting the reduction due to stress relaxation, making it less likely to reduce sealing pressure.
パッキンの材料としては樹脂がよく選択される。特に、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素樹脂は、耐熱性が高く、流体に対する化学的な安定性に優れ、かつ可動軸に対する摩擦係数が低いので多用される。しかし、可動軸やスタッフィングボックスの材料として一般的な金属に比べ、樹脂、特にフッ素樹脂は熱収縮率が10倍程度高い。これにより、軸シールに樹脂製のパッキンを利用することには以下の問題点がある。なお、「熱収縮率」とは、物体の熱収縮の割合、すなわち、温度降下に伴ってその物体の体積または長さが減少する割合を意味し、実際にはその物体の熱膨張係数と等しい。 Resins are often chosen as packing materials. Fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxyalkane (PFA), and polyvinylidene fluoride (PVDF) are particularly popular due to their high heat resistance, excellent chemical stability against fluids, and low coefficient of friction against moving shafts. However, compared to metals, which are commonly used for moving shafts and stuffing boxes, resins, especially fluoropolymers, have a thermal shrinkage rate that is about 10 times higher. This means that using resin packing for shaft seals poses the following problems. Note that "thermal shrinkage rate" refers to the rate at which an object thermally shrinks, i.e., the rate at which an object's volume or length decreases as its temperature drops, and is actually equal to the object's thermal expansion coefficient.
液化天然ガス(LNG、沸点-160℃程度)、液体窒素(沸点-196℃)、液体水素(沸点-253℃)、液体ヘリウム(沸点-269℃)等、低温(零下百数十℃以下)の流体を流体機器が扱う場合、その流体によって可動軸だけでなく軸シールも低温まで冷却される。一般に金属製である可動軸やスタッフィングボックスと比べて樹脂製のパッキンは熱収縮率が高いので、常温(零下数十℃以上、数十℃以下)から低温までの温度降下(以下、「低温化」と呼ぶ。)に伴い、パッキン室の径方向の内法よりもパッキンの径方向の幅が大きく熱収縮する。その結果、特にパッキンの外周側でシール圧が低下する。さらに、パッキン室とパッキンとの間では熱収縮率の差が大きいので、低温化に伴うシール圧の低下幅は、クリープ変形、摩耗等、常温での応力緩和に伴う低下幅よりもかなり大きい。 When fluid equipment handles low-temperature fluids (below -100°C), such as liquefied natural gas (LNG, boiling point approximately -160°C), liquid nitrogen (boiling point -196°C), liquid hydrogen (boiling point -253°C), and liquid helium (boiling point -269°C), the fluid cools not only the moving shaft but also the shaft seal to low temperatures. Compared to moving shafts and stuffing boxes, which are generally made of metal, resin packings have a higher thermal shrinkage rate. Therefore, as the temperature drops from room temperature (above -10°C or below -10°C) to low temperatures (hereinafter referred to as "low-temperature"), the radial width of the packing shrinks more than the inner radial dimension of the packing chamber. As a result, sealing pressure decreases, especially on the outer periphery of the packing. Furthermore, because there is a large difference in thermal shrinkage rate between the packing chamber and the packing, the decrease in sealing pressure due to low-temperature conditions is significantly greater than the decrease due to stress relaxation at room temperature, such as creep deformation and wear.
特許文献3-6に開示された軸シールのように、パッキンがばねで加圧されていても、そのばねの圧力は、パッキンの常温での応力緩和に伴うシール圧の低下を防ぐ程度に過ぎず、低温化に伴うシール圧の低下を防ぐには足りない。しかし、更に強いばねでパッキンを加圧することは、スタッフィングボックスまたはパッキン押さえの構造の強化または大型化が必要である等の理由で難しい。仮に十分に強いばねがスタッフィングボックス等に取り付けられたとしても、そのばねの圧力は常温では必要な高さを超えているので、パッキンのシール圧を過剰に上昇させる。したがって、パッキンの摩耗が過剰に速く、可動軸に対するパッキンの摺動抵抗が過剰に高い。これらの不具合を避けるには、ばねの圧力を常温では低温よりも抑える工夫が必要である。しかし、そのような工夫も難しい。 Even if the packing is pressurized with a spring, as in the shaft seals disclosed in Patent Documents 3-6, the spring pressure is only sufficient to prevent a decrease in sealing pressure due to stress relaxation in the packing at room temperature, and is insufficient to prevent a decrease in sealing pressure due to low temperatures. However, pressurizing the packing with a stronger spring is difficult for reasons such as requiring a stronger or larger stuffing box or packing gland structure. Even if a sufficiently strong spring were attached to the stuffing box, the spring pressure exceeds the required level at room temperature, causing the packing's sealing pressure to increase excessively. This results in excessively rapid wear of the packing and excessively high sliding resistance of the packing against the movable shaft. To avoid these problems, it is necessary to devise a way to reduce the spring pressure at room temperature compared to low temperatures. However, such a design is difficult.
本発明の目的は上記の課題を解決することであり、特に、パッキンのシール圧を常温では過剰に上昇させることなく、低温では十分に高く維持することが可能な軸シールを提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above problems, and in particular to provide a shaft seal that can maintain a sufficiently high seal pressure at low temperatures without excessively increasing the packing seal pressure at room temperature.
本発明の1つの観点による軸シールは、流体機器の可動軸とスタッフィングボックスとの隙間を密封するためのものであり、樹脂製のパッキンと支持体とを備えている。パッキンはパッキン押さえからの軸方向の圧力で可動軸とスタッフィングボックスとの隙間に詰められる。支持体は、可動軸を囲む環状の構造体であり、軸方向における片側をパッキンの軸方向における一端部に接触させ、反対側をスタッフィングボックスまたはパッキン押さえに接触させる。支持体は軸方向における少なくとも一部に締付領域を含む。締付領域の外周側では内周側よりも熱収縮率が高く、温度降下に伴って外周側が内周側を締め付ける。この締め付ける力が締付領域からパッキンへ軸方向の圧力として伝わるように、支持体は構成されている。 One aspect of the present invention provides a shaft seal for sealing the gap between a movable shaft and a stuffing box of a fluid device, and includes a resin packing and a support. The packing is packed into the gap between the movable shaft and the stuffing box by axial pressure from the packing gland. The support is an annular structure surrounding the movable shaft, with one axial side in contact with one axial end of the packing and the other side in contact with the stuffing box or the packing gland. The support includes a clamping region in at least a portion of the axial direction. The outer periphery of the clamping region has a higher thermal shrinkage rate than the inner periphery, and as the temperature drops, the outer periphery clamps the inner periphery. The support is configured so that this clamping force is transmitted from the clamping region to the packing as axial pressure.
支持体の具体的な構成は多様である。たとえば支持体が締付リングと押付リングとを有してもよい。締付リングは、可動軸を囲む環状部材であり、軸方向においてパッキンに近い側にテーパー内周面を含む。テーパー内周面は、軸方向において端から中央へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜している。押付リングは、可動軸を囲む環状部材であり、締付リングよりも熱収縮率が低く、軸方向においてパッキンから遠い側にテーパー外周面を含む。テーパー外周面は、軸方向において中央から端へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜している。締付領域では締付リングのテーパー内周面が押付リングのテーパー外周面に接触する。 The specific configuration of the support body is diverse. For example, the support body may have a clamping ring and a pressing ring. The clamping ring is an annular member that surrounds the movable shaft and includes a tapered inner circumferential surface on the side closer to the packing in the axial direction. The tapered inner circumferential surface is inclined so that the diameter narrows from the end to the center in the axial direction. The pressing ring is an annular member that surrounds the movable shaft and has a lower thermal shrinkage rate than the clamping ring and includes a tapered outer circumferential surface on the side farther from the packing in the axial direction. The tapered outer circumferential surface is inclined so that the diameter narrows from the center to the end in the axial direction. In the clamping region, the tapered inner circumferential surface of the clamping ring contacts the tapered outer circumferential surface of the pressing ring.
上記の他に、支持体が押付リングと不動リングとを有してもよい。押付リングは、可動軸を囲む環状部材であり、軸方向においてパッキンから遠い側にテーパー内周面を含む。テーパー内周面は、軸方向において中央から端へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜している。不動リングは、可動軸を囲む環状部材であり、押付リングよりも熱収縮率が低く、軸方向においてパッキンに近い側にテーパー外周面を含む。テーパー外周面は、軸方向において端から中央へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜している。締付領域では押付リングのテーパー内周面が不動リングのテーパー外周面に接触する。 In addition to the above, the support may have a pressing ring and a stationary ring. The pressing ring is an annular member that surrounds the movable shaft and includes a tapered inner peripheral surface on the side farther from the packing in the axial direction. The tapered inner peripheral surface is inclined so that the diameter increases from the center to the end in the axial direction. The stationary ring is an annular member that surrounds the movable shaft and has a lower thermal shrinkage rate than the pressing ring and includes a tapered outer peripheral surface on the side closer to the packing in the axial direction. The tapered outer peripheral surface is inclined so that the diameter increases from the end to the center in the axial direction. In the clamping region, the tapered inner peripheral surface of the pressing ring contacts the tapered outer peripheral surface of the stationary ring.
パッキンがVパッキンであってもよい。さらに、支持体が、パッキンの軸方向における一端部に接触する雄アダプターを有してもよい。「Vパッキン」とは、断面がV字形状であるリップパッキン、すなわち「リップ」と呼ばれる張り出し部分を含む成形パッキン(材料が型で成形されたパッキン)をいう。Vパッキンでは、断面が成すV字形状の2つの上端部がリップに相当する。「雄アダプター」とは、Vパッキンをそのリップ側から支える部材をいう。 The packing may be a V-packing. Furthermore, the support may have a male adapter that contacts one axial end of the packing. "V-packing" refers to a lip packing with a V-shaped cross section, i.e., a molded packing (a packing in which the material is molded in a mold) that includes a protruding portion called a "lip." In a V-packing, the two upper ends of the V-shaped cross section correspond to the lips. A "male adapter" refers to a member that supports the V-packing from its lip side.
本発明による上記の軸シールでは支持体が軸方向においてパッキン押さえとパッキンとの間、またはパッキンとスタッフィングボックスとの間に挟まれる。常温では支持体が、パッキン押さえとスタッフィングボックスとの間の結合に伴うパッキン押さえまたはスタッフィングボックスからの軸方向の圧力を、実質上そのままパッキンへ伝える。一方、低温では支持体が、パッキン押さえ等からの軸方向の圧力をパッキンへ伝えるだけでなく、自らもパッキンに対する軸方向の圧力を、以下のようにして発生させる。 In the shaft seal of the present invention, the support is sandwiched axially between the packing gland and the packing, or between the packing and the stuffing box. At room temperature, the support transmits the axial pressure from the packing gland or stuffing box, which is associated with the connection between the packing gland and the stuffing box, to the packing essentially as is. On the other hand, at low temperatures, the support not only transmits the axial pressure from the packing gland, etc. to the packing, but also generates its own axial pressure on the packing in the following manner.
低温の流体が流体機器のケーシング内を流れる間、パッキンだけでなく支持体にも低温化が生じる。これに伴って支持体は、締付領域の外周部が内周部を締め付ける力をパッキンへ軸方向の圧力として伝える。支持体の具体的な構成は多様であり、それらには、たとえば上記のとおり、(1)締付リングと押付リングとの組み合わせと、(2)押付リングと不動リングとの組み合わせとが含まれる。 When a low-temperature fluid flows through the casing of a fluid equipment, not only the packing but also the support body becomes colder. As a result, the support body transmits the force of the outer periphery of the clamping area clamping against the inner periphery to the packing as axial pressure. There are various specific configurations for the support body, including, for example, the combination of (1) a clamping ring and a pressing ring, and (2) a combination of a pressing ring and a stationary ring, as described above.
