JP2000329239A - Mechanical seal - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、給水系におけるポ
ンプのシール用であるメカニカルシールに関し、特にボ
イラや給水系における構造材の腐食抑制のために揮発性
物質処理が供給水に施される場合に好適なメカニカルシ
ールに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical seal for sealing a pump in a water supply system, and more particularly to a case where volatile water treatment is applied to feed water to suppress corrosion of structural materials in a boiler or a water supply system. The present invention relates to a mechanical seal suitable for:
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、火力発電所におけるボイラへの
給水系におけるポンプのシールには、例えば実公昭６２
−２９７２３号公報で知られるような一般的構造を有す
るメカニカルシールが広く用いられている。このメカニ
カルシールは、シールハウジング側の静止環と回転軸側
の回転環とが互いの密封端面を相対回転可能に摺接させ
ることでシール部を形成しており、静止環と回転環との
摺動面には摺動面の冷却を兼ねたシール液が循環的に供
給されるようになっている。このようなメカニカルシー
ルにおいては、静止環や回転環の密封端面に傷を生じる
とそのシール能が低下する。このような問題に関連する
従来技術としては、例えば特開平３−１７５１９７号公
報や特開平１０−２８６５６８号公報に開示の例が知ら
れている。2. Description of the Related Art For example, a seal for a pump in a water supply system to a boiler in a thermal power plant is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Publication No.
A mechanical seal having a general structure as disclosed in Japanese Patent No. 29723 is widely used. In this mechanical seal, the stationary ring on the seal housing side and the rotating ring on the rotating shaft side form a seal portion by making their sealing end faces slidably contact with each other so as to be relatively rotatable. A sealing liquid that also cools the sliding surface is supplied to the moving surface in a circulating manner. In such a mechanical seal, if the sealing end face of the stationary ring or the rotating ring is damaged, the sealing ability is reduced. Examples of the related art related to such a problem are disclosed in, for example, JP-A-3-175197 and JP-A-10-286568.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】一般的にはメカニカル
シールにおいてその静止環や回転環の密封端面に傷を生
じることは考えにくいと言える。しかし、最近、給水系
で用いられるメカニカルシールでそのシール能が低下す
るという事態が発生した。そこで本願発明者等はその原
因を追求してきた。まず明らかになったことは、カーボ
ン材が用いられている静止環でなく炭化珪素材が用いら
れている回転環の密封端面に凹みのような状態で磨耗性
の傷が部分的に発生しており、これがシール能の低下要
因となっていることであった。このように、硬い炭化珪
素材の回転環の密封端面に磨耗傷を生じることは一般に
考えにくいことである。そこでその発生原因を分析した
ところ、ボイラや給水系の配管等の鉄材における腐食を
抑制するために供給水に施されている揮発性物質処理で
鉄材に耐食性の保護皮膜として生成するマグネタイト
（Ｆｅ3 Ｏ4 ）が大きく関係していることが明らかにな
った。すなわち保護皮膜として生成するマグネタイト
は、かなり硬質で、その一部がサブミクロンオーダーの
微粒子となって供給水中に混入し、この供給水をシール
液に利用しているメカニカルシールにおける静止環と回
転環との摺動面にマグネタイトの微粒子が入り込むこと
により、これが研磨材となって回転環の密封端面に磨耗
傷を生じるということである。In general, it can be said that it is unlikely that a mechanical seal will damage the sealing end faces of the stationary ring and the rotating ring. However, recently, a situation has occurred in which the sealing ability of a mechanical seal used in a water supply system is reduced. Therefore, the present inventors have pursued the cause. First, it became clear that abrasion scars were partially formed on the sealed end face of the rotating ring made of silicon carbide material instead of the stationary ring made of carbon material, like a dent. This was the cause of the decrease in the sealing ability. As described above, it is generally difficult to imagine abrasion damage on the sealed end face of the rotating ring made of hard silicon carbide material. Therefore, when the cause of the generation was analyzed, it was found that magnetite (Fe 3 O 4 ) was found to be significantly related. In other words, the magnetite produced as a protective film is quite hard, and some of it becomes fine particles on the order of submicrons and mixes into the supply water. When the magnetite particles enter the sliding surface of the rotating ring, the fine particles become an abrasive and cause wear and tear on the sealed end face of the rotating ring.
