JP2012241784A - Mechanical seal device for high-pressure fluid - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remarkably reduce running costs and initial costs without requiring a pressure unit by charging/filling an intermediate area with a seal liquid without circulating and supplying the seal liquid.SOLUTION: In a mechanical seal device for a high-pressure fluid, an intermediate area C is formed between a first mechanical seal 1a at a sealed fluid area side and a second mechanical seal 2a at an atmospheric area side and the intermediate area C is charged/filled with a seal liquid L of lower pressure than a sealed fluid area A. The mechanical seal device includes a pressure equalizer 4a configured by partitioning the inside of a cylinder 41 into a low-pressure fluid space 43b and a high-pressure fluid space 43a of which the piston pressure receiving area is smaller than that of the low-pressure fluid space 43b, by a piston 42. The intermediate area C is communicated and connected with the low-pressure fluid space 43b of the pressure equalizer 4a and the sealed fluid area A is communicated and connected with the high-pressure fluid space 43a of the pressure equalizer 4a, so that the pressure ratio of the sealed fluid area A and the intermediate area C can be kept fixed.

Description

本発明は、高圧流体を扱う回転機器(例えば、プロセスポンプ、ブロワ、圧縮機、タービン、攪拌器等)の軸封手段として使用されるメカニカルシール装置であって、複数の端面接触形のメカニカルシールを軸線方向に直列配置して、被密封流体領域と大気領域とをメカニカルシール間に形成された中間領域を介してシールするように構成された高圧流体用メカニカルシール装置に関するものである。   The present invention relates to a mechanical seal device used as a shaft sealing means of a rotating device (for example, a process pump, a blower, a compressor, a turbine, a stirrer, etc.) that handles high-pressure fluid, and a plurality of end-contact mechanical seals Are arranged in series in the axial direction, and the present invention relates to a mechanical seal device for high pressure fluid configured to seal a sealed fluid region and an atmospheric region through an intermediate region formed between mechanical seals.

この種のメカニカルシール装置として、一対の端面接触形のメカニカルシールを軸線方向に直列配置すると共に、両メカニカルシール間に形成された中間領域に被密封流体領域の圧力と異なる圧力のシール液(封液又は緩衝液)を循環供給して、被密封流体領域と大気領域とを中間領域を介して遮蔽シールするように構成されたものが周知であり、従来からも、中間領域に被密封流体領域より低圧の封液を循環供給させるように構成されたタンデムシール(例えば特許文献1を参照)や中間領域に被密封流体領域より高圧の封液を循環供給させるように構成されたダブルシール(例えば特許文献2を参照)が提案されている。   As this type of mechanical seal device, a pair of end-face contact type mechanical seals are arranged in series in the axial direction, and a sealing liquid (sealing) having a pressure different from the pressure of the sealed fluid region is formed in an intermediate region formed between the two mechanical seals. And a sealed fluid region and an atmospheric region are shielded and sealed via an intermediate region. Conventionally, a sealed fluid region is provided in the intermediate region. A tandem seal configured to circulate and supply a lower pressure sealing liquid (see, for example, Patent Document 1) or a double seal configured to circulate and supply a higher pressure sealing liquid from the sealed fluid region to the intermediate region (for example, (See Patent Document 2).

特開2010−223332公報JP 2010-223332 A 実開昭63−119969号公報Japanese Utility Model Publication No. 63-119969

しかし、このような従来のメカニカルシール装置にあっては、所定圧に保持されたシール液を中間領域に循環供給させるためにプレッシャユニットを付設する必要があった。このようなプレッシャユニットは高性能の循環ポンプ等を必要とするものであり、極めて高価である。したがって、プレッシャユニットを付設することにより、メカニカルシール装置のイニシャルコストやランニングコストが高騰するといった問題があった。   However, in such a conventional mechanical seal device, it is necessary to attach a pressure unit in order to circulate and supply the seal liquid maintained at a predetermined pressure to the intermediate region. Such a pressure unit requires a high-performance circulation pump or the like and is extremely expensive. Therefore, there is a problem that the initial cost and running cost of the mechanical seal device are increased by attaching the pressure unit.

また、被密封流体領域の圧力変動により被密封流体領域と中間領域との圧力関係が逆転して、メカニカルシールに逆圧が作用する虞れがあるが、従来のメカニカルシール装置ではこのような逆圧作用に適正に対応することができず、良好なシール機能を発揮できないといった問題があった。なお、逆圧に対応するためには高度且つ高価な圧力制御システムが必要となり、メンテナンスコストも含めたコストが大幅に高騰する。   In addition, the pressure relationship between the sealed fluid region and the intermediate region may be reversed due to pressure fluctuations in the sealed fluid region, and a reverse pressure may act on the mechanical seal. There was a problem that the pressure action could not be properly handled and a good sealing function could not be exhibited. In order to cope with the reverse pressure, an advanced and expensive pressure control system is required, and the cost including the maintenance cost is significantly increased.

さらに、停電等によりプレッシャユニットの循環ポンプが停止した場合には、中間領域の圧力が適正に維持されなくなり、過負荷によるシール破損につながるといった問題もあった。   Furthermore, when the circulation pump of the pressure unit is stopped due to a power failure or the like, there is a problem that the pressure in the intermediate region is not properly maintained and the seal is damaged due to overload.

本発明は、このような問題を生じることなく、良好なシール機能を発揮しうる実用的な高圧流体用メカニカルシール装置を提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to provide a practical high-pressure fluid mechanical seal device that can exhibit a good sealing function without causing such problems.

本発明は、複数の端面接触形のメカニカルシールを軸線方向に直列配置して、被密封流体領域と大気領域とをメカニカルシール間に形成された中間領域を介して遮蔽シールするように構成された高圧流体用メカニカルシール装置において、上記の目的を達成すべく、各中間領域に、これに隣接する中間領域又は被密封流体領域の圧力と異なる圧力のシール液を充填・封入し、各々がシリンダ内の密閉空間をこれに進退自在に装填したピストンにより低圧流体用空間とピストン受圧面積が低圧流体用空間より小さな高圧流体用空間とに仕切ってなる中間領域数と同一数の均圧器を設けて、各中間領域を各均圧器の低圧流体用空間及び高圧流体用空間の一方に連通接続すると共に当該中間領域に隣接する中間領域又は被密封流体領域に当該均圧器の低圧流体用空間及び高圧流体用空間の他方に連通接続して、各中間領域とこれに隣接する中間領域又は被密封流体領域との圧力比が夫々一定に保持されるように構成しておくことを提案するものである。なお、本発明において圧力とは大気圧を基準とするゲージ圧をいうものとする。   The present invention is configured such that a plurality of end face contact type mechanical seals are arranged in series in the axial direction, and the sealed fluid region and the atmospheric region are shield-sealed through an intermediate region formed between the mechanical seals. In the high-pressure fluid mechanical seal device, in order to achieve the above-mentioned purpose, each intermediate region is filled and sealed with a sealing liquid having a pressure different from the pressure of the intermediate region adjacent thereto or the sealed fluid region. The number of pressure equalizers equal to the number of intermediate regions formed by partitioning the space for low pressure fluid and the space for high pressure fluid whose piston pressure receiving area is smaller than the space for low pressure fluid is provided by a piston in which the sealed space of Each intermediate region is connected to one of the space for low pressure fluid and the space for high pressure fluid of each pressure equalizer and is connected to the intermediate region adjacent to the intermediate region or the sealed fluid region. Connect to the other of the low pressure fluid space and the high pressure fluid space so that the pressure ratio between each intermediate region and the adjacent intermediate region or sealed fluid region is kept constant. This is a proposal. In the present invention, the pressure means a gauge pressure based on the atmospheric pressure.

かかる高圧流体用メカニカルシール装置の好ましい第1の実施の形態としては、被密封流体領域側の第1メカニカルシールと大気領域側の第2メカニカルシールとの間に形成された中間領域に被密封流体領域より低圧のシール液を充填・封入したタンデムシールが提案される。このタンデムシールにあっては、中間領域を均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に被密封流体領域を当該均圧器の高圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と中間領域との圧力比を一定に保持するように構成される。   As a preferred first embodiment of such a mechanical seal device for high-pressure fluid, a sealed fluid is provided in an intermediate region formed between a first mechanical seal on the sealed fluid region side and a second mechanical seal on the atmospheric region side. A tandem seal filled and sealed with a lower pressure sealant than the region is proposed. In this tandem seal, the intermediate region is connected to the low pressure fluid space of the pressure equalizer and the sealed fluid region is connected to the high pressure fluid space of the pressure equalizer so that the sealed fluid region and the intermediate region are connected. The pressure ratio is maintained constant.

また、本発明の高圧流体用メカニカルシールの好ましい第2の実施の形態としては、被密封流体領域側の第1メカニカルシールと大気領域側の第3メカニカルシールと両メカニカルシール間に位置する第2メカニカルシールとを、第1及び第2メカニカルシールがダブルシール構造をなすと共に第2及び第3メカニカルシールがタンデムシール構造をなすように配置したトリプルシールが提案される。このトリプルシールにあっては、第1及び第2メカニカルシール間に形成される第1中間領域に被密封流体より高圧の第1シール液を充填・封入すると共に第2及び第3メカニカルシール間に形成される第2中間領域に第1中間領域より低圧の第2シール液を充填・封入し、第1中間領域を第1均圧器の高圧流体用空間に連通接続すると共に第2均圧器の高圧流体用空間に連通接続し、被密封流体領域を第1均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に第2中間領域を第2均圧器の低圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と第1中間領域との圧力比及び両中間領域の圧力比を夫々一定に保持するように構成される。   As a second preferred embodiment of the mechanical seal for high-pressure fluid of the present invention, the second mechanical seal located between the first mechanical seal on the sealed fluid region side, the third mechanical seal on the atmospheric region side, and both mechanical seals is used. A triple seal is proposed in which the first and second mechanical seals form a double seal structure and the second and third mechanical seals form a tandem seal structure. In this triple seal, the first intermediate region formed between the first and second mechanical seals is filled and sealed with a first seal liquid having a pressure higher than the fluid to be sealed, and between the second and third mechanical seals. The second intermediate region to be formed is filled and sealed with a second sealing liquid having a pressure lower than that of the first intermediate region, and the first intermediate region is connected in communication with the high pressure fluid space of the first pressure equalizer and the high pressure of the second pressure equalizer. The fluid to be sealed is connected to the fluid space, the sealed fluid region is connected to the low pressure fluid space of the first pressure equalizer, and the second intermediate region is connected to the low pressure fluid space of the second pressure equalizer. The pressure ratio between the region and the first intermediate region and the pressure ratio between the two intermediate regions are each kept constant.

また、本発明の高圧流体用メカニカルシールの好ましい第3の実施の形態としては、被密封流体領域側の第1メカニカルシールと大気領域側の第3メカニカルシールと両メカニカルシール間に位置する第2メカニカルシールとを相互にタンデムシール構造をなすように配置して、第1及び第2メカニカルシール間に形成される第1中間領域に被密封流体より低圧の第1シール液を充填・封入すると共に第2及び第3メカニカルシール間に形成される第2中間領域に第1中間領域より低圧の第2シール液を充填・封入したものが提案される。このメカニカルシール装置にあっては、第1中間領域を第1均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に第2均圧器の高圧流体用空間に連通接続し、被密封流体領域を第1均圧器の高圧流体用空間に連通接続すると共に第2中間領域を第2均圧器の低圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と第1中間領域との圧力比及び両中間領域の圧力比を夫々一定に保持するように構成される。   As a preferred third embodiment of the mechanical seal for high-pressure fluid of the present invention, the second mechanical seal located between the first mechanical seal on the sealed fluid region side, the third mechanical seal on the atmospheric region side, and both mechanical seals is used. The mechanical seal is disposed so as to form a tandem seal structure, and the first intermediate liquid formed between the first and second mechanical seals is filled and sealed with a first seal liquid having a pressure lower than the fluid to be sealed. A second intermediate region formed between the second and third mechanical seals is proposed by being filled and sealed with a second sealing liquid having a lower pressure than the first intermediate region. In this mechanical seal device, the first intermediate region is connected in communication with the low pressure fluid space of the first pressure equalizer and is connected in communication with the high pressure fluid space of the second pressure equalizer, and the sealed fluid region is connected in the first pressure equalizing space. A pressure ratio between the sealed fluid region and the first intermediate region and a pressure in both intermediate regions are communicated with the high pressure fluid space of the pressure device and the second intermediate region is communicated with the low pressure fluid space of the second pressure equalizer. Each ratio is configured to be kept constant.

さらに、本発明の高圧流体用メカニカルシール装置にあっては、均圧器に、ピストンの移動位置ないし移動量を検知しうる検知装置を付設しておくことが好ましい。   Furthermore, in the mechanical seal device for high pressure fluid of the present invention, it is preferable that a detector capable of detecting the moving position or moving amount of the piston is attached to the pressure equalizer.

