JP2019039471A - Shaft seal device - Google Patents

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Abstract

To present an excellent mechanical seal function even in a case where a liquid in a sealed fluid region contains foreign substances such as solid particulates.SOLUTION: A shaft seal device M2 is configured to seal a sealed fluid region D that is a liquid region, with a mechanical seal 31 comprising a case-side seal ring 37 which is provided in a seal case 33, and a shaft-side seal ring 35 which is provided in a rotary shaft 34. In the shaft seal device, the mechanical seal 31 is configured into a non-contact mechanical seal in which both the seal rings are relatively rotated in a non-contact state. Heating means 42 which evaporates a liquid in the sealed fluid region D is provided in a sealed fluid end region D1 facing seal end faces 35a and 37a of both the seal rings 35 and 37 in the sealed fluid region D.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、液体を扱うポンプ、攪拌機、ブロワやタービン等の回転機器に使用される軸封装置に関するものである。   The present invention relates to a shaft seal device used for rotating equipment such as a pump, a stirrer, a blower and a turbine for handling a liquid.

従来のこの種の軸封装置として、例えば、特許文献1に開示されるように、二つの端面接触形メカニカルシールを軸方向に縦列配置して、液体領域である機内領域と大気領域である機外領域とを両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タンデムダブルシール(以下「従来軸封装置」という)が周知である。   As a conventional shaft seal device of this type, for example, as disclosed in Patent Document 1, two end-face contact type mechanical seals are arranged in tandem in the axial direction, and an in-machine region that is a liquid region and a device that is an air region. A tandem double seal (hereinafter referred to as “conventional shaft seal device”) configured to seal an outer region via an intermediate region formed between both mechanical seals is well known.

従来軸封装置にあって、各メカニカルシールは、回転軸に固定された軸側密封環とシールケースにOリングを介して軸方向移動可能に保持され且つ軸側密封環へと押圧附勢されたケース側密封環とが接触状態で相対回転することによりシール機能を発揮するように構成されており、中間領域に中間液を供給することにより、各メカニカルシールにおける両密封環の接触部分を液体により潤滑すると共に、機内領域側メカニカルシールから機内領域の液体が大気領域に漏れるのを阻止するように工夫している。   In the conventional shaft seal device, each mechanical seal is held in a shaft-side sealing ring fixed to the rotating shaft and a seal case so as to be movable in the axial direction via an O-ring, and pressed to the shaft-side sealing ring. The case-side seal ring is configured to exert a sealing function by rotating relative to the case-side seal ring. By supplying the intermediate liquid to the intermediate region, the contact portion of both seal rings in each mechanical seal is liquid. And is designed to prevent liquid in the in-machine region from leaking from the in-machine region side mechanical seal to the atmosphere region.

特開平08−082373号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-082373

しかし、従来軸封装置では、機内領域の液体に固形微粒子等の異物が混入していると、機内側メカニカルシールにおいて、両密封環の接触部分やケース側密封環とOリングとの接触部分に固形微粒子等の異物が侵入して、メカニカルシール機能が低下、喪失する虞れがある。   However, in the conventional shaft seal device, if foreign matter such as solid particulates is mixed in the liquid in the in-machine region, in the in-machine mechanical seal, the contact part between both seal rings or the contact part between the case side seal ring and the O-ring There is a possibility that foreign matters such as solid fine particles may invade and the mechanical seal function may be deteriorated or lost.

本発明は、このような問題を生じることなく、液体をこれが固形微粒子等の異物を含むものである場合にも良好にシールすることができる軸封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 shaft seal device that can satisfactorily seal a liquid even when the liquid contains foreign matters such as solid fine particles without causing such problems.

本発明は、上記の目的を達成すべく、液体領域である被密封流体領域を、シールケースに設けたケース側密封環と回転軸に設けた軸側密封環とを具備するメカニカルシールで密封するように構成された軸封装置であって、被密封流体領域における当該メカニカルシールの両密封環の対向端面である両密封端面に臨む被密封流体端部領域に、被密封流体領域の液体を気化させる加熱手段を設けたことを特徴とする軸封装置を提案するものである。   In order to achieve the above object, the present invention seals a sealed fluid region, which is a liquid region, with a mechanical seal including a case-side sealing ring provided on a seal case and a shaft-side sealing ring provided on a rotary shaft. A shaft seal device configured as described above, in which the liquid in the sealed fluid region is vaporized in the sealed fluid end region facing both sealed end surfaces that are opposite end surfaces of both sealed rings of the mechanical seal in the sealed fluid region The present invention proposes a shaft seal device provided with a heating means.

かかる軸封装置の好ましい実施の形態にあっては、前記メカニカルシールとして、両密封端面の一方に動圧発生溝を形成して、当該両密封端面を、その間に動圧を発生させることにより非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールを使用し、或いは当該メカニカルシールとして、両密封端面の一方に静圧発生溝を形成して、当該両密封端面を、当該静圧発生溝に被密封流体領域より高圧のシールガスを供給することにより当該両密封端面間に静圧を発生させることによって、非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールを使用する。   In a preferred embodiment of such a shaft seal device, as the mechanical seal, a dynamic pressure generating groove is formed in one of both sealed end faces, and the both sealed end faces are generated by generating dynamic pressure therebetween. Use a non-contact type mechanical seal configured to hold the contact state, or form a static pressure generating groove on one of both sealed end surfaces as the mechanical seal, and generate the static pressure on both sealed end surfaces. A non-contact type mechanical seal configured to maintain a non-contact state is used by generating a static pressure between both sealed end surfaces by supplying a high-pressure seal gas from the sealed fluid region to the groove.

また、本発明の軸封装置は、前記メカニカルシールよりも大気領域側に第2のメカニカルシールを設けて、前記メカニカルシールと当該第2のメカニカルシールとで閉塞された中間領域にバッファガスを供給し、当該両メカニカルシールにより被密封流体領域と大気領域とを中間領域を介してシールするように構成しておくことができる。この場合、両メカニカルシールは、夫々、シールケースに設けたケース側密封環と回転軸に設けた軸側密封環とを具備して、両密封環の対向端面である両密封端面の一方に形成した動圧発生溝により両密封端面間に動圧を発生させることによって、当該両密封端面間を非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールであることが好ましい。   Further, the shaft seal device of the present invention provides a second mechanical seal closer to the atmosphere region than the mechanical seal, and supplies a buffer gas to an intermediate region closed by the mechanical seal and the second mechanical seal. And it can comprise so that a to-be-sealed fluid area | region and an air | atmosphere area | region may be sealed via an intermediate area | region with the said both mechanical seals. In this case, the two mechanical seals each include a case-side sealing ring provided on the seal case and a shaft-side sealing ring provided on the rotating shaft, and are formed on one of the two sealing end faces that are opposite end faces of the two sealing rings. It is preferable that the non-contact type mechanical seal is configured to generate a dynamic pressure between the both sealed end surfaces by the generated dynamic pressure generating groove so as to keep the sealed end surfaces in a non-contact state.

