JP5554749B2 - 高圧流体用メカニカルシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、高圧流体を扱う回転機器（例えば、プロセスポンプ、ブロワ、圧縮機、タービン、攪拌器等）の軸封手段として使用されるメカニカルシール装置であって、複数の端面接触形のメカニカルシールを軸線方向に直列配置して、被密封流体領域と大気領域とを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高圧流体用メカニカルシール装置に関するものである。

この種のメカニカルシール装置として、一対の端面接触形のメカニカルシールを軸線方向に直列配置すると共に、両メカニカルシール間に形成された中間領域に被密封流体領域の圧力と異なる圧力のシール液（封液又は緩衝液）を循環供給して、被密封流体領域と大気領域とを中間領域を介して遮蔽シールするように構成されたものが周知であり、従来からも、中間領域に被密封流体領域より低圧の封液を循環供給させるように構成されたタンデムシール（例えば特許文献１を参照）や中間領域に被密封流体領域より高圧の封液を循環供給させるように構成されたダブルシール（例えば特許文献２を参照）が提案されている。

特開２０１０−２２３３３２公報 実開昭６３−１１９９６９号公報

しかし、このような従来のメカニカルシール装置にあっては、所定圧に保持されたシール液を中間領域に循環供給させるためにプレッシャユニットを付設する必要があった。このようなプレッシャユニットは高性能の循環ポンプ等を必要とするものであり、極めて高価である。したがって、プレッシャユニットを付設することにより、メカニカルシール装置のイニシャルコストやランニングコストが高騰するといった問題があった。

また、被密封流体領域の圧力変動により被密封流体領域と中間領域との圧力関係が逆転して、メカニカルシールに逆圧が作用する虞れがあるが、従来のメカニカルシール装置ではこのような逆圧作用に適正に対応することができず、良好なシール機能を発揮できないといった問題があった。なお、逆圧に対応するためには高度且つ高価な圧力制御システムが必要となり、メンテナンスコストも含めたコストが大幅に高騰する。

さらに、停電等によりプレッシャユニットの循環ポンプが停止した場合には、中間領域の圧力が適正に維持されなくなり、過負荷によるシール破損につながるといった問題もあった。

本発明は、このような問題を生じることなく、良好なシール機能を発揮しうる実用的な高圧流体用メカニカルシール装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、複数の端面接触形のメカニカルシールを軸線方向に直列配置して、被密封流体領域と大気領域とをメカニカルシール間に形成された中間領域を介して遮蔽シールするように構成された高圧流体用メカニカルシール装置において、上記の目的を達成すべく、各中間領域に、これに隣接する中間領域又は被密封流体領域の圧力と異なる圧力のシール液を充填・封入し、各々がシリンダ内の密閉空間をこれに進退自在に装填したピストンにより低圧流体用空間とピストン受圧面積が低圧流体用空間より小さな高圧流体用空間とに仕切ってなる中間領域数と同一数の均圧器を設けて、各中間領域を各均圧器の低圧流体用空間及び高圧流体用空間の一方に連通接続すると共に当該中間領域に隣接する中間領域又は被密封流体領域に当該均圧器の低圧流体用空間及び高圧流体用空間の他方に連通接続して、各中間領域とこれに隣接する中間領域又は被密封流体領域との圧力比が夫々一定に保持されるように構成しておくことを提案するものである。なお、本発明において圧力とは大気圧を基準とするゲージ圧をいうものとする。

かかる高圧流体用メカニカルシール装置の好ましい第１の実施の形態としては、被密封流体領域側の第１メカニカルシールと大気領域側の第２メカニカルシールとの間に形成された中間領域に被密封流体領域より低圧のシール液を充填・封入したタンデムシールが提案される。このタンデムシールにあっては、中間領域を均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に被密封流体領域を当該均圧器の高圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と中間領域との圧力比を一定に保持するように構成される。

また、本発明の高圧流体用メカニカルシールの好ましい第２の実施の形態としては、被密封流体領域側の第１メカニカルシールと大気領域側の第３メカニカルシールと両メカニカルシール間に位置する第２メカニカルシールとを、第１及び第２メカニカルシールがダブルシール構造をなすと共に第２及び第３メカニカルシールがタンデムシール構造をなすように配置したトリプルシールが提案される。このトリプルシールにあっては、第１及び第２メカニカルシール間に形成される第１中間領域に被密封流体より高圧の第１シール液を充填・封入すると共に第２及び第３メカニカルシール間に形成される第２中間領域に第１中間領域より低圧の第２シール液を充填・封入し、第１中間領域を第１均圧器の高圧流体用空間に連通接続すると共に第２均圧器の高圧流体用空間に連通接続し、被密封流体領域を第１均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に第２中間領域を第２均圧器の低圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と第１中間領域との圧力比及び両中間領域の圧力比を夫々一定に保持するように構成される。

また、本発明の高圧流体用メカニカルシールの好ましい第３の実施の形態としては、被密封流体領域側の第１メカニカルシールと大気領域側の第３メカニカルシールと両メカニカルシール間に位置する第２メカニカルシールとを相互にタンデムシール構造をなすように配置して、第１及び第２メカニカルシール間に形成される第１中間領域に被密封流体より低圧の第１シール液を充填・封入すると共に第２及び第３メカニカルシール間に形成される第２中間領域に第１中間領域より低圧の第２シール液を充填・封入したものが提案される。このメカニカルシール装置にあっては、第１中間領域を第１均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に第２均圧器の高圧流体用空間に連通接続し、被密封流体領域を第１均圧器の高圧流体用空間に連通接続すると共に第２中間領域を第２均圧器の低圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と第１中間領域との圧力比及び両中間領域の圧力比を夫々一定に保持するように構成される。

さらに、本発明の高圧流体用メカニカルシール装置にあっては、均圧器に、ピストンの移動位置ないし移動量を検知しうる検知装置を付設しておくことが好ましい。

本発明の高圧流体用メカニカルシール装置によれば、シール液（封液又は緩衝液）を中間領域に循環供給させることなく充填・封入させておくから、プレッシャユニットを必要とせず、ランニングコストやイニシャルコストを大幅に低減させることができる。また、被密封流体領域とこれに隣接する中間領域とを均圧器を介して連通接続することにより、更に複数の中間領域が存在する場合には各中間領域とこれに隣接する中間領域とを均圧器を介して連通接続しておくことにより、被密封流体領域が圧力変動する条件下で使用する場合や中間領域の圧力が変動するような不測の事態が発生する場合にも、格別の圧力制御システムを必要とすることなく、被密封流体領域とこれに隣接する中間領域との圧力関係及び各中間領域とこれに隣接する中間領域との圧力関係（圧力比）を適正に維持し得て、良好なメカニカルシール機能を発揮することができる。また、プレッシャユニットを必要としないから、停電等の非常時においても過負荷によるシール破損につながるようなトラブルが発生する虞れがない。

図１は本発明に係る高圧流体用メカニカルシール装置の一例を示す要部の縦断側面図である。 図２は当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図である。 図３は本発明に係る高圧流体用メカニカルシール装置の変形例を示す要部の縦断側面図である。 図４は当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図である。 図５は本発明に係る高圧流体用メカニカルシール装置の他の変形例を示すもので、当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図である。 図６は図１〜図５に示す各高圧流体用メカニカルシール装置に使用される均圧器の一例を示す縦断側面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。

