JPWO2015011812A1 - Tandem double seal for nuclear power plant - Google Patents

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Abstract

本発明は、被密封流体の圧力又は温度が大きく高低変化する条件下においても、遊動環のシール面が相手シール面と適正に接触し、良好なシール機能を発揮しうる遊動環型メカニカルシールを提供する。本発明は、遊動環(5)を回転環(4)と静止環(2)との間に挟圧保持させた遊動環型メカニカルシールに関し、静止環(2)を、一端部が遊動環(5)に接触する厚肉円環状の本体部(21)とその他端部の内周縁部から軸線方向に延びる薄肉円筒状の保持部(22)とからなる断面L字状の円筒体に構成して、シールケース(1)の内周部にこれと保持部(22)との間にOリング(7a)を介在させた状態で軸線方向移動可能に嵌合保持させると共に、静止環(2)を遊動環(5)の構成材とヤング率及び/又は熱膨張係数が近似する金属材で構成する。The present invention provides a floating ring type mechanical seal capable of exhibiting a good sealing function by properly contacting the sealing surface of the floating ring with the mating seal surface even under conditions where the pressure or temperature of the sealed fluid is greatly changed. provide. The present invention relates to a floating ring type mechanical seal in which a floating ring (5) is sandwiched and held between a rotating ring (4) and a stationary ring (2). 5) A cylindrical body having an L-shaped cross section composed of a thick annular main body (21) in contact with 5) and a thin cylindrical holding part (22) extending in the axial direction from the inner peripheral edge of the other end. The seal case (1) is fitted and held so as to be movable in the axial direction with an O-ring (7a) interposed between the inner periphery of the seal case (1) and the holding portion (22), and the stationary ring (2). Is composed of a constituent material of the idle ring (5) and a metal material having a similar Young's modulus and / or thermal expansion coefficient.

Description

本発明は、被密封流体が高圧流体である場合においてその圧力又は温度が大きく高低変化する原子力プラント回転機器(例えば、原子力発電所の冷却材再循環ポンプ等)に軸封手段として使用される原子力プラント用タンデムダムルシールに関するものである。   The present invention relates to nuclear power used as a shaft sealing means for a nuclear power plant rotating device (for example, a coolant recirculation pump of a nuclear power plant) whose pressure or temperature changes greatly when the sealed fluid is a high pressure fluid. It relates to tandem damle seals for plants.

原子力発電所の冷却材再循環ポンプ等のように高負荷条件下で運転される原子力プラント回転機器の軸封手段としては、筒状のシールケースとこれを洞貫する回転軸との間に機内側メカニカルシールと機外側メカニカルシールとを縦列状にタンデム配置して、機内領域と機外領域とを両メカニカルシール間に形成される中間領域を介してシールするように構成されたタンデムダブルシールが公知である。   As a shaft sealing means for nuclear power plant rotating equipment operated under high load conditions such as a coolant recirculation pump of a nuclear power plant, a machine is provided between a cylindrical seal case and a rotating shaft penetrating the cylindrical sealing case. A tandem double seal configured so that the inner mechanical seal and the outer mechanical seal are arranged in tandem in a tandem manner, and the in-machine region and the out-of-machine region are sealed through an intermediate region formed between the two mechanical seals. It is known.

かかるタンデムダブルシールによれば、機内領域の圧力を中間領域を介して段階的に減圧しつつシールすることができ、高負荷条件でのシールを好適に行うことができるが、特に、各メカニカルシールとして、特許文献1に開示される如き遊動環型メカニカルシールを使用した場合は、一般的なメカニカルシール(遊動環を有さず、回転環と静止環との相対回転摺接作用により被密封流体をシールさせるように構成されたメカニカルシール)を使用した場合に比して、高度の安全性が要求される原子力プラント用の軸封手段としてより好適するものと考えられる。   According to such a tandem double seal, it is possible to seal while reducing the pressure in the in-machine region in a stepwise manner through the intermediate region, and it is possible to suitably perform sealing under high load conditions. As described above, when a floating ring type mechanical seal as disclosed in Patent Document 1 is used, a general mechanical seal (which does not have a floating ring and has a fluid to be sealed by a relative rotational sliding contact between a rotating ring and a stationary ring) It is considered that this is more suitable as a shaft seal means for a nuclear power plant that requires a high degree of safety as compared with the case where a mechanical seal configured to seal the above is used.

すなわち、遊動環型メカニカルシールは、図19(特許文献1の図1(a))に示す如く、回転軸1に固定された回転環3とシールケース4にOリング10を介して軸線方向移動自在に保持され且つスプリング8により回転環方向に附勢された静止環5との間に、両端部がほぼ対称形状をなす円環状の遊動環6を挟圧保持させて、回転環3と遊動環6との接触面であるシール面3a,6aの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分の外周側領域である被密封流体領域Hとその内周側領域である非密封流体領域Lとを遮蔽シールするように構成されたものであり、遊動環を有しない一般的なメカニカルシールに比して、高負荷条件下でのシール機能をより効果的に発揮させるものである。   That is, as shown in FIG. 19 (FIG. 1A of Patent Document 1), the idle ring type mechanical seal moves in the axial direction through the O-ring 10 to the rotary ring 3 and the seal case 4 fixed to the rotary shaft 1. Between the stationary ring 5 that is freely held and urged in the direction of the rotating ring by the spring 8, an annular floating ring 6 having substantially symmetrical shapes at both ends is sandwiched and held so as to move freely with the rotating ring 3. Due to the relative rotational sliding action of the seal surfaces 3a, 6a which are contact surfaces with the ring 6, a sealed fluid region H which is an outer peripheral side region of the relative rotational sliding contact portion and an unsealed fluid region which is an inner peripheral side region thereof It is configured to shield and shield L, and more effectively exhibits a sealing function under a high load condition as compared to a general mechanical seal having no idle ring.

