JP6948189B2 - シールシステム - Google Patents

Description

本発明は、シールハウジング内に備えられたダブルメカニカルシールを含むシールシステムに関し、特にダブルメカニカルシールを構成するポンプ側シール機構と大気側シール機構との間に、回転軸により駆動されるポンプ機構を備えたシールシステムに関する。

石油や天然ガスなどの化石燃料を精製する際には、二酸化炭素（ＣＯ_２）や、硫黄（Ｓ）などの不純物を取り除く必要がある。硫黄は精製過程において硫化水素（Ｈ_２Ｓ）として回収されることが多く、精製過程に用いられるポンプが扱う流体にも、この硫化水素が多く含まれる場合がある。硫化水素は極めて毒性が高く、万一大気中に漏れ出した場合には、人体に深刻な被害をおよぼすため、硫化水素を扱うポンプにおいては、硫化水素が決して外部へ漏れ出すことが無い様に、ポンプの設計に万全の配慮を払う必要がある。

図２に示されるシールシステムは、遠心ポンプの回転軸１０１のシールハウジング１１４内に、ポンプ側シール機構（スリップリング１１０および対向リング１１２）と、大気側シール機構（スリップリング１１１および対向リング１１３）とを有するダブルメカニカルシールを備えている。ポンプ側シール機構と大気側シール機構との間には、回転軸１０１により駆動されるポンプ機構１１９が設けられる。ポンプ機構１１９の両側には、第１チャンバ１２２ａおよび第２チャンバ１２２ｂが形成されている。これら第１チャンバ１２２ａおよび第２チャンバ１２２ｂは、シールハウジング１１４内に形成されており、大気側シール機構は、第１チャンバ１２２ａ内に配置され、大気側シール機構は第２チャンバ１２２ｂ内に配置されている。

ポンプ機構１１９は、流体バリア兼冷却媒体を、第１チャンバ１２２ａから第２チャンバ１２２ｂへポンプ羽根車の吐出し圧力Ｐｈよりも高い圧力Ｐｂになるように加圧して第２チャンバ１２２ｂに供給する。第２チャンバ１２２ｂ内の加圧された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ羽根車１０３によって加圧された媒体が、ポンプ側シール機構のスリップリング１１０及び対向リング１１２を通って第２チャンバ１２２ｂへ漏洩することを防止できる。

図２に示すシールシステムは、シールハウジング１１４の外に配置された再循環システムｒを備える。この再循環システムｒは、第１チャンバ１２２ａと第２チャンバ１２２ｂに接続されており、流体バリア兼冷却媒体を循環させるように構成されている。再循環システムｒは、熱交換器１２１を備え、ポンプ機構１１９により加圧された流体バリア兼冷却媒体は、第２チャンバ１２２ｂを経由して熱交換器１２１に至り、そこで冷却されて第１チャンバ１２２ａに戻って再びポンプ機構１１９に至るという循環経路を備える。

流体バリア兼冷却媒体は、遠心ポンプの取り扱い流体自体であり、予めポンプ羽根車１０３により加圧されてシールシステムに注入されている。シールシステム内の流体バリア兼冷却媒体がリークにより減少した場合には、遠心ポンプの取り扱い流体がポンプ羽根車１０３により加圧されてシールシステム内に補充される。したがって、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合には、外気のすぐそばに高圧の危険な流体があり、外部に漏れる虞がある。

ところで、図２において、ポンプ機構１１９は、流体バリア兼冷却媒体を加圧して第１チャンバ１２２ａから第２チャンバ１２２ｂに送り出すという仕事をするので、ポンプ機構１１９の近傍に熱が多量に発生する。熱をそのまま放置すると、熱膨張による構成機器どうしの干渉やそれによる部材の変形、あるいはＯリング１３４，１３５などのシール材の塑性変形が生じシール機能が損なわれるなどの虞がある。そこで、シールシステムには熱交換器１２１を設けて積極的に流体バリア兼冷却媒体を冷却している。

しかしながら、流体バリア兼冷却媒体がシールシステムを循環するドライビングフォースは、ポンプ機構１１９によって発生されるので、遠心ポンプが停電などで停止した場合にはポンプ機構１１９も同時に停止してしまう。その結果、停止直前までの運転で発生した熱が散逸されず、ポンプ機構１１９の周辺機器の温度が許容できない温度まで上昇してしまう虞がある。