すなわち、図１、図２及び図６は本発明に係る高圧用メカニカルシール装置の第１の実施形態を示すもので、図１は当該メカニカルシール装置の要部の縦断側面図であり、図２は当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図であり、図６は当該メカニカルシールに使用される均圧器の一例を示す縦断側面図である。

図１及び図２に示す高圧流体用メカニカルシール装置（以下「第１メカニカルシール装置」という」は、液状の高圧流体（例えば、高圧水等）Ｋを扱う竪型の回転機器（例えば、縦軸高圧ポンプ等）の軸封手段として使用されるもので、機内領域である被密封流体領域Ａと機外領域である大気領域Ｂとを軸線方向に直列配置した第１及び第２メカニカルシール１ａ，２ａにより遮蔽シールするように構成されたタンデムシールであり、被密封流体領域Ａと両メカニカルシール１ａ，２ａ間に形成された中間領域Ｃとを均圧器４ａを介して連通接続すると共に、中間領域Ｃに被密封流体領域Ａの圧力つまりシールすべき高圧流体（被密封流体）Ｋの圧力より若干低圧のシール液Ｌを充填・封入して、被密封流体領域Ａと大気領域Ｂとを中間領域Ｃを介してシールするように構成されている。なお、シール液Ｌはシール条件に応じて選定されるが、この例では清水が使用されている。

第１メカニカルシール１ａは、図１に示す如く、シールケース５に固定した静止密封環１１とその被密封流体領域側（下方側）に配してシールケース５を洞貫する回転軸６に軸線方向移動可能に保持された回転密封環１２と回転密封環１２を静止密封環１１へと押圧附勢するスプリング１３とを具備して、両密封環１１，１２の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の外周側領域を含む被密封流体領域Ａとその内周側領域を含む中間領域Ｃとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。なお、回転軸６は軸本体６ａとこれに適宜のスリーブ固定手段（この例ではシュリンクリング）６ｃにより挿通固定したスリーブ６ｂとで構成されている。

回転密封環１２は基端部にドライブカラー１２ａを連結したものであり、回転軸６のスリーブ６ｂにＯリング１４を介して軸線方向移動可能に嵌合保持されている。回転軸６のスリーブ６ｂには、回転密封環１２の被密封流体領域側に配してスプリングリテーナ１５が固定されると共にスプリングリテーナ１５の被密封流体領域側近傍位（下方近傍位）に配して循環リング１６が固着されている。循環リング１６の外周部は上方へ突出し且つシールケース５の内周面に近接する円筒状部１６ａに構成されており、円筒状部１６ａにはこれを径方向に貫通する複数の循環孔１６ｂが形成されている。被密封流体領域Ａは、図１に示す如く、外周にラビリンスを形成した循環リング１６により、両密封環１１，１２の相対回転摺接部分の外周側領域である第１メカニカルシール１の配設領域（以下「第１フラッシング領域」という）Ａ１とそれ以外の領域とに区画されている。回転密封環１２とスプリングリテーナ１５との間には、回転密封環１２を静止密封環１１へと押圧接触させるべく附勢するスプリング１３及び回転密封環１２の回転軸６に対する相対回転を阻止するドライブピン１７が介装されている。

第２メカニカルシール２ａは、図１に示す如く、第１メカニカルシール１ａの大気領域側（上方側）に第１メカニカルシール１ａとタンデム形態をなして配置されており、シールケース５に固定した静止環２１と静止環２１の被密封流体領域側に配して回転軸６に軸線方向移動可能に保持された回転環２２と両環２１，２２間に挟圧保持された遊動環２３と回転環２２を静止環２１へと押圧附勢するスプリング２４とを具備して、回転環２２と遊動環２３との対向端面である密封端面の相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の外周側領域を含む中間領域Ｃとその内周側領域を含む大気領域Ｂとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシール（遊動環形メカニカルシール）である。

回転環２２は基端部にドライブカラー２２ａを連結したもので、回転軸６のスリーブ６ｂにＯリング２５を介して軸線方向移動可能に嵌合保持されている。回転軸６のスリーブ６ｂには、回転環２２の被密封流体領域側（下方側）に配してスプリングリテーナ２６が嵌合固定されている。スプリングリテーナ２６の基端部（被密封流体領域側の端部）には循環リング２７が一体形成されている。循環リング２７の外周部は上方へ突出し且つシールケース５の内周面に近接する円筒状部２７ａに構成されており、円筒状部２７ａにはこれを径方向に貫通する複数の循環孔２７ｂが形成されている。中間領域Ｃは、循環リング２７により両環２２，２３の相対回転摺接部分の外周側領域である第２メカニカルシール２ａの配設領域（以下「第２フラッシング領域」という）Ｃ１とそれ以外の領域とに区画されている。回転環２２とスプリングリテーナ２６との間には、回転環２２を遊動環２３へと押圧接触させるべく附勢するスプリング２４及び回転環２２の回転軸６に対する相対回転を阻止するドライブピン２８が介装されている。遊動環２３は、スプリング２４による附勢力によって静止環２１と回転環２２との間に挟圧保持されており、静止環２１との間及びシールケース５との間には夫々Ｏリング２９ａ，２９ｂが装填されている。遊動環２３にはこれを軸線方向に貫通する適当数の連通孔２３ａ及び係合孔が形成されており、静止環２１に突設したドライブピン２１ａを当該係合孔に係合させることにより遊動環２３の静止環２１（及びシールケース５）に対する相対回転が阻止されている。

シールケース５は円形内周面を有する筒状のもので、図１及び図２に示す如く、被密封流体領域Ａに開口する高圧流体口５１ａ及び中間領域Ｃに開口する低圧流体口５１ｂが形成されている。高圧流体口５１ａは被密封流体領域Ａに開口されるが、この例では、図１に示す如く、第１フラッシング領域Ａ１を除く被密封流体領域Ａの適所であって循環リング１６の近傍位に開口されており、低圧流体口５１ｂは第２フラッシング領域Ｃ１の適所であって遊動環２３と循環リング２７との間に開口されている。

而して、両圧力口５１ａ，５１ｂは、図１及び図２に示す如く、均圧器４ａを介して連通接続されており、この均圧器４ａは、図６に示す如く、シリンダ４１内にピストン４２を装填してなるもので、一般的なピストン・シリンダと同様構造をなすものである。

すなわち、シリンダ４１は上下方向に伸びる円筒状の密閉容器である。ピストン４２は、一端面たる上面の中心部に上方へと延びるピストンロッド４２ａを連結してなる円盤状のものであり、ピストンロッド４２ａをシリンダ４１の上壁に貫通支持させることにより、シリンダ４１内に進退自在（軸線方移動自在）に装填されている。なお、ピストン４２とシリンダ４１の内壁面との接触部及びピストンロッド４２ａとこれが貫通するシリンダ４１の上壁との接触部はＯリングにより相対運動自在にシールされている。

