JP6084892B2 - ガスシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、液状又は固体状の異物（スラリ，スラグ等）を含有するガスを扱う回転機器（例えば、製鉄所の高炉に装備される生成ガスのブロワー等）の軸封手段として使用されるガスシール装置に関するものである。

この種のガスシール装置としては、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シールガスの供給による静圧を発生させることにより、当該密封端面を非接触状態に保持させつつ、回転機器の内部領域たる機内ガス領域と外部領域たる機外大気領域とをシールするように構成された非接触形メカニカルシールが周知である（例えば、特許文献１を参照）。

かか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、ガスを扱う回転機器の軸封手段として好適に使用されるものである。

特開２０１０−２５２０１公報

しかし、シールすべきガスがスラリやスラグ等の液状又は固体状の異物を含有する場合には、かか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，喪失する。

本発明は、このような異物含有ガスを扱う回転機器においても、上記した問題を生じることなく、長期に亘って良好なシール機能を発揮，維持しうるガスシール装置を提供することを目的とするものである。

この課題を解決した本発明は、回転機器の機内ガス領域と機外大気領域とを機外大気領域側の非接触形メカニカルシールと機内ガス領域側のラビリンスシールとにより当該両シール間に形成されたパージガス領域を介してシールするように構成されたガスシール装置であって、非接触形メカニカルシールが、回転機器の軸封部ケーシングの外部端に着脱可能に取り付けられた筒状のシールケースと、シールケースを同心状に洞貫する当該回転機器の回転軸に挿脱可能に固定されたスリーブと、シールケースに軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、静止密封環より機内ガス領域側に位置して静止密封環に直対向した状態でスリーブに固定された回転密封環と、シールケースと静止密封環との間に介装されて静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリングと、シールケース及び静止密封環に形成されて両密封環の対向端面たる密封端面間に機内ガス領域より高圧のシールガスを供給するシールガス供給路とを具備して、シールガスの供給により密封端面間に発生させた静圧によって当該密封端面間を非接触状態に保持しつつ、両密封端面の相対回転部分においてパージガス領域と機外大気領域とをシールするように構成されており、ラビリンスシールが、外周面をラビリンスシール面とする円筒状部材であって、回転密封環より機内ガス領域側に位置して前記スリーブの外周面に着脱可能に固定されたシール体と、シールケースに着脱可能に取り付けられており、当該ラビリンスシール面に近接対向して軸線方向に並列する複数の環状凸部を内周部に有するラビリンス体と、シールケースに形成されてパージガス領域に前記シールガスより低圧で且つ機内ガス領域のガスより高圧のパージガスを供給するパージガス供給通路とを具備して、当該ラビリンスシール面とラビリンス体との相対回転部分において機内ガス領域とパージガス領域とを区画シールするように構成されており、シールケースに一端部をパージガス領域に開口するドレン通路を形成すると共に、このドレン通路の他端部に開閉弁を有するドレン管を接続してあることを特徴とするガスシール装置を提案するものである。

かかるガスシール装置にあっては、前記ラビリンスシール面がこれより機外大気領域側に位置するスリーブ部分及び回転密封環の外周面と同一径又は大径をなすものであり、スリーブ並びにこれに取り付けられた回転密封環を含む回転側密封要素を回転軸に固定させた状態で、シールケース並びにこれに取り付けられた静止密封環及びラビリンス体を含む静止側密封要素を分解することなく一体構造物として軸封部ケーシングに着脱可能に取り付けうるように構成されていることが好ましく、更にはスリーブの機外大気領域側の端部に設けたセットスクリューにより、回転側密封要素を分解することなく一体構造物として回転軸に挿脱可能に固定しうるように構成されていることが好ましい。