【０００４】ところで、腐食抑制のための水処理の方式
には揮発性物質処理の他に酸素処理がある（例えば、
「酸素処理プラント給水管理への電気化学的手法適用試
験」：火力原子力発電、Vol.49 No.2 Feb.1998）。酸素
処理の場合には保護皮膜としてヘマタイト（α−Ｆｅ2
Ｏ3 ）を生成させる。このヘマタイトはマグネタイトと
に較べてかなり軟質である。したがってシール液につい
ては酸素処理的な条件とすることでヘマタイトが優勢的
に生成するようにすれば、上記のような摺動面における
磨耗傷の発生を効果的に防止できる可能性がある。その
ような観点から試験を行なったところ、期待通りの効果
が得られた。[0004] By the way, as a water treatment system for controlling corrosion, there is an oxygen treatment in addition to a volatile substance treatment (for example,
"Test of application of electrochemical method to water supply management of oxygen treatment plant": Thermal and Nuclear Power, Vol.49 No.2 Feb.1998). In the case of oxygen treatment, hematite (α-Fe 2
O 3 ). This hematite is considerably softer than magnetite. Therefore, if hematite is predominantly generated by setting the sealing liquid under an oxygen-treating condition, it is possible that the occurrence of abrasion damage on the sliding surface as described above can be effectively prevented. When the test was performed from such a viewpoint, the expected effect was obtained.
【０００５】本発明は上記のような知見に基づいてなさ
れたものであり、メカニカルシールについて、それにお
けるシール液をヘマタイトが優勢的に生成する条件とす
ることで、耐久性の向上を図ることを目的としている。[0005] The present invention has been made based on the above-described findings, and it is intended to improve the durability of a mechanical seal by setting a condition in which hematite is predominantly generated in the seal liquid. The purpose is.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的のために本発明
では、揮発性物質処理がなされる水の給水系に用いら
れ、当該給水系における前記揮発性物質処理水を利用し
たシール液の冷却などのためのシール液循環部を備えた
メカニカルシールにおいて、前記シール液循環部に酸素
供給手段を設け、この酸素供給手段で前記シール液に酸
素を供給するようにしたことを特徴としている。According to the present invention, there is provided a water supply system in which a volatile substance is treated, and cooling of a sealing liquid using the volatile substance-treated water in the water supply system. In a mechanical seal provided with a seal liquid circulating section for such purposes, an oxygen supply means is provided in the seal liquid circulating section, and oxygen is supplied to the seal liquid by the oxygen supply means.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について説明する。第１の実施形態によるメカニカルシ
ールの構成を簡略化して図１に示す。図１のメカニカル
シールは、例えば火力発電所のボイラへの給水用ポンプ
に用いられるものであり、本体部Ｍとシール液循環部Ｓ
からなる。本体部Ｍは、シールハウジング１に固定され
た静止環２と回転軸３に装着された回転環４とを備えて
おり、これら静止環２と回転環４が互いの密封端面２ｆ
と４ｆを相対回転可能に摺接させることでシール部を形
成している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows a simplified configuration of the mechanical seal according to the first embodiment. The mechanical seal shown in FIG. 1 is used for, for example, a pump for supplying water to a boiler of a thermal power plant, and includes a main body M and a seal liquid circulation section S.
Consists of The main body M includes a stationary ring 2 fixed to the seal housing 1 and a rotating ring 4 mounted on the rotating shaft 3. The stationary ring 2 and the rotating ring 4 are mutually sealed end faces 2 f.
And 4f are slidably contacted so as to be relatively rotatable to form a seal portion.
