JP2018123954A - シャットダウンシール - Google Patents

Abstract

【課題】システム異常時に電源を要せず自動的に作動し、シール機能を維持できるシャットダウンシールを提供する。【解決手段】軸孔の内周面に設けられた環状溝に配置された複数の円弧状のシール片と、圧縮ガスが充填されたガス容器と、密封対象流体の圧力を受けて移動しガス容器の密封部を破る尖状部と、通常運転時には、密封対象流体の圧力に抗して尖状部の移動を規制するとともに、密封対象流体の圧力が上昇した場合に、尖状部に対する規制が解除されるよう設定された規制部と、を備え、尖状部に対する規制が解除され、尖状部が密封対象流体の圧力を受けて移動してガス容器の密封部が破られた場合に、複数のシール片は、ガス容器から噴出する圧縮ガスの圧力を受けて環状溝から押し出され、回転軸の外周面に密着して全体として環状のシールを形成し、回転軸と軸孔との間の環状隙間をシールすることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、回転軸のシールであって、システムに異常が発生した場合に作動するシャットダウンシールに関する。

高圧流体を圧送するポンプや流通させる配管等を有するシステムでは、流体が機外へ漏洩するのを抑制するために、メカニカルシール等のシール装置が用いられる。シール装置は、例えば、回転する軸が挿通されるハウジングと軸との間の環状隙間を密封するよう構成される。このようなシール装置は、例えばシステムに何らかの異常が発生し軸の回転が停止し、流体の温度が過度に高温になった場合、シール装置が十分に機能しなくなり、流体が機外へ漏洩してしまう可能性がある。そこで、システム異常時においても流体が機外へ漏洩するのを抑制できるように、システムにはバックアップ用のシール装置（シャットダウンシールと呼ぶ）を備えることが求められる。

シャットダウンシールとして、システムの外部からオペレータが操作することによって作動させる構成のものが考えられる。しかしながら、システム異常時にはオペレータが現場で作業することが困難な事態になることを想定する必要がある。シャットダウンシールとして、例えばアクチュエータを備え、電気信号により遠隔から起動させる構成のものも考えられる。しかしながら、システム異常時には電源が確保できなくなる事態になることを想定する必要がある。電源喪失時にはアクチュエータを用いた緊急遮断シール装置は作動しない。

そこで、システム異常時に電源を要せず自動的に作動するシャットダウンシールが求められている。特許文献１には、システム異常時に電源を要せず自動的に作動するシャットダウンシールとして、熱膨張係数の異なる２部材を組み合わせた構成のものが開示されている。具体的には、図７に示すように、熱膨張係数が比較的大きな金属で形成された保持部２５０の内周に、熱膨張係数が比較的小さな金属で形成されたシール環２６０が圧入により嵌合され固定されており、シール環２６０をフランジ２３０の側へ付勢するコイルスプリング３４０が設けられる。シール環２６０の外径は保持部２５０の内径より一定のしめ代分だけ大きく設定されており、通常運転時の温度ではシール環２６０の面２９０に設けられた突起３１０がフランジ２３０の面３３０から離間する位置でシール環２６０が固定される。一方、システム故障等によりシャットダウンシールが異常高温にさらされると、熱膨張係数が大きい保持部２５０は膨張して内径が大きくなり、シール環２６０との嵌合部に隙間が形成され、コイルスプリング３４０の付勢力によりシール環２６０が機内側に押し出される。これにより、図７に示すように、突起３１０により面２９０と面３３０との隙間がシールされる。

その他の関連する技術として特許文献２，３に開示された技術がある。

特開２０１２−２４１７２４号公報 特開平２−２６３６９号公報 国際公開第２０１０／０６８６１５号

本発明は、システム異常時に電源を要せず自動的に作動し、シール機能を維持できるシャットダウンシールを提供することを目的とする。

本発明は、回転軸が挿入される軸孔を有するハウジングに設けられるシャットダウンシールであって、
前記軸孔の内周面に設けられた環状溝に配置された複数の円弧状のシール片と、
圧縮ガスが充填されたガス容器と、
密封対象流体の圧力を受けて移動し前記ガス容器の密封部を破る尖状部と、
通常運転時には、密封対象流体の圧力に抗して前記尖状部の移動を規制するとともに、密封対象流体の圧力が上昇した場合に、前記尖状部に対する規制が解除されるよう設定された規制部と、
を備え、
前記尖状部に対する規制が解除され、前記尖状部が密封対象流体の圧力を受けて移動して前記ガス容器の密封部が破られた場合に、前記複数のシール片は、前記ガス容器から噴出する圧縮ガスの圧力を受けて前記環状溝から押し出され、前記回転軸の外周面に密着して全体として環状のシールを形成し、前記回転軸と前記軸孔との間の環状隙間を封止することを特徴とするシャットダウンシールである。

