JP2019039415A - Seal system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シールハウジング内に備えられたダブルメカニカルシールを含むシールシステムに関し、特にダブルメカニカルシールを構成するポンプ側シール機構と大気側シール機構との間に、回転軸により駆動されるポンプ機構を備えたシールシステムに関する。 The present invention relates to a seal system including a double mechanical seal provided in a seal housing, and in particular, a pump mechanism driven by a rotary shaft between a pump side seal mechanism and an atmosphere side seal mechanism constituting the double mechanical seal. The present invention relates to a seal system provided.
石油や天然ガスなどの化石燃料を精製する際には、二酸化炭素(CO2)や、硫黄(S)などの不純物を取り除く必要がある。硫黄は精製過程において硫化水素(H2S)として回収されることが多く、精製過程に用いられるポンプが扱う流体にも、この硫化水素が多く含まれる場合がある。硫化水素は極めて毒性が高く、万一大気中に漏れ出した場合には、人体に深刻な被害をおよぼすため、硫化水素を扱うポンプにおいては、硫化水素が決して外部へ漏れ出すことが無い様に、ポンプの設計に万全の配慮を払う必要がある。 When refining fossil fuels such as oil and natural gas, it is necessary to remove impurities such as carbon dioxide (CO 2 ) and sulfur (S). Sulfur is often recovered as hydrogen sulfide (H 2 S) in the purification process, and the fluid handled by the pump used in the purification process may contain a lot of this hydrogen sulfide. Hydrogen sulfide is extremely toxic, and if it leaks into the atmosphere, it will cause serious damage to the human body. Therefore, in a pump that handles hydrogen sulfide, hydrogen sulfide should never leak to the outside. It is necessary to pay full attention to the design of the pump.
図2に示されるシールシステムは、遠心ポンプの回転軸101のシールハウジング114内に、ポンプ側シール機構(スリップリング110および対向リング112)と、大気側シール機構(スリップリング111および対向リング113)とを有するダブルメカニカルシールを備えている。ポンプ側シール機構と大気側シール機構との間には、回転軸101により駆動されるポンプ機構119が設けられる。ポンプ機構119の両側には、第1チャンバ122aおよび第2チャンバ122bが形成されている。これら第1チャンバ122aおよび第2チャンバ122bは、シールハウジング114内に形成されており、大気側シール機構は、第1チャンバ122a内に配置され、大気側シール機構は第2チャンバ122b内に配置されている。
The seal system shown in FIG. 2 includes a pump side seal mechanism (
ポンプ機構119は、流体バリア兼冷却媒体を、第1チャンバ122aから第2チャンバ122bへポンプ羽根車の吐出し圧力Phよりも高い圧力Pbになるように加圧して第2チャンバ122bに供給する。第2チャンバ122b内の加圧された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ羽根車103によって加圧された媒体が、ポンプ側シール機構のスリップリング110及び対向リング112を通って第2チャンバ122bへ漏洩することを防止できる。
The
図2に示すシールシステムは、シールハウジング114の外に配置された再循環システムrを備える。この再循環システムrは、第1チャンバ122aと第2チャンバ122bに接続されており、流体バリア兼冷却媒体を循環させるように構成されている。再循環システムrは、熱交換器121を備え、ポンプ機構119により加圧された流体バリア兼冷却媒体は、第2チャンバ122bを経由して熱交換器121に至り、そこで冷却されて第1チャンバ122aに戻って再びポンプ機構119に至るという循環経路を備える。
The seal system shown in FIG. 2 includes a recirculation system r disposed outside the
流体バリア兼冷却媒体は、遠心ポンプの取り扱い流体自体であり、予めポンプ羽根車103により加圧されてシールシステムに注入されている。シールシステム内の流体バリア兼冷却媒体がリークにより減少した場合には、遠心ポンプの取り扱い流体がポンプ羽根車103により加圧されてシールシステム内に補充される。したがって、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合には、外気のすぐそばに高圧の危険な流体があり、外部に漏れる虞がある。
The fluid barrier / cooling medium is the handling fluid itself of the centrifugal pump, and is previously pressurized by the
ところで、図2において、ポンプ機構119は、流体バリア兼冷却媒体を加圧して第1チャンバ122aから第2チャンバ122bに送り出すという仕事をするので、ポンプ機構119の近傍に熱が多量に発生する。熱をそのまま放置すると、熱膨張による構成機器どうしの干渉やそれによる部材の変形、あるいはOリング134,135などのシール材の塑性変形が生じシール機能が損なわれるなどの虞がある。そこで、シールシステムには熱交換器121を設けて積極的に流体バリア兼冷却媒体を冷却している。
By the way, in FIG. 2, the
しかしながら、流体バリア兼冷却媒体がシールシステムを循環するドライビングフォースは、ポンプ機構119によって発生されるので、遠心ポンプが停電などで停止した場合にはポンプ機構119も同時に停止してしまう。その結果、停止直前までの運転で発生した熱が散逸されず、ポンプ機構119の周辺機器の温度が許容できない温度まで上昇してしまう虞がある。
However, since the driving force in which the fluid barrier / cooling medium circulates through the seal system is generated by the
