机械密封的制作方法

专利名称：机械密封的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使冷却流体在密封面附近循环的带并联叶轮(partial impeller)的机械密封。
背景技术：
作为将冷却流体(主要是冷却水)送至发热的滑动密封面周围来对密封面进行冷却的带并联叶轮的机械密封，目前，已知有例如图12所示的机械密封(参照美国专利第 4290611号(专利文献1)、日本专利特许第3782690号(专利文献2))。图12所示的机械密封包括具有密封面Sl的旋转环941和具有密封面S2的固定环942，在与转轴902嵌接的套筒910的机内侧形成有并联叶轮920。另外，在壳体930上形成有贯穿至密封部940附近的冷却液流入孔931及从并联叶轮920附近贯穿至外侧的冷却液流出孔932。这些冷却液流入孔931和冷却液流出孔932通过在机外与冷却器950连通的配管而连接，从冷却液流入孔931流入密封部940附近的冷却液在对密封部940进行冷却后从冷却液流入孔932流出，并被冷却器950再次冷却后用以循环。这种并联叶轮920的主要功能是对在密封部940处产生的热进行冷却，所要求的性能是以需要的流量供给冷却液。作为并联叶轮920的形状，存在截面形状呈大致半圆形的槽、截面形状呈大致半圆形的圆锥状的槽、截面形状呈矩形的槽等(例如，参照日本实用新型登记平04-17569号 (日本国実用新案登録平04-17569号)(专利文献3))。另外，并联叶轮920靠机内侧的槽前端920a和与壳体930的冷却液流出孔932相连的槽933靠机内侧的端面大致一致。专利文献1 美国专利第4290611号专利文献2 日本专利特许第3782690号专利文献3 日本实用新型登记平04-17569号

发明内容
发明所要解决的技术问题如上所述，现有的并联叶轮是槽(并联叶轮槽)的形状呈矩形或大致半圆形且槽前端与壳体侧的槽的边缘大致一致的结构，通过这种形状及配置，可获得冷却密封部所需的流量。然而，在这种结构中，在形成于壳体侧的槽的挡块部分可能会出现腐蚀，而使挡块破损。一旦挡块破损，便无法供给冷却所需的流量的冷却液，其结果是，虽然能在运转初期获得冷却所需的流量，但在运转时会因在壳体侧的挡块部出现的腐蚀而使挡块部受到损伤，因而在较短的期间内便无法获得所需的流量。本发明鉴于上述技术问题而作，其目的在于提供一种能确保冷却滑动密封面所需的冷却流体的流量、并能防止出现腐蚀的带并联叶轮的机械密封。解决技术问题所采用的技术方案
为解决上述技术问题，本申请发明人通过对出现腐蚀的情况反复进行基于计算流体力学的模拟来分析流体的动作，从而发现在具有截面形状呈半圆形、矩形的槽的并联叶轮旋转时，在壳体的挡块部位处，密封流体压力会急剧地从蒸气压以下向蒸气压以上变化。 然后，由此研究得出在流体为蒸气压以下的部位处会出现气蚀，而在为蒸气压以上的部位处消除气蚀。另外，通过实验，检测出在被密封流体的压力为0. IMI^a至0. 4ΜΙ^的范围内运转的壳体的挡块部位容易出现腐蚀，且进行上述模拟分析的结果是，发现在被密封流体的压力小于0. IMPa时，在挡块部位处的流体压力为蒸气压以下，而在挡块附近的流体压力不在蒸气压以上。另外，发现在被密封流体的压力大于0. 4MPa时，在挡块部位处的压力不在蒸气压以下。此外，还研究得出这给出了气蚀在任何情况下都不会在挡块附近消失的启示。另夕卜，在气蚀腐蚀时，研究得出在气蚀消失时会出现冲击性的压力变化而使材料受到浸蚀，并基于此发现通过将并联叶轮槽的截面形状规定为特定的形状，不仅能确保所需的流量还能防止出现腐蚀，进而便想到了本申请发明的带并联叶轮的机械密封。具体而言，本申请发明人发现构成并联叶轮的槽的宽度(Lgw)与槽的深度(Lgd) 之间的比例(Lgw/Lgd)较小时，在挡块部位处容易出现被密封流体从蒸气压以下向蒸气压以上的变化，因而会出现腐蚀，在比例(Lgw/Lgd)较大时，不易确保所需的流量，因而希望是该比例(Lgw/Lgd)处于较佳范围的结构。另外，还发现在并联叶轮的槽间距离(Lrw)与壳体的挡块宽度(Ldw)的比例 (Lrw/Ldw)较大时，在挡块的部位处容易出现被密封流体从蒸气压以下向蒸气压以上的变化，因而会出现腐蚀，在该比例(Lrw/Ldw)较小时，不易确保所需的流量，因而希望是该比例(Lrw/Ldw)处于较佳范围的结构。此外，还发现在槽的宽度的合计长度(nLgw)占供并联叶轮的槽形成的周面的全长Qnr)的比例(nLgW/2Jir)较小时，在挡块的部位处容易出现被密封流体从蒸气压以下向蒸气压以上的变化，因而会出现腐蚀，在该比例(nLgWA^ir)较大时，不易确保所需的流量，因而希望是该比例(nLgWA^ir)处于较佳范围的结构。