シリンダ４１内の密閉空間は、ピストン４２により、ピストンロッド４２ａが存在する高圧流体用空間４３ａとピストンロッド４２ａが存在しない低圧流体用空間４３ｂとに仕切られており、ピストン受圧面積つまりピストン４２における流体用空間４３ａ，４３ｂ内の流体圧力を受ける面積はピストンロッド４２ａの存否により異なることになる。すなわち、低圧流体用空間４３ｂにおけるピストン受圧面積Ｓ２はシリンダ４１の内部空間断面積に一致するが、高圧流体用空間４３ａにおけるピストン受圧面積Ｓ１はシリンダ４１の内部空間断面積つまり上記ピストン受圧面積Ｓ２からピストンロッド４２ａの断面積Ｓ３を差し引いた値となっており、低圧流体用空間４３ｂにおけるピストン受圧面積Ｓ２より小さくなっている。

シリンダ４１には、図６に示す如く、高圧流体用空間４３ａの上端部に開口する高圧流体口４１ａ及び低圧流体用空間４３ｂの下部に開口する低圧流体口４１ｂが形成されており、図２に示す如く、夫々シールケース５に形成した高圧流体口５１ａ及び低圧流体口５１ｂに連通接続されている。すなわち、高圧流体口４１ａ，５１ａ間を高圧流体用配管７１ａで接続すると共に低圧流体口４１ｂ，５１ｂ間を低圧流体用配管７１ｂで接続してあって、高圧流体用配管７１ａから高圧流体用空間４３ａに高圧流体である被密封流体領域Ａの流体（被密封流体）Ｋが導入されると共に、低圧流体用配管７１ｂから低圧流体用空間４３ｂに低圧流体である中間領域Ｃの流体（シール液）Ｌが導入されるようになっている。

ところで、被密封流体Ｋの圧力をＰ１とし、シール液Ｌの圧力をＰ２とすると、均圧器４ａにおいては、ピストン４２の両側の圧力Ｐ１，Ｐ２（Ｐ１＞Ｐ２）と前記ピストン受圧面積Ｓ１，Ｓ２（Ｓ１＜Ｓ２）との間にはパスカルの原理によりＰ１・Ｓ１＝Ｐ２・Ｓ２の関係が成立することになる。すなわち、低圧流体（シール液）Ｌの圧力Ｐ２に対する高圧流体（被密封流体）Ｋの圧力Ｐ１の比率 （以下「圧力比」という）Ｐ１／Ｐ２と高圧流体用空間４３ａにおけるピストン受圧面積Ｓ１に対する低圧流体用空間４３ｂにおけるピストン受圧面積Ｓ２の比率（以下「ピストン受圧面積比ξ」という）Ｓ２／Ｓ１とが等価となる関係（Ｐ１／Ｐ２＝Ｓ２／Ｓ１）が成立することになる。一方、ピストン受圧面積比ξ（＝Ｓ２／Ｓ１）は、ピストンロッド４２ａの断面積Ｓ３のみを変更することによって任意に設定することができる。

而して、均圧器４ａにあっては、ピストン受圧面積比ξが第１メカニカルシール装置の設計段階ないし運転開始段階で設定される被密封流体Ｋの圧力（以下「被密封流体設定圧Ｐ１ａ」という」とこれより所定圧（若干圧）低く設定される中間領域Ｃの圧力（以下「シール液設定圧Ｐ２ａ」という）との圧力比Ｐ１ａ／Ｐ２ａとなる（ξ＝Ｓ２／Ｓ１＝Ｐ１ａ／Ｐ２ａ）ように設定されている。また、運転開始段階（Ｐ１＝Ｐ１ａ，Ｐ２＝Ｐ２ａである場合）において、ピストン４２が、図６（Ａ）に示す如く、シリンダ４１の上下方向中間位置（以下「基準位置」という）に位置されるように設定されている。

したがって、回転機器の運転状況の変化によって被密封流体領域Ａの圧力Ｐ１が上昇した場合や第２メカニカルシール２ａから大気領域Ｂへのシール液漏洩等によって中間領域Ｃの圧力Ｐ２が低下した場合には、図６（Ｂ）に示す如く、ピストン４２が低圧流体用空間４３ｂの容積を減少させる方向に移動し（例えば、基準位置（図６（Ａ）に示す位置）から下方に移動し）、この低圧流体用空間４３ｂの容積減少量に応じた増加圧力が低圧流体用配管７１ｂから中間領域Ｃへと伝播され、中間領域Ｃの圧力Ｐ２が上昇することになる。そして、ピストン４２は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間４３ａの圧力Ｐ１と低圧流体用空間４３ｂの圧力Ｐ２との圧力比Ｐ１／Ｐ２はピストン受圧面積比ξ（＝Ｐ１ａ／Ｐ２ａ）と等価となり、変化しない。すなわち、被密封流体領域Ａの圧力Ｐ１が中間領域Ｃの圧力Ｐ２に対して必要以上に高くなるようなことがなく、その圧力比Ｐ１／Ｐ２は当該圧力変動前と同一に保持されて、つまり一定（Ｐ１／Ｐ２＝ξ）に保持される。

このように、被密封流体領域Ａの圧力Ｐ１が上昇し及び／又は中間領域Ｃの圧力Ｐ２が下降した場合にも、両圧力Ｐ１，Ｐ２の差圧が予め設定された差圧（Ｐ１ａ−Ｐ２ａ）に比して必要以上に増大することがなく、第１メカニカルシール１ａに過大な負荷が作用せず、第１メカニカルシール１ａによるシール機能が良好に発揮される。

また、回転機器の運転状況の変化によって被密封流体領域Ａの圧力Ｐ１が低下した場合や第１メカニカルシール１から中間領域Ｃへの被密封流体漏洩等によって中間領域Ｃの圧力Ｐ２が上昇した場合には、図６（Ｃ）に示す如く、ピストン４２が低圧流体用空間４３ｂの容積を増大させる方向に移動し（例えば、前記基準位置から上方に移動し）、この低圧流体用空間４３ｂの容積増大量に応じた圧力減少が低圧流体用配管４２から中間領域Ｃへと伝播され、中間領域Ｃの圧力Ｐ２が低下することになる。そして、ピストン４２は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間４３ａの圧力Ｐ１と低圧流体用空間４３ｂの圧力Ｐ２との圧力比Ｐ１／Ｐ２は、上記した場合と同様に、ピストン受圧面積比ξ（設定された圧力比Ｐ１ａ／Ｐ２ａ）と等価となり、一定である。

したがって、被密封流体領域Ａの圧力Ｐ１が下降し及び／又は中間領域Ｃの圧力Ｐ２が上昇した場合にも、両圧力Ｐ１，Ｐ２の差圧が予め設定された差圧（Ｐ１ａ−Ｐ２ａ）に比して必要以上に減少したり両圧力Ｐ１，Ｐ２の関係が逆転する逆圧現象（Ｐ１＜Ｐ２）が生じたりすることがなく、第１メカニカルシール１ａによるシール機能が良好に発揮される。

このように、第１メカニカルシール装置にあっては、被密封流体領域Ａの圧力Ｐ１及び／又は中間領域Ｃの圧力Ｐ２が増減変化した場合にも、これらの圧力比Ｐ１／Ｐ２が常に一定に保持される（Ｐ１／Ｐ２＝ξ）ことになり、当該圧力比Ｐ１／Ｐ２が異常に増減したり逆圧現象（Ｐ１＜Ｐ２）を生じることによる第１メカニカルシール１ａのシール機能低下はこれが確実に防止される。