本発明の高圧流体用メカニカルシール装置によれば、シール液(封液又は緩衝液)を中間領域に循環供給させることなく充填・封入させておくから、プレッシャユニットを必要とせず、ランニングコストやイニシャルコストを大幅に低減させることができる。また、被密封流体領域とこれに隣接する中間領域とを均圧器を介して連通接続することにより、更に複数の中間領域が存在する場合には各中間領域とこれに隣接する中間領域とを均圧器を介して連通接続しておくことにより、被密封流体領域が圧力変動する条件下で使用する場合や中間領域の圧力が変動するような不測の事態が発生する場合にも、格別の圧力制御システムを必要とすることなく、被密封流体領域とこれに隣接する中間領域との圧力関係及び各中間領域とこれに隣接する中間領域との圧力関係(圧力比)を適正に維持し得て、良好なメカニカルシール機能を発揮することができる。また、プレッシャユニットを必要としないから、停電等の非常時においても過負荷によるシール破損につながるようなトラブルが発生する虞れがない。   According to the mechanical seal device for high-pressure fluid of the present invention, since the sealing liquid (sealing liquid or buffer liquid) is filled and sealed without circulating supply to the intermediate region, no pressure unit is required, running cost and initial Cost can be greatly reduced. In addition, by connecting the sealed fluid area and the intermediate area adjacent thereto through a pressure equalizing device, when there are a plurality of intermediate areas, each intermediate area and the intermediate area adjacent thereto are equalized. By connecting with a pressure device, special pressure control is possible even when used under conditions in which the sealed fluid region fluctuates or when an unexpected situation occurs in which the pressure in the intermediate region fluctuates. Without requiring a system, the pressure relationship between the sealed fluid region and the intermediate region adjacent thereto and the pressure relationship (pressure ratio) between each intermediate region and the intermediate region adjacent thereto can be properly maintained. A good mechanical seal function can be exhibited. In addition, since no pressure unit is required, there is no possibility of troubles that may cause seal damage due to overload even in the event of an emergency such as a power failure.

図1は本発明に係る高圧流体用メカニカルシール装置の一例を示す要部の縦断側面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional side view of a main part showing an example of a mechanical seal device for high pressure fluid according to the present invention. 図2は当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図である。FIG. 2 is a system diagram showing the overall configuration of the mechanical seal device. 図3は本発明に係る高圧流体用メカニカルシール装置の変形例を示す要部の縦断側面図である。FIG. 3 is a longitudinal side view of a main part showing a modification of the mechanical seal device for high pressure fluid according to the present invention. 図4は当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図である。FIG. 4 is a system diagram showing the overall configuration of the mechanical seal device. 図5は本発明に係る高圧流体用メカニカルシール装置の他の変形例を示すもので、当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図である。FIG. 5 shows another modification of the mechanical seal device for high-pressure fluid according to the present invention, and is a system diagram showing the overall configuration of the mechanical seal device. 図6は図1〜図5に示す各高圧流体用メカニカルシール装置に使用される均圧器の一例を示す縦断側面図である。FIG. 6 is a longitudinal side view showing an example of a pressure equalizer used for each high-pressure fluid mechanical seal device shown in FIGS.

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

すなわち、図1、図2及び図6は本発明に係る高圧用メカニカルシール装置の第1の実施形態を示すもので、図1は当該メカニカルシール装置の要部の縦断側面図であり、図2は当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図であり、図6は当該メカニカルシールに使用される均圧器の一例を示す縦断側面図である。   That is, FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 6 show a first embodiment of a high-pressure mechanical seal device according to the present invention, and FIG. 1 is a longitudinal side view of a main part of the mechanical seal device. FIG. 6 is a system diagram showing the overall configuration of the mechanical seal device, and FIG. 6 is a longitudinal side view showing an example of a pressure equalizer used for the mechanical seal.

図1及び図2に示す高圧流体用メカニカルシール装置(以下「第1メカニカルシール装置」という」は、液状の高圧流体(例えば、高圧水等)Kを扱う竪型の回転機器(例えば、縦軸高圧ポンプ等)の軸封手段として使用されるもので、機内領域である被密封流体領域Aと機外領域である大気領域Bとを軸線方向に直列配置した第1及び第2メカニカルシール1a,2aにより遮蔽シールするように構成されたタンデムシールであり、被密封流体領域Aと両メカニカルシール1a,2a間に形成された中間領域Cとを均圧器4aを介して連通接続すると共に、中間領域Cに被密封流体領域Aの圧力つまりシールすべき高圧流体(被密封流体)Kの圧力より若干低圧のシール液Lを充填・封入して、被密封流体領域Aと大気領域Bとを中間領域Cを介してシールするように構成されている。なお、シール液Lはシール条件に応じて選定されるが、この例では清水が使用されている。   The mechanical seal device for high pressure fluid (hereinafter referred to as “first mechanical seal device”) shown in FIGS. 1 and 2 is a vertical rotating device (for example, a vertical axis) that handles liquid high pressure fluid (for example, high pressure water) K First and second mechanical seals 1a, which are used as shaft sealing means of a high-pressure pump or the like, in which a sealed fluid region A which is an in-machine region and an atmospheric region B which is an out-of-machine region are arranged in series in the axial direction. 2a is a tandem seal configured to be shield-sealed, and is connected to a sealed fluid region A and an intermediate region C formed between both mechanical seals 1a and 2a via a pressure equalizing device 4a. C is filled and sealed with a sealing liquid L slightly lower than the pressure of the sealed fluid region A, that is, the pressure of the high-pressure fluid (sealed fluid) K to be sealed, so that the sealed fluid region A and the atmospheric region B are intermediate regions. Is configured to seal through. Although the sealing solution L is selected according to the sealing conditions, Shimizu in this example is used.

第1メカニカルシール1aは、図1に示す如く、シールケース5に固定した静止密封環11とその被密封流体領域側(下方側)に配してシールケース5を洞貫する回転軸6に軸線方向移動可能に保持された回転密封環12と回転密封環12を静止密封環11へと押圧附勢するスプリング13とを具備して、両密封環11,12の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の外周側領域を含む被密封流体領域Aとその内周側領域を含む中間領域Cとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。なお、回転軸6は軸本体6aとこれに適宜のスリーブ固定手段(この例ではシュリンクリング)6cにより挿通固定したスリーブ6bとで構成されている。   As shown in FIG. 1, the first mechanical seal 1 a is arranged on the stationary seal ring 11 fixed to the seal case 5 and the rotary shaft 6 that extends through the seal case 5 by being arranged on the sealed fluid region side (lower side). A rotary seal ring 12 held movably in the direction and a spring 13 that presses and urges the rotary seal ring 12 to the stationary seal ring 11, and the relative rotation of the sealed end faces as the opposed end faces of the seal rings 11, 12 is provided. An end face contact type mechanical seal configured to shield and seal the sealed fluid region A including the outer peripheral side region and the intermediate region C including the inner peripheral side region thereof by the sliding contact action. is there. The rotating shaft 6 includes a shaft body 6a and a sleeve 6b inserted and fixed to the shaft main body 6a by an appropriate sleeve fixing means (shrink ring in this example) 6c.

回転密封環12は基端部にドライブカラー12aを連結したものであり、回転軸6のスリーブ6bにOリング14を介して軸線方向移動可能に嵌合保持されている。回転軸6のスリーブ6bには、回転密封環12の被密封流体領域側に配してスプリングリテーナ15が固定されると共にスプリングリテーナ15の被密封流体領域側近傍位(下方近傍位)に配して循環リング16が固着されている。循環リング16の外周部は上方へ突出し且つシールケース5の内周面に近接する円筒状部16aに構成されており、円筒状部16aにはこれを径方向に貫通する複数の循環孔16bが形成されている。被密封流体領域Aは、図1に示す如く、外周にラビリンスを形成した循環リング16により、両密封環11,12の相対回転摺接部分の外周側領域である第1メカニカルシール1の配設領域(以下「第1フラッシング領域」という)A1とそれ以外の領域とに区画されている。回転密封環12とスプリングリテーナ15との間には、回転密封環12を静止密封環11へと押圧接触させるべく附勢するスプリング13及び回転密封環12の回転軸6に対する相対回転を阻止するドライブピン17が介装されている。   The rotary seal ring 12 has a drive collar 12a connected to the base end portion, and is fitted and held on the sleeve 6b of the rotary shaft 6 through an O-ring 14 so as to be movable in the axial direction. A spring retainer 15 is fixed to the sleeve 6b of the rotary shaft 6 on the sealed fluid region side of the rotary seal ring 12, and is disposed near the sealed fluid region side (lower vicinity) of the spring retainer 15. Thus, the circulation ring 16 is fixed. The outer peripheral portion of the circulation ring 16 is configured as a cylindrical portion 16a protruding upward and close to the inner peripheral surface of the seal case 5, and the cylindrical portion 16a has a plurality of circulation holes 16b penetrating in the radial direction. Is formed. As shown in FIG. 1, the sealed fluid region A is provided with a first mechanical seal 1 that is a region on the outer peripheral side of a relative rotational sliding contact portion of both the sealing rings 11 and 12 by a circulation ring 16 having a labyrinth formed on the outer periphery. It is divided into an area (hereinafter referred to as “first flushing area”) A1 and other areas. Between the rotary seal ring 12 and the spring retainer 15, a spring 13 that biases the rotary seal ring 12 to press contact with the stationary seal ring 11 and a drive that prevents relative rotation of the rotary seal ring 12 with respect to the rotary shaft 6. A pin 17 is interposed.

第2メカニカルシール2aは、図1に示す如く、第1メカニカルシール1aの大気領域側(上方側)に第1メカニカルシール1aとタンデム形態をなして配置されており、シールケース5に固定した静止環21と静止環21の被密封流体領域側に配して回転軸6に軸線方向移動可能に保持された回転環22と両環21,22間に挟圧保持された遊動環23と回転環22を静止環21へと押圧附勢するスプリング24とを具備して、回転環22と遊動環23との対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の外周側領域を含む中間領域Cとその内周側領域を含む大気領域Bとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシール(遊動環形メカニカルシール)である。   As shown in FIG. 1, the second mechanical seal 2 a is arranged in tandem with the first mechanical seal 1 a on the atmosphere region side (upper side) of the first mechanical seal 1 a and is fixed to the seal case 5. A rotating ring 22 disposed on the sealed fluid region side of the ring 21 and the stationary ring 21 and held on the rotating shaft 6 so as to be movable in the axial direction, and an idle ring 23 and a rotating ring held between both the rings 21 and 22. And a spring 24 that presses and urges 22 toward the stationary ring 21, and the outer periphery of the relative rotational sliding contact portion by the relative rotational sliding contact action of the sealing end surface that is the opposed end surface of the rotational ring 22 and the idle ring 23. This is an end surface contact type mechanical seal (floating ring type mechanical seal) configured to shield and seal the intermediate region C including the side region and the atmospheric region B including the inner peripheral region.

回転環22は基端部にドライブカラー22aを連結したもので、回転軸6のスリーブ6bにOリング25を介して軸線方向移動可能に嵌合保持されている。回転軸6のスリーブ6bには、回転環22の被密封流体領域側(下方側)に配してスプリングリテーナ26が嵌合固定されている。スプリングリテーナ26の基端部(被密封流体領域側の端部)には循環リング27が一体形成されている。循環リング27の外周部は上方へ突出し且つシールケース5の内周面に近接する円筒状部27aに構成されており、円筒状部27aにはこれを径方向に貫通する複数の循環孔27bが形成されている。中間領域Cは、循環リング27により両環22,23の相対回転摺接部分の外周側領域である第2メカニカルシール2aの配設領域(以下「第2フラッシング領域」という)C1とそれ以外の領域とに区画されている。回転環22とスプリングリテーナ26との間には、回転環22を遊動環23へと押圧接触させるべく附勢するスプリング24及び回転環22の回転軸6に対する相対回転を阻止するドライブピン28が介装されている。遊動環23は、スプリング24による附勢力によって静止環21と回転環22との間に挟圧保持されており、静止環21との間及びシールケース5との間には夫々Oリング29a,29bが装填されている。遊動環23にはこれを軸線方向に貫通する適当数の連通孔23a及び係合孔が形成されており、静止環21に突設したドライブピン21aを当該係合孔に係合させることにより遊動環23の静止環21(及びシールケース5)に対する相対回転が阻止されている。   The rotary ring 22 has a drive collar 22a connected to the base end portion, and is fitted and held on the sleeve 6b of the rotary shaft 6 through an O-ring 25 so as to be movable in the axial direction. A spring retainer 26 is fitted and fixed to the sleeve 6 b of the rotary shaft 6 on the sealed fluid region side (lower side) of the rotary ring 22. A circulation ring 27 is integrally formed at the base end portion (end portion on the sealed fluid region side) of the spring retainer 26. The outer peripheral portion of the circulation ring 27 is configured as a cylindrical portion 27a that protrudes upward and is close to the inner peripheral surface of the seal case 5. The cylindrical portion 27a has a plurality of circulation holes 27b that pass through the cylindrical portion 27a in the radial direction. Is formed. The intermediate region C includes a second mechanical seal 2a disposition region (hereinafter referred to as a “second flushing region”) C1 that is an outer peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion between the rings 22 and 23 by the circulation ring 27 and the other regions. It is divided into areas. Between the rotary ring 22 and the spring retainer 26, there are interposed a spring 24 for urging the rotary ring 22 to press contact with the idle ring 23 and a drive pin 28 for preventing relative rotation of the rotary ring 22 with respect to the rotary shaft 6. It is disguised. The idle ring 23 is held between the stationary ring 21 and the rotating ring 22 by the urging force of the spring 24, and O-rings 29a and 29b are interposed between the stationary ring 21 and the seal case 5, respectively. Is loaded. An appropriate number of communication holes 23a and engagement holes penetrating the idle ring 23 in the axial direction are formed, and the drive pin 21a projecting from the stationary ring 21 is engaged with the engagement hole so as to be idle. The relative rotation of the ring 23 with respect to the stationary ring 21 (and the seal case 5) is prevented.