另外，还发现在并联叶轮的槽的前端与壳体侧的槽的端部大致一致时，在挡块的部位处容易出现被密封流体从蒸气压以下向蒸气压以上的变化，因而会出现腐蚀，当增加并联叶轮的槽的前端部的突出距离(Lgs)相对于壳体侧的槽的宽度(Ldl)的比例(Lgs/ Ldl)时，在挡块部位的附近会产生使流体的流动整流成朝与滑动方向平行的方向的效果， 因而希望是该比例(Lgs/Ldl)处于较佳范围的结构。因此，本发明的机械密封对装置的外壳与贯穿形成于上述外壳的孔的转轴之间进行密封，其特征是，包括旋转环，该旋转环设置于上述转轴，并在轴向上的至少一个面上形成有密封面；固定环，该固定环形成有与上述旋转环的上述密封面紧贴且滑动的密封面；以及并联叶轮，该并联叶轮形成在安装于上述转轴的环状体的外周部，在上述环状体的外周部上沿周向等间隔地形成有多个从上述环状体的一个端面至外周面的并联叶轮槽，构成上述并联叶轮的上述并联叶轮槽的宽度(Lgw)与上述并联叶轮槽的深度(Lgd)的比例 (Lgw/Lgd)为 2. 0 以上 5. 0 以下。另外，本发明的另一机械密封对装置的外壳与贯穿形成于上述外壳的孔的转轴之间进行密封，其特征是，包括旋转环，该旋转环设置于上述转轴，并在轴向上的至少一个面上形成有密封面；固定环，该固定环形成有与上述旋转环的上述密封面紧贴且滑动的密封面；壳体，该壳体设置有上述固定环，并将上述旋转环收容于内部空间，上述壳体安装于上述外壳的上述孔的周围；冷却流体流入孔，该冷却流体流入孔贯穿上述壳体的外周部与上述内部空间之间，并将冷却流体从上述壳体的外部供给至上述内部空间；冷却流体流出孔， 该冷却流体流出孔贯穿上述壳体的外周部与上述内部空间之间，并将上述冷却流体从上述内部空间排出至外部；并联叶轮，该并联叶轮形成在安装于上述转轴的环状体的外周部，并在上述环状体的外周部上沿周向等间隔地形成有多个从上述环状体的一个端面至外周面的并联叶轮槽；以及冷却液流出孔，该冷却液流出孔是沿周向形成在上述壳体的内周的与上述并联叶轮相对的面上的环状的槽，在该槽的一部分上形成有在宽度方向上覆盖上述槽的具有规定宽度的挡块，并在沿着上述转轴的旋转方向的上述挡块前方形成有上述冷却流体流出孔的靠上述内部空间侧的开口，构成上述并联叶轮的上述并联叶轮槽的槽间的距离 (Lrw)相对于上述壳体的上述挡块宽度(Ldw)的比例(Lrw/Ldw)为0. 5以上3. 1以下。此外，本发明的又一机械密封对装置的外壳与贯穿形成于上述外壳的孔的转轴之间进行密封，其特征是，包括旋转环，该旋转环设置于上述转轴，并在轴向上的至少一个面上形成有密封面；固定环，该固定环形成有与上述旋转环的上述密封面紧贴且滑动的密封面；以及并联叶轮，该并联叶轮形成在安装于上述转轴的环状体的外周部，在上述环状体的外周部上沿周向等间隔地形成有多个从上述环状体的一个端面至外周面的并联叶轮槽，上述并联叶轮槽的宽度的合计长度(nLgw)占上述并联叶轮的供上述并联叶轮槽形成的周面全长(2 π r)的比例(nLgw/2 π r)为0.观以上0. 8以下。另外，本发明的又一机械密封对装置的外壳与贯穿形成于上述外壳的孔的转轴之间进行密封，其特征是，包括旋转环，该旋转环设置于上述转轴，并在轴向上的至少一个面上形成有密封面；固定环，该固定环形成有与上述旋转环的上述密封面紧贴且滑动的密封面；壳体，该壳体设置有上述固定环，并将上述旋转环收容于内部空间，上述壳体安装于上述外壳的上述孔的周围；冷却流体流入孔，该冷却流体流入孔贯穿上述壳体的外周部与上述内部空间之间，并将冷却流体从上述壳体的外部供给至上述内部空间；冷却流体流出孔， 该冷却流体流出孔贯穿上述壳体的外周部与上述内部空间之间，并将上述冷却流体从上述内部空间排出至外部；并联叶轮，该并联叶轮形成在安装于上述转轴的环状体的外周部，并在上述环状体的外周部上沿周向等间隔地形成有多个从上述环状体的一个端面至外周面的并联叶轮槽；以及冷却液流出孔，该冷却液流出孔是沿周向形成在上述壳体的内周的与上述并联叶轮相对的面上的环状的槽，在该槽的一部分上形成有在宽度方向上覆盖上述槽的具有规定宽度的挡块，并在沿着上述转轴的旋转方向的上述挡块前方形成有上述冷却流体流出孔的靠上述内部空间侧的开口，上述并联叶轮的上述并联叶轮槽的前端部的突出距离(Lgs)相对于上述壳体的上述冷却液排出孔的宽度(Ldl)的比例(Lgs/Ldl)为大于0且为0. 65以下。在本发明的上述任一机械密封中，均可提供能确保冷却滑动密封面所需的冷却流体的流量、并能防止出现腐蚀的带并联叶轮的机械密封。


图1是表示本发明一实施方式的机械密封装置的整体结构的图。
