JP4333101B2

JP4333101B2 - シール用ガスのフィルター装置

Info

Publication number: JP4333101B2
Application number: JP2002242512A
Authority: JP
Inventors: 玄義福岡; 進岩井
Original assignee: 新日本石油精製株式会社; 日本ジョン・クレーン株式会社
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP2004084688A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触メカニカルシールに導入されるシール用ガスの清浄化に好適なフィルター装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンプレッサ等における回転軸とケーシング間を密封する非接触メカニカルシールは既に提供されており、ガスを直接シールするドライガスシールとしては、遠心コンプレッサーをはじめ多くの回転機械に適用されている。
図５はその一例を示したものであり、回転軸１００に密封固定したメイティングリング１０２とシールハウジング１０４に密封装着し且つ押圧手段１０５にて軸方向へ付勢したプライマリーリング１０３との対面するシール面１０２ａ、１０３ａよりシール部１０６（１０７）が構成され、各シール面１０２ａ、１０３ａの何れか一方のシール面に、相対的回転方向に対して前進角を有する複数の螺旋溝を円周方向に一定間隔で設けて封入流体をシール面１０２ａ、１０３ａ間に圧送することで中心に向かう動圧が発生し、この動圧により両シール面間にミクロン単位のギャップを生じさせて非接触状態を保持して高周速回転を可能としたものである。
【０００３】
図示した非接触メカニカルシールＢはタンデム式と呼ばれ、二個のシール部１０６、１０７を並べてシールカートリッジを構成したものであり、機内側のシール部１０６（主シール部）でシールを行い、大気側のシール部１０７（補助シール部）はリークガスが直接大気側に出ることを制限している。
シール部１０６に供給される封入流体（バッファーガス）は導配管１０８を通じて導入されるとともに、機内側ラビリンス１１２より機内側に排出することで機内側ガスの侵入を防止しており、シール部１０６を通過したリークガスは、中間室１１１より導配管１０９を介してフレアー等の図示しない排気管に導かれる。
また、大気側ラビリンス１１３には導配管１１０よりパージガスが供給され、大気側のベアリング等の潤滑油のミスト等の侵入を防止するとともにリークガスの大気中への漏れを防止している。
【０００４】
シール部１０６に供給されるバッファーガスは、異物や液分のない清浄なガスとする必要がある。特にガス中の液分は、シール面１０２ａ、１０３ａに入り込むことで当該シール面を発熱させ、この熱によりシール面外径側の隙間が広がり、リークガス流量が増加するといった不都合が生じる。このため、バッファーガスの導配管１０８にはフィルター部Ａが設けられ、取扱うガスが液体分を同伴している可能性が高い場合は、高い濾過精度で液体分除去性能をもつコアレッシングタイプのエレメントが使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バッファーガスとしてシール対象であるコンプレッサーの圧縮ガスを用いる場合、当該ガス中には液分が多く含まれることから、前記フィルター部Ａで単に一つのフィルターを通すのみでは充分な清浄度が得られない。この対策としては、エレメントサイズを大きくしてエレメントの通過流速を下げ、捕捉効率を改善することや、図６に示すように、エレメント５を備えたフィルター装置１０１を二台直列に接続することが試みられてきた。
【０００６】
しかしながら、エレメントサイズの増大には限界があり、また、二台直列に接続する対策ではバッファーガスの液分の影響は少なくできるものの主として設置スペース上の理由からフィルター装置１０１まわりの装置状況を大幅に改造する必要が生じ、現実的な対処法ではなかった。