(1)押付リングは軸方向においてパッキンと締付リングとの間に挟まれ、テーパー外周面を締付リングのテーパー内周面に接触させる。低温化に伴って押付リングが締付リングによって締め付けられると、テーパー外周面がテーパー内周面から圧力を受ける。テーパー外周面とテーパー内周面とは、パッキンに近づくにつれて直径が広がるように傾斜しているので、テーパー外周面がテーパー内周面から受ける圧力は径方向に対して傾斜している。したがって、押付リング内には軸方向の応力が発生し、押付リングからパッキンへ軸方向の圧力として伝わる。一方、テーパー外周面からテーパー内周面が受ける反力も径方向に対して傾斜しているので、締付リング内にも軸方向の応力が発生し、締付リングからスタッフィングボックスまたはパッキン押さえへ軸方向の圧力として伝わる。しかし、スタッフィングボックスもパッキン押さえも剛性が十分に高いので、締付リングからの軸方向の圧力では実質上変形も変位もしない。その結果、締付リングが軸方向へは実質上変位できないので、パッキンに対する押付リングの圧力が高い。 (1) The pressure ring is sandwiched axially between the packing and the clamp ring, with its tapered outer peripheral surface in contact with the tapered inner peripheral surface of the clamp ring. When the pressure ring is clamped by the clamp ring as the temperature drops, the tapered outer peripheral surface is subjected to pressure from the tapered inner peripheral surface. The tapered outer peripheral surface and the tapered inner peripheral surface are inclined so that their diameters increase as they approach the packing, so the pressure the tapered outer peripheral surface receives from the tapered inner peripheral surface is inclined relative to the radial direction. Therefore, axial stress is generated within the pressure ring, which is transmitted from the pressure ring to the packing as axial pressure. Meanwhile, the reaction force received by the tapered inner peripheral surface from the tapered outer peripheral surface is also inclined relative to the radial direction, so axial stress is also generated within the clamp ring, which is transmitted from the clamp ring to the stuffing box or packing gland as axial pressure. However, because both the stuffing box and the packing gland have sufficiently high rigidity, they are not substantially deformed or displaced by the axial pressure from the clamp ring. As a result, the clamping ring cannot be displaced axially, so the pressure of the pressing ring against the packing is high.
(2)押付リングは軸方向においてパッキンと不動リングとの間に挟まれ、テーパー内周面を不動リングのテーパー外周面に接触させる。低温化に伴って押付リングが不動リングを締め付けると、テーパー内周面がテーパー外周面に対して圧力を加える。テーパー内周面とテーパー外周面とは、パッキンに近づくにつれて直径が狭まるように傾斜しているので、テーパー内周面がテーパー外周面に対して加える圧力は径方向に対して傾斜している。したがって、その圧力に対する反力も径方向に対して傾斜しているので、押付リング内には軸方向の応力が発生し、押付リングからパッキンへ軸方向の圧力として伝わる。一方、テーパー内周面がテーパー外周面に対して加える圧力により、不動リング内にも軸方向の応力が発生し、不動リングからスタッフィングボックスまたはパッキン押さえへ軸方向の圧力として伝わる。しかし、スタッフィングボックスもパッキン押さえも剛性が十分に高いので、不動リングからの軸方向の圧力では実質上変形も変位もしない。その結果、不動リングが軸方向へは実質上変位できないので、パッキンに対する押付リングの圧力が高い。 (2) The pressure ring is sandwiched axially between the packing and the stationary ring, with its tapered inner peripheral surface in contact with the tapered outer peripheral surface of the stationary ring. As the temperature drops, the pressure ring tightens the stationary ring, causing the tapered inner peripheral surface to apply pressure to the tapered outer peripheral surface. The tapered inner peripheral surface and the tapered outer peripheral surface are inclined so that their diameters narrow as they approach the packing, so the pressure applied by the tapered inner peripheral surface to the tapered outer peripheral surface is inclined relative to the radial direction. Therefore, the reaction force to this pressure is also inclined relative to the radial direction, generating axial stress within the pressure ring, which is transmitted from the pressure ring to the packing as axial pressure. Meanwhile, the pressure applied by the tapered inner peripheral surface to the tapered outer peripheral surface also generates axial stress within the stationary ring, which is transmitted from the stationary ring to the stuffing box or packing gland as axial pressure. However, because both the stuffing box and the packing gland are sufficiently rigid, they are not substantially deformed or displaced by the axial pressure from the stationary ring. As a result, the stationary ring cannot be displaced axially, so the pressure of the pressing ring against the packing is high.
こうして、低温ではパッキンが、パッキン押さえとスタッフィングボックスとの間の結合に伴う軸方向の圧力だけでなく、支持体の締付領域の熱収縮に伴う軸方向の圧力も受ける。したがって、パッキンが軸方向に更に圧縮されて径方向の応力を上昇させる。この上昇によってパッキンの低温化に伴う径方向の応力の低下を相殺し、低温でもパッキンのシール圧を十分に高く維持することは可能である。こうして、本発明による上記の軸シールはパッキンのシール圧を、常温では過剰に上昇させることなく、低温では十分に高く維持することができる。 Thus, at low temperatures, the packing is subjected not only to axial pressure associated with the bond between the packing gland and stuffing box, but also to axial pressure associated with thermal contraction of the clamping area of the support. Consequently, the packing is further compressed in the axial direction, increasing radial stress. This increase offsets the decrease in radial stress associated with the packing's low temperature, making it possible to maintain a sufficiently high packing sealing pressure even at low temperatures. Thus, the shaft seal according to the present invention is able to maintain a sufficiently high packing sealing pressure at low temperatures without excessively increasing it at room temperature.
パッキンがVパッキンであり、支持体が雄アダプターを含む場合、Vパッキンのリップ側に支持体が位置する。したがって、低温化に伴って上昇する押付リングからの軸方向の圧力がVパッキンを軸方向に圧縮するだけでなく、Vパッキンのリップを更に大きく開かせてスタッフィングボックスと可動軸とに更に強く押し付ける。その結果、パッキンの低温でのシール性が更に向上する。 When the packing is a V-packing and the support includes a male adapter, the support is located on the lip side of the V-packing. Therefore, the axial pressure from the pressure ring, which increases with the temperature, not only compresses the V-packing in the axial direction, but also opens the lip of the V-packing even more, pressing it more firmly against the stuffing box and movable shaft. As a result, the packing's sealing ability at low temperatures is further improved.
本発明の実施形態による軸シールは、たとえばバルブのケーシングの開口部とステムとの隙間のシールに利用される。「ケーシング」は「弁箱」とも呼ばれ、内側に流路を収める筐体である。「ステム」は「弁棒」とも呼ばれ、中心軸まわりの回転、または中心軸方向での往復運動により、バルブの弁体等に動力を伝達する棒状部材である。動力の伝達先はケーシング内の流路に位置するので、ケーシングにはステムを貫通させるための開口部が欠かせない。この開口部からの流体の漏れ量を本発明の実施形態による軸シールは抑える。
《実施形態1》
A shaft seal according to an embodiment of the present invention is used, for example, to seal the gap between the opening of a valve casing and the stem. The "casing," also known as the "valve box," is a housing that houses a flow path inside. The "stem," also known as the "valve rod," is a rod-shaped member that transmits power to the valve element of the valve by rotating around its central axis or by reciprocating along the central axis. Since the power is transmitted to the flow path inside the casing, an opening is essential in the casing to allow the stem to pass through. The shaft seal according to an embodiment of the present invention reduces the amount of fluid leaking from this opening.
First Embodiment
図1の(a)は本発明の実施形態1による軸シール100の断面図である。軸シール100はバルブのステム510とケーシング550の開口部551との隙間を密封する。図1の(a)が示す断面はステム510の中心軸を含む。図1の(a)ではステム510の中心軸が左右方向に対して平行であり、右側にはケーシング550内の流路540が位置し、左側にはケーシング550の外部空間560が広がり、一般に外気に通じている。以下、図1の(a)が示す任意の部位に対して右側(すなわち流路540に近い側)を「流体側」と呼び、左側(すなわち流路540から遠い側)を「大気側」と呼ぶ。 (a) in Figure 1 is a cross-sectional view of a shaft seal 100 according to a first embodiment of the present invention. The shaft seal 100 seals the gap between the valve stem 510 and the opening 551 of the casing 550. The cross section shown in (a) in Figure 1 includes the central axis of the stem 510. In (a) in Figure 1, the central axis of the stem 510 is parallel to the left-right direction, with the flow path 540 inside the casing 550 located on the right side and the external space 560 of the casing 550 extending to the left side, generally open to the outside air. Hereinafter, the right side of any part shown in (a) in Figure 1 (i.e., the side closer to the flow path 540) will be referred to as the "fluid side," and the left side (i.e., the side farther from the flow path 540) will be referred to as the "atmosphere side."
ケーシング550の開口部551の内側にはスタッフィングボックス520が嵌め込まれている。スタッフィングボックス520は、黄銅、青銅、鋼、または鋳鉄等の金属から成る円筒部材であり、ステム510を同軸に囲む。スタッフィングボックス520の流体側の端部(図1の(a)では右端部)521はケーシング550内の流路540に面し、大気側の端部(図1の(a)では左端部)522はケーシング550の外側へ突出している。スタッフィングボックス520の内周面523はステム510の外周面511との間に円筒状のパッキン室を形成している。スタッフィングボックス520の流体側の端部521からはステム510の外周面511へ向かって円環状のリブ524が突出し、流路540とパッキン室との間を仕切っている。 A stuffing box 520 is fitted inside the opening 551 of the casing 550. The stuffing box 520 is a cylindrical member made of metal such as brass, bronze, steel, or cast iron, and coaxially surrounds the stem 510. The fluid-side end 521 (the right end in Figure 1(a)) of the stuffing box 520 faces the flow path 540 inside the casing 550, and the atmosphere-side end 522 (the left end in Figure 1(a)) protrudes outside the casing 550. The inner surface 523 of the stuffing box 520 forms a cylindrical packing chamber between itself and the outer surface 511 of the stem 510. An annular rib 524 protrudes from the fluid-side end 521 of the stuffing box 520 toward the outer surface 511 of the stem 510, separating the flow path 540 from the packing chamber.
スタッフィングボックス520の大気側の端部(図1では左端部)522の内側ではパッキン押さえ530が、その流体側の端部(図1では右端部)531でパッキン室の大気側(図1では左側)の開口部を閉じている。パッキン押さえ530は、黄銅、青銅、鋼、または鋳鉄等の金属から成る円環部材であり、ステム510を同軸に囲む。パッキン押さえ530の大気側の端部(図1では左端部)532から外周方向へは円環状のフランジ533が張り出している。フランジ533には複数本のボルト534がステム510に対して平行に(図1では左右方向に)貫通しており、フランジ533をスタッフィングボックス520の大気側の端部522に固定している。
[軸シールの構造]
Inside the atmosphere-side end 522 (left end in FIG. 1 ) of the stuffing box 520, a packing gland 530 closes the opening on the atmosphere side (left side in FIG. 1 ) of the packing chamber at its fluid-side end 531 (right end in FIG. 1 ). The packing gland 530 is a circular member made of a metal such as brass, bronze, steel, or cast iron, and coaxially surrounds the stem 510. An annular flange 533 projects outward from the atmosphere-side end 532 (left end in FIG. 1 ) of the packing gland 530. Multiple bolts 534 penetrate the flange 533 parallel to the stem 510 (left-right direction in FIG. 1 ), securing the flange 533 to the atmosphere-side end 522 of the stuffing box 520.
[Shaft seal structure]
軸シール100は、パッキン室を塞ぐための部品群であり、パッキン120、雌アダプター140、および支持体150、160を備えている。
-パッキン-
The shaft seal 100 is a group of parts for sealing the packing chamber, and includes a packing 120, a female adapter 140, and support bodies 150 and 160.
-rubber seal-
図1の(b)は、図1の(a)が示すパッキン120とその近傍(図1の(a)が示す破線で囲まれた領域)の部分拡大図であり、図2は軸シール100の分解図である。パッキン120はVパッキンであり、たとえば4本のVリング121で構成される。「Vリング」とは、単一の環形を成すVパッキンをいう。以下、「Vリング」との混同を防ぐ目的で、「Vパッキン」を、パッキン室に詰め込まれたVリングの全体の呼称としてのみ使用する。 Figure 1(b) is a partially enlarged view of the packing 120 shown in Figure 1(a) and its vicinity (the area surrounded by the dashed line in Figure 1(a)), and Figure 2 is an exploded view of the shaft seal 100. The packing 120 is a V-packing, and is composed of, for example, four V-rings 121. "V-ring" refers to a V-packing that forms a single ring shape. In the following, to avoid confusion with "V-rings," "V-packing" will only be used as the overall term for the V-rings packed into the packing chamber.
