JP3105503B1

JP3105503B1 - 圧縮機

Info

Publication number: JP3105503B1
Application number: JP11313062A
Authority: JP
Inventors: 正親池原; 宣三関屋; 勝昭古谷; 康孝岩本
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Nippon Pillar Packing Co Ltd; Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Nippon Pillar Packing Co Ltd; Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2000-11-06
Anticipated expiration: 2019-11-02
Also published as: JP2001132640A

Abstract

【要約】【課題】油分等の異物を含有するガスについても、長
期に亘って良好なシール機能を発揮、維持しうる静圧形
のガスシールと高圧のシールガス、パージガス供給設備
の小容量化と消費量が削減された圧縮機を提供する。【解決手段】シールケースと回転軸との間に、複数の
環状溝とこれに突入する複数の環状板とからなるラビリ
ンスシールが設けられ、このラビリンスシールにより、
シールケース内における密封端面の外径側領域と機内領
域とが区画され、シールケースには、環状溝の底部に連
通し且つ機内領域に開口する返戻通路と、外径側領域に
機内領域より高圧のパージガスを供給するパージガス供
給路と、外径側領域に開口すると共に該領域と同圧に保
持された異物回収タンクに連通する異物回収路とが設け
られている。又、運転条件により機内圧力変動を圧力ス
イッチにより検出し、機内圧力上昇時において外径側領
域に高圧シールガスを供給してシール不良を防止し、ま
た、複数のシールガス及びパージガス圧力源を選択する
ことにより、高圧のシールガス、パージガス供給設備を
小容量化すると共に、Ｎ_２ガス消費量を削減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非接触形メカニカル
シールを備えて、油分、水分、スラッジ、粉体等の液状
又は固体上の異物を含有するガスを圧縮する圧縮機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ガスを圧縮する圧縮機に用いられる非接
触形メカニカルシールとしては、回転軸側の回転密封環
とシールケース側の静止密封環とを、両密封環の対向端
面たる密封端面間に静圧を発生させることにより、非接
触状態に保持させつつ、圧縮機の内部領域たる機内領域
と外部領域たる大気領域とをシールするように構成され
たものが公知である。

【０００３】係る非接触形メカニカルシールは、密封端
面が相対回転摺接する端面接触形のメカニカルシールと
異なって、ドライな条件下においても密封端面が焼き付
く等の問題を生じることがなく、ガス圧縮機の軸封装置
として好適に使用されるものである。又、係る圧縮機に
おいて、シールガス及びパージガス供給圧力は、機内圧
力の最高圧力を基に決定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術に係る非接触形メカニカルシールを備えた圧縮機
には次のような解決すべき課題がある。（１）シールすべきガスが、油分等の液状異物やスラッ
ジ固体状異物を含有する場合には、係る異物が非接触状
態にある密封端面間に侵入したり、密封端面に付着、堆
積したりする虞れがある。そして、このような事態が発
生すると、密封端面間の静圧を適正にコントロールする
ことができなくなり、シール機能が低下あるいは喪失す
る。

【０００５】（２）殊にガス圧縮機用としての非接触形
メカニカルシールにあっては、非常時又は瞬停時等の過
渡的な始動あるいは停止時に機内圧力が吐出ガス圧力ま
で高くなるのが通例であるが、このため最高機内圧力に
応じたシールガス及びパージガス供給のための供給圧力
源を設ける必要がある。その結果、高圧のシールガス及
びパージガス供給設備の設置を要し、設備が複雑大型化
して高コストとなるとともに、通常運転中においてシー
ルガス及びパージガスの消費量の低減が困難となる。