【０００７】
本発明は係る現況に鑑み為されたものであり、装置まわりの状況を大幅に改造することなく、バッファーガスに液分が多く含まれる場合も充分な清浄度を確保できるフィルター装置を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ドライガスシールを成す非接触メカニカルシールに供給されるシール用ガスを予め濾過或いは液分除去して清浄化するためのフィルター装置において、流入口と流出口を備えた容器内に、該流入口から流出口に至る前記シール用ガスの流路を形成するとともに、前記流路を上流側と下流側に区分するフィルターエレメントを当該流路に沿って直列に複数配置してなり、前記シール用ガスを各エレメントで順次清浄化するシール用ガスのフィルター装置であって、円筒状の前記容器内に、流路を介して互いに連通した上部流通空間及び下部流通空間を設けるとともに、これら各流通空間に、それぞれシール用ガスを径方向に通過させる円筒状の前記フィルターエレメントを同一直線上に配置してなり、各フィルターエレメントが、径方向内側から外側に向けてシール用ガスを通過させ、ガス中の液体分を捕捉する円筒状のコアレッサー型フィルターエレメントであり、前記流入口を上部流通空間に配置したエレメント内側流路に連通させるとともに、当該上部流通空間のエレメント外側流路を下部流通空間に配置したエレメントの内側流路に連通させ、前記流出口を下部流通空間のエレメント外側流路に連通させ、容器底部に同じくエレメント外側流路に連通するドレン排出口を設けてなることを特徴とするシール用ガスのフィルター装置を提供する。
【０００９】
このようなフィルター装置にあっては、単一エレメント構造のフィルター装置を二台直列に接続していた従来の使用法と同等又はそれ以上の清浄化効果が期待できるとともに、前記二台直列接続した場合における設置スペースの増大とそれに伴う装置まわりの大幅な改造が回避される。特に、二台直列接続した従来のものと異なり、上部エレメントで捕捉したドレンがガスの流れに沿って下部に導かれることから、上部流通空間にドレンが滞留したり、同伴すること等が回避され、除去されるドレン量は従来の二台接続方法よりも更に増大できる。また、各流通空間に円筒状のフィルターエレメントを同一直線上に配置しているのでコンパクトな構造が維持される。
【００１１】
各フィルターエレメントが互いに同種のエレメントであるものでは、ガス中に粒子分が多く、捕捉した粒子分によりエレメントが目詰まりして破損しても、二段目のエレメントがバックアップとして同様に機能し、ドライガスシールが確実に保護される。
【００１３】
前記流出口に通じる容器内面側の開口部に対して、本体内壁との間に流通空間を形成する凹部を外面側に備え、且つ、該流通規制部材の前記開口部と異なる高さ位置に、エレメント外側流路より前記流通空間へ処理ガスを導入するための多孔部を穿設した略筒状の流通規制部材を覆設してなり、前記エレメントを通過した流体を前記多孔部を介して流通空間に導き、容器内面に沿って一旦軸方向に流通させた後、前記流出口より排出してなるものでは、エレメントを通過した僅かなミストやドレンが前記流出口に至ることを極力防止できるとともに、万一エレメントが破損しても破片が前記開口部に進入することが防止される。
【００１４】
エレメントを通過した清浄ガスの一部を、前記ドレン排出口を通じて排出させる排出手段を設け、当該排出される清浄ガスの流れにより容器内面に付着したドレンを排出口へ導いてなるものでは、容器内面に付着したドレンがガスの流れにより流出口に導かれてしまうことが防止でき、捕捉したドレンを確実に除去できる。
【００１５】
