JP2001289192A

JP2001289192A - シールアセンブリ

Info

Publication number: JP2001289192A
Application number: JP2001051149A
Authority: JP
Inventors: Leonard Arthur Hall; レオナルド・アーサー・ホール; Wayne Darren Read; ウェイン・ダレン・リード
Original assignee: John Crane UK Ltd
Current assignee: John Crane UK Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2001-10-19
Also published as: EP1128101B1; CA2337925C; DE60113894T2; US6708981B2; DE60113894D1; NO20010884D0; GB0004239D0; EP1128101A2; RU2285173C2; NO20010884L; EP1128101A3; CA2337925A1; NO331069B1; US20010017445A1

Abstract

(57)【要約】【課題】内側シールを通して漏洩したカ゛スの再循環に
より、カ゛スの燃焼ないし排出の必要性とそれによる必然
的な損失を避けるような装置を提供すること。【解決手段】加圧されたガス状生成物をシールするため
のシールアセンブリ(22)は以下のものを含む。すなわち、
軸方向に配置されて間にチャンハ゛を備える一対のシール(24、2
6)と、シールアセンブリ(22)の内側に配置され、シールされた
ガス状生成物とチャンハ゛(28)の間にあるカ゛スシール(24)と、ガ
ス状生成物にさらされるカ゛スシール(24)の両側に開口する流
入孔(38)とを含む。その流入孔はクリーンカ゛スの供給源に接
続され、シール(24、26)の間に画定されたチャンハ゛(28)はリサ゛ーハ
゛(50)に接続され、そのリサ゛ーハ゛(50)は圧力増強装置(70)
を介して流入孔(38)に再接続され、クリーンカ゛スの供給源に
接続されることで、リサ゛ーハ゛(50)内の圧力が既定された最
小値を下まわる場合、追加クリーンカ゛スがそこに供給され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシールアセンブリ、
とりわけ乾式ガスシールを利用したシールアセンブリに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガス圧縮機用のシールアセンブ
リでは、インペラー軸の両側にシールアセンブリを設
け、圧縮チャンバを、その吸入側と排出側でシールする
のが通例である。そのようなシールアセンブリは、典型
的には、相互に軸方向に間隔を置いて配置され、間にチ
ャンバを画定する一対のガスシールを含んでいる。

【０００３】内側のガスシールを通しての漏洩は、二つ
のガスシールの間に画定されたチャンバの中に集めら
れ、これまではダクトを通じてフレアスタック、ないし
通気口へと排出されていた。

【０００４】動的な条件下での漏洩は、圧縮機の吸入圧
力に応じて、典型的には毎分２０から１００標準リット
ルである。

【０００５】生成ガスは汚染されていることがあるの
で、内側シールの生成側に対しては、濾過された生成ガ
スを供給するのが慣例である。生成ガスは圧縮機の高圧
段、ないし代替的な供給源のいずれかから供給され、濾
過装置を介して配送され、内側シールの生成側に供給し
戻される。濾過されたガスの流れを確実にするために、
内側シールの生成側は吸入圧で作動している。シールに
配送される濾過ガスの量は、シールを通過する漏洩量を
超過しているので、過剰の濾過ガスは圧縮チャンバに流
入され、そこから生じる濾過されていない生成ガスが、
内側シールと接触することになるのを防ぐ。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そのような装置は、圧
縮機が作動している動的条件下では良く機能する。しか
しながら、静的な条件下では、圧縮機の吸入と排出の圧
力は一様になる。そのような条件下では、濾過されたガ
スを内側シールの生成側に排出させるような圧力差は存
在せず、濾過されたガスの圧送が必要になる。静的な条
件下では、内側シールを通しての漏洩は、動的な場合の
漏洩の２５％のオーダにまで減少する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、内側シールを
通して漏洩したガスが再循環され、それによってガスの
燃焼ないし排出の必要性とそれによる必然的な損失を避
けるような装置を提供する。補足的な利点は大気中への
排出ガスの実質的な減少である。

【０００８】本発明の一側面では、加圧されたガス状生
成物をシールするシールアセンブリは、軸方向に間隔を
置いて配置され、漏洩ガスを集めるチャンバを提供する
一対のシールと、このうち内側シールがシールされたガ
ス状生成物とチャンバの間に配置されるガスシールであ
ることと、内側シールのうちガス状生成物にさらされた
側の流入孔に対して、クリーンガスを供給するために備
えられている手段と、一対のシールの間に画定されたチ
ャンバがリザーバに接続されていることと、このリザー
バが圧力増強装置を介して流入孔に再接続されているこ
とと、リザーバ内の圧力が所定値を下回る場合、追加ク
リーンガスをリザーバに対して配送するために備えられ
た手段とからなる。