图2是表示图1所示的机械密封装置的并联叶轮(日文^一 * ^ X) 的形状的立体图。图3是表示图1所示的机械密封装置的并联叶轮、冷却液排出槽、挡块(日文堰) 及冷却液流出孔的结构和配置的径向剖视图。图4A是与图4B及图4C 一起用于说明图2及图3所示的并联叶轮及冷却液流路部的尺寸和配置的图，其是用于说明冷却液排出槽、挡块及冷却液流出孔的开口的配置以及冷却液排出槽与并联叶轮槽在轴向上的配置的图，其是平面表示壳体内周面的冷却液排出槽的挡块附近的图。图4B是与图4A及图4C 一起用于说明图2及图3所示的并联叶轮及冷却液流路部的尺寸和配置的图，其是表示并联叶轮槽在大气侧端部的径向上的形状的图。图4C是与图4A及图4B —起用于说明图2及图3所示的并联叶轮及冷却液流路部的尺寸和配置的图，其是表示冷却液排出槽及并联叶轮槽在深度方向上的剖面的图。图5是表示并联叶轮槽的宽深比(注宽度与深度之比)与流量之间的关系的图。图6A是表示并联叶轮槽的宽深比与单位时间的腐蚀深度的图，其是表示使用软钢的壳体的加速试验中的腐蚀深度的图。图6B是表示并联叶轮槽的宽深比与单位时间的腐蚀深度的图，其是表示采用通常所使用的金属材料的壳体的试验中的腐蚀深度的图。图7是表示并联叶轮的槽间距离和壳体侧的挡块宽度之比与流量之间的关系的图。图8A是表示并联叶轮的槽间距离和壳体侧的挡块宽度之比与单位时间的腐蚀深度的图，其是表示使用软钢的壳体的加速试验中的腐蚀深度的图。图8B是表示并联叶轮的槽间距离和壳体侧的挡块宽度之比与单位时间的腐蚀深度的图，其是表示采用通常所使用的金属材料的壳体的试验中的腐蚀深度的图。图9是表示并联叶轮的槽的合计长度占并联叶轮的周面长度的比例与流量之间的关系的图。图IOA是表示并联叶轮的槽的合计长度占并联叶轮的周面长度的比例与单位时间的腐蚀深度的图，其是表示使用软钢的壳体的加速试验中的腐蚀深度的图。图IOB是表示并联叶轮的槽的合计长度占并联叶轮的周面长度的比例与单位时间的腐蚀深度的图，其是表示采用通常所使用的金属材料的壳体的试验中的腐蚀深度的图。图IlA是表示并联叶轮的槽前端的突出距离相对于壳体侧冷却液排出槽的宽度之比与单位时间的腐蚀深度的图，其是表示使用软钢的壳体的加速试验中的腐蚀深度的图。图IlB是表示并联叶轮的槽前端的突出距离相对于壳体侧冷却液排出槽的宽度之比与单位时间的腐蚀深度的图，其是表示采用通常所使用的金属材料的壳体的试验中的腐蚀深度的图。图12是表示现有带并联叶轮的机械密封的结构的图。
具体实施方式
参照图1 图4C对本发明一实施方式的机械密封装置进行说明。在本实施方式中，例如示出以卡插(日文力一卜'J ” 形式安装在贯穿有泵等转轴的装置的主体外表面上的机械密封装置，以对本发明进行说明。本实施方式的机械密封装置采用如下结构冷却流体在滑动密封面周围流动以对滑动密封面的发热进行冷却， 并且，为了进行该冷却流体循环，在滑动密封面附近设置有并联叶轮。首先，参照图1对机械密封装置100的整体结构进行说明。图1是表示本实施方式的机械密封装置100的结构的剖视图，其是表示将机械密封装置100安装在外壳600的外表面601上的状态的图。如图1所示，在装置外壳600上形成有供转轴200贯穿的轴孔602，机械密封装置 100设置在该轴孔602周围的外表面601上。在图1中，轴孔602侧(图示右侧)为机内侧空间A，其轴向相反侧(图示左侧) 为机外侧空间即大气空间B。机械密封装置100具有壳体110、固定环安装部121、固定环支承部122、固定环 130、套筒141、密封套环143、旋转环150、并联叶轮160及冷却液流路部170，以作为主要的构成部。壳体110具有配置于机内侧的第一壳体111和配置于机外侧的第二壳体112。第一壳体111具有插入至装置外壳600的轴孔602中的筒状部Illa ；在筒状部Illa靠机内侧的端部沿内径方向形成的机内侧凸缘部Illb ；以及在筒状部靠机外侧的端部沿外径方向形成的机外侧凸缘部111c。第二壳体112是圆环状的构件，其配置于第一壳体111的机外侧，并以紧贴的方式固定设置于第一壳体111的机外侧凸缘部Illc的机外侧端面。上述第一壳体111及第二壳体112被以同轴的方式一体化，第一壳体111的筒状部Illa与装置外壳600的轴孔602嵌合，第一壳体111的机外侧凸缘部Illc与装置外壳600的外表面 601紧贴，并用螺栓114固定设置到装置外壳600上。第一壳体111的机内侧凸缘部Illb及第二壳体112—起以内周部配置在靠近转轴200的外周面的位置上的方式形成为直径比第一壳体111的筒状部Illa的内周部的直径小，在通过这种方式形成的第一壳体111的筒状部Illa的内部空间C内配置后述固定环 130、旋转环150及通过这种方式形成的滑动密封面S。固定环安装部121是用于将固定环130安装于壳体110的剖面呈L字形的环状构件。通过用螺栓将凸缘状的径向面部固定在第二壳体112的机内侧端面内周部，从而将固定环安装部121设置于壳体110。在这种状态下，固定环安装部121的筒状部分以与第二壳体112的内周部大致相同的内径配置在靠近转轴200外周面的位置上，在该筒状部分的外周侧嵌合设置有固定环支承部122及固定环130。在固定环安装部121上沿周向等间隔地在多处设置有弹簧124，这些弹簧IM朝轴向机内侧(旋转环150侧)弹性按压固定环支承部122，另外，在一处或多处设置定位销125，该定位销125被用于止转以使固定环支承部 122在周向上不旋转。固定环支承部122是嵌合设置于固定环安装部121的筒状部外周的环状构件，是用以保持固定环130的构件。在固定环支承部122的靠固定环130侧的端面上形成有内周侧沿周向突出的台阶，该台阶与形成在外周侧沿周向突出的台阶上的固定环130的背面 (密封面131的与轴向相反一侧的面)嵌合。