Vリング121はいずれも、PTFE等のフッ素樹脂から成る円環状の成形パッキンであり、横断面(円環形の中心軸を含む平面による断面)が、Vリング121の軸方向を上下方向とするV字形状である。このV字形の2つの上端部、すなわちリップ122、123はVリング121の軸方向における片側(図1では右側)へ張り出し、Vリング121の周方向に連なって2本の同心円環を成す。内側のリップ122は内径の最小値がステム510の直径以下であり、外側のリップ123は外径の最大値がスタッフィングボックス520の内周面523の直径以上である。リップ122、123はそれらの材料の可撓性により、V字形の開き(図1では上下方向の間隔)を増減させるように屈曲可能である。V字形の下端部124(以下、「ヒール」と呼ぶ。)はVリング121の軸方向においてリップ122、123とは反対側(図1では左側)へ突出し、Vリング121の周方向に連なって1本の円環を成す。ヒール124の横断面はVリング121の軸方向においてテーパー状であり、特に、先端に近づくにつれて内径が広がり、外径が狭まる。4本のVリング121は、リップ122、123を流体側(図1では右側)へ向け、かつ内側にステム510を同軸に通した状態でパッキン室の中に押し込まれ、ステム510に沿って隣り合わせで並べられる。このとき、各Vリング121のリップ122、123間には、流体側(図1では右側)に隣接する別のVリング121のヒール124が嵌め込まれる。これにより、4本のVリング121が単一の円筒構造、すなわちVパッキン120に一体化する。
-雌アダプター-
Each V-ring 121 is an annular molded packing made of fluororesin such as PTFE, and its cross section (a cross section taken along a plane including the central axis of the annular shape) is V-shaped, with the axial direction of the V-ring 121 as the up-down direction. The two upper ends of this V-shape, i.e., lips 122 and 123, extend to one side of the V-ring 121 in the axial direction (the right side in FIG. 1 ) and are connected circumferentially around the V-ring 121 to form two concentric rings. The inner lip 122 has a minimum inner diameter equal to or smaller than the diameter of the stem 510, while the outer lip 123 has a maximum outer diameter equal to or larger than the diameter of the inner circumferential surface 523 of the stuffing box 520. Due to the flexibility of their materials, the lips 122 and 123 can be bent to increase or decrease the opening of the V-shape (the vertical distance in FIG. 1 ). The lower end 124 of the V-shape (hereinafter referred to as the "heel") protrudes axially away from the lips 122, 123 (to the left in FIG. 1 ) of the V ring 121 and extends circumferentially around the V ring 121 to form a single ring. The cross section of the heel 124 is tapered in the axial direction of the V ring 121, with the inner diameter widening and the outer diameter narrowing toward the tip. The four V rings 121 are pressed into the packing chamber with the lips 122, 123 facing the fluid side (to the right in FIG. 1 ) and the stem 510 coaxially passing through the inside, and are arranged side by side along the stem 510. At this time, the heel 124 of another V ring 121 adjacent to the fluid side (to the right in FIG. 1 ) is fitted between the lips 122, 123 of each V ring 121. This integrates the four V rings 121 into a single cylindrical structure, i.e., the V packing 120.
-Female adapter-
雌アダプター140は、青銅またはアルミ青銅等の金属から成る円環部材であり、Vパッキン120の大気側(図1では左側)に隣接してステム510を同軸に囲む。雌アダプター140は内径がステム510の直径よりもわずかに大きく、外径がスタッフィングボックス520の内周面523の直径よりもわずかに小さい。これにより、雌アダプター140はステム510に対する摺動抵抗が十分に低く、かつステム510に沿って摺動が可能である。 The female adapter 140 is a circular ring member made of metal such as bronze or aluminum bronze, and is adjacent to the atmospheric side (left side in Figure 1) of the V-packing 120, coaxially surrounding the stem 510. The female adapter 140 has an inner diameter slightly larger than the diameter of the stem 510, and an outer diameter slightly smaller than the diameter of the inner circumferential surface 523 of the stuffing box 520. This ensures that the sliding resistance of the female adapter 140 relative to the stem 510 is sufficiently low, and it can slide along the stem 510.
「雌アダプター」とは本来、Vパッキンをそのヒール側から支える部材をいう。雌アダプター140もVパッキン120を各Vリング121のヒール124側、すなわち大気側(図1では左側)から支持する。実際、雌アダプター140の大気側(図1では左側)の円環面141はパッキン押さえ530の流体側の端部(図1では右端部)531に接触する。一方、雌アダプター140の流体側(図1では右側)、すなわちVパッキン120と接触する側の円環面には、周方向に伸びる円環状の凹部142がある。凹部142には、最も大気側(図1では左側)に位置するVリング121のヒール124が嵌め込まれる。特に凹部142の内面全体にヒール124の外面全体が密着する。雌アダプター140はVリング121よりも剛性が高いので、そのヒール124との密着により、パッキン押さえ530からの圧力をヒール124の全周へ偏りなく伝えると共に、ステム510との摩擦や流体の圧力に起因するヒール124の過剰な変形とはみ出しとを抑える。
-支持体-
The term "female adapter" originally refers to a component that supports the V-packing from its heel side. The female adapter 140 also supports the V-packing 120 from the heel 124 side of each V-ring 121, i.e., the atmosphere side (left side in FIG. 1 ). In fact, the annular surface 141 on the atmosphere side (left side in FIG. 1 ) of the female adapter 140 contacts the fluid-side end (right end in FIG. 1 ) 531 of the packing gland 530. Meanwhile, the annular surface on the fluid side (right side in FIG. 1 ) of the female adapter 140, i.e., the side that contacts the V-packing 120, has a circumferentially extending annular recess 142. The heel 124 of the V-ring 121 located closest to the atmosphere (left side in FIG. 1 ) is fitted into the recess 142. In particular, the entire outer surface of the heel 124 is in close contact with the entire inner surface of the recess 142. Since the female adapter 140 is more rigid than the V-ring 121, its close contact with the heel 124 transmits the pressure from the packing gland 530 evenly to the entire circumference of the heel 124, and suppresses excessive deformation and protrusion of the heel 124 caused by friction with the stem 510 or fluid pressure.
-Support-
図2は支持体150、160の分解図を含む。支持体は押付リング150と締付リング160とで構成されている。押付リング150は、青銅またはアルミ青銅等の金属から成る円環部材であり、Vパッキン120の流体側(図1では右側)に隣接してステム510を同軸に囲む。押付リング150は内径がステム510の直径よりもわずかに大きく、外径がスタッフィングボックス520の内周面523の直径よりもわずかに小さいので、ステム510に対する摺動抵抗が十分に低く、かつ、ステム510に沿って摺動が可能である。締付リング160は、PTFE等のフッ素樹脂から成る円環部材であり、押付リング150の流体側(図1では右側)に隣接してステム510を同軸に囲む。締付リング160は内径がステム510の直径よりも大きいので、ステム510に対して摺動抵抗を与えない一方、外径がスタッフィングボックス520の内周面523の直径以上であるので、その内周面523に圧入によって固定される。 Figure 2 includes an exploded view of the supports 150 and 160. The supports are composed of a pressure ring 150 and a clamping ring 160. The pressure ring 150 is a circular ring member made of a metal such as bronze or aluminum bronze, and coaxially surrounds the stem 510 adjacent to the fluid side (right side in Figure 1) of the V-packing 120. The pressure ring 150 has an inner diameter slightly larger than the diameter of the stem 510 and an outer diameter slightly smaller than the diameter of the inner circumferential surface 523 of the stuffing box 520, so that the sliding resistance against the stem 510 is sufficiently low and it can slide along the stem 510. The clamping ring 160 is a circular ring member made of a fluororesin such as PTFE, and coaxially surrounds the stem 510 adjacent to the fluid side (right side in Figure 1) of the pressure ring 150. The tightening ring 160 has an inner diameter larger than the diameter of the stem 510, so it does not provide sliding resistance to the stem 510, while its outer diameter is equal to or greater than the diameter of the inner circumferential surface 523 of the stuffing box 520, so it is fixed to that inner circumferential surface 523 by press-fitting.
押付リング150にはVパッキン120に対する雄アダプターとしての機能がある。実際、押付リング150の大気側(図1では左側)、すなわちVパッキン120と接触する側の円環面からは、周方向に連なる円環状の凸部151が突出している。凸部151は、最も流体側(図1では右側)に位置するVリング121のリップ122、123間に嵌め込まれる。一方、押付リング150の流体側(図1では右側)の外周部にはテーパー外周面152がある。テーパー外周面152は、押付リング150の軸方向における中央から流体側の端(図1では右端)へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜している。テーパー外周面152は締付リング160と接触する(詳細は後述参照)。これにより、押付リング150が締付リング160を介してスタッフィングボックス520の内周面523とリブ524とによって支持される。押付リング150はVリング121よりも剛性が高いので、スタッフィングボックス520とパッキン押さえ530との間の結合に伴うスタッフィングボックス520のリブ524からの軸方向の圧力をVリング121の全周へ、特にリップ122、123の両方へ偏りなく伝えると共に、ステム510との摩擦や流体の圧力に起因するリップ122、123の過剰な変形とはみ出しとを抑える。 The pressure ring 150 functions as a male adapter for the V-packing 120. A series of annular protrusions 151 protrude from the annular surface of the pressure ring 150 on the atmosphere side (left side in Figure 1), i.e., the side that contacts the V-packing 120. The protrusions 151 are fitted between the lips 122 and 123 of the V-ring 121 located closest to the fluid side (right side in Figure 1). Meanwhile, the pressure ring 150 has a tapered outer peripheral surface 152 on its fluid side (right side in Figure 1). The tapered outer peripheral surface 152 is inclined so that its diameter narrows from the center of the pressure ring 150 axially toward the fluid-side end (right end in Figure 1). The tapered outer peripheral surface 152 contacts the clamping ring 160 (see below for details). This allows the pressure ring 150 to be supported by the inner peripheral surface 523 and ribs 524 of the stuffing box 520 via the clamping ring 160. Because the pressure ring 150 is more rigid than the V-ring 121, it transmits the axial pressure from the rib 524 of the stuffing box 520 that occurs when the stuffing box 520 and packing gland 530 are joined evenly to the entire circumference of the V-ring 121, particularly to both lips 122 and 123, while also preventing excessive deformation and protrusion of the lips 122 and 123 due to friction with the stem 510 or fluid pressure.
締付リング160は押付リング150と接触する側、すなわち大気側(図1では左側)にテーパー内周面161を含む。テーパー内周面161は、締付リング160の大気側の端(図1では左端)から軸方向における中央へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜している。テーパー内周面161の最大直径、すなわち締付リング160の大気側の端(図1では左端)の内径は押付リング150のテーパー外周面152の最小直径、すなわち押付リング150の流体側の端(図1では右端)の外径よりも大きい。したがって、テーパー内周面161はテーパー外周面152に接触する。一方、締付リング160の流体側(図1では右側)の円環面162はスタッフィングボックス520のリブ524の大気側(図1では左側)の円環面525に密着する。これにより、押付リング150が締付リング160を介してスタッフィングボックス520の内周面523とリブ524とによって支持される。
[軸シールのシール作用]
The clamping ring 160 includes a tapered inner peripheral surface 161 on the side that contacts the pressure ring 150, i.e., the atmosphere side (left side in FIG. 1 ). The tapered inner peripheral surface 161 is inclined so that its diameter narrows from the atmosphere side end (left end in FIG. 1 ) of the clamping ring 160 toward the center in the axial direction. The maximum diameter of the tapered inner peripheral surface 161, i.e., the inner diameter at the atmosphere side end (left end in FIG. 1 ) of the clamping ring 160, is larger than the minimum diameter of the tapered outer peripheral surface 152 of the pressure ring 150, i.e., the outer diameter at the fluid side end (right end in FIG. 1 ) of the pressure ring 150. Therefore, the tapered inner peripheral surface 161 contacts the tapered outer peripheral surface 152. Meanwhile, the annular surface 162 on the fluid side (right side in FIG. 1 ) of the clamping ring 160 is in close contact with the annular surface 525 on the atmosphere side (left side in FIG. 1 ) of the rib 524 of the stuffing box 520. As a result, the pressing ring 150 is supported by the inner peripheral surface 523 and the ribs 524 of the stuffing box 520 via the tightening ring 160 .