また、本発明の軸封装置にあっては、前記加熱手段を、シールケースの内周部に中空の加熱ジャケットを設けて、この加熱ジャケット内に加熱流体を供給するように構成しておくことが好ましい。また、前記加熱手段の近傍であって当該加熱手段を挟んで前記メカニカルシールと反対側の被密封流体端部領域に、当該加熱手段による被密封流体領域の液体の気化を防止する冷却手段を設けておくことが好ましい。この場合、冷却手段は、シールケースの内周部に前記加熱ジャケットに近接する冷却ジャケットを設けて、この冷却ジャケット内に冷却流体を供給するように構成しておくことが好ましい。さらに、前記加熱ジャケットと冷却ジャケットとの間には断熱材を装填しておくことが好ましい。   Further, in the shaft seal device of the present invention, the heating means is configured to provide a hollow heating jacket on the inner peripheral portion of the seal case and supply a heating fluid into the heating jacket. Is preferred. In addition, a cooling means for preventing the liquid in the sealed fluid area from being vaporized by the heating means is provided in the sealed fluid end area near the heating means and opposite to the mechanical seal across the heating means. It is preferable to keep it. In this case, it is preferable that the cooling means is configured to provide a cooling jacket adjacent to the heating jacket on the inner peripheral portion of the seal case and supply the cooling fluid into the cooling jacket. Furthermore, it is preferable to load a heat insulating material between the heating jacket and the cooling jacket.

本発明の軸封装置にあっては、被密封流体領域をシールするメカニカルシールに、当該被密封流体領域の液体が直接に接触せず、当該液体を加熱手段により気化させた気化ガスが接触するように構成されていることから、当該液体が固形微粒子等の異物が含む場合にも、当該異物がメカニカルシールの構成部材間に侵入して当該メカニカルシールのシール機能を低下、喪失させるようなことがなく、良好且つ安定したメカニカルシール機能が発揮される。また、当該液体の気化ガスやバッファガス等のガスを密封するメカニカルシールとして、密封端面が接触しない非接触形メカニカルシールを使用することができるから、端面接触形メカニカルシールを使用する従来軸封装置に比して、回転軸に作用するトルクが小さく、回転軸の動力費を大幅に削減することができる。   In the shaft seal device of the present invention, the liquid in the sealed fluid region is not in direct contact with the mechanical seal that seals the sealed fluid region, but the vaporized gas obtained by vaporizing the liquid by the heating means is in contact with the mechanical seal. Therefore, even when the liquid contains foreign matter such as solid fine particles, the foreign matter may enter between the structural members of the mechanical seal to deteriorate or lose the sealing function of the mechanical seal. And a good and stable mechanical seal function is exhibited. In addition, since a non-contact type mechanical seal that does not come into contact with the sealed end face can be used as a mechanical seal that seals gas such as vaporized gas or buffer gas of the liquid, a conventional shaft seal device that uses an end face contact type mechanical seal Compared to the above, the torque acting on the rotating shaft is small, and the power cost of the rotating shaft can be greatly reduced.

図1は本発明に係る軸封装置の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a shaft seal device according to the present invention. 図2は本発明に係る軸封装置の変形例を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a modification of the shaft seal device according to the present invention. 図3は本発明に係る軸封装置の他の変形例を示す要部の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing another modification of the shaft seal device according to the present invention.

図1は本発明に係る軸封装置の一例を示す断面図であり、図1に示す軸封装置(以下「第1軸封装置」という)M1は、低沸点液(液体アンモニア、LPG等の液化ガス等)を扱うポンプ等の回転機器に装備されるもので、軸方向に縦列するメカニカルシール(以下「第1メカニカルシール」という)1と第2のガスシール(以下「第2メカニカルシール」という)2とで構成されており、低沸点液領域である被密封流体領域(機内領域)Aと大気領域(機外領域)Bとを両メカニカルシール1,2間に形成された中間領域Cを介してシールする(隔離する)ものである。被密封流体領域Aは第1メカニカルシール1によって密封され、中間領域Cは両メカニカルシール1,2によって密封される。   FIG. 1 is a sectional view showing an example of a shaft seal device according to the present invention. A shaft seal device (hereinafter referred to as a “first shaft seal device”) M1 shown in FIG. 1 is a low-boiling liquid (liquid ammonia, LPG, etc.). A mechanical seal (hereinafter referred to as “first mechanical seal”) 1 and a second gas seal (hereinafter referred to as “second mechanical seal”) that are arranged in the axial direction and are installed in a rotary device such as a pump that handles liquefied gas. 2), and an intermediate region C formed between the mechanical seals 1 and 2 is a sealed fluid region (in-machine region) A and an atmospheric region (external region) B, which are low-boiling liquid regions. It is sealed (isolated) via The sealed fluid region A is sealed by the first mechanical seal 1, and the intermediate region C is sealed by both mechanical seals 1 and 2.

低沸点液領域A側の第1メカニカルシール(一次シール)1は、図1に示す如く、当該回転機器のハウジング3に取り付けられた円筒状のシールケース4と、シールケース4を同心状に貫通する当該回転機器の回転軸5に固定された軸側密封環6と、シールケース4に軸方向に移動可能に保持されたケース側密封環7と、ケース側密封環7を軸側密封環6方向に附勢するスプリング部材8とを具備する、両密封環6,7の対向端面である両密封端面6a,7a間に液体潤滑膜を形成しないメカニカルシールである。また、大気領域B側の第2メカニカルシール(二次シール)2は、前記シールケース4と、前記回転軸5に固定された軸側密封環9と、シールケース4に軸方向に移動可能に保持されたケース側密封環10と、ケース側密封環10を軸側密封環9方向に附勢するスプリング部材11とを具備する、両密封環9,10の対向端面である両密封端面9a,10a間に液体潤滑膜を形成しないメカニカルシールである。   A first mechanical seal (primary seal) 1 on the low boiling point liquid region A side, as shown in FIG. 1, penetrates the seal case 4 concentrically with a cylindrical seal case 4 attached to the housing 3 of the rotating device. A shaft-side sealing ring 6 fixed to the rotating shaft 5 of the rotating device, a case-side sealing ring 7 held in the seal case 4 so as to be movable in the axial direction, and the case-side sealing ring 7 as the shaft-side sealing ring 6. It is a mechanical seal that includes a spring member 8 that is biased in the direction and that does not form a liquid lubricant film between the sealed end faces 6a and 7a, which are opposed end faces of the sealed rings 6 and 7. The second mechanical seal (secondary seal) 2 on the atmosphere region B side is movable in the axial direction with respect to the seal case 4, the shaft-side sealing ring 9 fixed to the rotating shaft 5, and the seal case 4. Both sealed end faces 9a, which are opposed end faces of the both seal rings 9, 10, comprising a case-side seal ring 10 held and a spring member 11 that urges the case-side seal ring 10 toward the shaft-side seal ring 9; 10a is a mechanical seal that does not form a liquid lubricating film between 10a.

両メカニカルシール1,2で閉塞された中間領域Cは、被密封流体領域A及び大気領域Bより高圧のバッファガスG1が供給されたガス領域である。なお、バッファガスG1としては、被密封流体領域Aの低沸点液(液化アンモニア等)に対して不活性であり且つ大気領域Bに漏洩しても支障のない無害なガス、例えば窒素ガスが使用される。   An intermediate region C closed by both mechanical seals 1 and 2 is a gas region to which a buffer gas G1 having a pressure higher than that of the sealed fluid region A and the atmospheric region B is supplied. As the buffer gas G1, a harmless gas, such as nitrogen gas, that is inert to the low-boiling liquid (liquefied ammonia, etc.) in the sealed fluid region A and that does not interfere with leakage to the atmosphere region B is used. Is done.