【０００６】本発明は前記のような異物含有ガスを圧縮
する圧縮機において、上記のようなガス中の異物の密封
端面間への侵入を阻止し、長期に亘って良好なシール機
能を発揮、維持し得る非接触形メカニカルシールを備え
て、運転条件に合わせてシールガス及びパージガス（不
活性ガス：Ｎ_２ガス、Ａｉｒなど）の供給圧力を選択し
て、高圧のガス供給設備の小容量化及び低コスト化をな
すとともに、シールガス及びパージガスの消費量を低減
し得る圧縮機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は係る課題を解決
するため、請求項１記載の発明として、圧縮機の機内領
域に一端部を開口させた状態で取着された筒状のシール
ケースを具え、前記シールケースと回転軸との間の、シ
ールケースの一端部にラビリンスシールを設け、一方、
該シールケースの他端部に非接触形メカニカルシールを
備えた軸封部を有する圧縮機において、前記軸封部が、
前記ラビリンスシールにより前記シールケース内におけ
る前記非接触形メカニカルシールの密封端面の外径側領
域を機内領域と区画し、前記シールケースに、前記外径
側領域に機内領域より高圧のパージガスを供給するパー
ジガス供給路を設けるとともに該シールケースに、前
記外径側領域に開口する異物回収路を含む軸封部である
ことを特徴とし、より具体的には圧縮機の機内領域に一
端部を開口させた水平状態で取着された筒状のシールケ
ースと、該シールケースの他端部に相対回転不能に且つ
軸線方向に移動自在に保持された静止密封環と、該静止
密封環よりも前記機内領域側に配置され、前記シールケ
ース及び静止密封環を洞貫する回転軸に固定された回転
密封環と、前記静止密封環を前記回転密封環へと押圧附
勢する附勢部材と、前記両密封環の対向端面たる密封端
面間に、これを非接触状態に保持すべく静圧を発生させ
る静圧発生機構とを具備してなる非接触形メカニカルシ
ールを備えるとともに、前記シールケースと回転軸との
間に、該シールケースの一端部の内周部に軸線方向に並
列状に設けた複数の環状溝と回転軸の外周部に軸線方向
に並列し且つ各環状溝に突入する状態で設けた複数の環
状板とで構成されるラビリンスシールを設けた軸封部で
あって、前記ラビリンスシールにより前記シールケース
内における前記非接触形メカニカルシールの密封端面の
外径側領域を機内領域と区画し、前記シールケースに、
前記外径側領域に機内領域より高圧のパージガスを供給
するパージガス供給路を設けるとともに該シールケー
スに、前記外径側領域に開口する異物回収路を含む軸封
部を備えたことを特徴とする圧縮機を提案する。

【０００８】係る発明において、具体的には請求項２記
載のように構成するのが好適である。即ち請求項２にお
いては、前記シールケースに、前記複数の環状溝の底部
に連通し且つ前記機内領域に開口する返戻通路を設ける
とともに、該返戻通路の下面が、その機内領域への開口
部に向かって下方に傾斜するテーパ面に構成されている
ことを特徴とする。

【０００９】請求項３においては、前記異物回収路に前
記外径側領域と同圧に保持された異物回収タンクを接続
したことを特徴とする。

【００１０】請求項４においては、前記回転軸を水平に
配置し前記返戻通路を該回転軸の下方に設置するととも
に、前記異物回収路を該回転軸の直下位置において前記
外径側領域に開口したことを特徴とする。

【００１１】係る発明によれば、前記密封端面の外径側
領域であるパージガス領域が、ラビリンスシールにより
機内領域と区画され該パージガスが充填されていること
により、機内ガスのパージガス領域への侵入が阻止され
る。

【００１２】又、機内ガスはラビリンスシールの蛇行状
通路を通過中にラビリンスの環状板部の遠心力の作用を
受け、これにより機内ガス中の異物は返戻通路から機内
領域に排出される。即ち、機内領域とパージガス領域と
の境界部分においては、機内ガスがラビリンスの蛇行状
通路と返戻通路との間で循環され、機内ガス中の異物が
蛇行状通路を通ってパージガス領域に侵入するのが阻止
される。

【００１３】又、異物がラビリンスシールを通過してパ
ージガス領域に侵入した場合においては、該パージガス
領域から異物排出機構により外部に排出され、パージガ
ス領域での異物の堆積が回避される。

【００１４】従って、係る発明によれば油分、水分等の
液状異物かスラッジ、粉体等の固状異物を含有するガス
のシールをこれら異物の機内への侵入を防止して確実に
なすことができる。

【００１５】請求項５においては、前記異物回収タンク
への捕集物は、圧縮機吸入孔もしくは吸入圧管へ、ポン
プ及び吐出ガス切換弁を介したガス圧力により該圧縮機
のロータ室へ戻し、吐出ガスとともに排出するように構
成されてなることを特徴とする。

【００１６】請求項６記載の発明は、圧縮機の機内領域
とラビリンスシールを介して連通された外径側領域と機
外領域との間に、前記圧縮機の回転軸に固定されて前記
外径側領域に臨む回転密封環と、該回転密封環の端面に
附勢部材により押圧される端面を有し、前記回転軸の軸
方向に移動可能な静止密封環と、該回転密封環と静止密
封環の前記押圧端面間にシールガスを供給することによ
り形成される静圧発生機構とを備えた非接触形メカニカ
ルシール機構を設けた圧縮機であって、高圧ガス源と前
記外径側領域とを接続し、開閉弁を備えた高圧ガス管路
と、前記機内領域の圧力の上限値が設定され、該機内圧
力が上限値に達したとき作動して、前記高圧ガス管路の
開閉弁を開弁して前記高圧ガス源からのガスを前記外径
側領域に導入する圧力スイッチとを備えたことを特徴と
する。

【００１７】請求項５、６の発明によれば、圧縮機の減
速あるいは停止時に機内領域の圧力が急上昇した際には
圧力スイッチにより、高圧のシールガス（Ｎ_２ガス等）
を非接触形ガスシール部の外径側領域に供給してシール
部の焼付きを防止できる。