図2に示すキャリアスリーブ108,108’は、それらの間に備えられたばね109により互いに離間するように押され、キャリアスリーブ108,108’の端部はスリップリング110,111を対向リング112,113にそれぞれ押し付けている。遠心ポンプ運転時には、キャリアスリーブ108は第2チャンバ122b内の圧力Pbにより大気側に押される。一方、キャリアスリーブ108’には、第1チャンバ122a内の圧力Paが加わる。したがって、キャリアスリーブ108,108’の組合せには全体としてPb−Paの差圧がポンプ側から大気側に掛かることになる。このため、大気側のスリップリング111と対向リング113のシール面の圧力は運転停止時に比べて高くなってシール効果が増すが、ポンプ側のスリップリング110と対向リング112のシール面の圧力は運転停止時より低くなってシール効果が減少する。
The
逆に、第1チャンバ122a内の圧力が第2チャンバ122b内の圧力より高くなると、キャリアスリーブ108,108’の組合せには、全体としてPa−Pbの差圧が大気側からポンプ側に掛かる。このため、大気側のスリップリング111と対向リング113のシール面の圧力は運転停止時に比べて低くなってシール効果が減少し、流体バリア兼冷却媒体がリークしやすくなってしまう。
Conversely, when the pressure in the
以上説明したように、図2に示された技術は、ポンプ羽根車103が、遠心ポンプの取扱う流体自体を加圧してシールシステムに供給し、シールシステムの漏れ防止流体(流体バリア兼冷却媒体)として用いている。大気側シール機構にかかる流体バリア兼冷却媒体の圧力は、運転停止時において遠心ポンプの吐出圧相当の圧力である。すなわち、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合には、外気のすぐそばに高圧の危険な流体があり、外部に漏れる虞がある。
As described above, in the technique shown in FIG. 2, the
さらに、停電などでポンプ機構119の運転が停止した場合には、機器が高温となることを避けなければいけないが、図2のシールシステムはその対策が不十分である。すなわち、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合を考慮すると、図2に示された技術をそのまま使うことはできず、メカニカルシールの摺動面から有害なポンプ取扱流体が外部へ漏れ出すことがないように配慮する必要がある。
Furthermore, when the operation of the
そこで、本発明は、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合においても、通常運転時及び停電時に、ダブルメカニカルシールおよびポンプ機構を適切に冷却し、ポンプの取り扱い流体が大気側に漏れる虞の無いシールシステムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention properly cools the double mechanical seal and the pump mechanism during normal operation and power failure even when the pump handling fluid contains toxic or flammable fluid, and the pump handling fluid leaks to the atmosphere side. It is an object to provide a seal system without fear.
本発明の一態様は、遠心ポンプの回転軸をシールするためのシールシステムであって、ポンプ側シール機構および大気側シール機構を有するダブルメカニカルシールと、前記ポンプ側シール機構と前記大気側シール機構との間に配置され、前記回転軸により駆動されるポンプ機構と、少なくとも前記大気側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第1チャンバと、少なくとも前記ポンプ側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第2チャンバと、前記第1チャンバと前記第2チャンバとに接続され、前記遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を前記第1チャンバと前記第2チャンバとの間で循環させる第1媒体循環ラインと、前記第1媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器および遮断弁と、両端が前記第1媒体循環ラインに接続され、前記遮断弁をバイパスする前記第2媒体循環ラインと、前記第2媒体循環ラインに取り付けられた媒体加圧ポンプおよび開閉弁とを備えたことを特徴とする。 One aspect of the present invention is a seal system for sealing a rotary shaft of a centrifugal pump, a double mechanical seal having a pump-side seal mechanism and an atmosphere-side seal mechanism, the pump-side seal mechanism, and the atmosphere-side seal mechanism A pump mechanism driven by the rotating shaft, a first chamber defined by at least the atmosphere-side seal mechanism and the pump mechanism, and at least the pump-side seal mechanism and the pump mechanism. A second barrier chamber, a fluid barrier / cooling medium connected to the first chamber and the second chamber and different from a handling fluid of the centrifugal pump between the first chamber and the second chamber. A first medium circulation line to be circulated, a heat exchanger and a shutoff valve attached to the first medium circulation line, The second medium circulation line connected to the first medium circulation line and bypassing the shutoff valve, and a medium pressurizing pump and an opening / closing valve attached to the second medium circulation line are provided. .
