JP2011099532A - 攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主に低速回転域で使用されながら、低コスト、省スペースで安定使用できるように改善された攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置を提供する。
【解決手段】攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置において、プロセス側の第１メカニカルシールＳ１と、大気側の第２メカニカルシールＳ２と、第１及び第２メカニカルシールＳ１，Ｓ２にシール流体ｅを給排するシール流体経路Ｗと、を有して攪拌機に組込み可能なダブルメカニカルシールＳ、及び、シール流体経路Ｗの出口２２ａとシール流体経路Ｗの入口２１ａとを繋ぐ外部流路２３に、シール流体ｅを強制循環させるマグネットポンプ１と、シール流体ｅに圧を作用させる流体圧付与手段２とを設けて成るシール流体循環機構２４を有して構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置に関するものである。

攪拌機に使用されるダブルメカニカルシールとしては、特許文献１や特許文献２において開示されるものが知られている。これらにおけるシール部分の潤滑に関する構成としては、前者のものでは一方のメカニカルシール（Ｓ１）と他方のメカニカルシール（Ｓ２）との間に封液空間（６）を設けており、後者のものでは一対のシールを内装する閉鎖空間部に密封液（３）を供給するように構成されている。

例えば、特許文献２に示されるダブルメカニカルシールでは、閉鎖空間に供給する密封液（３）を、一対の循環孔（４），（４）を用いて外部から給排させる循環構造が採られている。この場合、シール流体（軸封液等）の循環装置としては、特許文献３にて開示されるように、ポンプ等のプレッシャーユニット（３）と均圧管（６）とその他等を有するものや、特許文献４（第３図）にて開示されるように、ポンプ（６４）、軸封液ポット（６３）、熱交換器（６５）、その他等を有するものが知られている。

また、図示等は省略するが、一方のメカニカルシールにシール液を循環させるポンプ機能を持つものもある。ポンプ機能付のダブルメカニカルシールでは、高速回転されるとポンプ機能による自己循環作用でシール液が循環されるが、低速回転域が多用される攪拌機においては自己循環作用は期待できず、故に外部駆動型のシール流体循環装置が必要になる。このシール流体循環装置には、プロセス圧に勝るシール圧を付与すべくシール液に圧を掛ける加圧手段と、その加圧されたシール液を強制循環させるポンプとを必要とする場合が多い。

従来、上述したシール流体循環装置において使用されるポンプの多くは、メカニカルシール部を有するポンプであってそこから漏れる問題も追加される。そのため、シール流体を補充するための大きなタンクや配管類や、場合によってはその高圧で大型の機器を扱うための法規手段（高圧ガス保安法、労働安全衛生法）が必要になり、コストや設置スペースが肥大化する傾向にあった。また、シール流体を加圧する手段としてポンプを採択した場合には、その加圧用ポンプのシール部からの漏れの問題も出る。

特開２００５−１７２１５５号公報 特開２０００−０６５２１８号公報 特開平３−２７２３６９号公報 特開平２−３０４２７０号公報

本発明の目的は、主に低速回転域が使われるものでありながら、低コスト、省スペースで安定使用できるように改善された攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置において、回転軸９とハウジング８とに亘って構成されるプロセス側の第１メカニカルシールＳ１と、前記回転軸９と前記ハウジング８とに亘って構成される大気側の第２メカニカルシールＳ２と、前記第１及び前記第２メカニカルシールＳ１，Ｓ２にシール流体ｅを給排するシール流体経路Ｗと、を有して攪拌機に組込み可能なダブルメカニカルシールＳ、及び、前記シール流体経路Ｗの出口２２ａと前記シール流体経路Ｗの入口２１ａとを繋ぐ外部流路２３に、シール流体ｅを強制循環させるポンプ１と、シール流体ｅに圧を作用させる流体圧付与手段２とを設けて成るシール流体循環機構２４を有し、前記ポンプ１が、シール流体ｅに対するシール部を持たないシールレスポンプで構成されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置において、前記シールレスポンプ１がマグネットポンプであることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置において、前記流体圧付与手段２がアキュムレータであることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、シール液を強制循環させるポンプとしてシール部を持たないシールレスポンプを用いているので、ポンプからの漏れを考える必要がなく、従って、外部流路、つまりはシール流体循環機に構造上漏れが出る箇所を皆無にすることが可能になる。シールレスポンプは構造的に漏れないから、漏えいを監視する必要がなく、ランニングコストの削減をもたらす。その結果、主に低速回転域が使われるものでありながら、低コスト、省スペースで安定使用できるように改善された攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置を提供することができる。

