JP2014219042A - Gas seal device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液状又は固体状の異物(スラリ,スラグ等)を含有するガスを扱う回転機器(例えば、製鉄所の高炉に装備される生成ガスのブロワー等)の軸封手段として使用されるガスシール装置に関するものである。 The present invention relates to a gas used as a shaft seal for a rotating device (for example, a blower for a product gas installed in a blast furnace of a steelworks) that handles a gas containing liquid or solid foreign matters (slurry, slag, etc.). The present invention relates to a sealing device.
この種のガスシール装置としては、回転軸側の回転密封環とシールケース側の静止密封環とを、両密封環の対向端面たる密封端面間にシールガスの供給による静圧を発生させることにより、当該密封端面を非接触状態に保持させつつ、回転機器の内部領域たる機内ガス領域と外部領域たる機外大気領域とをシールするように構成された非接触形メカニカルシールが周知である(例えば、特許文献1を参照)。 In this type of gas seal device, a rotary seal ring on the rotary shaft side and a stationary seal ring on the seal case side are configured to generate static pressure by supplying a seal gas between the seal end faces which are opposite end faces of both seal rings. A non-contact type mechanical seal configured to seal an in-machine gas region as an internal region of a rotating device and an external air region as an external region while holding the sealed end face in a non-contact state is well known (for example, , See Patent Document 1).
かかる非接触形メカニカルシールは、密封端面が相対回転摺接する端面接触形のメカニカルシールと異なって、ドライな条件下においても密封端面が焼き付く等の問題を生じることがなく、ガスを扱う回転機器の軸封手段として好適に使用されるものである。 Such a non-contact type mechanical seal is different from an end surface contact type mechanical seal in which the sealing end surface is in relative rotational sliding contact, and does not cause problems such as seizure of the sealing end surface even under dry conditions. It is preferably used as a shaft sealing means.
しかし、シールすべきガスがスラリやスラグ等の液状又は固体状の異物を含有する場合には、かかる異物が非接触状態にある密封端面間に侵入したり、密封端面に付着,堆積したりする虞れがある。そして、このような事態が発生すると、密封端面間の静圧を適正にコントロールすることができなくなり、シール機能が低下,喪失する。 However, if the gas to be sealed contains liquid or solid foreign matter such as slurry or slag, the foreign matter may enter between the sealed end faces in a non-contact state, or adhere to and accumulate on the sealed end faces. There is a fear. When such a situation occurs, the static pressure between the sealing end faces cannot be properly controlled, and the sealing function is reduced or lost.
本発明は、このような異物含有ガスを扱う回転機器においても、上記した問題を生じることなく、長期に亘って良好なシール機能を発揮,維持しうるガス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 gas seal device capable of exhibiting and maintaining a good sealing function over a long period of time without causing the above-described problem even in a rotating device that handles such foreign-containing gas. Is.
この課題を解決した本発明は、回転機器の機内ガス領域と機外大気領域とを機外大気領域側の非接触形メカニカルシールと機内ガス領域側のラビリンスシールとにより当該両シール間に形成されたパージガス領域を介してシールするように構成されたガスシール装置であって、非接触形メカニカルシールが、回転機器の軸封部ケーシングの外部端に着脱可能に取り付けられた筒状のシールケースと、シールケースを同心状に洞貫する当該回転機器の回転軸に挿脱可能に固定されたスリーブと、シールケースに軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、静止密封環より機内ガス領域側に位置して静止密封環に直対向した状態でスリーブに固定された回転密封環と、シールケースと静止密封環との間に介装されて静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリングと、シールケース及び静止密封環に形成されて両密封環の対向端面たる密封端面間に機内ガス領域より高圧のシールガスを供給するシールガス供給路とを具備して、シールガスの供給により密封端面間に発生させた静圧によって当該密封端面間を非接触状態に保持しつつ、両密封端面の相対回転部分においてパージガス領域と機外大気領域とをシールするように構成されており、ラビリンスシールが、外周面をラビリンスシール面とする円筒状部材であって、回転密封環より機内ガス領域側に位置して前記スリーブの外周面に着脱可能に固定されたシール体と、シールケースに着脱可能に取り付けられており、当該ラビリンスシール面に近接対向して軸線方向に並列する複数の環状凸部を内周部に有するラビリンス体と、シールケースに形成されてパージガス領域に前記シールガスより低圧で且つ機内ガス領域のガスより高圧のパージガスを供給するパージガス供給通路とを具備して、当該ラビリンスシール面とラビリンス体との相対回転部分において機内ガス領域とパージガス領域とを区画シールするように構成されており、シールケースに一端部をパージガス領域に開口するドレン通路を形成すると共に、このドレン通路の他端部に開閉弁を有するドレン管を接続してあることを特徴とするガスシール装置を提案するものである。 The present invention, which has solved this problem, forms an in-machine gas region and an out-of-machine air region of a rotating device between the two seals by a non-contact mechanical seal on the out-of-machine air region side and a labyrinth seal on the in-machine gas region side. A gas seal device configured to seal via a purge gas region, wherein a non-contact mechanical seal is detachably attached to an outer end of a shaft seal portion casing of a rotating device; A sleeve fixed to the rotary shaft of the rotating device concentrically through the seal case, a stationary seal ring held in the seal case movably in the axial direction, and an in-machine gas region from the stationary seal ring A rotating seal ring fixed to the sleeve in a state of being directly opposite to the stationary seal ring, and being interposed between the seal case and the stationary seal ring to turn the stationary seal ring into the rotary seal ring A pressure energizing spring, and a seal gas supply passage that is formed in the seal case and the