JPH0660799U - 回転軸シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来よりも低いシール油の供給圧力でも回転
軸のシールが可能になることを目的とする。 【構成】 回転軸の周りに設けられたシールハウジング
内にシール油を供給しシールハウジング内の回転軸に嵌
装されたシールリングと回転軸との隙間からシール油を
機外へ漏出させて機内のガスをシールする回転軸シール
装置におけるシールリングの機内側面に複数の溝を刻設
して機内側の剛性が小さくなるように構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、圧縮機、送風機、ポンプ、タービン等に適用される回転軸シール装 置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図４は圧縮機などに使用されている従来の回転軸シール装置の説明図である。 図において、本シール装置は圧縮機の本体よりも高い位置にシール油のヘッドタ ンク５が設置されており、このヘッドタンク５上部のガス側は圧縮機のガス圧力 抜出しライン６に接続され、またヘッドタンク５下部のシール油側はシール油供 給ライン７に接続されている。ヘッドタンク５の油面高さＨは常に一定に保たれ るようにレベルコントローラ８により制御されている。従って、シール油供給孔 ４ａを介してシールハウジング４内に供給されるシール油の供給圧力Ｐ₂ は、圧 縮機内のガス圧力Ｐ₁ よりもヘッドタンク５の油面高さに相当する差圧Ｐ₂ −Ｐ ₁ ＝γ・Ｈ（γはシール油の比重量）だけ高い圧力で供給される。

【０００３】 シールハウジング４には断面が矩形状をなす内側シールリング２と外側シール リング３とが装着されている。内側シールリング２の前後には上述の差圧γ・Ｈ が掛かり、回転軸１との隙間からシール油を少量づつ矢印Ｃで示す機内方向へ漏 らすようになっている。通常、シールハウジング４外側の圧力Ｐ₃ は大気圧力で あるが、シール油の供給圧力Ｐ₂ は圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ に追従する。従って 、圧縮機の運転条件により圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ が変化すると外側シールリン グ３前後の差圧Ｐ₂ −Ｐ₃ も変化するが、この差圧Ｐ₂ −Ｐ₃ で回転軸１と外側 シールリング３との隙間からシール油を少量づつ矢印Ｄで示す機外方向へ漏らす ようになっている。このようにして圧縮機内のガスが機外へ漏れ出ないようにシ ールしている。図における符号９は圧力均衡ライン、１０はバランスコネクター である。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記のような従来の回転軸シール装置において、メタノールプラント用のリサ イクル圧縮機や水添脱硫による石油精製プラント用の水素リサイクル圧縮機など の場合、通常の運転時は圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ が高く、従ってシール油の供給 圧力Ｐ₂ も高いが、触媒還元運転時には圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ が低くなり、従 ってシール油の供給圧力Ｐ₂ も低くなる。例えば、通常の運転時は圧縮機内のガ ス圧力Ｐ₁ ＝２００kgf/cm²g、シール油の供給圧力Ｐ₂ ＝２００．３５kgf/cm²g であっても、触媒還元運転時には圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ ＝１０．０kgf/cm²g、 シール油の供給圧力Ｐ₂ ＝１０．３５kgf/cm²gなどとなる場合がある。このよう にシール油の供給圧力Ｐ₂ が低くなると、回転軸１と外側シールリング３との隙 間を通過するシール油量が減少し、この隙間における摩擦熱などにより外側シー ルリング３の温度が上昇して焼付く恐れがある。

【０００５】 この外側シールリング３の焼付き防止のため、シールハウジング４にシール油 バイパス孔４ｂ及びシール油バイパスバルブ４ｃなどによるシール油バイパスシ ステムを設け、積極的にシール油を流出させて外側シールリング３を冷却してい るが、このシール油バイパスシステムは本シール装置の構造や制御などを複雑化 して設備費などが高価になる。また、外側シールリング３の焼付き防止のため、 外側シールリング３と回転軸１との隙間を大きくしてシール油量を増加させると 、通常の運転時にシール油量が増加して本シール装置が大きくなり設備費や維持 費などが高価になる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る回転軸シール装置は上記課題の解決を目的にしており、回転軸の 周りに設けられたシールハウジング内にシール油を供給し上記シールハウジング 内の上記回転軸に嵌装されたシールリングと上記回転軸との隙間から上記シール 油を機外へ漏出させて機内のガスをシールする回転軸シール装置において、上記 シールリングの機内側面に刻設され機内側の剛性を小さくする複数の溝を備えた 構成を特徴とする。