尚、シールレスポンプとしては、請求項２のようにマグネットポンプが経済的であり、流体圧付与手段としては、請求項３のようにアキュムレータを用いるの経済的である。

攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置の構造を示す概略図（実施例１） 図１のダブルメカニカルシールの詳細構造を示す要部の断面図

以下に、本発明による攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

〔実施例１〕
図１に、実施例１による攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置（以下、「シール液循環装置」と略称する）Ａが示されている。このシール液循環装置Ａは、ダブルメカニカルシールＳとシール液循環機構（シール流体循環機構の一例）２４とから構成されている。シール液循環機構２４は、攪拌機（図示省略）に用いられるダブルメカニカルシールＳのシール液（シール流体の一例）ｅを強制循環させるものであり、ポンプ１、アキュムレータ２、熱交換器３、種々の弁４〜７を有して構成されている。

ダブルメカニカルシールＳは、図１，図２に示すように、回転軸９とハウジング８とに亘って構成されるプロセス側の第１メカニカルシールＳ１と、回転軸９とハウジング８とに亘って構成される大気側の第２メカニカルシールＳ２と、第１及び第２メカニカルシールＳ１，Ｓ２にシール液ｅを給排するシール流体経路Ｗと、を有して攪拌機（図示省略）に組込み可能に構成されている。尚、図１における丸印のＰＴは圧力トランスミッター、丸印のＰＩは圧力計、カッコ書きのＳはシール液供給口であり、また、図２のハウジング８における符記のない矢印経路は、シール漏れ液を外部に導くためのドレン孔である。

ハウジング８は、プロセス側に位置するフランジ８Ａと、大気側に位置するシールケース８Ｂとを有している。回転軸９に嵌装される筒状のスリーブ１０は、ストッパーリング１１によって回転軸９と一体回転し、かつ、シールケース８Ｂにボルト止めされるセットプレート１２によって回転軸９の軸心Ｐ方向に位置決めされている。ハウジング８の内側におけるスリーブ１０の外周部分にはシール用空間部１３が形成されており、そこに第１及び第２メカニカルシールＳ１，Ｓ２が構成されている。

第１メカニカルシールＳ１は、フランジ８Ａに封液状態で相対回動不能に内嵌される例えばカーボン製の第１静止密封環１４と、スリーブ１０に封液状態で外嵌されて第１静止密封環１４側に押圧付勢される例えば超硬合金製の第１回転密封環１５と、を有して構成されている。第１回転密封環１５を押圧付勢する第１弾性機構１６は、スリーブ１０に外嵌固定される筒状のリテーナ１７と第１回転密封環１５とに亘って架設される複数のコイルばねである。第１回転密封環１５とリテーナ１７とはピン・スライド構造によってトルク伝達可能であり、従って第１回転密封環１５は回転軸９に対して軸心Ｐ方向に相対移動可能で軸心Ｐ回りに一体回転する。

第２メカニカルシールＳ２は、シールケース８Ｂに封液状態で相対回動不能に内嵌される例えばカーボン製の第２静止密封環１８と、スリーブ１０に封液状態で外嵌されて第２静止密封環１８側に押圧付勢される例えば超硬合金製の第２回転密封環１９と、を有して構成されている。第２回転密封環１９を押圧付勢する第２弾性機構２０は、前記リテーナ１７と第２回転密封環１９とに亘って架設される複数のコイルばねである。第２回転密封環１９とリテーナ１７とはピン・スライド構造によってトルク伝達可能であり、従って第２回転密封環１９は回転軸９に対して軸心Ｐ方向に相対移動可能で軸心Ｐ回りに一体回転する。

より詳細には、第１静止密封環１４のシール面１４ａと第１回転密封環１５のシール面１５ａとが押圧接触されることにより、第１メカニカルシールＳ１の第１シール部（符記省略）が形成されている。そして、第２静止密封環１８のシール面１８ａと第２回転密封環１９のシール面１９ａとが押圧接触されることにより、第２メカニカルシールＳ２の第２シール部（符記省略）が形成されている。これら第１及び第２メカニカルシールＳ１，Ｓ２は、互いに同一部品から構成され、かつ、軸心Ｐ方向で互いに反対向きの姿勢でシール用空間部１３に配置されている。

ダブルメカニカルシールＳにおけるシール流体経路Ｗは、シールケース８Ｂとフランジ８Ａとに跨って形成される入力路２１と、シールケース８Ｂに形成される出力路２２と、これら双方に連通するシール用空間部１３とで形成される。入力路２１の基端が入口２１ａであり、出力路２２の終端が出口２２ａである。