前記容器を、前記下部流通空間が内面側に形成され、外周壁に流入口及び流出口が形成された筒状の容器本体と、前記上部流通空間が内面側に形成された同じく筒状の蓋体とより構成し、それぞれの開口端部に形成されたフランジを貫通するボルトによって互いに固定されるものでは、エレメント交換が容易であるとともに、状況に応じて上部のエレメントを取り除き、前記蓋体に代えて例えば板状の部材を取付けることで、単一エレメント構造のコンパクトなフィルター装置に容易に構成変更できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明のフィルター装置の内部構造を示す説明図であり、図１〜５は実施形態を示し、図中符号１はフィルター装置、２は容器、５はフィルターエレメント、７は流路をそれぞれ示している。
【００１８】
本発明に係るフィルター装置１は、図５に示すように導配管１０８に介装され、ドライガスシールを成す非接触メカニカルシールＢのシール部１０６に供給されるシール用ガスを予め濾過或いは液分除去して清浄化するための装置であり、本実施形態では、非接触メカニカルシールＢはコンプレッサー用軸封装置であり、フィルター装置１はシール用ガスであるバッファーガスを清浄化する。
フィルター装置１は、図１に示すように、流入口７０と流出口７９を備えた容器２内に、該流入口７０から流出口７９に至るバッファーガスの流路７を形成するとともに、前記流路を上流側と下流側に区分するフィルターエレメント５を当該流路７に沿って直列に複数配置し、前記バッファーガスを各エレメントで順次清浄化するものであり、二台直列接続していた従来の使用法と同等又はそれ以上の清浄化効果が得られる一方、設置スペースは従来に比べよりコンパクト化できるのである。
【００１９】
尚、図５では、メイティングリング１０２とプライマリーリング１０３の対が軸方向に二対あるタンデム型の非接触メカニカルシールを示しているが、勿論メイティングリングとプライマリーリングが一対のシングル型のものでも良く、更に両シール面１０２ａ、１０３ａとが接触して密封するものであっても良い。
【００２０】
フィルター装置１（Ａ）はバッファーガス供給配管上に二台並列に装備され、それぞれ運転用及び予備用としてバルブ操作により交互に切り替えて使用される。即ち運転用が目詰まりを生じた時点で予備用を運転用に切り替え、目詰まりを生じたエレメントを新品に交換し、これが予備用となる。当該フィルター部Ａには差圧計付きで昇圧作動する差圧スイッチが設けられており、これによりエレメントの目詰まりを察知次第、予備のフィルターに切り替えられ、運転を止めることなく交換可能に構成されている。
【００２１】
容器２は縦長な円筒形状であり、当該容器内には流通路７４を介して互いに連通した上部流通空間２４及び下部流通空間２５が上下に設けられている。
具体的には、外周壁に流入管２６及び流出管２７を突設し、下部流通空間２５を内側に有した筒状の容器本体２１と、上部流通空間２４を内側に有した同じく筒状の蓋体２２とを、各開口端部に形成したフランジ２１ａ、２２ａを貫通するボルトナットにより互いに着脱可能に組み付けて構成されており、これら各流通空間２４、２５には、バッファーガスを径方向に通過させ、異物や液分を捕捉する円筒状のフィルターエレメント５が同一直線上に配置されており、これにより上下二段のエレメント構造が内部構成されている。
【００２２】
このようにフランジ構造とすれば、例えば図２に示すように、上部のエレメント５を取り除き、蓋体２２の代わりに板状部材２３を同じくフランジ２１ａにボルトナットで固定することにより、従来と同様の単一エレメントからなるフィルター装置１Ａに容易に構成変更でき、高い濾過精度を必要としない場合など使用環境に応じて上記構成変更によりコンパクト化を図ることが可能となる。
【００２３】
上下に直列配置したフィルターエレメント５、５は、使用環境に応じて適宜その種類を選択でき、本例では同種のエレメントを用いることで一段目となる上流側エレメントが捕捉粒子で目詰まりし閉塞して破損する事態が生じても、下流側のエレメントをバックアップとして同様の機能を担保し、ドライガスシールを確実に保護することとしている。
尚、二段目となる下部側に上部側よりも濾目の小さなものを用いたり、或いは上部側にコアレッサー型以外の濾過エレメントを用い且つ下部側に水分を捕捉するコアレッサー型を用いるなどの異種エレメントの組合せとすること等も勿論可能である。