図２に示すキャリアスリーブ１０８，１０８’は、それらの間に備えられたばね１０９により互いに離間するように押され、キャリアスリーブ１０８，１０８’の端部はスリップリング１１０，１１１を対向リング１１２，１１３にそれぞれ押し付けている。遠心ポンプ運転時には、キャリアスリーブ１０８は第２チャンバ１２２ｂ内の圧力Ｐｂにより大気側に押される。一方、キャリアスリーブ１０８’には、第１チャンバ１２２ａ内の圧力Ｐａが加わる。したがって、キャリアスリーブ１０８，１０８’の組合せには全体としてＰｂ−Ｐａの差圧がポンプ側から大気側に掛かることになる。このため、大気側のスリップリング１１１と対向リング１１３のシール面の圧力は運転停止時に比べて高くなってシール効果が増すが、ポンプ側のスリップリング１１０と対向リング１１２のシール面の圧力は運転停止時より低くなってシール効果が減少する。

逆に、第１チャンバ１２２ａ内の圧力が第２チャンバ１２２ｂ内の圧力より高くなると、キャリアスリーブ１０８，１０８’の組合せには、全体としてＰａ−Ｐｂの差圧が大気側からポンプ側に掛かる。このため、大気側のスリップリング１１１と対向リング１１３のシール面の圧力は運転停止時に比べて低くなってシール効果が減少し、流体バリア兼冷却媒体がリークしやすくなってしまう。

英国特許第１４４１６５３号明細書 国際公開第ＷＯ２００８／０９０９９４号パンフレット

以上説明したように、図２に示された技術は、ポンプ羽根車１０３が、遠心ポンプの取扱う流体自体を加圧してシールシステムに供給し、シールシステムの漏れ防止流体（流体バリア兼冷却媒体）として用いている。大気側シール機構にかかる流体バリア兼冷却媒体の圧力は、運転停止時において遠心ポンプの吐出圧相当の圧力である。すなわち、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合には、外気のすぐそばに高圧の危険な流体があり、外部に漏れる虞がある。

さらに、停電などでポンプ機構１１９の運転が停止した場合には、機器が高温となることを避けなければいけないが、図２のシールシステムはその対策が不十分である。すなわち、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合を考慮すると、図２に示された技術をそのまま使うことはできず、メカニカルシールの摺動面から有害なポンプ取扱流体が外部へ漏れ出すことがないように配慮する必要がある。

そこで、本発明は、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合においても、通常運転時及び停電時に、ダブルメカニカルシールおよびポンプ機構を適切に冷却し、ポンプの取り扱い流体が大気側に漏れる虞の無いシールシステムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、遠心ポンプの回転軸をシールするためのシールシステムであって、ポンプ側シール機構および大気側シール機構を有するダブルメカニカルシールと、前記ポンプ側シール機構と前記大気側シール機構との間に配置され、前記回転軸により駆動されるポンプ機構と、少なくとも前記大気側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第１チャンバと、少なくとも前記ポンプ側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第２チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバとに接続され、前記遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間で循環させる第１媒体循環ラインと、前記第１媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器および遮断弁と、両端が前記第１媒体循環ラインに接続され、前記遮断弁をバイパスする第２媒体循環ラインと、前記第２媒体循環ラインに取り付けられた媒体加圧ポンプおよび開閉弁とを備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記ダブルメカニカルシールを収容するシールハウジングをさらに備え、前記第１媒体循環ラインと前記第２媒体循環ラインは前記シールハウジングの外に配置されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記遠心ポンプの停電を検出する停電検出器と、前記停電検出器から出力される停電検出信号を受けて前記遮断弁を閉じ、前記開閉弁を開き、前記媒体加圧ポンプを始動させるシステムコントローラをさらに備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記第２媒体循環ラインの一端が前記第１媒体循環ラインに接続される第１接続点は、前記遮断弁と前記熱交換器との間に位置しており、前記第２媒体循環ラインの他端が前記第１媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記遮断弁と前記第２チャンバとの間に位置していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記媒体加圧ポンプに電力を供給するための電源をさらに備え、前記媒体加圧ポンプは、原動機として電動モータを備えていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記流体バリア兼冷却媒体がオイルであり、前記媒体加圧ポンプがオイルポンプであることを特徴とする。

本発明によれば、ポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合で、遠心ポンプとポンプ機構の通常運転時及び停止時両方においても、ダブルメカニカルシールおよびポンプ機構を適切に冷却し、大気側に漏れ虞の無いシールシステムを提供することができる。