シールケース5は円形内周面を有する筒状のもので、図1及び図2に示す如く、被密封流体領域Aに開口する高圧流体口51a及び中間領域Cに開口する低圧流体口51bが形成されている。高圧流体口51aは被密封流体領域Aに開口されるが、この例では、図1に示す如く、第1フラッシング領域A1を除く被密封流体領域Aの適所であって循環リング16の近傍位に開口されており、低圧流体口51bは第2フラッシング領域C1の適所であって遊動環23と循環リング27との間に開口されている。   The seal case 5 has a cylindrical shape having a circular inner peripheral surface, and as shown in FIGS. 1 and 2, a high-pressure fluid port 51a that opens to the sealed fluid region A and a low-pressure fluid port 51b that opens to the intermediate region C are formed. Has been. The high-pressure fluid port 51a is opened to the sealed fluid region A. In this example, as shown in FIG. 1, the high-pressure fluid port 51a is located at a suitable position in the sealed fluid region A excluding the first flushing region A1 and in the vicinity of the circulation ring 16. The low-pressure fluid port 51b is opened at an appropriate position in the second flushing region C1 and between the idle ring 23 and the circulation ring 27.

而して、両圧力口51a,51bは、図1及び図2に示す如く、均圧器4aを介して連通接続されており、この均圧器4aは、図6に示す如く、シリンダ41内にピストン42を装填してなるもので、一般的なピストン・シリンダと同様構造をなすものである。   Thus, as shown in FIGS. 1 and 2, the pressure ports 51a and 51b are connected in communication via the pressure equalizer 4a. The pressure equalizer 4a is connected to the piston in the cylinder 41 as shown in FIG. 42, and has the same structure as a general piston / cylinder.

すなわち、シリンダ41は上下方向に伸びる円筒状の密閉容器である。ピストン42は、一端面たる上面の中心部に上方へと延びるピストンロッド42aを連結してなる円盤状のものであり、ピストンロッド42aをシリンダ41の上壁に貫通支持させることにより、シリンダ41内に進退自在(軸線方移動自在)に装填されている。なお、ピストン42とシリンダ41の内壁面との接触部及びピストンロッド42aとこれが貫通するシリンダ41の上壁との接触部はOリングにより相対運動自在にシールされている。   That is, the cylinder 41 is a cylindrical sealed container that extends in the vertical direction. The piston 42 is a disk-shaped member formed by connecting an upwardly extending piston rod 42 a to the center of the upper surface that is one end surface. By allowing the piston rod 42 a to penetrate and support the upper wall of the cylinder 41, It is loaded so that it can move forward and backward (movable in the axial direction). The contact portion between the piston 42 and the inner wall surface of the cylinder 41 and the contact portion between the piston rod 42a and the upper wall of the cylinder 41 through which the piston rod 42a penetrates are sealed by an O-ring so as to be relatively movable.

シリンダ41内の密閉空間は、ピストン42により、ピストンロッド42aが存在する高圧流体用空間43aとピストンロッド42aが存在しない低圧流体用空間43bとに仕切られており、ピストン受圧面積つまりピストン42における流体用空間43a,43b内の流体圧力を受ける面積はピストンロッド42aの存否により異なることになる。すなわち、低圧流体用空間43bにおけるピストン受圧面積S2はシリンダ41の内部空間断面積に一致するが、高圧流体用空間43aにおけるピストン受圧面積S1はシリンダ41の内部空間断面積つまり上記ピストン受圧面積S2からピストンロッド42aの断面積S3を差し引いた値となっており、低圧流体用空間43bにおけるピストン受圧面積S2より小さくなっている。   The sealed space in the cylinder 41 is partitioned by the piston 42 into a high-pressure fluid space 43a where the piston rod 42a exists and a low-pressure fluid space 43b where the piston rod 42a does not exist. The area for receiving the fluid pressure in the working spaces 43a and 43b varies depending on the presence or absence of the piston rod 42a. That is, the piston pressure receiving area S2 in the low pressure fluid space 43b matches the internal space sectional area of the cylinder 41, but the piston pressure receiving area S1 in the high pressure fluid space 43a is determined from the internal space sectional area of the cylinder 41, that is, the piston pressure receiving area S2. The value is obtained by subtracting the cross-sectional area S3 of the piston rod 42a, which is smaller than the piston pressure receiving area S2 in the low pressure fluid space 43b.

シリンダ41には、図6に示す如く、高圧流体用空間43aの上端部に開口する高圧流体口41a及び低圧流体用空間43bの下部に開口する低圧流体口41bが形成されており、図2に示す如く、夫々シールケース5に形成した高圧流体口51a及び低圧流体口51bに連通接続されている。すなわち、高圧流体口41a,51a間を高圧流体用配管71aで接続すると共に低圧流体口41b,51b間を低圧流体用配管71bで接続してあって、高圧流体用配管71aから高圧流体用空間43aに高圧流体である被密封流体領域Aの流体(被密封流体)Kが導入されると共に、低圧流体用配管71bから低圧流体用空間43bに低圧流体である中間領域Cの流体(シール液)Lが導入されるようになっている。   As shown in FIG. 6, the cylinder 41 has a high-pressure fluid port 41a that opens at the upper end of the high-pressure fluid space 43a and a low-pressure fluid port 41b that opens at the bottom of the low-pressure fluid space 43b. As shown, the high-pressure fluid port 51a and the low-pressure fluid port 51b formed in the seal case 5 are connected in communication. That is, the high-pressure fluid ports 41a and 51a are connected by a high-pressure fluid pipe 71a and the low-pressure fluid ports 41b and 51b are connected by a low-pressure fluid pipe 71b. A fluid (sealed fluid) K in the sealed fluid region A that is a high-pressure fluid is introduced into the low-pressure fluid piping 43b and a fluid (sealing fluid) L in the intermediate region C that is a low-pressure fluid from the low-pressure fluid pipe 71b. Has been introduced.

ところで、被密封流体Kの圧力をP1とし、シール液Lの圧力をP2とすると、均圧器4aにおいては、ピストン42の両側の圧力P1,P2(P1>P2)と前記ピストン受圧面積S1,S2(S1<S2)との間にはパスカルの原理によりP1・S1=P2・S2の関係が成立することになる。すなわち、低圧流体(シール液)Lの圧力P2に対する高圧流体(被密封流体)Kの圧力P1の比率 (以下「圧力比」という)P1/P2と高圧流体用空間43aにおけるピストン受圧面積S1に対する低圧流体用空間43bにおけるピストン受圧面積S2の比率(以下「ピストン受圧面積比ξ」という)S2/S1とが等価となる関係(P1/P2=S2/S1)が成立することになる。一方、ピストン受圧面積比ξ(=S2/S1)は、ピストンロッド42aの断面積S3のみを変更することによって任意に設定することができる。   When the pressure of the sealed fluid K is P1 and the pressure of the sealing liquid L is P2, in the pressure equalizer 4a, the pressures P1, P2 (P1> P2) on both sides of the piston 42 and the piston pressure receiving areas S1, S2 The relationship P1 · S1 = P2 · S2 is established between (S1 <S2) and Pascal's principle. That is, the ratio of the pressure P1 of the high-pressure fluid (sealed fluid) K to the pressure P2 of the low-pressure fluid (sealing fluid) L (hereinafter referred to as “pressure ratio”) P1 / P2 and the low pressure relative to the piston pressure receiving area S1 in the high-pressure fluid space 43a A relationship (P1 / P2 = S2 / S1) is established in which the ratio of the piston pressure receiving area S2 in the fluid space 43b (hereinafter referred to as “piston pressure receiving area ratio ξ”) S2 / S1 is equivalent. On the other hand, the piston pressure receiving area ratio ξ (= S2 / S1) can be arbitrarily set by changing only the cross-sectional area S3 of the piston rod 42a.

而して、均圧器4aにあっては、ピストン受圧面積比ξが第1メカニカルシール装置の設計段階ないし運転開始段階で設定される被密封流体Kの圧力(以下「被密封流体設定圧P1a」という」とこれより所定圧(若干圧)低く設定される中間領域Cの圧力(以下「シール液設定圧P2a」という)との圧力比P1a/P2aとなる(ξ=S2/S1=P1a/P2a)ように設定されている。また、運転開始段階(P1=P1a,P2=P2aである場合)において、ピストン42が、図6(A)に示す如く、シリンダ41の上下方向中間位置(以下「基準位置」という)に位置されるように設定されている。   Thus, in the pressure equalizer 4a, the piston pressure receiving area ratio ξ is the pressure of the sealed fluid K set at the design stage or the operation start stage of the first mechanical seal device (hereinafter referred to as “sealed fluid set pressure P1a”). And a pressure ratio P1a / P2a with respect to the pressure in the intermediate region C (hereinafter referred to as “sealing fluid set pressure P2a”) set lower by a predetermined pressure (slight pressure) (ξ = S2 / S1 = P1a / P2a). In the operation start stage (when P1 = P1a and P2 = P2a), as shown in FIG. It is set to be positioned at the “reference position”.

したがって、回転機器の運転状況の変化によって被密封流体領域Aの圧力P1が上昇した場合や第2メカニカルシール2aから大気領域Bへのシール液漏洩等によって中間領域Cの圧力P2が低下した場合には、図6(B)に示す如く、ピストン42が低圧流体用空間43bの容積を減少させる方向に移動し(例えば、基準位置(図6(A)に示す位置)から下方に移動し)、この低圧流体用空間43bの容積減少量に応じた増加圧力が低圧流体用配管71bから中間領域Cへと伝播され、中間領域Cの圧力P2が上昇することになる。そして、ピストン42は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間43aの圧力P1と低圧流体用空間43bの圧力P2との圧力比P1/P2はピストン受圧面積比ξ(=P1a/P2a)と等価となり、変化しない。すなわち、被密封流体領域Aの圧力P1が中間領域Cの圧力P2に対して必要以上に高くなるようなことがなく、その圧力比P1/P2は当該圧力変動前と同一に保持されて、つまり一定(P1/P2=ξ)に保持される。   Therefore, when the pressure P1 in the sealed fluid region A increases due to a change in the operating condition of the rotating equipment, or when the pressure P2 in the intermediate region C decreases due to leakage of seal liquid from the second mechanical seal 2a to the atmospheric region B, etc. 6B, the piston 42 moves in a direction to decrease the volume of the low-pressure fluid space 43b (for example, moves downward from the reference position (position shown in FIG. 6A)). The increased pressure corresponding to the volume reduction amount of the low pressure fluid space 43b is propagated from the low pressure fluid pipe 71b to the intermediate region C, and the pressure P2 in the intermediate region C increases. The piston 42 stops at a position where the pressing force due to the fluid pressure acting on both sides of the piston 42 is balanced. At this time, the pressure ratio between the pressure P1 of the high-pressure fluid space 43a and the pressure P2 of the low-pressure fluid space 43b. P1 / P2 is equivalent to the piston pressure receiving area ratio ξ (= P1a / P2a) and does not change. That is, the pressure P1 in the sealed fluid region A does not become higher than necessary with respect to the pressure P2 in the intermediate region C, and the pressure ratio P1 / P2 is kept the same as before the pressure fluctuation, that is, It is held constant (P1 / P2 = ξ).

このように、被密封流体領域Aの圧力P1が上昇し及び/又は中間領域Cの圧力P2が下降した場合にも、両圧力P1,P2の差圧が予め設定された差圧(P1a−P2a)に比して必要以上に増大することがなく、第1メカニカルシール1aに過大な負荷が作用せず、第1メカニカルシール1aによるシール機能が良好に発揮される。   As described above, even when the pressure P1 in the sealed fluid region A increases and / or the pressure P2 in the intermediate region C decreases, the differential pressure between the pressures P1 and P2 is set to the preset differential pressure (P1a-P2a). ) More than necessary, an excessive load does not act on the first mechanical seal 1a, and the sealing function of the first mechanical seal 1a is exhibited well.

また、回転機器の運転状況の変化によって被密封流体領域Aの圧力P1が低下した場合や第1メカニカルシール1から中間領域Cへの被密封流体漏洩等によって中間領域Cの圧力P2が上昇した場合には、図6(C)に示す如く、ピストン42が低圧流体用空間43bの容積を増大させる方向に移動し(例えば、前記基準位置から上方に移動し)、この低圧流体用空間43bの容積増大量に応じた圧力減少が低圧流体用配管42から中間領域Cへと伝播され、中間領域Cの圧力P2が低下することになる。そして、ピストン42は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間43aの圧力P1と低圧流体用空間43bの圧力P2との圧力比P1/P2は、上記した場合と同様に、ピストン受圧面積比ξ(設定された圧力比P1a/P2a)と等価となり、一定である。   Also, when the pressure P1 in the sealed fluid region A decreases due to a change in the operating condition of the rotating device, or when the pressure P2 in the intermediate region C increases due to leakage of the sealed fluid from the first mechanical seal 1 to the intermediate region C, etc. As shown in FIG. 6C, the piston 42 moves in the direction of increasing the volume of the low pressure fluid space 43b (for example, moves upward from the reference position), and the volume of the low pressure fluid space 43b is increased. A pressure decrease corresponding to the increase amount is propagated from the low-pressure fluid pipe 42 to the intermediate region C, and the pressure P2 in the intermediate region C decreases. The piston 42 stops at a position where the pressing force due to the fluid pressure acting on both sides of the piston 42 is balanced. At this time, the pressure ratio between the pressure P1 of the high-pressure fluid space 43a and the pressure P2 of the low-pressure fluid space 43b. P1 / P2 is equivalent to the piston pressure receiving area ratio ξ (the set pressure ratio P1a / P2a) and is constant, as in the case described above.