本発明のガスシール装置は、機内ガス領域と機外大気領域とを機外大気領域側の非接触形メカニカルシール及び機内ガス領域側のラビリンスシールにより両シール間に形成されたパージガス領域を介してシールするものであるから、機内ガスが液状又は固体状の異物を含有するものである場合にも、良好なシール機能を発揮することができる。また、パージガス領域に異物が侵入した場合にも、これをドレン通路から速やかに排出することができると共に、ドレン通路からの排出ガスの性状によりパージガス領域への異物侵入を的確に検知することができ、非接触形メカニカルシールのシール機能が当該異物により低下，喪失する事態を未然に防止することができる。さらに、ドレン通路の開閉によりパージガス領域の圧力調整を行うことができ、これによりパージガス領域と機外大気領域との間の非接触形メカニカルシールによるシール機能を良好に発揮させることができる。したがって、本発明によれば、機内ガスが液状又は固体状の異物を含有するものである場合にも、長期に亘って良好なシール機能を発揮するガスシール装置を提供することができる。

また、シールケース４並びにこれに取り付けられた静止密封環及びラビリンス体を含む静止側密封要素及びスリーブ並びにこれに設けられた回転密封環を含む回転側密封要素を、これらを分解することなく一体構造物として軸封部ケーシング及び回転軸に脱着できるように構成しておくことによって、シール体及び／又はラビリンス体の交換作業を含むラビリンスシールのメンテナンスを容易に行うことができる。したがって、ラビリンスシール及び非接触形メカニカルシールのシール機能を長期に亘って良好に発揮させることができ、液状又は固体状の異物を含有するガスを扱う回転機器の軸封手段として極めて実用性に富むガスシール装置を提供できる。

図１は本発明に係るガスシール装置の一例を示す縦断側面図である。 図２は図１のII−II線に沿う縦断正面図である。 図３は当該ガスシール装置のシールケース取り外し状態を示す図１対応の半截縦断側面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図３に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明に係るガスシール装置の一例を示す縦断側面図であり、図２は図１のII−II線に沿う縦断正面図であり、図３は当該ガスシール装置のシールケース取り外し状態を示す図１対応の半截縦断側面図である。

図１に示すガスシール装置は、液状異物又は固体状異物を含有するガス（以下「機内ガス」という）を扱う横型の回転機器（例えば、製鉄所の高炉に装備される生成ガス（スラリ及び／又はスラグを含む転炉ガスや混合ガス）のブロワー）の軸封手段として使用されるもので、当該回転機器の内部領域たる機内ガス領域Ａとその外部領域たる機外大気領域Ｂとを、機外大気領域Ｂ側の非接触形メカニカルシール１と機内ガス領域Ａ側のラビリンスシール２とにより両シール１，２間に形成されたパージガス領域Ｃを介してシールするものである。なお、以下の説明において、前後とは図１又は図３における左右を、また上下とは図１又は図３における上下を、夫々意味する。

非接触形メカニカルシール１は、図１に示す如く、回転機器の軸封部ケーシング３の外部端３ａに取り付けられた筒状のシールケース４と、シールケース４を同心状に洞貫する当該回転機器の回転軸５に挿通固定されたスリーブ６と、シールケース４に軸線方向移動可能に保持された静止密封環７と、静止密封環７より機内ガス領域Ａ側に位置して静止密封環７に直対向した状態でスリーブ６に固定された回転密封環８と、シールケース４と静止密封環７との間に介装されて静止密封環７を回転密封環８へと押圧附勢するスプリング９と、シールケース４及び静止密封環７に形成されて両密封環７，８の対向端面たる密封端面７ａ，８ａ間に機内ガス領域Ａより高圧のシールガスＳを供給するシールガス供給路１０とを具備して、シールガスＳの供給により密封端面７ａ，８ａ間に発生させた静圧によって当該密封端面７ａ，８ａ間を非接触状態に保持しつつ、両密封端面７ａ，８ａの相対回転部分においてパージガス領域Ｃと機外大気領域Ｂとをシールするように構成された静圧形の非接触形メカニカルシールである。