このシャットダウンシールは、通常運転時には、規制部が密封対象流体の圧力に抗して尖状部の移動を規制し、ガス容器の密封部を破らない位置に維持する。ガス容器の密封部が破壊されないため、ガス容器内の圧縮ガスは噴出せず、シール片には密封対象流体の圧力が作用し、シール片は環状溝内に保持される。よって、シャットダウンシールが回転軸と軸孔との間の環状隙間をシールすることはない。

故障等の何らかの異常発生に起因して密封対象流体の圧力が上昇した場合、密封対象流体の圧力によって規制部による規制が解除され、尖状部がガス容器の密封部を破る位置まで移動する。ガス容器の密封が尖状部により破られ、圧縮ガスが噴出し、シール片は、圧縮ガスの圧力を受けて密封対象流体の圧力に抗して回転軸側に押し出され、回転軸の外周面に密着する。複数のシール片は回転軸に密着した状態で全体で環状のシールを形成し、回転軸と軸孔との間の環状隙間をシールする。

シール片を回転軸に押し当てる駆動力はガス容器内の圧縮ガスの圧力であり、ガス容器の密封部を破る駆動力は密封対象流体の圧力である。従って、本発明のシャットダウンシールの作動にはオペレータによる操作や電源を要しない。よって、現場でオペレータが操作できない事態や、電源が確保できない事態においても、本発明のシャットダウンシールは作動する。

これにより、回転軸の停止や冷却系統の停止等の異常の発生に起因して密封対象流体の圧力が異常な高圧となった場合でも、シャットダウンシールが自動的に作動し、回転軸と軸孔との間の環状隙間をシールするため、異常事態においても機内の密封対象流体が機外へ漏洩することを抑制できる。

本発明のシャットダウンシールは、密封対象流体の圧力が通常運転時の圧力である場合には作動せず、密封対象流体が異常高圧となった場合に作動する。従って、シャットダウンシールをシステムのどの場所に設置するかによらず、通常運転時のシステムの動作に影響することなく、システムに異常が発生した場合の緊急遮断機能を実現することができる。

前記ガス容器、前記尖状部、及び前記規制部は、前記複数のシール片の各々について設
けられている構成としてもよい。
シール片は複数あるため、シール片をシャットダウンシールとして駆動する機構（ガス容器、尖状部、規制部）をシール片ごとに設けることにより、各シール片の動作をより確実なものとすることができる。

前記複数のシール片は、前記回転軸の外径と略等しい内径を有する環状部材が周方向の複数の箇所で切断された部材であり、前記シール片の径方向の幅は、前記回転軸と前記軸孔との間の環状隙間の径方向の幅より大きい構成としてもよい。
この構成によれば、シール片の内周面は回転軸の外周面に密着し、複数のシール片により形成される環状のシールが回転軸と軸孔との間の環状隙間をシールすることができる。

前記規制部は、密封対象流体の圧力が作用する方向とは逆の方向に前記尖状部を付勢する付勢部を有し、
前記付勢部の付勢力は、
通常運転時には、前記尖状部が前記ガス容器の密封部を破らない位置に維持され、
密封対象流体の圧力が上昇した場合には、前記尖状部が前記ガス容器の密封部を破る位置に移動するよう設定されている構成としてもよい。

具体的には、前記付勢部の付勢力は、
通常運転時には、前記尖状部に作用する密封対象流体の圧力より大きく、
密封対象流体の圧力が上昇した場合には、前記尖状部に作用する密封対象流体の圧力より小さくなるように設定されているとよい。

これにより、通常運転時には、付勢力が密封対象流体の圧力より大きいため、尖状部は密封対象流体の圧力を受けていても移動せず、ガス容器の密封を破壊しない。密封対象流体の圧力が上昇した場合には、密封対象流体の圧力が付勢力より大きくなるように付勢力が設定されているため、尖状部は密封対象流体の圧力を受けて移動し、ガス容器に密封部を破る。