[Sealing action of shaft seal]
パッキン押さえ530のフランジ533がボルト534の軸力でスタッフィングボックス520の大気側の端部522に押し付けられると、パッキン押さえ530の流体側の端部(図1では左端部)531が雌アダプター140の大気側(図1では左側)の円環面141に対して軸方向(図1では右方向)の圧力を加える。この圧力は雌アダプター140の凹部142によって最も大気側(図1では左側)のVリング121のヒール124へ伝えられ、更にそのVリング121のリップ122、123によって流体側(図1では右側)のVリング121のヒール124へ伝えられる。同様な圧力の伝達が残りのVリング121の間でも繰り返されることにより、最も流体側(図1では右側)のVリング121のリップ122、123が押付リング150の凸部151に対して軸方向(図1では右方向)の圧力を加える。この圧力が押付リング150のテーパー外周面152によって締付リング160のテーパー内周面161に対して加えられるので、締付リング160がスタッフィングボックス520の内周面523とリブ524とに押し付けられる。 When the flange 533 of the gland 530 is pressed against the atmosphere-side end 522 of the stuffing box 520 by the axial force of the bolt 534, the fluid-side end 531 (left end in FIG. 1) of the gland 530 applies axial (rightward in FIG. 1) pressure to the atmosphere-side (left side in FIG. 1) annular surface 141 of the female adapter 140. This pressure is transmitted by the recess 142 of the female adapter 140 to the heel 124 of the V-ring 121 closest to the atmosphere (left side in FIG. 1), and then by the lips 122, 123 of that V-ring 121 to the heel 124 of the V-ring 121 closest to the fluid (right side in FIG. 1). Similar pressure transmission is repeated among the remaining V-rings 121, causing the lips 122, 123 of the V-ring 121 closest to the fluid (right side in FIG. 1) to apply axial (rightward in FIG. 1) pressure to the protrusion 151 of the pressure ring 150. This pressure is applied by the tapered outer peripheral surface 152 of the pressing ring 150 to the tapered inner peripheral surface 161 of the clamping ring 160, causing the clamping ring 160 to be pressed against the inner peripheral surface 523 and ribs 524 of the stuffing box 520.
スタッフィングボックス520はケーシング550に固定されていると共に剛性が高いので、締付リング160からの圧力では実質上変位も変形もしない。したがって、締付リング160はスタッフィングボックス520の内周面523とリブ524とから軸方向(図1では左方向)の強い反力を受ける。さらに、この反力が締付リング160から押付リング150を通してVパッキン120へ加わるので、Vパッキン120はこの反力とパッキン押さえ530からの圧力との両方を受けて軸方向(図1では左右方向)に圧縮され、径方向(図1では上下方向)へ膨張する。さらに、各Vリング121のリップ122、123が押付リング150の凸部151または流体側(図1では右側)のVリング121のヒール124によって押し拡げられ、V字形状の開き(図1では上下方向の間隔)を増大させる。その結果、各Vリング121では内側のリップ122がステム510の外周面511に密着し、外側のリップ123がスタッフィングボックス520の内周面523に密着する。したがって、Vパッキン120の内周面とステム510の外周面511との隙間にも、Vパッキン120の外周面とスタッフィングボックス520の内周面523との隙間にも、ごくわずかな流体しか浸透できない。こうして、ステム510とスタッフィングボックス520のリブ524との隙間が密封される。 Because the stuffing box 520 is fixed to the casing 550 and has high rigidity, it is not substantially displaced or deformed by the pressure from the clamping ring 160. Therefore, the clamping ring 160 receives a strong axial (leftward in Figure 1) reaction force from the inner circumferential surface 523 and ribs 524 of the stuffing box 520. Furthermore, this reaction force is applied to the V-packing 120 from the clamping ring 160 through the pressure ring 150. As a result, the V-packing 120 is compressed axially (left-right in Figure 1) and expands radially (up-down in Figure 1) by both this reaction force and the pressure from the packing gland 530. Furthermore, the lips 122, 123 of each V-ring 121 are pushed apart by the convex portion 151 of the pressure ring 150 or the heel 124 of the V-ring 121 on the fluid side (rightward in Figure 1), widening the V-shape (the vertical spacing in Figure 1). As a result, the inner lip 122 of each V-ring 121 fits tightly against the outer peripheral surface 511 of the stem 510, and the outer lip 123 fits tightly against the inner peripheral surface 523 of the stuffing box 520. Therefore, only a very small amount of fluid can penetrate into the gap between the inner peripheral surface of the V-packing 120 and the outer peripheral surface 511 of the stem 510, and into the gap between the outer peripheral surface of the V-packing 120 and the inner peripheral surface 523 of the stuffing box 520. In this way, the gap between the stem 510 and the rib 524 of the stuffing box 520 is sealed.
Vリング121のリップ122、123には更にセルフシール作用がある。押付リング150とVリング121との隙間、さらに、Vリング121間の隙間に流体が充填されると、流体の圧力により、内側のリップ122はステム510の外周面511に更に押し付けられ、外側のリップ123はスタッフィングボックス520の内周面523に更に押し付けられる。これにより、リップ122、123、特にそれらの先端部ではシール圧が更に上昇するので、Vパッキン120のシール性は高い。
[低温化に伴うシール圧の低下に対する防止作用]
The lips 122, 123 of the V-ring 121 also have a self-sealing effect. When fluid is filled in the gap between the pressure ring 150 and the V-ring 121, and further in the gaps between the V-rings 121, the pressure of the fluid presses the inner lip 122 further against the outer peripheral surface 511 of the stem 510, and presses the outer lip 123 further against the inner peripheral surface 523 of the stuffing box 520. This further increases the sealing pressure at the lips 122, 123, particularly at their tip ends, and therefore the sealing performance of the V-packing 120 is high.
[Preventive effect against reduction in sealing pressure due to low temperatures]
バルブがLNGまたは液体窒素等、零下百数十℃以下の低温の流体を扱う場合、その低温の流体がケーシング550内の流路540を流れる間、ステム510だけでなく軸シール100にも低温化が生じる。ステム510やスタッフィングボックス520と比べてVパッキン120は熱収縮率が高いので、低温化に伴う熱収縮がパッキン室よりもVパッキン120で大きい。しかし、軸シール100では低温化が押付リング150と締付リング160とにも生じる。これにより、パッキン室とVパッキン120との間での熱収縮の大きな差にかかわらず、低温化に伴うシール圧の低下が以下のように防止される。 When a valve handles low-temperature fluids such as LNG or liquid nitrogen, at temperatures below 100°C, the stem 510 and the shaft seal 100 both cool while the low-temperature fluid flows through the flow path 540 in the casing 550. Compared to the stem 510 and stuffing box 520, the V-packing 120 experiences greater thermal contraction due to the drop in temperature than the packing chamber. However, in the shaft seal 100, the pressure ring 150 and the clamping ring 160 also cool. As a result, despite the large difference in thermal contraction between the packing chamber and the V-packing 120, a decrease in seal pressure due to the drop in temperature is prevented as follows:
図3の(a)は、低温化に伴って締付リング160から押付リング150へ、さらにVリング121へ伝わる力を示す模式図である。締付リング160はVリング121と同様にフッ素樹脂製であるので、熱収縮率がVリング121と同程度以上に高い。これに対して、押付リング150は金属製であるので、熱収縮率がVリング121と締付リング160とのいずれよりも低く、特に1/10程度に過ぎない。したがって、締付リング160のテーパー内周面161が押付リング150のテーパー外周面152に接触する領域(以下、「締付領域」と呼ぶ。)では、低温化に伴う熱収縮によってテーパー内周面161がテーパー外周面152を締め付け、特に、締付リング160内の内周方向の応力SSがテーパー内周面161からテーパー外周面152へ圧力PAとして伝わる。テーパー内周面161とテーパー外周面152とは、Vリング121に近づく(図3の(a)では左方へ向かう)につれて直径が広がるように傾斜しているので、圧力PAは径方向(図3の(a)では上下方向)に対して傾斜している。したがって、押付リング150内に軸方向(図3の(a)では左方向)の応力が発生し、押付リング150の凸部151から、最も流体側(図3の(a)では最も右側)に位置するVリング121のリップ122、123へ軸方向(図3の(a)では左方向)の圧力PBとして伝わる。 Figure 3(a) is a schematic diagram showing the force transmitted from the clamping ring 160 to the pressing ring 150 and then to the V-ring 121 as the temperature drops. The clamping ring 160, like the V-ring 121, is made of fluororesin, and therefore has a thermal shrinkage rate that is at least as high as that of the V-ring 121. In contrast, the pressing ring 150 is made of metal, and therefore has a thermal shrinkage rate that is lower than that of either the V-ring 121 or the clamping ring 160, specifically only about 1/10 of that of the V-ring 121 and the clamping ring 160. Therefore, in the region where the tapered inner peripheral surface 161 of the clamping ring 160 contacts the tapered outer peripheral surface 152 of the pressing ring 150 (hereinafter referred to as the "clamping region"), the tapered inner peripheral surface 161 clamps the tapered outer peripheral surface 152 due to thermal shrinkage caused by the drop in temperature. In particular, the stress SS in the inner circumferential direction within the clamping ring 160 is transmitted from the tapered inner peripheral surface 161 to the tapered outer peripheral surface 152 as pressure PA. The tapered inner peripheral surface 161 and tapered outer peripheral surface 152 are inclined so that the diameter increases as they approach the V-ring 121 (toward the left in Figure 3(a)), so the pressure PA is inclined relative to the radial direction (vertical direction in Figure 3(a)). Therefore, axial stress (leftward in Figure 3(a)) is generated within the pressure ring 150, and this is transmitted as axial pressure PB (leftward in Figure 3(a)) from the convex portion 151 of the pressure ring 150 to the lips 122, 123 of the V-ring 121, which are located closest to the fluid (rightmost in Figure 3(a)).
一方、テーパー外周面152からテーパー内周面161が受ける反力も径方向に対して傾斜しているので、締付リング160内にも軸方向(図3の(a)では右方向)の応力が発生し、締付リング160からスタッフィングボックス520のリブ524へ軸方向の圧力として伝わる。しかし、リブ524は剛性が十分に高いので、締付リング160からの軸方向の圧力では実質上変形も変位もしない。したがって、締付リング160が軸方向へは実質上変位できないので、Vリング121に対する押付リング150の圧力PBは十分に高い。 Meanwhile, the reaction force that the tapered inner peripheral surface 161 receives from the tapered outer peripheral surface 152 is also inclined relative to the radial direction, so axial stress (to the right in Figure 3(a)) is generated within the clamping ring 160, and this stress is transmitted as axial pressure from the clamping ring 160 to the rib 524 of the stuffing box 520. However, because the rib 524 has sufficiently high rigidity, it is not substantially deformed or displaced by the axial pressure from the clamping ring 160. Therefore, because the clamping ring 160 cannot substantially displace in the axial direction, the pressure PB of the pressing ring 150 against the V-ring 121 is sufficiently high.
この圧力PBはVリング121のヒール124により、その大気側(図3の(a)では左側)に隣接するVリング121のリップ122、123へ伝わる。同様な圧力PBの伝達が残りのVリング121の間でも繰り返されることにより、最も大気側(図3の(a)では最も左側)に位置するVリング121から圧力PBが雌アダプター140へ伝わる。雌アダプター140はパッキン押さえ530によって支持されているので、圧力PBでは実質上変位できない。さらに、雌アダプター140は金属製であり、Vリング121よりも剛性が高いので、圧力PBでは実質上変形もしない。したがって、各Vリング121は圧力PBによって雌アダプター140へ向かって(図3の(a)では左方へ)変位し、圧力PBに対する雌アダプター140からの反力を受けて軸方向に更に圧縮される。 This pressure PB is transmitted by the heel 124 of the V-ring 121 to the lips 122, 123 of the adjacent V-ring 121 on the atmosphere side (left side in Figure 3(a)). Similar transmission of pressure PB is repeated among the remaining V-rings 121, and pressure PB is transmitted from the V-ring 121 located closest to the atmosphere side (leftmost side in Figure 3(a)) to the female adapter 140. Because the female adapter 140 is supported by the packing gland 530, it cannot be substantially displaced by the pressure PB. Furthermore, because the female adapter 140 is made of metal and has higher rigidity than the V-ring 121, it is not substantially deformed by the pressure PB. Therefore, each V-ring 121 is displaced toward the female adapter 140 (to the left in Figure 3(a)) by the pressure PB, and is further compressed axially due to the reaction force from the female adapter 140 against the pressure PB.