両メカニカルシール1,2で構成される第1軸封装置M1は、両ケース側密封環7,10が両軸側密封環6,9の軸方向両側に位置するダブルシール構造をなしており、各メカニカルシール1,2は動圧型の非接触形メカニカルシールに構成されている。   The first shaft seal device M1 composed of both mechanical seals 1 and 2 has a double seal structure in which both case-side seal rings 7 and 10 are positioned on both axial sides of both shaft-side seal rings 6 and 9, Each of the mechanical seals 1 and 2 is configured as a dynamic pressure type non-contact type mechanical seal.

すなわち、両軸側密封環6,9は、密封端面6a,9aを逆方向に向けた状態で回転軸5に取り付けた固定環12に固定されている。各軸側密封環6,9の密封端面6a,9aには、中間領域Cに開口するスパイラル形状又はヘリカル形状等の動圧発生溝6b,9bが形成されている。各ケース側密封環7,10にOリング13,14及びドライブピン15,16を介して保持環17,18を連結し、この保持環17,18をシールケース4にOリング19,20を介して軸方向に移動可能に保持すると共に、シールケース4と保持環17,18との間に前記スプリング部材8,11を装填することにより、当該ケース側密封環7,10を、各々、軸側密封環6,9へと附勢された状態でシールケース4に軸方向に移動可能に保持させている。したがって、各メカニカルシール1,2によれば、各々、両密封端面6a,7a又は9a,10a間に動圧発生溝6b,9bの作用により中間領域CのバッファガスG1による動圧が発生し、この動圧により両密封端面6a,7a又は9a,10aが微小なクリアランスを有する非接触状態で相対回転して、中間領域Cと被密封流体領域A又は大気領域Bとの間がシールされる(隔離される)。   That is, the shaft-side seal rings 6 and 9 are fixed to the fixed ring 12 attached to the rotary shaft 5 with the sealed end faces 6a and 9a facing in the opposite direction. On the sealing end faces 6a and 9a of the shaft-side sealing rings 6 and 9, dynamic pressure generating grooves 6b and 9b having a spiral shape or a helical shape that open to the intermediate region C are formed. Retaining rings 17, 18 are connected to the case-side sealing rings 7, 10 via O-rings 13, 14 and drive pins 15, 16. The holding rings 17, 18 are connected to the seal case 4 via O-rings 19, 20. And holding the spring members 8 and 11 between the seal case 4 and the holding rings 17 and 18 so that the case-side sealing rings 7 and 10 are respectively connected to the shaft side. The seal case 4 is held so as to be movable in the axial direction while being urged toward the seal rings 6 and 9. Therefore, according to the mechanical seals 1 and 2, the dynamic pressure generated by the buffer gas G1 in the intermediate region C is generated by the action of the dynamic pressure generating grooves 6b and 9b between the sealed end faces 6a and 7a or 9a and 10a, This dynamic pressure causes the sealed end faces 6a, 7a or 9a, 10a to rotate relative to each other in a non-contact state having a minute clearance, thereby sealing between the intermediate region C and the sealed fluid region A or the atmospheric region B ( Isolated).

而して、第1軸封装置M1にあっては、図1に示す如く、被密封流体領域Aにおける第1メカニカルシール1の密封端面6a,7aに臨む被密封流体端部領域A1に、被密封流体領域Aの液体(液体アンモニア等の低沸点液)を気化させる加熱手段21を設けてある。   Thus, in the first shaft seal device M1, as shown in FIG. 1, the sealed fluid end region A1 facing the sealed end surfaces 6a and 7a of the first mechanical seal 1 in the sealed fluid region A is covered. Heating means 21 is provided for vaporizing the liquid (low-boiling liquid such as liquid ammonia) in the sealed fluid region A.

この例では、加熱手段21が、図1に示す如く、シールケース4の内周部であって第1メカニカルシール1の密封端面6a,7aの近傍部分に中空の加熱ジャケット22を取り付けると共に、シールケース4に加熱ジャケット22内に連通する供給路23及び排出路24を形成して、加熱流体F1を供給路23及び排出路24により加熱ジャケット21内に循環供給させるように構成されている。   In this example, the heating means 21 has a hollow heating jacket 22 attached to the inner peripheral portion of the seal case 4 and in the vicinity of the sealed end faces 6a and 7a of the first mechanical seal 1, as shown in FIG. A supply path 23 and a discharge path 24 communicating with the inside of the heating jacket 22 are formed in the case 4, and the heating fluid F <b> 1 is circulated and supplied into the heating jacket 21 through the supply path 23 and the discharge path 24.

加熱ジャケット22は、回転軸5をこれに近接した同心状態で囲繞する中空円筒体形状をなす金属製のもので、軸方向に適宜間隔を隔てて対向する円環状の第1及び第2側壁22a,22bと、両側壁22a,22bの内周端部間を連結する円筒状の周壁22cとからなり、両側壁22a,22bの外周端部をシールケース4の内周部に取り付けてある。周壁22cの内径は回転軸5の外径より若干大きく設定されていて、周壁22cと回転軸5との対向周面間には、径方向寸法が小さな環状隙間25が形成されている。なお、加熱ジャケット22を挟んで第1メカニカルシール1と反対側(機内側)の被密封流体端部領域A1には、加熱ジャケット22の近傍に配してシールケース4の内周部に取り付けられたラビリンスシール26が設けられている。このラビリンスシール26の内周部は回転軸5の外周面に近接していて、ラビリンスシール26を挟んでそれよりも機内側の被密封流体領域Aとそれよりも機外側の被密封流体端部領域A1との間で低沸点液の流動を抑制して熱移動を抑制するとともに、低沸点液に含まれる固形微粒子等の異物が加熱ジャケット22による加熱領域に侵入するのを可及的に防止する。   The heating jacket 22 is made of a metal having a hollow cylindrical shape surrounding the rotating shaft 5 in a concentric state adjacent to the rotating shaft 5, and the annular first and second side walls 22 a facing each other with an appropriate interval in the axial direction. , 22b and a cylindrical peripheral wall 22c that connects the inner peripheral ends of both side walls 22a, 22b, and the outer peripheral ends of both side walls 22a, 22b are attached to the inner peripheral portion of the seal case 4. The inner diameter of the peripheral wall 22c is set to be slightly larger than the outer diameter of the rotary shaft 5, and an annular gap 25 having a small radial dimension is formed between the opposed peripheral surfaces of the peripheral wall 22c and the rotary shaft 5. The sealed fluid end region A1 opposite to the first mechanical seal 1 (inside the machine) across the heating jacket 22 is attached to the inner periphery of the seal case 4 in the vicinity of the heating jacket 22. A labyrinth seal 26 is provided. The inner peripheral portion of the labyrinth seal 26 is close to the outer peripheral surface of the rotating shaft 5, and the sealed fluid region A on the inner side of the machine and the end of the sealed fluid on the outer side of the machine with the labyrinth seal 26 interposed therebetween. The flow of the low-boiling liquid is suppressed between the area A1 and the heat transfer is suppressed, and foreign matter such as solid fine particles contained in the low-boiling liquid is prevented from entering the heating area by the heating jacket 22 as much as possible. To do.