【０００８】静止環２のシールハウジング１への固定は
シールハウジング１のフランジ部５を介してなされ、両
者の間にはＯリング６を介在させてある。一方、回転環
４の回転軸３への装着は、回転軸３に対し軸線方向では
摺動可能であるが相対回転は不能な状態でなされ、両者
の間には軸パッキン７を介在させてある。そして回転環
４は、回転軸３に固定してあるリテーナ８に支持させた
スプリング９により回転軸３の軸線方向に付勢されるこ
とでその密封端面４ｆを静止環２の密封端面２ｆに対し
圧接させるようにされている。またこの回転環４には、
その外周部に適宜な間隔で凹溝１０ｇを複数形成するこ
とでインペラ１０が設けられている。The stationary ring 2 is fixed to the seal housing 1 through a flange portion 5 of the seal housing 1, and an O-ring 6 is interposed between the two. On the other hand, the rotation ring 4 is mounted on the rotation shaft 3 in a state where the rotation ring 3 can slide with respect to the rotation shaft 3 in the axial direction but cannot rotate relative to the rotation shaft 3, and a shaft packing 7 is interposed between the two. . The rotating ring 4 is urged in the axial direction of the rotating shaft 3 by a spring 9 supported by a retainer 8 fixed to the rotating shaft 3, so that its sealed end face 4 f is opposed to the sealed end face 2 f of the stationary ring 2. It is designed to be pressed. Also, this rotating ring 4 has
The impeller 10 is provided by forming a plurality of concave grooves 10g at appropriate intervals on the outer peripheral portion.
【０００９】静止環２と回転環４が形成するシール部に
は本体部Ｍで回転環４の側（図１中の左方）を満たして
いる揮発性物質処理水（供給水）の一部が流入してシー
ル液となる。このシール液は、例えば５０００ｃｍ3 程
度の量で、シール部とそこに接続するシール液循環部Ｓ
において閉じ込められような状態となって内部循環す
る。そのシール液循環部Ｓは、循環配管２０と冷却器２
１および酸素供給手段１２を備えており、冷却器２１で
冷却すると共に酸素供給手段２２で酸素を供給したシー
ル液を本体部Ｍのシール部に循環させるようになってい
る。冷却器２１は、流入配管２３により外部から供給さ
れて流出配管２４により戻って行く冷却媒体でシール液
を冷却するようにされている。その冷却媒体には、通
常、水が用いられ、この冷却水の温度は火力発電の場合
であれば、３５℃程度であるのが一般である。本実施形
態における酸素供給手段１２は、小型コンプレッサ２２
ｃと仕切弁２２ｂからなり、小型コンプレッサ２２ｃで
加圧空気を供給することで酸素をシール液に供給するよ
うにされている。A portion of the volatile substance treated water (supply water) that fills the side of the rotating ring 4 (left side in FIG. 1) with the main body portion M is formed in a seal portion formed by the stationary ring 2 and the rotating ring 4. Flows into the sealing liquid. This sealing liquid is, for example, in an amount of about 5000 cm 3 , in a sealing portion and a sealing liquid circulating portion S connected thereto.
Circulates in a state of being confined at The seal liquid circulating section S includes a circulation pipe 20 and a cooler 2.
1 and oxygen supply means 12, and the seal liquid cooled by the cooler 21 and supplied with oxygen by the oxygen supply means 22 is circulated through the seal portion of the main body M. The cooler 21 is configured to cool the seal liquid with a cooling medium supplied from the outside by the inflow pipe 23 and returned by the outflow pipe 24. Water is usually used as the cooling medium, and the temperature of the cooling water is generally about 35 ° C. in the case of thermal power generation. The oxygen supply means 12 in the present embodiment includes a small compressor 22
c and a gate valve 22b, and oxygen is supplied to the seal liquid by supplying compressed air by a small compressor 22c.