図3の(b)は、締付リング160の熱収縮に伴うVリング121の変形と押付リング150の変位とを示す模式図である。Vリング121の軸方向への変位は、押付リング150に近い(図3の(b)では右側に位置する)Vリング121ほど大きい。Vリング121の変位に合わせて押付リング150もVパッキン120へ向かって(図3の(b)では左方へ)変位する。このとき、テーパー外周面152とテーパー内周面161との傾斜により、押付リング150の変位に合わせて締付リング160の内径が縮小する。したがって、締付領域が維持され、すなわちテーパー外周面152にテーパー内周面161が接触し続けるので、押付リング150が締付リング160の圧力PAを受け続けてVパッキン120に対する圧力PBを持続させる。その結果、各Vリング121の軸方向における圧縮が十分に大きい。 Figure 3(b) is a schematic diagram showing the deformation of the V ring 121 and the displacement of the pressing ring 150 due to thermal contraction of the clamping ring 160. The axial displacement of the V ring 121 is greater the closer the V ring 121 is to the pressing ring 150 (located to the right in Figure 3(b)). In response to the displacement of the V ring 121, the pressing ring 150 also displaces toward the V-packing 120 (to the left in Figure 3(b)). At this time, due to the inclination of the tapered outer peripheral surface 152 and the tapered inner peripheral surface 161, the inner diameter of the clamping ring 160 shrinks in response to the displacement of the pressing ring 150. Therefore, the clamping area is maintained, i.e., the tapered inner peripheral surface 161 continues to contact the tapered outer peripheral surface 152, so the pressing ring 150 continues to receive pressure PA from the clamping ring 160, maintaining pressure PB on the V-packing 120. As a result, the axial compression of each V ring 121 is sufficiently large.
各Vリング121は軸方向における圧縮に伴って径方向(図3の(b)では上下方向)の応力を上昇させるので、低温化に伴うその低下が相殺される。さらに、各Vリング121のリップ122、123が押付リング150の凸部151または流体側(図3の(b)では右側)のVリング121のヒール124によって押し拡げられる。したがって、低温化にかかわらず、内側のリップ122はステム510の外周面511に対するシール圧PIを十分に高く維持し、外側のリップ123はスタッフィングボックス520の内周面523に対するシール圧POを十分に高く維持する。
[実施形態1の利点]
Since each V-ring 121 increases its radial stress (vertical direction in FIG. 3B) as it is compressed in the axial direction, this offsets the decrease in radial stress that occurs with lower temperatures. Furthermore, the lips 122, 123 of each V-ring 121 are expanded by the convex portion 151 of the pressure ring 150 or the heel 124 of the V-ring 121 on the fluid side (right side in FIG. 3B). Therefore, regardless of lower temperatures, the inner lip 122 maintains a sufficiently high sealing pressure PI against the outer peripheral surface 511 of the stem 510, and the outer lip 123 maintains a sufficiently high sealing pressure PO against the inner peripheral surface 523 of the stuffing box 520.
[Advantages of the First Embodiment]
軸シール100では、押付リング150が雄アダプターとしてVパッキン120のリップ側に嵌め込まれると共に、締付リング160を介してスタッフィングボックス520の内周面523とリブ524とによって支持される。したがって、常温では、押付リング150と締付リング160とが、スタッフィングボックス520とパッキン押さえ530との間の結合に伴うスタッフィングボックス520からの軸方向の圧力を、実質上そのままVパッキン120へ伝える。これにより、Vパッキン120が軸方向に圧縮され、シール圧を所望の高さまで上昇させる。一方、低温では、締付リング160が熱収縮によって押付リング150を締め付け、それに応じて押付リング150がVパッキン120を軸方向へ押し付ける。この圧力PBでVパッキン120が軸方向に更に圧縮されて径方向の応力を上昇させるので、低温化にかかわらず、Vパッキン120のシール圧が十分に高く維持される。このように、軸シール100はVパッキン120のシール圧を、常温では過剰に上昇させることなく、低温では十分に高く維持することができる。 In the shaft seal 100, the pressure ring 150 is fitted as a male adapter onto the lip side of the V-packing 120 and is supported by the inner circumferential surface 523 and rib 524 of the stuffing box 520 via the clamping ring 160. Therefore, at room temperature, the pressure ring 150 and the clamping ring 160 transmit the axial pressure from the stuffing box 520, which occurs when the stuffing box 520 and the packing gland 530 join together, to the V-packing 120 essentially as is. This compresses the V-packing 120 axially, increasing the desired sealing pressure. Meanwhile, at low temperatures, the clamping ring 160 thermally contracts to tighten the pressure ring 150, which in turn presses the V-packing 120 axially. This pressure PB further compresses the V-packing 120 axially, increasing radial stress. This ensures that the sealing pressure of the V-packing 120 remains sufficiently high, even at low temperatures. In this way, the shaft seal 100 can maintain the sealing pressure of the V-packing 120 at a sufficiently high level at low temperatures without excessively increasing it at room temperature.
Vパッキン120と同じく締付リング160もフッ素樹脂製であるので、締付リング160の熱収縮率がVパッキン120の熱収縮率と同程度以上である。これにより、Vパッキン120の熱収縮が顕著に増大するのに合わせて、締付リング160の熱収縮に伴う押付リング150の圧力PBが上昇する。したがって、低温化に伴うVパッキン120のシール圧の低下を効果的に防ぐことができる。 Like the V-packing 120, the clamping ring 160 is also made of fluororesin, so the thermal shrinkage rate of the clamping ring 160 is equal to or greater than that of the V-packing 120. As a result, as the thermal shrinkage of the V-packing 120 increases significantly, the pressure PB of the pressing ring 150 increases due to the thermal shrinkage of the clamping ring 160. This effectively prevents a decrease in the sealing pressure of the V-packing 120 due to lower temperatures.
押付リング150は金属製であるので、テーパー外周面152が締付リング160のテーパー内周面161から受ける圧力PAに対して剛性が高く、その圧力PAを受けても実質上変形しない。したがって、押付リング150が低温でも常温と同程度に滑らかにステム510に沿って摺動できるので、テーパー内周面からの圧力PAをVパッキン120に対する軸方向の圧力PBへ効率良く変換することができる。 Because the pressing ring 150 is made of metal, it has high rigidity against the pressure PA that the tapered outer peripheral surface 152 receives from the tapered inner peripheral surface 161 of the clamping ring 160, and is substantially undeformed even when subjected to that pressure PA. Therefore, the pressing ring 150 can slide along the stem 510 as smoothly at low temperatures as it does at room temperature, efficiently converting the pressure PA from the tapered inner peripheral surface into axial pressure PB on the V-packing 120.
押付リング150と締付リング160とは各Vリング121に対してリップ122、123の側に位置する。したがって、低温化に伴って上昇する押付リング150の軸方向の圧力PBがVリング121のリップ122、123を更に大きく開かせ、ステム510の外周面511とスタッフィングボックス520の内周面523とに更に強く押し付ける。その結果、Vパッキン120の低温でのシール性が更に高い。 The pressure ring 150 and the clamping ring 160 are located on the lip 122, 123 side of each V-ring 121. Therefore, the axial pressure PB of the pressure ring 150, which increases with the temperature, opens the lips 122, 123 of the V-ring 121 even wider, pressing them more firmly against the outer surface 511 of the stem 510 and the inner surface 523 of the stuffing box 520. As a result, the sealing performance of the V-packing 120 at low temperatures is further improved.
押付リング150と締付リング160とはVパッキン120に対し、パッキン押さえ530とは反対側に位置する。この場合、低温化に伴って上昇する押付リング150の圧力PBは、各Vリング121とその周囲510、110との間の摩擦によって弱められた上でパッキン押さえ530に到達する。したがって、押付リング150からの圧力PBに耐えきれずにボルト534が緩む可能性は低いので、その圧力PBに対してパッキン押さえ530が十分に強い反力を返すことができる。それ故、その反力と押付リング150からの圧力PBとによって各Vリング121が十分に大きく圧縮されるので、シール圧が十分に高く維持される。
[変形例]
The pressing ring 150 and the clamping ring 160 are located on the opposite side of the packing gland 530 with respect to the V-packing 120. In this case, the pressure PB of the pressing ring 150, which increases with the temperature drop, is weakened by friction between each V-ring 121 and its periphery 510, 110 before reaching the packing gland 530. Therefore, it is unlikely that the bolt 534 will be unable to withstand the pressure PB from the pressing ring 150 and loosen, and the packing gland 530 can return a sufficiently strong reaction force against the pressure PB. Therefore, each V-ring 121 is sufficiently compressed by this reaction force and the pressure PB from the pressing ring 150, so that a sufficiently high sealing pressure is maintained.
[Modification]
(1)軸シール100は、バルブのケーシング550の開口部551とステム510との隙間のシールに利用される。しかし、本発明の実施形態による軸シールは、他の流体機器のケーシングの開口部と可動軸との隙間のシールに利用されてもよい。「流体機器」には、バルブ等、流体の流れを機械的に制御する機器の他にも、ポンプ等、動力で流体の圧力を変化させる機器、および、発電機等、流体の圧力で動力を生み出す機器が含まれる。「ケーシング」は、ポンプの本体等、内側に流路を収める筐体を意味し、「可動軸」は、ポンプの駆動軸等、中心軸まわりの回転、または中心軸方向での往復運動によって動力を伝達する棒状部材を意味する。動力の伝達先が、ポンプの羽根車、ピストン等のようにケーシング内の流路に位置する場合、ケーシングには可動軸を貫通させるための開口部が欠かせない。この開口部からの流体の漏れ量を抑える目的でも、本発明の実施形態による軸シールは利用可能である。 (1) The shaft seal 100 is used to seal the gap between the opening 551 of the casing 550 of a valve and the stem 510. However, shaft seals according to embodiments of the present invention may also be used to seal the gap between the opening of the casing and the movable shaft of other fluid equipment. "Fluid equipment" includes not only devices that mechanically control fluid flow, such as valves, but also devices that use power to change fluid pressure, such as pumps, and devices that generate power from fluid pressure, such as generators. "Casing" refers to a housing that houses a flow path inside, such as the main body of a pump, and "movable shaft" refers to a rod-shaped member, such as a pump drive shaft, that transmits power by rotating around a central axis or by reciprocating motion along the central axis. When the destination of the power transmission is located in a flow path within the casing, such as a pump impeller or piston, an opening is essential in the casing to allow the movable shaft to pass through. Shaft seals according to embodiments of the present invention can also be used to reduce the amount of fluid leakage from this opening.
(2)パッキン120は、4本のVリング121で構成されたVパッキンである。しかし、本発明はこれには限定されず、Vリング121の本数が4以外であってもよく、Vリング121の間にスペーサーリング、またはフッ素樹脂とは別の樹脂から成るVリングが挿入されてもよい。Vリング121がすべて、フッ素樹脂とは別の樹脂で形成されてもよい。また、パッキン120はVパッキンであるが、本発明はこれにも限定されず、パッキンがUパッキン等の他のリップパッキン、またはグランドパッキンであってもよい。 (2) The packing 120 is a V-packing made up of four V-rings 121. However, the present invention is not limited to this, and the number of V-rings 121 may be other than four, and spacer rings or V-rings made of a resin other than fluororesin may be inserted between the V-rings 121. All of the V-rings 121 may be made of a resin other than fluororesin. Also, although the packing 120 is a V-packing, the present invention is not limited to this, and the packing may be another lip packing such as a U-packing, or a gland packing.
(3)押付リング150は金属製である。しかし、本発明はこれには限定されず、押付リングが樹脂等、金属とは異なる材質であっても、その熱収縮率が締付リングの熱収縮率よりも十分に低ければよい。さらに、押付リングの剛性は、締付リングの熱収縮に伴って締付リングから受ける圧力に対して十分に高いことが望ましい。また、押付リング150はVパッキン120に対する雄アダプターとしての機能を兼ね備えているが、本発明はこれにも限定されない。支持体が押付リングとVパッキンとの間に、雄アダプターとしての機能を備えた別の環状部材を含んでもよい。 (3) The pressure ring 150 is made of metal. However, the present invention is not limited to this. The pressure ring may be made of a material other than metal, such as resin, as long as its thermal contraction rate is sufficiently lower than that of the clamping ring. Furthermore, it is desirable that the rigidity of the pressure ring is sufficiently high to withstand the pressure received from the clamping ring as the clamping ring thermally contracts. Furthermore, although the pressure ring 150 also functions as a male adapter for the V-packing 120, the present invention is not limited to this. The support body may include another annular member between the pressure ring and the V-packing that functions as a male adapter.
(4)押付リング150と締付リング160とはVパッキン120に対し、パッキン押さえ530とは反対側に位置する。しかし、本発明はこれには限定されず、押付リング150と締付リング160とがVパッキン120とパッキン押さえ530との間に配置されてもよい。パッキン押さえ530が、低温化に伴う押付リング150の軸方向の圧力を受けても実質上変位しない程度に強くスタッフィングボックス520に固定されていればよい。 (4) The pressure ring 150 and the tightening ring 160 are located on the opposite side of the packing gland 530 from the V-packing 120. However, the present invention is not limited to this, and the pressure ring 150 and the tightening ring 160 may be located between the V-packing 120 and the packing gland 530. It is sufficient that the packing gland 530 is fixed to the stuffing box 520 firmly enough that it does not substantially displace even when subjected to axial pressure from the pressure ring 150 due to low temperatures.