ダブルメカニカルシールを備えたシールシステムの一実施形態を示す図である。 ダブルメカニカルシールを備えた従来のシールシステムを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ダブルメカニカルシールを備えたシールシステムの一実施形態を示す図である。ダブルメカニカルシールは、高圧側ｈと低圧側ｎとを仕切る隔壁２と、回転軸１との間の隙間を封止する機能を有する。

図１では、高圧側ｈにおいて、遠心ポンプのポンプ羽根車３が回転軸１に固定され、軸スリーブ４がダブルメカニカルシールの軸方向長さにわたって延びている。軸スリーブ４は回転軸１の外周面に固定されている。軸スリーブ４と回転軸１の間にはＯリング２４が設けられ、遠心ポンプの取り扱い流体が軸スリーブ４と回転軸１の間の隙間から漏れないようにシールしている。遠心ポンプの取り扱い流体は、毒性のある流体や可燃性の流体が含まれる。

ポンプ羽根車３とシールハウジング１４は隔壁２で仕切られている。回転軸１、およびポンプ羽根車３の一部は、隔壁２に形成された通孔２ａを貫通して延びている。隔壁２は、通孔２ａに連通するラジアル孔２ｂを内部に有している。遠心ポンプの運転中、ラジアル孔２ｂは、ポンプ羽根車３によって加圧された取り扱い流体で満たされる。ラジアル孔２ｂには圧力検出器５３が接続されており、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈは圧力検出器５３によって測定される。

軸スリーブ４のほぼ中央には、軸スリーブ４の外周面に接する内周面を有する円筒状のリング５が設けられている。リング５には中空円筒体６が固定されている。リング５の軸方向の長さは、軸スリーブ４および中空円筒体６の軸方向の長さよりも短い。中空円筒体６は、その外周部の両側に軸方向延出部を有しており、中空円筒体６の内周部は、その軸方向長さがリング５の軸方向長さと同じであり、リング５の外周部と対面している。軸スリーブ４、リング５、および中空円筒体６は同軸状に配列されている。中空円筒体６の外周面には、ねじ溝７が形成されている。

リング５および中空円筒体６は、径方向に貫通するねじ穴を有しており、リング５および中空円筒体６は、ねじ穴に挿入されたねじ３２によって固定されている。ねじ３２の先端は軸スリーブ４の凹部３３に係合している。中空円筒体６は、リング５に対して回転および軸方向に変位しないようにねじ３２によって固定される。

軸スリーブ４とリング５と中空円筒体６とで形成された環状凹部内には、２つのキャリアスリーブ８，８’が嵌合されている。これらキャリアスリーブ８，８’は、リング５の両側に配置されている。キャリアスリーブ８，８’の外面と中空円筒体６の内面との間にはＯリング３４が配置され、キャリアスリーブ８，８’の内面と軸スリーブ４の外面との間にはＯリング３５が配置されている。キャリアスリーブ８，８’は、回転軸１の軸方向に変位可能であるが、ねじ３２と接触する軸方向突起３６によって回転しないように固定されている。

キャリアスリーブ８，８’の間にはばね９が配置されている。ばね９はキャリアスリーブ８，８’を互いに押し離すように作用している。キャリアスリーブ８，８’のリング５から離れた面には、スリップリング１０，１１がそれぞれ取り付けられている。ばね９により、スリップリング１０，１１はそれぞれ対向リング１２，１３に押し付けられる。対向リング１２，１３は、シールハウジング１４のポンプ側カバー１４ａおよび大気側カバー１４ｂにそれぞれ固定されている。参照符号１４はシールハウジングを全体的に示す。スリップリング１０と対向リング１２との組み合わせは、ダブルメカニカルシールのポンプ側シール機構を構成し、スリップリング１１と対向リング１３との組み合わせは、ダブルメカニカルシールの大気側シール機構を構成する。