したがって、被密封流体領域Aの圧力P1が下降し及び/又は中間領域Cの圧力P2が上昇した場合にも、両圧力P1,P2の差圧が予め設定された差圧(P1a−P2a)に比して必要以上に減少したり両圧力P1,P2の関係が逆転する逆圧現象(P1<P2)が生じたりすることがなく、第1メカニカルシール1aによるシール機能が良好に発揮される。   Accordingly, even when the pressure P1 in the sealed fluid region A decreases and / or the pressure P2 in the intermediate region C increases, the differential pressure between the pressures P1 and P2 becomes a preset differential pressure (P1a-P2a). In comparison, the reverse pressure phenomenon (P1 <P2) in which the relationship between the pressures P1 and P2 is reduced more than necessary does not occur, and the sealing function by the first mechanical seal 1a is satisfactorily exhibited.

このように、第1メカニカルシール装置にあっては、被密封流体領域Aの圧力P1及び/又は中間領域Cの圧力P2が増減変化した場合にも、これらの圧力比P1/P2が常に一定に保持される(P1/P2=ξ)ことになり、当該圧力比P1/P2が異常に増減したり逆圧現象(P1<P2)を生じることによる第1メカニカルシール1aのシール機能低下はこれが確実に防止される。   Thus, in the first mechanical seal device, even when the pressure P1 in the sealed fluid region A and / or the pressure P2 in the intermediate region C changes, the pressure ratio P1 / P2 is always constant. As a result, the pressure function P1 / P2 is increased or decreased abnormally or the back pressure phenomenon (P1 <P2) is caused. To be prevented.

ところで、均圧器4aにあっては、上記した如く、被密封流体領域Aの圧力P1と中間領域Cの圧力P2との圧力比P1/P2を一定に保持すべくピストン42がシリンダ41内を移動(上下移動)するが、この移動量ないし移動位置を検知する検知装置を均圧器4aに付設しておくことにより回転機器異常ないしメカニカルシール異常を検知することや回転機器ないしメカニカルシールの運転状況をモニタリングすることが可能となる。このようなピストン42の移動量ないし移動位置を検知する検知装置としては種々のものが考えられるが、この例では、当該検知装置として、図6に示す如く、均圧器4aにピストン42の上下移動における上下限位置をシリンダ41から上方に突出するピストンロッド42aによってON,OFF作動されるリミットスイッチ45a,45b及びピストン42の移動量を当該ピストンロッド42aの上端位置で視認検知するメジャー46を付設してある。すなわち、シリンダ41の上面部に、ピストン42が前記基準位置から所定量上昇した上限位置(図6(C)の鎖線位置)に位置されたときにおいてピストンロッド42aの上端(又はピストンロッド42aに設けた作動子)によりON作動(又はOFF作動)される上限リミットスイッチ45a及びピストン42が前記基準位置から所定量下降した下限位置(図6(A)の鎖線位置)に位置されたときにおいてピストンロッド42aの上端(又はピストンロッド42aに設けた作動子)によりOFF作動(又はON作動)される下限リミットスイッチ45bを支持させて、ピストン42が上限位置又は下限位置まで移動したことを検知するようになっている。したがって、上限リミットスイッチ45aがON作動(又はOFF作動)されることにより被密封流体Kの圧力P1が異常に下降したこと或いは中間領域Cの圧力P2が異常に上昇したことを検出でき、また下限リミットスイッチ45bがOFF作動(又はON作動)作動されることにより被密封流体Kの圧力P1が異常に上昇したこと或いは中間領域Cの圧力P2が異常に下降したことを検出でき、リミットスイッチ45a,45bの上記作動によって何らかの対応処置(例えば、回転機器の停止等)を人為的に行うこと(例えば、リミットスイッチ45a,45bの作動により適宜の警報を発し、これにより作業者が対応処置を人為的に行う)或いは自動的に行うことができ、回転機器やメカニカルシールの致命的なトラブル発生を未然に回避することができる。   By the way, in the pressure equalizer 4a, as described above, the piston 42 moves in the cylinder 41 in order to keep the pressure ratio P1 / P2 between the pressure P1 in the sealed fluid region A and the pressure P2 in the intermediate region C constant. (Moving up and down) By attaching a detector for detecting the amount or position of movement to the pressure equalizer 4a, it is possible to detect abnormalities in rotating equipment or mechanical seals, and to determine the operating status of rotating equipment or mechanical seals. It becomes possible to monitor. Various detection devices for detecting the movement amount or the movement position of the piston 42 can be considered. In this example, as shown in FIG. 6, the pressure equalizing device 4a moves the piston 42 up and down as shown in FIG. A limit switch 45a, 45b that is turned ON / OFF by a piston rod 42a protruding upward from the cylinder 41 and a measure 46 for visually detecting the movement amount of the piston 42 at the upper end position of the piston rod 42a are attached. It is. That is, the upper end of the piston rod 42a (or the piston rod 42a is provided when the piston 42 is positioned on the upper surface of the cylinder 41 at the upper limit position (a chain line position in FIG. 6C) where the piston 42 is raised by a predetermined amount from the reference position. The piston rod when the upper limit switch 45a and the piston 42, which are turned on (or turned off) by the actuator, are positioned at the lower limit position (chain line position in FIG. 6A) that is lowered by a predetermined amount from the reference position. A lower limit switch 45b that is turned off (or turned on) by the upper end of 42a (or an actuator provided on the piston rod 42a) is supported to detect that the piston 42 has moved to the upper limit position or the lower limit position. It has become. Accordingly, it is possible to detect that the pressure P1 of the sealed fluid K is abnormally decreased or the pressure P2 of the intermediate region C is abnormally increased by the ON operation (or OFF operation) of the upper limit switch 45a. When the limit switch 45b is turned OFF (or ON), it can be detected that the pressure P1 of the sealed fluid K has abnormally increased or the pressure P2 of the intermediate region C has abnormally decreased. Performing some countermeasures (for example, stopping rotating equipment) by the above operation of 45b artificially (for example, issuing an appropriate alarm by operating the limit switches 45a and 45b, so that the operator can manually perform the countermeasures) Or can be done automatically, causing fatal problems with rotating equipment and mechanical seals. It can be avoided.

また、シリンダ41の上壁に、図6に示す如く、ピストンロッド42aの上端(又はピストンロッド42aに設けた指針)によりピストン42の移動量を視認検知するメジャー46を立設して、被密封流体領域Aの圧力変動ないし中間領域Cの圧力変動を視覚的にモニタリングすることができ、これによって回転機器やメカニカルシールの運転状況を作業者が的確に把握できるように工夫してある。なお、このようなモニタリングは、ピストンロッド42aの移動量を電気的に検出してモニター画面に表示することにより行うようにすることも可能である。   Further, as shown in FIG. 6, a measure 46 for visually detecting the amount of movement of the piston 42 by an upper end of the piston rod 42a (or a pointer provided on the piston rod 42a) is erected on the upper wall of the cylinder 41 so as to be sealed. The pressure fluctuation in the fluid area A or the pressure fluctuation in the intermediate area C can be visually monitored, so that the operator can accurately grasp the operating status of the rotating device and the mechanical seal. Such monitoring can also be performed by electrically detecting the amount of movement of the piston rod 42a and displaying it on the monitor screen.

ところで、第1メカニカルシール装置にあっては、中間領域Cに所定圧P2aのシール液Lを充填・封入させるにすぎないから、かかるシール液Lの充填・封入手段としてはハンドポンプ等の簡易なポンプを使用すれば足り、冒頭で述べたように所定圧のシール液を循環供給させる場合のような高性能ポンプ等を有するプレッシャユニットはこれを必要としない。したがって、プレッシャユニットを設ける場合に比して、均圧器4aが簡易なピストン・シリンダ構造をなすものであることとも相俟って、メカニカルシール装置のイニシャルコスト,ランニングコストが大幅に低減されると共に装置構造も大幅に簡略化、小型化することができる。しかも、シール液Lの充填・封入は運転開始時に行われるのみであるから、充填・封入手段としてハンドポンプを使用する場合は勿論、電源を必要とするポンプを使用する場合にも、均圧器4aが電源を必要としないものであることとも相俟って、停電等によるポンプ停止により中間領域の圧力が適正に維持されなくなって過負荷によるシール破損につながるといった問題は生じない。   By the way, in the first mechanical seal device, the intermediate region C is merely filled and sealed with the sealing liquid L having a predetermined pressure P2a. Therefore, a simple means such as a hand pump can be used as the filling and sealing means for the sealing liquid L. It is sufficient to use a pump, and a pressure unit having a high-performance pump or the like as in the case of circulating and supplying a sealing liquid having a predetermined pressure as described at the beginning does not need this. Accordingly, the initial cost and running cost of the mechanical seal device can be greatly reduced in combination with the pressure equalizing device 4a having a simple piston / cylinder structure as compared with the case where a pressure unit is provided. The device structure can also be greatly simplified and downsized. Moreover, since the sealing liquid L is filled and sealed only at the start of operation, the pressure equalizing device 4a is used not only when a hand pump is used as a filling and sealing means but also when a pump requiring a power source is used. In combination with the fact that the power source does not require a power source, there is no problem that the pressure in the intermediate region is not properly maintained due to the stoppage of the pump due to a power failure or the like and the seal is damaged due to overload.

而して、この例では、シール液Lの充填・封入手段として、図2に示す如く、ハンドポンプ71cを使用しており、運転開始時において、ハンドポンプ71cにより低圧流体用配管71bから所定圧P2aのシール液Lを中間領域C(及び均圧器4aの低圧流体用空間43b)に充填・封入するようにしている。なお、必要に応じて、高圧流体用配管71aには圧力計71d等が設けられ、低圧流体用配管71bには、圧力トランスミッタ71e、安全弁71f、圧力計71g及びアキュムレータ71h等が設けられる。   Thus, in this example, as shown in FIG. 2, the hand pump 71c is used as the filling / sealing means for the sealing liquid L. At the start of operation, the hand pump 71c causes a predetermined pressure from the low pressure fluid pipe 71b. The sealing liquid L of P2a is filled and sealed in the intermediate region C (and the low-pressure fluid space 43b of the pressure equalizer 4a). If necessary, the high-pressure fluid pipe 71a is provided with a pressure gauge 71d, and the low-pressure fluid pipe 71b is provided with a pressure transmitter 71e, a safety valve 71f, a pressure gauge 71g, an accumulator 71h, and the like.

また、第1メカニカルシール装置にあっては、図1及び図2に示す如く、シールケース5に第1フラッシング領域A1に開口する第1給排液口51c,51d及び第2フラッシング領域C1に開口する第2給排液口51e,51fを設けると共に、図2に示す如く、第1及び第2給排液口51c,51d及び51e,51f間を夫々クーラ51g,51hを有する循環路51i,51jで接続して、第1メカニカルシール1aのシール部分(両密封環11,12の相対回転摺接部分)及び第2メカニカルシール2aのシール部分(両環22,23の相対回転摺接部分)をフラッシングするように工夫されている。フラッシング液としては一般に清水等が使用されるが、この例では、第1メカニカルシール1aに対しては第1フラッシング領域C1に充満する被密封流体Kの一部が使用され、第2メカニカルシール2aに対しては第2フラッシング領域C1に充満するシール液Lの一部が使用されている。なお、第2給液口51eは静止環21と遊動環23との間に向けて開口されており、第2給液口51eから当該両環21,23間に供給されたフラッシング液Lは、遊動環23の連通孔23を通過して第2メカニカルシール2aのシール部分に到達する。また、フラッシング済みの液K,Lは、循環リング16,27によるポンピング作用により、フラッシング領域A1,C1からその下方領域(第1フラシング領域A1を除く被密封流体領域部分又は第2フラッシング領域C1を除く中間領域部分)に流入することなく、フラッシング領域A1,C1から排液口51d,51fへと排出される。すなわち、給液口51c,51eからフラッシング領域A1,C1に供給されたフラッシング液K,Lは、循環リング16,27に受け止められて、その回転による遠心力により円筒状部16a,27aへと誘導され、円筒状部16a,27aの循環孔16b,27bからこれに対向して開口する排液口51d,51fへと排出される。   Further, in the first mechanical seal device, as shown in FIGS. 1 and 2, the seal case 5 is opened to the first supply / drainage ports 51c and 51d and the second flushing region C1 which are opened to the first flushing region A1. As shown in FIG. 2, circulation paths 51i, 51j having coolers 51g, 51h are provided between the first and second liquid supply ports 51c, 51d and 51e, 51f, respectively. And the seal portion of the first mechanical seal 1a (the relative rotational sliding contact portion of both seal rings 11 and 12) and the seal portion of the second mechanical seal 2a (the relative rotational sliding contact portion of both rings 22 and 23). It is devised to flush. In general, fresh water or the like is used as the flushing liquid. In this example, a part of the sealed fluid K that fills the first flushing region C1 is used for the first mechanical seal 1a, and the second mechanical seal 2a. In contrast, a part of the sealing liquid L filling the second flushing region C1 is used. The second liquid supply port 51e is opened between the stationary ring 21 and the idle ring 23, and the flushing liquid L supplied between the rings 21 and 23 from the second liquid supply port 51e is: It passes through the communication hole 23 of the idle ring 23 and reaches the seal portion of the second mechanical seal 2a. Further, the flushed liquids K and L are separated from the flushing areas A1 and C1 by the pumping action of the circulation rings 16 and 27 (the sealed fluid area portion excluding the first flushing area A1 or the second flushing area C1). The liquid is discharged from the flushing areas A1 and C1 to the drainage ports 51d and 51f without flowing into the intermediate area portion. That is, the flushing liquids K and L supplied from the liquid supply ports 51c and 51e to the flushing areas A1 and C1 are received by the circulation rings 16 and 27 and guided to the cylindrical portions 16a and 27a by the centrifugal force due to the rotation. Then, the liquid is discharged from the circulation holes 16b and 27b of the cylindrical portions 16a and 27a to the drainage ports 51d and 51f that open oppositely.