【０００７】

【作用】

即ち、本考案に係る回転軸シール装置においては、回転軸の周りに設けられた シールハウジング内にシール油を供給しシールハウジング内の回転軸に嵌装され たシールリングと回転軸との隙間からシール油を機外へ漏出させて機内のガスを シールする回転軸シール装置におけるシールリングの機内側面に複数の溝が刻設 されて機内側の剛性が小さくなっており、外側シールリングにおける半径方向の 差圧は機内側で小さく機外側が大きいがシールリングの剛性は溝が刻設されてい る機内側が小さくなっている。これにより、シール油の供給圧力に伴うシールリ ングの変形が均一化して回転軸とシールリングとの機内側隙間と機外側隙間との 差が均一となるとともに機内のガス圧力の上昇に伴ってこの隙間が小さくなる特 性が得られる。従って、シールリングと回転軸との隙間を従来よりも大きく設け ておいても、シール油の供給圧力が高くなるとシールリングが従来よりも大きく 変形して回転軸とシールリングとの隙間が小さくなりシール油の供給油量が平均 化される。また、シール油の供給圧力が低くなるとシールリングの変形は小さく なるが、回転軸とシールリングとの隙間を従来よりも大きく設けておくことによ り摩擦熱などの冷却に必要なシール油量が確保される。従って、従来よりも低い シール油の供給圧力でも回転軸のシールが可能になる。

【０００８】

【実施例】

図１乃至図３は本考案の一実施例に係る回転軸シール装置の説明図である。図 において本実施例に係る回転軸シール装置は、圧縮機、送風機、ポンプ、タービ ン等に適用されるもので、圧縮機の本体よりも高い位置にシール油のヘッドタン ク５が設置されており、このヘッドタンク５上部のガス側は圧縮機のガス圧力抜 出しライン６に接続され、またヘッドタンク５下部のシール油側はシール油供給 ライン７に接続されている。ヘッドタンク５の油面高さＨは常に一定に保たれる ようにレベルコントローラ８により制御されている。従って、シール油供給孔４ ａを介してシールハウジング４内に供給されるシール油の供給圧力Ｐ₂ は、圧縮 機内のガス圧力Ｐ₁ よりもヘッドタンク５の油面高さに相当する差圧Ｐ₂ −Ｐ₁ ＝γ・Ｈ（γはシール油の比重量）だけ高い圧力で供給される。

【０００９】 シールハウジング４には断面が矩形状をなす内側シールリング２と外側シール リング３とが装着されている。内側シールリング２の前後には上述の差圧γ・Ｈ が掛かり、回転軸１との隙間からシール油を少量づつ矢印Ｃで示す機内方向へ漏 らすようになっている。通常、シールハウジング４外側の圧力Ｐ₃ は大気圧力で あるが、シール油の供給圧力Ｐ₂ は圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ に追従する。従って 、圧縮機の運転条件により圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ が変化すると外側シールリン グ３前後の差圧Ｐ₂ −Ｐ₃ も変化するが、この差圧Ｐ₂ −Ｐ₃ で回転軸１と外側 シールリング３との隙間からシール油を少量づつ矢印Ｄで示す機外方向へ漏らす ようになっている。このようにして圧縮機内のガスが機外へ漏れ出ないようにシ ールしている。図における符号９は圧力均衡ライン、１０はバランスコネクター である。

【００１０】 さらに、本回転軸シール装置においては外側シールリング３回りの圧力分布に よって外側シールリング３が変形するのを有効に利用して外側シールリング３の 使用限界圧力を低圧化するとともに、圧縮機内のガス圧力が高くなっても機外へ 漏れるシール油量が増加しないようになっている。即ち、図２（ａ），（ｂ）に 示すように外側シールリング３の機内側面に底部がＬ字状をなす複数の深溝Ａが 、或いは同図（ｃ），（ｄ）に示すように底部が斜面をなす複数のテーパ溝Ｂが 設けられている。深溝Ａ，テーパ溝Ｂはそれぞれ外側シールリング３の機内側面 に外周部から半径方向に向けて切欠くように等間隔に設けられており、ｌ₁ ／ｌ ₂ ＝０．３〜０．７、ｌ₃ ／ｌ₄ ＝１．５〜３．５、ｌ₅ ／ｌ₆ ＝０．２〜０． ７、ｌ₇ ／ｌ₈ ＝１．０〜３．０、θ₁ ＝１０度〜３０度、θ₂ ＝１０度〜４５ 度となっている。