stationary seal ring and supplies a high-pressure seal gas from the in-machine gas region between the seal end faces that are the opposite end faces of both seal rings, It is configured to seal the purge gas region and the outside air region at the relative rotation part of both sealed end surfaces while maintaining the non-contact state between the sealed end surfaces by the static pressure generated between the sealed end surfaces by the gas supply. The labyrinth seal is a cylindrical member having an outer peripheral surface as the labyrinth seal surface, and is positioned on the in-machine gas region side of the rotary seal ring and detachably fixed to the outer peripheral surface of the sleeve; A labyrinth body that is detachably attached to the seal case and has a plurality of annular protrusions on the inner peripheral portion thereof that are close to and opposed to the labyrinth seal surface and are arranged in parallel in the axial direction. A purge gas supply passage formed in the seal case and supplying a purge gas having a pressure lower than that of the seal gas and higher than that of the gas in the machine to the purge gas region, and a relative rotation portion between the labyrinth seal surface and the labyrinth body The drain gas passage is configured so as to partition and seal the in-machine gas region and the purge gas region, and a drain passage having one end opened to the purge gas region is formed in the seal case, and a drain having an on-off valve at the other end of the drain passage. The present invention proposes a gas seal device characterized in that pipes are connected.
かかるガスシール装置にあっては、前記ラビリンスシール面がこれより機外大気領域側に位置するスリーブ部分及び回転密封環の外周面と同一径又は大径をなすものであり、スリーブ並びにこれに取り付けられた回転密封環を含む回転側密封要素を回転軸に固定させた状態で、シールケース並びにこれに取り付けられた静止密封環及びラビリンス体を含む静止側密封要素を分解することなく一体構造物として軸封部ケーシングに着脱可能に取り付けうるように構成されていることが好ましく、更にはスリーブの機外大気領域側の端部に設けたセットスクリューにより、回転側密封要素を分解することなく一体構造物として回転軸に挿脱可能に固定しうるように構成されていることが好ましい。 In such a gas seal device, the labyrinth seal surface has the same diameter or the same diameter as the outer peripheral surface of the sleeve portion and the rotary seal ring located on the atmosphere side outside the machine. In a state where the rotary side sealing element including the rotary seal ring is fixed to the rotary shaft, the static side seal element including the seal case and the static seal ring and the labyrinth body attached thereto is not disassembled as an integral structure. It is preferably configured to be detachably attachable to the shaft seal casing, and further, by a set screw provided at the end of the sleeve on the outside air region side, an integral structure without disassembling the rotary side sealing element It is preferable to be configured to be removably fixed to the rotating shaft as an object.
本発明のガスシール装置は、機内ガス領域と機外大気領域とを機外大気領域側の非接触形メカニカルシール及び機内ガス領域側のラビリンスシールにより両シール間に形成されたパージガス領域を介してシールするものであるから、機内ガスが液状又は固体状の異物を含有するものである場合にも、良好なシール機能を発揮することができる。また、パージガス領域に異物が侵入した場合にも、これをドレン通路から速やかに排出することができると共に、ドレン通路からの排出ガスの性状によりパージガス領域への異物侵入を的確に検知することができ、非接触形メカニカルシールのシール機能が当該異物により低下,喪失する事態を未然に防止することができる。さらに、ドレン通路の開閉によりパージガス領域の圧力調整を行うことができ、これによりパージガス領域と機外大気領域との間の非接触形メカニカルシールによるシール機能を良好に発揮させることができる。したがって、本発明によれば、機内ガスが液状又は固体状の異物を含有するものである場合にも、長期に亘って良好なシール機能を発揮するガスシール装置を提供することができる。 The gas seal device of the present invention connects the in-machine gas region and the outside air region via a purge gas region formed between both seals by a non-contact mechanical seal on the outside air region side and a labyrinth seal on the in-machine gas region side. Since sealing is performed, a satisfactory sealing function can be exhibited even when the in-machine gas contains liquid or solid foreign matter. In addition, when foreign matter enters the purge gas region, it can be quickly discharged from the drain passage, and the foreign matter intrusion into the purge gas region can be accurately detected by the property of the exhaust gas from the drain passage. Further, it is possible to prevent a situation in which the sealing function of the non-contact type mechanical seal is lowered or lost due to the foreign matter. Further, the pressure in the purge gas region can be adjusted by opening and closing the drain passage, and thereby, the sealing function by the non-contact type mechanical seal between the purge gas region and the outside air region can be satisfactorily exhibited. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a gas seal device that exhibits a good sealing function over a long period of time even when the in-machine gas contains liquid or solid foreign matter.