また、図3、図4及び図6は本発明に係る高圧用メカニカルシール装置の第2の実施形態を示すもので、図3は当該メカニカルシール装置の要部の縦断側面図であり、図4は当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図であり、図6は当該メカニカルシールに使用される均圧器の一例を示す縦断側面図である。   3, 4, and 6 show a second embodiment of the high-pressure mechanical seal device according to the present invention, and FIG. 3 is a longitudinal side view of the main part of the mechanical seal device. FIG. 6 is a system diagram showing the overall configuration of the mechanical seal device, and FIG. 6 is a longitudinal side view showing an example of a pressure equalizer used for the mechanical seal.

図3及び図4に示す高圧流体用メカニカルシール装置(以下「第2メカニカルシール装置」という」は、第1メカニカルシール装置と同様に、液状の高圧流体(例えば、高圧水等)を扱う竪型の回転機器(例えば、縦軸高圧ポンプ等)の軸封手段として使用されるもので、被密封流体領域側の第1メカニカルシール1bと大気領域側の第3メカニカルシール3bと両メカニカルシール1b,3b間に位置する第2メカニカルシール2bとを第1メカニカルシール装置におけるものと同様構造をなすシールケース5と回転軸6との間に配して軸線方向に直列配置してなり、第1及び第2メカニカルシール1b,2b間に形成される第1中間領域Dに被密封流体(被密封流体領域Aの高圧液体)より高圧の第1シール封液L1を充填・封入すると共に第2及び第3メカニカルシール2b,3b間に形成される第2中間領域Eに第1中間領域Dより低圧の第2シール液L2を充填・封入して、機内領域である被密封流体領域Aと機外領域である大気領域Bとを第1及び第2中間領域D,Eを介してシールするように構成されたトリプルシールである。なお、シール液L1,L2としては、第1メカニカルシール装置と同様に、清水が使用されている。   The mechanical seal device for high-pressure fluid (hereinafter referred to as “second mechanical seal device”) shown in FIG. 3 and FIG. 4 is a saddle type that handles liquid high-pressure fluid (for example, high-pressure water) as in the first mechanical seal device. Used as a shaft sealing means of a rotating device (for example, a vertical axis high pressure pump), a first mechanical seal 1b on the sealed fluid region side, a third mechanical seal 3b on the atmospheric region side, and both mechanical seals 1b, The second mechanical seal 2b located between 3b is arranged between the seal case 5 and the rotary shaft 6 having the same structure as that in the first mechanical seal device, and is arranged in series in the axial direction. When the first intermediate sealing region L formed between the second mechanical seals 1b and 2b is filled and sealed with the first sealing liquid L1 having a pressure higher than that of the sealed fluid (the high pressure liquid in the sealed fluid region A). The second intermediate region E formed between the second and third mechanical seals 2b and 3b is filled and sealed with the second seal liquid L2 having a pressure lower than that of the first intermediate region D, and the sealed fluid region which is the in-machine region A triple seal configured to seal A and the atmospheric region B, which is an out-of-machine region, via the first and second intermediate regions D and E. The seal liquids L1 and L2 are the first mechanical components. As with the sealing device, fresh water is used.

第1メカニカルシール1bは、図3に示す如く、シールケース5に固定した静止密封環31とその大気領域側(上方側)に配してシールケース5を洞貫する回転軸6に軸線方向移動可能に保持された回転密封環32と回転密封環32を静止密封環31へと押圧附勢するスプリング33とを具備して、両密封環31,32の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の内周側領域を含む被密封流体領域Aとその外周側領域を含む第1中間領域Dとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。回転密封環32は回転軸6のスリーブ6bにOリング34を介して軸線方向移動可能に嵌合保持されている。回転軸6のスリーブ6bには回転密封環32の大気領域側に配してスプリングリテーナ35が固定されており、このスプリングリテーナ35と回転密封環32との間には、回転密封環32を静止密封環31へと押圧接触させるべく附勢するスプリング33及び回転密封環32の回転軸6に対する相対回転を阻止するドライブピン37が介装されている。なお、第1メカニカルシール1bと後述する第2メカニカルシール2bとは、上下方向における密封環配置を逆にするダブルシール構造をなしている。   As shown in FIG. 3, the first mechanical seal 1 b is moved in the axial direction to the stationary seal ring 31 fixed to the seal case 5 and the rotary shaft 6 penetrating the seal case 5 by being arranged on the atmosphere region side (upper side). A rotary seal ring 32 held in a possible manner and a spring 33 for pressing and urging the rotary seal ring 32 to the stationary seal ring 31 are provided, and the relative rotational sliding contact of the sealing end surfaces as opposed end surfaces of the both seal rings 31 and 32 is provided. By the action, an end face contact type mechanical seal configured to shield and seal the sealed fluid region A including the inner peripheral region of the relative rotational sliding contact portion and the first intermediate region D including the outer peripheral region thereof. is there. The rotary seal ring 32 is fitted and held on the sleeve 6b of the rotary shaft 6 via an O-ring 34 so as to be movable in the axial direction. A spring retainer 35 is fixed to the sleeve 6 b of the rotary shaft 6 on the atmosphere region side of the rotary seal ring 32, and the rotary seal ring 32 is stationary between the spring retainer 35 and the rotary seal ring 32. A spring 33 that biases the sealing ring 31 so as to be pressed and a drive pin 37 that prevents relative rotation of the rotary sealing ring 32 with respect to the rotary shaft 6 are interposed. In addition, the 1st mechanical seal 1b and the 2nd mechanical seal 2b mentioned later have comprised the double seal structure which reverses the sealing ring arrangement | positioning in an up-down direction.

第2及び第3メカニカルシール2b,3bは、第1メカニカルシール装置の第1及び第2メカニカルシール1a,1bと同様構造をなすタンデムシールである。したがって、第2及び第3メカニカルシール2b,3bの構成部材であって前記第1及び第2メカニカルシール1a,2aの構成部材と同一のものについては、図3及び図4において図1及び図2と同一の符号を付することによって、その詳細は省略することとする。   The second and third mechanical seals 2b and 3b are tandem seals having the same structure as the first and second mechanical seals 1a and 1b of the first mechanical seal device. Accordingly, the constituent members of the second and third mechanical seals 2b and 3b that are the same as the constituent members of the first and second mechanical seals 1a and 2a are shown in FIGS. 3 and 4 in FIGS. The details are omitted by attaching the same reference numerals.

第2メカニカルシール2bは、図3に示す如く、前記第1メカニカルシール1aと同様構造をなすものであり、両密封環11,12の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の外周側領域を含む第1中間領域Dとその内周側領域を含む第2中間領域Eとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。第2メカニカルシール1bのスプリングリテーナ15の基端部には循環リング38が形成されている。この循環リング38は前記第2メカニカルシール2bの循環リング27と同様構成をなすものであり、その外周部は上方へ突出し且つシールケース5の内周面に近接する円筒状部38aに構成されており、円筒状部38aにはこれを径方向に貫通する複数の循環孔38bが形成されている。第1中間領域Dは、循環リング38により両密封環11,12の相対回転摺接部分の外周側領域である第2メカニカルシール2bの配設領域(以下「第1フラッシング領域」という)D1とそれ以外の領域とに区画されている。   As shown in FIG. 3, the second mechanical seal 2b has the same structure as that of the first mechanical seal 1a, and the relative rotational sliding contact action of the sealing end surfaces which are the opposite end surfaces of the two sealing rings 11 and 12 It is an end face contact type mechanical seal configured to shield and seal the first intermediate region D including the outer peripheral side region of the rotating sliding contact portion and the second intermediate region E including the inner peripheral side region. A circulation ring 38 is formed at the base end of the spring retainer 15 of the second mechanical seal 1b. The circulation ring 38 has the same configuration as the circulation ring 27 of the second mechanical seal 2b, and its outer peripheral portion is formed as a cylindrical portion 38a that protrudes upward and is close to the inner peripheral surface of the seal case 5. The cylindrical portion 38a is formed with a plurality of circulation holes 38b penetrating therethrough in the radial direction. The first intermediate region D includes an arrangement region (hereinafter referred to as “first flushing region”) D1 of the second mechanical seal 2b which is an outer peripheral side region of the relative rotational sliding contact portions of the sealing rings 11 and 12 by the circulation ring 38. It is partitioned into other areas.

第3メカニカルシール3bは、図3に示す如く、前記第2メカニカルシール2aと同一構造をなすものであり、両環22,23の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の外周側領域を含む第2中間領域Eとその内周側領域を含む大気領域Bとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。第2中間領域Eは、スプリングリテーナ26に一体形成された循環リング27により、両環22,23の相対回転摺接部分の外周側領域である第3メカニカルシール3bの配設領域(以下「第2フラッシング領域」という)E1とそれ以外の領域とに区画されている。   As shown in FIG. 3, the third mechanical seal 3b has the same structure as that of the second mechanical seal 2a. The relative rotation of the third mechanical seal 3b is achieved by the relative rotational sliding contact action of the sealed end surfaces of the two rings 22 and 23. This is an end face contact type mechanical seal configured to shield and seal the second intermediate region E including the outer peripheral side region of the sliding contact portion and the atmospheric region B including the inner peripheral side region thereof. The second intermediate region E is provided with a third mechanical seal 3b (hereinafter referred to as “second region”) which is an outer peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion of both rings 22 and 23 by a circulation ring 27 formed integrally with the spring retainer 26. It is divided into E1 and other areas.

シールケース5は円形内周面を有する筒状のもので、図3及び図4に示す如く、被密封流体領域Aに開口する第1低圧流体口52a、第1中間領域Dに開口する高圧流体口52b及び第2中間領域Eに開口する第2低圧流体口52cが形成されている。高圧流体口52bは第1フラッシング領域D1を除く第1中間領域Dの適所であって循環リング38の近傍位に開口されており、第2低圧流体口52cは第2フラッシング領域E1の適所であって遊動環23と循環リング27との間に開口されている。   The seal case 5 has a cylindrical shape having a circular inner peripheral surface. As shown in FIGS. 3 and 4, the first low-pressure fluid port 52 a that opens to the sealed fluid region A and the high-pressure fluid that opens to the first intermediate region D are used. A second low-pressure fluid port 52c that opens to the port 52b and the second intermediate region E is formed. The high pressure fluid port 52b is an appropriate place in the first intermediate region D excluding the first flushing region D1 and is opened in the vicinity of the circulation ring 38, and the second low pressure fluid port 52c is an appropriate location in the second flushing region E1. An opening is formed between the idle ring 23 and the circulation ring 27.

而して、高圧流体口52bと第1低圧流体口52a及び第2低圧流体口52cとは、図3及び図4に示す如く、第1及び第2均圧器4b,4cを介して連通接続されていて、被密封流体領域Aの圧力(被密封流体Kbの圧力)P3と第1中間領域Dの圧力(第1シール液L1の圧力)P4との圧力比P4/P3及び第1中間領域Dの圧力P3と第2中間領域Eの圧力(第2シリンダ液L2の圧力)P5との圧力比P4/P5を夫々一定に保持するように構成されている。   Thus, the high-pressure fluid port 52b, the first low-pressure fluid port 52a, and the second low-pressure fluid port 52c are connected in communication via the first and second pressure equalizers 4b and 4c, as shown in FIGS. The pressure ratio P4 / P3 between the pressure in the sealed fluid region A (pressure of the sealed fluid Kb) P3 and the pressure in the first intermediate region D (pressure of the first sealing liquid L1) P4 and the first intermediate region D The pressure ratio P4 / P5 between the second pressure P3 and the pressure in the second intermediate region E (the pressure of the second cylinder fluid L2) P5 is kept constant.

各均圧器4b,4cは、図6に示す如く、シリンダ41内にピストン42を装填してなるものであり、ピストン受圧面積比(高圧流体用空間43aにおけるピストン受圧面積S1に対する低圧流体用空間43bにおけるピストン受圧面積S2の比率(S2/S1))を除いて前記均圧器4aと同一構成をなすものである。   As shown in FIG. 6, each of the pressure equalizers 4b and 4c is formed by loading a piston 42 in a cylinder 41, and a piston pressure receiving area ratio (low pressure fluid space 43b with respect to piston pressure receiving area S1 in high pressure fluid space 43a). Except for the ratio (S2 / S1) of the piston pressure receiving area S2 in FIG.

