JP2019039417A

JP2019039417A - シールシステム

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Publication number: JP2019039417A
Application number: JP2017164280A
Authority: JP
Inventors: 成吉川; Shigeru Yoshikawa; 淳一早川; Junichi Hayakawa
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: JP6900277B2

Abstract

【課題】遠心ポンプおよびポンプ機構が逆回転することがあっても、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。【解決手段】シールシステムは、ポンプ側シール機構１０，１２および大気側シール機構１１，１３を有するダブルメカニカルシールと、回転軸１により駆動されるポンプ機構１９と、第１チャンバ２２ａと第２チャンバ２２ｂとに接続され、遠心ポンプの取り扱い流体とは異なるバリア流体を第１チャンバ２２ａと第２チャンバ２２ｂとの間で循環させる媒体循環ライン３０と、媒体循環ライン３０に取り付けられた熱交換器２１と、媒体循環ライン３０に接続されたバイパスライン４３と、バイパスライン４３に取り付けられた逆止弁４６と、加圧された流体バリア兼冷却媒体を第２チャンバ２２ｂ内に供給するためのアキュムレータ５６を備える。【選択図】図１

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。

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（ＣＯ_２）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（Ｈ_２Ｓ）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。

図４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。

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。

図４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。

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。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。

図４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。

英国特許第１４４１６５３号明細書国際公開第ＷＯ２００８／０９０９９４号パンフレット

しかし、遠心ポンプのポンプ羽根車が、逆方向に回転した場合には、ポンプ機構１１９も逆方向に回転する。この場合、第１チャンバ１２２ａ内の圧力Ｐａは第２チャンバ１２２ｂ内の圧力Ｐｂよりも高くなり、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のシール面の圧力が低くなってシール効果が減じ、流体バリア兼冷却媒体がリークしやすくなる危険がある。

以上のように、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４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。

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、遠心ポンプおよびポンプ機構が逆回転することがあっても、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。

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媒体循環ラインと、前記媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器と、前記媒体循環ラインに接続されたバイパスラインと、前記バイパスラインに取り付けられた逆止弁と、前記媒体循環ラインに接続された分岐ラインと、前記分岐ラインに接続され、加圧された流体バリア兼冷却媒体を前記第２チャンバ内に供給するためのアキュムレータと、前記分岐ラインに取り付けられた隔離弁とを備え、前記逆止弁は、流体バリア兼冷却媒体が前記第１チャンバから前記第２チャンバに向かう方向にのみ流れることを許容することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記バイパスラインの一端が前記媒体循環ラインに接続される第１接続点は、前記第１チャンバと前記熱交換器との間にあり、前記バイパスラインの他端が前記媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記熱交換器と前記第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、前記バイパスラインの一端が前記媒体循環ラインに接続される第１接続点、および前記バイパスラインの他端が前記媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記熱交換器と前記第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媒体循環ラインと、前記媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器と、前記媒体循環ラインに接続されたバイパスラインと、前記バイパスラインに取り付けられた開閉弁と、前記第１チャンバ内の圧力が前記第２チャンバ内の圧力よりも高いときに前記開閉弁を開くシステムコントローラと、前記媒体循環ラインに接続された分岐ラインと、前記分岐ラインに接続され、加圧された流体バリア兼冷却媒体を前記第２チャンバ内に供給するためのアキュムレータと、前記分岐ラインに取り付けられた隔離弁とを備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記バイパスラインの一端が前記媒体循環ラインに接続される第１接続点、および前記バイパスラインの他端が前記媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記熱交換器と前記第２チャンバとの間に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、ポンプ機構が逆回転して第１チャンバ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力が第２チャンバ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力よりも高くなると、流体バリア兼冷却媒体は第１チャンバからバイパスラインを通って第２チャンバに流れ、第２チャンバ内の圧力が保たれる。結果として、流体バリア兼冷却媒体が大気側にリークすることを防止することができる。

