JPH10148198A - Shaft sealing device - Google Patents
Shaft sealing deviceInfo
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- JPH10148198A JPH10148198A JP30602696A JP30602696A JPH10148198A JP H10148198 A JPH10148198 A JP H10148198A JP 30602696 A JP30602696 A JP 30602696A JP 30602696 A JP30602696 A JP 30602696A JP H10148198 A JPH10148198 A JP H10148198A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機に用いられ
る軸封装置に関する。さらに詳しくは、塩素ガス等の高
反応性で毒性の強い特殊ガスを取り扱う遠心圧縮機に用
いられる軸封装置の構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shaft sealing device used for a compressor. More specifically, the present invention relates to a structure of a shaft sealing device used in a centrifugal compressor that handles highly reactive and highly toxic special gas such as chlorine gas.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、遠心圧縮機に用いられる軸封装置
の構造には、図４に示すように、全てのシールユニット
１０１，１０２，１０３がラビリンスシールで構成され
ているものがある。軸封装置１０４から外部へプロセス
ガス漏れを防止するため、導入孔１０５からはパージガ
スとして、例えばドライＮ2 ガスがパージされる。この
導入孔１０５における圧力は、プロセス側（つまり、羽
根車１０６側）に通ずる排出孔１０７の圧力より微小に
高くなるように制御されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a structure of a shaft sealing device used in a centrifugal compressor, there is a structure in which all seal units 101, 102 and 103 are constituted by labyrinth seals as shown in FIG. In order to prevent process gas leakage from the shaft sealing device 104 to the outside, for example, dry N 2 gas is purged as a purge gas from the introduction hole 105. The pressure in the introduction hole 105 is controlled to be slightly higher than the pressure in the discharge hole 107 communicating with the process side (that is, the impeller 106 side).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の軸封装置においては、以下の問題点があった。 （１） プロセスガスが高反応性で毒性の強い場合、シ
ールユニット１０１，１０２，１０３と回転軸１０８と
が接触して発熱し、爆発的反応が起こるおそれがあっ
た。これを避けるために、シールユニットと回転軸１０
８との径方向の間隙（以下、シール間隙という。）を拡
大する必要がある一方、プロセスガスの漏れ量を抑える
ことを考慮して、シール間隙を小さくする必要もあっ
た。したがって、一般的にシール間隙を大きくし、パー
ジガス導入孔１０５のガス圧力と排出孔１０７側のプロ
セスガス圧力の差圧を微差圧制御することで対応してい
た。しかし、過渡的状態、例えば圧縮機内のプロセスガ
ス圧力が一定値になるまでの状態において、導入孔１０
５と排出孔１０７との差圧の大小が逆転するおそれがあ
り、また差圧が大きくなった場合はプロセスラインへＮ
2 ガスが多量に混入するおそれがあるため、設備の信頼
性に問題があった。However, the above-mentioned conventional shaft sealing device has the following problems. (1) When the process gas is highly reactive and highly toxic, the seal units 101, 102, and 103 come into contact with the rotating shaft 108 to generate heat, which may cause an explosive reaction. In order to avoid this, the seal unit and the rotating shaft 10
On the other hand, it was necessary to increase the radial gap with the nozzle 8 (hereinafter, referred to as a seal gap), but it was also necessary to reduce the seal gap in consideration of suppressing the leakage amount of the process gas. Therefore, in general, the sealing gap is increased, and the difference between the gas pressure of the purge gas introduction hole 105 and the process gas pressure on the discharge hole 107 side is controlled by a slight differential pressure. However, in a transient state, for example, until the process gas pressure in the compressor reaches a constant value, the introduction hole 10
There is a possibility that the magnitude of the pressure difference between the pressure difference 5 and the discharge hole 107 may be reversed.
(2) There was a problem in the reliability of the equipment because a large amount of gas might be mixed.