本発明の好ましい態様は、前記ダブルメカニカルシールを収容するシールハウジングをさらに備え、前記第1媒体循環ラインと前記第2媒体循環ラインは前記シールハウジングの外に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記遠心ポンプの停電を検出する停電検出器と、前記停電検出器から出力される停電検出信号を受けて前記遮断弁を閉じ、前記開閉弁を開き、前記媒体加圧ポンプを始動させるシステムコントローラをさらに備えたことを特徴とする。
A preferred embodiment of the present invention further includes a seal housing that accommodates the double mechanical seal, wherein the first medium circulation line and the second medium circulation line are disposed outside the seal housing.
In a preferred aspect of the present invention, a power failure detector for detecting a power failure of the centrifugal pump, a power failure detection signal output from the power failure detector, the shutoff valve is closed, the open / close valve is opened, and the medium pressurization is performed. A system controller for starting the pump is further provided.
本発明の好ましい態様は、前記第2媒体循環ラインの一端が前記第1媒体循環ラインに接続される第1接続点は、前記遮断弁と前記熱交換器との間に位置しており、前記第2媒体循環ラインの他端が前記第1媒体循環ラインに接続される第2接続点は、前記遮断弁と前記第2チャンバとの間に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記媒体加圧ポンプに電力を供給するための電源をさらに備え、前記媒体加圧ポンプは、原動機として電動モータを備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記流体バリア兼冷却媒体がオイルであり、前記加圧媒体ポンプがオイルポンプであることを特徴とする。
In a preferred aspect of the present invention, a first connection point where one end of the second medium circulation line is connected to the first medium circulation line is located between the shut-off valve and the heat exchanger, The second connection point where the other end of the second medium circulation line is connected to the first medium circulation line is located between the shut-off valve and the second chamber.
The preferable aspect of this invention is further equipped with the power supply for supplying electric power to the said medium pressurization pump, The said medium pressurization pump is provided with the electric motor as a motor.
In a preferred aspect of the present invention, the fluid barrier / cooling medium is oil, and the pressurized medium pump is an oil pump.
本発明によれば、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合で、遠心ポンプとポンプ機構の通常運転時及び停止時両方においても、ダブルメカニカルシールおよびポンプ機構を適切に冷却し、大気側に漏れ虞の無いシールシステムを提供することができる。 According to the present invention, when the pump handling fluid contains toxic or flammable fluid, the double mechanical seal and the pump mechanism are appropriately cooled both during normal operation and when the centrifugal pump and the pump mechanism are stopped. It is possible to provide a seal system that is free from leakage on the side.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、ダブルメカニカルシールを備えたシールシステムの一実施形態を示す図である。ダブルメカニカルシールは、高圧側hと低圧側nとを仕切る隔壁2と、回転軸1との間の隙間を封止する機能を有する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a seal system including a double mechanical seal. The double mechanical seal has a function of sealing a gap between the