【０００９】上述したシールアセンブリによって、内側
シールを介して漏洩するクリーンガスがリザーバに集め
られて、内側シールの内側に再循環して戻される。従っ
て、漏洩ガスを燃焼ないし排出する必要性を避けること
ができる。

【００１０】動的な条件下では、圧力増強装置は、リザ
ーバ内の圧力を所定の限界範囲内に維持するために制御
される。

【００１１】前記装置がフレアスタックに接続されてい
る場合、前記した所定の限界はフレアスタックの背圧に
依存し、好ましくはフレアスタックの背圧の５％から９
５％、より好ましくは３０％から９５％となる。

【００１２】前記装置が大気中へと排気される場合、前
記所定限界の高い方は、リザーバと排気口の間の逆止弁
のばね荷重圧によって決められる。好ましい限界はばね
荷重圧の５％から９５％であり、より好ましくは３０％
から９５％である。

【００１３】フレアスタックの背圧又はばね荷重圧は、
大気圧より０．５ＭＰa（５ｂａｒ）ほど上までである
が、通常は大気圧の０．１から０．２ＭＰa（１から２
ｂａｒ）上程度である。

【００１４】静的な条件下では、圧力増強装置は、内側
シールの内側に通じる流入孔における流量が、内側シー
ルを通しての漏洩を超えるように制御されていて、これ
を行うために必要な追加クリーンガスが、クリーンガス
の供給源からリザーバに配送される。

【００１５】追加クリーンガスがリザーバに取り入れら
れ、内部に真空が生成されるのを防ぐ。好ましくは、追
加クリーンガスは、リザーバ内の圧力がフレアスタック
の背圧ないしばね荷重圧の３０％を下回る場合に、リザ
ーバに取り入れられる。更に好ましくは、追加クリーン
ガスは、リザーバ内の圧力が０．０３ＭＰa（０．３ｂ
ａｒ）を下回る場合に取り入れられる。

【００１６】発明の好ましい実施形態においては、漏洩
捕集チャンバを画定する内側シール及び外部シールの両
方がガスシールである。しかしながら、例えば、セグメ
ント化されたカーボンリング、緊密クリアランスブシ
ュ、ラビリンスシールなどの他の形態のシールが、チャ
ンバの外側に使用されることもある。更に、追加シール
は内側シールと生成チャンバの間に備えられることもあ
る。

【００１７】さて、本発明を、例示のみを目的として、
添付図面を参照して説明する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は吸入孔１２と排出孔１４を
有する圧縮機１０を概略的に図示している。インペラー
１６はベアリング２０に支持された軸１８に取着され、
回転する。シールアセンブリ２２は、圧縮機のハウジン
グとベアリング２０の間に備えられる。各シールアセン
ブリ２２は、間にチャンバ２８を画定するように軸方向
に間隔を置いた関係で配置された内側シール及び外部シ
ール２４、２６からなっている。ガスシール２４、２６
は従来型の設計である。これは、軸１８に取着されて一
緒に回転する回転子３０と、軸方向の可動なように取着
され、ハウジング３４に対してシールされた固定子３２
を有している。固定子３２は、図示されていない弾性手
段によって、回転子３０と係合するように軸方向に付勢
されている。溝が回転子３０ないし固定子３２のいずれ
かのシール面に備えられる。これらの溝は、軸１８が回
転する場合に、回転子３０と固定子３２の間にガスのク
ッションを生成する作用をする。

【００１９】こうした動的な条件下では、内側シール２
４を通しての漏洩は、圧縮機１０の大きさ、吸入圧、速
度に応じて、典型的には毎分２０から１００標準リット
ルのオーダである。圧縮機が動かない静的な状態の時に
は、弾性手段は回転子３０を固定子３２と係合するよう
に付勢し、内側シールを通しての漏洩を減少させる。そ
のような静的な条件下では、内側シール２４を通しての
漏洩は、典型的には動的な漏洩の２５％というオーダに
ある。圧縮機１０の排出孔１４ないし吸入圧よりも高圧
力の圧縮機の圧縮段からの生成ガスは、排出孔から出さ
れて点Ａで濾過アセンブリ３６に配送される。代替的に
は、代替的な供給源からのガスを点Ａに配送してもよ
い。この濾過されたガスはその後、内側シール２４の生
成側に対して開口した流入孔３８に排出される。この濾
過ガスはシール２４を通しての漏洩を超える速度で配送
され、過剰の濾過ガスは軸１８に沿って強制的に圧縮機
チャンバに送り込まれ、汚染の可能性のある濾過されて
いない生成ガスが内側シール２４に達するのを防いでい
る。圧縮機１０の排出側にある内側シール２４の生成側
は、経路４０によって吸入孔１２に接続されており、動
的な条件下では、圧縮機１０の両側にある内側シール２
４の生成側が、吸入圧で作動するようになっている。そ
の結果、吸入圧より高い圧力にある濾過ガスは、より低
い吸入圧にあるシール２４の生成側に配送される。