在固定环支承部122靠固定环130 —侧的端面的外周侧的凹面上，在一处或多处形成有突起部，该突起部与形成在固定环130背面的外周侧的凸面上的缺口卡合，藉此，使得固定环130得以止转。另外，在固定环支承部122的与靠固定环130侧相反一侧的端面上分别固定有设置于固定环安装部121的多个弹簧IM的端部，另外，还形成有用于供设置于固定环支承部 122的定位销125插入的缺口。固定环130是构成机械密封装置100的滑动密封面S的靠固定侧的密封环，其是在机内侧端面具有密封面131的环状构件。该密封面131以能滑动的方式与后述旋转环 150的密封面151紧贴，用以对与机内侧空间A连通的外周侧和与大气空间B连通的内周侧进行密封。固定环130的背面侧内周部形成于直径比滑动密封面S侧的直径大的台阶面，通过使该台阶面与固定环安装部121的机内侧前端部嵌合，来使固定环130同轴保持于固定环安装部121。此外，固定环130的与固定环安装部121嵌合的背面侧端部还如上所述形成于外周侧沿周向突出的台阶，该台阶与固定环支承部122的机内侧端面的内周侧突出的台阶嵌合。此时，在嵌合于固定环支承部122的固定环130的台阶面(内周面)与固定环安装部 121的外周面之间，即在固定环支承部122内周侧的突出部的机内侧端面与和该机内侧端面相对的固定环130内周侧的台阶部的大气侧端面之间设置有0形环，该0形环用以对固定环130与固定环安装部121之间进行密封。在固定环130的大气侧端部的外周部形成有与设置于固定环支承部122的突起部卡合的缺口，通过使该缺口与固定环支承部122的突起部卡合，从而使固定环130相对于固定环支承部122止转。藉此，固定环130以沿轴向在规定范围内自由移动、但沿周向相对于固定环安装部121及固定环支承部122止转的方式设置于壳体110。套筒141是夹着0形环而以紧贴的方式嵌合于转轴200周面的筒状构件。套筒 141在机外侧端部被套筒套环142固定设置于转轴200，并在机内侧端部与密封套环142 — 起对旋转环150进行夹持。套筒套环142将套筒141及密封套环143以能与转轴200 —体地转动的方式固定设置于转轴200。密封套环143与套筒141 一体地固定设置于转轴200，在密封套环143与套筒141 之间夹住旋转环150。密封套环143具有沿转轴200的径向立设的圆环状的套环部144 ； 以及从套环部144的外周部形成于机外侧(固定环130侧)的筒状部145。旋转环150被设置成其背面(在轴向上与密封面151相反一侧的端面、机内侧端面)与密封套环143抵接。藉此，密封套环143对旋转环150朝轴向机内侧的移动进行了限制，并限定了旋转环150的轴向位置。另外，在密封套环143上，旋转环150与筒状部145的内周面嵌合，并将旋转环150 夹在密封套环143与套筒141之间。另外，在密封套环143的筒状部145的外周面上形成有本发明的并联叶轮160。旋转环150是构成机械密封装置100的滑动密封面S的靠旋转一侧的密封环，其是在大气侧端面具有密封面151的环状构件。旋转环150的密封面151是通过从环状的大气侧端面152沿周向突出一台阶而形成的，该密封面151以能滑动的方式与上述固定环130 的密封面131紧贴，从而对与机内侧空间A连通的外周侧和与大气空间B连通的内周侧进行密封。旋转环150被嵌入并夹持在套筒141的外周面与密封套环143的筒状部145的内周面之间，其中，上述套筒141被设置成能与转轴200 —体转动。另外，旋转环150的背面与密封套环143的套环部144抵接。如上所述，固定环130被弹簧IM朝旋转环150方向弹性按压，藉此，旋转环150也通过滑动密封面S (密封面131及密封面151)被朝周向机内侧按压。其结果是，旋转环150被维持在背面与密封套环143的套环部144抵接的状态下， 且其轴向位置得以确定。在旋转环150与套筒141之间及旋转环150与密封套环143之间恰当地配置有0 形环，藉此，来使旋转环150的内周侧和外周侧得以密封。并联叶轮160是用于使冷却流体以期望的流量高效地在供固定环130的密封面 131与旋转环150的密封面151紧贴滑动的密封面的外周侧流动的结构。