【００１８】請求項７記載の発明は、請求項６と同様な
非接触形メカニカルシールを備えた圧縮機において、高
圧ガス源と前記外径側領域とを接続し、開閉弁を備えた
高圧ガス管路と、前記機内領域の圧力の下限値が設定さ
れ、該機内圧力が下限値に達したとき作動して前記開閉
弁を遮断して高圧ガス管路と外径側領域との間を遮断す
るとともに、該外径側領域を低圧ガス管路に接続せしめ
て、該外径側領域に低圧ガスを導入する圧力スイッチを
備えたことを特徴とする。

【００１９】かかる発明によれば、圧縮機の停止時に高
圧のシールガス供給設備に切り換えた後、圧縮機吐出開
閉弁を閉止するとともに、放出弁を開操作することによ
り系内ガスを逃がす。そして、圧縮機の機内領域の圧力
を設定圧まで減圧させ、圧力スイッチが下限値を検出し
て、高圧のシールガスを遮断し、低圧シールガス供給源
に切換えさせる。従ってかかる発明によれば、高圧のシ
ールガス及びパージガス供給設備を、小容量化すること
ができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００２１】図１は本発明の実施形態に係る圧縮機の非
接触形メカニカルシール部の回転軸線に沿う上半分の断
面図、図２は下半分の断面図、図３は図２のIII− III
線に沿う断面図、図４は上記非接触形メカニカルシール
の静止密封端面を示す正面図、図５は上記非接触形メカ
ニカルシールの変形例を示す図２相当断面図、図６は上
記非接触形メカニカルシールを備えた給油式スクリュー
圧縮機の配管、制御系統図である。

【００２２】図１〜図４において、この実施形態に係る
非接触形メカニカルシールは、水分、油分等の液状異物
又はスラッジ、粉体等の固体状異物を含有するガス（以
下「機内ガス」という）を扱うスクリュー圧縮機の回転機
器１の軸封部１１に装着されて、該回転機器１の内部領
域たる機内領域Ａと回転機器１の外部たる機外領域（大
気領域）Ｂとを遮断シールする静圧形のガスシールであ
り、シールケース２と静止密封環３と回転密封環４と附
勢部材５と静圧発生機構６とラビリンスシール７と返戻
通路８とパージガス供給機構９と異物回収機構１０とを
具備する。

【００２３】前記回転機器１の回転軸１２は、気外領域
Ｂに設置された駆動装置（図示せず）から軸封部１１を
洞貫して機内領域Ａへと水平に延びるものである。な
お、以下の説明において、前、後というときは図１又は
図２における左、右を意味する。

【００２４】前記シールケース２は、回転機器１の軸封
部１１に水平に取付けられた筒状のものである。即ち、
該シールケース２は、図１及び図２に示す如く、軸封部
１１の前端面に衝合取着された円筒状の本体部２１と、
その後端部に一体形成されて、前記軸封部１１の内周面
にＯリング２６を介して嵌合取着された円筒状の取付部
２２と、本体部２１の前端部に固着された円筒状の第一
保持部２３と、その前端部に固着された環状の第二保持
部２４と、その内周部から後方に突出形成された円筒状
の第三保持部２５とからなる。

【００２５】前記シールケース２の内部は、その一端部
（後端部）を構成する前記取付部２２において機内領域
Ａに開口している。なお、この例では、取付部２２の内
周部２２ａを円筒状の別部材で構成してある。又、前記
回転軸１２はシールケース２を同心状に洞貫しており、
該シールケース２内に位置する回転軸部分の外周部１２
ａは円筒状の別部材（スリーブ）によって構成されてい
る。

【００２６】前記静止密封環３は、回転軸１２に同心状
に遊嵌された状態で、シールケース２の他端部（前端
部）を構成する保持部２３、２４、２５に相対回転不能
且つ軸線方向に移動自在に保持されている。即ち、該静
止密封環３は、図１及び図２に示す如く、その外周面を
所定間隔を隔てて並列する前後一対の第一Ｏリング２
７、２７を介在させた二次シール状態で、第一保持部２
３の内周面に保持させるとともに、その介在させた二次
シール状態で第三保持部２５の外周面に保持させること
により、シールケース２に軸線方向に移動自在に保持さ
れている。

【００２７】又、前記静止密封環３は、図２に示す如
く、その前端部に穿設した係合凹部３２に第二保持部２
４に植設した回り止めピン２９を係合させることによっ
て、一定範囲での前後移動が許容された状態で、シール
ケース２による保持形態は、図１及び図２に示す如く、
当該静止密封環３の外周面における密封端面側（後端縁
部側）の極く僅かな部分のみが後述するパージガス領域
Ｃに露出するように工夫されている。