シール液循環機構２４においては、入口２１ａと出口２２ａとを繋ぐ閉鎖ループの主流路（外部流路の一例）２３に、ポンプ１と熱交換器３とが直列で、かつ、ポンプ１がシール液ｅの流れ方向で上流側に位置する状態で組み込まれている。主流路２３におけるポンプ１と熱交換器３との間の部分には常閉型の開閉弁４が接続され、主流路２３における熱交換器３の下流側の箇所ａにはドレン連通される常閉型の開閉弁５が接続されている。また、前記箇所ａには、シール液ｅの供給部に連通される常閉型の開閉弁６、逆止弁７、及びシール液ｅを加圧するためのアキュムレータ（流体圧付与手段の一例）２がこの順で、かつ、アキュムレータ２が最も箇所ａに近くなる形態で直列に接続さえれている。尚、図１におけるｓｉ，ｓｏは、シール流体経路Ｗと主流路２３とを連通接続するための入力側継手、出力側継手である。

従来のシール部を有するポンプ、例えば渦巻きポンプは、固定した容器（ケーシング）中で、羽根車（インペラー） を高速で回転させるだけの単純な構造のものである。 羽根車を回転させるためには軸を通して外部に繋ぎ、モーター等で回すのであり、軸（シャフト）を回転自在に支承する為に軸受け（ベアリング）が設けられる。固定している容器（ケーシング）と回転している軸（シャフト）の間から液が漏れるのを防ぐ為に軸シールが設けられている。従って、その軸シールからの漏れの問題が残っている。

本発明においては、シール液ｅを強制循環させるポンプ１は、公知のマグネットポンプ（シール部を持たない「シールレスポンプ」の一例）で構成されている。マグネットポンプを簡単に説明すると、密閉容器のケーシングの内側を少し大きくして羽根車付きの軸に磁石をつけたものを組み込んだものであり、ケーシングの外側に電動モ−ターで回せるようにした磁石が取付けられている。電動モーターで外側の磁石を回すと、磁石と磁石は引っ張り合うので内側の磁石も同じように回り、内側の磁石が回るとそれにくっついている軸や羽根車も回って液体（シール液ｅ）を送ることができる。

このように、マグネットポンプは密閉容器に孔を設けずに羽根車を回すことができるので漏れることが無い。前述した軸シールも不要であり、シールを考える必要もない。マグネットポンプは構造的に漏れないから、漏えいを監視する必要がなく、ユーザーに莫大なランニングコストの削減をもたらす効果がある。

攪拌機に使用されるダブルメカニカルシールＳは、工業用ポンプに比較して低速の場合が多いので、メカニカルシールにポンプ機能が組み込まれていても、そのポンプ性能は低くて実用に適さない。また、缶内側（プロセス側）が高温の場合、停止中であっても冷却が必要となることもある。そこで、本願発明のシール流体循環装置Ａを用いれば、停止中や低速回転のときであっても、冷却性能上必要な循環流量（単位時間当りの流量）を一定量確保でき、そのための大掛かりなプレッシャーユニットを作製することなく、国内法規、例えば、高圧ガス保安法や労働安全衛生法に該当する部品を最小限に抑えることができる。故に、シール流体循環装置Ａの消費電力を抑えながら、シール液ｅの漏れが皆無となり、かつ、高圧での使用にも十分耐えることができるものを安価に提供できるに至った。

〔別実施例〕
シールレスポンプとしては、キャンドポンプやその他のポンプでも良い。また、流体圧付与手段としてアキュムレータの他、加圧用ポンプ（シールレスポンプが好都合）を設ける構成でも良い。シール流体は、シール液やその他の液でも良い。

１ ポンプ（マグネットポンプ）
２ 流体圧付与手段（アキュムレータ）
８ ハウジング
９ 回転軸
２１ａ 入口
２２ａ 出口
２３ 外部流路
２４ シール流体循環機構
Ｓ１ 第１メカニカルシール
Ｓ２ 第２メカニカルシール
Ｗ シール流体経路
ｅ シール液（シール流体）

Claims (3)

1. 回転軸とハウジングとに亘って構成されるプロセス側の第１メカニカルシールと、前記回転軸と前記ハウジングとに亘って構成される大気側の第２メカニカルシールと、前記第１及び前記第２メカニカルシールにシール流体を給排するシール流体経路と、を有して攪拌機に組込み可能なダブルメカニカルシール、及び、前記シール流体経路の出口と前記シール流体経路の入口とを繋ぐ外部流路に、シール流体を強制循環させるポンプと、シール流体に圧を作用させる流体圧付与手段とを設けて成るシール流体循環機構を有し、前記ポンプが、シール流体に対するシール部を持たないシールレスポンプで構成されている攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置。
2. 前記シールレスポンプがマグネットポンプである請求項１に記載の攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置。
3. 前記流体圧付与手段がアキュムレータである請求項１又は２に記載の攪拌機用ダブルメカニカルシールのシール流体循環装置。

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