また、シールケース4並びにこれに取り付けられた静止密封環及びラビリンス体を含む静止側密封要素及びスリーブ並びにこれに設けられた回転密封環を含む回転側密封要素を、これらを分解することなく一体構造物として軸封部ケーシング及び回転軸に脱着できるように構成しておくことによって、シール体及び/又はラビリンス体の交換作業を含むラビリンスシールのメンテナンスを容易に行うことができる。したがって、ラビリンスシール及び非接触形メカニカルシールのシール機能を長期に亘って良好に発揮させることができ、液状又は固体状の異物を含有するガスを扱う回転機器の軸封手段として極めて実用性に富むガスシール装置を提供できる。 Further, the sealing case 4 and the stationary side sealing element and the stationary side sealing element including the labyrinth body attached thereto and the sleeve, and the rotary side sealing element including the rotational sealing ring provided on the sealing case 4 and the rotary side sealing element provided therein are integrated without being disassembled. By configuring so as to be removable from the shaft seal casing and the rotating shaft as an object, maintenance of the labyrinth seal including replacement work of the seal body and / or labyrinth body can be easily performed. Therefore, the labyrinth seal and the non-contact mechanical seal can function well over a long period of time, and it is extremely practical as a shaft seal means for a rotating device that handles gas containing liquid or solid foreign matter. A gas seal device can be provided.
以下、本発明を実施するための形態を図1〜図3に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated concretely based on FIGS. 1-3.
図1は本発明に係るガスシール装置の一例を示す縦断側面図であり、図2は図1のII−II線に沿う縦断正面図であり、図3は当該ガスシール装置のシールケース取り外し状態を示す図1対応の半截縦断側面図である。 1 is a longitudinal side view showing an example of a gas seal device according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal front view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a state of removing a seal case of the gas seal device. FIG.
図1に示すガスシール装置は、液状異物又は固体状異物を含有するガス(以下「機内ガス」という)を扱う横型の回転機器(例えば、製鉄所の高炉に装備される生成ガス(スラリ及び/又はスラグを含む転炉ガスや混合ガス)のブロワー)の軸封手段として使用されるもので、当該回転機器の内部領域たる機内ガス領域Aとその外部領域たる機外大気領域Bとを、機外大気領域B側の非接触形メカニカルシール1と機内ガス領域A側のラビリンスシール2とにより両シール1,2間に形成されたパージガス領域Cを介してシールするものである。なお、以下の説明において、前後とは図1又は図3における左右を、また上下とは図1又は図3における上下を、夫々意味する。
The gas seal device shown in FIG. 1 is a horizontal rotary device that handles gas containing liquid foreign matters or solid foreign matters (hereinafter referred to as “in-machine gas”) (for example, generated gas (slurry and / or slurry) installed in a blast furnace of an ironworks. Or converter gas containing slag or mixed gas) blower) shaft sealing means, the in-machine gas region A as the internal region of the rotating equipment and the out-of-air region B as the external region, The non-contact type mechanical seal 1 on the outside air region B side and the
非接触形メカニカルシール1は、図1に示す如く、回転機器の軸封部ケーシング3の外部端3aに取り付けられた筒状のシールケース4と、シールケース4を同心状に洞貫する当該回転機器の回転軸5に挿通固定されたスリーブ6と、シールケース4に軸線方向移動可能に保持された静止密封環7と、静止密封環7より機内ガス領域A側に位置して静止密封環7に直対向した状態でスリーブ6に固定された回転密封環8と、シールケース4と静止密封環7との間に介装されて静止密封環7を回転密封環8へと押圧附勢するスプリング9と、シールケース4及び静止密封環7に形成されて両密封環7,8の対向端面たる密封端面7a,8a間に機内ガス領域Aより高圧のシールガスSを供給するシールガス供給路10とを具備して、シールガスSの供給により密封端面7a,8a間に発生させた静圧によって当該密封端面7a,8a間を非接触状態に保持しつつ、両密封端面7a,8aの相対回転部分においてパージガス領域Cと機外大気領域Bとをシールするように構成された静圧形の非接触形メカニカルシールである。