【００２８】前記回転密封環４は、図１及び図２に示す
如く、前記静止密封環３よりも機内領域Ａ側（後方側）
に配置されて、回転軸１２に固定されている。即ち、前
記回転密封環４は、シールケース２の本体部２１に配し
て、静止密封環３と直対向した状態で回転軸１２の外周
部１２ａに嵌合固定されている。密封環３、４の対向端
面たる密封端面３１、４１（以下、静止密封環３の密封
端面３１を「静止密封端面」という）は、軸線に直交す
る平滑面とされている。

【００２９】前記附勢部材５は、図１に示す如く、静止
密封環３と第二保持部２４との間に介挿された一又は複
数のコイルスプリングで構成されていて、静止密封環３
を回転密封環４へと押圧附勢するものであり、密封端面
３１、４１を閉じる方向に作用する閉力を発生させるも
のである。

【００３０】前記静圧発生機構６は、図１に示す如く、
静止密封端面３１に形成された静圧発生溝６１と、静圧
発生溝６１にシールガス６２を供給する一連のシールガ
ス供給路６３、６４、６５と、該シールガス供給路６
３、６４、６５の適所に設けた絞り器６６とを具備し
て、シールガス６２を静圧発生溝６１に供給させること
により、密封端面３１、４１間にこれを開く方向に作用
する静圧（開力）を発生させるようになっている。

【００３１】前記静圧発生溝６１は、静止密封端面３１
と同心状の環状をなして連続又は断続する浅い凹溝であ
り、この例では後者を採用している。すなわち、静圧発
生溝６１は、図４に示す如く、静止密封端面３１と同心
環状をなして並列する複数の円弧状凹溝６１ａ…で構成
されている。

【００３２】前記シールガス供給路６３、６４、６５
は、図１に示す如く、シールケース２及び静止密封環３
に形成されたー連のものであり、静止密封環３の外周面
と第一保持部２３の内周面との間に形成される環状空間
であって、第一Ｏリング２７、２７によってシールされ
た連通空間６４と、シールケース２の第一保持部２３を
貫通して連通空間６４に至るケース側通路６３と、静止
密封環３を貫通して連通空間６４から静圧発生溝６１に
至る密封環側通路６５とからなる。

【００３３】該密封環側通路６５の下流端部は分岐され
ていて、その各分岐部を、図４に示す如く、静圧発生溝
６１を構成する各円弧状凹溝６１ａに開ロ６５ａさせて
ある。ケース側通路６３には、所定のシールガス供給源
（図示せず）から導かれたシールガス供給管が接続され
ていて、シールガス６２をシールガス供給路６３、６
４、６５から静圧発生溝６１に供給するようになってい
る。シールガス６２としては、各領域Ａ、Ｂに流出して
も無害であり且つ機内ガスに悪影響を及ぼさない性状の
ものを、シール条件に応じて適宜に選定する。この例で
は、各種物質に対して不活性であり且つ人体に無害であ
る清浄な窒素ガスが使用されている。

【００３４】なお、前記シールガス６２は、回転機器１
の運転中（回転軸１２の駆動中）においてのみ供給さ
れ、運転停止後には供給を停止される。回転機器１の運
転は、シールガス６２の供給が開始された後であって、
密封端面３１、４１間が適正な非接触状態に保持された
後において開始され、シールガス６２の供給停止は、当
該回転機器１の運転停止後であって回転軸１２が完全に
停止した後に行なわれる。

【００３５】前記絞り器６６は、オリフィス、毛細管、
多孔質部材等の絞り機能を有するものであり、図１に示
す如く、密封環側通路６５の適所（各円弧状凹溝６１ａ
への分岐部分より上流側の部分）に配設されている。

【００３６】係る非接触形メカニカルシール装置におい
て、シールガス６２をシールガス供給路６３、６４、６
５から静圧発生溝６１に供給すると、静圧発生溝６１に
導入された該シールガス６２により、密封端面３１、４
１間にこれを開く方向に作用する開力が発生する。この
開力は、密封端面３１、４１間に導入されたシールガス
６２によって発生する静圧によるものである。

【００３７】したがって、前記密封端面３１、４１は、
この開力と密封端面３１、４１間を閉じる方向に作用す
る附勢部材５からのスプリング荷重による閉力とがバラ
ンスする非接触状態に保持される。すなわち、静圧発生
溝６１に導入されたシールガス６２は密封端面３１、４
１間に静圧の流体膜を形成し、この流体膜の存在によっ
て、密封端面３１、４１の内外径側領域間が遮蔽シール
される。

【００３８】前記シールガス６２の圧力及びスプリング
５のバネ力（スプリング荷重）は、密封端面３１、４１
間の隙間が適正（一般に、５〜１５μｍである）となる
ように、シール条件に応じて適宜に設定される。ところ
で、シールガス６２は絞り器６６で絞られた上で静圧発
生溝６１に導入されることから、密封端面３１、４１の
隙間が変動した場合にも、その隙間が自動的に調整され
て適正に保持される。