ところで、均圧器４ａにあっては、上記した如く、被密封流体領域Ａの圧力Ｐ１と中間領域Ｃの圧力Ｐ２との圧力比Ｐ１／Ｐ２を一定に保持すべくピストン４２がシリンダ４１内を移動（上下移動）するが、この移動量ないし移動位置を検知する検知装置を均圧器４ａに付設しておくことにより回転機器異常ないしメカニカルシール異常を検知することや回転機器ないしメカニカルシールの運転状況をモニタリングすることが可能となる。このようなピストン４２の移動量ないし移動位置を検知する検知装置としては種々のものが考えられるが、この例では、当該検知装置として、図６に示す如く、均圧器４ａにピストン４２の上下移動における上下限位置をシリンダ４１から上方に突出するピストンロッド４２ａによってＯＮ，ＯＦＦ作動されるリミットスイッチ４５ａ，４５ｂ及びピストン４２の移動量を当該ピストンロッド４２ａの上端位置で視認検知するメジャー４６を付設してある。すなわち、シリンダ４１の上面部に、ピストン４２が前記基準位置から所定量上昇した上限位置（図６（Ｃ）の鎖線位置）に位置されたときにおいてピストンロッド４２ａの上端（又はピストンロッド４２ａに設けた作動子）によりＯＮ作動（又はＯＦＦ作動）される上限リミットスイッチ４５ａ及びピストン４２が前記基準位置から所定量下降した下限位置（図６（Ａ）の鎖線位置）に位置されたときにおいてピストンロッド４２ａの上端（又はピストンロッド４２ａに設けた作動子）によりＯＦＦ作動（又はＯＮ作動）される下限リミットスイッチ４５ｂを支持させて、ピストン４２が上限位置又は下限位置まで移動したことを検知するようになっている。したがって、上限リミットスイッチ４５ａがＯＮ作動（又はＯＦＦ作動）されることにより被密封流体Ｋの圧力Ｐ１が異常に下降したこと或いは中間領域Ｃの圧力Ｐ２が異常に上昇したことを検出でき、また下限リミットスイッチ４５ｂがＯＦＦ作動（又はＯＮ作動）作動されることにより被密封流体Ｋの圧力Ｐ１が異常に上昇したこと或いは中間領域Ｃの圧力Ｐ２が異常に下降したことを検出でき、リミットスイッチ４５ａ，４５ｂの上記作動によって何らかの対応処置（例えば、回転機器の停止等）を人為的に行うこと（例えば、リミットスイッチ４５ａ，４５ｂの作動により適宜の警報を発し、これにより作業者が対応処置を人為的に行う）或いは自動的に行うことができ、回転機器やメカニカルシールの致命的なトラブル発生を未然に回避することができる。

また、シリンダ４１の上壁に、図６に示す如く、ピストンロッド４２ａの上端（又はピストンロッド４２ａに設けた指針）によりピストン４２の移動量を視認検知するメジャー４６を立設して、被密封流体領域Ａの圧力変動ないし中間領域Ｃの圧力変動を視覚的にモニタリングすることができ、これによって回転機器やメカニカルシールの運転状況を作業者が的確に把握できるように工夫してある。なお、このようなモニタリングは、ピストンロッド４２ａの移動量を電気的に検出してモニター画面に表示することにより行うようにすることも可能である。

ところで、第１メカニカルシール装置にあっては、中間領域Ｃに所定圧Ｐ２ａのシール液Ｌを充填・封入させるにすぎないから、かかるシール液Ｌの充填・封入手段としてはハンドポンプ等の簡易なポンプを使用すれば足り、冒頭で述べたように所定圧のシール液を循環供給させる場合のような高性能ポンプ等を有するプレッシャユニットはこれを必要としない。したがって、プレッシャユニットを設ける場合に比して、均圧器４ａが簡易なピストン・シリンダ構造をなすものであることとも相俟って、メカニカルシール装置のイニシャルコスト，ランニングコストが大幅に低減されると共に装置構造も大幅に簡略化、小型化することができる。しかも、シール液Ｌの充填・封入は運転開始時に行われるのみであるから、充填・封入手段としてハンドポンプを使用する場合は勿論、電源を必要とするポンプを使用する場合にも、均圧器４ａが電源を必要としないものであることとも相俟って、停電等によるポンプ停止により中間領域の圧力が適正に維持されなくなって過負荷によるシール破損につながるといった問題は生じない。

而して、この例では、シール液Ｌの充填・封入手段として、図２に示す如く、ハンドポンプ７１ｃを使用しており、運転開始時において、ハンドポンプ７１ｃにより低圧流体用配管７１ｂから所定圧Ｐ２ａのシール液Ｌを中間領域Ｃ（及び均圧器４ａの低圧流体用空間４３ｂ）に充填・封入するようにしている。なお、必要に応じて、高圧流体用配管７１ａには圧力計７１ｄ等が設けられ、低圧流体用配管７１ｂには、圧力トランスミッタ７１ｅ、安全弁７１ｆ、圧力計７１ｇ及びアキュムレータ７１ｈ等が設けられる。

また、第１メカニカルシール装置にあっては、図１及び図２に示す如く、シールケース５に第１フラッシング領域Ａ１に開口する第１給排液口５１ｃ，５１ｄ及び第２フラッシング領域Ｃ１に開口する第２給排液口５１ｅ，５１ｆを設けると共に、図２に示す如く、第１及び第２給排液口５１ｃ，５１ｄ及び５１ｅ，５１ｆ間を夫々クーラ５１ｇ，５１ｈを有する循環路５１ｉ，５１ｊで接続して、第１メカニカルシール１ａのシール部分（両密封環１１，１２の相対回転摺接部分）及び第２メカニカルシール２ａのシール部分（両環２２，２３の相対回転摺接部分）をフラッシングするように工夫されている。フラッシング液としては一般に清水等が使用されるが、この例では、第１メカニカルシール１ａに対しては第１フラッシング領域Ｃ１に充満する被密封流体Ｋの一部が使用され、第２メカニカルシール２ａに対しては第２フラッシング領域Ｃ１に充満するシール液Ｌの一部が使用されている。なお、第２給液口５１ｅは静止環２１と遊動環２３との間に向けて開口されており、第２給液口５１ｅから当該両環２１，２３間に供給されたフラッシング液Ｌは、遊動環２３の連通孔２３を通過して第２メカニカルシール２ａのシール部分に到達する。また、フラッシング済みの液Ｋ，Ｌは、循環リング１６，２７によるポンピング作用により、フラッシング領域Ａ１，Ｃ１からその下方領域（第１フラシング領域Ａ１を除く被密封流体領域部分又は第２フラッシング領域Ｃ１を除く中間領域部分）に流入することなく、フラッシング領域Ａ１，Ｃ１から排液口５１ｄ，５１ｆへと排出される。すなわち、給液口５１ｃ，５１ｅからフラッシング領域Ａ１，Ｃ１に供給されたフラッシング液Ｋ，Ｌは、循環リング１６，２７に受け止められて、その回転による遠心力により円筒状部１６ａ，２７ａへと誘導され、円筒状部１６ａ，２７ａの循環孔１６ｂ，２７ｂからこれに対向して開口する排液口５１ｄ，５１ｆへと排出される。