而して、上記した加熱手段21によれば、加熱ジャケット22内に加熱流体F1を循環供給することにより、加熱ジャケット22の両側壁22a,22b及び周壁22cが加熱されることになる。したがって、加熱ジャケット22に接触している低沸点液が気化して、第1メカニカルシール1の密封端面6a,7aと加熱ジャケット22との間の被密封流体端部領域A1は、低沸点液の気化ガス(例えば、低沸点液が液体アンモニアである場合にはアンモニアガス)が充満する気化ガス領域となる。   Thus, according to the heating means 21 described above, both the side walls 22a and 22b and the peripheral wall 22c of the heating jacket 22 are heated by circulatingly supplying the heating fluid F1 into the heating jacket 22. Therefore, the low-boiling liquid in contact with the heating jacket 22 is vaporized, and the sealed fluid end region A1 between the sealed end surfaces 6a and 7a of the first mechanical seal 1 and the heating jacket 22 is low-boiling liquid. The vaporized gas region is filled with vaporized gas (for example, ammonia gas when the low-boiling liquid is liquid ammonia).

なお、加熱流体F1の温度、加熱ジャケット22の側壁22a,22b及び周壁22cの厚み及び材質並びに被密封流体端部領域(気化ガス領域)A1の容積は、被密封流体領域Aの低沸点液の性状(気化温度等)に応じて、当該低沸点液が確実に気化されて被密封流体端部領域A1が完全な気化ガス領域となることを条件として、適宜に選定、設定される。   The temperature of the heating fluid F1, the thickness and material of the side walls 22a and 22b and the peripheral wall 22c of the heating jacket 22, and the volume of the sealed fluid end region (vaporized gas region) A1 are determined by the low boiling point liquid in the sealed fluid region A. Depending on the properties (vaporization temperature and the like), the low-boiling liquid is appropriately selected and set on condition that the low-boiling liquid is surely vaporized and the sealed fluid end region A1 becomes a complete vaporized gas region.

ところで、第1軸封装置M1を使用する回転機器が設置されている工場や施設にあっては、一般に、洗浄、空調等のために適宜の高温流体(スチーム、温水、廃熱ガス等)の供給設備や排出設備が装備されていることから、加熱ジャケット22に供給する加熱流体F1として、このように工場や施設で使用され或いは廃棄されるスチーム等の高温流体を利用することが好ましい。   By the way, in a factory or facility where a rotating device using the first shaft seal device M1 is installed, generally, an appropriate high-temperature fluid (steam, hot water, waste heat gas, etc.) is used for cleaning, air conditioning, or the like. Since the supply equipment and the discharge equipment are equipped, it is preferable to use a high-temperature fluid such as steam used or discarded in the factory or facility as the heating fluid F1 supplied to the heating jacket 22.

以上のように構成された第1軸封装置M1にあって、第1メカニカルシール1の密封端面6a,7aに接触する被密封流体端部領域A1には、低沸点液が加熱ジャケット22との接触により加熱されて気化された気化ガスが充満することになるから、気化ガス領域である当該被密封流体端部領域A1とバッファガス領域である中間領域Cとの間は、動圧型の非接触形メカニカルシールである第1メカニカルシール1により良好にシールされる。また、ガス領域である中間領域Cと大気領域Bとの間も、動圧型の非接触形メカニカルシールである第2メカニカルシール2により良好にシールされる。したがって、被密封流体領域Aが液体領域(低沸点液領域)であるにも拘わらず、ガスシールである動圧型の非接触形メカニカルシール1,2により、被密封流体領域Aと大気領域Bとの間が中間領域Cを介して良好にシールされる。   In the first shaft seal device M <b> 1 configured as described above, the low boiling point liquid is in contact with the heating jacket 22 in the sealed fluid end region A <b> 1 contacting the sealed end surfaces 6 a and 7 a of the first mechanical seal 1. Since the vaporized gas heated and vaporized by the contact is filled, the dynamic pressure type non-contact between the sealed fluid end region A1 which is the vaporized gas region and the intermediate region C which is the buffer gas region. It is sealed well by the first mechanical seal 1 which is a shape mechanical seal. Further, the intermediate region C that is a gas region and the atmospheric region B are also well sealed by the second mechanical seal 2 that is a dynamic pressure type non-contact mechanical seal. Therefore, although the sealed fluid region A is a liquid region (low boiling point liquid region), the sealed fluid region A and the atmospheric region B are separated by the dynamic pressure type non-contact type mechanical seals 1 and 2 that are gas seals. Is well sealed through the intermediate region C.

したがって、被密封流体領域Aの低沸点液に固形微粒子等の異物が混入している場合にも、第1メカニカルシール1の密封端面6a,7aには、当該低沸点液が接触せず、これが加熱手段21により気化されて固形微粒子等の異物を含まない気化ガスが接触することから、低沸点液に含まれている固形微粒子等の異物が密封端面6a,7a間や保持環17とケース側密封環7及びシールケース4との間に装填されたOリング13,19の接触部分に侵入してメカニカルシール機能を低下、喪失させるようなことがなく、良好且つ安定したメカニカルシール機能が発揮される。   Therefore, even when foreign matter such as solid fine particles is mixed in the low-boiling liquid in the sealed fluid region A, the low-boiling liquid does not come into contact with the sealed end surfaces 6a and 7a of the first mechanical seal 1. Since the vaporized gas which is vaporized by the heating means 21 and does not contain foreign matters such as solid fine particles comes into contact, the foreign matters such as solid fine particles contained in the low boiling point liquid are sealed between the sealed end faces 6a and 7a or between the holding ring 17 and the case side. A good and stable mechanical seal function is exhibited without intruding into the contact portion of the O-rings 13 and 19 loaded between the seal ring 7 and the seal case 4 to deteriorate or lose the mechanical seal function. The

そして、両メカニカルシール1,2が、軸側密封環6,9の密封端面6a,9aとケース側密封環7,10の密封端面7a,10aとが非接触状態に保持される非接触形メカニカルシールであるから、両密封端面が接触状態で相対回転する端面接触形メカニカルシールを使用する従来軸封装置に比して、回転軸5に作用するトルクが大幅に減少し、回転軸の動力費を含むランニングコストが大幅に削減される。   The two mechanical seals 1 and 2 are non-contact type mechanical units in which the sealing end surfaces 6a and 9a of the shaft-side sealing rings 6 and 9 and the sealing end surfaces 7a and 10a of the case-side sealing rings 7 and 10 are held in a non-contact state. Since it is a seal, the torque acting on the rotary shaft 5 is greatly reduced compared to a conventional shaft seal device using an end-face contact type mechanical seal in which both sealed end faces rotate in contact with each other. The running cost including is greatly reduced.

さらに、低沸点液を気化させるための加熱源である加熱流体F1を、上記した如く、第1軸封装置M1が使用される回転機器が設置されている工場や施設において装備されている高温流体(スチームや廃熱ガス等)の供給設備や排出設備を利用して調達することができる場合には、当該高温流体を加熱流体F1として使用することにより、加熱手段21のイニシャルコスト、ランニングコストを含めた第1軸封装置M1の設備費、維持管理費を大幅に節減することができる。   Further, as described above, the heating fluid F1, which is a heating source for vaporizing the low boiling point liquid, is used as a high temperature fluid equipped in a factory or facility where the rotating device in which the first shaft seal device M1 is used is installed. When it can be procured using supply equipment or discharge equipment (such as steam or waste heat gas), the initial cost and running cost of the heating means 21 can be reduced by using the high-temperature fluid as the heating fluid F1. The installation cost and maintenance cost of the included first shaft seal device M1 can be greatly reduced.