【００３９】すなわち、回転機器１の振動等により密封
端面３１、４１の隙間が大きくなったときは、静圧発生
溝６１から密封端面３１、４１間に流出するシールガス
量と絞り器６６を通って静圧発生溝６１に供給されるシ
ールガス量とが不均衡となり、静圧発生溝６１内の圧力
が低下して、開力が閉力より小さくなるため、密封端面
３１、４１間の隙間が小さくなるように変化して、その
隙間が適正なものに調整される。

【００４０】逆に、密封端面３１、４１間の隙間が小さ
くなったときは、上記と同機の絞り器６６による絞り機
能により静圧発生溝６１内の圧力が上昇して、開力が閉
力より大きくなり、密封端面３１、４１間の隙間が大き
くなるように変化して、その隙間が適正なものに調整さ
れる。

【００４１】前記ラビリンスシール７は、図１及び図２
に示す如く、シールケース２の一端部である取付部２２
の内周部２２ａに軸線方向に並列上に形成された複数の
環状溝７１…と回転軸１２の外周部１２ａに軸線方向に
並列し且つ各環状溝７１に突入する状態で一体形成され
た複数の環状板７２…からなり、取付部２２と回転軸１
２との間に、シールケース２内における密封端面３１、
４１の外径側領域（以下「パージガス領域」という）Ｃ
と機内領域Ａとを連通する蛇行状通路７３を形成するも
のである。なお、蛇行状通路７３を構成する取付部２２
の内周部と回転軸１２の外周部との隙間及び環状溝７１
内に形成される環状板７２との隙間は、可及的に微小と
なるように工夫されている。

【００４２】返戻通路８は、図２に示すように、環状溝
７１…の底部に連通し且つ機内領域Ａに開口するもので
ある。この例では、該返戻通路８は、図２及び図に示す
如く、回転軸１２の下方位において水平に延びる円形断
面をなすものであり、最前位の環状溝７１ａを除く全て
の環状溝７１…の底部側において蛇行状通路７３に開口
されている。

【００４３】該パージガス供給機構９は、図１に示す如
く、シールケース２の本体部２１を貫通してパージガス
領域Ｃに開口するパージガス供給路９１と、その適所に
設けたオリフフィス９２とを具備して、パージガス供給
路９１から機内領域Ａより高圧のパージガス９３をパー
ジガス領域Ｃに供給、充満させるように構成されてい
る。パージガス９３は、オリフィス９２を通過すること
により、パージガス領域Ｃに噴出することなく緩慢に供
給され、パージガス領域Ｃを機内領域Ａより高圧のパー
ジガス雰囲気に保持する。

【００４４】パージガス９３の圧力は、一般に、機内領
域Ａの圧力つまり機内ガスの圧力より２ｂａｒ程度高く
設定され、シールガス６２と同一又は略同一に設定され
ている。又、パージガス９３の性状は、前記シールガス
６２の選定基準と同一の基準で選定され、この例では、
シールガス６２と同ー性状の窒素ガスを使用している。

【００４５】前記異物回収機構１０は、図１及び図２に
示す如く、前記シールケース２に設けられた異物回収路
１０１及び圧力保持路１０２と、シールケース２外に設
置された密閉状の異物回収タンク１０３と、異物回収路
１０１と異物回収タンク１０３とを連通接続する第１接
続管１０４と、圧力保持路１０２と異物回収タンク１０
３とを連通接続する第２接続管１０５と、スクリュー圧
縮機の吐出ガス配管と異物回収タンク１０３とを連通接
続する吐出管１０７と、異物回収夕ンク１０３とスクリ
ュー圧縮機の吸入口あるいは吸入配管１０９に接続され
た異物排出管１０８とを具備する。

【００４６】前記異物回収路１０１は、図２に示す如
く、回転密封環４の直下位においてパージガス領域Ｃに
開口１０１ａされていて、第１接続管１０４に設けた第
１開閉弁１０４ａを開操作することにより、パージガス
領域Ｃに侵入した異物を異物回収タンク１０３へと排出
させるようになっている。なお、シールケース２の本体
部２１の内周面に、ラビリンスシール７側から異物回収
路１０１の開口部１０１ａへと拡径する（本体部２１の
内周面における下部側部分については開口部１０１ａへ
と下り傾斜することになる）テーパ面２１ａを形成し
て、パージガス領域Ｃに侵入した異物の異物回収路１０
１への排出が円滑に行なわれるように工夫してある。

【００４７】前記圧力保持路１０２は、図２に示す如
く、シールケース２に設けられて、パージガス領域Ｃに
開放されている。異物回収タンク１０３は、第２接続管
１０５に設けた第２開閉弁１０５ａを開操作することに
より、圧力保持路１０２及び第２接続管１０５を介して
パージガス領域Ｃに連通され、パージガス領域Ｃと同圧
に保持されるようになっている。

