JPH0629564Y2

JPH0629564Y2 - 低温流体用軸封装置

Info

Publication number: JPH0629564Y2
Application number: JP4091090U
Authority: JP
Inventors: 要二押井; 哲夫岩沢
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 1990-04-17
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2004-08-10
Also published as: JPH03130968U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、たとえば液化ガス等の低温流体用の軸封装置
に関する。

（従来の技術）従来、エチレンポンプ等の低温の液化ガスを取扱うポン
プの軸封装置としては、いわゆるビンガム方式のダブル
シールや溶接ベローズを用いたシングル型のメカニカル
シールが用いられていた。

第２図および第３図には、一般にビンガム方式と呼ばれ
ている強制給油装置付きのダブルシール１００を示して
いる。すわなち、２個のメカニカルシール１０１，１０
２が背中合せに装着されており、この２個のメカニカル
シール１０１，１０２間に形成される封液室１０３内に
密封対象となる低温液化ガス１０５とは別の封液１０４
が封入される。この封液１０４に液化ガス１０５が直接
触れると、封液が凍結してしまうので、ポンプ本体１０
７とシールボックス１０８との間に緩衝帯１０９が設け
れている。すなわち、緩衝帯１０９内部では液化ガス１
０５がガス化され、メカニカルシール１０１側の上部が
ガス１０５Ｇ、下部が液１０５Ｌに分離されており、封
液１０４に直接低温の液化ガス１０５Ｌが接触しないよ
うに構成されている。そして、均圧器１１０を用いてポ
ンプ吐出圧を封液室１０３に加えて封液室１０３の圧力
と液化ガス１０５の圧力とのバランスをとっている。す
なわち、均圧器１１０内に封液１０５を入れて、封液室
１０３の圧力が低下すると封液室１０３内に封液を強制
的に給油する。また、均圧器１１０とポンプ吐出ノズル
１１４との間にはアイソレイションタンク１１２が設け
られ、その内部にエチレングリコール水溶液等の不凍液
を満たして低温液化ガス１０５が直接均圧器１１０に入
らないようにしてある。また、封液１０４が漏れた場合
の対策として油面低下警報器１１３が設けられ、不図示
のハンドポンプにより封液を補給するようになってい
る。

さらに、封液室１０３内にはヒータ１０６が挿入され、
封液温度を０〜５℃に調整すると共に、冷凍機油を用い
て封液が凍結しないようにする等の様々な低温対策がな
されている。

一方、第４図には、第２例の溶接ベローズを用いたシン
グルタイプのメカニカルシール２００を示している。す
なわち、シートリング２０３がポンプの回転軸２０４に
固定され、従動リング２０５がシールボックス２０６に
固定され、従動リング２０５が金属溶接ベローズ２０７
にて支持されている。このシートリング２０３は液化ガ
ス１０５側に配置されており、液化ガス１０５は密封端
面２０８の外周側から内周側に向って漏れ出す内流型の
メカニカルシールとして構成されている。また、このメ
カニカルシール２００の大気側には、エマージェンシー
シールとしてセグメントシール２０２が設けられてい
る。このメカニカルシール２００の場合には、ドライの
窒素ガスＮ_２にてクェンチングを行なって、シール内周
部の氷結を防止していた。

（考案が解決しようとする課題）しかしながら上記した従来技術の場合には、次のような
問題があった。

まず第１のダブルシール１００の場合には、液化ガス１
０５側の１次側のメカニカルシール１０１が内流型であ
り、封液室１０３内の圧力Ｐ_０を液化ガス１０５側の圧
力Ｐ_１に対して、Ｐ_０≧Ｐ_１に設定する必要がある。そ
のために封液１０４が液化ガス１０５側に漏れ出して液
化ガス１０５を汚染するという問題があった。特に高純
度の液化ガス１０５の供給を要求される出荷ポンプの場
合には、このような封液の混入を避けなければならな
い。また、このように封液１０４が液化ガス１０５側に
漏れ出すと、ポンプ軸受部において封液１０４が凍結し
てかじりが発生する危険性もある。さらに、このような
液化ガスのポンプ軸の軸封部においては、この封液１０
４の漏れによって次のような様々な問題を引き起してい
る。

