JP2004308754A

JP2004308754A - 軸封装置

Info

Publication number: JP2004308754A
Application number: JP2003102037A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakamura; 淳中村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】メカニカルシールに対する異物の付着を簡易な構成により防止できる軸封装置を実現する。
【解決手段】流体圧縮機の回転駆動軸１１に、非接触形のメカニカルシール２０と、メカニカルシール２０と機内領域Ａとの間に設けられたラビリンスシール３０とが配置された軸封装置１０であって、ラビリンスシール３０近傍に開口し、流体圧縮機内（機内領域Ａ）の機内ガスＧを機外に放出する機内ガス放出ポート４４と、機内ガス放出ポート４４を開閉する開閉手段５２とを有する構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧縮機の軸部分とケーシング部分との隙間から機内の流体が機外へ漏れるのを防止する軸封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体圧縮機の軸封装置には、シール性に優れ保守性の良好な非接触形のメカニカルシールが多く採用されている。しかしながらこの非接触形メカニカルシールは、シールすべきガスに油分等の液状異物やスラッジ固体状異物が含有される場合、高圧側から低圧側にガスがリークする際に、密封端面に異物が付着、堆積して、シール機能が低下あるいは喪失する虞がある。
【０００３】
このため、まずラビリンスシールで軸封して、このラビリンスシールとメカニカルシールとの間に清浄な（異物を含有しない）窒素ガス等をシールガスとして供給することにより、異物を含有するガスをメカニカルシールに到達させず、密封端面への異物付着を防止する技術がある。
【０００４】
さらに、ラビリンスシールの溝底部に異物回収路を設けるとともにメカニカルシールとラビリンスシールとの間の領域に清浄なパージガスを供給して、異物回収路から異物を回収する手段を有する圧縮機も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、流体圧縮機は一般に、非常時または瞬停時等の過渡的な始動あるいは停止時に機内圧力が高くなる。メカニカルシールに静圧を与えるシールガスは、この機内圧力よりも常に高圧に保つ必要があるため、高圧のシールガス供給設備の設置を要し、設備が複雑大型化することも問題となっている。
【０００６】
この問題に対して、機内圧力が上限値となったときのみ高圧ガス源からの高圧ガスの供給を行うことにより、瞬停あるいは起動・発停時に要求される高圧のガス供給設備を小容量の容器でまかなうことも提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１３２６４０号公報（第２〜３頁、第７頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のような軸封構造では、シールガスを供給するための低圧ガス供給装置を常に駆動させておく必要がある。また、瞬停時等の機内圧力上昇時に高圧のシールガスを供給するための高圧ガス供給装置を設置する必要もある。さらに、機内圧力に応じてシールガスの供給源を高圧ガス供給源と低圧ガス供給源とで切り替えたり、異物回収タンク内の異物を排出するためにパージガス領域と圧縮機の吸入孔とを連通させる異物排出管を設けるなどするために、配管や制御系統が複雑になってしまい、装置の複雑化・大型化を免れていない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、メカニカルシールに対する異物の付着を簡易な構成により防止できる軸封装置を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の軸封装置は、流体圧縮機の回転駆動軸に、非接触形のメカニカルシールと、メカニカルシールと機内領域との間に設けられたラビリンスシールとが配置された軸封装置であって、ラビリンスシール近傍に開口し、流体圧縮機内のガスを機外に放出する機内ガス放出ポートと、機内ガス放出ポートを開閉する開閉手段とを有することを特徴としている。