また、図2は本発明に係る軸封装置の変形例を示す断面図であり、図2に示す軸封装置(以下「第2軸封装置」という)M2は、低沸点液(液体アンモニア、LPG等の液化ガス等)を扱うポンプ等の回転機器に装備されるもので、一つのメカニカルシール31で構成されたシングルシールであり、低沸点液領域である被密封流体領域(機内領域)Dと非密封流体領域である大気領域(機外領域)Eとを遮蔽シールするものである。   FIG. 2 is a sectional view showing a modification of the shaft seal device according to the present invention. The shaft seal device (hereinafter referred to as “second shaft seal device”) M2 shown in FIG. This is a single seal composed of one mechanical seal 31 and is a sealed fluid region (in-machine region) D that is a low-boiling point liquid region. And the atmospheric region (external region) E, which is a non-sealed fluid region, is shield-sealed.

当該メカニカルシール31は、図2に示す如く、回転機器のハウジング32に取り付けられた円筒状のシールケース33と、シールケース33を同心状に貫通する当該回転機器の回転軸34に固定された軸側密封環35と、シールケース33にOリング36を介して軸方向に移動可能に保持されたケース側密封環37と、ケース側密封環37を軸側密封環35方向に附勢するスプリング部材38とを具備する、両密封環35,37の対向端面である両密封端面35a,37a間に液体潤滑膜を形成しないメカニカルシールであって、シールガス通路39から両密封端面35a,37a間にシールガスG2を供給することにより当該両密封端面35a,37aが非接触状態で相対回転する静圧型の非接触形メカニカルシール(以下「静圧型メカニカルシール」という)である。   As shown in FIG. 2, the mechanical seal 31 includes a cylindrical seal case 33 attached to a housing 32 of the rotating device, and a shaft fixed to the rotating shaft 34 of the rotating device concentrically penetrating the seal case 33. A side seal ring 35, a case side seal ring 37 held in the seal case 33 via an O-ring 36 so as to be movable in the axial direction, and a spring member for biasing the case side seal ring 37 in the direction of the shaft side seal ring 35 38, a mechanical seal that does not form a liquid lubricating film between the sealed end faces 35a, 37a, which are the opposed end faces of the sealed rings 35, 37, and between the sealed gas passage 39 and the sealed end faces 35a, 37a. By supplying the sealing gas G2, the sealed end faces 35a, 37a rotate relative to each other in a non-contact state. It is a Karushiru "hereinafter).

すなわち、シールガス通路39は、図2に示す如く、ケース側密封環37の密封端面37aに形成された静圧発生溝39aと、シールケース33とケース側密封環37との対向周面間に形成された環状空間であってOリング40a,40bによってシールされた連通空間39bと、シールケース33に形成されて連通空間39bに連通するケース側通路39cと、ケース側密封環37に形成されて連通空間39bと静圧発生溝39aとを連通する密封環側通路39dとからなり、ケース側通路39cから静圧発生溝39aへとシールガスG2を供給するものである。静圧発生溝39aは、ケース側密封環37の密封端面37aと同心状の円環状をなして断続又は連続する浅い凹溝であり、密封環側通路39dにはオリフィス41が配設されている。シールガスG2としては、被密封流体領域D及び大気領域Eより高圧のガスであって、両領域D,Eに流出しても無害であり且つ被密封流体領域Dの低沸点液に悪影響を及ぼさない不活性なもの(例えば、窒素ガス)が使用される。   That is, as shown in FIG. 2, the seal gas passage 39 is formed between the static pressure generating groove 39 a formed in the sealed end surface 37 a of the case side sealing ring 37 and the opposed peripheral surface of the seal case 33 and the case side sealing ring 37. A communication space 39b, which is an annular space formed and sealed by O-rings 40a and 40b, a case-side passage 39c formed in the seal case 33 and communicating with the communication space 39b, and a case-side sealing ring 37. The seal ring side passage 39d communicates the communication space 39b and the static pressure generating groove 39a, and the seal gas G2 is supplied from the case side passage 39c to the static pressure generating groove 39a. The static pressure generating groove 39a is a shallow concave groove that is intermittently or continuously formed in a concentric ring shape with the sealing end surface 37a of the case side sealing ring 37, and an orifice 41 is disposed in the sealing ring side passage 39d. . The sealing gas G2 is a gas having a pressure higher than that of the sealed fluid region D and the atmospheric region E, and is harmless even if it flows into both the regions D and E and adversely affects the low boiling point liquid in the sealed fluid region D. Some inert (eg, nitrogen gas) is used.

上記のように構成された静圧型メカニカルシール31によれば、静圧発生溝39aに供給されたシールガスG2により両密封端面35a,37a間に静圧が発生することにより、両密封端面35a,37aが微小なクリアランスを有する非接触状態に保持されて相対回転し、両領域D,E間をシールする(隔離する)。   According to the static pressure type mechanical seal 31 configured as described above, a static pressure is generated between the sealed end faces 35a and 37a by the seal gas G2 supplied to the static pressure generating groove 39a, whereby the sealed end faces 35a, 37a is held in a non-contact state having a minute clearance and rotates relatively to seal (isolate) the two regions D and E.

而して、第2軸封装置M2にあっても、図2に示す如く、第1軸封装置M1と同様に、被密封流体領域Dにおける密封端面35a,37aに臨む被密封流体端部領域D1に、被密封流体領域Dの低沸点液(液体アンモニア等)を気化させる加熱手段42を設けてある。   Thus, even in the second shaft seal device M2, as shown in FIG. 2, the sealed fluid end region facing the sealed end surfaces 35a and 37a in the sealed fluid region D is similar to the first shaft seal device M1. D1 is provided with a heating means 42 for vaporizing the low boiling point liquid (liquid ammonia or the like) in the sealed fluid region D.

この加熱手段42は、第1軸封装置M1の加熱手段21と同一構造をなすものであるから、図1に示す加熱手段21と同一構成をなす加熱手段42の各構成部材については、図2において図1と同一の符号を付すことによって、その詳細は省略する。なお、第2軸封装置M2においても、加熱ジャケット22を挟んで静圧型メカニカルシール31と反対側(機内側)の被密封流体端部領域D1に、第1軸封装置M1と同様のラビリンスシール26が設けられている。   Since the heating means 42 has the same structure as the heating means 21 of the first shaft seal device M1, the components of the heating means 42 having the same configuration as the heating means 21 shown in FIG. In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. In the second shaft seal device M2, a labyrinth seal similar to that of the first shaft seal device M1 is provided in the sealed fluid end region D1 on the opposite side (inside the machine) with the heating jacket 22 interposed therebetween. 26 is provided.

而して、以上のように構成された第2軸封装置M2にあっては、第1軸封装置M1と同様に、被密封流体領域Dの低沸点液が加熱ジャケット22に接触することにより気化され、密封端面35a,37aと加熱ジャケット22との間の被密封流体端部領域D1は低沸点液の気化ガスが充満する気化ガス領域となる。   Thus, in the second shaft sealing device M2 configured as described above, the low boiling point liquid in the sealed fluid region D comes into contact with the heating jacket 22 as in the first shaft sealing device M1. The sealed fluid end region D1 between the sealed end surfaces 35a and 37a and the heating jacket 22 is a vaporized gas region filled with the vaporized gas of the low boiling point liquid.