【０００４】（２） また、回転軸１０８のシール部に
円筒リング（カーボンリングシールユニットまたはハニ
カムシールユニット）を使用した場合も次の問題点があ
った。円筒リングにカーボンリングシールを使用する場
合について、図５を用いて説明する。この図は、円筒リ
ングと回転軸の要部を示す拡大断面図である。この軸封
装置１０４では、塩素ガス等の毒性の強いガスとの反応
を回避するため、不活性ガスであるドライＮ2 ガスをパ
ージガスとして使用している。カーボンリングシール１
０９は、ドライＮ2 ガス雰囲気の中で接触すると、摺動
性が悪化し、異常摩耗が発生する。この軸封装置１０４
では、プロセスガス内のＮ2 ガス濃度を低くするため、
回転軸１０８とカーボンリングシール１０９の間隙であ
るシール間隙は極力小さく設定されている。また、カー
ボンリングシール１０９は自由に動くフローティング構
造となっているので、回転軸１０８と接触することがあ
る。このため、カーボンリングシール１０９が異常摩耗
する危険性があり、軸封装置１０４の信頼性および耐久
性に問題があった。(2) Also, the following problem occurs when a cylindrical ring (carbon ring seal unit or honeycomb seal unit) is used for the seal portion of the rotating shaft 108. A case where a carbon ring seal is used for a cylindrical ring will be described with reference to FIG. This figure is an enlarged sectional view showing the main part of the cylindrical ring and the rotating shaft. In the shaft sealing device 104, dry N 2 gas, which is an inert gas, is used as a purge gas in order to avoid a reaction with a highly toxic gas such as chlorine gas. Carbon ring seal 1
In No. 09, when contact is made in a dry N 2 gas atmosphere, slidability deteriorates and abnormal wear occurs. This shaft sealing device 104
Then, in order to lower the N 2 gas concentration in the process gas,
The seal gap between the rotating shaft 108 and the carbon ring seal 109 is set as small as possible. Further, since the carbon ring seal 109 has a floating structure that freely moves, it may come into contact with the rotating shaft 108. For this reason, there is a risk that the carbon ring seal 109 may be abnormally worn, and there is a problem in reliability and durability of the shaft sealing device 104.
【０００５】（３） 次いで、円筒リングにハニカムシ
ールを使用する場合について説明する。ハニカムシール
は、従来ガスタービンの静翼部に使用されており、過渡
時にシール間隙がゼロになるように設計されている。高
速回転のターボ圧縮機に使用する場合、回転軸１０８と
接触すると、図６に示すフィン１１０が変形してシール
性能が低下するとともに、回転軸１０８の安定性が損な
われる危険性があった。(3) Next, a case where a honeycomb seal is used for a cylindrical ring will be described. Honeycomb seals are conventionally used for the stationary blade portion of a gas turbine, and are designed so that the seal gap becomes zero during transition. When used in a high-speed rotation turbo compressor, when it comes into contact with the rotating shaft 108, the fins 110 shown in FIG. 6 are deformed, the sealing performance is reduced, and the stability of the rotating shaft 108 may be impaired.
【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、圧縮機におけるプロセスガスの漏れ量の低減を図
り、シールユニットの耐摩耗性を向上させる軸封装置を
提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a shaft sealing device that reduces the amount of process gas leakage in a compressor and improves the wear resistance of a seal unit.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を解
決するためになされたものであり、その要旨は、プロセ
スガスを用いる圧縮機の軸封に、回転軸と、パージガス
導入孔とプロセス側へ戻す排出孔を有する軸封装置にお
いて、上記回転軸の外側に設けられた円筒リングおよび
該円筒リングを固定するシールハウジングから成る中間
シールユニットおよび大気シールユニットを含んだシー
ルユニットを軸方向に３個以上配設したことにある。ま
た、上記円筒リングがカーボンリングシールまたはハニ
カムシールであり、その回転軸摺動面側に摩耗材を設け
たことにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned object, and the gist of the present invention is to provide a rotary shaft, a purge gas introduction hole, and a process for sealing a shaft of a compressor using a process gas. In a shaft sealing device having a discharge hole returning to the side, a seal unit including an intermediate seal unit and an atmospheric seal unit including a cylindrical ring provided outside the rotation shaft and a seal housing for fixing the cylindrical ring is axially moved. There are three or more. Further, the cylindrical ring is a carbon ring seal or a honeycomb seal, and a wear material is provided on the rotating shaft sliding surface side.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら、本発
明に係る軸封装置を詳細に説明する。図１に本発明に係
る軸封装置の縦断面図を示す。この軸封装置は、回転軸
１の廻りに間隙を隔てて、該回転軸１の振動最大値に対
しても回転軸１と接触しないようにシールユニットが３
個設けられている。最も羽根車２に近い部位にはラビリ
ンスシールユニット３を設け、中間部には上記ラビリン
スシールユニット３と同じシール間隙を有するラビリン
スシール５と円筒リング７（カーボンリングシールまた
はハニカムシール）とそれを固定するシールハウジング
８から構成される中間シールユニット９を設け、機外側
には円筒リング１０を固定するシールハウジング１１か
ら構成される大気シールユニット１２が配設されてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a shaft sealing device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a shaft sealing device according to the present invention. In this shaft sealing device, the seal unit is provided with a gap around the rotating shaft 1 so that the sealing unit does not come into contact with the rotating shaft 1 even with respect to the maximum vibration value of the rotating shaft 1.