【００２０】以下の説明においては、圧縮機の両側にあ
るシールアセンブリ２２の各々に対する接続は同一であ
り、従って片方の側のシールアセンブリ２２についての
み説明を行う。内側シール２４を通しての漏洩ガスは、
シール２４とシール２６の間のチャンバ２８に集められ
る。この型のシールにおいては、チャンバ２８に集めら
れた作動上の漏洩ガスはこれまで、フレアスタック４４
に通じる経路５２ないし通気孔を介して配送されてい
た。フレアスタック４４内の圧力は、典型的には大気圧
より約０．１から０．２ＭＰa（約１から２ｂａｒ）高
いが、せいぜい高くとも０．５ＭＰa（５ｂａｒ）まで
である。通気孔は大気圧である。

【００２１】本発明においては、リザーバ５０はチャン
バ２８とフレアスタック４４ないし通気孔の間で経路５
２に接続されている。逆止弁５４は、リザーバ５０から
チャンバ２８に向かうガスの流れを防ぐ。逆止弁６０
が、リザーバ５０に通じる接続とフレアスタック４４な
いし通気孔との間に設けられている。この逆止弁６０
は、経路５２内の圧力がフレアスタックの圧力又は逆止
弁６０のばねの所定値を下まわる場合、閉じたままであ
る。従って、経路５２内の圧力がこれらの値を下まわっ
ている場合、シール２４を通過するガス漏洩はリザーバ
５０に集められる。経路５２内の圧力がフレアスタック
内の圧力、又は逆止弁のばね値を上回ると、逆止弁６０
は開放し、ガスがフレアスタック４４ないし通気孔へと
逃げることが可能となる。圧力安全弁５８がリザーバ５
０に備えられている。この圧力安全弁５８は、例えばシ
ール２４の破損などの装置の作動不全によって、内部圧
力が所定値を上回ってた場合に、リザーバ５０をフレア
スタック４４ないし通気孔に接続する。

【００２２】圧力増強装置７０はリザーバ５０に接続さ
れ、そこからのガスを圧送する。圧力増強装置は好まし
くは、１段ないし２段の昇圧ポンプであり、その内部で
は圧縮窒素、圧縮空気ないし供給源７２から圧送された
流体のいずれかによって、ピストンが駆動される。代替
的に、例えば電力駆動ポンプのような他型式の容積式ポ
ンプが使用されることもある。圧力増強装置７０は制御
装置７４によって制御される。圧力増強装置７０はリザ
ーバ５０からのガスを、経路７５及び逆止弁７６を介し
て配送し、流入孔３８に戻す。ここで、そのガスはシー
ル２４を介して再循環される。

【００２３】リザーバ５０への流入孔は更に、経路８０
を介して、フィルターアセンブリ３６の下流にある経路
７８にも接続されている。経路８０の下流にある逆止弁
８２は経路７５から経路８０へのガスの流れを防いでい
る。経路８０は更に、圧力制御弁８４も含んでいて、リ
ザーバ５０内の圧力が、例えば真空より０．０３ＭＰa
（０．３ｂａｒ）高い所定値を下まわった場合には、そ
の圧力制御弁８４が開く。経路７５も、圧力逃がし弁８
６及び逆止弁８８によってフレアスタック４４ないし通
気孔に接続されている。