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。シールシステムの他の実施形態を示す図である。シールシステムのさらに他の実施形態を示す図である。ダブルメカニカルシールを備えた従来のシールシステムを示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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、媒体循環ライン３０を介して入口１６に連通している。

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、媒体循環ライン３０に両端が接続されたバイパスライン４３と、バイパスライン４３に取り付けられた逆止弁４６と、絞り弁と逆止弁が組み合わされた絞り兼逆止弁１８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。媒体循環ライン３０はシールハウジング１４の外に配置されている。媒体循環ライン３０およびバイパスライン４３は、流体バリア兼冷却媒体で満たされている。

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。アキュムレータ４０内に蓄えられている流体バリア兼冷却媒体の圧力は、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、それより高い圧力である。

媒体循環ライン３０の一端は入口１６に接続され、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および熱交換器２１は、媒体循環ライン３０に取付けられている。アキュムレータ４０は、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。

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。

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る。

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。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媒体循環ライン３０を通って第１チャンバ２２ａに戻る。

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。

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。

流体バリア兼冷却媒体が媒体循環ライン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、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。

ところで、遠心ポンプの設置直後の初期運転で、遠心ポンプのポンプ羽根車３が逆回転する場合がある。また、初期運転以外でも、２台の遠心ポンプが並列に配置され、１台が運転中で、もう一台が予備機として停止中の場合、予備機である遠心ポンプの吐出口に配置された吐出逆止弁（図示せず）が故障すると、運転中の遠心ポンプから吐き出された流体が停止中の遠心ポンプの内部を逆流し、停止中の遠心ポンプのポンプ羽根車が逆回転することがある。

このようにポンプ羽根車３が逆回転すると、ポンプ羽根車３の回転に連動するポンプ機構１９も逆回転する。ポンプ羽根車３が逆回転した場合、取り扱い流体には遠心力がある程度発生するので取り扱い流体は加圧され、スリップリング１０及び対向リング１２の摺動面にその圧力がかかる。一方、ポンプ機構１９が逆回転すると、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体を加圧して第１チャンバ２２ａに送り出す。絞り兼逆止弁１８は流体バリア兼冷却媒体を第２チャンバ２２ｂ内には流入させないので、第２チャンバ２２ｂ内の圧力は低下し、やがて、スリップリング１０及び対向リング１２のシール面を通って遠心ポンプの取り扱い流体が第２チャンバ２２ｂ内に侵入してしまう虞がある。

また、第１チャンバ内の圧力Ｐａは第２チャンバ内の圧力Ｐｂよりも高くなり、キャリアスリーブ８，８’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とになる。このため、大気側のスリップリング１１と対向リング１３のシール面の圧力が低くなってシール効果が減じ、流体バリア兼冷却媒体がリークしやすくなる危険がある。

そこで、本実施形態のシールシステムは、媒体循環ライン３０に接続されたバイパスライン４３を備えている。バイパスライン４３の一端が媒体循環ライン３０に接続される第１接続点４３ａは、入口１６および第１チャンバ２２ａの近くであり、バイパスライン４３の他端が媒体循環ライン３０に接続される第２接続点４３ｂは、出口１７および第２チャンバ２２ｂの近くである。より具体的には、第１接続点４３ａは、第１チャンバ２２ａと熱交換器２１との間にあり、第２接続点４３ｂは、熱交換器２１と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。本実施形態では、第１接続点４３ａは、第１チャンバ２２ａと分岐ライン４１との間にあり、第２接続点４３ｂは、絞り兼逆止弁１８と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。バイパスライン４３に取り付けられた逆止弁４６は、流体バリア兼冷却媒体が第１接続点４３ａから第２接続点４３ｂに向かう方向（すなわち、第１チャンバ２２ａから第２チャンバ２２ｂに向かう方向）にのみ流れることを許容し、逆方向への流れを許容しない。