また、図３、図４及び図６は本発明に係る高圧用メカニカルシール装置の第２の実施形態を示すもので、図３は当該メカニカルシール装置の要部の縦断側面図であり、図４は当該メカニカルシール装置の全体構成を示す系統図であり、図６は当該メカニカルシールに使用される均圧器の一例を示す縦断側面図である。

図３及び図４に示す高圧流体用メカニカルシール装置（以下「第２メカニカルシール装置」という」は、第１メカニカルシール装置と同様に、液状の高圧流体（例えば、高圧水等）を扱う竪型の回転機器（例えば、縦軸高圧ポンプ等）の軸封手段として使用されるもので、被密封流体領域側の第１メカニカルシール１ｂと大気領域側の第３メカニカルシール３ｂと両メカニカルシール１ｂ，３ｂ間に位置する第２メカニカルシール２ｂとを第１メカニカルシール装置におけるものと同様構造をなすシールケース５と回転軸６との間に配して軸線方向に直列配置してなり、第１及び第２メカニカルシール１ｂ，２ｂ間に形成される第１中間領域Ｄに被密封流体（被密封流体領域Ａの高圧液体）より高圧の第１シール封液Ｌ１を充填・封入すると共に第２及び第３メカニカルシール２ｂ，３ｂ間に形成される第２中間領域Ｅに第１中間領域Ｄより低圧の第２シール液Ｌ２を充填・封入して、機内領域である被密封流体領域Ａと機外領域である大気領域Ｂとを第１及び第２中間領域Ｄ，Ｅを介してシールするように構成されたトリプルシールである。なお、シール液Ｌ１，Ｌ２としては、第１メカニカルシール装置と同様に、清水が使用されている。

第１メカニカルシール１ｂは、図３に示す如く、シールケース５に固定した静止密封環３１とその大気領域側（上方側）に配してシールケース５を洞貫する回転軸６に軸線方向移動可能に保持された回転密封環３２と回転密封環３２を静止密封環３１へと押圧附勢するスプリング３３とを具備して、両密封環３１，３２の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の内周側領域を含む被密封流体領域Ａとその外周側領域を含む第１中間領域Ｄとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。回転密封環３２は回転軸６のスリーブ６ｂにＯリング３４を介して軸線方向移動可能に嵌合保持されている。回転軸６のスリーブ６ｂには回転密封環３２の大気領域側に配してスプリングリテーナ３５が固定されており、このスプリングリテーナ３５と回転密封環３２との間には、回転密封環３２を静止密封環３１へと押圧接触させるべく附勢するスプリング３３及び回転密封環３２の回転軸６に対する相対回転を阻止するドライブピン３７が介装されている。なお、第１メカニカルシール１ｂと後述する第２メカニカルシール２ｂとは、上下方向における密封環配置を逆にするダブルシール構造をなしている。

第２及び第３メカニカルシール２ｂ，３ｂは、第１メカニカルシール装置の第１及び第２メカニカルシール１ａ，１ｂと同様構造をなすタンデムシールである。したがって、第２及び第３メカニカルシール２ｂ，３ｂの構成部材であって前記第１及び第２メカニカルシール１ａ，２ａの構成部材と同一のものについては、図３及び図４において図１及び図２と同一の符号を付することによって、その詳細は省略することとする。

第２メカニカルシール２ｂは、図３に示す如く、前記第１メカニカルシール１ａと同様構造をなすものであり、両密封環１１，１２の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の外周側領域を含む第１中間領域Ｄとその内周側領域を含む第２中間領域Ｅとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。第２メカニカルシール１ｂのスプリングリテーナ１５の基端部には循環リング３８が形成されている。この循環リング３８は前記第２メカニカルシール２ｂの循環リング２７と同様構成をなすものであり、その外周部は上方へ突出し且つシールケース５の内周面に近接する円筒状部３８ａに構成されており、円筒状部３８ａにはこれを径方向に貫通する複数の循環孔３８ｂが形成されている。第１中間領域Ｄは、循環リング３８により両密封環１１，１２の相対回転摺接部分の外周側領域である第２メカニカルシール２ｂの配設領域（以下「第１フラッシング領域」という）Ｄ１とそれ以外の領域とに区画されている。

第３メカニカルシール３ｂは、図３に示す如く、前記第２メカニカルシール２ａと同一構造をなすものであり、両環２２，２３の対向端面たる密封端面の相対回転摺接作用により、当該相対回転摺接部分の外周側領域を含む第２中間領域Ｅとその内周側領域を含む大気領域Ｂとを遮蔽シールするように構成された端面接触形のメカニカルシールである。第２中間領域Ｅは、スプリングリテーナ２６に一体形成された循環リング２７により、両環２２，２３の相対回転摺接部分の外周側領域である第３メカニカルシール３ｂの配設領域（以下「第２フラッシング領域」という）Ｅ１とそれ以外の領域とに区画されている。

シールケース５は円形内周面を有する筒状のもので、図３及び図４に示す如く、被密封流体領域Ａに開口する第１低圧流体口５２ａ、第１中間領域Ｄに開口する高圧流体口５２ｂ及び第２中間領域Ｅに開口する第２低圧流体口５２ｃが形成されている。高圧流体口５２ｂは第１フラッシング領域Ｄ１を除く第１中間領域Ｄの適所であって循環リング３８の近傍位に開口されており、第２低圧流体口５２ｃは第２フラッシング領域Ｅ１の適所であって遊動環２３と循環リング２７との間に開口されている。

而して、高圧流体口５２ｂと第１低圧流体口５２ａ及び第２低圧流体口５２ｃとは、図３及び図４に示す如く、第１及び第２均圧器４ｂ，４ｃを介して連通接続されていて、被密封流体領域Ａの圧力（被密封流体Ｋｂの圧力）Ｐ３と第１中間領域Ｄの圧力（第１シール液Ｌ１の圧力）Ｐ４との圧力比Ｐ４／Ｐ３及び第１中間領域Ｄの圧力Ｐ３と第２中間領域Ｅの圧力（第２シリンダ液Ｌ２の圧力）Ｐ５との圧力比Ｐ４／Ｐ５を夫々一定に保持するように構成されている。

各均圧器４ｂ，４ｃは、図６に示す如く、シリンダ４１内にピストン４２を装填してなるものであり、ピストン受圧面積比（高圧流体用空間４３ａにおけるピストン受圧面積Ｓ１に対する低圧流体用空間４３ｂにおけるピストン受圧面積Ｓ２の比率（Ｓ２／Ｓ１））を除いて前記均圧器４ａと同一構成をなすものである。

シールケース５の高圧流体口５２ｂは、図４に示す如く、第１高圧流体用配管７２ａにより第１均圧器４ｂの高圧流体口４１ａに連通接続されると共に第２高圧流体用配管７３ａにより第２均圧器４ｃの高圧流体口４１ａに連通接続されている。また、図４に示す如く、シールケース５の第１低圧流体口５２ａは第１低圧流体用配管７２ｂにより第１均圧器４ｂの低圧流体口４１ｂに連通接続されており、シールケース５の第２低圧流体口５２ｃは第２低圧流体用配管７３ｂにより第２均圧器４ｃの低圧流体口４１ｂに連通接続されている。