ダブルメカニカルシールを構成するスリップリング１０，１１および対向リング１２，１３は、シールハウジング１４内に収容されている。より具体的には、シールハウジング１４は、その中央に、ダブルメカニカルシールを包囲する中空円筒部３８を有している。この中空円筒部３８の内面には、ねじ溝１５が形成されている。このねじ溝１５は、ねじ溝７と微小な半径方向の隙間を介して対向しており、互いのリード方向は、反対方向である。ねじ溝７は、回転軸１と共に回転する雄ねじであり、ねじ溝１５は、静止した雌ねじである。ねじ溝１５はねじ溝７を囲んでいる。ねじ溝７およびねじ溝１５は、回転軸１によって駆動されるポンプ機構１９を構成する。ポンプ機構１９は、ダブルメカニカルシールのポンプ側シール機構（リップリング１０および対向リング１２）と、大気側シール機構（スリップリング１１および対向リング１３）との間に位置している。

ポンプ機構１９の両側には環状の第１チャンバ２２ａおよび環状の第２チャンバ２２ｂがある。第１チャンバ２２ａは低圧側ｎに向かう部屋であり、ポンプ機構１９、キャリアスリーブ８’、スリップリング１１、対向リング１３、大気側カバー１４ｂ、および中空円筒部３８によって区画された部屋である。中空円筒部３８は、後述する第１媒体循環ライン３０に接続された入口１６を有しており、第１チャンバ２２ａは入口１６に接続されている。

第２チャンバ２２ｂは高圧側ｈに向かう部屋であり、ポンプ機構１９、キャリアスリーブ８、スリップリング１０、対向リング１２、ポンプ側カバー１４ａ、および中空円筒部３８によって区画された部屋である。中空円筒部３８は、第１媒体循環ライン３０に接続された出口１７を有しており、第２チャンバ２２ｂは出口１７に接続されている。出口１７は、第１媒体循環ライン３０を介して入口１６に連通している。

シールシステムは、第１チャンバ２２ａおよび第２チャンバ２２ｂに接続された上記媒体循環ライン３０と、第１媒体循環ライン３０に接続された第２媒体循環ライン３１と、絞り弁と逆止弁が組み合わされた絞り兼逆止弁１８と、第２媒体循環ライン３１が使用される際には閉止する遮断弁２８と、流体バリア兼冷却媒体を冷却する熱交換器２１と、普段は流体バリア兼冷却媒体が加圧されて備蓄され、非常の際などには開閉弁２７を開にすることにより第１媒体循環ライン３０内の流体バリア兼冷却媒体を加圧するアキュムレータ４０とを備えている。第２媒体循環ライン３１の両端は第１媒体循環ライン３０に接続されており、第２媒体循環ライン３１は遮断弁２８をバイパスして延びている。

アキュムレータ４０の内部には図示しないダイヤフラム（隔壁）が配置され、窒素ガスなどの気体が封入されている。アキュムレータ４０内に蓄積された流体バリア兼冷却媒体は、上記気体の圧力により加圧される。したがって、アキュムレータ４０は、流体バリア兼冷却媒体を加圧して蓄える機能を有している。

第１媒体循環ライン３０の一端は入口１６に接続され、第１媒体循環ライン３０の他端は出口１７に接続されている。絞り兼逆止弁１８、熱交換器２１、遮断弁２８は、第１媒体循環ライン３０に取付けられている。熱交換器２１は、遮断弁２８と第１チャンバ２２ａとの間に位置しており、絞り兼逆止弁１８は、遮断弁２８と第２チャンバ２２ｂとの間に位置している。アキュムレータ４０は、第１媒体循環ライン３０から延びる分岐ライン４１に接続されており、開閉弁２７は分岐ライン４１に取付けられている。アキュムレータ４０は、分岐ライン４１を介して第１媒体循環ライン３０に接続されている。分岐ライン４１およびアキュムレータ４０は、熱交換器２１と第１チャンバ２２ａとの間に位置している。

第２媒体循環ライン３１の一端は第１接続点２０ａにおいて第１媒体循環ライン３０に接続され、第２媒体循環ライン３１の他端は第２接続点２０ｂにおいて第１媒体循環ライン３０に接続されている。第１接続点２０ａは、熱交換器２１と遮断弁２８との間に位置し、第２接続点２０ｂは、第２チャンバ２２ｂと遮断弁２８との間に位置している。本実施形態では、第２接続点２０ｂは、出口１７と絞り兼逆止弁１８との間に位置している。