【００２４】
上下のエレメントには、それぞれ径方向内側から外側に向けてバッファーガスを通過させ、ガス中の液体分を捕捉する円筒状のコアレッサー型フィルターエレメント５が用いられている。
本実施例では清浄化の対象となるバッファーガスがコンプレッサーの圧縮ガスであるため、前記エレメントは、マイクログラスファイバーと樹脂の材質のコアレッシング機能付き二層構造とし、内径５０．８ｍｍ、厚さ６．４ｍｍ、長さ２３０ｍｍ、粒子径０．１μｍの除去効率９３％、粒子径５μｍの除去効率１００％のエレメントが好適に用いられる。
【００２５】
容器本体２１の上端寄りには、蓋体２２との組み合せにより内部形成される上部流通空間２４と下部流通空間２５とを区分するとともに上下端にそれぞれエレメントの支持用端部３１、３２を備えた扁平円柱状の支持部材３が内嵌されている。
前記支持部材３には、両端にネジ溝８１、８２が形成された支持杆８の一端を支持用端部３１（３２）の中央部に螺合して縦立させ、前記中央部の周囲に形成された段部３３にエレメント一端部５ａを係合して支持杆８と同軸に配置させるとともに、エレメント他端部５ｂに係合する止着部材８３を支持杆先端のネジ溝８２に螺着することで、当該エレメント５が前記支持杆８及び止着部材８３を介して支持用端部３１に固定される。
【００２６】
支持部材３の外周面には前記本体内壁との間に環状空間を形成する凹溝３０が設けられており、流入管２６は前記環状空間に連通する位置に設けられている。また、当該支持部材３には、凹溝３０の底面に開口し、上端略中央部の上部エレメント内側流路７２に連通する流通路７１が斜上方に穿設されており、流入管２６先端の流入口７０より導かれたバッファーガスは、前記流通路７１を通じて上部エレメント５の内側流路７２に導かれた後、該エレメント５を径方向に通過して濾過、清浄化される。
【００２７】
また、同じく支持部材３には、上部エレメント外側流路７３に開口し、下部エレメントの内側流路７５に連通する流通路７４が斜め下方に穿設され、下部流通空間２５のエレメント外側流路７６には流出管２７が連通して設けられており、上部エレメントを通過したバッファーガスは前記流通路７４を通じて下部エレメントの内側流路に導かれ、該エレメント５を径方向に通過して再度、濾過、清浄化された後、エレメント外側流路７６より流出管２７を通じて排出される。
このようにエレメントを縦方向に二個直列に配置した本発明においては、上部エレメントで捕捉されたドレンはガスの流れにより前記流通路７４を通じて下部に導かれ、当該ドレン液が下部エレメント通過時に他の小さなドレン液滴を取り込むことにより、下部エレメントで捕獲できないドレン量が減少する。それにより除去されるドレン液自体も増大するために、ドレンの滞留や同伴が防止される。
【００２８】
容器本体２１内面側における流出管２７の内面開口部７９ａが臨む部位には、本体内壁との間に流通空間を形成する凹部４０を外面側に備えた筒状の流通規制部材４が覆設されており、該流通規制部材４の前記内面開口部７９ａと異なる高さ位置には、エレメント外側流路７６より前記流通空間へバッファーガスを導入する多孔部４１が穿設されている。導入されたバッファーガスは、容器内面に沿って一旦軸方向に流通された後に前記流出管２７より排出されることから、当該迂曲流路を形成した流通規制部材によりエレメントを通過した僅かなミストやドレンが直接流出管２７に入ることを極力防止するとともに、万一エレメントが破損した場合であっても当該破片が流出管２７に入ることが回避される。
【００２９】
本体容器２１の底部にはドレン排出口９０を備えた排出管２８が設けられており、本例では、図３に示すように液面計ＬＧ付のドレンポット９を接続し、本体容器２１よりドレンを連続排出している。尚、図４に示すようにドレンポットより絞り部９１を介してフレアー等の排気管に少量のガスを放出し、エレメントを通過したバッファーガスの一部を前記ドレン排出口９０を通じて排出させる排出手段を設けたものでは、当該排出される少量のバッファーガスの流れにより容器内面に付着したドレンが強制的に排出口へ導かれ、ドレンが内部に残留することや流出管２７に進入するといった不都合が防止され、ドレンポットに確実に導くことが可能となる。