第１均圧器４ｂにあっては、ピストン受圧面積比ξ１が第２メカニカルシール装置の設計段階ないし運転開始段階で設定される被密封流体Ｋｂの圧力（以下「被密封流体設定圧Ｐ３ａ」という」とこれより所定圧（若干圧）高く設定される第１中間領域Ｄの圧力（以下「第１シール液設定圧Ｐ４ａ」という）との圧力比Ｐ４ａ／Ｐ３ａと等価となる（ξ１＝Ｓ２／Ｓ１＝Ｐ４ａ／Ｐ３ａ）ように設定されている。また、運転開始段階（Ｐ３＝Ｐ３ａ，Ｐ４＝Ｐ４ａである場合）において、ピストン４２が、図６（Ａ）に示す如く、シリンダ４１の上下方向中間位置（以下「基準位置」という）に位置されるように設定されている。

第２均圧器４ｃにあっては、ピストン受圧面積比ξ２が第２メカニカルシール装置の設計段階ないし運転開始段階で第１シール液設定圧Ｐ４ａより所定圧低く設定される第２中間領域Ｅの圧力（以下「第２シール液設定圧Ｐ５ａ」という）と第１シール液設定圧Ｐ４ａとの圧力比Ｐ４ａ／Ｐ５ａと等価となる（ξ２＝Ｓ２／Ｓ１＝Ｐ４ａ／Ｐ５ａ）ように設定されている。また、運転開始段階（Ｐ４＝Ｐ４ａ，Ｐ５＝Ｐ５ａである場合）において、ピストン４２が、図６（Ａ）に示す如く、シリンダ４１の上下方向中間位置（以下「基準位置」という）に位置されるように設定されている。

第２高圧流体用配管７３ａ（又は第１高圧流体用配管７２ａ）には、運転開始時において所定圧Ｐ４ａの第１シール液Ｌ１を第１中間領域Ｄに充填させるための簡易ポンプ（この例ではハンドポンプ）７３ｃが配設されており、更に必要に応じて圧力計７３ｄ等が設けられる。また第２低圧流体用配管７３ｂには、運転開始時に所定圧Ｐ５ａの第２シール液Ｌ２を第２中間領域Ｅに充填させるための簡易ポンプ（この例ではハンドポンプ）７３ｅが配設されており、更に必要に応じて圧力トランスミッタ７３ｆ、安全弁７３ｇ、圧力計７３ｈ及びアキュムレータ７３ｉ等が設けられる。

なお、第２メカニカルシール装置にあっても、第１メカニカルシール装置と同様に、第２及び第３メカニカルシール２ｂ，３ｂをフラッシングするように工夫されている。すなわち、図３及び図４に示す如く、シールケース５に第１フラッシング領域Ｄ１に開口する第１給排液口５２ｄ，５２ｅ及び第２フラッシング領域Ｅ１に開口する第２給排液口５２ｆ，５２ｇを設けると共に、図４に示す如く、第１及び第２給排液口５２ｄ，５２ｅ及び５２ｆ，５２ｇ間を夫々クーラ５２ｈ，５２ｉを有する循環路５２ｊ，５２ｋで接続して、第２メカニカルシール２ｂのシール部分（両密封環１１，１２の相対回転摺接部分）及び第３メカニカルシール３ｂのシール部分（両環２２，２３の相対回転摺接部分）をフラッシングするように工夫されている。フラッシング液としては一般に清水等が使用されるが、この例では、第２メカニカルシール２ｂに対しては第１フラッシング領域Ｄ１に充満する第１シール液Ｌ１の一部が使用され、第３メカニカルシール３ｂに対しては第２フラッシング領域Ｅ１に充満する第２シール液Ｌ２の一部が使用されている。なお、フラッシング済みの液Ｌ１，Ｌ２は、第１メカニカルシール装置と同様に、循環リング２７，３８によるポンピング作用により、フラッシング領域Ｄ１，Ｅ１からそのまま排液口５２ｅ，５２ｇへと排出される。

以上のように構成された第２メカニカルシール装置にあっては、回転機器の運転状況の変化によって被密封流体領域Ａの圧力Ｐ３が低下した場合（例えば、被密封流体設定圧Ｐ３ａより低くなった場合）には、図６（Ｂ）に示す如く、第１均圧器４ｂにおいてピストン４２が高圧流体用空間４３ａの容積を増大させる方向に移動し（例えば、基準位置（図６（Ａ）に示す位置）から下方に移動し）、この高圧流体用空間４３ａの容積増大量に応じた圧力減少が高圧流体用配管７２ａから第１中間領域Ｄへと伝播され、第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４が下降することになる。そして、ピストン４２は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間４３ａの圧力Ｐ４と低圧流体用空間４３ｂの圧力Ｐ３との圧力比Ｐ４／Ｐ３はピストン受圧面積比ξ１（＝Ｐ４ａ／Ｐ３ａ）と等価となり、変化しない。すなわち、第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４が被密封流体領域Ａの圧力Ｐ３に比して必要以上に高くなるようなことがなく、その圧力比Ｐ４／Ｐ３は当該圧力変動前と同一に保持されることになる。したがって、被密封流体領域Ａの圧力Ｐ３が低下した場合にも、この圧力Ｐ３と第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４との差圧が異常に高くなることによる問題（例えば、第１メカニカルシール１ａに過大な負荷が作用する）は生じず、第１メカニカルシール１ｂによるシール機能が良好に発揮される。

また、回転機器の運転状況の変化によって被密封流体領域Ａの圧力Ｐ３が上昇した場合や第２メカニカルシール２ｂから第２中間領域Ｅへの第１シール液Ｌ１の漏洩等により第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４が下降した場合には、図６（Ｃ）に示す如く、第１均圧器４ｂにおいてピストン４２が高圧流体用空間４３ａの容積を減少させる方向に移動し（例えば、前記基準位置から上方に移動し）、この高圧流体用空間４３ａの容積減少量に応じた圧力増加が高圧流体用配管７２ａから第１中間領域Ｄへと伝播され、第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４が上昇することになる。そして、ピストン４２は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間４３ａの圧力Ｐ４と低圧流体用空間４３ｂの圧力Ｐ３との圧力比Ｐ４／Ｐ３は、上記した場合と同様に、ピストン受圧面積比ξ１（＝Ｐ４ａ／Ｐ３ａ）と等価となり、一定に保持される。

したがって、被密封流体領域Ａの圧力Ｐ３が上昇し及び／又は第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４が低下した場合にも、両圧力Ｐ３，Ｐ４が逆転するようなことがなく、つまり逆圧（Ｐ４＜Ｐ３）が第１メカニカルシール１ｂに作用することがなく、第１メカニカルシール１ｂによるシール機能が良好に発揮される。