シールケース5の高圧流体口52bは、図4に示す如く、第1高圧流体用配管72aにより第1均圧器4bの高圧流体口41aに連通接続されると共に第2高圧流体用配管73aにより第2均圧器4cの高圧流体口41aに連通接続されている。また、図4に示す如く、シールケース5の第1低圧流体口52aは第1低圧流体用配管72bにより第1均圧器4bの低圧流体口41bに連通接続されており、シールケース5の第2低圧流体口52cは第2低圧流体用配管73bにより第2均圧器4cの低圧流体口41bに連通接続されている。   As shown in FIG. 4, the high-pressure fluid port 52b of the seal case 5 is connected to the high-pressure fluid port 41a of the first pressure equalizing device 4b by the first high-pressure fluid pipe 72a and is secondly connected by the second high-pressure fluid pipe 73a. The high pressure fluid port 41a of the pressure equalizer 4c is connected in communication. 4, the first low-pressure fluid port 52a of the seal case 5 is connected to the low-pressure fluid port 41b of the first pressure equalizing device 4b through the first low-pressure fluid pipe 72b. The low pressure fluid port 52c is connected in communication with the low pressure fluid port 41b of the second pressure equalizing device 4c by a second low pressure fluid pipe 73b.

第1均圧器4bにあっては、ピストン受圧面積比ξ1が第2メカニカルシール装置の設計段階ないし運転開始段階で設定される被密封流体Kbの圧力(以下「被密封流体設定圧P3a」という」とこれより所定圧(若干圧)高く設定される第1中間領域Dの圧力(以下「第1シール液設定圧P4a」という)との圧力比P4a/P3aと等価となる(ξ1=S2/S1=P4a/P3a)ように設定されている。また、運転開始段階(P3=P3a,P4=P4aである場合)において、ピストン42が、図6(A)に示す如く、シリンダ41の上下方向中間位置(以下「基準位置」という)に位置されるように設定されている。   In the first pressure equalizing device 4b, the piston pressure receiving area ratio ξ1 is the pressure of the sealed fluid Kb set at the design stage or the operation start stage of the second mechanical seal device (hereinafter referred to as “sealed fluid set pressure P3a”). And a pressure ratio P4a / P3a equivalent to the pressure in the first intermediate region D (hereinafter referred to as “first seal fluid set pressure P4a”) set higher by a predetermined pressure (slight pressure) than this (ξ1 = S2 / S1 = P4a / P3a) In the operation start stage (when P3 = P3a and P4 = P4a), as shown in FIG. It is set to be positioned at a position (hereinafter referred to as “reference position”).

第2均圧器4cにあっては、ピストン受圧面積比ξ2が第2メカニカルシール装置の設計段階ないし運転開始段階で第1シール液設定圧P4aより所定圧低く設定される第2中間領域Eの圧力(以下「第2シール液設定圧P5a」という)と第1シール液設定圧P4aとの圧力比P4a/P5aと等価となる(ξ2=S2/S1=P4a/P5a)ように設定されている。また、運転開始段階(P4=P4a,P5=P5aである場合)において、ピストン42が、図6(A)に示す如く、シリンダ41の上下方向中間位置(以下「基準位置」という)に位置されるように設定されている。   In the second pressure equalizer 4c, the pressure in the second intermediate region E in which the piston pressure receiving area ratio ξ2 is set to be a predetermined pressure lower than the first seal fluid set pressure P4a at the design stage or operation start stage of the second mechanical seal device. It is set to be equivalent to the pressure ratio P4a / P5a (hereinafter referred to as “second seal fluid set pressure P5a”) and the first seal fluid set pressure P4a (ξ2 = S2 / S1 = P4a / P5a). In the operation start stage (when P4 = P4a and P5 = P5a), the piston 42 is positioned at the intermediate position in the vertical direction of the cylinder 41 (hereinafter referred to as “reference position”) as shown in FIG. Is set to

第2高圧流体用配管73a(又は第1高圧流体用配管72a)には、運転開始時において所定圧P4aの第1シール液L1を第1中間領域Dに充填させるための簡易ポンプ(この例ではハンドポンプ)73cが配設されており、更に必要に応じて圧力計73d等が設けられる。また第2低圧流体用配管73bには、運転開始時に所定圧P5aの第2シール液L2を第2中間領域Eに充填させるための簡易ポンプ(この例ではハンドポンプ)73eが配設されており、更に必要に応じて圧力トランスミッタ73f、安全弁73g、圧力計73h及びアキュムレータ73i等が設けられる。   The second high-pressure fluid pipe 73a (or the first high-pressure fluid pipe 72a) is a simple pump (in this example, for filling the first intermediate region D with the first seal liquid L1 having a predetermined pressure P4a at the start of operation). Hand pump) 73c is disposed, and a pressure gauge 73d and the like are further provided as necessary. The second low-pressure fluid pipe 73b is provided with a simple pump (in this example, a hand pump) 73e for filling the second intermediate region E with the second seal liquid L2 having a predetermined pressure P5a at the start of operation. Further, a pressure transmitter 73f, a safety valve 73g, a pressure gauge 73h, an accumulator 73i, and the like are provided as necessary.

なお、第2メカニカルシール装置にあっても、第1メカニカルシール装置と同様に、第2及び第3メカニカルシール2b,3bをフラッシングするように工夫されている。すなわち、図3及び図4に示す如く、シールケース5に第1フラッシング領域D1に開口する第1給排液口52d,52e及び第2フラッシング領域E1に開口する第2給排液口52f,52gを設けると共に、図4に示す如く、第1及び第2給排液口52d,52e及び52f,52g間を夫々クーラ52h,52iを有する循環路52j,52kで接続して、第2メカニカルシール2bのシール部分(両密封環11,12の相対回転摺接部分)及び第3メカニカルシール3bのシール部分(両環22,23の相対回転摺接部分)をフラッシングするように工夫されている。フラッシング液としては一般に清水等が使用されるが、この例では、第2メカニカルシール2bに対しては第1フラッシング領域D1に充満する第1シール液L1の一部が使用され、第3メカニカルシール3bに対しては第2フラッシング領域E1に充満する第2シール液L2の一部が使用されている。なお、フラッシング済みの液L1,L2は、第1メカニカルシール装置と同様に、循環リング27,38によるポンピング作用により、フラッシング領域D1,E1からそのまま排液口52e,52gへと排出される。   Even in the second mechanical seal device, the second and third mechanical seals 2b and 3b are devised so as to be flushed, similarly to the first mechanical seal device. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the seal case 5 has first supply / drain liquid ports 52d and 52e opened in the first flushing area D1 and second supply / drain liquid ports 52f and 52g opened in the second flushing area E1. As shown in FIG. 4, the first and second liquid supply and discharge ports 52d, 52e and 52f, 52g are connected by circulation paths 52j, 52k having coolers 52h, 52i, respectively, and the second mechanical seal 2b. The seal portion (the relative rotational sliding contact portion between both seal rings 11 and 12) and the seal portion (the relative rotational sliding contact portion between both rings 22 and 23) of the third mechanical seal 3b are devised. In general, fresh water or the like is used as the flushing liquid. In this example, a part of the first seal liquid L1 filling the first flushing region D1 is used for the second mechanical seal 2b, and the third mechanical seal is used. For 3b, a part of the second sealing liquid L2 filling the second flushing region E1 is used. The flushed liquids L1 and L2 are discharged from the flushing areas D1 and E1 as they are to the drainage ports 52e and 52g by the pumping action by the circulation rings 27 and 38, as in the first mechanical seal device.

以上のように構成された第2メカニカルシール装置にあっては、回転機器の運転状況の変化によって被密封流体領域Aの圧力P3が低下した場合(例えば、被密封流体設定圧P3aより低くなった場合)には、図6(B)に示す如く、第1均圧器4bにおいてピストン42が高圧流体用空間43aの容積を増大させる方向に移動し(例えば、基準位置(図6(A)に示す位置)から下方に移動し)、この高圧流体用空間43aの容積増大量に応じた圧力減少が高圧流体用配管72aから第1中間領域Dへと伝播され、第1中間領域Dの圧力P4が下降することになる。そして、ピストン42は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間43aの圧力P4と低圧流体用空間43bの圧力P3との圧力比P4/P3はピストン受圧面積比ξ1(=P4a/P3a)と等価となり、変化しない。すなわち、第1中間領域Dの圧力P4が被密封流体領域Aの圧力P3に比して必要以上に高くなるようなことがなく、その圧力比P4/P3は当該圧力変動前と同一に保持されることになる。したがって、被密封流体領域Aの圧力P3が低下した場合にも、この圧力P3と第1中間領域Dの圧力P4との差圧が異常に高くなることによる問題(例えば、第1メカニカルシール1aに過大な負荷が作用する)は生じず、第1メカニカルシール1bによるシール機能が良好に発揮される。   In the second mechanical seal device configured as described above, when the pressure P3 in the sealed fluid region A is reduced due to a change in the operating state of the rotating equipment (for example, lower than the sealed fluid set pressure P3a). 6B, the piston 42 moves in the direction in which the volume of the high-pressure fluid space 43a is increased in the first pressure equalizing device 4b as shown in FIG. 6B (for example, the reference position (shown in FIG. 6A)). The pressure decrease corresponding to the volume increase amount of the high-pressure fluid space 43a is propagated from the high-pressure fluid pipe 72a to the first intermediate region D, and the pressure P4 in the first intermediate region D is increased. It will descend. The piston 42 stops at a position where the pressing force due to the fluid pressure acting on both sides of the piston 42 is balanced. At this time, the pressure ratio between the pressure P4 in the high-pressure fluid space 43a and the pressure P3 in the low-pressure fluid space 43b. P4 / P3 is equivalent to the piston pressure receiving area ratio ξ1 (= P4a / P3a) and does not change. That is, the pressure P4 in the first intermediate region D does not become higher than necessary as compared with the pressure P3 in the sealed fluid region A, and the pressure ratio P4 / P3 is kept the same as before the pressure fluctuation. Will be. Therefore, even when the pressure P3 in the sealed fluid region A decreases, there is a problem that the differential pressure between the pressure P3 and the pressure P4 in the first intermediate region D becomes abnormally high (for example, in the first mechanical seal 1a An excessive load is applied), and the sealing function by the first mechanical seal 1b is satisfactorily exhibited.

また、回転機器の運転状況の変化によって被密封流体領域Aの圧力P3が上昇した場合や第2メカニカルシール2bから第2中間領域Eへの第1シール液L1の漏洩等により第1中間領域Dの圧力P4が下降した場合には、図6(C)に示す如く、第1均圧器4bにおいてピストン42が高圧流体用空間43aの容積を減少させる方向に移動し(例えば、前記基準位置から上方に移動し)、この高圧流体用空間43aの容積減少量に応じた圧力増加が高圧流体用配管72aから第1中間領域Dへと伝播され、第1中間領域Dの圧力P4が上昇することになる。そして、ピストン42は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間43aの圧力P4と低圧流体用空間43bの圧力P3との圧力比P4/P3は、上記した場合と同様に、ピストン受圧面積比ξ1(=P4a/P3a)と等価となり、一定に保持される。   Further, when the pressure P3 in the sealed fluid region A increases due to a change in the operating condition of the rotating equipment, or due to leakage of the first seal liquid L1 from the second mechanical seal 2b to the second intermediate region E, the first intermediate region D As shown in FIG. 6C, the piston 42 moves in the direction of decreasing the volume of the high pressure fluid space 43a in the first pressure equalizing device 4b (for example, upward from the reference position), as shown in FIG. The pressure increase corresponding to the volume reduction amount of the high pressure fluid space 43a is propagated from the high pressure fluid pipe 72a to the first intermediate region D, and the pressure P4 in the first intermediate region D increases. Become. The piston 42 stops at a position where the pressing force due to the fluid pressure acting on both sides of the piston 42 is balanced. At this time, the pressure ratio between the pressure P4 in the high-pressure fluid space 43a and the pressure P3 in the low-pressure fluid space 43b. As in the case described above, P4 / P3 is equivalent to the piston pressure receiving area ratio ξ1 (= P4a / P3a) and is kept constant.

したがって、被密封流体領域Aの圧力P3が上昇し及び/又は第1中間領域Dの圧力P4が低下した場合にも、両圧力P3,P4が逆転するようなことがなく、つまり逆圧(P4<P3)が第1メカニカルシール1bに作用することがなく、第1メカニカルシール1bによるシール機能が良好に発揮される。   Therefore, even when the pressure P3 in the sealed fluid region A increases and / or the pressure P4 in the first intermediate region D decreases, both the pressures P3 and P4 do not reverse, that is, the reverse pressure (P4 <P3) does not act on the first mechanical seal 1b, and the sealing function by the first mechanical seal 1b is satisfactorily exhibited.