【００２４】作動時は、圧縮機１０が作動している場
合、濾過ガスは通常の仕方で、圧縮機１０の吸入側と排
出側の間の圧力差によって、流入孔３８を介してガスシ
ール２４の生成側に配送される。フレアスタック４４内
で燃焼したり、通気孔に放出されたりせずにシール２４
を通過して漏洩する濾過ガスは、リザーバ５０内に集め
られる。圧力増強装置７０がリザーバ５０からの漏洩ガ
スの圧力を増加させることによって、漏洩ガスは流入孔
３８に戻されて再循環される。圧力増強装置７０は制御
装置７４によって制御され、リザーバ５０内の圧力を、
フレアスタックの圧力ないし通気装置にある逆止弁６０
のばね荷重圧の３０％から９５％の間に維持する。その
ような条件下では、圧力制御弁８４は閉じられたままな
ので、濾過ガスが更にリザーバ５０に配送されることは
ない。圧力指示スイッチ９０、９２、９４がリザーバ５
０に接続されている。リザーバ５０内の圧力が高い場合
は指示器９０が指示し、リザーバ５０内の圧力が低い場
合は指示器９２が指示し、リザーバ５０内の圧力が非常
に低い場合は指示器９４が指示する。電磁弁９６は自動
的に作動されて圧力増強装置への原動流体の供給を遮断
し、それによって、リザーバ５０内の圧力が非常に低け
れば、リザーバ５０からの圧送を停止する。

【００２５】圧縮機が作動していない静的な条件下で
は、圧縮機１０の吸入側と排出側の間に圧力差は存在し
ていないので、濾過ガスが流入孔３８を通ってシール２
４の生成側に流れ込むことはない。このような条件下で
は、圧力増強装置７０は制御装置７４によって制御され
て、シール２４を通しての正常作動の漏洩を超える割合
で、ガスをリザーバ５０から流入孔３８に圧送する。そ
の割合は、典型的には動的な漏洩の約２５％である。こ
の割合でのガスの圧送によって、リザーバ５０内の圧力
が低下する。その割合が既定値（典型的には０．０３Ｍ
Ｐa（０．３ｂａｒ））を下まわった場合、圧力制御弁
８４が開き、経路７８から更に濾過ガスが引き込まれる
ことになる。シール２４を通過して漏洩するものと同じ
ように、その後このガスは圧力増強装置７０によって圧
送されて流入孔３８に戻される。この仕方で、濾過ガス
はシール２４を通って連続的に再循環され、圧縮チャン
バ内のガスとシール２４の間にクリーンガスの障壁を生
成する。

【００２６】圧力増強装置７０の能力により、上述の装
置は、典型的には５ＭＰa（５０ｂａｒ）程度まで圧力
を増強する能力がある。より高圧の用途には、例えば図
２に示されているように、多段階の圧力増強が行われ
る。

【００２７】図２は２段階の圧力増強装置を示してい
る。この装置は１０ＭＰa（１００ｂａｒ）までの圧力
増強に適している。図１で示された実施形態において使
用されたものと同じ構成部品に対しては、同じ参照番号
が使用されている。この実施形態においては、第１リザ
ーバ５０からのガスは、先に開示されたような仕方で、
圧力増強装置７０によって圧縮され、第２リザーバ５
０’に圧送される。動的な条件下では、第２圧力増強装
置７０’は、第２リザーバ５０’内の圧力を既定値（約
３ＭＰa（約３０ｂａｒ））に維持するように制御され
る。この実施形態では、経路８０は第２リザーバ５０’
に通じる流入孔に接続されていて、第２リザーバ内の圧
力５０’が既定値（約２ＭＰa（約２０ｂａｒ））を下
まわる場合に、圧力制御装置８４が開かれる。第２リザ
ーバ５０’内のガスは、その後（１０ＭＰa程度（１０
０ｂａｒ程度）までの）必要な配送圧で圧力増強装置７
０’によって圧送されて配送され、流入孔３８に戻され
る。

【００２８】以上においては本発明は、二つのシールア
センブリが使用される用途について開示されてきたが、
本発明は同様に、ガスシールがチャンバの内側に位置
し、そのチャンバから漏洩ガスがフレアスタックないし
大気中に放出される、他のシールアセンブリにも適用で
きる。更に本発明は、少容量ないし低圧のガス漏洩しか
存在しない装置にも利用されうる。

【００２９】

【発明の効果】以上のごとく、本発明により内側シール
を通して漏洩するクリーンガスがリザーバを経て、内側
シール内側に戻される。それによって、漏洩ガスの燃焼
ないし排出という損失を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールアセンブリを概略的に図示して
いる。

【図２】本発明の代替的な実施形態を概略的に図示して
いる。

【符号の説明】

２２…シールアセンブリ２４…内側シール２８…チャンバ３８…流入孔４４…フレアスタック５０…リザーバ６０…逆止弁７０…圧力増強装置８４…圧力制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウェイン・ダレン・リードイギリス国バークス・エスエル６・８アールジー，メイデンヘッド，ブラックムーア・レーン・58