(5)押付リング150と締付リング160とはVパッキン120に対し、パッキン押さえ530とは反対側に位置する。この場合、Vパッキン120が常温での応力緩和に伴ってシール圧を低下させることを防ぐ目的で、ばねがパッキン押さえ530に組み込まれてもよい。 (5) The pressing ring 150 and the tightening ring 160 are located on the opposite side of the V-packing 120 from the packing gland 530. In this case, a spring may be incorporated into the packing gland 530 to prevent the V-packing 120 from reducing its sealing pressure due to stress relaxation at room temperature.
図4は、実施形態1による軸シールの変形例200の断面図である。この変形例200は、図1が示す軸シール100とは、ばね210を含む点でのみ異なる。その他の要素は軸シール100の要素と共通であるので、それらについては実施形態1についての説明を援用する。 Figure 4 is a cross-sectional view of a modified shaft seal 200 according to embodiment 1. This modified shaft seal 200 differs from the shaft seal 100 shown in Figure 1 only in that it includes a spring 210. The other elements are common to the elements of the shaft seal 100, so the explanation for embodiment 1 will be used for those elements.
パッキン押さえ530は、そのフランジ533をステム510に対して平行に(図4では左右方向に)貫通するボルト534により、スタッフィングボックス520の大気側の端部(図4では左端部)522に固定される。ばね210はたとえばコイルばねであり、各ボルト534に1本ずつ、そのボルト534を同軸に囲むように配置され、そのボルト534にねじ込まれたナット535の軸力によってフランジ533に押し付けられる。 The packing gland 530 is fixed to the atmospheric end (left end in FIG. 4) 522 of the stuffing box 520 by bolts 534 that pass through the flange 533 parallel to the stem 510 (left-right in FIG. 4). The springs 210 are, for example, coil springs, and one spring is arranged for each bolt 534, coaxially surrounding the bolt 534. They are pressed against the flange 533 by the axial force of nuts 535 threaded onto the bolts 534.
Vパッキン120がクリープ変形または摩耗等、常温での応力緩和によって軸方向の応力を低下させても、パッキン押さえ530は、ばね210の弾性によってVパッキン120を軸方向へ加圧し続ける。したがって、パッキン押さえ530からの軸方向の圧力でVパッキン120が軸方向に更に圧縮され、径方向の応力を上昇させる。これにより、応力緩和に伴う径方向の応力の低下が相殺されるので、Vパッキン120のシール圧が高く維持される。 Even if the axial stress of the V-packing 120 decreases due to stress relaxation at room temperature, such as creep deformation or wear, the packing gland 530 continues to apply axial pressure to the V-packing 120 due to the elasticity of the spring 210. Therefore, the axial pressure from the packing gland 530 further compresses the V-packing 120 in the axial direction, increasing the radial stress. This offsets the decrease in radial stress due to stress relaxation, and the sealing pressure of the V-packing 120 is maintained high.
押付リング150と締付リング160とはVパッキン120に対し、パッキン押さえ530とは反対側に位置する。この場合、低温化に伴って上昇する押付リング150の圧力PBは、各Vリング121とその周囲510、110との間の摩擦によって弱められた上でパッキン押さえ530に到達する。したがって、押付リング150からの圧力PBに耐えきれずにばね210が更に縮む可能性は低いので、その圧力PBに対してパッキン押さえ530が十分に強い反力を返すことができる。それ故、その反力と押付リング150からの圧力PBとによって各Vリング121が十分に大きく圧縮されるので、シール圧が十分に高く維持される。
《実施形態2》
The pressing ring 150 and the clamping ring 160 are located on the opposite side of the packing gland 530 with respect to the V-packing 120. In this case, the pressure PB of the pressing ring 150, which increases with the temperature drop, is weakened by friction between each V-ring 121 and its peripheries 510 and 110 before reaching the packing gland 530. Therefore, it is unlikely that the spring 210 will be unable to withstand the pressure PB from the pressing ring 150 and will further compress, and the packing gland 530 can return a sufficiently strong reaction force against the pressure PB. Therefore, each V-ring 121 is sufficiently compressed by this reaction force and the pressure PB from the pressing ring 150, so that a sufficiently high sealing pressure is maintained.
Second Embodiment
図5の(a)は本発明の実施形態2による軸シール300の断面図であり、図5の(b)は、図5の(a)が示すパッキン120とその近傍(図5の(a)が示す破線で囲まれた領域)の部分拡大図であり、図6は支持体350、360、370の分解図である。軸シール300は、図1、図2が示す軸シール100とは支持体の構成のみが異なる。その他の要素は軸シール100の要素と共通であるので、それらについては実施形態1についての説明を援用する。
-支持体-
Fig. 5(a) is a cross-sectional view of a shaft seal 300 according to a second embodiment of the present invention, Fig. 5(b) is a partially enlarged view of the packing 120 shown in Fig. 5(a) and its vicinity (the area surrounded by the dashed line in Fig. 5(a)), and Fig. 6 is an exploded view of supports 350, 360, and 370. The shaft seal 300 differs from the shaft seal 100 shown in Figs. 1 and 2 only in the configuration of the supports. The other elements are common to the elements of the shaft seal 100, so the explanation of the first embodiment will be used for those elements.
-Support-
支持体は、雄アダプター370、押付リング350、および不動リング360で構成されている。雄アダプター370は、青銅またはアルミ青銅等の金属から成る円環部材であり、Vパッキン120の流体側(図5では右側)に隣接してステム510を同軸に囲む。雄アダプター370は内径がステム510の直径よりもわずかに大きく、外径がスタッフィングボックス520の内周面523の直径よりもわずかに小さいので、ステム510に対する摺動抵抗が十分に低く、かつ、ステム510に沿って摺動が可能である。押付リング350は、PTFE等のフッ素樹脂から成る円環部材であり、雄アダプター370の流体側(図5では右側)に隣接してステム510を同軸に囲む。押付リング350は内径がステム510の直径よりも大きいので、ステム510に対して摺動抵抗を与えない一方、外径がスタッフィングボックス520の内周面523の直径よりも小さいので、ステム510に沿って変位が可能である。不動リング360は、青銅またはアルミ青銅等の金属から成る円環部材であり、押付リング350の流体側(図5では右側)に隣接してステム510を同軸に囲む。不動リング360は内径がステム510の直径よりもわずかに大きいので、ステム510に対して摺動抵抗が十分に低い一方、外径がスタッフィングボックス520の内周面523の直径以上であるので、その内周面523に圧入によって固定される。 The support is composed of a male adapter 370, a pressing ring 350, and a stationary ring 360. The male adapter 370 is a circular member made of a metal such as bronze or aluminum bronze, and coaxially surrounds the stem 510 adjacent to the fluid side (right side in Figure 5) of the V-packing 120. The male adapter 370 has an inner diameter slightly larger than the diameter of the stem 510 and an outer diameter slightly smaller than the diameter of the inner circumferential surface 523 of the stuffing box 520, so that sliding resistance against the stem 510 is sufficiently low and it can slide along the stem 510. The pressing ring 350 is a circular member made of a fluororesin such as PTFE, and coaxially surrounds the stem 510 adjacent to the fluid side (right side in Figure 5) of the male adapter 370. The inner diameter of the pressure ring 350 is larger than the diameter of the stem 510, so it does not provide sliding resistance to the stem 510, while its outer diameter is smaller than the diameter of the inner circumferential surface 523 of the stuffing box 520, so it can move along the stem 510. The immobile ring 360 is a circular member made of a metal such as bronze or aluminum bronze, and is adjacent to the fluid side (right side in Figure 5) of the pressure ring 350, coaxially surrounding the stem 510. The inner diameter of the immobile ring 360 is slightly larger than the diameter of the stem 510, so it provides sufficiently low sliding resistance to the stem 510, while its outer diameter is equal to or greater than the diameter of the inner circumferential surface 523 of the stuffing box 520, so it is fixed to the inner circumferential surface 523 by press-fitting.
雄アダプター370の大気側(図5では左側)、すなわちVパッキン120と接触する側の円環面からは、周方向に連なる円環状の凸部371が突出している。凸部371は、最も流体側(図5では右側)に位置するVリング121のリップ122、123間に嵌め込まれる。雄アダプター370はVリング121よりも剛性が高いので、スタッフィングボックス520とパッキン押さえ530との間の結合に伴うスタッフィングボックス520のリブ524からの軸方向の圧力をVリング121の全周へ、特にリップ122、123の両方へ偏りなく伝えると共に、ステム510との摩擦や流体の圧力に起因するリップ122、123の過剰な変形とはみ出しとを抑える。 A series of annular protrusions 371 protrude from the annular surface of the male adapter 370 on the atmosphere side (left side in Figure 5), i.e., the side that comes into contact with the V-packing 120. The protrusions 371 are fitted between the lips 122, 123 of the V-ring 121 located closest to the fluid (right side in Figure 5). Because the male adapter 370 is more rigid than the V-ring 121, it transmits the axial pressure from the rib 524 of the stuffing box 520 associated with the connection between the stuffing box 520 and the packing gland 530 evenly to the entire circumference of the V-ring 121, particularly to both lips 122, 123, while suppressing excessive deformation and extrusion of the lips 122, 123 due to friction with the stem 510 or fluid pressure.
押付リング350の流体側(図5では右側)の内周部にはテーパー内周面352が位置する。テーパー内周面352は、押付リング350の軸方向における中央から流体側の端(図5では右端)へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜している。テーパー内周面352は不動リング360と接触する(詳細は後述参照)。これにより、押付リング350が不動リング360を介してスタッフィングボックス520の内周面523とリブ524とによって支持される A tapered inner peripheral surface 352 is located on the inner periphery of the pressure ring 350 on the fluid side (right side in Figure 5). The tapered inner peripheral surface 352 is inclined so that the diameter increases from the center of the pressure ring 350 in the axial direction toward the fluid-side end (right end in Figure 5). The tapered inner peripheral surface 352 contacts the stationary ring 360 (see below for details). As a result, the pressure ring 350 is supported by the inner peripheral surface 523 and ribs 524 of the stuffing box 520 via the stationary ring 360.
不動リング360は押付リング350と接触する側、すなわち大気側(図1では左側)にテーパー外周面361を含む。テーパー外周面361は、不動リング360の大気側の端(図5では左端)から軸方向における中央へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜している。テーパー外周面361の最小直径、すなわち不動リング360の大気側の端(図5では左端)の内径は押付リング350のテーパー内周面352の最大直径、すなわち押付リング350の流体側の端(図5では右端)の外径よりも小さい。したがって、テーパー外周面361はテーパー内周面352に接触する。一方、不動リング360の流体側(図5では右側)の円環面362はスタッフィングボックス520のリブ524の大気側(図5では左側)の円環面525に密着する。これにより、押付リング350が不動リング360を介してスタッフィングボックス520の内周面523とリブ524とによって支持される。
[軸シールのシール作用]
The stationary ring 360 includes a tapered outer peripheral surface 361 on the side that contacts the pressure ring 350, i.e., the atmosphere side (left side in FIG. 1 ). The tapered outer peripheral surface 361 is inclined so that its diameter increases from the atmosphere side end (left end in FIG. 5 ) of the stationary ring 360 toward the center in the axial direction. The minimum diameter of the tapered outer peripheral surface 361, i.e., the inner diameter at the atmosphere side end (left end in FIG. 5 ) of the stationary ring 360, is smaller than the maximum diameter of the tapered inner peripheral surface 352 of the pressure ring 350, i.e., the outer diameter at the fluid side end (right end in FIG. 5 ) of the pressure ring 350. Therefore, the tapered outer peripheral surface 361 contacts the tapered inner peripheral surface 352. Meanwhile, the annular surface 362 on the fluid side (right side in FIG. 5 ) of the stationary ring 360 is in close contact with the annular surface 525 on the atmosphere side (left side in FIG. 5 ) of the rib 524 of the stuffing box 520. As a result, the pressing ring 350 is supported by the inner peripheral surface 523 and the ribs 524 of the stuffing box 520 via the stationary ring 360 .