As shown in FIG. 1, the non-contact type mechanical seal 1 includes a cylindrical seal case 4 attached to an
シールケース4は、図1に示す如く、軸封部ケーシング3の外部端(前端部)3aに水平をなして着脱可能に取り付けられた円筒構造体であり、ケース本体4a,4bと保持体4c,4d,4eとに分割構成されている。すなわち、ケース本体は、円筒状の本体部4aと本体部4aの軸線方向中間部の外周に突設された円環状の取付部4bとからなる一体構造物である。このケース本体4a,4bは、図1に示す如く、軸封部ケーシング3の外部端3aから水平に突出する複数個のネジ軸11(一個のみ図示)に取付部4bに穿設した貫通孔4fを挿通させると共にナット12を螺合,締付けることにより、本体部4aの先端部(後端部)を軸封部ケーシング3内に突入させた状態で、軸封部ケーシング3の外部端3aに着脱可能に取り付けられている。保持体は、円環状のフランジ部4cと、フランジ部4cの先端面(後端面)の内周端部から本体部4a内へと突出する円筒状の保持部4dと、当該先端面における径方向中間部から保持部4dと同心をなして本体部4a内へと突出する円筒状の係止部4eとからなる一体構造物である。この保持体4c,4d,4eは、図1に示す如く、フランジ部4cの外周側部分に挿通させた複数個のボルト13(一個のみ図示)を本体部4aに螺着させることにより、フランジ部4cの外周側部分を本体部4aの基端部(前端部)に衝合させると共に係止部4eを本体部4aに内嵌させた状態で、ケース本体4a,4bに一体連結されている。
As shown in FIG. 1, the seal case 4 is a cylindrical structure that is detachably attached to the outer end (front end) 3a of the
スリーブ6は、図1に示す如く、回転軸5に挿通された円筒状の本体部6aとその先端部(後端部)に膨出形成された円環状の受止部6bとで一体構成されたスリーブ本体と、回転軸5に挿通された厚肉円筒状の固定部6cとその先端外周部(後端外周部)から軸線方向に延びて本体部6aの基端部分(前端部分)に外嵌された薄肉円筒状の押圧部6dとで一体構成された取付体とに分割構成されている。而して、スリーブ6は、図1に示す如く、固定部6cに挿通させた複数個のボルト14(一個のみ図示)を本体部6aに螺着して取付体6c,6dをスリーブ本体6a,6bに取り付けることにより一体構造物に組立てられるものであり、スリーブ6の機外大気領域B側の端部である固定部6cに螺合させた複数個のセットスクリュー16(一個のみ図示)を回転軸5へと締付けることにより、回転軸5に挿脱可能に固定される。なお、スリーブ6の外径は受止部6bにおいて最大となっており、受止部6bより機外大気領域B側のスリーブ部分6c,6dの外径は同一である。
As shown in FIG. 1, the
静止密封環7は、スリーブ6の押圧部6dに同心状に遊嵌された状態で、シールケース4に相対回転不能且つ軸線方向(前後方向)に移動可能に保持されている。すなわち、静止密封環7は、図1に示す如く、その外周面を所定間隔を隔てて並列する前後一対の第一及び第二Oリング17,18を介在させた二次シール状態でシールケース4の本体部4aの内周面に保持させると共に、その内周面を第三Oリング19を介在させた二次シール状態でシールケース4の保持部4dの外周面に保持させることにより、シールケース4に軸線方向に移動可能に保持されている。また静止密封環7は、図1に示す如く、その基端部(前端部)に穿設した複数個の係合凹部7b(一個のみ図示)にシールケース4のフランジ部4cに植設した各ドライブピン20を係合させることによって、一定範囲での軸線方向移動が許容された状態で、シールケース4に対する相対回転が阻止されている。この例では、静止密封環7がカーボン製の環状体であり、その先端面(後端面)は軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面7aに構成されている。なお、シールケース4と静止密封環7との対向周面間には第一及び第三Oリング17,19でシールされた密閉空間22が形成されているが、静止密封環7には、図1に示す如く、当該密閉空間22とパージガス領域Cとを連通する背圧導入孔23が形成されていて、背圧導入孔23から密閉空間22に導入されたパージガス領域Cの流体圧が静止密封環7を回転密封環8へと押圧する背圧として作用するように工夫されている。この背圧により静止密封環7に作用する押圧力は、後述するスプリング9による押圧力(附勢力)と共に密封端面7a,8a間を閉じる方向の閉力として作用する。
The
回転密封環8は、静止密封環7より機内ガス領域A側(後方側)に配して、回転軸5にスリーブ6を介して固定されている。すなわち、回転密封環8は、図1に示す如く、シールケース4の本体部4a内に配して、静止密封環7と直対向した状態でスリーブ6の本体部6aに嵌合されると共にボルト14を締付けることによりスリーブ6の受止部6bと押圧部6dとの間に挟圧された状態で、スリーブ6に固定されている。回転密封環8の先端面(前端面)は軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面8aに構成されている。この例では、回転密封環8がステンレス鋼等の金属製の円環状体であり、その先端面にはセラミックス層8bが被覆形成されており、このセラミックス層8bで密封端面8aが構成されている。また、回転密封環8は、その基端部(後端部)に形成した係合凹部8cにスリーブ6の受止部6bに植設したドライブピン21を係合させることによって、スリーブ6つまり回転軸5に対する相対回転が阻止されている。
The
スプリング9は、図1に示す如く、静止密封環7とシールケース4のフランジ部4cとの間に周方向に等間隔を隔てて介装された複数個のコイルスプリング(一個のみ図示)で構成されていて、静止密封環7を回転密封環8へと押圧附勢するものであり、密封端面7a,8aを閉じる方向に作用する閉力を発生させるものである。
As shown in FIG. 1, the