【００１０】本発明ではシール液をヘマタイトが優勢的
に生成する条件とするために、シール液における酸素濃
度が１００ｐｐｂ以上となるようにする。シール液を１
００ｐｐｂ以上の酸素濃度にするのに必要は空気の供給
量は、シール液の量とこのシール液の供給源である揮発
性物質処理水の酸素濃度により決まる。シール液の量は
上記のように５０００ｃｍ3 程度である。一方、一般的
な火力発電所における揮発性物質処理水は、その酸素濃
度が１０ｐｐｂ以下で、そのｐＨが９．３〜９．５とな
るようにされている。したがって必要な空気供給量は、
回転環４の側を満たしている揮発性物質処理水の側への
酸素の拡散が実質的にないとして、２ｃｍ3 程度とな
る。In the present invention, the oxygen concentration in the sealing liquid is set to 100 ppb or more in order to satisfy the condition that hematite is predominantly generated in the sealing liquid. 1 seal liquid
The supply amount of air necessary to make the oxygen concentration equal to or more than 00 ppb is determined by the amount of the sealing liquid and the oxygen concentration of the volatile substance treated water which is the supply source of the sealing liquid. The amount of the sealing liquid is about 5000 cm 3 as described above. On the other hand, the volatile substance-treated water in a general thermal power plant has an oxygen concentration of 10 ppb or less and a pH of 9.3 to 9.5. Therefore, the required air supply is
Assuming that there is substantially no diffusion of oxygen to the side of the volatile substance treated water filling the side of the rotating ring 4, it is about 2 cm 3 .
【００１１】シール液循環部Ｓからのシール液は、シー
ルハウジング１に設けてある流入口２５から本体部Ｍに
流入する一方で、同じくシールハウジング１に設けてあ
る流出口２６からシール液循環部Ｓに戻り、この間に回
転環４におけるインペラ１０により強制流動させるられ
ることで静止環２と回転環４の摺動面に入り込んでそこ
における液膜シール作用と冷却作用を発揮する。The seal liquid from the seal liquid circulating section S flows into the main body M through an inlet 25 provided in the seal housing 1, while flowing from an outlet 26 also provided in the seal housing 1. Returning to S, during this time, the impeller 10 in the rotating ring 4 forcibly flows to enter the sliding surfaces of the stationary ring 2 and the rotating ring 4 to exert a liquid film sealing function and a cooling function there.
【００１２】本発明ではシール液をヘマタイトが優勢的
に生成する条件とすることを要点としており、そのため
の第１の条件として、上記のようにシール液における酸
素濃度を１００ｐｐｂ以上に維持することに加えて、第
２の条件として、シール液の冷却器２１による冷却後の
温度を４０℃以下とするようにしている。以下にこのよ
うな条件とすることの理由について説明する。In the present invention, it is essential that the sealing liquid is set to a condition that hematite is predominantly generated. As a first condition for this, the oxygen concentration in the sealing liquid is maintained at 100 ppb or more as described above. In addition, as a second condition, the temperature of the seal liquid after cooling by the cooler 21 is set to 40 ° C. or less. The reason for setting such conditions will be described below.