第１に、ポンプ内の液化ガス１０５中において固化した
封液が、移送ライン後方のストレーナ，オリフィス，計
器類，細管部等の目詰りを起こすおそれがある。

第２に、液化ガス１０５側に封液１０４が大量に漏れ出
した場合、封液の固化によりポンプの運転ができなくな
り、ポンプ全体の分解が必要になってしまう。

第３に、漏れ込んだ封液を除去する場合、ポンプを洗浄
乾燥等を行なう必要があり復旧に長時間を要する。

また、封液室１０３内の圧力を液化ガス１０５側の圧力
に対して所定圧に維持するために、均圧器１１０やアイ
ソレーションタンク１１２等の強制給油装置が設けられ
ているので、各機器類の調整が複雑で、運転に際し、高
度の熟練度が要求される。特に、運転，停止が頻繁に行
なわれる出荷ポンプにおいては神経を使い、立ち上り時
のトラブルも発生しやすい。

さらに、装置構成が複雑なので、分解修理に時間がかか
り、しかも強制給油装置によりシール全体のコストが高
くなり機器選定に制約を受ける。

一方、第２例の溶接ベローズを用いたメカニカルシール
２００を用いた場合には、封液を使用せず、したがって
強制給油装置も必要としないために上記したダブルシー
ルのような欠点は無いが、次のような問題を有してい
る。

まず第１にシール外周に低温の液化ガス１０５が接触す
るために、シール２００内面に氷結するおそれがあるた
めに、窒素ガスＮ_２を必ず供給し続けなければならな
い。したがって窒素ガスＮ_２の供給が困難な場所、たと
えば船舶等には使用することができず、使用箇所が制約
されてしまう。

また、セグメントシール２０２を備えているものの、メ
カニカルシール２００が異常損傷した場合に液化ガス１
０５が大気中に放出されるおそれがある。

そこで、本考案者等は図示しないがダンデム型のメカニ
カルシールの構成として１次側シールに内流形のメカニ
カルシールを用いることを考えた。そうすれば、液化ガ
スは封液室側に漏れ出して封液が液化ガス側に漏れ出さ
ない。しかも２次側シールによって封液室が密封されて
いるので１次側シールが損傷しても２次側シールによっ
てシールされ、安全性も高められる。そして、封液室の
圧力が液化ガス側の圧力よりも小さくて済むので均圧器
等を用いる強制給油装置も不要である。

しかし封液室内に低温の液化ガスが漏れ出すので、封液
室内の封液の凍結を防止する必要がある。そこでポンピ
ングリングやパーシャルインペラ等を設けて封液を循環
させることが考えられる。ところが、ポンピングリング
を用いた場合には、ポンプ軸が回転中は封液が循環する
が、停止すると封液が循環されなくなる。そのため、液
化ガスが、たとえば−１０４℃等の極低温の場合には、
封液が注入されている２次側シール部付近も−１０４℃
近くまで冷却され、封液が凍結してしまう。凍結を防止
するために極低温でも凍結しない不凍液を用いればよい
が、このような極低温まで凍結しない不凍液を現状では
入手できない。

本考案は上記した従来技術の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、１次側シールを
内流形のメカニカルシールとして低温流体が封液側に漏
れ出すようにし、しかも封液を外装型の循環ポンプによ
って循環させるようにして、封液の凍結を防止し、しか
も安全性の高い低温流体用軸封装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本考案にあっては、内部に
低温流体が収納されている流体機器ケーシングに設けら
れた軸孔と、該軸孔内に挿入される回転軸との隙間をシ
ールするもので、密封すべき低温流体側から順に１次側
シールと２次側シールとを配置し、両シールの間に前記
低温流体とは別の封液を流す封液室を設けた低温流体用
軸封装置において、前記低温流体側の１次側シールを内流形のメカニカルシ
ールとして低温流体が封液室側に漏れ出すように構成
し、前記封液室の外部に封液を貯溜するリザーバを設け
ると共に、該リザーバに封液を加熱する加熱手段を設
け、さらにリザーバと封液室間を循環する流路に封液を
循環させるためのポンプ手段を設けて成ることを特徴と
する。