さらに、シールシステムは、流体バリア兼冷却媒体を貯留する媒体リザーバ４４と、媒体リザーバ４４から供給される流体バリア兼冷却媒体を加圧する媒体加圧ポンプ４５と、第１接続点２０ａと媒体加圧ポンプ４５との間に配置された開閉弁２３と、媒体加圧ポンプ４５と第２接続点２０ｂとの間に配置された逆止弁２６と、媒体加圧ポンプ４５と逆止弁２６との間に配置された圧力調整弁４７および圧力検出器４８を備えている。圧力検出器４８は圧力調整弁４７の下流に位置している。媒体リザーバ４４、媒体加圧ポンプ４５、開閉弁２３、圧力調整弁４７、圧力検出器４８、および逆止弁２６は、第２媒体循環ライン３１に取り付けられている。第１媒体循環ライン３０と第２媒体循環ライン３１はシールハウジング１４の外に配置されている。第１媒体循環ライン３０と第２媒体循環ライン３１は、流体バリア兼冷却媒体で満たされている。

シールシステムは、停電を検出するための停電検出器６１と、上述した遮断弁２８、開閉弁２３、開閉弁２７、および媒体加圧ポンプ４５の動作を制御するシステムコントローラ６２をさらに備えている。停電検出器６１が停電を検出すると、停電検出器６１は停電検出信号を発し、この停電検出信号をシステムコントローラ６２に送る。システムコントローラ６２は、この停電検出信号を受けて、遮断弁２８を閉じ、開閉弁２３を開き、媒体加圧ポンプ４５を始動させるように構成されている。遮断弁２８、開閉弁２３、開閉弁２７としては、電磁弁、電動弁、空気圧駆動弁、油圧駆動弁などを使用することができる。

シールシステムは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈを測定する圧力検出器５３と、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂを測定する圧力検出器５１を備えている。圧力検出器５３，５１は、システムコントローラ６２に接続されている。

シールハウジング１４内に備えられたダブルメカニカルシールを備えたシールシステムは、流体バリア兼冷却媒体を使用する。この流体バリア兼冷却媒体は、遠心ポンプの取り扱い流体とは無関係な性状の媒体で、毒性や危険性のない媒体である。一実施形態では、流体バリア兼冷却媒体はオイルであり、媒体加圧ポンプ４５はオイルポンプである。本実施形態では、媒体加圧ポンプ４５は、その原動機として電動モータを備えている。

上述の構成を備えたシールシステムの動作は以下に述べるようなものである。第１媒体循環ライン３０内は、遠心ポンプのポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈと同じか、それより高い圧力を有する流体バリア兼冷却媒体で満たされている。通常運転中は、開閉弁２３は閉止状態、遮断弁２８は開状態である。通常運転で回転軸１が回転すると、ポンプ機構１９は、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体を吸い込んで加圧し、第２チャンバ２２ｂに吐出する。このポンプ機構１９の運転により加圧された流体バリア兼冷却媒体は第１媒体循環ライン３０を通って第１チャンバ２２ａに戻る。

第１媒体循環ライン３０に取り付けられた絞り兼逆止弁１８により、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高い圧力になる。流体バリア兼冷却媒体が絞り兼逆止弁１８から入口１６まで第１媒体循環ライン３０を流れる間に、圧力損失により流体バリア兼冷却媒体の圧力が低下し、第１チャンバ２２ａ内の流体バリア兼冷却媒体の圧力は、Ｐｂよりも低いＰａになる。第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂは、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高いので、ポンプ側シール機構を構成するスリップリング１０と対向リング１２のシール面から第２チャンバ２２ｂ内に遠心ポンプの取り扱い流体が侵入することはない。

キャリアスリーブ８は第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂによりポンプ側から大気側に押される。キャリアスリーブ８’には、第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａが加わるので、キャリアスリーブ８，８’の組合せには全体としてＰｂ−Ｐａの差圧がポンプ側から大気側に掛る。このため、大気側シール機構を構成するスリップリング１１と対向リング１３のシール面に加わる圧力は、ポンプ機構１９の停止時に比べて高くなってシール効果を増し、ポンプ取り扱い流体が大気側へリークすることが確実に防止される。

流体バリア兼冷却媒体が第１媒体循環ライン３０を流れるとき、流体バリア兼冷却媒体は第１媒体循環ライン３０に設けられた熱交換器２１により冷却される。冷却された流体バリア兼冷却媒体は第１媒体循環ライン３０および入口１６を通って第１チャンバ２２ａに戻る。このようにして、遠心ポンプの運転中は、流体バリア兼冷却媒体は、熱交換器２１により冷却されながら、第１媒体循環ライン３０を通って第１チャンバ２２ａと第２チャンバ２２ｂとの間を循環する。冷却された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９を冷却するので、ポンプ機構１９およびその周辺の機器（例えば、Ｏリング３４，３５）が高温となることはない。