Are provided. A labyrinth seal unit 3 is provided at a position closest to the impeller 2, and a labyrinth seal 5 and a cylindrical ring 7 (carbon ring seal or honeycomb seal) having the same seal gap as the labyrinth seal unit 3 are fixed at an intermediate portion. An intermediate seal unit 9 composed of a seal housing 8 is provided, and an atmosphere seal unit 12 composed of a seal housing 11 for fixing a cylindrical ring 10 is provided outside the machine.
【０００９】上記ラビリンスシールユニット３と中間シ
ールユニット９間にはプロセスガスライン（図示せず）
へ戻る排出孔４が配設されており、中間シールユニット
９と大気シールユニット１２の間にはパージガス導入孔
６が配設されている。羽根車２の背面から漏れたプロセ
スガスは、ラビリンスシールユニット３を通り、排出孔
４の圧力まで減圧され、プロセスラインに戻る。パージ
ガスとして用いたドライＮ2 ガスは、供給源（図示せ
ず）からパージガス導入孔６を通って供給される。その
供給圧力は、排出孔４の圧力よりも僅かに高くなるよう
に制御される。これにより、機内ガスであるプロセスガ
スが機外へ漏れることを完全に遮断するシステムとな
る。こうして、プロセスガス側（羽根車２側）からそれ
ぞれ、ラビリンスシール３、排出孔４、ラビリンスシー
ル５と円筒リング７（カーボンリングシールまたはハニ
カムシール）の組合せ、次いでパージガス導入孔６、円
筒リング１０（カーボンリングシールまたはハニカムシ
ール）の順に配設される。このラビリンスシール３，５
のシール間隙は大きく、円筒リング７，１０（カーボン
リングシールまたはハニカムシール）のシール間隙は小
さくする。A process gas line (not shown) is provided between the labyrinth seal unit 3 and the intermediate seal unit 9.
A discharge hole 4 is provided to return to the inside, and a purge gas introduction hole 6 is provided between the intermediate seal unit 9 and the atmosphere seal unit 12. The process gas leaking from the back of the impeller 2 passes through the labyrinth seal unit 3 and is reduced to the pressure of the discharge hole 4 and returns to the process line. Dry N 2 gas used as a purge gas is supplied from a supply source (not shown) through a purge gas introduction hole 6. The supply pressure is controlled to be slightly higher than the pressure in the discharge hole 4. This provides a system that completely blocks the process gas, which is the in-machine gas, from leaking out of the machine. Thus, the labyrinth seal 3, the discharge hole 4, the combination of the labyrinth seal 5 and the cylindrical ring 7 (carbon ring seal or honeycomb seal), and then the purge gas introducing hole 6, the cylindrical ring 10 (from the process gas side (the impeller 2 side)). (Carbon ring seal or honeycomb seal). This labyrinth seal 3,5
The seal gap of the cylindrical rings 7, 10 (carbon ring seal or honeycomb seal) is made small.
【００１０】円筒リング７，１０にカーボンリングシー
ルを用いる場合、回転軸１との摺動性を上げるため、摩
耗材１３を、図２に示すようにカーボンリングシールの
先端に焼入れまたは焼付けすることにより取り付ける。
その際、摩耗材１３に凹凸を設けて摩耗材１３とカーボ
ンリングシールとの接合度を高め、摺動時における剥離
防止を図ることができる。こうして、各シールの性能低
下を回避し、信頼性の高い軸封装置とする。When a carbon ring seal is used for the cylindrical rings 7 and 10, the wear material 13 is hardened or baked at the tip of the carbon ring seal as shown in FIG. Attach by
At this time, the abrasion material 13 is provided with irregularities to increase the degree of bonding between the abrasion material 13 and the carbon ring seal, thereby preventing peeling during sliding. In this way, a performance reduction of each seal is avoided, and a highly reliable shaft sealing device is obtained.