【００１１】
上記請求項１に記載の軸封装置によれば、流体圧縮機の起動時に開閉手段を開放することにより、機内ガスを放出しながらシールガスを供給できるので、供給されるシールガスが機内圧力よりも低圧であっても、機内ガスがラビリンスシールを通過することを阻止し、機内ガスの含有異物がメカニカルシールに付着することを防止できる。したがって、簡易な構成によって非接触形メカニカルシールの機能の低下・喪失を防止し、良好なシール機能を長期間にわたり維持することができる。
【００１２】
また、流体圧縮機の運転中には、開閉手段を閉鎖することにより、機内より高圧のシールガスをシールガス空間に供給し、機内ガスがラビリンスシールを通過するのを阻止することができる。したがって、機内ガスに含有されている異物のメカニカルシールに付着によるシール機能の低下を防ぐことができる。
【００１３】
請求項２に記載の軸封装置は、請求項１に記載の軸封装置において、メカニカルシールとラビリンスシールとの間に形成されるシールガス空間および流体圧縮機に連通して、流体圧縮機で昇圧された機内ガスをシールガスとしてシールガス空間に導入する機内ガス供給路を備えることを特徴としている。
【００１４】
上記請求項２に記載の軸封装置によれば、圧縮された機内ガスをシールガスとして供給できるので、シールガス用の高圧ガス供給源を設ける必要がない。また、流体圧縮機の起動時に、機内圧力が低下してシールガスとしては低圧となっている状態であっても、機内圧力が十分高圧になるまで開閉手段を開放して機内ガスを放出させることにより、シールガスを昇圧させるポンプ等を設置しなくても、機内ガスがラビリンスシールを通じてシールガス空間へ流出するのを防ぐことができる。したがって、装置を大型化させずに、簡易な構成によってメカニカルシールの機能を良好に維持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１および図２を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態による軸封装置１０の要部である。この軸封装置１０は、爆発性・可燃性・毒性を有するガス（たとえば天然ガス・プロパンガス・ブタジエンガス等）を圧縮する流体圧縮機Ｍの回転駆動軸１１とケーシング１４との間に取り付けられ、流体圧縮機Ｍ内（機内領域Ａ）の機内ガスＧが回転駆動軸１１とケーシング１４との隙間から大気（機外領域Ｃ）へ流出するのを防止する装置である。
【００１６】
まず、この軸封装置１０の各構成部材について以下に説明する。
軸封装置１０は、流体圧縮機Ｍの軸封部分に設けられた非接触形のメカニカルシール２０と、このメカニカルシール２０に静圧を与えるシールガス空間Ｂ１と機内領域Ａとを区画するラビリンスシール３０と、メカニカルシール２０からリークしたシールガスｇが流入するシールガスリーク空間Ｂ２と機外領域Ｃとを区画するシールケース４０とを備えている。
【００１７】
メカニカルシール２０は、回転駆動軸１１側に取り付けられて回転駆動軸１１と一体に回転する回転シール部材２１と、シールケース４０側に取り付けられた静止シール部材２２とが、それぞれ回転側シール面２１ａおよび静止側シール面２２ａを軸方向に対向させて配置された構成となっている。静止シール部材２２は、シールケース４０側に備えられた付勢部材２３によって、静止側シール面２２ａを回転側シール面２１ａに押しつけるように付勢されている。
【００１８】
このメカニカルシール２０は、機内側のシールガス空間Ｂ１と機外側のシールガスリーク空間Ｂ２との間に配置されて、シールガス空間Ｂ１がシールガスリーク空間Ｂ２よりも高圧となることにより、両シール面２１ａ，２２ａ間に微小な間隙を生じさせ、回転シール部材２１と静止シール部材２２との間を非接触でシールすることができる。
シールガス空間Ｂ１には、シールケース４０に形成されたシールガス供給ポート４１からシールガスｇが供給される。このシールガスｇによって、シールガス空間Ｂ１はシールガスリーク空間Ｂ２よりも高圧となり、回転側シール面２１ａおよび静止側シール面２２ａ間からリークしたシールガスｇは、シールケース４０に設けられたシールガス放出ポート４２を通じてシールガスリーク空間Ｂ２から排出される。
【００１９】