ところで、停電時には、遠心ポンプのポンプ羽根車３が止まるとともにポンプ機構１９も停止する。そこで、停電検出器６１が停電を検出すると、停電検出器６１はシステムコントローラ６２に停電検出信号を送る。システムコントローラ６２は、第１媒体循環ライン３０に取り付けられた遮断弁２８を閉止し、開閉弁２３を開けるとともに、媒体加圧ポンプ４５を始動する。媒体加圧ポンプ４５は、停電時に運転する必要があるので、遠心ポンプを運転する電源とは別の電源５８に接続されている。電源５８は電力を媒体加圧ポンプ４５に供給し、媒体加圧ポンプ４５を動作させる。電源５８は、バッテリー、ディーゼルエンジン駆動発電機などから構成することができる。

媒体加圧ポンプ４５は、媒体リザーバ４４から供給される流体バリア兼冷却媒体を加圧する。加圧された流体バリア兼冷却媒体は、圧力調整弁４７および逆止弁２６を通過し、第２接続点２０ｂで第１媒体循環ライン３０に流入する。流体バリア兼冷却媒体は、さらに出口１７を通って第２チャンバ２２ｂ内に流入する。媒体加圧ポンプ４５は、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高い圧力にまで流体バリア兼冷却媒体を加圧できるように構成されている。遮断弁２８はすでに閉止されているので、流体バリア兼冷却媒体は絞り兼逆止弁１８の方には流れない。

媒体加圧ポンプ４５から送り込まれた第２チャンバ２２ｂ内の流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９のねじ溝７とねじ溝１５との間の隙間を通って第１チャンバ２２ａに至る。ここで、第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂと第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａとの差は、媒体加圧ポンプ４５の吐出流量と、停止しているポンプ機構１９を通る流体に掛かる抵抗で決まる。圧力検出器５１により測定される逆止弁２６の出口側圧力が、圧力検出器５３により測定される圧力Ｐｈよりも高くなるように、媒体加圧ポンプ４５の吐き出し圧力が圧力調整弁４７により調整される。媒体加圧ポンプ４５の吐き出し圧力は圧力検出器４８によって測定され、圧力調整弁４７は圧力検出器４８から送られる圧力測定値に基づいて動作する。

流体バリア兼冷却媒体は、さらに、第１チャンバ２２ａから入口１６を通って第１媒体循環ライン３０に入る。流体バリア兼冷却媒体は第１媒体循環ライン３０を流れ、熱交換器２１で冷やされ、第１接続点２０ａで第２媒体循環ライン３１に入り、開閉弁２３を経て媒体リザーバ４４に戻る。媒体リザーバ４４内の冷却された流体バリア兼冷却媒体は、媒体加圧ポンプ４５によって再び第２チャンバ２２ｂに送られる。

第２チャンバ２２ｂ内の冷却された流体バリア兼冷却媒体は、ポンプ機構１９を経由して第１チャンバ２２ａに流れ、再び熱交換器２１で冷やされる。流体バリア兼冷却媒体は、シールハウジング１４内に備えられたダブルメカニカルシール（スリップリング１０，１１および対向リング１２，１３）にも接触するので、ダブルメカニカルシールの全体の熱を奪うことが可能となる。また、流体バリア兼冷却媒体は、ダブルメカニカルシールおよびその周辺を速やかに冷却ができるので、熱膨張に起因する構成部材同士の干渉を防止し、さらにＯリング３４,３５などの弾性シールの塑性変形を防止して、それらのシール機能を維持することができる。結果として、遠心ポンプの安全性が増す。

媒体加圧ポンプ４５は、熱交換器２１で冷却された流体バリア兼冷却媒体を、ポンプ羽根車３の吐き出し圧力Ｐｈよりも高い圧力で第２チャンバ２２ｂに送り込むことで、遠心ポンプの取り扱い流体が、第２チャンバ２２ｂに侵入することを回避できる。更に、媒体加圧ポンプ４５で加圧された流体バリア兼冷却媒体が第２チャンバ２２ｂからポンプ機構１９を通って第１チャンバ２２ａに流れるので、第１チャンバ２２ａの圧力が第２チャンバ２２ｂの圧力よりも低い状態になる。結果として、キャリアスリーブ８，８’の組合せには全体としてＰｂ−Ｐａの差圧がポンプ側から大気側に掛ることになるので、大気側のスリップリング１１と対向リング１３のシール面は運転停止時であっても運転時と同じようなシール効果を維持した状態が継続する。第２チャンバ２２ｂ内の圧力Ｐｂと第１チャンバ２２ａ内の圧力Ｐａとの差は、媒体加圧ポンプ４５の吐出流量と、停止しているポンプ機構１９を通る流体に掛かる抵抗で決まるので、差圧Ｐｂ−Ｐａが適正となるように媒体加圧ポンプ４５の流量が選定される。