前記ハウジング内に、前記密封対象流体の圧力が導入される第１圧力室と、前記ガス容器の密封部が破られた場合に圧縮ガスが流入する第２圧力室と、前記第１圧力室と前記第２圧力室とを隔てる隔壁と、が設けられ、
前記隔壁は、前記第１圧力室と前記第２圧力室との間を移動可能に構成され、
前記尖状部は、前記隔壁に設けられ、
前記規制部は、前記隔壁の移動を規制し、
通常運転時には、前記尖状部が前記ガス容器の密封部を破らない位置に前記隔壁が維持され、密封対象流体の圧力が上昇した場合には、前記尖状部が前記ガス容器に密封部を破る位置に移動するように前記隔壁が移動し、
前記シール片には、密封対象流体の圧力が作用する方向とは逆の方向に、前記第２圧力室の圧力が作用し、
前記ガス容器には、圧縮ガスが前記第２圧力室に流入した場合に、前記シール片にかかる密封対象流体の圧力より前記シール片にかかる前記第２圧力室の圧力の方が高くなるように、圧縮ガスが充填されている構成としてもよい。

この構成では、通常運転時は、隔壁には第１圧力室は密封対象流体の圧力がかかるが、規制部により隔壁の移動が規制される。規制部が隔壁に付勢力を作用させる付勢部である場合には、通常運転時、隔壁に対して第２圧力室の方向へ作用する密封対象流体の圧力より、隔壁に対して第１圧力室の方向へ作用する付勢力の方が大きく、隔壁は、移動可能な範囲内で最も第１圧力室寄りの位置に維持される。当該位置において、隔壁に固定された尖状部はガス容器の密封部を破らない。この状態で、シール片に対して環状溝に押し付け
る方向へ作用する密封対象流体の圧力の方が、シール片に対して環状溝から押し出す方向へ作用する第２圧力室の圧力より高い。よって、シール片は環状溝内に維持される。よって、シャットダウンシールはシール機能を有しない。

密封対象流体が異常高圧となった場合、規制部の規制が解除され、第１圧力室の密封対象流体の異常高圧を受けて隔壁が移動する。規制部が隔壁に付勢力を作用させる付勢部である場合には、密封対象流体が異常高圧となった場合、隔壁に対して第２圧力室の方向へ作用する密封対象流体の圧力の方が、隔壁に対して第１圧力室の方向へ作用する付勢力より大きくなり、隔壁は第２圧力室の方へ移動し、尖状部がガス容器の密封部を破る。これによりガス容器内の圧縮ガスが第２圧力室に流入し、シール片に第２圧力室の圧縮ガスの圧力がかかる。ガス容器には、この状態で密封対象流体の異常高圧よりも第２圧力室の圧縮ガスの圧力の方が高くなるように設定された圧縮ガスが充填されているので、このとき、第２圧力室の圧力を受けた複数のシール片は、密封対象流体の圧力に抗して回転軸の方向へ押し出され、最終的に回転軸の外周面に密着する。これにより、回転軸と軸孔との間の環状隙間に環状のシールが形成され、環状隙間がシールされる。よって、シャットダウンシールはシール機能を発揮する。

前記シャットダウンシールは、前記回転軸と前記ハウジングとの間の環状隙間をシールするために設けられるメカニカルシール装置に対し、機外側又は機内側に設けられる構成としてもよい。

回転軸の停止や電源喪失等の異常発生により密封対象流体の圧力が異常な高圧となり、メカニカルシール装置がシール機能を失った場合でも、メカニカルシール装置に対し機外側にシャットダウンシールが設けられていれば、メカニカルシール装置から漏洩した流体をシャットダウンシールで遮断することができる。また、メカニカルシール装置に対し機内側にシャットダウンシールが設けられていれば、シール性能を有しなくなったメカニカルシール装置に流体が流入することを抑制できる。よって、異常高圧時においてもハウジングと回転軸との間のシールを維持することが可能である。

密封対象流体の圧力が通常運転時の圧力である第１圧力以下の場合に、前記尖状部は前記ガス容器の密封部を破らない位置に保持され、
密封対象流体の圧力が前記第１圧力より高い第２圧力以上の場合に、前記尖状部は密封対象流体の圧力を受けて前記第２圧力室の方向へ移動し、前記ガス容器の密封部を破るよう構成してもよい。

シャットダウンシールは、密封対象流体の圧力が第１圧力以下の通常運転時では、ガス容器の密封部が破られないため、シール機能を有しない。密封対象流体の圧力が第２圧力以上の異常高圧時には、ガス容器の密封部が破られ、複数のシール片が回転軸に密着してシール機能が発揮される。