シールケース４は、図１に示す如く、軸封部ケーシング３の外部端（前端部）３ａに水平をなして着脱可能に取り付けられた円筒構造体であり、ケース本体４ａ，４ｂと保持体４ｃ，４ｄ，４ｅとに分割構成されている。すなわち、ケース本体は、円筒状の本体部４ａと本体部４ａの軸線方向中間部の外周に突設された円環状の取付部４ｂとからなる一体構造物である。このケース本体４ａ，４ｂは、図１に示す如く、軸封部ケーシング３の外部端３ａから水平に突出する複数個のネジ軸１１（一個のみ図示）に取付部４ｂに穿設した貫通孔４ｆを挿通させると共にナット１２を螺合，締付けることにより、本体部４ａの先端部（後端部）を軸封部ケーシング３内に突入させた状態で、軸封部ケーシング３の外部端３ａに着脱可能に取り付けられている。保持体は、円環状のフランジ部４ｃと、フランジ部４ｃの先端面（後端面）の内周端部から本体部４ａ内へと突出する円筒状の保持部４ｄと、当該先端面における径方向中間部から保持部４ｄと同心をなして本体部４ａ内へと突出する円筒状の係止部４ｅとからなる一体構造物である。この保持体４ｃ，４ｄ，４ｅは、図１に示す如く、フランジ部４ｃの外周側部分に挿通させた複数個のボルト１３（一個のみ図示）を本体部４ａに螺着させることにより、フランジ部４ｃの外周側部分を本体部４ａの基端部（前端部）に衝合させると共に係止部４ｅを本体部４ａに内嵌させた状態で、ケース本体４ａ，４ｂに一体連結されている。

スリーブ６は、図１に示す如く、回転軸５に挿通された円筒状の本体部６ａとその先端部（後端部）に膨出形成された円環状の受止部６ｂとで一体構成されたスリーブ本体と、回転軸５に挿通された厚肉円筒状の固定部６ｃとその先端外周部（後端外周部）から軸線方向に延びて本体部６ａの基端部分（前端部分）に外嵌された薄肉円筒状の押圧部６ｄとで一体構成された取付体とに分割構成されている。而して、スリーブ６は、図１に示す如く、固定部６ｃに挿通させた複数個のボルト１４（一個のみ図示）を本体部６ａに螺着して取付体６ｃ，６ｄをスリーブ本体６ａ，６ｂに取り付けることにより一体構造物に組立てられるものであり、スリーブ６の機外大気領域Ｂ側の端部である固定部６ｃに螺合させた複数個のセットスクリュー１６（一個のみ図示）を回転軸５へと締付けることにより、回転軸５に挿脱可能に固定される。なお、スリーブ６の外径は受止部６ｂにおいて最大となっており、受止部６ｂより機外大気領域Ｂ側のスリーブ部分６ｃ，６ｄの外径は同一である。

静止密封環７は、スリーブ６の押圧部６ｄに同心状に遊嵌された状態で、シールケース４に相対回転不能且つ軸線方向（前後方向）に移動可能に保持されている。すなわち、静止密封環７は、図１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及び第二Ｏリング１７，１８を介在させた二次シール状態でシールケース４の本体部４ａの内周面に保持させると共に、その内周面を第三Ｏリング１９を介在させた二次シール状態でシールケース４の保持部４ｄの外周面に保持させることにより、シールケース４に軸線方向に移動可能に保持されている。また静止密封環７は、図１に示す如く、その基端部（前端部）に穿設した複数個の係合凹部７ｂ（一個のみ図示）にシールケース４のフランジ部４ｃに植設した各ドライブピン２０を係合させることによって、一定範囲での軸線方向移動が許容された状態で、シールケース４に対する相対回転が阻止されている。この例では、静止密封環７がカーボン製の環状体であり、その先端面（後端面）は軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面７ａに構成されている。なお、シールケース４と静止密封環７との対向周面間には第一及び第三Ｏリング１７，１９でシールされた密閉空間２２が形成されているが、静止密封環７には、図１に示す如く、当該密閉空間２２とパージガス領域Ｃとを連通する背圧導入孔２３が形成されていて、背圧導入孔２３から密閉空間２２に導入されたパージガス領域Ｃの流体圧が静止密封環７を回転密封環８へと押圧する背圧として作用するように工夫されている。この背圧により静止密封環７に作用する押圧力は、後述するスプリング９による押圧力（附勢力）と共に密封端面７ａ，８ａ間を閉じる方向の閉力として作用する。