シールガス供給路10は、図1に示す如く、シールケース4及び静止密封環7に形成された一連のものであり、静止密封環7とシールケース4との対向周面間に形成された連通空間10aと、シールケース4の本体部4aを貫通して連通空間10aに連通するケース側通路10bと、静止密封環7の密封端面7aに形成された静圧発生溝10cと、静止密封環7を貫通して連通空間10aから静圧発生溝10cに至る密封環側通路10dと、密封環側通路10dに配設されたオリフィス10eとからなり、機内ガス領域A及びパージガス領域Cの圧力より高圧のシールガスSを静圧発生溝10cに供給させることにより、密封端面7a,8a間にこれを開く方向に作用する静圧(開力)を発生させるものである。
As shown in FIG. 1, the seal
連通空間10aは、図1に示す如く、静止密封環7とシールケース4の本体部4aとの対向周面間に形成された環状空間であって、当該対向周面間に装填された第一及び第二Oリング17,18によってシールされている。なお、第一Oリング17の連通空間10aから機外大気領域Bへの飛び出しはシールケース4の係止部4eで阻止されており、第二Oリング18の連通空間10aからパージガス領域Cへの飛び出しはシールケース4の本体部4aの内周面に突設した円環状の係止部4gで阻止されている。また、静止密封環7の外周面には連通空間10aに突出する環状凸部7cが形成されていて、両Oリング17,18の一定以上の接近を阻止している。この環状凸部7cは、図3に示す如く、シールケース4を軸封部ケーシング3から取り外した場合において、第二Oリング18に衝合することにより、スプリング9の附勢力による静止密封環7のシールケース4(保持部4d及び係止部4e)からの脱落を防止するものである。勿論、静止密封環7を保持しているシールケース部分つまり保持部4d及び係止部4eは、環状凸部7cが第二Oリング18に衝合した状態において静止密封環7を保持するに必要且つ十分な軸線方向長さを有するものとされていることはいうまでもない。
As shown in FIG. 1, the
ケース側通路10bは、その上流端部に所定のシールガス供給源(図示せず)から導かれたシールガス供給管24を接続したもので、機内ガス領域Aのガス(機内ガス)及び後述するパージガスPより高圧のシールガスSを連通空間10aに供給する。
The case-
静圧発生溝10cは、静止密封環7の密封端面7aと同心状の環状をなして連続又は断続する浅い凹溝であり、この例では後者を採用している。すなわち、静圧発生溝10cは、図2に示す如く、当該密封端面7aと同心環状をなして並列する複数の円弧状凹溝で構成されている。
The static
密封環側通路10dは、図1に示す如く、その上流端部を静止密封環7の環状凸部7cの外周面において連通空間10aに開口させると共に、図2に示す如く、その下流端部分(オリフィス10eより下流側の部分)10fを分岐して各静圧発生溝10cに開口させたもので、ケース側通路10bから連通空間10aに供給されたシールガスSを各静圧発生溝10cに供給させる。
As shown in FIG. 1, the sealing
而して、シールガスSがケース側通路10bから連通空間10a及び密封環側通路10dを経て各静圧発生溝10cに供給されると、各静圧発生溝10cに導入されたシールガスSにより、密封端面7a,8a間にこれを開く方向に作用する開力が発生する。この開力は、密封端面7a,8a間に導入されたシールガスSによって発生する静圧によるものである。したがって、密封端面7a,8aは、この開力と密封端面7a,8a間を閉じる方向に作用するスプリング荷重及び密閉空間22に作用する背圧による閉力とがバランスする非接触状態に保持される。すなわち、静圧発生溝10cに導入されたシールガスSは密封端面7a,8a間に静圧の流体膜を形成し、この流体膜の存在によって、密封端面7a,8aの外径側領域であるパージガス領域Cとその内径側領域である機外大気領域Bとの間が遮蔽シールされる。シールガスSの圧力及びスプリング9のバネ力(スプリング荷重)は、密封端面7a,8a間の隙間が適正(一般に5〜15μm)となるように、シール条件に応じて適宜に設定される。ところで、シールガスSは密封端面7a,8aからパージガス領域C及び機外大気領域Bに漏洩されることから、シールガスSとしては、大気中に放出しても無害であり且つ機内ガスに悪影響を及ぼさない性状のものを、シール条件に応じて適宜に選定する。この例では、各種物質に対して不活性であり且つ人体に無害である清浄な常温の窒素ガスが使用されている。なお、シールガス供給管24からのシールガスSの供給は当該回転機器の運転中(回転軸5の駆動中)において行われ、運転停止後には停止される。当該回転機器の運転は、シールガスSの供給が開始された後であって、密封端面7a,8a間が適正な非接触状態に保持された後において開始され、シールガスSの供給停止は、当該回転機器の運転停止後であって回転軸5が完全に停止した後に行なわれる。
Thus, when the seal gas S is supplied from the
また、シールガスSはオリフィス10eで絞られた上で静圧発生溝10cに導入されることから、密封端面7a,8aの隙間が変動した場合にも、その隙間が自動的に調整されて適正に保持される。すなわち、当該回転機器の振動等により密封端面7a,8aの隙間が大きくなったときは、静圧発生溝10cから密封端面7a,8a間に流出するシールガス量とオリフィス10eを通って静圧発生溝10cに供給されるシールガス量とが不均衡となり、静圧発生溝10c内の圧力が低下して、開力が閉力より小さくなるため、密封端面7a,8a間の隙間が小さくなるように変化して、その隙間が適正なものに調整される。逆に、密封端面7a,8a間の隙間が小さくなったときは、上記したと同様のオリフィス10eによる絞り機能により静圧発生溝10c内の圧力が上昇して、開力が閉力より大きくなり、密封端面7a,8a間の隙間が大きくなるように変化して、その隙間が適正なものに調整される。
Further, since the sealing gas S is throttled by the
ラビリンスシール2は、図1に示す如く、外周面をラビリンスシール面25aとする円筒状部材であって、回転密封環8より機内ガス領域A側に位置してスリーブ6の外周面に着脱可能に固定されたシール体25と、シールケース4に着脱可能に取り付けられており、ラビリンスシール面25aに近接対向して軸線方向に並列する複数の環状凸部26aを内周部に有するラビリンス体26と、シールケース4に形成されてパージガス領域CにシールガスSより低圧で且つ機内ガスより高圧のパージガスPを供給するパージガス供給通路27とを具備して、ラビリンスシール面25aとラビリンス体26との相対回転部分において機内ガス領域Aとパージガス領域Cとを区画シールするように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