図1では、高圧側hにおいて、遠心ポンプのポンプ羽根車3が回転軸1に固定され、軸スリーブ4がダブルメカニカルシールの軸方向長さにわたって延びている。軸スリーブ4は回転軸1の外周面に固定されている。軸スリーブ4と回転軸1の間にはOリング24が設けられ、遠心ポンプの取り扱い流体が軸スリーブ4と回転軸1の間の隙間から漏れないようにシールしている。遠心ポンプの取り扱い流体は、毒性のある流体や可燃性の流体が含まれる。
In FIG. 1, on the high-pressure side h, the pump impeller 3 of the centrifugal pump is fixed to the
ポンプ羽根車3とシールハウジング14は隔壁2で仕切られている。回転軸1、およびポンプ羽根車3の一部は、隔壁2に形成された通孔2aを貫通して延びている。隔壁2は、通孔2aに連通するラジアル孔2bを内部に有している。遠心ポンプの運転中、ラジアル孔2bは、ポンプ羽根車3によって加圧された取り扱い流体で満たされる。ラジアル孔2bには圧力検出器53が接続されており、ポンプ羽根車3の吐き出し圧力Phは圧力検出器53によって測定される。
The pump impeller 3 and the
軸スリーブ4のほぼ中央には、軸スリーブ4の外周面に接する内周面を有する円筒状のリング5が設けられている。リング5には中空円筒体6が固定されている。リング5の軸方向の長さは、軸スリーブ4および中空円筒体6の軸方向の長さよりも短い。中空円筒体6は、その外周部の両側に軸方向延出部を有しており、中空円筒体6の内周部は、その軸方向長さがリング5の軸方向長さと同じであり、リング5の外周部と対面している。軸スリーブ4、リング5、および中空円筒体6は同軸状に配列されている。中空円筒体6の外周面には、ねじ溝7が形成されている。
A
リング5および中空円筒体6は、径方向に貫通するねじ穴を有しており、リング5および中空円筒体6は、ねじ穴に挿入されたねじ32によって固定されている。ねじ32の先端は軸スリーブ4の凹部33に係合している。中空円筒体6は、リング5に対して回転および軸方向に変位しないようにねじ32によって固定される。
The
軸スリーブ4とリング5と中空円筒体6とで形成された環状凹部内には、2つのキャリアスリーブ8,8’が嵌合されている。これらキャリアスリーブ8,8’は、リング5の両側に配置されている。キャリアスリーブ8,8’の外面と中空円筒体6の内面との間にはOリング34が配置され、キャリアスリーブ8,8’の内面と軸スリーブ4の外面との間にはOリング35が配置されている。キャリアスリーブ8,8’は、回転軸1の軸方向に変位可能であるが、ねじ32と接触する軸方向突起36によって回転しないように固定されている。
Two carrier sleeves 8 and 8 ′ are fitted in an annular recess formed by the shaft sleeve 4, the
キャリアスリーブ8,8’の間にはばね9が配置されている。ばね9はキャリアスリーブ8,8’を互いに押し離すように作用している。キャリアスリーブ8,8’のリング5から離れた面には、スリップリング10,11がそれぞれ取り付けられている。ばね9により、スリップリング10,11はそれぞれ対向リング12,13に押し付けられる。対向リング12,13は、シールハウジング14のポンプ側カバー14aおよび大気側カバー14bにそれぞれ固定されている。参照符号14はシールハウジングを全体的に示す。スリップリング10と対向リング12との組み合わせは、ダブルメカニカルシールのポンプ側シール機構を構成し、スリップリング11と対向リング13との組み合わせは、ダブルメカニカルシールの大気側シール機構を構成する。
A spring 9 is arranged between the carrier sleeves 8, 8 '. The spring 9 acts to push the carrier sleeves 8, 8 'apart. Slip rings 10 and 11 are attached to the surfaces of the carrier sleeves 8 and 8 'apart from the
ダブルメカニカルシールを構成するスリップリング10,11および対向リング12,13は、シールハウジング14内に収容されている。より具体的には、シールハウジング14は、その中央に、ダブルメカニカルシールを包囲する中空円筒部38を有している。この中空円筒部38の内面には、ねじ溝15が形成されている。このねじ溝15は、ねじ溝7と微小な半径方向の隙間を介して対向しており、互いのリード方向は、反対方向である。ねじ溝7は、回転軸1と共に回転する雄ねじであり、ねじ溝15は、静止した雌ねじである。ねじ溝15はねじ溝7を囲んでいる。ねじ溝7およびねじ溝15は、回転軸1によって駆動されるポンプ機構19を構成する。ポンプ機構19は、ダブルメカニカルシールのポンプ側シール機構(リップリング10および対向リング12)と、大気側シール機構(スリップリング11および対向リング13)との間に位置している。
Slip rings 10 and 11 and opposing