回転密封環８は、静止密封環７より機内ガス領域Ａ側（後方側）に配して、回転軸５にスリーブ６を介して固定されている。すなわち、回転密封環８は、図１に示す如く、シールケース４の本体部４ａ内に配して、静止密封環７と直対向した状態でスリーブ６の本体部６ａに嵌合されると共にボルト１４を締付けることによりスリーブ６の受止部６ｂと押圧部６ｄとの間に挟圧された状態で、スリーブ６に固定されている。回転密封環８の先端面（前端面）は軸線に直交する平滑な環状平面である密封端面８ａに構成されている。この例では、回転密封環８がステンレス鋼等の金属製の円環状体であり、その先端面にはセラミックス層８ｂが被覆形成されており、このセラミックス層８ｂで密封端面８ａが構成されている。また、回転密封環８は、その基端部（後端部）に形成した係合凹部８ｃにスリーブ６の受止部６ｂに植設したドライブピン２１を係合させることによって、スリーブ６つまり回転軸５に対する相対回転が阻止されている。

スプリング９は、図１に示す如く、静止密封環７とシールケース４のフランジ部４ｃとの間に周方向に等間隔を隔てて介装された複数個のコイルスプリング（一個のみ図示）で構成されていて、静止密封環７を回転密封環８へと押圧附勢するものであり、密封端面７ａ，８ａを閉じる方向に作用する閉力を発生させるものである。

シールガス供給路１０は、図１に示す如く、シールケース４及び静止密封環７に形成された一連のものであり、静止密封環７とシールケース４との対向周面間に形成された連通空間１０ａと、シールケース４の本体部４ａを貫通して連通空間１０ａに連通するケース側通路１０ｂと、静止密封環７の密封端面７ａに形成された静圧発生溝１０ｃと、静止密封環７を貫通して連通空間１０ａから静圧発生溝１０ｃに至る密封環側通路１０ｄと、密封環側通路１０ｄに配設されたオリフィス１０ｅとからなり、機内ガス領域Ａ及びパージガス領域Ｃの圧力より高圧のシールガスＳを静圧発生溝１０ｃに供給させることにより、密封端面７ａ，８ａ間にこれを開く方向に作用する静圧（開力）を発生させるものである。

連通空間１０ａは、図１に示す如く、静止密封環７とシールケース４の本体部４ａとの対向周面間に形成された環状空間であって、当該対向周面間に装填された第一及び第二Ｏリング１７，１８によってシールされている。なお、第一Ｏリング１７の連通空間１０ａから機外大気領域Ｂへの飛び出しはシールケース４の係止部４ｅで阻止されており、第二Ｏリング１８の連通空間１０ａからパージガス領域Ｃへの飛び出しはシールケース４の本体部４ａの内周面に突設した円環状の係止部４ｇで阻止されている。また、静止密封環７の外周面には連通空間１０ａに突出する環状凸部７ｃが形成されていて、両Ｏリング１７，１８の一定以上の接近を阻止している。この環状凸部７ｃは、図３に示す如く、シールケース４を軸封部ケーシング３から取り外した場合において、第二Ｏリング１８に衝合することにより、スプリング９の附勢力による静止密封環７のシールケース４（保持部４ｄ及び係止部４ｅ）からの脱落を防止するものである。勿論、静止密封環７を保持しているシールケース部分つまり保持部４ｄ及び係止部４ｅは、環状凸部７ｃが第二Ｏリング１８に衝合した状態において静止密封環７を保持するに必要且つ十分な軸線方向長さを有するものとされていることはいうまでもない。

ケース側通路１０ｂは、その上流端部に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２４を接続したもので、機内ガス領域Ａのガス（機内ガス）及び後述するパージガスＰより高圧のシールガスＳを連通空間１０ａに供給する。

静圧発生溝１０ｃは、静止密封環７の密封端面７ａ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１０ｃは、図２に示す如く、当該密封端面７ａと同心環状をなして並列する複数の円弧状凹溝で構成されている。

密封環側通路１０ｄは、図１に示す如く、その上流端部を静止密封環７の環状凸部７ｃの外周面において連通空間１０ａに開口させると共に、図２に示す如く、その下流端部分（オリフィス１０ｅより下流側の部分）１０ｆを分岐して各静圧発生溝１０ｃに開口させたもので、ケース側通路１０ｂから連通空間１０ａに供給されたシールガスＳを各静圧発生溝１０ｃに供給させる。