シール体25は、図1に示す如く、基端部(後端部)に円環状の取付フランジ25bを有する断面L字状の円筒状部材であって、スリーブ6の受止部6bの外周面に嵌合させた状態で取付フランジ25bを複数個のボルト28(一個のみ図示)により受止部6bの先端面(後端面)に取り付けることにより、スリーブ6に着脱可能に固定されている。シール体25の外径つまりシール体25の外周面であるラビリンスシール面25aの径は、回転密封環8の外径と同一又は大径に設定されている。
As shown in FIG. 1, the
ラビリンス体26は、図1に示す如く、内周部に軸線方向に並列する複数個の環状凸部26aを形成した円環状体であり、シールケース4の本体部4aの後端部に複数個のボルト(一個のみ図示)29で取付けた円環状の取付体30により、シールケース4の本体部4aの後端内周部に形成した円環状凹部4hに係合された状態で且つ環状凸部26aがラビリンスシール面25aに近接対向した状態でシールケース4に着脱可能に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the
パージガス供給通路27は、図2に示す如く、シールケース4の本体部4aを水平直径線上で貫通する貫通孔であって、図1に示す如く、下流端部をパージガス領域Cに開口させたものである。パージガス供給通路27の上流端部にはオリフィス(図示せず)を介してパージガス供給管31が接続されていて、シールガスSより低圧で且つ機内ガスより高圧のシールガスPをパージガス領域Cに供給する。すなわち、シールガスSは上記オリフィスを通過することにより、パージガス供給通路27から噴出することなく緩慢にパージガス領域Cに供給され、パージガス領域Cを機内ガス領域Aより高圧のパージガス雰囲気に保持する。なお、パージガスPの性状は、前記したシールガスSの選定基準と同一の基準で選定され、この例では、シールガスSと同一性状の窒素ガスを使用している。
As shown in FIG. 2, the purge
したがって、ラビリンスシール2によれば、ラビリンス体26の内周部に形成した環状凸部26aとシール体25の外周面であるラビリンスシール面25aとが近接状態で相対回転することにより、この相対回転部分において非接触形メカニカルシール1の密封端面7a,8aの外径側領域を機内ガス領域Aと区画シールして、当該外径側領域をパージガスPが充満する機内ガス領域Aより高圧のパージガス領域Cとなす。
Therefore, according to the
また、シールケース4には、図1及び図2に示す如く、本体部4aの下側部分を上下方向に貫通する貫通孔であって、一端部である上端部をパージガス領域Cに開口するドレン通路32が形成されている。このドレン通路32の他端部である下端部には、開閉弁33aを有するドレン管33を接続してある。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the seal case 4 is a through-hole penetrating the lower portion of the
以上のように構成されたガスシール装置にあっては、ラビリンスシール2と非接触形メカニカルシール1との間に形成されるパージガス領域Cに機内ガスより高圧のパージガスPが供給されることから、両ガス領域A,C間は機内ガス領域A側のラビリンスシール2により区画シールされる。また、非接触形メカニカルシール1の密封端面7a,8aからはパージガスSより高圧のシールガスSが機外大気領域Bとパージガス領域Cとに噴出することから、両ガス領域B,C間は非接触形メカニカルシール1によりシールされる。したがって、機内ガス領域Aはこれより高圧のパージガス領域Cを介して機外大気領域Bとの間を確実にシールされて、機内ガスが機外大気領域Bに漏洩することはない。すなわち、パージガス領域Cは機内ガス領域Aより高圧であるから、機内ガスがラビリンスシール2からパージガス領域Cに漏洩することは殆どなく、しかも非接触形メカニカルシール1の密封端面7a,8aからはシールガスSがパージ領域Cに噴出することから、パージガス領域Cから機外大気領域Bへの漏洩は確実に阻止される。
In the gas seal device configured as described above, the purge gas P having a pressure higher than the in-machine gas is supplied to the purge gas region C formed between the
また、機内ガスに含まれているスラリ,スラッジ等の液状異物や固形異物(以下「異物」と総称する)が機内ガス領域Aからラビリンスシール2を通過してパージガス領域Cに侵入した場合には、開閉弁33aを開いてドレン通路32を開放することにより、異物を速やかにパージガス領域Cから排出させることができ、冒頭で述べた如き異物による非接触形メカニカルシール1のシール機能が異物により低下したり喪失したりすることがない。このようなドレン通路32の開放は当該回転機器の運転中において行うことができるから、開閉弁33aによるドレン通路32の開放を定期的に行うことにより、パージガス領域Cのガス性状を常に的確に把握することができ(つまりパージガス領域Cに異物が侵入しているか否かを的確に検知することができ)、パージガス領域Cに異物が侵入,堆積することによる問題を未然に防止することできる。さらに、ドレン通路32の開閉によりパージガス領域Cの圧力調整を行うことができ、パージガス領域Cの圧力を適正に維持することができる。
In addition, when liquid foreign matters such as slurry and sludge contained in the in-machine gas or solid foreign matters (hereinafter collectively referred to as “foreign matter”) enter the purge gas region C from the in-machine gas region A through the
したって、上記構成のガスシール装置によれば、機内ガスを良好且つ適正にシールすることができる。 Therefore, according to the gas seal device having the above-described configuration, the in-machine gas can be well and properly sealed.