在本实施方式中， 并联叶轮160形成于在旋转环150的外周侧配置的密封套环143的筒状部145的外周部。 具体而言，如图2所示，并联叶轮160由形成于筒状部145的外周面的多个槽(并联叶轮槽)161构成。各并联叶轮槽161是具有将圆柱倾斜切割成如下形状的槽大气侧端面的截面呈大致半圆形且深度朝机内侧端面逐渐变浅。关于该并联叶轮槽161的尺寸确定，将与形成于壳体110并具有冷却液流入孔 171、筒状构件172、冷却液排出槽174及冷却液流出孔176的后述冷却液流路部170的尺寸确定一起，在下文中进行详细说明。冷却液流路部170是形成于壳体110等的冷却液的流路结构，具有以下流路将从设置于壳体110外部的未图示的冷却器供给而来的冷却液供给至壳体110的内部空间C，并将壳体110的内部空间C的冷却液排出至壳体110的外部后返回到冷却器中。在壳体110 的内部空间C中，冷却液被供给至固定环130的密封面131与旋转环150的密封面151彼此的滑动密封面S的外周侧，并以吸收滑动密封面S的发热来冷却密封面的方式流动。冷却液流路部170具有冷却液流入孔171、筒状构件172、冷却液排出槽174及冷却液流出孔176。冷却液流入孔171是从壳体110的外周面与内部空间C连通的流体流路，其是用于将从未图示的冷却器经由配管供给而来的冷却液供给至壳体110的内部空间C中的流路。冷却液流入孔171的靠壳体110表面一侧端部的开口形成在具有能与未图示的配管连接在一起的管用螺钉孔的端口处。在本实施方式中，形成有一个冷却液流入孔171，后述包括一个冷却液流出孔176的两条流体流路沿着壳体110的周向等间隔地设置。筒状构件172是如下所述的构件沿着壳体110内部空间C的内周面且与该内周面隔着微小的间隔地配置于旋转环150的大气侧的周围，并用于将经由冷却液流入孔171 流入壳体110的内部空间C的冷却液直接朝滑动密封面S的外周侧引导。经由冷却液流入孔171而被供给至壳体110的内部空间C的冷却液与筒状构件172的外周面接触并沿着其外周面流动，并从形成于筒状构件172的靠滑动密封面S —侧的冷却液导入口 173导入至滑动密封面附近。藉此，能将冷却液直接供给至滑动密封面S的外周部。形成于筒状构件172的靠滑动密封面S —侧的冷却液导入口 173的数量不受任何限定，可以是任意数量。冷却液排出槽174是在壳体110的内周面的与形成有并联叶轮160的密封套环 143的筒状部145的外周面相对的面上沿周向形成规定的宽度及深度的槽。参照图3对冷却液排出槽174及其附近的结构进行说明。图3是表示并联叶轮160、冷却液排出槽174、挡块175和冷却液流出孔176的结构及配置的径向剖视图。如图3所示，冷却液排出槽174沿壳体110的内周面形成在除一处挡块175的部位之外的全周上。挡块175是以横穿过冷却液排出槽174的方式维持在高度与壳体110的内周面(没有形成冷却液排出槽174的部位的内周面)的高度相同的部位，并且，挡块175 是用于使冷却液排出槽174不用旋转就可被分割的结构。另外，在冷却液排出槽174的底面且沿着转轴200的旋转方向位于挡块175前侧的部位处形成有冷却液流出孔176的靠壳体110的内部空间C 一侧的开口 177。藉此，被并联叶轮160整流成沿径向方向流动的冷却液在冷却液排出槽174的内部沿着转轴200的旋转方向在周向上流动。此外，通过与挡块175接触来限制沿冷却液排出槽174的流动，但上述冷却液会从形成于该部位的冷却液流出孔176的开口 177被引导至冷却液流出孔176，并经由冷却液流出孔176而被排出至壳体110的外部。通过冷却液排出槽174、冷却液流出孔176及冷却液流出孔176的开口 177将流动至少朝上述方向引导， 从而能增加冷却液的流量。参照图3及图4A 图4C来对这种结构的并联叶轮160及冷却液流路部170的尺寸和配置进行说明。图4A 图4C是用于对并联叶轮160及冷却液流路部170的尺寸和配置进行说明的图，图4A是为说明冷却液排出槽174、挡块175和冷却液流出孔176的开口 177的配置以及冷却液排出槽174与并联叶轮槽161在轴向上的配置而平面表示壳体110内周面的冷却液排出槽174的挡块175附近的图，图4B是表示并联叶轮槽161的大气侧端部在径向上的形状的图，图4C是表示冷却液排出槽174及并联叶轮槽161的最深部在各自轴向上的剖面的图。在本实施方式的机械密封装置100中，作为用于确保例如600L/h(升/小时)这样的流量的结构，对并联叶轮160及冷却液流路部170的尺寸和配置进行如下限制。首先，对于构成并联叶轮160的并联叶轮槽161，将并联叶轮槽161的宽度Lgw与深度Lgd之比Lgw/Lgd设为2. 0以上5. 0以下的范围来作为最大范围。另外，对于并联叶轮160及冷却液排出槽174中的槽以外的部分的宽度，将并联叶轮160的槽间的距离Lrw与冷却液排出槽174的挡块175的宽度Ldw之比Lrw/Ldw设为 0. 5以上3. 1以下来作为最大范围。另外，将曲部叶轮160的槽161的合计长度nLgw与并联叶轮160的周面长度2 π r 之比nLgw/2Jir设为0. 28以上0. 8以下的范围来作为最大范围。此外，将并联叶轮160的槽161的前端的突出距离Lgs与冷却液排出槽174靠壳体110 —侧的宽度Ldl之比Lgs/Ldl设为大于0且0. 65以下的范围来作为最大范围。以下，示出实施例，并参照表示实验结果的图5 图IlB对将并联叶轮160及冷却液流路部170的尺寸和配置确定为上述值是优选的根据进行说明。