【００３０】
フィルター装置１よりも下流側の導配管１０８は、スチームの抱線で加熱し、液分を気化するスチームトレース保温が施され、配管表面からの放熱とオリフィスや調整弁等の流量調整部での断熱膨張作用による温度降下に起因するミスト化やドレン化が防止されており、フィルター装置１の流出管２７にも前記保温を施すことが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明のフィルター装置によれば、バッファーガス中に液分が多く存在するような運転状況でも、単一エレメント構造のフィルター装置を二台直列に接続していた従来の使用法と同等又はそれ以上の清浄化効果が期待でき、リークガス流量を安定させることが可能となるとともに、前記二台直列接続した従来の場合における設置スペースの増大とそれに伴う装置まわりの大幅な改造が回避される。
【００３２】
円筒状の前記容器内に、流路を介して互いに連通した上部流通空間及び下部流通空間を設けるとともに、これら各流通空間に、それぞれシール用ガスを径方向に通過させる円筒状のフィルターエレメントを同一直線上に配置したので、コンパクトな構造を維持できる。
【００３３】
各フィルターエレメントが互いに同種のエレメントであるので、ガス中に粒子分が多く、捕捉した粒子分によりエレメントが目詰まりして破損しても、二段目のエレメントをバックアップとして同様に機能させ、ドライガスシールを確実に保護できる。
【００３４】
フィルターエレメントが、径方向内側から外側に向けてシール用ガスを通過させ、ガス中の液体分を捕捉する円筒状のコアレッサー型フィルターエレメントであり、前記流入口を上部流通空間に配置したエレメント内側流路に連通させるとともに、当該上部流通空間のエレメント外側流路を下部流通空間に配置したエレメントの内側流路に連通させ、前記流出口を下部流通空間のエレメント外側流路に連通させ、容器底部に同じくエレメント外側流路に連通するドレン排出口を設けたので、二台直列接続した従来のものと異なり、上部エレメントで捕捉したドレンがガスの流れに沿って下部に導かれることから、上部流通空間にドレンが滞留したり、同伴すること等が回避され、除去されるドレン量を従来の二台接続方法よりも更に増大できる。
【００３５】
前記流出口に通じる容器内面側の開口部に対して、本体内壁との間に流通空間を形成する凹部を外面側に備え、且つ、該流通規制部材の前記開口部と異なる高さ位置に、エレメント外側流路より前記流通空間へ処理ガスを導入するための多孔部を穿設した略筒状の流通規制部材を覆設してなり、前記エレメントを通過した流体を前記多孔部を介して流通空間に導き、容器内面に沿って一旦軸方向に流通させた後、前記流出口より排出することとしたので、エレメントを通過した僅かなミストやドレンが前記流出口に至ることを極力防止できるとともに、万一エレメントが破損しても破片が前記開口部に進入することを防止できる。
【００３６】
エレメントを通過した清浄ガスの一部を、前記ドレン排出口を通じて排出させる排出手段を設け、当該排出される清浄ガスの流れにより容器内面に付着したドレンを排出口へ導くこととしたので、容器内面に付着したドレンがガスの流れにより流出口に導かれてしまうことを防止でき、捕捉したドレンを確実に除去できる。
【００３７】
前記容器を、前記下部流通空間が内面側に形成され、外周壁に流入口及び流出口が形成された筒状の容器本体と、前記上部流通空間が内面側に形成された同じく筒状の蓋体とより構成し、それぞれの開口端部に形成されたフランジを貫通するボルトによって互いに固定することとしたので、エレメント交換が容易であるとともに、状況に応じて上部のエレメントを取り除き、前記蓋体に代えて例えば板状の部材を取付けることで、単一エレメント構造のコンパクトなフィルター装置に容易に構成変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るフィルター装置の内部構造を示す断面図。