【００４８】又、異物回収タンク１０３には、吐出管１
０７に設けた第３開閉弁１０７ａを開操作するとともに
スクリュー圧縮機の吐出ガス配管１０６を作動させるこ
とにより、所定圧の加圧ガスが供給されるようになって
いる。又、異物回収路１０１及び第１接続管１０４から
異物回収タンク１０３に回収された異物は、異物排出管
１０８に設けた第４開閉弁１０８ａを開操作することに
より、異物排出管１０８から適宜の異物処理部（図示せ
ず）に排出されるようになっている。

【００４９】以上のように構成された非接触形メカニカ
ルシールにおいて、密封端面３１、４１の外怪側領域で
あるパージガス領域Ｃがラビリンスシール７により機内
領域Ａと区画されており、且つパージガス領域Ｃには機
内領域Ａより高圧のパージ９３が充満されていることか
ら、機内ガスのパージガス領域Ｃへの侵入が可及的に阻
止されることになる。

【００５０】又、機内ガスはラビリンスシール７の蛇行
状通路７３を通過する間において環状板７２…の回転に
よる遠心力の作用を受け、機内ガスに含まれる異物は環
状構７１…から返戻通路８へと排出され、返戻通路８か
ら機内領域Ａに排出されることになる。すなわち、機内
領域Ａとパージガス領域Ｃとの境界部分においては、機
内ガスが蛇行状通路７３と返戻通路８との間で循環さ
れ、機内ガスに含まれる異物が蛇行状通路７３を通過し
てパージガス領域Ｃに侵入することが殆どない。

【００５１】さらに、異物がラビリンスシール７を通過
してパージガス領域Ｃに侵入した揚合にも、その異物
は、テーパ面２１ａによる開口部１０１ａへの流下作用
とも相挨って、異物排出機構１０により、異物回収路１
０１からパージガス領域Ｃ外に速やかに排出され、パー
ジガス領域Ｃに異物が堆積して当該メカニカルシールの
機能を損なうことがない。しかも、第１〜第４開閉弁１
０４ａ、Ｉ０５ａ、１０７ａ、１０８ａを開閉操作させ
るだけで、当該メカニカルシールの運転を停止すること
なく大量の異物処理を行なうことができる。

【００５２】すなわち、該メカニカルシールを備えたス
クリュー圧縮機の運転時においては、第１及び第２開閉
弁１０４ａ、１０５ａを開放すると共に第３及び第４開
閉弁１０７ａ、１０８ａを閉塞して、異物回収タンク１
０３をパージガス領域Ｃと同圧に保持しておく。この状
態において、パージガス領域Ｃに異物が侵入すると、当
該異物は異物回収路１０１及び第１接続間１０４から異
物回収タンク１０３に回収される。

【００５３】このとき、パージガス領域Ｃと異物回収タ
ンク１０３とが同圧であるから、異物の異物回収タンク
１０３への排出が速やかに行なわれ、異物がパージガス
領域Ｃに堆積して密封環３、４によるシール機能に悪影
響を及ぼすようなことがない。そして、異物回収タンク
１０３に所定量の異物が回収されると第１及び第２開閉
弁１０４ａ、１０５ａを閉じた上、第３及び第４開閉弁
１７ａ、１０８ａを開くと共にスクリュー圧縮機の吐出
配管１０６を連通させ、前記異物回収タンク１０３内の
異物を異物排出管１０８から前記圧縮機のロータ室へ導
入し、吐出ガスとともに吐出孔より排出せしめる。

【００５４】このとき前記第１及び第２開閉弁１０４
ａ、１０５ａを閉じることにより、パージガス領域Ｃの
圧力は影響を受けず、パージガス領域Ｃないし機内領域
Ａの圧力は変動しないから、異物回収タンク１０３から
の異物排出を該スクリュー圧縮機の運転を停止すること
なく行うことができる。而して、異物回収タンク１０３
内の異物が排出されると、第３開閉弁１０７ａ及び１０
８ａを閉じた後、第１及び第２開閉弁１０４ａ、１０５
ａを開いて、異物回収タンク１０３をパージガス領域Ｃ
に連通させ、異物回収タンク１０３からの異物排出を行
う前の状態に復帰させる。このような操作を繰り返すこ
とにより、パージガス領域Ｃへの異物侵入が大量である
場合にも、パージガス領域Ｃからの異物排出を当該スク
リュー圧縮機の運転を継続した状態で良好に行うことが
できる。

【００５５】これらのことから、機内ガスに含まれる異
物の密封端面３１、４１間への侵入が極めて効果的に防
止され、冒頭で述べた大問題を生じることなく、長期に
亘って良好なシール機能が発揮、維持される。