实验按以下方式进行在并联叶轮160及冷却液流路部170的各条件下，使用两种泵即泵A及泵B，另外，还使用两种壳体材料，并将上述泵与壳体各自组合，对并联叶轮160 的流量进行检测，并进行数小时 数百小时的泵的连续运转来确认腐蚀的状况。泵A是在被密封流体的压力为0. 235MPa、流体温度为25°C、转速为3600rpm这样的条件下进行运转的泵，泵B是在被密封流体的压力为0. 127MPa、流体温度为25°C、转速为 4520rpm这样的条件下进行运转的泵。对于任意泵的运转条件，将被密封流体的压力设定为会出现腐蚀的0. 1 0. 4MPa的范围内。另外，作为壳体，准备以通常所使用的金属材料(α)作为材料的壳体和以软钢 (β)作为材料的壳体，并将其应用于各泵来进行实验。使用以软钢(β)作为材料的壳体是为了进行使腐蚀加速的加速试验。将使用软钢(β)的壳体的试验的试验时间设为5小时， 来对腐蚀深度的趋势进行检验。另外，将采用通常所使用的金属材料(α)的壳体的试验的试验时间设为300小时，来检验出现腐蚀的状况。在任意条件下，均以获得流量600L/h作为目的。首先，通过实验，来对构成并联叶轮160的一个并联叶轮槽161的宽深比(宽度 Lgw与深度Lgd之比)Lgw/Lgd与流量及单位时间的腐蚀深度之间的关系进行检测。并联叶轮槽161的形状使用如图2所示的将圆柱倾斜切割而成的形状。在图5、图6A及图6B中示出了实验结果。图5是表示并联叶轮槽161的宽深比 (宽度Lgw与深度Lgd之比)Lgw/Lgd与流量之间的关系的图，图6A和图6B均是表示并联叶轮槽161的宽深比(宽度Lgw与深度Lgd之比)Lgw/Lgd与单位时间的腐蚀深度的图，图 6A是表示使用软钢(β)的壳体的加速试验中的腐蚀深度的图，图6Β是表示采用通常所使用的金属材料(α)的壳体的试验中的腐蚀深度的图。由图5可知，在进行实验的任意条件下，流量均超过600L/h，可确保必要流量。然而，在观察相似线后可知，随着叶轮槽161的宽度Lgw与深度Lgd之比Lgw/Lgd变大，流量减小，当Lgw/Lgd为5. 0时，流量为大约600L/h。因此可知，为了确保必要流量，需将并联叶轮槽161的宽度Lgw与深度Lgd之比Lgw/Lgd设为5. 0以下。另外，由图6A可知如下趋势随着并联叶轮槽161的宽度Lgw与深度Lgd之比 Lgw/Lgd的值变大，腐蚀深度变小。此外，由图6B可知如下趋势在并联叶轮槽161的宽度Lgw与深度Lgd之比Lgw/ Lgd较小时也会出现腐蚀，并且Lgw/Lgd越小，单位时间的腐蚀深度越大。因此，由实验结果可知，为将单位时间的腐蚀深度抑制为零(测定临界值以下)，需将并联叶轮槽161的宽度 Lgw与深度Lgd之比Lgw/Lgd设为至少2. 0以上。接着，通过实验，来对并联叶轮160的槽161间距离Lrw (参照图3)和壳体110侧的挡块175宽度Ldw之比Lrw/Ldw，与流量及单位时间的腐蚀深度之间的关系进行检测。在图7、图8A及图8B中示出了实验结果。图7是表示并联叶轮160的槽161间距离Lrw和壳体110侧的挡块175宽度Ldw之比Lrw/Ldw与流量之间的关系的图，图8A和图8B均是表示并联叶轮160的槽161间距离Lrw和壳体110侧的挡块175宽度Ldw之比 Lrw/ldw与单位时间的腐蚀深度的图，图8A是表示使用软钢(β)的壳体的加速试验中的腐蚀深度的图，图8Β是表示采用通常所使用的金属材料(α)的壳体的试验中的腐蚀深度的图。