以上のように、本発明によりポンプの取り扱い流体が毒性や可燃性流体を含む場合で、遠心ポンプとポンプ機構１９の通常運転時及び停止時両方においても、ダブルメカニカルシールおよびポンプ機構１９を適切に冷却し、大気側に漏れ虞の無いシールシステムを提供することができる。本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されるものを含むことは言うまでもない。

１ 回転軸
２ 隔壁
３ ポンプ羽根車
４ 軸スリーブ
５ リング
６ 中空円筒体
７ ねじ溝
８，８’ キャリアスリーブ
９ ばね
１０，１１ スリップリング
１２，１３ 対向リング
１４ シールハウジング
１４ａ ポンプ側カバー
１４ｂ 大気側カバー
１５ ねじ溝
１６ 入口
１７ 出口
１８ 絞り兼逆止弁
１９ ポンプ機構
２０ａ 第１接続点
２０ｂ 第２接続点
２１ 熱交換器
２２ａ 第１チャンバ
２２ｂ 第２チャンバ
２３ 開閉弁
２４ Ｏリング
２６ 逆止弁
２７ 開閉弁
２８ 遮断弁
３０ 第１媒体循環ライン
３１ 第２媒体循環ライン
３２ ねじ
３３ 凹部
３４，３５ Ｏリング
３６ 軸方向突起
３８ 中空円筒部
４０ アキュムレータ
４４ 媒体リザーバ
４５ 媒体加圧ポンプ
４７ 圧力調整弁
４８ 圧力検出器
５１ 圧力検出器
５３ 圧力検出器
５８ 電源
６１ 停電検出器
６２ システムコントローラ

Claims (6)

1. 遠心ポンプの回転軸をシールするためのシールシステムであって、
   ポンプ側シール機構および大気側シール機構を有するダブルメカニカルシールと、
   前記ポンプ側シール機構と前記大気側シール機構との間に配置され、前記回転軸により駆動されるポンプ機構と、
   少なくとも前記大気側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第１チャンバと、
   少なくとも前記ポンプ側シール機構と前記ポンプ機構とにより区画される第２チャンバと、
   前記第１チャンバと前記第２チャンバとに接続され、前記遠心ポンプの取り扱い流体とは異なる流体バリア兼冷却媒体を前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間で循環させる第１媒体循環ラインと、
   前記第１媒体循環ラインに取り付けられた熱交換器および遮断弁と、
   両端が前記第１媒体循環ラインに接続され、前記遮断弁をバイパスする第２媒体循環ラインと、
   前記第２媒体循環ラインに取り付けられた媒体加圧ポンプおよび開閉弁とを備えたことを特徴とするシールシステム。
2. 前記ダブルメカニカルシールを収容するシールハウジングをさらに備え、
   前記第１媒体循環ラインと前記第２媒体循環ラインは前記シールハウジングの外に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシールシステム。
3. 前記遠心ポンプの停電を検出する停電検出器と、
   前記停電検出器から出力される停電検出信号を受けて前記遮断弁を閉じ、前記開閉弁を開き、前記媒体加圧ポンプを始動させるシステムコントローラをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のシールシステム。
4. 前記第２媒体循環ラインの一端が前記第１媒体循環ラインに接続される第１接続点は、前記遮断弁と前記熱交換器との間に位置しており、
   前記第２媒体循環ラインの他端が前記第１媒体循環ラインに接続される第２接続点は、前記遮断弁と前記第２チャンバとの間に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシールシステム。
5. 前記媒体加圧ポンプに電力を供給するための電源をさらに備え、
   前記媒体加圧ポンプは、原動機として電動モータを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシールシステム。
6. 前記流体バリア兼冷却媒体がオイルであり、前記媒体加圧ポンプがオイルポンプであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシールシステム。

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