さらに、分岐ライン５５の一端が媒体循環ライン３０に接続され、分岐ライン５５の他端はアキュムレータ５６に接続されている。分岐ライン５５には隔離弁５７が取り付けられている。隔離弁５７は、電磁弁、電動弁、空気圧駆動弁、油圧駆動弁などから構成されており、隔離弁５７の開閉動作はシステムコントローラ６２によって制御される。分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと熱交換器２１との間に位置している。より具体的には、分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと絞り兼逆止弁１８との間に位置している。

アキュムレータ５６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５６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５６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。アキュムレータ５６内に蓄えられている流体バリア兼冷却媒体の圧力は、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、それより高い圧力である。

このような構成によれば、ポンプ機構１９が逆回転しても、流体バリア兼冷却媒体は直ちに第１チャンバ２２ａに近い第１接続点４３ａからバイパスライン４３を通って第２チャンバ２２ｂに流れ、第２チャンバ２２ｂ内の圧力が保たれる。結果として、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ側のスリップリング１０及び対向リング１２のシール面から遠心ポンプの取り扱い流体が侵入することを防止することができる。さらに、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、大気側のスリップリング１１及び対向リング１３のシール面の圧力の低下を防止し、流体バリア兼冷却媒体が大気側にリークすることを防止することができる。

圧力検出器５１によって測定された第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂと、圧力検出器５３によって測定されたポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈとの差がしきい値未満であることをシステムコントローラ６２が検出すると、システムコントローラ６２は隔離弁５７を開き、アキュムレータ５６内の加圧された流体バリア兼冷却媒体を媒体循環ライン３０内に注入する。流体バリア兼冷却媒体は、媒体循環ライン３０を通って第２チャンバ２２ｂに供給され、これにより第２チャンバ２２ｂ内の圧力が保たれる。結果として、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ側のスリップリング１０及び対向リング１２のシール面から遠心ポンプの取り扱い流体が侵入することを防止することができる。さらに、第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、大気側のスリップリング１１及び対向リング１３のシール面の圧力の低下を防止し、流体バリア兼冷却媒体が大気側にリークすることを防止することができる。

このように、本実施形態によれば、ポンプ羽根車３およびポンプ機構１９が逆回転することがあっても、リークの危険のない状態を維持し、ポンプの取扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合であっても、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ができる。

図２は、シールシステムの他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は図１に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。ポンプ羽根車３およびポンプ機構１９が長時間に亘って逆回転すると、ポンプ機構１９およびその周辺機器の温度が上昇することがある。そこで、図２に示す実施形態は、ポンプ機構１９およびその周辺機器を冷却する機能を備える。

バイパスライン４３の一端が媒体循環ライン３０に接続される第１接続点４３ａと、バイパスライン４３の他端が媒体循環ライン３０に接続される第２接続点４３ｂの両方は、熱交換器２１と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。より具体的には、第１接続点４３ａは、熱交換器２１と絞り兼逆止弁１８との間に位置し、第２接続点４３ｂは、絞り兼逆止弁１８と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。

ポンプ機構１９の逆回転により第１チャンバ２２ａに送り出された流体バリア兼冷却媒体は、媒体循環ライン３０を流れて熱交換器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接続点４３ａでバイパスライン４３に流入し、バイパスライン４３を流れて第２チャンバ２２ｂ内に流入する。

バイパスライン４３に取り付けられた逆止弁４６は、流体バリア兼冷却媒体が第１接続点４３ａから第２接続点４３ｂに向かう方向（すなわち、第１チャンバ２２ａから第２チャンバ２２ｂに向かう方向）にのみ流れることを許容し、逆方向への流れを許容しない。

アキュムレータ５６から延びる分岐ライン５５は、媒体循環ライン３０に接続されている。分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと熱交換器２１との間に位置している。より具体的には、分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと絞り兼逆止弁１８との間に位置している。一実施形態では、アキュムレータ５６から延びる分岐ライン５５は、第２チャンバ２２ｂと逆止弁４６との間の位置でバイパスライン４３に接続されてもよい。

本実施形態によれば、ポンプ羽根車３およびポンプ機構１９が長時間逆回転することがあっても、リークの危険のない状態を維持し、ポンプの取扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合であっても、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ができる。