由图7可知，在进行实验的任意条件下，流量均超过600L/h，可确保必要流量。然而，在观察相似线后可知，随着并联叶轮160的槽161间距离Lrw与壳体110侧的挡块175 宽度Ldw之比Lrw/Ldw变小，流量减小，当Lrw/Ldw为0. 5时，流量变为大约600L/h。因此可知，为了确保必要流量，需将并联叶轮160的槽161间距离Lrw与壳体110侧的挡块175 宽度Ldw之比Lrw/Ldw设为0. 5以上。另夕卜，由图8A可知如下趋势随着并联叶轮160的槽161间距离Lrw与壳体110 侧的挡块175宽度Ldw之比Lrw/Ldw的值变大，腐蚀深度变大。另外，由图8B可知如下趋势在并联叶轮160的槽161间距离Lrw与壳体110侧的挡块175宽度Ldw之比Lrw/Ldw较大时会出现腐蚀，并且Lrw/Ldw越大，单位时间的腐蚀深度越大。因此，由实验结果可知，为了将单位时间的腐蚀深度抑制为零(测定临界值以下)，需将并联叶轮160的槽161间距离Lrw与壳体110侧的挡块175宽度Ldw之比Lrw/ Ldw设为至少3. 1以下。接着，通过实验，来对并联叶轮160的槽161的合计长度ηXLgwOiLgw)占并联叶轮160的大气侧端面部的周面长度2 π ΧΗ2 π r)的比例(之比)nLgw/2 π r与流量及单位时间的腐蚀深度之间的关系进行检测。在图9、图IOA及图IOB中示出了实验结果。图9是表示并联叶轮160的槽161的合计长度nLgw占并联叶轮160的周面长度2 π r的比例nLgW//2 π r与流量之间的关系的图， 图IOA及图IOB均是表示并联叶轮160的槽161的合计长度nLgw占并联叶轮160的周面长度2 Jir的比例nLgw/2 Jir与单位时间的腐蚀深度的图，图IOA是表示使用软钢(β)的壳体的加速试验中的腐蚀深度的图，图IOB是表示采用通常所使用的金属材料(α )的壳体的试验中的腐蚀深度的图。由图9可知，在进行实验的任意条件下，流量均超过600L/h，从而确保必要流量。 然而，在观察相似线后可知，随着并联叶轮160的槽161的合计长度nLgw占并联叶轮160 的周面长度2 π r的比例nLgw/2 π r变大，流量减小，当nLgw/2 π r为0. 8时，流量为大约 600L/h。因此可知，为了确保必要流量，需将并联叶轮160的槽161的合计长度nLgw占并联叶轮160的周面长度2 π r的比例nLgw/2 π r设为0. 8以下。另外，由图IOA可知如下趋势随着并联叶轮160的槽161的合计长度nLgw占并联叶轮160的周面长度2 π r的比例nLgW//2 π r的值变大，腐蚀深度变小。另外，由图IOB可知如下趋势在并联叶轮160的槽161的合计长度nLgw占并联叶轮160的周面长度2 311~的比例111^ //2 311~较小时，腐蚀变大，并且111^ //2 311~越小，单位时间的腐蚀深度越大。因此，由实验结果可知，为了将单位时间的腐蚀深度抑制为零(测定临界值以下)，需将并联叶轮160的槽161的合计长度nLgw占并联叶轮160的周面长度 2 π r的比例nLgw/2 π r设为0. 28以上。接着，通过实验，来对并联叶轮160的槽161前端的突出距离Lgs相对于壳体110 侧的冷却液排出槽174的宽度Ldl之比Lgs/Ldl与单位时间的腐蚀深度之间的关系进行检测。在图IlA及图IlB中示出了实验结果。图IlA及图IlB均是表示并联叶轮160的槽161的前端突出距离Lgs相对于壳体110侧的冷却液排出槽174的宽度Ldl之比Lgs/Ldl 与单位时间的腐蚀深度的图，图IlA是表示使用软钢(β)的壳体的加速试验中的腐蚀深度的图，图IlB是表示采用通常所使用的金属材料(α)的壳体的试验中的腐蚀深度的图。由图IlA可知，随着并联叶轮160的槽161的前端突出距离Lgs相对于壳体110 侧的冷却液排出槽174的宽度Ldl之比Lgs/Ldl的数值变大，腐蚀深度变小，但在Lgs/Ldl 的数值处于某一恒定的数值以上时，腐蚀深度变大。另外，由图IlB可知，在并联叶轮160的槽161的前端突出距离Lgs相对于壳体 110侧的冷却液排出槽174的宽度Ldl之比Lgs/Ldl较小和较大时，腐蚀深度均会变大。因此，由实验结果可知，为将单位时间的腐蚀深度抑制为零(测定临界值以下)，需将并联叶轮160的槽161的前端突出距离Lgs相对于壳体110侧的冷却液排出槽174的宽度Ldl之比Lgs/Ldl设为至少大于0且为0. 65以下。这样，在本实施方式的机械密封装置100中，通过如上所述对并联叶轮160及冷却液流路部170的尺寸和配置进行限制，不仅能确保冷却滑动密封面所需的冷却流体的流量，还能防止出现腐蚀。上述实施方式是为使本发明易于理解而记载的，并不对本发明作任何限定。本实施方式中公开的各要素包括属于本发明的技术范围的全部的设计变更和类似设计，另外， 还能进行任何适当的各种改变。例如，作为构成并联叶轮的槽，在上述实施方式等中，例示出将圆柱倾斜切割成后如图2所示的形状的槽。然而，槽的形状不局限于此，也可以同样使用圆柱状的槽、圆锥状的槽。另外，槽的截面形状并不局限于半圆形状，也能使用二次曲线等。此外，在上述实施方式中，在冷却液排出槽174上仅在一处设置挡块175，另外，在壳体110上也仅在一处形成冷却液流出孔176。然而，也可具有多个挡块及冷却液流出孔。另外，在上述实施方式中，冷却流体为水，但也可根据需要将任意的流体用于冷却。工业上的应用领域本发明能适用于对转轴进行密封的任意的机械密封，特别地，能适用于需使冷却液循环而为此包括并联叶轮的机械密封。