シールガス供給ポート４１には、流体圧縮機Ｍで圧縮された高圧の機内ガスＧを供給する機内ガス供給路５０が接続されている。この機内ガス供給路５０の中途には、ここを通過するガスを濾過するフィルタＦが設けられており、シールガス空間Ｂ１には、機内ガス供給路５０を通じてフィルタＦで濾過された清浄な（異物や油分を含有しない）機内ガスＧがシールガスｇとして供給される。
つまり、シールガスｇは、流体圧縮機Ｍにて圧縮された高圧ガスをフィルタＦで濾過して得られた、油分や異物を含まない清浄なガスである。そして、シールガスリーク空間Ｂ２から排出されたシールガスｇは、フレアにて燃焼処理するか、あるいは被圧縮ガスとして流体圧縮機Ｍに再供給することもできる。
【００２０】
ラビリンスシール３０は、回転駆動軸１１側に取り付けられた回転側シール部材３１と、シールケース４０側に取り付けられた静止側シール部材３２とで構成され、回転側シール部材３１の内周面に形成されたシール溝３１ａと静止側シール部材３２の外周面４２ａとの間に微小な間隙を形成してシール機能を発揮し、シールガス空間Ｂ１と機内領域Ａとを区画している。
【００２１】
このラビリンスシール３０は、機内領域Ａとシールガス空間Ｂ１との間に配置され、両領域に圧力差があるときに高圧側から低圧側へと極微量のガスが流れるようになっている。すなわち、流体圧縮機Ｍが運転されている間は、機内よりも高圧のシールガスｇがシールガス空間Ｂ１に供給されることにより、機内領域Ａの機内ガスＧは、このラビリンスシール３０によって機外への流出が防止されている。なお、本実施形態ではシールガスｇは機内領域Ａで圧縮されたガスであるから、このシールガスｇによって機内ガスＧが薄められたり変質したりすることはない。
【００２２】
また、このラビリンスシール３０の近傍には、シール溝３１ａに連通する機内ガス放出ポート４４が開口している。この機内ガス放出ポート４４には、機内ガス放出路５１が接続され、制御手段１５により制御されて機内ガス放出ポート４４を開閉する開閉バルブ（開閉手段）５２が設けられている。ラビリンスシール３０は、この開閉バルブ５２を閉止しているときは通常のシールとして機能する。開閉バルブ５２が開放されているときは、機内領域Ａまたはシールガス空間Ｂ１のうちいずれか高圧側から流出したガスがラビリンスシール３０に流入し、機内ガス放出ポート４４を通じて排出されることになる。
【００２３】
つまり、機内領域Ａがシールガス空間Ｂ１よりも高圧のときにこの開閉バルブ５２を開放することにより、機内ガスＧをシールガス空間Ｂ１側に流出させず、機内ガス放出路５１から排出することができる。
なお、この機内ガス放出ポート４４は、機内領域Ａとシールガス空間Ｂ１との圧力差が大きいほど、機内領域Ａ側に設けることが望ましい。
また、機内ガス放出路５１から放出された機内ガスＧは、フレアまたは流体圧縮機Ｍに再供給することができる。
【００２４】
なお、図１に示す軸封装置１０では、メカニカルシール２０よりも機外側に、さらにラビリンスシール１２、メカニカルシール１３および隔離ガス供給ポート４３が備えられている。このラビリンスシール１２、メカニカルシール１３および隔離ガス供給ポート４３は、シールガスリーク空間Ｂ２が高圧となった場合など、メカニカルシール２０からリークしたシールガスｇがシールガス放出ポート４２から排出されない場合にも、機外領域Ｃに放出されるのを防止するための構成である。
【００２５】
次に、本実施形態の軸封装置１０全体の機能について、軸封装置１０を備えた流体圧縮機Ｍの要部概要を示す図２を参照して説明する。
流体圧縮機Ｍが運転中であるとき、軸封装置１０では、制御手段１５によって開閉バルブ５２が閉止されており、機内領域Ａは高圧となっている。機内領域Ａで圧縮され吐出ポートＭ１から吐出されたガスは機内圧よりも高圧となっており、機内ガス供給路５０を経由してフィルタＦで濾過された後、シールガスｇとしてシールガス空間Ｂ１に供給されている。
【００２６】
シールガス空間Ｂ１内のシールガスｇは、シールガス空間Ｂ１が機内領域Ａおよびシールガスリーク空間Ｂ２よりも高圧となっているので、その一部がラビリンスシール３０を通過して機内領域Ａへ循環され、残りがメカニカルシール２０からリークしてシールガスリーク空間Ｂ２へ流入する。このシールガスｇがメカニカルシール２０を通過するときに生じる静圧により、回転側シール面２１ａと静止側シール面２２ａとの間が離間されて、非接触のシール状態が維持される。そして、メカニカルシール２０からリークしてシールガスリーク空間Ｂ２に流入したシールガスｇは、シールガス放出ポート４２を通じて流体圧縮機Ｍから排出される。
【００２７】