【００５６】前記非接触形メカニカルシールを備えた給
油式スクリュー圧縮機の配管・制御系統図を図６に示
す。かかる圧縮機の運転中において、自動式の吸入開閉
弁１１１ａを開、リミットスイッチ付の吐出開閉弁１１
２ａを開、放出弁１１３ａを閉の状態で、メカニカルシ
ール用ガスは低圧ガス供給源１１６より供給され、フィ
ルター１１７を経てパージガス及びシールガスに分岐さ
れる。該パージガスは逆止弁１１８を通り流量計１１９
及びオリフィス１２０を経由し、配管１２１を通り、ま
たシールガスは配管１２４を通ってメカニカルシールケ
ースのそれぞれのガス供給路へ連結される。また異物回
収タンク１２６は該シールケースより低位に設置されパ
ージガス領域と異物排出配管１２７により接続されてい
る。そしてシールケース内のパージガス領域に異物が侵
入すると排出配管を経由して異物回収タンク１２６へ回
収される。

【００５７】また、該回収タンク１２６へ回収された異
物は、１２７ａ、１２８ａ、１３１ａ、１３２ａの弁開
閉操作により、該回収タンク１２６へ吐出ガス圧力を導
入し、機械を停止することなく、圧縮機１１０のロータ
室へ排出することができる。一方、重故障や停電（含瞬
停）が発生し圧縮機１１０が減速又は停止した場合に
は、寸時に機内圧力は吐出圧力近傍まで上昇する。この
ときに機内圧力を圧力スイッチ１２９により圧力上限値
を検出し、Ｎ_２ガスからなる高圧のパージガス、シール
ガス供給源１１４の遮断弁１１５ａを開とさせ非接触形
メカニカルシールへの供給ガス流量低下に対してパージ
ガス領域Ｃの圧力を機内圧力以上としてシール面の焼付
きと機内流体の漏洩を防止する。

【００５８】圧縮機１１０が停止した場合には、吸入開
閉弁１１１ａを閉止させるとともに吐出開閉弁１１２ａ
を閉止することにより、放出弁１１３ａを連動して開弁
し、圧縮機内ガス圧力を減圧弁１１３ｂにより設定圧力
まで減圧せしめる。その結果機内圧力は低下し、圧力ス
イッチ１２９の下限値を検出して高圧のパージガス、シ
ールガス供給源１１４の遮断弁１１５ａを閉止させ低圧
ガス供給源に切換える。これらの開閉弁の操作は、制御
ロジックに組まれ自動的に操作できることが好ましい。
以上の操作により瞬停あるいは起動・発停時に要求され
る高圧のＮ_２ガス供給設備１１４を小容量の容器あるい
はＮ_２ボンベでまかなうことが可能となるとともに、Ｎ
_２ガス消費量を削減できる。

【００５９】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の原理を逸脱しない範囲に
おいて、適宜に改良、変更することができる。例えば、
返戻通路８の設置数、形状等は、ラビリンスシール７に
よる機能をそこなわないことを条件として、任意であ
る。特に、回転軸１２の果報に配して設けられる返戻通
路8にあっては、図5に示す如く、当該通路８内における
異物の機内領域Ａ方向への移動（流下）を促進させるべ
く、当該通路８の下面を開口部（機内領域Ａへの開口
部）に向かって下り傾斜するような形状としておくこと
ができる。

【００６０】

【発明の効果】以上記載の如く、本発明によれば、機内
ガスに含まれる異物の密封端面間への侵入を可及的に阻
止することができ、長期に亘って良好なシール機能を発
揮、維持しうる非接触形メカニカルシール（静圧形のガ
スシール）を備えた圧縮機を提供することができる。ま
た、特に請求項５〜７のように構成すれば、圧縮機の機
内圧力上昇時におけるシール部の焼付きを防止できると
ともに、機内圧力低下時にはシールガス量を低圧かつ最
小限のガス量、ガス供給設備を小容量化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非接触形メカニカルシールの一例
を示す上半部分の縦断側面図である。