【００１１】 図３に示すように外側シールリング３における半径方向の差圧Ｐ_r1−Ｐ_r2は機 内側が小さく機外側が大きい。また、外側シールリング３機内側面の外周部に深 溝Ａまたはテーパ溝Ｂが等間隔に設けられていることにより、外側シーリング３ の剛性は機内側が小さく機外側が大きくなっている。このように外側シールリン グ３の剛性が軸方向に変化していることにより、外側シールリング３はシール油 の供給圧力Ｐ₂ により点線で示すように均一に変形し、この変形による回転軸１ と外側シールリング３との機内側隙間r₂と機外側隙間r₄との差が均一になるとと もに圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ の上昇に伴ってこの隙間r₃，r₄が小さくなる特性が 得られる。従って、外側シールリング３と回転軸１との隙間を従来よりも大きく 設けておいても、シール油の供給圧力Ｐ₂ が高くなると外側シールリング３が従 来よりも大きく変形して回転軸１と外側シールリング３との隙間が小さくなり、 シール油の供給油量が平均化される。また、シール油の供給圧力Ｐ₂ が低くなる と外側シールリング３の変形は小さくなるが、回転軸１と外側シールリング３と の隙間を従来よりも大きく設けておくことにより、摩擦熱などの冷却に必要なシ ール油量が確保される。従って、従来よりも低いシール油の供給圧力Ｐ₂ でも回 転軸１のシールが可能で、本シール装置におけるシール油の最小限界供給圧力を Ｐ_X とすると、従来のシール装置における最小限界供給圧力はＰ_X ＋Ｐ_Y で表わ され、Ｐ_X ／Ｐ_Y ＝０．１５〜１．５となる。

【００１２】 メタノールプラント用のリサイクル圧縮機や水添脱硫による石油精製プラント 用の水素リサイクル圧縮機などの場合、通常の運転時は圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ が高く、従ってシール油の供給圧力も高いが、触媒還元運転時には圧縮機内のガ ス圧力Ｐ₁ が低くなり、従ってシール油の供給圧力Ｐ₂ も低くなる。例えば、通 常の運転時は圧縮機内のガス圧力Ｐ₁ ＝２００kgf/cm²g、シール油の供給圧力Ｐ ₂ ＝２００．３５kgf/cm²gであっても、触媒還元運転時には圧縮機内のガス圧力 Ｐ₁ ＝１０．０kgf/cm²g、シール油の供給圧力Ｐ₂ ＝１０．３５kgf/cm²gなどと なる場合がある。このようにシール油の供給圧力Ｐ₂ が低くなると、従来の回転 軸シール装置においては回転軸と外側シールリングとの隙間を通過するシール油 量が減少し、この隙間における摩擦熱などにより外側シールリングの温度が上昇 して焼付く恐れがあるが、本回転軸シール装置においては外側シールリング３機 内側の外周部に複数の溝を設けて機内側の剛性を小さくし、外側シールリング３ 回りに作用する圧力を有効に利用することにより圧縮機内の広い範囲のガス圧力 Ｐ₁ においてシール油の供給量が平均化されており、シール油の供給圧力Ｐ₂ が 変動する場合でもシール油をバイパスさせることなく回転軸１をシールすること が可能で、これによりシール油のバイパスシステムや大きなシール油設備が不要 となって回転軸シール装置が簡素化され、費用の節減と信頼性の向上を図ること ができる。

【００１３】

【考案の効果】

本考案に係る回転軸シール装置は前記のように構成されており、従来よりも低 いシール油の供給圧力でも回転軸のシールが可能になるので、シール油バイパス システムや大きなシール装置が不要となって設備費や維持費が低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本考案の一実施例に係る回転軸シ
ール装置のシステム系統図、同図（ｂ）は要部断面図で
ある。

【図２】図２（ａ），（ｃ）はその外側シールリングの
斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるｂ−ｂ断面
図、同図（ｄ）は同図（ｃ）におけるｄ−ｄ断面図であ
る。

【図３】図３はその作用説明図である。

【図４】図４は従来の回転軸シール装置のシステム系統
図である。

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 内側シールリング ３ 外側シールリング ４ シールハウジング ４ａ シール油供給孔 ５ ヘッドタンク ６ ガス圧力抜出しライン ７ シール油供給ライン ８ レベルコントローラ ９ 圧力均衡ライン １０ バランスコネクター

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の周りに設けられたシールハウジ
   ング内にシール油を供給し上記シールハウジング内の上
   記回転軸に嵌装されたシールリングと上記回転軸との隙
   間から上記シール油を機外へ漏出させて機内のガスをシ
   ールする回転軸シール装置において、上記シールリング
   の機内側面に刻設され機内側の剛性を小さくする複数の
   溝を備えたことを特徴とする回転軸シール装置。