本発明の一側面は、上記のシャットダウンシールが設けられるハウジングと、前記ハウジングの軸孔に挿入される回転軸と、前記回転軸と前記ハウジングとの間の環状隙間をシールするメカニカルシールと、を有し、密封対象流体を密封するシステムであって、
前記第１圧力は、前記システムの通常運転時の密封対象流体の圧力に基づいて定められ、
前記第２圧力は、前記システムに異常が発生して前記回転軸が停止した場合の密封対象流体の温度に基づいて定められることを特徴とするシステムとして捉えることができる。

このシステムでは、シャットダウンシールがシステム内部に組み込まれているため、組み立て時の工数の増加を抑制でき、また、システム外部にシャットダウンシールの設置ス
ペースが不要である。
システムの通常運転時は、シャットダウンシールのシール片が回転軸に押し付けられないので、シャットダウンシールはシール機能を有しない。一方、システムに故障や電源喪失等の異常が発生して回転軸が停止し、密封対象流体が第２圧力以上の高圧になった場合、シャットダウンシールのシール片が回転軸に密着して、シャットダウンシールはシール機能を有する。これにより、異常発生時においても密封対象流体が機外に漏洩することを抑制できる。

システムの具体例の一つとして、加圧水型原子力発電所の一次冷却材ポンプを例示できる。このポンプ用軸シールにおいては、通常運転時の系統水（密封流体）の圧力は約０．４ＭＰａであるが、電源喪失等の異常発生時に軸封機能が失われた場合、系統水の圧力は約１５ＭＰａまで上昇し得る。そこで、第１圧力を０．４ＭＰａ、第２圧力を１５ＭＰａとすれば、異常発生時に系統水の圧力が異常上昇した場合でも、シャットダウンシールにより系統水の外部漏洩を抑制できる。

なお、本発明のシャットダウンシールは、種々の軸封装置を有するシステムに適用可能である。適用するシステムの通常運転時の密封流体の圧力に基づき第１圧力を設定し、異常発生時に想定される密封流体の圧力に基づき第２圧力を設定すればよい。

本発明によれば、システム異常時に電源を要せず自動的に作動し、シール機能を維持できるシャットダウンシールを提供することができる。

実施例１のシャットダウンシールが組み込まれるシステムの軸シール部分を示す縦断面図 実施例１のシャットダウンシールの通常運転時の構成を示す図 実施例１のシール片の通常運転時の構成を示す図 実施例１のシャットダウンシールの高圧時の動作を示す図 実施例１のシャットダウンシールの高圧時の動作を示す図 実施例１のシール片の高圧時の構成を示す図 従来技術にかかるシャットダウンシールを説明する図

（実施例１）
本発明の実施例１について説明する。
図１は、本発明の実施例１のシャットダウンシールが組み込まれるシステムの軸シール部分を示す縦断面図である。このシステムは、例えば、加圧水型原子力発電所の一次冷却材ポンプ用軸シールを例示できるが、本発明が適用できるシステムはこれに限定されない。

図１において、回転軸５がハウジング３の中心を鉛直方向に挿入されている。回転軸５はハウジング３内で密封される。ハウジング３の機内側６と機外側１との間に一定の圧力差を維持しながら、回転軸５がハウジング３内で回転し得るように、下部の第１シール装置７、中間の第２シール装置８、及び上部の第３シール装置９が、直列に、ハウジング３内の回転軸５の周りに設けられている。各シール装置の形式は種々のものが採用可能であるが、実施例１では、シール機能の大部分を担う第１シール装置７を非接触式とし、第２シール装置８及び第３シール装置９を接触式とした。

各シール装置７，８，９は、回転軸５と共に回転するように取り付けられた回転側密封
要素であるメイティングリング１０，１１，１２と、ハウジング３側に装着された静止側密封要素であるシールリング１３，１４，１５をそれぞれ有する。対をなすメイティングリング１０，１１，１２とシールリング１３，１４，１５とは、それぞれ、互いに対向する上向きの端面１６，１７，１８と、下向きの端面１９，２０，２１とを有する。また、各シール装置７，８，９には、ニトリルゴムやＥＰＤＭ等のゴム又は樹脂等から作製され複数のＯリング４００が装着されている。