【図２】同非接触メカニカルシールの下半部分を示す縦
断側面図である。

【図３】図２のIII−III線に沿う要部の縦断正面図であ
る。

【図４】同非接触形メカニカルシールにおける静止密封
端面を示す正面図である。

【図５】同非接触形メカニカルシールの変形例を示す図
２相当の縦断側面図である。

【図６】同非接触系メカニカルシールを備えた給油式ス
クリュー圧縮機の配管制御系統図である。

【符号の説明】

１回転機器（圧縮機）２シールケース３静止密封環４回転密封環５スプリング（附勢部材）６静圧発生機構７ラビリンスシール８返戻通路９パージガス供給機構１０異物回収機構１１軸封部１２回転軸１２ａスリーブ（回転軸の外周部）２１本体部２２取付部（シールケースの一端部）２２ａ取付部の内周部２３、２４、２５保持部（シールケースの他端部）２７第一Ｏリング２８第二Ｏリング３１静止密封端面（静止密封環の密封端面）４１回転密封環の密封端面６１静圧発生溝６２シールガス６３、６４、６５シールガス供給路６６絞り器７１環状溝７２環状板７３蛇行状通路９１パージガス供給路９２オリフィス９３パージガス１０１異物回収路１０２圧力保持路１０３異物回収タンク１０４ａ、１０５ａ、１０７ａ、１０８ａ開閉弁１０６吐出ガス配管１０９吸入孔或いは吸入ガス配管Ａ機内領域Ｂ機外領域Ｃパージガス領域（シールケース内における密封
端面の外径側領域）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関屋宣三東京都江東区牡丹２丁目13番１号株式会社前川製作所内 (72)発明者古谷勝昭東京都千代田区大手町二丁目６番１号信越化学工業株式会社内 (72)発明者岩本康孝大阪府大阪市淀川区野中南２丁目11番48 号日本ピラー工業株式会社内 (56)参考文献特開平９−196184（ＪＰ，Ａ) 特開平11−287331（ＪＰ，Ａ) 特開平９−32797（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 39/00 103 F04B 39/00 104 F16J 15/34 F16J 15/447

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機の機内領域に一端部を開口させた
状態で取着された筒状のシールケースを具え、前記シー
ルケースと回転軸との間の、シールケースの一端部にラ
ビリンスシールを設け、一方、該シールケースの他端部
に非接触形メカニカルシールを備えた軸封部を有する圧
縮機において、前記軸封部が、前記ラビリンスシールにより前記シール
ケース内における前記非接触形メカニカルシールの密封
端面の外径側領域を機内領域と区画し、前記シールケー
スに、前記外径側領域に機内領域より高圧のパージガス
を供給するパージガス供給路を設けるとともに該シー
ルケースに、前記外径側領域に開口する異物回収路を含
む軸封部であることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】前記シールケースに、前記複数の環状溝
の底部に連通し且つ前記機内領域に開口する返戻通路を
設けると共に、該返戻通路の下面が、その機内領域への
開口部に向かって下方に傾斜するテーパ面に構成されて
いることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】前記異物回収路に前記外径側領域と同圧
に保持された異物回収タンクを接続したことを特徴とす
る請求項１記載の圧縮機。
【請求項４】前記回転軸を水平に配置し、前記返戻通
路を該回転軸の下方に配置するとともに、前記異物の回
収路を該回転軸の直下位置において前記外径側領域に開
口したことを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
【請求項５】前記異物回収タンクへの捕集物は、圧縮
機の吸入孔もしくは吸入圧管へ、ポンプ及び吐出ガス切
換弁を介したガス圧力より該圧縮機のロータ室へ戻し、
吐出ガスとともに排出するように構成されてなることを
特徴とする請求項２記載の圧縮機。
【請求項６】圧縮機の機内領域とラビリンスシールを
介して連通された外径側領域と機外領域との間に、前記圧縮機の回転軸に固定されて前記外径側領域に臨む
回転密封環と、該回転密封環の端面に附勢部材により押圧される端面を
有し、前記回転軸の軸方向に移動可能な静止密封環と、
該回転密封環と静止密封環の前記押圧端面間にシールガ
スを供給することにより形成される静圧発生機構とを備
えた非接触形メカニカルシール機構を設けた圧縮機であ
って、高圧ガス源と前記外径側領域とを接続し、該閉弁を備え
た高圧ガス管路と、前記機内領域の圧力の上限値が設定
され、該機内圧力が上限値に達したとき作動して、前記
高圧ガス管路の開閉弁を開弁して前記高圧ガス源からの
ガスを前記外径側領域に導入する圧力スイッチとを備え
たことを特徴とする圧縮機。
【請求項７】圧縮機の機内領域とラビリンスシールを
介して連通された外径側領域と機外領域との間に、前記圧縮機の回転軸に固定されて前記外径側領域に臨む
回転密封環と、該回転密封環の端面に附勢部材により押
圧される端面を有し、前記回転軸の軸方向に移動可能な
静止密封環と、該回転密封環と静止密封環の前記押圧端
面間にシールガスを供給することにより形成される静圧
発生機構とを備えた非接触形メカニカルシール機構を設
けた圧縮機であって、高圧ガス源と前記外径側領域とを接続し、開閉弁を備え
た高圧ガス管路と、前記機内領域の圧力の下限値が設定
され、該機内圧力が下限値に達したとき作動して前記開
閉弁を遮断し、高圧ガス管路と外径側領域との間を遮断
するとともに、該外径側領域を低圧ガス管路に接続せし
めて、該外径側領域に低圧ガスを導入する圧力スイッチ
を備えたことを特徴とする圧縮機。