ポンプ機構19の両側には環状の第1チャンバ22aおよび環状の第2チャンバ22bがある。第1チャンバ22aは低圧側nに向かう部屋であり、ポンプ機構19、キャリアスリーブ8’、スリップリング11、対向リング13、大気側カバー14b、および中空円筒部38によって区画された部屋である。中空円筒部38は、後述する第1媒体循環ライン30に接続された入口16を有しており、第1チャンバ22aは入口16に接続されている。
On both sides of the
第2チャンバ22bは高圧側hに向かう部屋であり、ポンプ機構19、キャリアスリーブ8、スリップリング10、対向リング12、ポンプ側カバー14a、および中空円筒部38によって区画された部屋である。中空円筒部38は、第1媒体循環ライン30に接続された出口17を有しており、第2チャンバ22bは出口17に接続されている。出口17は、第1媒体循環ライン30を介して入口16に連通している。
The
シールシステムは、第1チャンバ22aおよび第2チャンバ22bに接続された上記媒体循環ライン30と、第1媒体循環ライン30に接続された第2媒体循環ライン31と、絞り弁と逆止弁が組み合わされた絞り兼逆止弁18と、第2媒体循環ライン31が使用される際には閉止する遮断弁28と、流体バリア兼冷却媒体を冷却する熱交換器21と、普段は流体バリア兼冷却媒体が加圧されて備蓄され、非常の際などには開閉弁27を開にすることにより第1媒体循環ライン30内の流体バリア兼冷却媒体を加圧するアキュムレータ40とを備えている。第2媒体循環ライン31の両端は第1媒体循環ライン30に接続されており、第2媒体循環ライン31は遮断弁28をバイパスして延びている。
The sealing system is a combination of the
アキュムレータ40の内部には図示しないダイヤフラム(隔壁)が配置され、窒素ガスなどの気体が封入されている。アキュムレータ40内に蓄積された流体バリア兼冷却媒体は、上記気体の圧力により加圧される。したがって、アキュムレータ40は、流体バリア兼冷却媒体を加圧して蓄える機能を有している。
A diaphragm (partition) (not shown) is disposed inside the
第1媒体循環ライン30の一端は入口16に接続され、第1媒体循環ライン30の他端は出口17に接続されている。絞り兼逆止弁18、熱交換器21、遮断弁28は、第1媒体循環ライン30に取付けられている。熱交換器21は、遮断弁28と第1チャンバ22aとの間に位置しており、絞り兼逆止弁18は、遮断弁28と第2チャンバ22bとの間に位置している。アキュムレータ40は、第1媒体循環ライン30から延びる分岐ライン41に接続されており、開閉弁27は分岐ライン41に取付けられている。アキュムレータ40は、分岐ライン41を介して第1媒体循環ライン30に接続されている。分岐ライン41およびアキュムレータ40は、熱交換器21と第1チャンバ22aとの間に位置している。
One end of the first
第2媒体循環ライン31の一端は第1接続点20aにおいて第1媒体循環ライン30に接続され、第2媒体循環ライン31の他端は第2接続点20bにおいて第1媒体循環ライン30に接続されている。第1接続点20aは、熱交換器21と遮断弁28との間に位置し、第2接続点20bは、第2チャンバ22bと遮断弁28との間に位置している。本実施形態では、第2接続点20bは、出口17と絞り兼逆止弁18との間に位置している。
One end of the second
さらに、シールシステムは、流体バリア兼冷却媒体を貯留する媒体リザーバ44と、媒体リザーバ44から供給される流体バリア兼冷却媒体を加圧する媒体加圧ポンプ45と、第1接続点20aと媒体加圧ポンプ45との間に配置された開閉弁23と、媒体加圧ポンプ45と第2接続点20bとの間に配置された逆止弁26と、媒体加圧ポンプ45と逆止弁26との間に配置された圧力調整弁47および圧力検出器48を備えている。圧力検出器48は圧力調整弁47の下流に位置している。媒体リザーバ44、媒体加圧ポンプ45、開閉弁23、圧力調整弁47、圧力検出器48、および逆止弁26は、第2媒体循環ライン31に取り付けられている。第1媒体循環ライン30と第2媒体循環ライン31はシールハウジング14の外に配置されている。第1媒体循環ライン30と第2媒体循環ライン31は、流体バリア兼冷却媒体で満たされている。
Further, the sealing system includes a
シールシステムは、停電を検出するための停電検出器61と、上述した遮断弁28、開閉弁23、開閉弁27、および媒体加圧ポンプ45の動作を制御するシステムコントローラ62をさらに備えている。停電検出器61が停電を検出すると、停電検出器61は停電検出信号を発し、この停電検出信号をシステムコントローラ62に送る。システムコントローラ62は、この停電検出信号を受けて、遮断弁28を閉じ、開閉弁23を開き、媒体加圧ポンプ45を始動させるように構成されている。遮断弁28、開閉弁23、開閉弁27としては、電磁弁、電動弁、空気圧駆動弁、油圧駆動弁などを使用することができる。
The seal system further includes a
シールシステムは、ポンプ羽根車3の吐き出し圧力Phを測定する圧力検出器53と、第2チャンバ22b内の圧力Pbを測定する圧力検出器51を備えている。圧力検出器53,51は、システムコントローラ62に接続されている。
The seal system includes a
シールハウジング14内に備えられたダブルメカニカルシールを備えたシールシステムは、流体バリア兼冷却媒体を使用する。この流体バリア兼冷却媒体は、遠心ポンプの取り扱い流体とは無関係な性状の媒体で、毒性や危険性のない媒体である。一実施形態では、流体バリア兼冷却媒体はオイルであり、媒体加圧ポンプ45はオイルポンプである。本実施形態では、媒体加圧ポンプ45は、その原動機として電動モータを備えている。
A seal system with a double mechanical seal provided within the