【００１３】常に水と接触している鉄材の表面に耐食性
の保護皮膜としてマグネタイト（Ｆｅ3 Ｏ4 ）が生成す
るかヘマタイト（α−Ｆｅ2 Ｏ3 ）が生成するかは、水
の温度、ｐＨ、酸素濃度、および鉄イオン濃度により定
まり、外部的に操作が容易である温度と酸素濃度につい
ては、温度が高くて酸素濃度が低いほどマグネタイトが
生成しやすく、ヘマタイトはその逆の条件で生成しやす
い（例えば「高温水中における鉄の酸化物および水酸化
物の生成」：化学工学論文集、第１３巻第２号１９８
７）。つまりｐＨと鉄イオン濃度が一定であるとして、
温度と酸素濃度に関して境界的な条件があり、この境界
的な条件の何れ側とするかにより、マグネタイトとヘマ
タイトの何れかを優勢的に生成させることができる。そ
して酸素濃度に関する境界的な条件はほぼ１００ｐｐｂ
前後であると考えられている。The formation of magnetite (Fe 3 O 4 ) or hematite (α-Fe 2 O 3 ) as a corrosion-resistant protective film on the surface of an iron material that is always in contact with water depends on the temperature and pH of the water. The temperature and oxygen concentration, which are determined by the oxygen concentration and the iron ion concentration and are easily operated externally, are higher at higher temperatures and lower in oxygen concentration, and magnetite is more likely to be produced, and hematite is produced under the opposite conditions. Easy (for example, “Formation of iron oxides and hydroxides in high-temperature water”: Transactions of Chemical Engineering, Vol. 13, No. 2, 198)
7). In other words, assuming that the pH and iron ion concentration are constant,
There are boundary conditions regarding temperature and oxygen concentration, and either magnetite or hematite can be generated predominantly depending on which side of the boundary conditions. And the boundary condition regarding the oxygen concentration is almost 100 ppb.
It is thought to be around.
【００１４】一方、温度に関してはその境界的な条件は
必ずしも定かでない。ただ、マグネタイトの生成反応、
つまり水中への鉄の溶解により形成される水酸化第一鉄
（Ｆｅ（ＯＨ）2 ）からスタートし、酸素の供給が不十
分で且つ高温である条件の下で、Ｆｅ＋２Ｈ2 Ｏ→Ｆｅ
（ＯＨ）2 ＋Ｈ2 、そして３Ｆｅ（ＯＨ）2 →Ｆｅ3Ｏ4
＋２Ｈ2 Ｏ＋Ｈ2 と反応してマグネタイトを生成する
反応を考慮すると、実用的な範囲でできるだけ水温を低
くしてやることがマグネタイトの生成を抑制してヘマタ
イトを優勢的て生成させる上で好ましいと言える。これ
を具体的には考えると、上記のように冷却器２１におけ
る冷却水の温度が３５℃であることから、３５℃以下に
冷却することは不可能であり、冷却器２１の冷却容量を
大きくすることで実用的に可能な最大限の冷却レベルは
４０℃程度となる。On the other hand, the boundary condition of the temperature is not always clear. However, the reaction of generating magnetite,
That is, starting from ferrous hydroxide (Fe (OH) 2 ) formed by dissolution of iron in water, Fe + 2H 2 O → Fe under a condition where the supply of oxygen is insufficient and the temperature is high.
(OH) 2 + H 2 , and 3Fe (OH) 2 → Fe 3 O 4
Considering the reaction of generating + 2H 2 O + H 2 to generate magnetite, it can be said that it is preferable to keep the water temperature as low as possible within a practical range in order to suppress the generation of magnetite and generate hematite predominantly. Considering this concretely, since the temperature of the cooling water in the cooler 21 is 35 ° C. as described above, it is impossible to cool the water to 35 ° C. or less, and the cooling capacity of the cooler 21 is increased. By doing so, the maximum practically possible cooling level is about 40 ° C.
【００１５】図２に示すのは第２の実施形態によるメカ
ニカルシールである。本実施形態は、その酸素供給手段
３２の構成において第１の実施形態と異なる。すなわち
本実施形態における酸素供給手段３２は、酸化剤タンク
３２ｔに貯蔵してある酸化剤を注入ポンプ３２ｐでシー
ル液に供給するようにされている。FIG. 2 shows a mechanical seal according to a second embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the oxygen supply means 32. That is, the oxygen supply means 32 in the present embodiment is configured to supply the oxidizing agent stored in the oxidizing agent tank 32t to the sealing liquid by the injection pump 32p.