而して、シールガスＳがケース側通路１０ｂから連通空間１０ａ及び密封環側通路１０ｄを経て各静圧発生溝１０ｃに供給されると、各静圧発生溝１０ｃに導入されたシールガスＳにより、密封端面７ａ，８ａ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７ａ，８ａ間に導入されたシールガスＳによって発生する静圧によるものである。したがって、密封端面７ａ，８ａは、この開力と密封端面７ａ，８ａ間を閉じる方向に作用するスプリング荷重及び密閉空間２２に作用する背圧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１０ｃに導入されたシールガスＳは密封端面７ａ，８ａ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７ａ，８ａの外径側領域であるパージガス領域Ｃとその内径側領域である機外大気領域Ｂとの間が遮蔽シールされる。シールガスＳの圧力及びスプリング９のバネ力（スプリング荷重）は、密封端面７ａ，８ａ間の隙間が適正（一般に５〜１５μｍ）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Ｓは密封端面７ａ，８ａからパージガス領域Ｃ及び機外大気領域Ｂに漏洩されることから、シールガスＳとしては、大気中に放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常温の窒素ガスが使用されている。なお、シールガス供給管２４からのシールガスＳの供給は当該回転機器の運転中（回転軸５の駆動中）において行われ、運転停止後には停止される。当該回転機器の運転は、シールガスＳの供給が開始された後であって、密封端面７ａ，８ａ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Ｓの供給停止は、当該回転機器の運転停止後であって回転軸５が完全に停止した後に行なわれる。

また、シールガスＳはオリフィス１０ｅで絞られた上で静圧発生溝１０ｃに導入されることから、密封端面７ａ，８ａ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。すなわち、当該回転機器の振動等により密封端面７ａ，８ａの隙間が大きくなったときは、静圧発生溝１０ｃから密封端面７ａ，８ａ間に流出するシールガス量とオリフィス１０ｅを通って静圧発生溝１０ｃ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１０ｃ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７ａ，８ａ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。逆に、密封端面７ａ，８ａ間の隙間が小さくなったときは、上記したと同様のオリフィス１０ｅによる絞り機能により静圧発生溝１０ｃ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７ａ，８ａ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。

ラビリンスシール２は、図１に示す如く、外周面をラビリンスシール面２５ａとする円筒状部材であって、回転密封環８より機内ガス領域Ａ側に位置してスリーブ６の外周面に着脱可能に固定されたシール体２５と、シールケース４に着脱可能に取り付けられており、ラビリンスシール面２５ａに近接対向して軸線方向に並列する複数の環状凸部２６ａを内周部に有するラビリンス体２６と、シールケース４に形成されてパージガス領域ＣにシールガスＳより低圧で且つ機内ガスより高圧のパージガスＰを供給するパージガス供給通路２７とを具備して、ラビリンスシール面２５ａとラビリンス体２６との相対回転部分において機内ガス領域Ａとパージガス領域Ｃとを区画シールするように構成されている。

シール体２５は、図１に示す如く、基端部（後端部）に円環状の取付フランジ２５ｂを有する断面Ｌ字状の円筒状部材であって、スリーブ６の受止部６ｂの外周面に嵌合させた状態で取付フランジ２５ｂを複数個のボルト２８（一個のみ図示）により受止部６ｂの先端面（後端面）に取り付けることにより、スリーブ６に着脱可能に固定されている。シール体２５の外径つまりシール体２５の外周面であるラビリンスシール面２５ａの径は、回転密封環８の外径と同一又は大径に設定されている。

ラビリンス体２６は、図１に示す如く、内周部に軸線方向に並列する複数個の環状凸部２６ａを形成した円環状体であり、シールケース４の本体部４ａの後端部に複数個のボルト（一個のみ図示）２９で取付けた円環状の取付体３０により、シールケース４の本体部４ａの後端内周部に形成した円環状凹部４ｈに係合された状態で且つ環状凸部２６ａがラビリンスシール面２５ａに近接対向した状態でシールケース４に着脱可能に取り付けられている。