リザーバには、リザーバ内に混入した低温流体の気化ガ
スを、オリフィスを通じてフレアに導いて燃焼して放出
するためのガス抜き手段を有することが好ましい。

リザーバには、リザーバ内の内圧が所定圧を越えると作
動する警報手段を有することが効果的である。

リザーバには、リザーバ内の内圧が所定圧を越えると開
くリリーフ弁を有し、該リリーフ弁より逃がされた気化
ガスをフレアに流すようにしてもよい。

（作用）上記構成の低温流体用軸受装置にあっては、低温流体
は、１次側シールによってシールされ、１次側シールの
密封端面を通じて封液室側に漏れ出す。そして、封液は
低温流体側には漏れ出さない。

一方、循環ポンプによって、リザーバ内のヒータにより
温度コントロールされた封液が封液室内に循環して流れ
ており、漏れ出した低温流体の熱は封液によって吸収さ
れ、封液の熱が奪われるものの封液がヒータによって加
熱されて温度が制御される。したがって封液が低温流体
によって冷却されて凍結するおそれはない。

また、封液は循環ポンプによって回転軸が停止中におい
ても循環しており、停止中に封液が凍結するおそれもな
い。

さらに、封液中に漏れ出した低温流体の気化ガスはフレ
アによって燃焼して放出するようにすれば、大気汚染等
を防止できる。

また、警報手段を設けておれば、異常圧力上昇を検知で
きるので安全性が高い。

さらに、異常圧力上昇時にリリーフ弁を通じて低温流体
の気化ガスをフレアに送るようにすれば、より安全性が
高まる。

（実施例）以下に本考案を図示の実施例に基づいて説明する。本考
案の一実施例に係る低温流体用軸封装置を示す第１図に
おいて、１０は軸封装置全体を示しており、従来例と同
様のエチレンポンプ等の低温液化ガスのポンプ軸の軸封
部等に用いられる。この軸封装置１０は、低温液化ガス
Ｌ側から順に、１次側シール１と２次側シール２とが配
置され、両シール１，２の間に封液室３が形成されてい
る。この１次側および２次側シール１，２は２個のメカ
ニカルシールを同方向に取付けたタンデム形ダブルシー
ルの構成となっており、１次側シール１としてベローズ
型メカニカルシールを使用し、２次側シール２にスプリ
ング型メカニカルシールを使用している。

１次側シール１について説明すると、このシール１は回
転軸４に固定されるシートリング１１と、図示しないポ
ンプケースに一体的に取付けられるシールケース５に固
定される従動リング１２と、この従動リング１２を支持
する金属ベローズ１３とから構成され、シートリング１
１を液化ガスＬ側に配置して液化ガスＬが密封端面１４
の外周側から内周側に漏れるような内流形の構成となっ
ている。

一方、２次側シール２も、液化ガス側に配置され回転軸
４に固定されるシートリング２１と、ポンプ等の流体機
器ケーシングに一体的に取付けられるシールケース５に
固定される従動リング２２とから成り、従動リング２２
がスプリング２３によってシートリング２１に対して押
圧するような構成となっている。

そして、封液室３は、２次側シール２の外周側を取り巻
く環状の第１室３１と、１次側シール１の金属ベローズ
１３および従動リング１２の内周と回転軸４外周間の環
状の第２室３２とを備えている。２次側シール２側の第
１室３１に封液室３に臨むシールケース５内周に封液Ｓ
を循環させるための循環路６の流入ポート５１および流
出ポート５２が開口している。