また、第3メカニカルシール3bから大気領域Bへの第2シール液L2が漏洩する等により第2中間領域Eの圧力P5が低下した場合又は被密封流体領域Aの圧力上昇に伴い第1均圧器4bにより第2中間領域Dの圧力P4が上昇した場合には、図6(B)に示す如く、第2均圧器4cにおいてピストン42が低圧流体用空間43bの容積を減少させる方向に移動し(例えば、基準位置(図6(A)に示す位置)から下方に移動し)、この低圧流体用空間43bの容積減少量に応じた圧力増加が低圧流体用配管73bから第2中間領域Eへと伝播され、第2中間領域Eの圧力P5が上昇することになる。そして、ピストン42は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間43aの圧力P4と低圧流体用空間43bの圧力P5との圧力比P4/P5はピストン受圧面積比ξ2(=P4a/P5a)と等価となり、変化しない。すなわち、第1中間領域Dの圧力P4が第2中間領域Eの圧力P5に比して必要以上に高くなるようなことがなく、その圧力比P4/P5は当該圧力変動前と同一に保持されることになる。したがって、上記したような場合にも、第1中間領域Dの圧力P4と第2中間領域Eの圧力P5との差圧が異常に大きくなることによる問題(例えば、第2メカニカルシール2bに過大な負荷が作用する)は生じず、第2メカニカルシール2bによるシール機能が良好に発揮される。   Further, when the pressure P5 in the second intermediate region E decreases due to leakage of the second seal liquid L2 from the third mechanical seal 3b to the atmospheric region B, or as the pressure in the sealed fluid region A increases, the first pressure equalizer When the pressure P4 in the second intermediate region D rises due to 4b, as shown in FIG. 6 (B), the piston 42 moves in the direction in which the volume of the low-pressure fluid space 43b is reduced in the second pressure equalizer 4c ( For example, the pressure increases according to the volume reduction amount of the low pressure fluid space 43b from the reference position (position shown in FIG. 6A) to the second intermediate region E from the low pressure fluid pipe 73b. Propagated and the pressure P5 in the second intermediate region E increases. The piston 42 stops at a position where the pressing force due to the fluid pressure acting on both sides of the piston 42 is balanced. At this time, the pressure ratio between the pressure P4 in the high-pressure fluid space 43a and the pressure P5 in the low-pressure fluid space 43b. P4 / P5 is equivalent to the piston pressure receiving area ratio ξ2 (= P4a / P5a) and does not change. That is, the pressure P4 in the first intermediate region D does not become higher than necessary as compared with the pressure P5 in the second intermediate region E, and the pressure ratio P4 / P5 is kept the same as before the pressure fluctuation. Will be. Accordingly, even in the above-described case, there is a problem that the differential pressure between the pressure P4 in the first intermediate region D and the pressure P5 in the second intermediate region E becomes abnormally large (for example, an excessive pressure is applied to the second mechanical seal 2b). No load is applied), and the sealing function by the second mechanical seal 2b is satisfactorily exhibited.

また、被密封流体領域Aの圧力低下に伴い第1均圧器4bにより第1中間領域Dの圧力P4が低下した場合又は第2メカニカルシール2bから第2中間領域Eへ第1シール液L1が漏洩することにより第3中間領域Eの圧力P5が上昇した場合(或いは第1中間領域Dの圧力P4が低下した場合)には、図6(C)に示す如く、第2均圧器4cにおいてピストン42が低圧流体用空間43bの容積を増大させる方向に移動し(例えば、前記基準位置から上方に移動し)、この低圧流体用空間43bの容積増大量に応じた圧力減少が低圧高圧流体用配管73bから第2中間領域Eへと伝播され、第2中間領域Eの圧力P5が低下することになる。そして、ピストン42は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間43aの圧力P4と低圧流体用空間43bの圧力P5との圧力比P4/P5は、上記した場合と同様に、ピストン受圧面積比ξ2(=P4a/P5a)と等価となり、一定に保持される。   Further, when the pressure P4 in the first intermediate region D is reduced by the first pressure equalizing device 4b as the pressure in the sealed fluid region A decreases, the first seal liquid L1 leaks from the second mechanical seal 2b to the second intermediate region E. Thus, when the pressure P5 in the third intermediate region E increases (or when the pressure P4 in the first intermediate region D decreases), as shown in FIG. 6C, the piston 42 in the second pressure equalizer 4c. Moves in a direction to increase the volume of the low-pressure fluid space 43b (for example, moves upward from the reference position), and the pressure decrease corresponding to the volume increase amount of the low-pressure fluid space 43b is reduced to the low-pressure and high-pressure fluid pipe 73b. To the second intermediate region E, the pressure P5 in the second intermediate region E decreases. The piston 42 stops at a position where the pressing force due to the fluid pressure acting on both sides of the piston 42 is balanced. At this time, the pressure ratio between the pressure P4 in the high-pressure fluid space 43a and the pressure P5 in the low-pressure fluid space 43b. As in the case described above, P4 / P5 is equivalent to the piston pressure receiving area ratio ξ2 (= P4a / P5a) and is kept constant.

したがって、このように第1中間領域Dの圧力P4が低下し及び/又は第2中間領域Dの圧力P5が上昇した場合にも、両圧力P4,P5が逆転するようなことがなく、つまり逆圧(P4<P5)が第2メカニカルシール2bに作用することがなく、第2メカニカルシール2bによるシール機能が良好に発揮される。   Therefore, even when the pressure P4 in the first intermediate region D decreases and / or the pressure P5 in the second intermediate region D increases in this way, both the pressures P4 and P5 do not reverse, that is, reverse The pressure (P4 <P5) does not act on the second mechanical seal 2b, and the sealing function by the second mechanical seal 2b is exhibited well.

このように、第2メカニカルシール装置にあっては、被密封流体領域Aの圧力P3、第1中間領域Dの圧力P4及び第2中間領域Eの圧力P5の相互間における圧力関係(圧力比)が第1及び第2均圧器4b,4cにより適正に保持されることになり、良好なシール機能が発揮される。   Thus, in the second mechanical seal device, the pressure relationship (pressure ratio) among the pressure P3 in the sealed fluid region A, the pressure P4 in the first intermediate region D, and the pressure P5 in the second intermediate region E is as follows. Is properly held by the first and second pressure equalizers 4b and 4c, and a good sealing function is exhibited.

また、各均圧器4b,4cに設けられたピストン移動位置ないし移動量の検知装置(リミットスイッチ45a,45b及びメジャー46)により、第2メカニカルシール装置やこれを装備する回転機器の運転状況を的確に把握することができることは、前記した第1メカニカルシール装置と同様である。   In addition, the piston moving position or moving amount detection device (limit switches 45a, 45b and measure 46) provided in each of the pressure equalizers 4b, 4c can be used to accurately check the operation status of the second mechanical seal device and the rotating equipment equipped with the second mechanical seal device. It is the same as that of the above-mentioned 1st mechanical seal apparatus that it can grasp | ascertain.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良、変更することが可能である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention.

例えば、メカニカルシール数nを2とするメカニカルシール装置としては、第1メカニカルシール装置のようなタンデムシールに限定されず、第1メカニカルシール1aと第2メカニカルシール2aとをそれらの密封環が逆向きに配置されるダブルシールとすることも可能である。この場合、第中間領域Cに被密封流体領域Aより高圧のシール液を充填・封入させるときには、両領域A,Cを第2メカニカルシール装置における被密封流体領域Aと第1中間領域Dとを第1均圧器4bを介して連通接続させる場合と同様構成としておく。   For example, the mechanical seal device having a mechanical seal number n of 2 is not limited to a tandem seal such as the first mechanical seal device, but the first mechanical seal 1a and the second mechanical seal 2a are reversed in their sealing rings. It is also possible to use a double seal arranged in the direction. In this case, when the first intermediate region C is filled and sealed with a sealing liquid having a pressure higher than that of the sealed fluid region A, the sealed fluid region A and the first intermediate region D in the second mechanical seal device are divided into both regions A and C. The configuration is the same as that in the case where the first pressure equalizing device 4b is connected in communication.

また、メカニカルシール数nを3とするメカニカルシール装置としては、第2メカニカルシール装置のようなダブルシール構造(第1メカニカルシール1bと第2メカニカルシール2bとがなすシール構造)とタンデムシール構造(第2メカニカルシール2bと第3メカニカルシール3bとがなすシール構造)との組み合わせとせず、図5に示す如く、すべてのメカニカルシール相互がタンデムシール構造をなすように構成してもよい。   Further, as a mechanical seal device in which the number of mechanical seals n is 3, a double seal structure (a seal structure formed by the first mechanical seal 1b and the second mechanical seal 2b) and a tandem seal structure ( Instead of the combination of the second mechanical seal 2b and the third mechanical seal 3b), as shown in FIG. 5, all the mechanical seals may have a tandem seal structure.

すなわち、図5に示す高圧流体用メカニカルシール装置(以下「第3メカニカルシール装置」という)にあっては、第1、第2及び第3メカニカルシール1c,2c,3cが夫々シールケース5に設けた静止密封環(又は遊動環)101と回転軸6に設けた回転密封環(又は回転環)102との相対回転摺接作用によりシール機能を発揮するように構成された端面接触形のメカニカルシールであり、各メカニカルシールとこれに隣接するメカニカルシールとがタンデムシール構造をなしており、第1及び第2メカニカルシール1c,2c間の第1中間領域Fに被密封流体領域Aより低圧の第1シール液を充填・封入すると共に第2及び第3メカニカルシール2c,3c間の第2中間領域Gに第1中間領域Fより低圧の第2シール液を充填・封入して、被密封流体領域Aと大気領域Bとを中間領域F,Gを介してシールするように構成されている。そして、この第3メカニカルシール装置にあっては、第1中間領域Fとこれに隣接する被密封流体領域A及び第2中間領域Gとの間を、第1図6に示す如く、第1及びメカニカルシール装置で使用した均圧器4a,4b,4c,と同様構造をなす均圧器4d,4eを介して連通接続してある。すなわち、図5に示す如く、被密封流体領域Aに開口するシールケース5の高圧流体口53aと第1均圧器4dの高圧流体口41aとを第1高圧流体用配管74aで接続し、第1中間領域Fに開口するシールケース5の第1低圧流体口53bと第1均圧器4dの低圧流体口41bとを第1低圧流体用配管74bで接続すると共に第1低圧流体口53bと第2均圧器4eの高圧流体口41aとを第2高圧流体用配管75aで接続し、第2中間領域Gに開口するシールケース5の第2低圧流体口53cと第2均圧器4eの低圧流体口41bとを第2低圧流体用配管75bで接続してある。第1均圧器4dにおけるピストン受圧面積比は被密封流体領域Aと第1中間領域Fとの圧力関係に応じて、また第2均圧器4eにおけるピストン受圧面積比は両中間領域F,Gの圧力関係に応じて、夫々設定される。而して、第3メカニカルシール装置にあっては、第1メカニカルシール装置において被密封流体領域Aと中間領域Cとの圧力関係が均圧器4aにより適正に保持される場合と同様の作用により、第1中間領域Fと被密封流体領域A及び第2中間領域Gとの圧力関係(圧力比)が均圧器4d,4eにより適正に保持される。なお、第2高圧流体用配管75a(又は第1低圧流体用配管74a)には、運転開始時において所定圧の第1シール液を第1中間領域Fに充填させるための簡易ポンプ(この例ではハンドポンプ)75cが配設されており、更に必要に応じて圧力計75d等が設けられる。また第2低圧流体用配管75bには、運転開始時に所定圧の第2シール液を第2中間領域Gに充填させるための簡易ポンプ(この例ではハンドポンプ)75eが配設されており、更に必要に応じて圧力トランスミッタ75f、安全弁75g、圧力計75h及びアキュムレータ75i等が設けられる。また、第3メカニカルシール装置にあっても、第1メカニカルシール装置又は第2メカニカルシール装置と同様のフラッシング手段を設けることが可能である。   That is, in the high-pressure fluid mechanical seal device shown in FIG. 5 (hereinafter referred to as “third mechanical seal device”), the first, second, and third mechanical seals 1c, 2c, 3c are provided in the seal case 5, respectively. An end face contact type mechanical seal configured to exhibit a sealing function by a relative rotational sliding contact action between the stationary seal ring (or idle ring) 101 and the rotary seal ring (or rotary ring) 102 provided on the rotary shaft 6. Each mechanical seal and a mechanical seal adjacent thereto form a tandem seal structure, and the first intermediate region F between the first and second mechanical seals 1c, 2c has a lower pressure than the sealed fluid region A. 1 seal liquid is filled and sealed, and the second intermediate liquid G having a lower pressure than the first intermediate area F is filled and sealed in the second intermediate area G between the second and third mechanical seals 2c and 3c. To, and is configured to seal through the ambient air into the region B the sealed fluid region A middle region F, G. And in this 3rd mechanical-seal apparatus, as shown in FIG. 1 between 1st intermediate | middle area | region F and the to-be-sealed fluid area | region A and 2nd intermediate | middle area | region G adjacent to this, The pressure equalizers 4a, 4b, 4c used in the mechanical seal device are connected in communication via pressure equalizers 4d, 4e having the same structure. That is, as shown in FIG. 5, the high-pressure fluid port 53a of the seal case 5 that opens to the sealed fluid region A and the high-pressure fluid port 41a of the first pressure equalizing device 4d are connected by the first high-pressure fluid pipe 74a. The first low-pressure fluid port 53b of the seal case 5 opening in the intermediate region F and the low-pressure fluid port 41b of the first pressure equalizing device 4d are connected by a first low-pressure fluid pipe 74b, and the first low-pressure fluid port 53b and the second pressure-equalization port are connected. The high-pressure fluid port 41a of the pressure device 4e is connected by the second high-pressure fluid pipe 75a, and the second low-pressure fluid port 53c of the seal case 5 that opens to the second intermediate region G and the low-pressure fluid port 41b of the second pressure equalizer 4e Are connected by a second low-pressure fluid pipe 75b. The piston pressure receiving area ratio in the first pressure equalizing device 4d depends on the pressure relationship between the sealed fluid region A and the first intermediate region F, and the piston pressure receiving area ratio in the second pressure equalizing device 4e is the pressure in the intermediate regions F and G. Each is set according to the relationship. Thus, in the third mechanical seal device, by the same action as in the case where the pressure relationship between the sealed fluid region A and the intermediate region C is properly held by the pressure equalizer 4a in the first mechanical seal device, The pressure relationship (pressure ratio) between the first intermediate region F, the sealed fluid region A, and the second intermediate region G is properly maintained by the pressure equalizers 4d and 4e. The second high-pressure fluid pipe 75a (or the first low-pressure fluid pipe 74a) is a simple pump (in this example, for filling the first intermediate region F with the first seal liquid having a predetermined pressure at the start of operation). (Hand pump) 75c, and a pressure gauge 75d and the like are further provided as necessary. The second low-pressure fluid pipe 75b is provided with a simple pump (in this example, a hand pump) 75e for filling the second intermediate region G with a second seal liquid having a predetermined pressure at the start of operation. A pressure transmitter 75f, a safety valve 75g, a pressure gauge 75h, an accumulator 75i, and the like are provided as necessary. Further, even in the third mechanical seal device, it is possible to provide flushing means similar to the first mechanical seal device or the second mechanical seal device.