パージガス供給通路２７は、図２に示す如く、シールケース４の本体部４ａを水平直径線上で貫通する貫通孔であって、図１に示す如く、下流端部をパージガス領域Ｃに開口させたものである。パージガス供給通路２７の上流端部にはオリフィス（図示せず）を介してパージガス供給管３１が接続されていて、シールガスＳより低圧で且つ機内ガスより高圧のシールガスＰをパージガス領域Ｃに供給する。すなわち、シールガスＳは上記オリフィスを通過することにより、パージガス供給通路２７から噴出することなく緩慢にパージガス領域Ｃに供給され、パージガス領域Ｃを機内ガス領域Ａより高圧のパージガス雰囲気に保持する。なお、パージガスＰの性状は、前記したシールガスＳ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Ｓと同一性状の窒素ガスを使用している。

したがって、ラビリンスシール２によれば、ラビリンス体２６の内周部に形成した環状凸部２６ａとシール体２５の外周面であるラビリンスシール面２５ａとが近接状態で相対回転することにより、この相対回転部分において非接触形メカニカルシール１の密封端面７ａ，８ａの外径側領域を機内ガス領域Ａと区画シールして、当該外径側領域をパージガスＰが充満する機内ガス領域Ａより高圧のパージガス領域Ｃとなす。

また、シールケース４には、図１及び図２に示す如く、本体部４ａの下側部分を上下方向に貫通する貫通孔であって、一端部である上端部をパージガス領域Ｃに開口するドレン通路３２が形成されている。このドレン通路３２の他端部である下端部には、開閉弁３３ａを有するドレン管３３を接続してある。

以上のように構成されたガスシール装置にあっては、ラビリンスシール２と非接触形メカニカルシール１との間に形成されるパージガス領域Ｃに機内ガスより高圧のパージガスＰが供給されることから、両ガス領域Ａ，Ｃ間は機内ガス領域Ａ側のラビリンスシール２により区画シールされる。また、非接触形メカニカルシール１の密封端面７ａ，８ａからはパージガスＳより高圧のシールガスＳが機外大気領域Ｂとパージガス領域Ｃとに噴出することから、両ガス領域Ｂ，Ｃ間は非接触形メカニカルシール１によりシールされる。したがって、機内ガス領域Ａはこれより高圧のパージガス領域Ｃを介して機外大気領域Ｂとの間を確実にシールされて、機内ガスが機外大気領域Ｂに漏洩することはない。すなわち、パージガス領域Ｃは機内ガス領域Ａより高圧であるから、機内ガスがラビリンスシール２からパージガス領域Ｃに漏洩することは殆どなく、しかも非接触形メカニカルシール１の密封端面７ａ，８ａからはシールガスＳがパージ領域Ｃに噴出することから、パージガス領域Ｃから機外大気領域Ｂへの漏洩は確実に阻止される。

また、機内ガスに含まれているスラリ，スラッジ等の液状異物や固形異物（以下「異物」と総称する）が機内ガス領域Ａからラビリンスシール２を通過してパージガス領域Ｃに侵入した場合には、開閉弁３３ａを開いてドレン通路３２を開放することにより、異物を速やかにパージガス領域Ｃから排出させることができ、冒頭で述べた如き異物による非接触形メカニカルシール１のシール機能が異物により低下したり喪失したりすることがない。このようなドレン通路３２の開放は当該回転機器の運転中において行うことができるから、開閉弁３３ａによるドレン通路３２の開放を定期的に行うことにより、パージガス領域Ｃのガス性状を常に的確に把握することができ（つまりパージガス領域Ｃに異物が侵入しているか否かを的確に検知することができ）、パージガス領域Ｃに異物が侵入，堆積することによる問題を未然に防止することできる。さらに、ドレン通路３２の開閉によりパージガス領域Ｃの圧力調整を行うことができ、パージガス領域Ｃの圧力を適正に維持することができる。

したって、上記構成のガスシール装置によれば、機内ガスを良好且つ適正にシールすることができる。

ところで、ラビリンスシール２はシール体２５とラビリンス体２６との対向周面つまりシール体２５の外周面であるラビリンスシール面２５ａとライビリンス体２６の環状凸部２６ａの内周面とが近接状態で相対回転することによりシール機能を発揮するものであるから、回転機器の振動等によって両者２５ａ，２６ａが接触して、その一方又は両方が摩耗損傷し、ラビリンスシール２によるシール機能が低下する場合がある。