【００１６】図３に示すのは第３の実施形態によるメカ
ニカルシールである。本実施形態もその酸素供給手段４
２の構成において第１の実施形態と異なる。すなわち本
実施形態における酸素供給手段４２は、電気分解式であ
り、電極４２ｅと電源４２ｖを備え、電極４２ｅをシー
ル液に接触させてシール液を電気分解することで酸素を
発生させ、この酸素でシール液中の酸素濃度を高めるよ
うにしている。FIG. 3 shows a mechanical seal according to a third embodiment. In this embodiment, the oxygen supply means 4
The configuration of the second embodiment is different from that of the first embodiment. That is, the oxygen supply means 42 in the present embodiment is of an electrolysis type, includes an electrode 42e and a power supply 42v, generates oxygen by bringing the electrode 42e into contact with the sealing liquid to electrolyze the sealing liquid, and generates oxygen. The oxygen concentration in the seal liquid is increased.
【００１７】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
揮発性物質処理がなされる水の給水系に用いられメカニ
カルシールについて、そのシール液をヘマタイト優勢の
条件に維持するようにしているので、シール液中に研磨
性の大きなマグネタイトが混入するのを効果的に抑制す
ることができ、したがってマグネタイトの微粒子に起因
する摺動面の損傷を有効に防止でき、耐久性を向上させ
ることができる。As described above, according to the present invention,
As for the mechanical seal used in the water supply system of the water to be treated with volatile substances, the seal liquid is maintained under the predominant condition of hematite, so that highly abrasive magnetite is mixed into the seal liquid. Therefore, damage to the sliding surface due to magnetite particles can be effectively prevented, and the durability can be improved.
【図１】第１の実施形態によるメカニカルシールの構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a mechanical seal according to a first embodiment.
【図２】第２の実施形態によるメカニカルシールの構成
図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a mechanical seal according to a second embodiment.
【図３】第３の実施形態によるメカニカルシールの構成
図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a mechanical seal according to a third embodiment.
２２ 酸素供給手段 ３２ 酸素供給手段 ４２ 酸素供給手段 Ｓ シール液循環部 22 Oxygen supply means 32 Oxygen supply means 42 Oxygen supply means S Seal liquid circulation section
Claims (3)
用いられ、当該給水系における前記揮発性物質処理水を
利用したシール液の冷却などのためのシール液循環部を
備えたメカニカルシールにおいて、前記シール液循環部
に酸素供給手段を設け、この酸素供給手段で前記シール
液に酸素を供給するようにしたことを特徴とするメカニ
カルシール。1. A mechanical seal which is used in a water supply system for water to be subjected to volatile substance treatment and has a seal liquid circulation part for cooling a seal liquid using the volatile substance treated water in the water supply system. 3. The mechanical seal according to claim 1, wherein an oxygen supply unit is provided in the seal liquid circulation unit, and the oxygen supply unit supplies oxygen to the seal liquid.
上に維持するようにした請求項１に記載のメカニカルシ
ール。2. The mechanical seal according to claim 1, wherein the oxygen concentration in the seal liquid is maintained at 100 ppb or more.
の冷却温度を４０℃以下とするようにした請求項１また
は請求項２に記載のメカニカルシール。3. The mechanical seal according to claim 1, wherein the cooling temperature of the seal liquid by the cooler in the seal liquid circulation unit is set to 40 ° C. or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13863099A JP3723695B2 (en) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | mechanical seal |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000329239A true JP2000329239A (en) | 2000-11-30 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2011052544A1 (en) * | 2009-10-30 | 2013-03-21 | イーグル工業株式会社 | mechanical seal |
| JP5475919B1 (en) * | 2013-11-01 | 2014-04-16 | 巴工業株式会社 | Sealed decanter centrifuge |
-
1999
- 1999-05-19 JP JP13863099A patent/JP3723695B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPWO2011052544A1 (en) * | 2009-10-30 | 2013-03-21 | イーグル工業株式会社 | mechanical seal |
| JP5637518B2 (en) * | 2009-10-30 | 2014-12-10 | イーグル工業株式会社 | mechanical seal |
| JP5475919B1 (en) * | 2013-11-01 | 2014-04-16 | 巴工業株式会社 | Sealed decanter centrifuge |
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