ところで、ラビリンスシール2はシール体25とラビリンス体26との対向周面つまりシール体25の外周面であるラビリンスシール面25aとライビリンス体26の環状凸部26aの内周面とが近接状態で相対回転することによりシール機能を発揮するものであるから、回転機器の振動等によって両者25a,26aが接触して、その一方又は両方が摩耗損傷し、ラビリンスシール2によるシール機能が低下する場合がある。
By the way, the
したがって、かかる場合にはシール体25及び/又はラビリンス体26を交換することが好ましいが、上記構成のガスシール装置では、図1に示す如く、当該ガスシール装置がシールケース4並びにこれに取り付けられた静止密封環7、スプリング9及びラビリンス体26を含む静止側密封要素M1とスリーブ6並びにこれに設けられた回転密封環8を含む回転側密封要素M2とからなるものであり、静止側密封要素M1及び回転軸側密封要素M2を分解することなく一体構造物として軸封部ケーシング3及び回転軸5に脱着できるように構成されていることから、シール体25及び/又はラビリンス体26の交換作業を極めて容易に行うことができる。
Therefore, in such a case, it is preferable to replace the
すなわち、ラビリンス体26が近接するシール体25の外径は回転密封環8の外径と同一又はこれより大径とされていることから、シールケース4に取り付けれたラビリンス体26は回転密封環8を含む回転側密封要素M2に干渉することなく軸線方向に移動させることができる。したがって、図3に示す如く、ナット12をネジ軸11から外してシールケース4を軸線方向に移動させることにより、静止側密封要素M1を一体構造物のまま軸封部ケーシング3から取り外すことができる。なお、静止密封環7は、前記した如く、シールケース4を軸封部ケーシング3から取り外した場合にも、環状凸部7cが第二Oリング18に衝合係止されることによりスプリング9の附勢力によるシールケース4からの脱落を防止されるものであり、固定密封環8より機外大気領域B側のスリーブ部分6c,6dに挿脱自在に遊嵌されたものである。
That is, since the outer diameter of the
したがって、静止側密封要素M1を軸封部ケーシング3外に移動させた上で、ボルト29により取付体30を脱着させることにより、静止側密封要素M1を組立状態のままでラビリンス体26の交換を行うことができる。ラビリンス体26の交換後は、再び、静止側密封環M1を組立てた状態のまま、シールケース4の取付部4bに挿通させたボルト軸11にナット12を螺合,締付けることにより、ガスシール装置の再組み立てを行うことができる。
Therefore, the
また、シール体25が損傷している場合には、上記した如く静止側密封要素M1を取り外した上で、セットスクリュー16を操作して、回転側密封要素M2を移動させてシール体25を軸封部ケーシング3外にもたらすことにより、ボルト28を脱着させてシール体25の交換を行うことができる。シール体25の交換後は、回転側密封要素M2を図3に示す元の位置へと移動させて、セットスクリュー16により回転軸5に固定する。その後は、上記した如く静止側密封要素M1を軸封部ケーシング3に取り付けることにより、ガスシール装置の再組み立てを行うことができる。
If the sealing
このように静止側密封要素M1及び回転側密封要素M2を分解することなくシール体25及び/又はラビリンス体26の交換及びガスシール装置の再組み立てを行うことできるから、両密封要素M1,M2の一方又は両方を分解する必要がある場合に比して、シール体25及び/又はラビリンス体26の交換作業を極めて容易且つ短時間で行うことができ、ドレン通路32からの排出ガスの性状分析によりラビリンスシール2のシール機能低下を間接的に検知できることとも相俟って、ラビリンスシール2のシール機能低下ひいてはガスシール装置のシール機能低下を未然に防止することでき、ガスシール装置によるシール機能を長期に亘って良好に発揮させることができる。
Thus, since the sealing
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、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,変更することができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be improved and changed as appropriate without departing from the basic principle of the present invention.