停止している流体圧縮機Ｍを起動するとき、機内領域Ａが昇圧されるまでは、吐出ポートＭ１から機内ガス供給路５０を通じてシールガス空間Ｂ１に供給されるシールガスｇも低圧であり、シールガス空間Ｂ１よりも機内領域Ａの方が高圧となっているので、流体圧縮機Ｍの起動とともに制御手段１５によって開閉バルブ５２が開放される。開閉バルブ５２が開放されることにより、機内領域Ａの機内ガスＧは、ラビリンスシール３０を機内ガス放出ポート４４まで流れ、ここから機外に排出されるので、シールガス空間Ｂ１に流れ込んでメカニカルシール２０の両シール面２１ａ，２２ａに到達することがない。
【００２８】
以上説明したように、この軸封装置１０は、シールガスｇとして機内領域Ａで圧縮されたガスを供給しているので、シールガスとして窒素ガス等を供給するタンクやポンプ等の設備が不要で、小型で簡易な構成である。
また、シールガス空間Ｂ１と機内領域Ａとを分かつラビリンスシール３０近傍に、開閉可能な機内ガス放出ポート４４を設けているので、シールガス空間Ｂ１よりも機内領域Ａが高圧となる流体圧縮機Ｍの起動時にも、機内ガスＧがメカニカルシール２０まで流出して異物を付着させることがなく、シール機能を低下させるのを防止することができる。
【００２９】
なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の軸封装置は、流体圧縮機の回転駆動軸に、非接触形のメカニカルシールと、メカニカルシールと機内領域との間に設けられたラビリンスシールとが配置された軸封装置であって、ラビリンスシール近傍に開口し、流体圧縮機内のガスを機外に放出する機内ガス放出ポートと、機内ガス放出ポートを開閉する開閉手段とを有する構成を採用した。
【００３１】
この構成によれば、流体圧縮機の起動時に開閉手段を開放することにより、機内ガスを放出しながらシールガスを供給できるので、シールガスが機内圧力よりも低圧であっても、機内ガスがラビリンスシールを通過することを阻止し、機内ガスの含有異物がメカニカルシールに付着することを防止できる。したがって、簡易な構成によって非接触形メカニカルシールの機能の低下・喪失を防止し、良好なシール機能を長期間にわたり維持することができる。
【００３２】
本発明の請求項２に記載の軸封装置は、メカニカルシールとラビリンスシールとの間に形成されるシールガス空間および流体圧縮機に連通して、流体圧縮機で昇圧された機内ガスをシールガスとしてシールガス空間に導入する機内ガス供給路を備える構成を採用した。
【００３３】
この構成によれば、圧縮された機内ガスをシールガスとして供給できるので、シールガス用の高圧ガス供給源を設ける必要がない。また、流体圧縮機の起動時に、機内圧力が低下してシールガスとしては低圧となっている状態であっても、機内圧力が十分高圧になるまで開閉手段を開放しておくことにより、シールガスを昇圧させるポンプ等を設置しなくても、機内ガスがラビリンスシールを通じてシールガス空間へ流出するのを防ぐことができる。したがって、装置を大型化させずに、簡易な構成によってメカニカルシールの機能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸封装置の一実施形態を示す半断面図である。
【図２】図１に示す軸封装置を備えた流体圧縮機の概要を示す模式図である。
【符号の説明】
１０・・・軸封装置
１１・・・回転駆動軸
２０・・・（非接触形）メカニカルシール
３０・・・ラビリンスシール
４４・・・機内ガス放出ポート
５０・・・機内ガス供給路
５２・・・開閉バルブ（開閉手段）
Ａ・・・機内領域
Ｂ１・・・シールガス空間
ｇ・・・シールガス
Ｇ・・・機内ガス
Ｍ・・・流体圧縮機

Claims

流体圧縮機の回転駆動軸に、非接触形のメカニカルシールと、該メカニカルシールと機内領域との間に設けられたラビリンスシールとが配置された軸封装置であって、
前記ラビリンスシール近傍に開口し、前記流体圧縮機の機内ガスを機外に放出する機内ガス放出ポートと、該機内ガス放出ポートを開閉する開閉手段とを有することを特徴とする軸封装置。
前記メカニカルシールと前記ラビリンスシールとの間に形成されるシールガス空間および前記流体圧縮機に連通して、該流体圧縮機で昇圧された前記機内ガスをシールガスとして前記シールガス空間に導入する機内ガス供給路を備えることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置。