[Sealing action of shaft seal]
支持体350、360、370は、実施形態1による支持体150、160と同様に、パッキン押さえ530からの軸方向(図5では右方向)の圧力をVパッキン120を通して受けてスタッフィングボックス520の内周面523とリブ524とに伝え、それらからの軸方向(図5では左方向)の強い反力をVパッキン120へ返す。これにより、Vパッキン120が軸方向(図5では左右方向)に圧縮されて径方向(図5では上下方向)へ膨張し、各Vリング121のリップ122、123がステム510の外周面511とスタッフィングボックス520の内周面523とに密着する。こうして、ステム510とスタッフィングボックス520のリブ524との隙間が密封される。
[低温化に伴うシール圧の低下に対する防止作用]
Similar to the supports 150 and 160 of the first embodiment, the supports 350, 360, and 370 receive axial pressure (to the right in FIG. 5 ) from the packing gland 530 through the V-packing 120, transmit it to the inner circumferential surface 523 and ribs 524 of the stuffing box 520, and return a strong axial (to the left in FIG. 5 ) reaction force from them to the V-packing 120. As a result, the V-packing 120 is compressed in the axial direction (left-right direction in FIG. 5 ) and expands in the radial direction (up-down direction in FIG. 5 ), causing the lips 122 and 123 of each V-ring 121 to tightly contact the outer circumferential surface 511 of the stem 510 and the inner circumferential surface 523 of the stuffing box 520. In this way, the gap between the stem 510 and the ribs 524 of the stuffing box 520 is sealed.
[Preventive effect against reduction in sealing pressure due to low temperatures]
図7の(a)は、低温化に伴って支持体350、360、370の間を伝わり、さらにVリング121へ伝わる力を示す模式図である。押付リング350はVリング121と同様にフッ素樹脂製であるので、熱収縮率がVリング121と同程度以上に高い。これに対して、不動リング360と雄アダプター370とはいずれも金属製であるので、熱収縮率がVリング121と押付リング350とのいずれよりも低く、特に1/10程度に過ぎない。したがって、押付リング350のテーパー内周面352が不動リング360のテーパー外周面361に接触する領域(以下、「締付領域」と呼ぶ。)では、低温化に伴う熱収縮によってテーパー内周面352がテーパー外周面361を締め付け、特に、押付リング350内の内周方向の応力SSがテーパー内周面352からテーパー外周面361へ圧力PAとして伝わる。テーパー内周面352とテーパー外周面361とは、Vリング121に近づく(図7の(a)では左方へ向かう)につれて直径が狭まるように傾斜しているので、圧力PAも、それに対するテーパー外周面361からの反力PRも、径方向(図7の(a)では上下方向)に対して傾斜している。したがって、押付リング350内に軸方向(図7の(a)では左方向)の応力が発生するので、押付リング350が雄アダプター370を軸方向(図7の(a)では左方向)へ押し付ける。この圧力が雄アダプター370の凸部371から、最も流体側(図7の(a)では最も右側)に位置するVリング121のリップ122、123へ軸方向(図7の(a)では左方向)の圧力PBとして伝わる。 7A is a schematic diagram showing the force transmitted between the supports 350, 360, and 370 and then to the V-ring 121 as the temperature drops. Like the V-ring 121, the pressing ring 350 is made of fluororesin, and therefore has a thermal shrinkage rate that is at least as high as that of the V-ring 121. In contrast, the stationary ring 360 and the male adapter 370 are both made of metal, and therefore have a thermal shrinkage rate that is lower than that of either the V-ring 121 or the pressing ring 350, specifically only about 1/10 of that of either the V-ring 121 or the pressing ring 350. Therefore, in the region where the tapered inner peripheral surface 352 of the pressing ring 350 contacts the tapered outer peripheral surface 361 of the stationary ring 360 (hereinafter referred to as the "clamping region"), thermal contraction caused by the temperature drop causes the tapered inner peripheral surface 352 to clamp the tapered outer peripheral surface 361. In particular, the stress SS in the inner circumferential direction within the pressing ring 350 is transmitted from the tapered inner peripheral surface 352 to the tapered outer peripheral surface 361 as pressure PA. The tapered inner peripheral surface 352 and tapered outer peripheral surface 361 are inclined so that their diameters narrow as they approach the V ring 121 (toward the left in Figure 7A), and therefore both the pressure PA and the corresponding reaction force PR from the tapered outer peripheral surface 361 are inclined relative to the radial direction (vertical direction in Figure 7A). Therefore, axial stress (leftward in Figure 7A) is generated within the pressing ring 350, causing the pressing ring 350 to press the male adapter 370 axially (leftward in Figure 7A). This pressure is transmitted from the convex portion 371 of the male adapter 370 to the lips 122, 123 of the V ring 121, which are located closest to the fluid (rightmost in Figure 7A), as axial pressure PB (leftward in Figure 7A).
一方、テーパー内周面352からテーパー外周面361が受ける圧力により、不動リング360内にも軸方向(図7の(a)では右方向)の応力が発生し、不動リング360からスタッフィングボックス520のリブ524へ軸方向の圧力として伝わる。しかし、不動リング360もリブ524も剛性が十分に高いので、実質上変形も変位もしない。したがって、Vリング121に対する雄アダプター370の圧力PBは十分に高い。この圧力PBは各Vリング121を通して雌アダプター140へ伝わる。雌アダプター140は圧力PBでは実質上変位も変形もしないので、各Vリング121は圧力PBによって雌アダプター140へ向かって(図7の(a)では左方へ)変位し、圧力PBに対する雌アダプター140からの反力を受けて軸方向に更に圧縮される。 Meanwhile, the pressure exerted by the tapered inner peripheral surface 352 on the tapered outer peripheral surface 361 generates axial stress within the stationary ring 360 (to the right in Figure 7(a)). This stress is transmitted from the stationary ring 360 to the rib 524 of the stuffing box 520 as axial pressure. However, because both the stationary ring 360 and the rib 524 are sufficiently rigid, they do not substantially deform or displace. Therefore, the pressure PB of the male adapter 370 on the V-ring 121 is sufficiently high. This pressure PB is transmitted to the female adapter 140 through each V-ring 121. Because the female adapter 140 does not substantially displace or deform under the pressure PB, each V-ring 121 is displaced toward the female adapter 140 (to the left in Figure 7(a)) by the pressure PB, and is further compressed axially by the reaction force from the female adapter 140 against the pressure PB.
図7の(b)は、押付リング350の熱収縮に伴うその変位とVリング121の変形とを示す模式図である。Vリング121の軸方向への変位は、雄アダプター370に近い(図7の(b)では右側に位置する)Vリング121ほど大きい。Vリング121の変位に合わせて雄アダプター370も押付リング350もVパッキン120へ向かって(図7の(b)では左方へ)変位する。このとき、テーパー内周面352とテーパー外周面361との傾斜により、押付リング350の変位に合わせてその内径が縮小する。したがって、締付領域が維持され、すなわちテーパー内周面352にテーパー外周面361が接触し続けるので、押付リング350が圧力PAに対する反力PRを不動リング360から受け続け、雄アダプター370がVパッキン120に対する圧力PBを持続させる。その結果、各Vリング121の軸方向における圧縮が十分に大きい。 Figure 7(b) is a schematic diagram showing the displacement of the pressure ring 350 and the deformation of the V ring 121 due to thermal contraction. The axial displacement of the V ring 121 is greater the closer the V ring 121 is to the male adapter 370 (located to the right in Figure 7(b)). In response to the displacement of the V ring 121, both the male adapter 370 and the pressure ring 350 displace toward the V packing 120 (to the left in Figure 7(b)). At this time, due to the inclination of the tapered inner peripheral surface 352 and the tapered outer peripheral surface 361, the inner diameter of the pressure ring 350 contracts in response to the displacement of the pressure ring 350. Therefore, the clamping region is maintained, i.e., the tapered inner peripheral surface 352 continues to contact the tapered outer peripheral surface 361. Therefore, the pressure ring 350 continues to receive a reaction force PR against the pressure PA from the stationary ring 360, and the male adapter 370 maintains pressure PB on the V packing 120. As a result, the axial compression of each V-ring 121 is sufficiently large.
各Vリング121は軸方向における圧縮に伴って径方向(図7の(b)では上下方向)の応力を上昇させるので、低温化に伴うその低下が相殺される。さらに、各Vリング121のリップ122、123が雄アダプター370の凸部371または流体側(図7の(b)では右側)のVリング121のヒール124によって押し拡げられる。したがって、低温化にかかわらず、内側のリップ122はステム510の外周面511に対するシール圧PIを十分に高く維持し、外側のリップ123はスタッフィングボックス520の内周面523に対するシール圧POを十分に高く維持する。
[実施形態2の利点]
Each V-ring 121 increases its radial stress (vertical direction in FIG. 7B) as it is compressed in the axial direction, offsetting the decrease in radial stress that occurs with lower temperatures. Furthermore, the lips 122, 123 of each V-ring 121 are pushed apart by the convex portion 371 of the male adapter 370 or the heel 124 of the V-ring 121 on the fluid side (right side in FIG. 7B). Therefore, regardless of lower temperatures, the inner lip 122 maintains a sufficiently high sealing pressure PI against the outer peripheral surface 511 of the stem 510, and the outer lip 123 maintains a sufficiently high sealing pressure PO against the inner peripheral surface 523 of the stuffing box 520.
[Advantages of Embodiment 2]
軸シール300では、押付リング350が雄アダプター370と共にVパッキン120のリップ側に嵌め込まれると共に、不動リング360を介してスタッフィングボックス520の内周面523とリブ524とによって支持される。したがって、常温では、押付リング350と不動リング360とが、スタッフィングボックス520とパッキン押さえ530との間の結合に伴うスタッフィングボックス520からの軸方向の圧力を、実質上そのままVパッキン120へ伝える。これにより、Vパッキン120が軸方向に圧縮され、シール圧を所望の高さまで上昇させる。一方、低温では、押付リング350が熱収縮によって不動リング360を締め付け、それに応じた不動リング360からの反力PRによって押付リング350が雄アダプター370を軸方向へ押し付ける。この圧力PBでVパッキン120が軸方向に更に圧縮されて径方向の応力を上昇させるので、低温化にかかわらず、Vパッキン120のシール圧が十分に高く維持される。このように、軸シール300はVパッキン120のシール圧を、常温では過剰に上昇させることなく、低温では十分に高く維持することができる。 In the shaft seal 300, the pressure ring 350, together with the male adapter 370, is fitted onto the lip side of the V-packing 120 and is supported by the inner surface 523 and rib 524 of the stuffing box 520 via the stationary ring 360. Therefore, at room temperature, the pressure ring 350 and stationary ring 360 transmit the axial pressure from the stuffing box 520, which occurs when the stuffing box 520 and the packing gland 530 join together, to the V-packing 120 essentially as is. This compresses the V-packing 120 axially, increasing the sealing pressure to the desired level. Meanwhile, at low temperatures, the pressure ring 350 tightens the stationary ring 360 due to thermal contraction, and the corresponding reaction force PR from the stationary ring 360 causes the pressure ring 350 to press the male adapter 370 axially. This pressure PB further compresses the V-packing 120 in the axial direction, increasing radial stress, so the sealing pressure of the V-packing 120 is maintained sufficiently high regardless of low temperatures. In this way, the shaft seal 300 can maintain the sealing pressure of the V-packing 120 sufficiently high at low temperatures without excessively increasing it at room temperature.
Vパッキン120と同じく押付リング350もフッ素樹脂製であるので、押付リング350の熱収縮率がVパッキン120の熱収縮率と同程度以上である。これにより、Vパッキン120の熱収縮が顕著に増大するのに合わせて、押付リング350の熱収縮に伴う圧力PBが上昇する。したがって、低温化に伴うVパッキン120のシール圧の低下を効果的に防ぐことができる。 Like the V-packing 120, the pressure ring 350 is also made of fluororesin, so the thermal shrinkage rate of the pressure ring 350 is equal to or greater than that of the V-packing 120. As a result, as the thermal shrinkage of the V-packing 120 increases significantly, the pressure PB associated with the thermal shrinkage of the pressure ring 350 also increases. This effectively prevents a decrease in the sealing pressure of the V-packing 120 due to lower temperatures.
不動リング360は金属製であるので、テーパー外周面361が押付リング350のテーパー内周面352から受ける圧力PAに対して剛性が高く、その圧力PAを受けても実質上変形しない。したがって、テーパー内周面352が滑らかにテーパー外周面361に沿って摺動できるので、テーパー内周面352からの圧力PAをVパッキン120に対する軸方向の圧力PBへ効率良く変換することができる。 Since the stationary ring 360 is made of metal, it has high rigidity against the pressure PA that the tapered outer peripheral surface 361 receives from the tapered inner peripheral surface 352 of the pressing ring 350, and does not substantially deform even when subjected to that pressure PA. Therefore, the tapered inner peripheral surface 352 can slide smoothly along the tapered outer peripheral surface 361, efficiently converting the pressure PA from the tapered inner peripheral surface 352 into axial pressure PB on the V-packing 120.