权利要求
1.一种机械密封，对装置的外壳与贯穿形成于所述外壳的孔的转轴之间进行密封，其特征在于，包括旋转环，该旋转环设置于所述转轴，并在轴向的至少一个面上形成有密封面； 固定环，该固定环形成有与所述旋转环的所述密封面紧贴且滑动的密封面；以及并联叶轮，该并联叶轮形成在安装于所述转轴的环状体的外周部，并在所述环状体的外周部上沿周向等间隔地形成有多个从所述环状体的一个端面至外周面的并联叶轮槽，所述并联叶轮槽的宽度(Lgw)与构成所述并联叶轮的所述并联叶轮槽的深度(Lgd)的比例(Lgw/Lgd)为2. 0以上5. 0以下。
2.一种机械密封，对装置的外壳与贯穿形成于所述外壳的孔的转轴之间进行密封，其特征在于，包括旋转环，该旋转环设置于所述转轴，并在轴向上的至少一个面上形成有密封面； 固定环，该固定环形成有与所述旋转环的所述密封面紧贴且滑动的密封面； 壳体，该壳体设置有所述固定环，并将所述旋转环收容于内部空间，所述壳体安装在所述外壳的所述孔的周围；冷却流体流入孔，该冷却流体流入孔贯穿所述壳体的外周部与所述内部空间之间，并将冷却流体从所述壳体的外部供给至所述内部空间；冷却流体流出孔，该冷却流体流出孔贯穿所述壳体的外周部与所述内部空间之间，并将所述冷却流体从所述内部空间排出至外部；并联叶轮，该并联叶轮形成在安装于所述转轴的环状体的外周部，并在所述环状体的外周部上沿周向等间隔地形成有多个从所述环状体的一个端面至外周面的并联叶轮槽；以及冷却液流出孔，该冷却液流出孔是沿周向形成在所述壳体内周的与所述并联叶轮相对的面上的环状的槽，在该槽的一部分上形成有在宽度方向上覆盖所述槽的具有规定宽度的挡块，并在沿着所述转轴的旋转方向的所述挡块前方形成有所述冷却流体流出孔的靠所述内部空间侧的开口，构成所述并联叶轮的所述并联叶轮槽的槽间距离(Lrw)相对于所述壳体的所述挡块宽度(Ldw)的比例(Lrw/Ldw)为0. 5以上3. 1以下。
3.一种机械密封，对装置的外壳与贯穿形成于所述外壳的孔的转轴之间进行密封，其特征在于，包括旋转环，该旋转环设置于所述转轴，并在轴向上的至少一个面上形成有密封面； 固定环，该固定环形成有与所述旋转环的所述密封面紧贴且滑动的密封面；以及并联叶轮，该并联叶轮形成在安装于所述转轴的环状体的外周部，并在所述环状体的外周部上沿周向等间隔地形成有多个从所述环状体的一个端面至外周面的并联叶轮槽，所述并联叶轮槽的宽度的合计长度(nLgw)占所述并联叶轮的供所述并联叶轮槽形成的周面的全长(2 π r)的比例(nLgw/2 π r)为0. 28以上0. 8以下。
4.一种机械密封，对装置的外壳与贯穿形成于所述外壳的孔的转轴之间进行密封，其特征在于，包括旋转环，该旋转环设置于所述转轴，并在轴向上的至少一个面上形成有密封面； 固定环，该固定环形成有与所述旋转环的所述密封面紧贴且滑动的密封面；壳体，该壳体设置有所述固定环，并将所述旋转环收容于内部空间，所述壳体安装在所述外壳的所述孔的周围；冷却流体流入孔，该冷却流体流入孔贯穿所述壳体的外周部与所述内部空间之间，并将冷却流体从所述壳体的外部供给至所述内部空间；冷却流体流出孔，该冷却流体流出孔贯穿所述壳体的外周部与所述内部空间之间，并将所述冷却流体从所述内部空间排出至外部；并联叶轮，该并联叶轮形成在安装于所述转轴的环状体的外周部，并在所述环状体的外周部上沿周向等间隔地形成有多个从所述环状体的一个端面至外周面的并联叶轮槽；以及冷却液流出孔，该冷却液流出孔是沿周向形成在所述壳体内周的与所述并联叶轮相对的面上的环状的槽，在该槽的一部分上形成有在宽度方向上覆盖所述槽的具有规定宽度的挡块，并在沿着所述转轴的旋转方向的所述挡块前方形成有所述冷却流体流出孔的靠所述内部空间侧的开口，所述并联叶轮的所述并联叶轮槽的前端部的突出距离(Lgs)相对于所述壳体的所述冷却液排出槽的宽度(Ldl)的比例(Lgs/Ldl)为大于0且为0.65以下。
全文摘要
一种机械密封，能确保冷却滑动密封面所需的冷却流体的流量，并能防止出现腐蚀。在本发明的机械密封中，将并联叶轮槽的深度与宽度之比设为2.0以上5.0以下、或将并联叶轮槽的槽间距离与壳体的挡块宽度的比例设为0.5以上3.1以下、或将并联叶轮槽的宽度的合计长度占供并联叶轮槽形成的周面全长的比例设为0.28以上0.8以下、或将并联叶轮槽的前端部的突出距离相对于壳体的冷却液排出槽的宽度之间的比例设为大于0且为0.65以下。
文档编号F16J15/34GK102472393SQ20108002915
公开日2012年5月23日 申请日期2010年10月25日 优先权日2009年10月30日
发明者中村胜, 井上秀行, 手岛芳博, 松木琢史, 武野弘纪, 青池浩 申请人:伊格尔工业股份有限公司