したがって、第2軸封装置M2にあっても、静圧型メカニカルシール31により気化ガス領域である被密封流体端部領域D1と大気領域Eとが良好に遮蔽シールされ、被密封流体領域Dの低沸点液に固形微粒子等の異物が混入している場合にも、当該異物が密封端面35a,37a間やケース側密封環37とシールケース33との間に装填されたOリング36,40a,40bの接触部分に侵入してメカニカルシール機能を低下、喪失させるようなことがなく、良好且つ安定したメカニカルシール機能が発揮される。   Therefore, even in the second shaft seal device M2, the sealed fluid end region D1 and the atmospheric region E, which are vaporized gas regions, are well shielded and sealed by the static pressure mechanical seal 31, and the sealed fluid region D is low. Even when foreign substances such as solid fine particles are mixed in the boiling liquid, the foreign substances are loaded between the sealing end faces 35a and 37a or between the case-side sealing ring 37 and the sealing case 33, and the O-rings 36, 40a and 40b. The mechanical seal function is not deteriorated and lost due to intrusion into the contact portion, and a good and stable mechanical seal function is exhibited.

また、静圧型メカニカルシール31が、両密封端面35a,37aが非接触状態で相対回転する非接触形メカニカルシールであるから、端面接触形メカニカルシールを使用する従来軸封装置に比して、回転軸34に作用するトルクが大幅に減少し、回転軸の動力費を含むランニングコストが大幅に削減される。さらに、低沸点液を気化させるための加熱源である加熱流体F1を、第2軸封装置M2が使用される回転機器が設置されている工場や施設において装備されている高温流体(スチームや廃熱ガス等)の供給設備や排出設備を利用して調達することができる場合には、当該高温流体を加熱流体F1として使用することにより、加熱手段42のイニシャルコスト、ランニングコストを含めた第2軸封装置M2の設備費、維持管理費を大幅に節減することができる。   Further, since the static pressure type mechanical seal 31 is a non-contact type mechanical seal in which both the sealing end faces 35a and 37a are rotated in a non-contact state, the static pressure type mechanical seal 31 is rotated as compared with a conventional shaft seal device using an end face contact type mechanical seal. The torque acting on the shaft 34 is greatly reduced, and the running cost including the power cost of the rotating shaft is greatly reduced. Further, the heating fluid F1 that is a heating source for vaporizing the low boiling point liquid is converted into a high-temperature fluid (steam or waste) that is installed in a factory or facility where the rotating device in which the second shaft seal device M2 is used is installed. In the case where it is possible to procure using a supply facility or a discharge facility of hot gas or the like, the second temperature including the initial cost and running cost of the heating means 42 can be obtained by using the high-temperature fluid as the heating fluid F1. The equipment cost and maintenance cost of the shaft seal device M2 can be greatly reduced.

ところで、上記軸封装置M1,M2において、加熱手段21,42による気化作用がラビリンスシール26側(機内側)へも及ぶことにより回転機器の性能(ポンプ性能等)への影響があらわれることが懸念される場合には、図3に示す如く、加熱手段21,42よりラビリングシール26側に冷却手段43を設けて、低沸点液の加熱手段21,42による気化作用が被密封流体端部領域A1,D1からそれよりも機内側の被密封流体領域A,Dへ大きく広がるのを防止するようにしておくことが好ましい。   By the way, in the shaft seal devices M1 and M2, there is a concern that the vaporizing action by the heating means 21 and 42 extends to the labyrinth seal 26 side (inside the machine), thereby affecting the performance (pump performance and the like) of the rotating device. In this case, as shown in FIG. 3, a cooling means 43 is provided on the labyling seal 26 side with respect to the heating means 21 and 42, and the vaporizing action of the low boiling point heating means 21 and 42 is applied to the sealed fluid end region. It is preferable to prevent a large expansion from A1 and D1 to the sealed fluid areas A and D on the inside of the aircraft.

冷却手段43は、上記軸封装置M1,M2において、加熱手段21,42を挟んでメカニカルシール1,31と反対側(機内側)の被密封流体端部領域A1,D1における加熱手段21,42の近傍に配しておくとよい。例えば、冷却手段43は、図3に示す如く、加熱ジャケット22とラビリンスシール26との間に配して、シールケース4,33の内周部に中空の冷却ジャケット44を取り付けると共に、シールケース4,33に冷却ジャケット44内に連通する供給路45及び排出路46を形成して、冷却流体F2を供給路45及び排出路46により冷却ジャケット44内に循環供給させるように構成される。   The cooling means 43 includes heating means 21 and 42 in the sealed fluid end regions A1 and D1 opposite to the mechanical seals 1 and 31 (inside the machine) across the heating means 21 and 42 in the shaft seal devices M1 and M2. It is good to arrange in the vicinity. For example, as shown in FIG. 3, the cooling means 43 is disposed between the heating jacket 22 and the labyrinth seal 26, and a hollow cooling jacket 44 is attached to the inner peripheral portions of the seal cases 4, 33 and the seal case 4. 33, a supply passage 45 and a discharge passage 46 communicating with each other in the cooling jacket 44 are formed, and the cooling fluid F2 is circulated and supplied into the cooling jacket 44 through the supply passage 45 and the discharge passage 46.

冷却ジャケット44は、前記加熱ジャケット22と同様形状をなす金属製のもので、軸方向に適宜間隔を隔てて対向する円環状の第1及び第2側壁44a,44bと、両側壁44a,44bの内周端部間を連結し、回転軸5の外周面に近接する円筒状の周壁44cとからなる。冷却ジャケット44における加熱ジャケット22側の第1側壁44aと加熱ジャケット22における冷却ジャケット44側の第2側壁22bとの外周端部間は、両側壁22b,44aを軸方向に適宜間隔を隔てた状態で、連結されている。冷却ジャケット44は、加熱ジャケット22と一体をなして、シールケース4,33の内周部に取り付けられている。   The cooling jacket 44 is made of a metal having the same shape as the heating jacket 22, and includes annular first and second side walls 44a and 44b opposed to each other at an appropriate interval in the axial direction, and both side walls 44a and 44b. It consists of a cylindrical peripheral wall 44 c that connects the inner peripheral ends and is close to the outer peripheral surface of the rotating shaft 5. Between the outer peripheral ends of the first side wall 44a on the heating jacket 22 side in the cooling jacket 44 and the second side wall 22b on the cooling jacket 44 side in the heating jacket 22, both side walls 22b and 44a are appropriately spaced in the axial direction. Are connected. The cooling jacket 44 is attached to the inner peripheral portion of the seal cases 4 and 33 integrally with the heating jacket 22.

このように構成された冷却手段43によれば、冷却ジャケット44内に冷却流体F2を循環供給することにより、冷却ジャケット44の側壁44a,44b及び周壁44cが冷却されて、冷却ジャケット44に接触する低沸点液が加熱手段21,42により気化されることがなく、加熱手段21,42による低沸点液の気化作用が被密封流体端部領域A1,D1からラビリンスシール26側(機内側)へと広がることがない。   According to the cooling means 43 configured as described above, the cooling fluid F2 is circulated and supplied into the cooling jacket 44, whereby the side walls 44a, 44b and the peripheral wall 44c of the cooling jacket 44 are cooled and come into contact with the cooling jacket 44. The low boiling point liquid is not vaporized by the heating means 21, 42, and the vaporizing action of the low boiling point liquid by the heating means 21, 42 is from the sealed fluid end regions A1, D1 to the labyrinth seal 26 side (machine interior). It does not spread.