押付リング350と不動リング360とは各Vリング121に対してリップ122、123の側に位置する。したがって、低温化に伴って上昇する押付リング350の軸方向の圧力PBがVリング121のリップ122、123を更に大きく開かせ、ステム510の外周面511とスタッフィングボックス520の内周面523とに更に強く押し付ける。その結果、Vパッキン120の低温でのシール性が更に高い。 The pressing ring 350 and the stationary ring 360 are located on the lip 122, 123 side of each V-ring 121. Therefore, the axial pressure PB of the pressing ring 350, which increases with the temperature, causes the lips 122, 123 of the V-ring 121 to open further, pressing them more firmly against the outer surface 511 of the stem 510 and the inner surface 523 of the stuffing box 520. As a result, the sealing performance of the V-packing 120 at low temperatures is further improved.
押付リング350と不動リング360とはVパッキン120に対し、パッキン押さえ530とは反対側に位置する。この場合、低温化に伴って上昇する押付リング350の圧力PBは、各Vリング121とその周囲510、110との間の摩擦によって弱められた上でパッキン押さえ530に到達する。したがって、押付リング350からの圧力PBに耐えきれずにボルト534が緩む可能性は低いので、その圧力PBに対してパッキン押さえ530が十分に強い反力を返すことができる。それ故、その反力と押付リング350からの圧力PBとによって各Vリング121が十分に大きく圧縮されるので、シール圧が十分に高く維持される。
[変形例]
The pressing ring 350 and the stationary ring 360 are located on the opposite side of the packing gland 530 with respect to the V-packing 120. In this case, the pressure P B of the pressing ring 350, which increases with the temperature drop, is weakened by friction between each V-ring 121 and its surroundings 510, 110 before reaching the packing gland 530. Therefore, it is unlikely that the bolt 534 will be unable to withstand the pressure P B from the pressing ring 350 and loosen, and the packing gland 530 can return a sufficiently strong reaction force to the pressure P B. Therefore, each V-ring 121 is sufficiently compressed by this reaction force and the pressure P B from the pressing ring 350, so that a sufficiently high sealing pressure is maintained.
[Modification]
実施形態2も実施形態1と同様な変形が可能である。また、押付リング350の剛性が十分に高ければ、雄アダプター370が除去され、その代わりに押付リング350の大気側の端部(図5では左端部)が最も流体側(図5では最も右側)のVリング121に直に接触してもよい。 Embodiment 2 can also be modified in the same way as embodiment 1. Furthermore, if the rigidity of the pressing ring 350 is sufficiently high, the male adapter 370 can be removed, and instead the end of the pressing ring 350 on the atmosphere side (the left end in Figure 5) can be in direct contact with the V-ring 121 closest to the fluid side (the rightmost end in Figure 5).
100 軸シール
120 パッキン
121 Vリング
122 内側のリップ
123 外側のリップ
124 ヒール
140 雌アダプター
141 雌アダプターの大気側の円環面
142 雌アダプターの流体側の凹部
150 押付リング
151 押付リングの大気側の凸部
152 押付リングのテーパー外周面
160 締付リング
161 締付リングのテーパー内周面
162 締付リングの流体側の円環面
510 ステム
511 ステムの外周面
520 スタッフィングボックス
521 スタッフィングボックスの流体側の端部
522 スタッフィングボックスの大気側の端部
523 スタッフィングボックスの内周面
524 リブ
525 リブの大気側の円環面
530 パッキン押さえ
531 パッキン押さえの流体側の端部
532 パッキン押さえの大気側の端部
533 フランジ
534 ボルト
535 ナット
540 流路
550 ケーシング
551 ケーシングの開口部
560 ケーシングの外部空間
100 Shaft seal 120 Packing 121 V-ring 122 Inner lip 123 Outer lip 124 Heel 140 Female adapter 141 Atmosphere-side annular surface of female adapter 142 Fluid-side concave portion of female adapter 150 Press ring 151 Atmosphere-side convex portion of press ring 152 Tapered outer surface of press ring 160 Clamp ring 161 Tapered inner surface of clamp ring 162 Fluid-side annular surface of clamp ring 510 Stem 511 Outer surface of stem 520 Stuffing box 521 Fluid-side end of stuffing box 522 Atmosphere-side end of stuffing box 523 Inner surface of stuffing box 524 Rib 525 Atmosphere-side annular surface of rib 530 Packing gland 531 Fluid side end of packing gland 532 Atmospheric side end of packing gland 533 Flange 534 Bolt 535 Nut 540 Flow path 550 Casing 551 Casing opening 560 Casing exterior space
Claims (4)
パッキン押さえからの軸方向の圧力で前記隙間に詰められる樹脂製のパッキンと、
前記可動軸を囲む環状の構造体であり、軸方向における片側を前記パッキンの軸方向における一端部に接触させ、反対側を前記スタッフィングボックスまたは前記パッキン押さえに接触させる支持体と
を備え、
前記支持体が軸方向における少なくとも一部に、
外周側では内周側よりも熱収縮率が高く、温度降下に伴って前記外周側が前記内周側を締め付ける締付領域
を含み、
前記支持体は、前記締付領域では前記外周側と前記内周側との接触面が径方向に対して傾斜していることにより、前記外周側が前記内周側を締め付ける力が前記締付領域から前記パッキンへ軸方向の圧力として伝わるように構成されている
ことを特徴とする軸シール。 A shaft seal for sealing a gap between a movable shaft of a fluid device and a stuffing box,
a resin packing that is filled into the gap by axial pressure from a packing gland;
a support member which is an annular structure surrounding the movable shaft and has one axial side in contact with one end of the packing in the axial direction and the other side in contact with the stuffing box or the packing gland,
The support body has at least a portion in the axial direction.
The outer circumferential side has a higher thermal shrinkage rate than the inner circumferential side, and includes a tightening region in which the outer circumferential side tightens the inner circumferential side as the temperature drops;
The support body is configured such that the contact surface between the outer circumferential side and the inner circumferential side in the clamping region is inclined relative to the radial direction, so that the force with which the outer circumferential side clamps the inner circumferential side is transmitted from the clamping region to the packing as axial pressure.
パッキン押さえからの軸方向の圧力で前記隙間に詰められる樹脂製のパッキンと、
前記可動軸を囲む環状の構造体であり、軸方向における片側を前記パッキンの軸方向における一端部に接触させ、反対側を前記スタッフィングボックスまたは前記パッキン押さえに接触させる支持体と
を備え、
前記支持体が、
軸方向における少なくとも一部に位置し、外周側では内周側よりも熱収縮率が高く、温度降下に伴って前記外周側が前記内周側を締め付ける締付領域と、
前記可動軸を囲む環状部材であり、軸方向において前記パッキンに近い側に、軸方向において端から中央へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜しているテーパー内周面を含む締付リングと、
前記可動軸を囲む環状部材であり、前記締付リングよりも熱収縮率が低く、軸方向において前記パッキンから遠い側に、軸方向において中央から端へ向かうにつれて直径が狭まるように傾斜しているテーパー外周面を含む押付リングと
を有し、
前記支持体は、
前記締付領域では前記テーパー内周面が前記テーパー外周面に接触し、
前記外周側が前記内周側を締め付ける力が前記締付領域から前記パッキンへ軸方向の圧力として伝わる
ように構成されている
ことを特徴とする軸シール。 A shaft seal for sealing a gap between a movable shaft of a fluid device and a stuffing box,
a resin packing that is filled into the gap by axial pressure from a packing gland;
a support member which is an annular structure surrounding the movable shaft and has one axial side in contact with one end of the packing in the axial direction and the other side in contact with the stuffing box or the packing gland;
Equipped with
The support is
a clamping region located at least in a part in the axial direction, the clamping region having a higher thermal shrinkage rate on the outer circumferential side than on the inner circumferential side, and the outer circumferential side clamping the inner circumferential side as the temperature drops;
a clamping ring which is an annular member surrounding the movable shaft and includes, on a side closer to the packing in the axial direction, a tapered inner circumferential surface which is inclined so that the diameter narrows from the end toward the center in the axial direction;
a pressing ring which is an annular member surrounding the movable shaft, has a thermal shrinkage rate lower than that of the clamping ring, and includes, on a side farther from the packing in the axial direction, a tapered outer peripheral surface which is inclined so that the diameter narrows from the center toward the end in the axial direction;
The support is
In the clamping region, the tapered inner peripheral surface contacts the tapered outer peripheral surface,
The force with which the outer circumferential side clamps the inner circumferential side is transmitted from the clamped area to the packing as axial pressure.
It is configured as follows:
A shaft seal characterized by:
パッキン押さえからの軸方向の圧力で前記隙間に詰められる樹脂製のパッキンと、
前記可動軸を囲む環状の構造体であり、軸方向における片側を前記パッキンの軸方向における一端部に接触させ、反対側を前記スタッフィングボックスまたは前記パッキン押さえに接触させる支持体と
を備え、
前記支持体が、
軸方向における少なくとも一部に位置し、外周側では内周側よりも熱収縮率が高く、温度降下に伴って前記外周側が前記内周側を締め付ける締付領域と、
前記可動軸を囲む環状部材であり、軸方向において前記パッキンから遠い側に、軸方向において中央から端へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜しているテーパー内周面を含む押付リングと、
前記可動軸を囲む環状部材であり、前記押付リングよりも熱収縮率が低く、軸方向において前記パッキンに近い側に、軸方向において端から中央へ向かうにつれて直径が広がるように傾斜しているテーパー外周面を含む不動リングと
を有し、
前記支持体は、
前記締付領域では前記テーパー内周面が前記テーパー外周面に接触し、
前記外周側が前記内周側を締め付ける力が前記締付領域から前記パッキンへ軸方向の圧力として伝わる
ように構成されている
ことを特徴とする軸シール。 A shaft seal for sealing a gap between a movable shaft of a fluid device and a stuffing box,
a resin packing that is filled into the gap by axial pressure from a packing gland;
a support member which is an annular structure surrounding the movable shaft and has one axial side in contact with one end of the packing in the axial direction and the other side in contact with the stuffing box or the packing gland;
Equipped with
The support is
a clamping region located at least in a part in the axial direction, the clamping region having a higher thermal shrinkage rate on the outer circumferential side than on the inner circumferential side, and the outer circumferential side clamping the inner circumferential side as the temperature drops;
a pressing ring which is an annular member surrounding the movable shaft and includes, on a side farther from the packing in the axial direction, a tapered inner circumferential surface which is inclined so that the diameter increases from the center toward the end in the axial direction;
a stationary ring which is an annular member surrounding the movable shaft, has a thermal shrinkage rate lower than that of the pressing ring, and includes, on a side closer to the packing in the axial direction, a tapered outer peripheral surface which is inclined so that the diameter increases from the end toward the center in the axial direction;
The support is
In the clamping region, the tapered inner peripheral surface contacts the tapered outer peripheral surface,
The force with which the outer circumferential side clamps the inner circumferential side is transmitted from the clamped area to the packing as axial pressure.
It is configured as follows:
A shaft seal characterized by:
前記支持体が、
前記パッキンの軸方向における一端部に接触する雄アダプター
を有する、
請求項2または請求項3に記載の軸シール。 The packing is a V-packing,
The support is
a male adapter that contacts one end of the packing in the axial direction;
The shaft seal according to claim 2 or 3.
Priority Applications (1)
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| JP2022023510A JP7724171B2 (en) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | Shaft seal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022023510A JP7724171B2 (en) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | Shaft seal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023120568A JP2023120568A (en) | 2023-08-30 |
| JP7724171B2 true JP7724171B2 (en) | 2025-08-15 |
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ID=87797150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022023510A Active JP7724171B2 (en) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | Shaft seal |
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|---|---|
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008007685A1 (en) | 2006-07-12 | 2008-01-17 | Kitz Corporation | Shaft seal packing and shaft seal structure for valve |
| US20190338854A1 (en) | 2016-06-03 | 2019-11-07 | Fmc Technologies, Inc. | Shape memory alloy member for use in polymer or composite seal applications |
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-
2022
- 2022-02-18 JP JP2022023510A patent/JP7724171B2/en active Active
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| WO2008007685A1 (en) | 2006-07-12 | 2008-01-17 | Kitz Corporation | Shaft seal packing and shaft seal structure for valve |
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