上述の構成を備えたシールシステムの動作は以下に述べるようなものである。第1媒体循環ライン30内は、遠心ポンプのポンプ羽根車3の吐き出し圧力Phと同じか、それより高い圧力を有する流体バリア兼冷却媒体で満たされている。通常運転中は、開閉弁23は閉止状態、遮断弁28は開状態である。通常運転で回転軸1が回転すると、ポンプ機構19は、第1チャンバ22a内の流体バリア兼冷却媒体を吸い込んで加圧し、第2チャンバ22bに吐出する。このポンプ機構19の運転により加圧された流体バリア兼冷却媒体は第1媒体循環ライン30を通って第1チャンバ22aに戻る。
The operation of the sealing system having the above-described configuration is as described below. The inside of the first
第1媒体循環ライン30に取り付けられた絞り兼逆止弁18により、第2チャンバ22b内の圧力Pbは、ポンプ羽根車3の吐き出し圧力Phよりも高い圧力になる。流体バリア兼冷却媒体が絞り兼逆止弁18から入口16まで第1媒体循環ライン30を流れる間に、圧力損失により流体バリア兼冷却媒体の圧力が低下し、第1チャンバ22a内の流体バリア兼冷却媒体の圧力は、Pbよりも低いPaになる。第2チャンバ22b内の圧力Pbは、ポンプ羽根車3の吐き出し圧力Phよりも高いので、ポンプ側シール機構を構成するスリップリング10と対向リング12のシール面から第2チャンバ22b内に遠心ポンプの取り扱い流体が侵入することはない。
The pressure Pb in the
キャリアスリーブ8は第2チャンバ22b内の圧力Pbによりポンプ側から大気側に押される。キャリアスリーブ8’には、第1チャンバ22a内の圧力Paが加わるので、キャリアスリーブ8,8’の組合せには全体としてPb−Paの差圧がポンプ側から大気側に掛る。このため、大気側シール機構を構成するスリップリング11と対向リング13のシール面に加わる圧力は、ポンプ機構19の停止時に比べて高くなってシール効果を増し、ポンプ取り扱い流体が大気側へリークすることが確実に防止される。
The carrier sleeve 8 is pushed from the pump side to the atmosphere side by the pressure Pb in the
流体バリア兼冷却媒体が第1媒体循環ライン30を流れるとき、流体バリア兼冷却媒体は第1媒体循環ライン30に設けられた熱交換器21により冷却される。冷却された流体バリア兼冷却媒体は第1媒体循環ライン30および入口16を通って第1チャンバ22aに戻る。このようにして、遠心ポンプの運転中は、流体バリア兼冷却媒体は、熱交換器21により冷却されながら、第1媒体循環ライン30を通って第1チャンバ22aと第2チャンバ22bとの間を循環する。冷却された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構19を冷却するので、ポンプ機構19およびその周辺の機器(例えば、Oリング34,35)が高温となることはない。
When the fluid barrier / cooling medium flows through the first
ところで、停電時には、遠心ポンプのポンプ羽根車3が止まるとともにポンプ機構19も停止する。そこで、停電検出器61が停電を検出すると、停電検出器61はシステムコントローラ62に停電検出信号を送る。システムコントローラ62は、第1媒体循環ライン30に取り付けられた遮断弁28を閉止し、開閉弁23を開けるとともに、媒体加圧ポンプ45を始動する。媒体加圧ポンプ45は、停電時に運転する必要があるので、遠心ポンプを運転する電源とは別の電源58に接続されている。電源58は電力を媒体加圧ポンプ45に供給し、媒体加圧ポンプ45を動作させる。電源58は、バッテリー、ディーゼルエンジン駆動発電機などから構成することができる。
By the way, at the time of a power failure, the pump impeller 3 of the centrifugal pump stops and the
媒体加圧ポンプ45は、媒体リザーバ44から供給される流体バリア兼冷却媒体を加圧する。加圧された流体バリア兼冷却媒体は、圧力調整弁47および逆止弁26を通過し、第2接続点20bで第1媒体循環ライン30に流入する。流体バリア兼冷却媒体は、さらに出口17を通って第2チャンバ22b内に流入する。媒体加圧ポンプ45は、ポンプ羽根車3の吐き出し圧力Phよりも高い圧力にまで流体バリア兼冷却媒体を加圧できるように構成されている。遮断弁28はすでに閉止されているので、流体バリア兼冷却媒体は絞り兼逆止弁18の方には流れない。
The
媒体加圧ポンプ45から送り込まれた第2チャンバ22b内の流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構19のねじ溝7とねじ溝15との間の隙間を通って第1チャンバ22aに至る。ここで、第2チャンバ22b内の圧力Pbと第1チャンバ22a内の圧力Paとの差は、媒体加圧ポンプ45の吐出流量と、停止しているポンプ機構19を通る流体に掛かる抵抗で決まる。圧力検出器51により測定される逆止弁26の出口側圧力が、圧力検出器53により測定される圧力Phよりも高くなるように、媒体加圧ポンプ45の吐き出し圧力が圧力調整弁47により調整される。媒体加圧ポンプ45の吐き出し圧力は圧力検出器48によって測定され、圧力調整弁47は圧力検出器48から送られる圧力測定値に基づいて動作する。
The fluid barrier / cooling medium in the
流体バリア兼冷却媒体は、さらに、第1チャンバ22aから入口16を通って第1媒体循環ライン30に入る。流体バリア兼冷却媒体は第1媒体循環ライン30を流れ、熱交換器21で冷やされ、第1接続点20aで第2媒体循環ライン31に入り、開閉弁23を経て媒体リザーバ44に戻る。媒体リザーバ44内の冷却された流体バリア兼冷却媒体は、媒体加圧ポンプ45によって再び第2チャンバ22bに送られる。