【００１１】実施の他の形態 図１の円筒リング７，１０として用いたカーボンリング
シールの代わりにハニカムシールを設けることができ
る。この円筒リング状のハニカムシール１４は、図３に
示すように、蜂の巣状のセル１５から構成されている。
このセル１５に、図３で示すように摩耗材１６を埋め込
み、隣接したセル１５には摩耗材１６を埋め込まないよ
うにしてある。このセル１５により、回転軸１と円筒リ
ング７，１０との圧力を減圧させる効果を保ち、摺動時
のフィン１７の強度を高めることができる。なお、上記
摩耗材の代わりに耐摩耗材を用いてもよい。 Another Embodiment A honeycomb seal can be provided instead of the carbon ring seal used as the cylindrical rings 7 and 10 in FIG. As shown in FIG. 3, the cylindrical ring-shaped honeycomb seal 14 includes a honeycomb cell 15.
As shown in FIG. 3, a wear material 16 is buried in the cell 15, and the wear material 16 is not buried in the adjacent cell 15. By the cell 15, the effect of reducing the pressure between the rotating shaft 1 and the cylindrical rings 7, 10 is maintained, and the strength of the fin 17 during sliding can be increased. Note that a wear-resistant material may be used instead of the above-described wear material.
【００１２】次いで、本発明に係る軸封装置による作用
について詳述する。プロセスガスが流れる羽根車２と排
出孔４との間では、爆発的反応を避けるため、回転軸１
が接触しないようにラビリンスシールを配設してシール
間隙を大きくする。パージガス導入孔６と排出孔４の間
は、ドライＮ2 ガスがプロセス側（羽根車２側）の漏れ
を抑制するように円筒リング７（カーボンリングシール
またはハニカムシール）を配設し、シール間隙を小さく
設定する。このように、シール材が持つ特徴を生かして
各シール材をそのシール効果が上がる部位に配設し、爆
発的反応を避け、プロセスガス漏れを抑制する。中間シ
ールユニット９には、シールハウジング８の排出孔４側
にラビリンスシール５を配設し、導入孔６側には摩耗材
１３を設けた円筒リング７（カーボンリングシールまた
はハニカムシール）を配設し、パージガス導入孔６側の
回転軸１とシールユニットの間隙をさらに小さくし、シ
ール性能を向上させる。さらに、円筒リング７，１０
（カーボンリングシールまたはハニカムシール）には摩
耗材１３を取り付けると、カーボンリングシールのドラ
イＮ2 ガス雰囲気での信頼性が向上し、ハニカムシール
の耐久性が向上する。Next, the operation of the shaft sealing device according to the present invention will be described in detail. Between the impeller 2 through which the process gas flows and the discharge hole 4, the rotating shaft 1
A labyrinth seal is provided so that the seal gap does not come into contact, and the seal gap is increased. A cylindrical ring 7 (carbon ring seal or honeycomb seal) is provided between the purge gas introduction hole 6 and the discharge hole 4 so as to suppress the leakage of the dry N 2 gas on the process side (the impeller 2 side). Set smaller. As described above, by utilizing the characteristics of the sealing material, each sealing material is disposed at a position where the sealing effect is enhanced, thereby preventing explosive reaction and suppressing process gas leakage. In the intermediate seal unit 9, a labyrinth seal 5 is provided on the discharge hole 4 side of the seal housing 8, and a cylindrical ring 7 (carbon ring seal or honeycomb seal) provided with a wear material 13 is provided on the introduction hole 6 side. In addition, the gap between the rotary shaft 1 on the purge gas introduction hole 6 side and the seal unit is further reduced, and the sealing performance is improved. Further, the cylindrical rings 7, 10
When the wear material 13 is attached to the (carbon ring seal or honeycomb seal), the reliability of the carbon ring seal in a dry N 2 gas atmosphere is improved, and the durability of the honeycomb seal is improved.