また、第３メカニカルシール３ｂから大気領域Ｂへの第２シール液Ｌ２が漏洩する等により第２中間領域Ｅの圧力Ｐ５が低下した場合又は被密封流体領域Ａの圧力上昇に伴い第１均圧器４ｂにより第２中間領域Ｄの圧力Ｐ４が上昇した場合には、図６（Ｂ）に示す如く、第２均圧器４ｃにおいてピストン４２が低圧流体用空間４３ｂの容積を減少させる方向に移動し（例えば、基準位置（図６（Ａ）に示す位置）から下方に移動し）、この低圧流体用空間４３ｂの容積減少量に応じた圧力増加が低圧流体用配管７３ｂから第２中間領域Ｅへと伝播され、第２中間領域Ｅの圧力Ｐ５が上昇することになる。そして、ピストン４２は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間４３ａの圧力Ｐ４と低圧流体用空間４３ｂの圧力Ｐ５との圧力比Ｐ４／Ｐ５はピストン受圧面積比ξ２（＝Ｐ４ａ／Ｐ５ａ）と等価となり、変化しない。すなわち、第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４が第２中間領域Ｅの圧力Ｐ５に比して必要以上に高くなるようなことがなく、その圧力比Ｐ４／Ｐ５は当該圧力変動前と同一に保持されることになる。したがって、上記したような場合にも、第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４と第２中間領域Ｅの圧力Ｐ５との差圧が異常に大きくなることによる問題（例えば、第２メカニカルシール２ｂに過大な負荷が作用する）は生じず、第２メカニカルシール２ｂによるシール機能が良好に発揮される。

また、被密封流体領域Ａの圧力低下に伴い第１均圧器４ｂにより第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４が低下した場合又は第２メカニカルシール２ｂから第２中間領域Ｅへ第１シール液Ｌ１が漏洩することにより第３中間領域Ｅの圧力Ｐ５が上昇した場合（或いは第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４が低下した場合）には、図６（Ｃ）に示す如く、第２均圧器４ｃにおいてピストン４２が低圧流体用空間４３ｂの容積を増大させる方向に移動し（例えば、前記基準位置から上方に移動し）、この低圧流体用空間４３ｂの容積増大量に応じた圧力減少が低圧高圧流体用配管７３ｂから第２中間領域Ｅへと伝播され、第２中間領域Ｅの圧力Ｐ５が低下することになる。そして、ピストン４２は、その両側に作用する流体圧力による押圧力がバランスされた位置で静止するが、このとき、高圧流体用空間４３ａの圧力Ｐ４と低圧流体用空間４３ｂの圧力Ｐ５との圧力比Ｐ４／Ｐ５は、上記した場合と同様に、ピストン受圧面積比ξ２（＝Ｐ４ａ／Ｐ５ａ）と等価となり、一定に保持される。

したがって、このように第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４が低下し及び／又は第２中間領域Ｄの圧力Ｐ５が上昇した場合にも、両圧力Ｐ４，Ｐ５が逆転するようなことがなく、つまり逆圧（Ｐ４＜Ｐ５）が第２メカニカルシール２ｂに作用することがなく、第２メカニカルシール２ｂによるシール機能が良好に発揮される。

このように、第２メカニカルシール装置にあっては、被密封流体領域Ａの圧力Ｐ３、第１中間領域Ｄの圧力Ｐ４及び第２中間領域Ｅの圧力Ｐ５の相互間における圧力関係（圧力比）が第１及び第２均圧器４ｂ，４ｃにより適正に保持されることになり、良好なシール機能が発揮される。

また、各均圧器４ｂ，４ｃに設けられたピストン移動位置ないし移動量の検知装置（リミットスイッチ４５ａ，４５ｂ及びメジャー４６）により、第２メカニカルシール装置やこれを装備する回転機器の運転状況を的確に把握することができることは、前記した第１メカニカルシール装置と同様である。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改良、変更することが可能である。

例えば、メカニカルシール数ｎを２とするメカニカルシール装置としては、第１メカニカルシール装置のようなタンデムシールに限定されず、第１メカニカルシール１ａと第２メカニカルシール２ａとをそれらの密封環が逆向きに配置されるダブルシールとすることも可能である。この場合、第中間領域Ｃに被密封流体領域Ａより高圧のシール液を充填・封入させるときには、両領域Ａ，Ｃを第２メカニカルシール装置における被密封流体領域Ａと第１中間領域Ｄとを第１均圧器４ｂを介して連通接続させる場合と同様構成としておく。

また、メカニカルシール数ｎを３とするメカニカルシール装置としては、第２メカニカルシール装置のようなダブルシール構造（第１メカニカルシール１ｂと第２メカニカルシール２ｂとがなすシール構造）とタンデムシール構造（第２メカニカルシール２ｂと第３メカニカルシール３ｂとがなすシール構造）との組み合わせとせず、図５に示す如く、すべてのメカニカルシール相互がタンデムシール構造をなすように構成してもよい。

すなわち、図５に示す高圧流体用メカニカルシール装置（以下「第３メカニカルシール装置」という）にあっては、第１、第２及び第３メカニカルシール１ｃ，２ｃ，３ｃが夫々シールケース５に設けた静止密封環（又は遊動環）１０１と回転軸６に設けた回転密封環（又は回転環）１０２との相対回転摺接作用によりシール機能を発揮するように構成された端面接触形のメカニカルシールであり、各メカニカルシールとこれに隣接するメカニカルシールとがタンデムシール構造をなしており、第１及び第２メカニカルシール１ｃ，２ｃ間の第１中間領域Ｆに被密封流体領域Ａより低圧の第１シール液を充填・封入すると共に第２及び第３メカニカルシール２ｃ，３ｃ間の第２中間領域Ｇに第１中間領域Ｆより低圧の第２シール液を充填・封入して、被密封流体領域Ａと大気領域Ｂとを中間領域Ｆ，Ｇを介してシールするように構成されている。そして、この第３メカニカルシール装置にあっては、第１中間領域Ｆとこれに隣接する被密封流体領域Ａ及び第２中間領域Ｇとの間を、第１図６に示す如く、第１及びメカニカルシール装置で使用した均圧器４ａ，４ｂ，４ｃ，と同様構造をなす均圧器４ｄ，４ｅを介して連通接続してある。すなわち、図５に示す如く、被密封流体領域Ａに開口するシールケース５の高圧流体口５３ａと第１均圧器４ｄの高圧流体口４１ａとを第１高圧流体用配管７４ａで接続し、第１中間領域Ｆに開口するシールケース５の第１低圧流体口５３ｂと第１均圧器４ｄの低圧流体口４１ｂとを第１低圧流体用配管７４ｂで接続すると共に第１低圧流体口５３ｂと第２均圧器４ｅの高圧流体口４１ａとを第２高圧流体用配管７５ａで接続し、第２中間領域Ｇに開口するシールケース５の第２低圧流体口５３ｃと第２均圧器４ｅの低圧流体口４１ｂとを第２低圧流体用配管７５ｂで接続してある。第１均圧器４ｄにおけるピストン受圧面積比は被密封流体領域Ａと第１中間領域Ｆとの圧力関係に応じて、また第２均圧器４ｅにおけるピストン受圧面積比は両中間領域Ｆ，Ｇの圧力関係に応じて、夫々設定される。而して、第３メカニカルシール装置にあっては、第１メカニカルシール装置において被密封流体領域Ａと中間領域Ｃとの圧力関係が均圧器４ａにより適正に保持される場合と同様の作用により、第１中間領域Ｆと被密封流体領域Ａ及び第２中間領域Ｇとの圧力関係（圧力比）が均圧器４ｄ，４ｅにより適正に保持される。なお、第２高圧流体用配管７５ａ（又は第１低圧流体用配管７４ａ）には、運転開始時において所定圧の第１シール液を第１中間領域Ｆに充填させるための簡易ポンプ（この例ではハンドポンプ）７５ｃが配設されており、更に必要に応じて圧力計７５ｄ等が設けられる。また第２低圧流体用配管７５ｂには、運転開始時に所定圧の第２シール液を第２中間領域Ｇに充填させるための簡易ポンプ（この例ではハンドポンプ）７５ｅが配設されており、更に必要に応じて圧力トランスミッタ７５ｆ、安全弁７５ｇ、圧力計７５ｈ及びアキュムレータ７５ｉ等が設けられる。また、第３メカニカルシール装置にあっても、第１メカニカルシール装置又は第２メカニカルシール装置と同様のフラッシング手段を設けることが可能である。