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧されたガス状生成物をシールするため
のシールアセンブリ（２２）であって、軸方向に間隔を置いて配置されて間にチャンバ（２８）
を画定する一対のシール（２４、２６）と、このうち内側シール（２４）がシールされたガス状生成
物とチャンバ（２８）の間に配置されたガスシールであ
ることと、内側シールのガス状生成物にさらされる側に開口する流
入孔（３８）にクリーンガスを供給するように備えられ
ている手段とからなるシールアセンブリにおいて、前記シールの間に画定されたチャンバがリザーバ（５
０）に接続され、前記リザーバ（５０）が圧力増強装置（７０）を介して
流入孔（３８）に再接続され、リザーバ（５０）内の圧力が所定の最小値を下まわる場
合に追加クリーンガスをリザーバ（５０）に配送する手
段が備えられていることを特徴とするシールアセンブ
リ。
【請求項２】リザーバ（５０）内の圧力が、所定の最大
値を下まわるように維持されることを特徴とする、請求
項１記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項３】リザーバ（５０）がフレアスタック（４
４）に接続されてなり、前記所定の最大値がフレアスタ
ック（４４）の作動背圧であることを特徴とする、請求
項２記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項４】前記リザーバ（５０）が通気孔に接続さ
れ、ばね負荷された逆止弁（６０）がリザーバ（５０）
と通気孔の間に備えられ、前記所定の最大値が前記逆止
弁（６０）のばね荷重圧であることを特徴とする、請求
項２記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項５】前記フレアスタックの作動背圧又は前記ば
ね荷重圧が、大気圧より０．５ＭＰa（５ｂａｒ）上ま
でであることを特徴とする、請求項３又は４に記載のシ
ールアセンブリ（２２）。
【請求項６】前記フレアスタックの作動背圧又は前記ば
ね荷重圧が、大気圧より０．１から０．２ＭＰa（１か
ら２ｂａｒ）上であることを特徴とする、請求項３又は
４に記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項７】動的な条件下で前記圧力増強装置（７０）
が、前記リザーバ（５０）内の圧力を所定の限界範囲内
に維持することを特徴とする、請求項３から６のいずれ
か一項に記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項８】前記圧力増強装置（７０）が、前記リザー
バ（５０）内の圧力を前記フレアスタックの作動背圧又
はばね荷重圧の５％から９５％の間に維持することを特
徴とする、請求項７記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項９】前記圧力増強装置（７０）が、前記リザー
バ内の圧力を前記フレアスタックの作動背圧又はばね荷
重圧の３０％から９５％の間に維持することを特徴とす
る、請求項７記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項１０】前記圧力増強装置（７０）が、シール
（２４）を介しての漏洩を超える割合で前記リザーバ
（５０）からのガスを圧送するように作動される事を特
徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のシー
ルアセンブリ（２２）。
【請求項１１】追加クリーンガスがガスを前記リザーバ
（５０）に配送する前記手段が圧力制御弁（８４）を含
み、この圧力制御弁（８４）は前記リザーバ（５０）内
の圧力が所定の最小値を下まわる場合に開放して、クリ
ーンガスを前記リザーバ（５０）に配送することを特徴
とする、請求項１０記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項１２】前記所定の最小値が、前記フレアスタッ
クの作動背圧又はばね荷重圧の３０％であることを特徴
とする、請求項１１記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項１３】前記所定の最小値が０．０３ＭＰa
（０．３ｂａｒ）であることを特徴とする、請求項１１
記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項１４】前記リザーバ内の圧力が第二の所定値を
下まわる場合に圧力増強装置（７０）を停止させる手段
が備えられていることを特徴とする、請求項１から１３
のいずれか一項に記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項１５】前記圧力増強装置（７０）が容積式ポン
プであることを特徴とする、請求項１から１４のいずれ
か一項に記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項１６】前記圧力増強装置（７０）が圧縮流体に
よって駆動されるガス昇圧ポンプであることを特徴とす
る、請求項１５記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項１７】漏洩ガスの圧力が多段階の行程で増強さ
れ、第１リザーバ（５０）からのガスが第１圧力増強装
置（７０）によって第２リザーバ（５０’）に圧送さ
れ、最終的に必要な圧力が達成されることを特徴とす
る、請求項１から１６のいずれか一項記載のシールアセ
ンブリ（２２）。
【請求項１８】リザーバ（５０’）内の圧力が所定値を
下まわる場合、追加クリーンガスが最終段階のリザーバ
（５０’）に取り入れられることを特徴とする請求項１
７記載のシールアセンブリ（２２）。
【請求項１９】クリーンガスが濾過された生成ガスであ
ることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項
に記載のシールアセンブリ。