【００１３】[0013]
【発明の効果】上述したように、本発明に係る軸封装置
によれば、塩素ガス等の高反応性で、毒性の強いガスを
取り扱う高速回転のターボ型圧縮機に用いられる軸封装
置において、プロセスガスの外部へのリーク量を低減す
るとともに、シールユニットの耐摩耗性を向上すること
ができ、ひいてはコスト低減を図ることができる。As described above, according to the shaft sealing device according to the present invention, the shaft sealing device used in a high-speed rotating turbo-type compressor that handles highly reactive and highly toxic gas such as chlorine gas. In addition, the amount of leakage of the process gas to the outside can be reduced, the wear resistance of the seal unit can be improved, and the cost can be reduced.
【図１】本発明に係る軸封装置の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a shaft sealing device according to the present invention.
【図２】図１の要部を示す拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view showing a main part of FIG.
【図３】実施の他の形態に係る軸封装置の円筒リング表
面を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a cylindrical ring surface of a shaft sealing device according to another embodiment.
【図４】従来の軸封装置の縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a conventional shaft sealing device.
【図５】従来の軸封装置の要部を示す拡大縦断面図であ
る。FIG. 5 is an enlarged vertical sectional view showing a main part of a conventional shaft sealing device.
【図６】従来の軸封装置の円筒リング表面を示す平面図
である。FIG. 6 is a plan view showing a cylindrical ring surface of a conventional shaft sealing device.
１ 回転軸 ２ 羽根車 ３ ラビリンスシールユニット ４ 排出孔 ５ ラビリンスシール ６ パージガス導入孔 ７ 円筒リング ８ シールハウジング ９ 中間シールユニット １０ 円筒リング １１ シールハウジング １２ 大気シールユニット １３ 摩耗材 １４ ハニカムシール １５ セル １６ 摩耗材 １７ フィン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotary shaft 2 Impeller 3 Labyrinth seal unit 4 Discharge hole 5 Labyrinth seal 6 Purge gas introduction hole 7 Cylindrical ring 8 Seal housing 9 Intermediate seal unit 10 Cylindrical ring 11 Seal housing 12 Atmospheric seal unit 13 Wear material 14 Honeycomb seal 15 Cell 16 Wear Wear material 17 fin
Claims (2)
回転軸と、パージガス導入孔とプロセス側へ戻す排出孔
を有する軸封装置において、上記回転軸の外側に設けら
れた円筒リングおよび該円筒リングを固定するシールハ
ウジングから成る中間シールユニットおよび大気シール
ユニットを含んだシールユニットを軸方向に３個以上配
設したことを特徴とする軸封装置。1. A shaft seal of a compressor using a process gas,
In a shaft sealing device having a rotating shaft, a purge gas introduction hole, and a discharge hole returning to the process side, an intermediate seal unit and an atmospheric seal unit including a cylindrical ring provided outside the rotating shaft, and a seal housing for fixing the cylindrical ring. 3. A shaft sealing device, wherein three or more seal units including the following are disposed in the axial direction.
またはハニカムシールであり、その回転軸摺動面側に摩
耗材を設けたことを特徴とする請求項１記載の軸封装
置。2. The shaft sealing device according to claim 1, wherein the cylindrical ring is a carbon ring seal or a honeycomb seal, and a wear material is provided on a sliding surface side of the rotating shaft.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30602696A JPH10148198A (en) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | Shaft sealing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30602696A JPH10148198A (en) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | Shaft sealing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10148198A true JPH10148198A (en) | 1998-06-02 |
Family
ID=17952189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30602696A Withdrawn JPH10148198A (en) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | Shaft sealing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10148198A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002038961A1 (en) * | 2000-11-09 | 2002-05-16 | Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap | Rotor shaft sealing |
| JP2005194989A (en) * | 2004-01-09 | 2005-07-21 | Taga Joji | Rotary pump for highly active liquid |
| CN117823454A (en) * | 2023-12-29 | 2024-04-05 | 无锡艾尔泰科压缩机有限公司 | Integrated high-pressure carbon ring shaft seal structure and centrifugal compressor |
-
1996
- 1996-11-18 JP JP30602696A patent/JPH10148198A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117823454A (en) * | 2023-12-29 | 2024-04-05 | 无锡艾尔泰科压缩机有限公司 | Integrated high-pressure carbon ring shaft seal structure and centrifugal compressor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040203 |