図３は、シールシステムのさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は図２に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図３に示すように、本実施形態では、逆止弁４６に代えて、通常運転時は閉じており、逆回転時には開けられる開閉弁５０がバイパスライン４３に取り付けられている開閉弁５０での圧力損失が少ない方が、第１チャンバ２２ａと第２チャンバ２２ｂの圧力差を小さくできるので、開閉弁５０の弁体にはボール弁やバタフライ弁が好ましい。開閉弁５０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。

シールシステムは、開閉弁５０の動作を制御するシステムコントローラ６２を備えている。さらに、シールシステムは、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂを測定する圧力検出器５１と、第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａを測定する圧力検出器５２を備えている。圧力検出器５１，５２は、システムコントローラ６２に接続されており、圧力検出器５１，５２から送られる圧力の測定値に基づいて開閉弁５０を操作する。より具体的には、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力Ｐａが第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力Ｐｂよりも高いとき、システムコントローラ６２は、開閉弁５０を開く。開閉弁５０が開くと、流体バリア兼冷却媒体は、第１チャンバ２２ａから熱交換器２１を経由してバイパスライン４３に流入し、さらにバイパスライン４３を流れて第２チャンバ２２ｂに流入する。

アキュムレータ５６から延びる分岐ライン５５は、媒体循環ライン３０に接続されている。分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと熱交換器２１との間に位置している。より具体的には、分岐ライン５５と媒体循環ライン３０との接続点は、第２チャンバ２２ｂと絞り兼逆止弁１８との間に位置している。一実施形態では、アキュムレータ５６から延びる分岐ライン５５は、第２チャンバ２２ｂと開閉弁５０との間の位置でバイパスライン４３に接続されてもよい。

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。

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
２１熱交換器
２２ａ第１チャンバ
２２ｂ第２チャンバ
２４Ｏリング
２７開閉弁
３０媒体循環ライン
３２ねじ
３３凹部
３４，３５Ｏリング
３６軸方向突起
３８中空円筒部
４０アキュムレータ
４１分岐ライン
４３バイパスライン
４６逆止弁
５０開閉弁
５１，５２，５３圧力検出器
６２システムコントローラ

Claims

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媒体循環ラインと、
前記媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器と、
前記媒体循環ラインに接続されたバイパスラインと、
前記バイパスラインに取り付けられた逆止弁と、
前記媒体循環ラインに接続された分岐ラインと、
前記分岐ラインに接続され、加圧された流体バリア兼冷却媒体を前記第２チャンバ内に供給するためのアキュムレータと、
前記分岐ラインに取り付けられた隔離弁とを備え、
前記逆止弁は、流体バリア兼冷却媒体が前記第１チャンバから前記第２チャンバに向かう方向にのみ流れることを許容することを特徴とするシールシステム。
前記バイパスラインの一端が前記媒体循環ラインに接続される第１接続点は、前記第１チャンバと前記熱交換器との間にあり、
前記バイパスラインの他端が前記媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記熱交換器と前記第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に記載のシールシステム。
前記バイパスラインの一端が前記媒体循環ラインに接続される第１接続点、および前記バイパスラインの他端が前記媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記熱交換器と前記第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に記載のシールシステム。
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媒体循環ラインと、
前記媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器と、
前記媒体循環ラインに接続されたバイパスラインと、
前記バイパスラインに取り付けられた開閉弁と、
前記第１チャンバ内の圧力が前記第２チャンバ内の圧力よりも高いときに前記開閉弁を開くシステムコントローラと、
前記媒体循環ラインに接続された分岐ラインと、
前記分岐ラインに接続され、加圧された流体バリア兼冷却媒体を前記第２チャンバ内に供給するためのアキュムレータと、
前記分岐ラインに取り付けられた隔離弁とを備えたことを特徴とするシールシステム。
前記バイパスラインの一端が前記媒体循環ラインに接続される第１接続点、および前記バイパスラインの他端が前記媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記熱交換器と前記第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４に記載のシールシステム。