The fluid barrier and cooling medium further enters the first
第2チャンバ22b内の冷却された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構19を経由して第1チャンバ22aに流れ、再び熱交換器21で冷やされる。流体バリア兼冷却媒体は、シールハウジング14内に備えられたダブルメカニカルシール(スリップリング10,11および対向リング12,13)にも接触するので、ダブルメカニカルシールの全体の熱を奪うことが可能となる。また、流体バリア兼冷却媒体は、ダブルメカニカルシールおよびその周辺を速やかに冷却ができるので、熱膨張に起因する構成部材同士の干渉を防止し、さらにOリング34,35などの弾性シールの塑性変形を防止して、それらのシール機能を維持することができる。結果として、遠心ポンプの安全性が増す。
The cooled fluid barrier / cooling medium in the
媒体加圧ポンプ45は、熱交換器21で冷却された流体バリア兼冷却媒体を、ポンプ羽根車3の吐き出し圧力Phよりも高い圧力で第2チャンバ22bに送り込むことで、遠心ポンプの取り扱い流体が、第2チャンバ22bに侵入することを回避できる。更に、媒体加圧ポンプ45で加圧された流体バリア兼冷却媒体が第2チャンバ22bからポンプ機構19を通って第1チャンバ22aに流れるので、第1チャンバ22aの圧力が第2チャンバ22bの圧力よりも低い状態になる。結果として、キャリアスリーブ8,8’の組合せには全体としてPb−Paの差圧がポンプ側から大気側に掛ることになるので、大気側のスリップリング11と対向リング13のシール面は運転停止時であっても運転時と同じようなシール効果を維持した状態が継続する。第2チャンバ22b内の圧力Pbと第1チャンバ22a内の圧力Paとの差は、媒体加圧ポンプ45の吐出流量と、停止しているポンプ機構19を通る流体に掛かる抵抗で決まるので、差圧Pb−Paが適正となるように媒体加圧ポンプ45の流量が選定される。
The
以上のように、本発明によりポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合で、遠心ポンプとポンプ機構19の通常運転時及び停止時両方においても、ダブルメカニカルシールおよびポンプ機構19を適切に冷却し、大気側に漏れ虞の無いシールシステムを提供することができる。本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されるものを含むことは言うまでもない。
As described above, according to the present invention, when the pump handling fluid contains a toxic or flammable fluid, the double mechanical seal and the
1 回転軸
2 隔壁
3 ポンプ羽根車
4 軸スリーブ
5 リング
6 中空円筒体
7 ねじ溝
8,8’ キャリアスリーブ
9 ばね
10,11 スリップリング
12,13 対向リング
14 シールハウジング
14a ポンプ側カバー
14b 大気側カバー
15 ねじ溝
16 入口
17 出口
18 絞り兼逆止弁
19 ポンプ機構
20a 第1接続点
20b 第2接続点
21 熱交換器
22a 第1チャンバ
22b 第2チャンバ
23 開閉弁
24 Oリング
26 逆止弁
27 開閉弁
28 遮断弁
30 第1媒体循環ライン
31 第2媒体循環ライン
32 ねじ
33 凹部
34,35 Oリング
36 軸方向突起
38 中空円筒部
40 アキュムレータ
44 媒体リザーバ
45 媒体加圧ポンプ
47 圧力調整弁
48 圧力検出器
51 圧力検出器
53 圧力検出器
58 電源
61 停電検出器
62 システムコントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ポンプ側シール機構および大気側シール機構を有するダブルメカニカルシールと、
前記ポンプ側シール機構と前記大気側シール機構との間に配置され、前記回転軸により駆動されるポンプ機構と、
少なくとも前記大気側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第1チャンバと、
少なくとも前記ポンプ側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第2チャンバと、
前記第1チャンバと前記第2チャンバとに接続され、前記遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を前記第1チャンバと前記第2チャンバとの間で循環させる第1媒体循環ラインと、
前記第1媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器および遮断弁と、
両端が前記第1媒体循環ラインに接続され、前記遮断弁をバイパスする前記第2媒体循環ラインと、
前記第2媒体循環ラインに取り付けられた媒体加圧ポンプおよび開閉弁とを備えたことを特徴とするシールシステム。 A sealing system for sealing a rotary shaft of a centrifugal pump,
A double mechanical seal having a pump-side seal mechanism and an atmosphere-side seal mechanism;