第１シール装置７は、機内側６に最も近い位置に設けられ、メイティングリング１０は、回転軸５に装着されたカラー２２により機内側６から支持される。第１シール装置７と第２シール装置８との間の位置Ａにおいて、ハウジング３の内部にシャットダウンシール３００が設けられる。

シャットダウンシール３００は、通常運転時の密封対象流体の圧力では作動せず、通常運転時より高圧の状態、特に、冷却系統の故障や電源喪失等に起因する異常高圧状態で作動し、回転軸５に対するシールとして機能する緊急用遮断シールである。シャットダウンシール３００が位置Ａに設けられる場合、異常高圧時に各シール装置７，８，９のシール機能が失われた場合でも、シャットダウンシール３００によって密封対象流体が機外へ漏洩することを抑制できる。

なお、シャットダウンシールの位置は、システムに備わる各シール装置に対し機外側又は機内側のいずれでもよい。例えば、第１シール装置７よりさらに機内側６にシャットダウンシールを設けた場合、異常高圧時にシャットダウンシールが作動することで、機内の流体がシャットダウンシールにおいて遮断されるので、各シール装置７，８，９へ流体が流入することを抑制できる。従って、たとえ各シール装置７，８，９のシール機能が失われたとしても、機外に流体が漏洩することを抑制できる。

以下、実施例１では、本発明のシャットダウンシールを加圧水型原子力発電所の一次冷却材ポンプ用軸シールに適用した場合を例に説明する。加圧水型原子力発電所の一次冷却材ポンプ用軸シールにおいては、通常運転時の系統水（密封対象流体）の圧力は０．４ＭＰａであるが、電源喪失等の異常発生時に軸封機能が失われた場合、系統水の圧力は約１５ＭＰａまで上昇し得る。そこで、以下の説明で「通常運転時」とは、システムが通常動作している場合の密封対象流体の圧力に基づき、０．４ＭＰａ（第１圧力）以下であるとする。また、「高圧時」とは、システムに異常が発生して回転軸５が停止した場合の密封対象流体の圧力に基づき、１５ＭＰａ（第２圧力）以上であるとする。これらの温度条件の具体的な数値は一例であって、本発明のシャットダウンシールを適用するシステムの通常運転時の圧力及び何らかの異常が発生した場合に到達し得る圧力の条件に応じて、通常運転時と高圧時の定義は適宜定められる。

図２は、実施例１のシャットダウンシールの通常運転時の構成を示す図である。図２（Ａ）は図１のＡ部の拡大図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のシャットダウンシール３００の部分拡大図である。
シャットダウンシール３００は、回転軸５が挿入されるハウジング３に設けられる。ハウジング３の内周面２９に設けられた環状溝４０にはシール片４１が配置される。ここで、シール片４１について図３を用いて説明する。

図３は実施例１のシール片の通常運転時の構成を示す図である。シール片４１は、内径が回転軸５の外径と略等しい環状部材を周方向の複数の箇所で切断して得られる円弧状の部材であり、各シール片４１の径方向の幅Ｄは、回転軸５の外周面２８とハウジング３の内周面２９との間の環状隙間の径方向の幅Ｓより大きい。従って、通常運転時において、各シール片４１が環状溝４０内部にあるときは、シール片４１の内周面４２は回転軸５の
外周面２８から離間している。また、図２（Ｂ）に示すように、通常運転時には、シール片４１は回転軸５の外周面２８とハウジング３の内周面２９との間の環状隙間をシールしない。図３には図示していないが、シャットダウンシール３００は、複数のシール片４１の各々について設けられている。

シャットダウンシール３００は、圧縮ガスが充填されたガス容器２５を有する。ガス容器２５は、ケース２６に収納された状態でボルト２７によりハウジング３の外周部に固定される。

ハウジング３の内部には、密封対象流体の圧力が導入される第１圧力室３５と、ガス容器２５が密封部３０を介して接続される第２圧力室３６と、第１圧力室３５と第２圧力室３６とを隔てる隔壁３３と、が設けられる。隔壁３３は、第１圧力室３５と第２圧力室３６との間を移動可能に構成され、Ｏリング３４により第１圧力室３５と第２圧力室３６との間がシールされている。第２圧力室３６内において、隔壁３３には尖状部３１が設けられる。

尖状部３１は、隔壁３３が密封対象流体の圧力を受けて図２（Ｂ）で右方向に移動した場合に、ガス容器２５の密封部３０を破るように構成される。
第２圧力室３６内において、隔壁３３には、第１圧力室３５の密封対象流体の圧力が作用する方向とは逆の方向に隔壁３３を付勢する付勢部であるスプリング３２が設けられる。