したがって、かかる場合にはシール体２５及び／又はラビリンス体２６を交換することが好ましいが、上記構成のガスシール装置では、図１に示す如く、当該ガスシール装置がシールケース４並びにこれに取り付けられた静止密封環７、スプリング９及びラビリンス体２６を含む静止側密封要素Ｍ１とスリーブ６並びにこれに設けられた回転密封環８を含む回転側密封要素Ｍ２とからなるものであり、静止側密封要素Ｍ１及び回転軸側密封要素Ｍ２を分解することなく一体構造物として軸封部ケーシング３及び回転軸５に脱着できるように構成されていることから、シール体２５及び／又はラビリンス体２６の交換作業を極めて容易に行うことができる。

すなわち、ラビリンス体２６が近接するシール体２５の外径は回転密封環８の外径と同一又はこれより大径とされていることから、シールケース４に取り付けれたラビリンス体２６は回転密封環８を含む回転側密封要素Ｍ２に干渉することなく軸線方向に移動させることができる。したがって、図３に示す如く、ナット１２をネジ軸１１から外してシールケース４を軸線方向に移動させることにより、静止側密封要素Ｍ１を一体構造物のまま軸封部ケーシング３から取り外すことができる。なお、静止密封環７は、前記した如く、シールケース４を軸封部ケーシング３から取り外した場合にも、環状凸部７ｃが第二Ｏリング１８に衝合係止されることによりスプリング９の附勢力によるシールケース４からの脱落を防止されるものであり、固定密封環８より機外大気領域Ｂ側のスリーブ部分６ｃ，６ｄに挿脱自在に遊嵌されたものである。

したがって、静止側密封要素Ｍ１を軸封部ケーシング３外に移動させた上で、ボルト２９により取付体３０を脱着させることにより、静止側密封要素Ｍ１を組立状態のままでラビリンス体２６の交換を行うことができる。ラビリンス体２６の交換後は、再び、静止側密封環Ｍ１を組立てた状態のまま、シールケース４の取付部４ｂに挿通させたボルト軸１１にナット１２を螺合，締付けることにより、ガスシール装置の再組み立てを行うことができる。

また、シール体２５が損傷している場合には、上記した如く静止側密封要素Ｍ１を取り外した上で、セットスクリュー１６を操作して、回転側密封要素Ｍ２を移動させてシール体２５を軸封部ケーシング３外にもたらすことにより、ボルト２８を脱着させてシール体２５の交換を行うことができる。シール体２５の交換後は、回転側密封要素Ｍ２を図３に示す元の位置へと移動させて、セットスクリュー１６により回転軸５に固定する。その後は、上記した如く静止側密封要素Ｍ１を軸封部ケーシング３に取り付けることにより、ガスシール装置の再組み立てを行うことができる。

このように静止側密封要素Ｍ１及び回転側密封要素Ｍ２を分解することなくシール体２５及び／又はラビリンス体２６の交換及びガスシール装置の再組み立てを行うことできるから、両密封要素Ｍ１，Ｍ２の一方又は両方を分解する必要がある場合に比して、シール体２５及び／又はラビリンス体２６の交換作業を極めて容易且つ短時間で行うことができ、ドレン通路３２からの排出ガスの性状分析によりラビリンスシール２のシール機能低下を間接的に検知できることとも相俟って、ラビリンスシール２のシール機能低下ひいてはガスシール装置のシール機能低下を未然に防止することでき、ガスシール装置によるシール機能を長期に亘って良好に発揮させることができる。