一方、封液室３の外部、この実施例ではシールケース５
の外側に封液Ｓを貯溜するリザーバ７が設けられ、この
リザーバ７とシールケース５との間に、循環路６を構成
する供給路６１と、戻り流路６２とが設けられている。
そして、供給路６１の配管途中に封液循環ポンプ８が配
設されている。

リザーバ７には、封液Ｓを加熱するためのヒータ９が設
けられ、封液Ｓの温度調整ができるようになっている。
またリザーバ７内の圧力を感知し、異常圧力上昇時に、
アラームが出せるように圧力スイッチ７１が、また異常
時にリザーバ７内の異常圧力上昇を避けるためのリリー
フ弁７２が、さらにはリザーバ７内の封液Ｓの液面が確
認できるようにレベルゲージ７３が、それぞれ設けられ
ている。そして、上記封液循環ポンプ８は、リザーバ７
内の圧力が高くなった場合にも耐えられるような耐圧性
のポンプが使用される。

一方、１次側シール１から漏れ出す液化ガスＬは、封液
室３内が通常大気圧状態なので封液室３内で気化して気
泡となり、戻り流路６２を通じてリザーバ７に送られ
る。このようなガスを排気するために、リザーバ７にガ
ス抜き手段７４が設けられている。このガス抜き手段７
４は、リザーバ７からのガスをオリフィス７４１を通じ
てフレア７４２に導いて燃焼して大気中に放出するよう
に構成されている。

さらに１次側シール１が損傷した場合には、異常な漏れ
となり、上記オリフィス７４１だけではガスが抜けきら
ないので、リリーフ弁７２を通じてフレア７４２に導く
ようになっている。すなわち、リザーバ７内の圧力があ
らかじめ設定された圧力になると、上記した圧力スイッ
チ７１が作動してアラームを出して異常を知らせる。そ
して、さらに圧力が高くなるとリリーフ弁７２が作動し
てガスをフレア７４２に導くように構成されている。
尚、７５はドレイン、７６は安全弁、７７は給油口であ
る。

尚、封液Ｓとしては、この実施例ではメタノールや冷凍
機油が用いられるが、密封すべき低温流体の種類等を考
慮して選択される。ただし、温度特性については、リザ
ーバ７で温度コントロールされて循環するので、低温時
の流動点を考慮する必要が無く、また凍結を防止できる
ので選定範囲は広い。

つぎに上記構成の低温流体用軸封装置の作用について説
明する。装置使用に際し、循環ポンプ８を作動して封液
室３内に所定温度にコントロールされた封液Ｓを注入し
て循環させておく。そして、封液Ｓ側の圧力は、密封す
べき低温液化ガスＬの圧力よりも低く設定する。この圧
力設定は、タンデム型のダブルシールの配置に由来する
ものである。

密封すべき低温液化ガスＬは、１次側シール１の密封端
面１４にてシールされる。そして、１次側シール１に内
流形のメカニカルシールを用いているので、低温液化ガ
スＬは封液室３内に漏れ出す。封液室３内に漏れ出して
も２次側シール２によって封液室３が密封されているの
で外部には漏れ出さない。一方漏れ出した液化ガスＬに
よって封液室３内の封液Ｓが冷やされるが、封液Ｓは循
環しており、リザーバ７において熱が供給されているの
で封液Ｓが凍結したり、流動性が悪くなったりするおそ
れはない。

また、封液Ｓを循環させるための循環ポンプ８が外装型
で、回転軸４が停止中においても常に作動し続け、封液
Ｓを循環できるので、封液Ｓの凍結や大気中の水分が２
次側シール２の近傍に氷結するようなことも無い。

一方、１次側シール１から漏れ出した低温液化ガスＬは
気化して封液Ｓ中で気泡となり、循環路６の戻り流路６
２を通ってリザーバ７内に送られる。このリザーバ７内
にてガスが上方に溜まり、オリフィス７４１を通じてフ
レア７４２に送られ、燃焼して大気中に安全に放出され
る。