第２圧力室３６は、流路３７，３８を介して、シール片４１が配置される環状溝４０に連通する。環状溝４０内に配置されるシール片４１は、押圧部３９を介して、密封対象流体の圧力が作用する方向とは逆の方向に第２圧力室３６の圧力を受けるように構成されている。通常運転時、図２（Ｂ）に示すように、シール片４１の内周面４２にかかる密封対象流体の圧力が、第２圧力室３６の圧力を上回り、シール片４１は環状溝の溝底に押し付けられている。従って、通常運転時、シール片４１は回転軸５の外周面２８とハウジング３の内周面２９との間の環状隙間をシールすることはない。すなわち、シャットダウンシール３００は、通常運転時にはシール機能を有しない。

スプリング３２は、通常運転時には、尖状部３１がガス容器２５の密封部３０を破らない位置に維持されるように、隔壁３３の移動を規制する。具体的には、通常運転時、隔壁３３に対して第２圧力室３６の方向へ作用する密封対象流体の圧力より、隔壁３３に対して第１圧力室３５の方向へ作用するスプリング３２の付勢力の方が大きくなるように、スプリング３２の付勢力は設定される。このとき、隔壁３３は、移動可能な範囲内で最も第１圧力室３５寄りの位置に維持される。

一方、スプリング３２は、密封対象流体の圧力が上昇した場合には、尖状部３１がガス容器２５の密封部３０を破る位置に移動するように、隔壁３３の移動を制御する。具体的には、密封対象流体の高圧時、隔壁３３に対して第２圧力室３６の方向へ作用する密封対象流体の圧力の方が、隔壁３３に対して第１圧力室３５の方向へ作用する付勢力より大きくなるように、スプリング３２の付勢力は設定される。

実施例１では、密封対象流体の圧力が通常運転時の圧力である第１圧力以下の場合に、尖状部３１がガス容器２５の密封部３０を破らない位置に保持されるように、スプリング３２の付勢力を設定する。また、密封対象流体の圧力が第１圧力より高い第２圧力の場合に、隔壁３３が密封対象流体の圧力を受けて第２圧力室３６の方向へ移動し、尖状部３１がガス容器２５の密封部３０を破るように、スプリング３２の付勢力を設定する。

図４、図５に、実施例１のシャットダウンシールの高圧時の動作を示す。高圧時、第１圧力室３５の密封対象流体の圧力がスプリング３２の付勢力を上回り、隔壁３３は、矢印Ａで示すように、第２圧力室３６の方向へ移動し、尖状部３１がガス容器２５の密封部３０を破る。これにより、ガス容器２５から圧縮ガスが噴出し、第２圧力室３６、流路３７，３８を満たす。ガス容器に２５には、圧縮ガスが第２圧力室３６に流入した場合に、押圧部３９を介してシール片４１に作用する圧力が、内周面４２を介してシール片４１にかかる密封対象流体の圧力より高くなるように、圧縮ガスが充填されている。

隔壁３３は、第１圧力室３５の方向へ作用する第２圧力室３６の圧縮ガスの圧力が、第２圧力室３６の方向へ作用する密封対象流体の圧力を上回るため、図５の矢印Ｂで示すように、再び最も第１圧力室３５寄りの位置まで押し戻される。同様に、シール片４１は、シール片４１を環状溝４０から回転軸５の方向へ押し出すように作用する第２圧力室３６の圧縮ガスの圧力が、シール片４１を環状溝４０へ押し付けるように作用する密封対象流体の圧力を上回る。よって、図５の矢印Ｃで示すように、シール片４１は環状溝４０から回転軸５の方向へ押し出され、シール片４１の内周面４２が回転軸５の外周面２８に密着する。

これにより、図６に示すように、複数のシール片４１は、回転軸５の外周面２８に密着して全体として環状のシールを形成し、回転軸５の外周面２８とハウジング３の内周面２９との環状隙間をシールする。