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，変更することができる。

１ 非接触形メカニカルシール
２ ラビリンスシール
３ 軸封部ケーシング
３ａ 外部端
４ シールケース
４ａ 本体部（ケース本体）
４ｂ 取付部（ケース本体）
４ｃ フランジ部（保持体）
４ｄ 保持部（保持体）
４ｅ 係止部（保持体）
４ｆ 貫通孔
４ｇ 係止部
４ｈ 円環状凹部
５ 回転軸
６ スリーブ
６ａ 本体部（スリーブ本体）
６ｂ 受止部（スリーブ本体）
６ｃ 固定部（取付体）
６ｄ 押圧部（取付体）
７ 静止密封環
７ａ 密封端面
７ｂ 係合凹部
７ｃ 環状凸部
８ 回転密封環
８ａ 密封端面
８ｂ セラミックス層
８ｃ 係合凹部
９ スプリング
１０ シールガス供給路
１０ａ 連通空間
１０ｂ ケース側通路
１０ｃ 静圧発生溝
１０ｄ 密封環側通路
１０ｅ オリフィス
１０ｆ 下流端部
１１ ネジ軸
１２ ナット
１３ ボルト
１４ ボルト
１５ ボルト
１６ セットスクリュー
１７ 第一Ｏリング
１８ 第二Ｏリング
１９ 第三Ｏリング
２０ ドライブピン
２１ ドライブピン
２２ 密閉空間
２３ 背圧導入孔
２４ シールガス供給管
２５ シール体
２５ａ ラビリンスシール面
２５ｂ 取付フランジ
２６ ラビリンス体
２６ａ 環状凸部
２７ パージガス供給通路
２８ ボルト
２９ ボルト
３０ 取付体
３１ パージガス供給管
３２ ドレン通路
３３ ドレン管
３３ａ 開閉弁
Ａ 機内ガス領域
Ｂ 機外大気領域
Ｃ パージガス領域
Ｍ１ 静止側密封要素
Ｍ２ 回転側密封要素
Ｐ パージガス
Ｓ シールガス

Claims (2)

1. 回転機器の機内ガス領域と機外大気領域とを機外大気領域側の非接触形メカニカルシールと機内ガス領域側のラビリンスシールとにより当該両シール間に形成されたパージガス領域を介してシールするように構成されたガスシール装置であって、
   非接触形メカニカルシールが、回転機器の軸封部ケーシングの外部端に着脱可能に取り付けられた筒状のシールケースと、シールケースを同心状に洞貫する当該回転機器の回転軸に挿脱可能に固定されたスリーブと、シールケースに軸線方向移動可能に保持された静止密封環と、静止密封環より機内ガス領域側に位置して静止密封環に直対向した状態でスリーブに固定された回転密封環と、シールケースと静止密封環との間に介装されて静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリングと、シールケース及び静止密封環に形成されて両密封環の対向端面たる密封端面間に機内ガス領域より高圧のシールガスを供給するシールガス供給路とを具備して、シールガスの供給により密封端面間に発生させた静圧によって当該密封端面間を非接触状態に保持しつつ、両密封端面の相対回転部分においてパージガス領域と機外大気領域とをシールするように構成されており、
   ラビリンスシールが、外周面をラビリンスシール面とする円筒状部材であって、回転密封環より機内ガス領域側に位置して前記スリーブの外周面に着脱可能に固定されたシール体と、シールケースに着脱可能に取り付けられており、当該ラビリンスシール面に近接対向して軸線方向に並列する複数の環状凸部を内周部に有するラビリンス体と、シールケースに形成されてパージガス領域に前記シールガスより低圧で且つ機内ガス領域のガスより高圧のパージガスを供給するパージガス供給通路とを具備して、当該ラビリンスシール面とラビリンス体との相対回転部分において機内ガス領域とパージガス領域とを区画シールするように構成されており、
   シールケースに一端部をパージガス領域に開口するドレン通路を形成すると共に、このドレン通路の他端部に開閉弁を有するドレン管を接続してあり、
   前記ラビリンスシール面がこれより機外大気領域側に位置するスリーブ部分及び回転密封環の外周面と同一径又は大径をなすものであり、スリーブ並びにこれに取り付けられた回転密封環を含む回転側密封要素を回転軸に固定させた状態で、シールケース並びにこれに取り付けられた静止密封環及びラビリンス体を含む静止側密封要素を分解することなく一体構造物として軸封部ケーシングに着脱可能に取り付けうるように構成されていることを特徴とするガスシール装置。
2. スリーブの機外大気領域側の端部に設けたセットスクリューにより、回転側密封要素を分解することなく一体構造物として回転軸に挿脱可能に固定しうるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載するガスシール装置。
   
   

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