したがって、冷却手段43を設けておくことにより、加熱手段21,42により被密封流体領域A,Dの低沸点液を気化させることによって回転機器の性能(ポンプ性能等)が影響を受けるといった懸念は、これを確実に払拭することができる。なお、冷却流体F2の温度及び冷却ジャケット44の構成壁44a,44b,44cの材質は、被密封流体領域Aの低沸点液の性状に応じて、加熱手段21,42による低沸点液の気化を確実に防止できることを条件として、適宜に選定、設定される。また、当該回転機器が設置されている工場や施設で使用され或いは廃棄される低温流体(冷却水、排水等)を利用することができる場合、かかる低温流体を冷却流体F2として使用することが好ましい。   Therefore, by providing the cooling means 43, there is a concern that the performance (pump performance, etc.) of the rotating device is affected by vaporizing the low boiling point liquid in the sealed fluid regions A and D by the heating means 21 and 42. This can be wiped off reliably. The temperature of the cooling fluid F2 and the material of the constituent walls 44a, 44b, 44c of the cooling jacket 44 are such that the heating means 21, 42 vaporizes the low boiling point liquid according to the properties of the low boiling point liquid in the sealed fluid region A. It is selected and set as appropriate on the condition that it can be surely prevented. Further, when a low-temperature fluid (cooling water, drainage, etc.) used or discarded at a factory or facility where the rotating device is installed can be used, it is preferable to use such a low-temperature fluid as the cooling fluid F2. .

ところで、冷却ジャケット44は加熱ジャケット22に可及的に接近して設けておくことが好ましいが、このように両ジャケット22,44を接近させておくと、加熱手段21,42による加熱作用(気化作用)と冷却手段43による冷却作用(気化阻止作用)とが相互に干渉して、加熱ジャケット22による気化作用が冷却ジャケット43による冷却作用により阻害されて被密封流体端部領域A1,D1のガス化が良好に行われない虞れがある。このような虞れがある場合には、図3に示す如く、加熱ジャケット22と冷却ジャケット44との間、つまり加熱ジャケット22の第2側壁22bと冷却ジャケット44の第1側壁44aとの間に適宜の断熱材47を充填しておくことが好ましい。勿論、加熱手段21,42による加熱作用が冷却手段42による冷却作用によって阻害される虞れがない場合等にあっては、このような断熱材47を設けておくことは必ずしも必要ではない。   Incidentally, the cooling jacket 44 is preferably provided as close as possible to the heating jacket 22. However, if the jackets 22 and 44 are brought close to each other in this way, the heating action (vaporization) by the heating means 21 and 42 is achieved. Action) and the cooling action (vaporization prevention action) by the cooling means 43 interfere with each other, the vaporization action by the heating jacket 22 is inhibited by the cooling action by the cooling jacket 43, and the gas in the sealed fluid end regions A1, D1 There is a possibility that the conversion is not performed well. In such a case, as shown in FIG. 3, between the heating jacket 22 and the cooling jacket 44, that is, between the second side wall 22b of the heating jacket 22 and the first side wall 44a of the cooling jacket 44. It is preferable to fill with an appropriate heat insulating material 47. Of course, when there is no possibility that the heating action by the heating means 21, 42 is hindered by the cooling action by the cooling means 42, it is not always necessary to provide such a heat insulating material 47.

なお、本発明の構成は上記した各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で適宜に改良、変更することができる。   The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately improved and changed without departing from the basic principle of the present invention.

例えば、第1軸封装置M1は、特許文献1に開示された軸封装置と同様に、第1メカニカルシール1の密封環6,7と第2メカニカルシール2の密封環9,10とをこれらの軸方向位置関係が同一となるタンデム配置とするタンデムダブルシールに構成することもできる。この場合、第1メカニカルシール1の両密封端面6a,7aの一方に被密封流体端部領域(気化ガス領域)A1に連通する動圧発生溝を形成すると共に、中間領域Cに被密封流体領域Aより低圧で且つ大気領域Bより高圧又は大気領域Bと同圧のバッファガスG1を供給することにより、第1メカニカルシール1を、被密封流体端部領域A1の気化ガスにより密封端面6,7間に動圧が発生されて両密封端面6a,7aが非接触状態で相対回転する動圧型の非接触形メカニカルシールに構成する。   For example, the first shaft seal device M1 includes the seal rings 6 and 7 of the first mechanical seal 1 and the seal rings 9 and 10 of the second mechanical seal 2 in the same manner as the shaft seal device disclosed in Patent Document 1. It is also possible to configure a tandem double seal having a tandem arrangement in which the axial positional relationships are the same. In this case, a dynamic pressure generating groove communicating with the sealed fluid end region (vaporized gas region) A1 is formed on one of the sealed end surfaces 6a and 7a of the first mechanical seal 1, and the sealed fluid region is formed in the intermediate region C. By supplying a buffer gas G1 having a pressure lower than that of A and a pressure higher than or equal to that of the atmosphere region B, the first mechanical seal 1 is sealed by the vaporized gas in the sealed fluid end region A1 with the sealed end surfaces 6, 7 A dynamic pressure type non-contact type mechanical seal in which dynamic pressure is generated therebetween and the sealed end faces 6a and 7a rotate relative to each other in a non-contact state is formed.

また、シングルシールである第2軸封装置M2にあっては、静圧型メカニカルシール31に代えて、上記した第1メカニカルシール1と同様の動圧型の非接触形メカニカルシールを使用することができる。   Further, in the second shaft seal device M2 that is a single seal, a hydrodynamic non-contact type mechanical seal similar to the first mechanical seal 1 described above can be used instead of the static pressure type mechanical seal 31. .

また、回転軸が低速である等のシール条件によっては、本発明の軸封装置を構成するメカニカルシールとして、両密封環の密封端面が接触した状態で相対回転する端面接触形メカニカルシールであって、両密封環の一方又は両方を自己潤滑性に優れた材料(カーボンやグラスファイバー入りのポリテトラフルオロエチレン等)で構成した一般的なドライコンタクトシールや特願2016−166630号に開示される如く密封端面にダイヤモンドコーティングを施した特殊なドライコンタクトシールを使用することも可能である。   Further, depending on the sealing conditions such as the low speed of the rotating shaft, the mechanical seal constituting the shaft seal device of the present invention is an end face contact type mechanical seal that rotates relative to each other while the sealing end faces of both sealing rings are in contact with each other. As disclosed in Japanese Patent Application No. 2006-166630 or a general dry contact seal in which one or both of the seal rings are made of a material having excellent self-lubricating properties (such as carbon or polytetrafluoroethylene containing glass fiber). It is also possible to use a special dry contact seal with a diamond coating on the sealed end face.

また、加熱手段21,42及び冷却手段43の構成は任意であり、例えば、加熱ジャケット22及び冷却ジャケット44は、夫々、シールケース4,33に一体形成することもできる。また、加熱手段21,42及び冷却手段43は、夫々、流体F1,F2によりジャケット22,44を加熱、冷却させるものではなく、電気的に加熱、冷却するものに構成することもできる。しかし、上記したように流体F1,F2によりジャケット22,44を加熱、冷却させる場合であって、軸封装置M1,M2が設置される工場、施設において使用され或いは廃棄される高温流体や低温流体を加熱流体F1や冷却流体F2として使用することができる場合には、コスト的に有利である。   Moreover, the structure of the heating means 21 and 42 and the cooling means 43 is arbitrary, for example, the heating jacket 22 and the cooling jacket 44 can also be integrally formed in the seal cases 4 and 33, respectively. Further, the heating means 21 and 42 and the cooling means 43 can be configured to electrically heat and cool the jackets 22 and 44, rather than heating and cooling the jackets 22 and 44 with the fluids F1 and F2, respectively. However, as described above, when the jackets 22 and 44 are heated and cooled by the fluids F1 and F2, a high-temperature fluid or a low-temperature fluid that is used or discarded in a factory or facility where the shaft seal devices M1 and M2 are installed. Can be used as the heating fluid F1 and the cooling fluid F2, it is advantageous in terms of cost.