ここで、実施例１は、加圧水型原子力発電所の一次冷却材ポンプに本発明のシャットダウンシールを適用した例である。このポンプ用軸シールにおいては、通常運転時の系統水（密封流体）の圧力は約０．４ＭＰａであるが、電源喪失等の異常発生時に軸封機能が失われた場合、系統水の圧力は約１５ＭＰａまで上昇し得る。そこで、実施例１では、第１圧力を０．４ＭＰａ、第２圧力を１５ＭＰａとする。これにより、異常発生時に系統水の圧力が異常上昇した場合でも、上記の動作によりシャットダウンシール３００のシール片４１が軸シール機能を発揮するため、系統水の外部漏洩を抑制できる。なお、本発明は、加圧水型原子力発電所の一次冷却材ポンプに限らず、種々の軸封装置を有するシステムに適用可能である。適用するシステムの通常運転時の密封流体の圧力に基づき第１圧力を設定し、異常発生時に想定される密封流体の圧力に基づき第２圧力を設定すればよい。

（実施例１のシャットダウンシールの優れた点）
シャットダウンシール３００は、通常運転時には、シール片４１が環状溝４０内に保持されるため、回転軸５とハウジング３との間の環状隙間をシールすることはない。従って、通常運転時には、他のシール装置７，８，９の動作に影響しない。一方、電源喪失や回転軸停止等の何らかの異常が発生して密封対象流体が異常な高圧状態になった場合には、シール片４１がガス容器２５から噴出した圧縮ガスの圧力を受けて環状溝４０から押し出され、回転軸５の外周面に押し付けられ、回転軸５の外周面に環状のシールを形成する。従って、異常時に他のシール装置７，８，９がシール機能を失っても、回転軸５とハウジング３との間の環状隙間をシールすることができる。

シール片４１を回転軸５に押し当てる駆動力はガス容器２５内の圧縮ガスの圧力であり、ガス容器２５の密封部３０を破る駆動力は密封対象流体の圧力である。従って、実施例１のシャットダウンシール３００の作動にはオペレータによる操作や電源を要しない。
よって、実施例１のシャットダウンシール３００によれば、シール装置７，８，９が機能しないような異常高圧時に、現場でオペレータが操作できない事態や、電源が確保できない事態となったとしても、シャットダウンシール３００が自動的に作動し、回転軸５とハウジング３との間の環状隙間をシールするので、異常事態においても機内の密封対象流体の機外への漏洩を抑制することが可能になる。

また、実施例１のシャットダウンシール３００では、複数のシール片４１の各々について、高圧時にシール片４１を押し出す機構（ガス容器２５，尖状部３１、スプリング３２等）が備わるため、高圧時の各シール片４１が確実に動作することができる。
シール片４１は、回転軸５の外径と略等しい内径を有する環状部材を周方向の複数箇所で切断して形成されるため、シール片４１の内周面は回転軸５の外周面に密着し、複数のシール片により形成される環状のシールが回転軸５とハウジング３との間の環状隙間をより確実にシールすることができる。

実施例１のシャットダウンシール３００は、第１シール装置７と第２シール装置８の間に設けられている。従って、異常時に各シール装置７，８，９がシール機能を失った場合でも、第１シール装置７を漏洩した密封対象流体をシャットダウンシール３００で遮断することができ、機外に密封対象流体が漏洩することを抑制できる。なお、シャットダウンシール３００を設ける位置は第１シール装置７と第２シール装置８の間に限られない。例えば、第１シール装置７より機内側にシャットダウンシール３００を設けた場合、密封対象流体はシャットダウンシール３００で遮断されるため、異常時にシール機能を失った各シール装置７，８，９に密封対象流体が流入すること自体を抑制できる。

また、シャットダウンシール３００は、ハウジング３の内部に組み込まれているため、組み立て時の工数の増加を抑制でき、また、ハウジング３の外部にシャットダウンシールの設置スペースが不要である。

１：機外側
３：ハウジング
５：回転軸
６：機内側
７：第１シール装置
８：第２シール装置
９：第３シール装置
１０，１１，１２：メイティングリング
１３，１４，１５：シールリング
１６，１７，１８：上向きの端面
１９，２０，２１：下向きの端面
２２：カラー
３００：シャットダウンシール
２５：ガス容器
２６：ケース
２７：ボルト
２８：回転軸の外周面
２９：ハウジングの内周面
３０：密封部
３１：尖状部
３２：スプリング
３３：隔壁
３４：Ｏリング
３５：第１圧力室
３６：第２圧力室
３７，３８：流路
３９：押圧部
４０：環状溝
４１：シール片
４２：シール片の内周面

Claims (9)