【図２】単一エレメント構造に構成変更した様子を示す断面図。
【図３】排出管に接続したドレンポットを示す説明図。
【図４】バッファーガスの一部をドレン排出口より排出させる排出手段を示す説明図。
【図５】非接触メカニカルシールとフィルター部を示す説明図。
【図６】単一エレメント構造の従来のフィルター装置を二台直列に接続した例を示す断面図。
【符号の説明】
Ａフィルター部Ｂ非接触メカニカルシール
１フィルター装置２容器
３支持部材４流通規制部材
５エレメント５ａ端部
５ｂ端部７流路
８支持杆９ドレンポット
２１容器本体２１ａフランジ
２２蓋体２２ａフランジ
２３板状部材２４流通空間
２５下部流通空間２６流入管
２７流出管２８排出管
３０凹溝３１支持用端部
３２支持用端部３３段部
４０凹部４１多孔部
７０流入口７１流通路
７２内側流路７３外側流路
７４流通路７５内側流路
７６外側流路７９流出口
７９ａ内側開口部８１、８２ネジ溝
８３止着部材９０ドレン排出口
９１絞り部１００回転軸
１０１フィルター装置１０２ａシール面
１０２メイティングリング１０３ａシール面
１０３プライマリーリング１０５押圧手段
１０４シールハウジング１０６シール部
１０７シール部１０８導配管
１０９導配管１１０導配管
１１１中間室１１２ラビリンス
１１３ラビリンス

Claims

ドライガスシールを成す非接触メカニカルシールに供給されるシール用ガスを予め濾過或いは液分除去して清浄化するためのフィルター装置において、
流入口と流出口を備えた容器内に、該流入口から流出口に至る前記シール用ガスの流路を形成するとともに、前記流路を上流側と下流側に区分するフィルターエレメントを当該流路に沿って直列に複数配置してなり、前記シール用ガスを各エレメントで順次清浄化するシール用ガスのフィルター装置であって、
円筒状の前記容器内に、流路を介して互いに連通した上部流通空間及び下部流通空間を設けるとともに、これら各流通空間に、それぞれシール用ガスを径方向に通過させる円筒状の前記フィルターエレメントを同一直線上に配置してなり、
各フィルターエレメントが、径方向内側から外側に向けてシール用ガスを通過させ、ガス中の液体分を捕捉する円筒状のコアレッサー型フィルターエレメントであり、前記流入口を上部流通空間に配置したエレメント内側流路に連通させるとともに、当該上部流通空間のエレメント外側流路を下部流通空間に配置したエレメントの内側流路に連通させ、前記流出口を下部流通空間のエレメント外側流路に連通させ、容器底部に同じくエレメント外側流路に連通するドレン排出口を設けてなることを特徴とするシール用ガスのフィルター装置。
前記各フィルターエレメントが互いに同種のエレメントである請求項１記載のフィルター装置。
前記流出口に通じる容器内面側の開口部に対して、本体内壁との間に流通空間を形成する凹部を外面側に備え、且つ、該流通規制部材の前記開口部と異なる高さ位置に、エレメント外側流路より前記流通空間へ処理ガスを導入するための多孔部を穿設した略筒状の流通規制部材を覆設してなり、前記エレメントを通過した流体を前記多孔部を介して流通空間に導き、容器内面に沿って一旦軸方向に流通させた後、前記流出口より排出してなる請求項１又は２記載のフィルター装置。
エレメントを通過した清浄ガスの一部を、前記ドレン排出口を通じて排出させる排出手段を設け、当該排出される清浄ガスの流れにより容器内面に付着したドレンを排出口へ導いてなる請求項１又は２記載のフィルター装置。
前記容器を、前記下部流通空間が内面側に形成され、外周壁に流入口及び流出口が形成された筒状の容器本体と、前記上部流通空間が内面側に形成された同じく筒状の蓋体とより構成し、それぞれの開口端部に形成されたフランジを貫通するボルトによって互いに固定される請求項１〜４の何れか１項に記載のフィルター装置。