なお、上述の通り、本発明の軸封装置は、低沸点液を扱う回転機器に使用する場合に運転コストの面で好適なものであるが、もちろん、低沸点液を扱う回転機器に限定されず、沸点の温度が水よりも高い液体等を扱う回転機器に使用してもよい。   As described above, the shaft seal device of the present invention is suitable in terms of operating cost when used in a rotating device that handles low-boiling liquids, but of course is limited to rotating devices that handle low-boiling liquids. Alternatively, it may be used in a rotating device that handles a liquid having a boiling point higher than that of water.

1 第1メカニカルシール(メカニカルシール)
2 第2メカニカルシール(第2のメカニカルシール)
4 シールケース
5 回転軸
6 軸側密封環
7 ケース側密封環
9 軸側密封環
10 ケース側密封環
21 加熱手段
22 加熱ジャケット
31 静圧型メカニカルシール(メカニカルシール)
42 加熱手段
43 冷却手段
44 冷却ジャケット
47 断熱材
A 被密封流体領域
A1 被密封流体端部領域
B 大気領域
C 中間領域
D 被密封流体領域
D1 被密封流体端部領域
E 大気領域
F1 加熱流体
F2 冷却流体
1 First mechanical seal (mechanical seal)
2 Second mechanical seal (second mechanical seal)
4 Seal Case 5 Rotating Shaft 6 Shaft Side Seal Ring 7 Case Side Seal Ring 9 Shaft Side Seal Ring 10 Case Side Seal Ring 21 Heating Means 22 Heating Jacket 31 Hydrostatic Mechanical Seal (Mechanical Seal)
42 Heating means 43 Cooling means 44 Cooling jacket 47 Heat insulating material A Sealed fluid region A1 Sealed fluid end region B Atmospheric region C Intermediate region D Sealed fluid region D1 Sealed fluid end region E Atmospheric region F1 Heating fluid F2 Cooling fluid

Claims (9)

液体領域である被密封流体領域を、シールケースに設けたケース側密封環と回転軸に設けた軸側密封環とを具備するメカニカルシールで密封するように構成された軸封装置であって、
被密封流体領域における当該メカニカルシールの両密封環の対向端面である両密封端面に臨む被密封流体端部領域に、被密封流体領域の液体を気化させる加熱手段を設けたことを特徴とする軸封装置。
A shaft seal device configured to seal a sealed fluid region, which is a liquid region, with a mechanical seal including a case-side seal ring provided on a seal case and a shaft-side seal ring provided on a rotary shaft,
A shaft provided with a heating means for vaporizing the liquid in the sealed fluid region in the sealed fluid end region facing both sealed end surfaces, which are opposite end surfaces of both sealed rings of the mechanical seal in the sealed fluid region. Sealing device.
前記メカニカルシールが、両密封端面の一方に動圧発生溝を形成して、当該両密封端面を、その間に動圧を発生させることにより非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールであることを特徴とする、請求項1に記載する軸封装置。   A non-contact type mechanical structure in which the mechanical seal is configured to form a dynamic pressure generating groove on one of both sealed end faces, and to hold the sealed end faces in a non-contact state by generating dynamic pressure therebetween. The shaft seal device according to claim 1, wherein the shaft seal device is a seal. 前記メカニカルシールが、両密封端面の一方に静圧発生溝を形成して、当該両密封端面を、当該静圧発生溝に被密封流体領域より高圧のシールガスを供給することにより当該両密封端面間に静圧を発生させることによって、非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールであることを特徴とする、請求項1に記載する軸封装置。   The mechanical seal forms a static pressure generating groove on one of both sealed end faces, and supplies both the sealed end faces to the static pressure generating groove by supplying a high-pressure seal gas from the sealed fluid region. The shaft seal device according to claim 1, wherein the shaft seal device is a non-contact type mechanical seal configured to be held in a non-contact state by generating a static pressure therebetween. 前記メカニカルシールよりも大気領域側に第2のメカニカルシールを設けて、前記メカニカルシールと当該第2のメカニカルシールとで閉塞された中間領域にバッファガスを供給し、当該両メカニカルシールにより被密封流体領域と大気領域とを中間領域を介してシールするように構成したことを特徴とする、請求項1に記載する軸封装置。   A second mechanical seal is provided closer to the atmosphere region than the mechanical seal, and a buffer gas is supplied to an intermediate region closed by the mechanical seal and the second mechanical seal. The shaft seal device according to claim 1, wherein the region and the atmospheric region are configured to be sealed through an intermediate region. 前記両メカニカルシールが、夫々、シールケースに設けたケース側密封環と回転軸に設けた軸側密封環とを具備して、両密封環の対向端面である両密封端面の一方に形成した動圧発生溝により両密封端面間に動圧を発生させることによって、当該両密封端面間を非接触状態に保持するように構成された非接触形メカニカルシールであることを特徴とする、請求項4に記載する軸封装置。   The two mechanical seals each include a case-side sealing ring provided on the seal case and a shaft-side sealing ring provided on the rotating shaft, and are formed on one of the two sealing end faces that are opposite end faces of the two sealing rings. 5. A non-contact type mechanical seal configured to generate a dynamic pressure between both sealed end faces by a pressure generating groove so as to keep the sealed end faces in a non-contact state. The shaft seal device described in 1. 前記加熱手段が、シールケースの内周部に中空の加熱ジャケットを設けて、この加熱ジャケット内に加熱流体を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載する軸封装置。   6. The heating means according to claim 1, wherein a hollow heating jacket is provided on an inner periphery of the seal case, and a heating fluid is supplied into the heating jacket. The shaft seal device described in 1. 前記加熱手段の近傍であって当該加熱手段を挟んで前記メカニカルシールと反対側の被密封流体端部領域に、当該加熱手段による被密封流体領域の液体の気化を防止する冷却手段を設けてあることを特徴とする、請求項1〜6の何れかに記載する軸封装置。   Cooling means for preventing the liquid in the sealed fluid region from being vaporized by the heating means is provided in the sealed fluid end region near the heating means and opposite to the mechanical seal across the heating means. The shaft seal device according to any one of claims 1 to 6, wherein 前記冷却手段が、シールケースの内周部に前記加熱ジャケットに近接する冷却ジャケットを設けて、この冷却ジャケット内に冷却流体を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項7に記載する軸封装置。   8. The cooling means according to claim 7, wherein a cooling jacket adjacent to the heating jacket is provided on an inner periphery of a seal case, and cooling fluid is supplied into the cooling jacket. A shaft seal device to be described. 前記加熱ジャケットと冷却ジャケットとの間に断熱材を装填してあることを特徴とする、請求項8に記載する軸封装置。   The shaft seal device according to claim 8, wherein a heat insulating material is loaded between the heating jacket and the cooling jacket.
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