1. 回転軸が挿入される軸孔を有するハウジングに設けられるシャットダウンシールであって、
   前記軸孔の内周面に設けられた環状溝に配置された複数の円弧状のシール片と、
   圧縮ガスが充填されたガス容器と、
   密封対象流体の圧力を受けて移動し前記ガス容器の密封部を破る尖状部と、
   通常運転時には、密封対象流体の圧力に抗して前記尖状部の移動を規制するとともに、密封対象流体の圧力が上昇した場合に、前記尖状部に対する規制が解除されるよう設定された規制部と、
   を備え、
   前記尖状部に対する規制が解除され、前記尖状部が密封対象流体の圧力を受けて移動して前記ガス容器の密封部が破られた場合に、前記複数のシール片は、前記ガス容器から噴出する圧縮ガスの圧力を受けて前記環状溝から押し出され、前記回転軸の外周面に密着して全体として環状のシールを形成し、前記回転軸と前記軸孔との間の環状隙間をシールすることを特徴とするシャットダウンシール。
2. 前記ガス容器、前記尖状部、及び前記規制部は、前記複数のシール片の各々について設けられている請求項１に記載のシャットダウンシール。
3. 前記複数のシール片は、前記回転軸の外径と略等しい内径を有する環状部材が周方向の複数の箇所で切断された部材であり、
   前記シール片の径方向の幅は、前記回転軸と前記軸孔との間の環状隙間の径方向の幅より大きい請求項１又は２に記載のシャットダウンシール。
4. 前記規制部は、密封対象流体の圧力が作用する方向とは逆の方向に前記尖状部を付勢する付勢部を有し、
   前記付勢部の付勢力は、
   通常運転時には、前記尖状部が前記ガス容器の密封部を破らない位置に維持され、
   密封対象流体の圧力が上昇した場合には、前記尖状部が前記ガス容器の密封部を破る位置に移動するよう設定されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のシャットダウンシール。
5. 前記付勢部の付勢力は、
   通常運転時には、前記尖状部に作用する密封対象流体の圧力より大きく、
   密封対象流体の圧力が上昇した場合には、前記尖状部に作用する密封対象流体の圧力より小さくなるように設定されている請求項４に記載のシャットダウンシール。
6. 前記ハウジング内に、前記密封対象流体の圧力が導入される第１圧力室と、前記ガス容器の密封部が破られた場合に圧縮ガスが流入する第２圧力室と、前記第１圧力室と前記第２圧力室とを隔てる隔壁と、が設けられ、
   前記隔壁は、前記第１圧力室と前記第２圧力室との間を移動可能に構成され、
   前記尖状部は、前記隔壁に設けられ、
   前記規制部は、前記隔壁の移動を規制し、
   通常運転時には、前記尖状部が前記ガス容器の密封部を破らない位置に前記隔壁が維持され、密封対象流体の圧力が上昇した場合には、前記尖状部が前記ガス容器に密封部を破る位置に移動するように前記隔壁が移動し、
   前記シール片には、密封対象流体の圧力が作用する方向とは逆の方向に、前記第２圧力室の圧力が作用し、
   前記ガス容器には、圧縮ガスが前記第２圧力室に流入した場合に、前記シール片にかか
   る密封対象流体の圧力より前記シール片にかかる前記第２圧力室の圧力の方が高くなるように、圧縮ガスが充填されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のシャットダウンシール。
7. 前記シャットダウンシールは、前記回転軸と前記ハウジングとの間の環状隙間をシールするために設けられるメカニカルシール装置に対し、機外側又は機内側に設けられる請求項１〜６のいずれか１項に記載のシャットダウンシール。
8. 密封対象流体の圧力が通常運転時の圧力である第１圧力以下の場合に、前記尖状部は前記ガス容器の密封部を破らない位置に保持され、
   密封対象流体の圧力が前記第１圧力より高い第２圧力以上の場合に、前記尖状部は密封対象流体の圧力を受けて前記第２圧力室の方向へ移動し、前記ガス容器の密封部を破る請求項１〜７のいずれか１項に記載のシャットダウンシール。
9. 請求項８に記載のシャットダウンシールが設けられるハウジングと、前記ハウジングの軸孔に挿入される回転軸と、前記回転軸と前記ハウジングとの間の環状隙間をシールするメカニカルシールと、を有し、密封対象流体を密封するシステムであって、
   前記第１圧力は、前記システムの通常運転時の密封対象流体の圧力に基づいて定められ、
   前記第２圧力は、前記システムに異常が発生して前記回転軸が停止した場合の密封対象流体の温度に基づいて定められることを特徴とするシステム。

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