さらに１次側シール１が損傷した場合、液化ガスＬが大
量に漏れ出すが、２次側シール２にてシールされ、戻り
流路６２を通じてリザーバ７内に送られる。そして、リ
ザーバ７内の圧力が異常に増大し、圧力スイッチ７１が
作動してアラームが作動すると共に、リリーフ弁７２が
開き、漏れ出したガスをフレア７４２に送って燃焼して
安全に大気中に放出する。

尚、上記実施例では低温流体として液化ガスを例にとっ
て説明したが、液化ガスに限るものでは無く、要するに
封液の凍結や低温流体の封液による汚染防止が要請され
る種々の装置の軸封部に適用することができることはも
ちろんである。

（考案の効果）本考案は以上の構成および作用を有するもので、１次側
シールを内流形のメカニカルシールとして低温流体が封
液室側に漏れ出すように構成したので、封液が低温流体
に漏れ出して汚染されることは無い。

また、封液はリザーバで加熱され常に必要な温度にコン
トロールされて循環しているので、低温流体によって封
液が凍結するおそれは無く、また低温時の流動点を考慮
する必要も無く、封液の選択の範囲が拡がる。

さらに、封液の循環路にポンプを設けたので、回転軸が
停止中でも封液の循環が可能であり、回転軸停止中に封
液が凍結するおそれはない。

さらにまた、従来の金属ベローズを用いたシングルメカ
ニカルシールのようなクェンチング用の窒素ガスが不要
となるので、使用箇所の制約が無い。

また、１次側シールが損傷した場合でも、２次側シール
にてシールされるので、低温流体が外部に放出されるお
それはなく安全性が高い。

一方、リザーバ内に混入した気化ガスをフレアによって
燃焼して排気するようにすれば、大気汚染等のおそれが
なく安全である。

さらに圧力が異常に高くなった場合に警報手段によって
警報を出すようにしたり、さらにリリーフ弁を通じて気
化ガスをフレアに導いて排気するようにすれば、より一
層安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る低温流体用軸封装置の
概略構成を示す縦断面図、第２図は従来の低温流体用軸
封装置の概略構成を示す断面図、第３図は第２図の装置
の要部縦断面図、第４図は他の従来の低温流体用軸封装
置の要部縦断面図である。符号の説明１……１次側シール、２……２次側シール３……封液室、４……回転軸５……シールケース、６……循環路７……リザーバ、７１……圧力スイッチ７２……リリーフ弁、７３……レベルゲージ７４……ガス抜き手段７４１……オリフィス７４２……フレア、８……循環ポンプ９……ヒータ、１０……軸封装置Ｌ……液化ガス、Ｓ……封液

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】内部に低温流体が収納されている流体機器
ケーシングに設けられた軸孔と、該軸孔内に挿入される
回転軸との隙間をシールするもので、密封すべき低温流
体側から順に１次側シールと２次側シールとを配置し、
両シールの間に前記低温流体とは別の封液を流す封液室
を設けた低温流体用軸封装置において、前記低温流体側の１次側シールを内流形のメカニカルシ
ールとして低温流体が封液室側に漏れ出すように構成
し、前記封液室の外部に封液を貯溜するリザーバを設け
ると共に、該リザーバに封液を加熱する加熱手段を設
け、さらにリザーバと封液室間を循環する流路に封液を
循環させるためのポンプ手段を設けて成ることを特徴と
する低温流体用軸封装置。
【請求項２】リザーバには、リザーバ内に混入した低温
流体の気化ガスを、オリフィスを通じてフレアに導いて
燃焼して放出するためのガス抜き手段を有する請求項１
に記載の低温流体用軸封装置。
【請求項３】リザーバには、リザーバ内の内圧が所定圧
を越えると作動する警報手段を有する請求項１または２
に記載の低温流体用軸封装置。
【請求項４】リザーバには、リザーバ内の内圧が所定圧
を越えると開くリリーフ弁を有し、該リリーフ弁より逃
がされた気化ガスをフレアに流す請求項２または３に記
載の低温流体用軸封装置。