1 非接触形メカニカルシール
2 ラビリンスシール
3 軸封部ケーシング
3a 外部端
4 シールケース
4a 本体部(ケース本体)
4b 取付部(ケース本体)
4c フランジ部(保持体)
4d 保持部(保持体)
4e 係止部(保持体)
4f 貫通孔
4g 係止部
4h 円環状凹部
5 回転軸
6 スリーブ
6a 本体部(スリーブ本体)
6b 受止部(スリーブ本体)
6c 固定部(取付体)
6d 押圧部(取付体)
7 静止密封環
7a 密封端面
7b 係合凹部
7c 環状凸部
8 回転密封環
8a 密封端面
8b セラミックス層
8c 係合凹部
9 スプリング
10 シールガス供給路
10a 連通空間
10b ケース側通路
10c 静圧発生溝
10d 密封環側通路
10e オリフィス
10f 下流端部
11 ネジ軸
12 ナット
13 ボルト
14 ボルト
15 ボルト
16 セットスクリュー
17 第一Oリング
18 第二Oリング
19 第三Oリング
20 ドライブピン
21 ドライブピン
22 密閉空間
23 背圧導入孔
24 シールガス供給管
25 シール体
25a ラビリンスシール面
25b 取付フランジ
26 ラビリンス体
26a 環状凸部
27 パージガス供給通路
28 ボルト
29 ボルト
30 取付体
31 パージガス供給管
32 ドレン通路
33 ドレン管
33a 開閉弁
A 機内ガス領域
B 機外大気領域
C パージガス領域
M1 静止側密封要素
M2 回転側密封要素
P パージガス
S シールガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Non-contact type
4b Mounting part (case body)
4c Flange (holding body)
4d Holding part (holding body)
4e Locking part (holding body)
4f Through
6b Receiving part (sleeve body)
6c Fixed part (mounting body)
6d Pressing part (mounting body)
7
Claims (3)
非接触形メカニカルシールが、回転機器の軸封部ケーシングの外部端に着脱可能に取り付けられた筒状のシールケースと、シールケースを同心状に洞貫する当該回転機器の回転軸に挿脱可能に固定されたスリーブと、シールケースに軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、静止密封環より機内ガス領域側に位置して静止密封環に直対向した状態でスリーブに固定された回転密封環と、シールケースと静止密封環との間に介装されて静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリングと、シールケース及び静止密封環に形成されて両密封環の対向端面たる密封端面間に機内ガス領域より高圧のシールガスを供給するシールガス供給路とを具備して、シールガスの供給により密封端面間に発生させた静圧によって当該密封端面間を非接触状態に保持しつつ、両密封端面の相対回転部分においてパージガス領域と機外大気領域とをシールするように構成されており、
ラビリンスシールが、外周面をラビリンスシール面とする円筒状部材であって、回転密封環より機内ガス領域側に位置して前記スリーブの外周面に着脱可能に固定されたシール体と、シールケースに着脱可能に取り付けられており、当該ラビリンスシール面に近接対向して軸線方向に並列する複数の環状凸部を内周部に有するラビリンス体と、シールケースに形成されてパージガス領域に前記シールガスより低圧で且つ機内ガス領域のガスより高圧のパージガスを供給するパージガス供給通路とを具備して、当該ラビリンスシール面とラビリンス体との相対回転部分において機内ガス領域とパージガス領域とを区画シールするように構成されており、
シールケースに一端部をパージガス領域に開口するドレン通路を形成すると共に、このドレン通路の他端部に開閉弁を有するドレン管を接続してあることを特徴とするガスシール装置。 The in-machine gas region and the outside air region of the rotating equipment are sealed with a non-contact mechanical seal on the outside air region side and a labyrinth seal on the in-machine gas region side through a purge gas region formed between the two seals. A gas seal device configured as follows:
Non-contact type mechanical seal can be inserted into and removed from a cylindrical seal case that is detachably attached to the outer end of the shaft seal casing of the rotating device, and the rotating shaft of the rotating device that concentrically penetrates the seal case. , A stationary seal ring held axially movable in the seal case, and a rotation fixed to the sleeve in a state of being directly opposite to the stationary seal ring, located on the gas region side of the stationary seal ring. A sealing ring, a spring interposed between the sealing case and the stationary sealing ring to press and bias the stationary sealing ring to the rotating sealing ring, and opposite end surfaces of the sealing case and the stationary sealing ring formed on both sealing rings A sealing gas supply path for supplying a high-pressure sealing gas from the in-machine gas region is provided between the sealing end surfaces, and the sealing end surfaces are not contacted by the static pressure generated between the sealing end surfaces by supplying the sealing gas. While maintaining the state, it is configured to seal the purge gas region and outside air region in the relative rotation portions of both sealing end faces,
The labyrinth seal is a cylindrical member having an outer peripheral surface as a labyrinth seal surface, and is positioned on the in-machine gas region side of the rotary seal ring and detachably fixed to the outer peripheral surface of the sleeve, and a seal case A labyrinth body having a plurality of annular protrusions in the inner peripheral portion, which are mounted in a detachable manner and face each other in close proximity to the labyrinth seal surface and parallel in the axial direction, and a seal case formed from the seal gas in the purge gas region A purge gas supply passage for supplying a purge gas at a low pressure and a pressure higher than the gas in the in-machine gas region, so that the in-machine gas region and the purge gas region are section-sealed at a relative rotation portion between the labyrinth seal surface and the labyrinth body. Configured,
A gas seal device, wherein a drain passage having one end opened to a purge gas region is formed in a seal case, and a drain pipe having an on-off valve is connected to the other end of the drain passage.
The sleeve is configured to be removably fixed to the rotating shaft as an integral structure without disassembling the rotating side sealing element by a set screw provided at the end of the sleeve on the outside air region side. The gas seal device according to claim 2.
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