また、本発明はメカニカルシール数nを4以上とする高圧流体用メカニカルシール装置にも適用することができる。この場合、各中間領域とこれに隣接する中間領域及び被密封流体領域との間を、ピストン受圧面積比(低圧流体用空間のピストン受圧面積を高圧流体用空間のピストン面積で除したもの)が予め設定された高圧流体領域と低圧流体領域との圧力比(高圧流体の圧力を低圧流体の圧力で除したもの)に一致するように構成されたn−1個の均圧器を使用して、高圧流体領域を当該均圧器の高圧流体用空間に接続すると共に低圧流体領域を当該均圧器の低圧流体用空間に接続しておくのである。   The present invention can also be applied to a high-pressure fluid mechanical seal device having a mechanical seal number n of 4 or more. In this case, the piston pressure receiving area ratio (the piston pressure receiving area of the low pressure fluid space divided by the piston area of the high pressure fluid space) is set between each intermediate region and the adjacent intermediate region and the sealed fluid region. Using n-1 pressure equalizers configured to match a preset pressure ratio between the high pressure fluid region and the low pressure fluid region (high pressure fluid divided by low pressure fluid pressure); The high pressure fluid region is connected to the high pressure fluid space of the pressure equalizer and the low pressure fluid region is connected to the low pressure fluid space of the pressure equalizer.

また、本発明のメカニカルシール装置は、上記した如く高圧液体を扱う竪型の回転機器の軸封手段として使用される他、高圧液体を扱う横型の回転機器や高圧気体を扱う竪型又は横型の回転機器等の軸封手段としても好適に使用することができる。   Further, the mechanical seal device of the present invention is used as a shaft sealing means of a vertical rotating device that handles high-pressure liquid as described above, as well as a horizontal rotating device that handles high-pressure liquid and a vertical or horizontal type that handles high-pressure gas. It can also be suitably used as a shaft sealing means for a rotating device or the like.

1a 第1メカニカルシール(端面接触形のメカニカルシール)
1b 第1メカニカルシール(端面接触形のメカニカルシール)
1c 第1メカニカルシール(端面接触形のメカニカルシール)
2a 第2メカニカルシール(端面接触形のメカニカルシール)
2b 第2メカニカルシール(端面接触形のメカニカルシール)
2c 第2メカニカルシール(端面接触形のメカニカルシール)
3b 第3メカニカルシール(端面接触形のメカニカルシール)
3c 第3メカニカルシール(端面接触形のメカニカルシール)
4a 均圧器
4b 第1均圧器
4c 第2均圧器
4d 第1均圧器
4e 第2均圧器
5 シールケース
6 回転軸
11 静止密封環
12 回転密封環
13 スプリング
21 静止環
22 回転環状
23 遊動環
24 スプリング
41 シリンダ
41a 高圧流体口
41b 低圧流体口
42 ピストン
42a ピストンロッド
43a 高圧流体用空間
43b 低圧流体用空間
45a リミットスイッチ(検知装置)
45b リミットスイッチ(検知装置)
46 メジャー(検知装置)
71a 高圧流体用配管
71b 低圧流体用配管
72a 第1高圧流体用配管
72b 第1低圧流体用配管
73a 第2高圧流体用配管
73b 第2低圧流体用配管
74a 第1高圧流体用配管
74b 第1低圧流体用配管
75a 第2高圧流体用配管
75b 第2低圧流体用配管
101 静止密封環
102 回転密封環
A 被密封流体領域
B 大気領域
C 中間領域
D 第1中間領域
E 第2中間領域
F 第1中間領域
G 第2中間領域
K 被密封流体
L シール液
L1 第1シール液
L2 第2シール液
1a First mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
1b First mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
1c First mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
2a Second mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
2b Second mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
2c Second mechanical seal (end surface contact type mechanical seal)
3b Third mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
3c 3rd mechanical seal (end face contact type mechanical seal)
4a Pressure equalizer 4b 1st pressure equalizer 4c 2nd pressure equalizer 4d 1st pressure equalizer 4e 2nd pressure equalizer 5 Seal case 6 Rotating shaft 11 Stationary seal ring 12 Rotation seal ring 13 Spring 21 Stationary ring 22 Rotation ring 23 Free ring 24 Spring 41 Cylinder 41a High Pressure Fluid Port 41b Low Pressure Fluid Port 42 Piston 42a Piston Rod 43a High Pressure Fluid Space 43b Low Pressure Fluid Space 45a Limit Switch (Detection Device)
45b Limit switch (detection device)
46 Major (detection device)
71a High-pressure fluid piping 71b Low-pressure fluid piping 72a First high-pressure fluid piping 72b First low-pressure fluid piping 73a Second high-pressure fluid piping 73b Second low-pressure fluid piping 74a First high-pressure fluid piping 74b First low-pressure fluid Pipe 75a Second high-pressure fluid pipe 75b Second low-pressure fluid pipe 101 Stationary seal ring 102 Rotating seal ring A Sealed fluid area B Atmosphere area C Intermediate area D First intermediate area E Second intermediate area F First intermediate area G Second intermediate region K Sealed fluid L Seal liquid L1 First seal liquid L2 Second seal liquid

Claims (5)

複数の端面接触形のメカニカルシールを軸線方向に直列配置して、被密封流体領域と大気領域とをメカニカルシール間に形成された中間領域を介して遮蔽シールするように構成された高圧流体用メカニカルシール装置において、
各中間領域に、これに隣接する中間領域又は被密封流体領域の圧力と異なる圧力のシール液を充填・封入してあり、
各々がシリンダ内の密閉空間をこれに進退自在に装填したピストンにより低圧流体用空間とピストン受圧面積が低圧流体用空間より小さな高圧流体用空間とに仕切ってなる中間領域数と同一数の均圧器を設けて、各中間領域を各均圧器の低圧流体用空間及び高圧流体用空間の一方に連通接続すると共に当該中間領域に隣接する中間領域又は被密封流体領域に当該均圧器の低圧流体用空間及び高圧流体用空間の他方に連通接続して、各中間領域とこれに隣接する中間領域又は被密封流体領域との圧力比が夫々一定に保持されるように構成したことを特徴とする高圧流体用メカニカルシール装置。
A mechanical system for high-pressure fluid in which a plurality of end-face contact type mechanical seals are arranged in series in the axial direction, and the sealed fluid region and the atmospheric region are shielded and sealed through an intermediate region formed between the mechanical seals. In the sealing device,
Each intermediate region is filled and sealed with a sealing liquid having a pressure different from that of the intermediate region adjacent to the intermediate region or the sealed fluid region,
The number of pressure equalizers equal to the number of intermediate regions, each of which is divided into a space for low pressure fluid and a space for high pressure fluid whose piston pressure receiving area is smaller than the space for low pressure fluid by a piston in which a sealed space in the cylinder is removably loaded. And each intermediate region is connected to one of the low-pressure fluid space and the high-pressure fluid space of each pressure equalizer, and the low-pressure fluid space of the pressure equalizer is connected to the intermediate region adjacent to the intermediate region or the sealed fluid region. And a high-pressure fluid connected to the other of the high-pressure fluid space so that the pressure ratio between each intermediate region and the adjacent intermediate region or sealed fluid region is kept constant. Mechanical seal device.
被密封流体領域側の第1メカニカルシールと大気領域側の第2メカニカルシールとの間に形成された中間領域に被密封流体領域より低圧のシール液を充填・封入したタンデムシールであって、中間領域を均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に被密封流体領域を当該均圧器の高圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と中間領域との圧力比が一定に保持されるように構成したことを特徴とする、請求項1に記載するメカニカルシール装置。   A tandem seal in which an intermediate region formed between a first mechanical seal on the sealed fluid region side and a second mechanical seal on the atmospheric region side is filled and sealed with a sealing liquid having a pressure lower than that of the sealed fluid region. The area is connected to the low pressure fluid space of the pressure equalizer and the sealed fluid area is connected to the high pressure fluid space of the pressure equalizer so that the pressure ratio between the sealed fluid area and the intermediate area is kept constant. The mechanical seal device according to claim 1, wherein the mechanical seal device is configured as described above. 被密封流体領域側の第1メカニカルシールと大気領域側の第3メカニカルシールと両メカニカルシール間に位置する第2メカニカルシールとを、第1及び第2メカニカルシールがダブルシール構造をなすと共に第2及び第3メカニカルシールがタンデムシール構造をなすように配置して、第1及び第2メカニカルシール間に形成される第1中間領域に被密封流体より高圧の第1シール液を充填・封入すると共に第2及び第3メカニカルシール間に形成される第2中間領域に第1中間領域より低圧の第2シール液を充填・封入し、第1中間領域を第1均圧器の高圧流体用空間に連通接続すると共に第2均圧器の高圧流体用空間に連通接続し、被密封流体領域を第1均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に第2中間領域を第2均圧器の低圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と第1中間領域との圧力比及び両中間領域の圧力比が夫々一定に保持されるように構成したことを特徴とする、請求項1に記載する高圧流体用メカニカルシール装置。   The first mechanical seal on the sealed fluid region side, the third mechanical seal on the atmospheric region side, and the second mechanical seal located between the two mechanical seals, the first and second mechanical seals form a double seal structure and the second And the third mechanical seal is arranged so as to form a tandem seal structure, and the first intermediate liquid formed between the first and second mechanical seals is filled and sealed with a first seal liquid having a pressure higher than that of the sealed fluid. The second intermediate region formed between the second and third mechanical seals is filled and sealed with a second sealing liquid having a pressure lower than that of the first intermediate region, and the first intermediate region communicates with the high pressure fluid space of the first pressure equalizing device. And connected to the high pressure fluid space of the second pressure equalizer, the sealed fluid region is connected to the low pressure fluid space of the first pressure equalizer, and the second intermediate region is connected to the low pressure of the second pressure equalizer. The pressure ratio between the sealed fluid region and the first intermediate region and the pressure ratio between the two intermediate regions are respectively maintained constant by being connected to the body space. A mechanical seal device for high pressure fluid to be described. 被密封流体領域側の第1メカニカルシールと大気領域側の第3メカニカルシールと両メカニカルシール間に位置する第2メカニカルシールとを相互にタンデムシール構造をなすように配置して、第1及び第2メカニカルシール間に形成される第1中間領域に被密封流体より低圧の第1シール液を充填・封入すると共に第2及び第3メカニカルシール間に形成される第2中間領域に第1中間領域より低圧の第2シール液を充填・封入し、第1中間領域を第1均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に第2均圧器の高圧流体用空間に連通接続し、被密封流体領域を第1均圧器の高圧流体用空間に連通接続すると共に第2中間領域を第2均圧器の低圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と第1中間領域との圧力比及び両中間領域の圧力比が夫々一定に保持されるように構成したことを特徴とする、請求項1に記載する高圧流体用メカニカルシール装置。   The first mechanical seal on the sealed fluid region side, the third mechanical seal on the atmospheric region side, and the second mechanical seal located between the two mechanical seals are arranged to form a tandem seal structure, and the first and second The first intermediate region formed between the second and third mechanical seals is filled and sealed in the first intermediate region formed between the two mechanical seals and filled with the first seal liquid having a pressure lower than the fluid to be sealed. A lower pressure second sealing liquid is filled and sealed, and the first intermediate region is connected in communication with the low pressure fluid space of the first pressure equalizing unit and is connected in communication with the high pressure fluid space of the second pressure equalizing unit. Are connected in communication with the high pressure fluid space of the first pressure equalizing unit and the second intermediate region is connected in communication with the low pressure fluid space of the second pressure equalizing unit, so that the pressure ratio between the sealed fluid region and the first intermediate region and both Middle area pressure There characterized by being configured to be retained respectively constant, the mechanical seal device for a high-pressure fluid according to claim 1. 均圧器には、ピストンの移動位置ないし移動量を検知しうる検知装置が付設されていることを特徴とする、請求項1〜4の何れかに記載する高圧流体用メカニカルシール装置。   The mechanical seal device for high-pressure fluid according to any one of claims 1 to 4, wherein the pressure equalizer is provided with a detection device capable of detecting a movement position or movement amount of the piston.
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