A pump mechanism disposed between the pump-side seal mechanism and the atmosphere-side seal mechanism and driven by the rotating shaft;
A first chamber defined by at least the atmosphere-side sealing mechanism and the pump mechanism;
A second chamber defined by at least the pump-side seal mechanism and the pump mechanism;
A first medium circulation line that is connected to the first chamber and the second chamber and circulates between the first chamber and the second chamber with a fluid barrier / cooling medium that is different from a handling fluid of the centrifugal pump; ,
A heat exchanger and a shut-off valve attached to the first medium circulation line;
The second medium circulation line having both ends connected to the first medium circulation line and bypassing the shutoff valve;
A seal system comprising a medium pressurizing pump and an on-off valve attached to the second medium circulation line.
前記第1媒体循環ラインと前記第2媒体循環ラインは前記シールハウジングの外に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のシールシステム。 A seal housing that houses the double mechanical seal;
The seal system according to claim 1, wherein the first medium circulation line and the second medium circulation line are disposed outside the seal housing.
前記停電検出器から出力される停電検出信号を受けて前記遮断弁を閉じ、前記開閉弁を開き、前記媒体加圧ポンプを始動させるシステムコントローラをさらに備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のシールシステム。 A power failure detector for detecting a power failure of the centrifugal pump;
The system controller according to claim 1, further comprising a system controller that receives a power failure detection signal output from the power failure detector, closes the shut-off valve, opens the on-off valve, and starts the medium pressurizing pump. The sealing system described in.
前記第2媒体循環ラインの他端が前記第1媒体循環ラインに接続される第2接続点は、前記遮断弁と前記第2チャンバとの間に位置していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシールシステム。 A first connection point at which one end of the second medium circulation line is connected to the first medium circulation line is located between the shut-off valve and the heat exchanger;
The second connection point where the other end of the second medium circulation line is connected to the first medium circulation line is located between the shut-off valve and the second chamber. The sealing system as described in any one of thru | or 3.
前記媒体加圧ポンプは、原動機として電動モータを備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシールシステム。 A power source for supplying power to the medium pressurizing pump;
The seal system according to claim 1, wherein the medium pressurizing pump includes an electric motor as a prime mover.
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