また、本発明はメカニカルシール数ｎを４以上とする高圧流体用メカニカルシール装置にも適用することができる。この場合、各中間領域とこれに隣接する中間領域及び被密封流体領域との間を、ピストン受圧面積比（低圧流体用空間のピストン受圧面積を高圧流体用空間のピストン面積で除したもの）が予め設定された高圧流体領域と低圧流体領域との圧力比（高圧流体の圧力を低圧流体の圧力で除したもの）に一致するように構成されたｎ−１個の均圧器を使用して、高圧流体領域を当該均圧器の高圧流体用空間に接続すると共に低圧流体領域を当該均圧器の低圧流体用空間に接続しておくのである。

また、本発明のメカニカルシール装置は、上記した如く高圧液体を扱う竪型の回転機器の軸封手段として使用される他、高圧液体を扱う横型の回転機器や高圧気体を扱う竪型又は横型の回転機器等の軸封手段としても好適に使用することができる。

１ａ 第１メカニカルシール（端面接触形のメカニカルシール）
１ｂ 第１メカニカルシール（端面接触形のメカニカルシール）
１ｃ 第１メカニカルシール（端面接触形のメカニカルシール）
２ａ 第２メカニカルシール（端面接触形のメカニカルシール）
２ｂ 第２メカニカルシール（端面接触形のメカニカルシール）
２ｃ 第２メカニカルシール（端面接触形のメカニカルシール）
３ｂ 第３メカニカルシール（端面接触形のメカニカルシール）
３ｃ 第３メカニカルシール（端面接触形のメカニカルシール）
４ａ 均圧器
４ｂ 第１均圧器
４ｃ 第２均圧器
４ｄ 第１均圧器
４ｅ 第２均圧器
５ シールケース
６ 回転軸
１１ 静止密封環
１２ 回転密封環
１３ スプリング
２１ 静止環
２２ 回転環状
２３ 遊動環
２４ スプリング
４１ シリンダ
４１ａ 高圧流体口
４１ｂ 低圧流体口
４２ ピストン
４２ａ ピストンロッド
４３ａ 高圧流体用空間
４３ｂ 低圧流体用空間
４５ａ リミットスイッチ（検知装置）
４５ｂ リミットスイッチ（検知装置）
４６ メジャー（検知装置）
７１ａ 高圧流体用配管
７１ｂ 低圧流体用配管
７２ａ 第１高圧流体用配管
７２ｂ 第１低圧流体用配管
７３ａ 第２高圧流体用配管
７３ｂ 第２低圧流体用配管
７４ａ 第１高圧流体用配管
７４ｂ 第１低圧流体用配管
７５ａ 第２高圧流体用配管
７５ｂ 第２低圧流体用配管
１０１ 静止密封環
１０２ 回転密封環
Ａ 被密封流体領域
Ｂ 大気領域
Ｃ 中間領域
Ｄ 第１中間領域
Ｅ 第２中間領域
Ｆ 第１中間領域
Ｇ 第２中間領域
Ｋ 被密封流体
Ｌ シール液
Ｌ１ 第１シール液
Ｌ２ 第２シール液

Claims (5)

1. 複数の端面接触形のメカニカルシールを軸線方向に直列配置して、被密封流体領域と大気領域とをメカニカルシール間に形成された中間領域を介して遮蔽シールするように構成された高圧流体用メカニカルシール装置において、
   各中間領域に、これに隣接する中間領域又は被密封流体領域の圧力と異なる圧力のシール液を充填・封入してあり、
   各々がシリンダ内の密閉空間をこれに進退自在に装填したピストンにより低圧流体用空間とピストン受圧面積が低圧流体用空間より小さな高圧流体用空間とに仕切ってなる中間領域数と同一数の均圧器を設けて、各中間領域を各均圧器の低圧流体用空間及び高圧流体用空間の一方に連通接続すると共に当該中間領域に隣接する中間領域又は被密封流体領域に当該均圧器の低圧流体用空間及び高圧流体用空間の他方に連通接続して、各中間領域とこれに隣接する中間領域又は被密封流体領域との圧力比が夫々一定に保持されるように構成したことを特徴とする高圧流体用メカニカルシール装置。
2. 被密封流体領域側の第１メカニカルシールと大気領域側の第２メカニカルシールとの間に形成された中間領域に被密封流体領域より低圧のシール液を充填・封入したタンデムシールであって、中間領域を均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に被密封流体領域を当該均圧器の高圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と中間領域との圧力比が一定に保持されるように構成したことを特徴とする、請求項１に記載するメカニカルシール装置。
3. 被密封流体領域側の第１メカニカルシールと大気領域側の第３メカニカルシールと両メカニカルシール間に位置する第２メカニカルシールとを、第１及び第２メカニカルシールがダブルシール構造をなすと共に第２及び第３メカニカルシールがタンデムシール構造をなすように配置して、第１及び第２メカニカルシール間に形成される第１中間領域に被密封流体より高圧の第１シール液を充填・封入すると共に第２及び第３メカニカルシール間に形成される第２中間領域に第１中間領域より低圧の第２シール液を充填・封入し、第１中間領域を第１均圧器の高圧流体用空間に連通接続すると共に第２均圧器の高圧流体用空間に連通接続し、被密封流体領域を第１均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に第２中間領域を第２均圧器の低圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と第１中間領域との圧力比及び両中間領域の圧力比が夫々一定に保持されるように構成したことを特徴とする、請求項１に記載する高圧流体用メカニカルシール装置。
4. 被密封流体領域側の第１メカニカルシールと大気領域側の第３メカニカルシールと両メカニカルシール間に位置する第２メカニカルシールとを相互にタンデムシール構造をなすように配置して、第１及び第２メカニカルシール間に形成される第１中間領域に被密封流体より低圧の第１シール液を充填・封入すると共に第２及び第３メカニカルシール間に形成される第２中間領域に第１中間領域より低圧の第２シール液を充填・封入し、第１中間領域を第１均圧器の低圧流体用空間に連通接続すると共に第２均圧器の高圧流体用空間に連通接続し、被密封流体領域を第１均圧器の高圧流体用空間に連通接続すると共に第２中間領域を第２均圧器の低圧流体用空間に連通接続して、被密封流体領域と第１中間領域との圧力比及び両中間領域の圧力比が夫々一定に保持されるように構成したことを特徴とする、請求項１に記載する高圧流体用メカニカルシール装置。
5. 均圧器には、ピストンの移動位置ないし移動量を検知しうる検知装置が付設されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載する高圧流体用メカニカルシール装置。

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