例えば、遊動環を有しない一般的なメカニカルシールにあっては、被密封流体が高圧流体である場合、回転環と静止環との接触面たるシール面の平行性が損なわれ、良好なシール機能を発揮できない。すなわち、静止環は回転環に追従できるようにシールケースに軸線方向移動自在に保持されたものであるから、シールケースで保持されている静止環の基端側部分では被密封流体の圧力(被密封流体領域の流体圧力)による影響を殆ど受けないが、回転環に追従するためフリーな状態にある静止環の先端側部分つまりシール面側部分ではその影響(圧力歪)が大きい。したがって、静止環における軸線方向の圧力歪分布が不均一となり、つまり圧力歪が静止環における基端側部分と先端側部分とで大きく異なり、静止環が軸線に対して大きく歪むことになる。その結果、静止環のシール面が傾いて、回転環のシール面との平行性が著しく損なわれることになる。   For example, in the case of a general mechanical seal having no idle ring, when the fluid to be sealed is a high-pressure fluid, the parallelism of the seal surface that is the contact surface between the rotating ring and the stationary ring is impaired, and a good sealing function Can not demonstrate. That is, the stationary ring is held in the seal case so as to be movable in the axial direction so that it can follow the rotating ring. Although it is hardly affected by the fluid pressure in the sealed fluid region, the influence (pressure strain) is large at the tip side portion of the stationary ring that is free because it follows the rotating ring, that is, the seal surface side portion. Therefore, the pressure strain distribution in the axial direction in the stationary ring becomes non-uniform, that is, the pressure strain is greatly different between the proximal end portion and the distal end side portion in the stationary ring, and the stationary ring is greatly distorted with respect to the axis. As a result, the sealing surface of the stationary ring is inclined, and the parallelism with the sealing surface of the rotating ring is significantly impaired.

これに対して、遊動環型メカニカルシールにおいては、回転環3との相対回転摺接作用によりシール機能を発揮するための遊動環6が、図19に示す如く、回転環3と静止環5との間に挟圧保持されたものであり且つ両端部(上下端部)にほぼ同一形状の押圧部61及びシール部62を突設した対称形状をなすものであるから、被密封流体領域Hの流体圧力(被密封流体の圧力)による影響を軸線方向においてバランスよく受けることなる。すなわち、遊動環6に生じる圧力歪は両端部61,62でほぼ同一となり、軸線に対して大きく歪むことがない。したがって、高圧条件下においても、遊動環6のシール面6aが回転環3のシール面3aに対して傾くようなことがなく、つまりシール面3a,6aの平行性が損なわれることがなく、良好なシール機能を発揮することができる。   On the other hand, in the idle ring type mechanical seal, the idle ring 6 for exerting the sealing function by the relative rotational sliding contact action with the rotary ring 3 is composed of the rotary ring 3 and the stationary ring 5 as shown in FIG. Between the two ends (upper and lower ends) and having a symmetrical shape in which a pressing portion 61 and a seal portion 62 having substantially the same shape project from each other. The influence of the fluid pressure (pressure of the sealed fluid) is received in a balanced manner in the axial direction. That is, the pressure strain generated in the idle ring 6 is substantially the same at both end portions 61 and 62, and is not greatly distorted with respect to the axis. Therefore, even under a high pressure condition, the seal surface 6a of the idle ring 6 is not inclined with respect to the seal surface 3a of the rotating ring 3, that is, the parallelism of the seal surfaces 3a and 6a is not impaired and is good. Can exhibit a good sealing function.

特開2004−293766公報JP 2004-293766 A

しかし、遊動環型メカニカルシールにおいても、被密封流体の圧力又は温度が大きく高低変化するような条件下で使用する場合には、シール面3a,6aの平行性が損なわれて、シール面3a,6a間からの異常漏れや異常摩耗を生じることがあり、良好なシール機能を発揮することができない虞れがあった。   However, even in the idle ring type mechanical seal, when used under conditions where the pressure or temperature of the sealed fluid is greatly changed, the parallelism of the seal surfaces 3a, 6a is lost, and the seal surfaces 3a, 6a, There is a possibility that abnormal leakage or abnormal wear may occur from between 6a, and a satisfactory sealing function may not be exhibited.

すなわち、静止環5と遊動環6とは直接に押圧接触する摩擦係合状態で且つ相対回転不能状態で連結されているため、両環5,6の接触部分においてそれらの圧力歪又は熱歪が相互に干渉することになる。すなわち、両環5,6はそれらの径方向歪が相互に干渉する状態で連結されているのである。   That is, since the stationary ring 5 and the idle ring 6 are connected in a frictional engagement state in which they are in direct contact with each other and in a relatively non-rotatable state, their pressure strain or thermal strain is generated at the contact portion between the rings 5 and 6. Will interfere with each other. That is, the rings 5 and 6 are connected in a state where their radial strains interfere with each other.

ところで、静止環5と遊動環6とはその機能や形状の違いから異質材で構成されている。すなわち、回転環3との相対回転摺接作用によりシール機能を発揮する遊動環6は、相手環3との摺動特性等に優れるカーボン等の一般的な密封環材料で構成されている。一方、シール機能に直接関与せず、シールケース4に保持され且つスプリング2aの押圧力を直接受止める静止環5は、一般的な密封環材料に比して強度等に優れるステンレス鋼等の金属材料で構成されている。したがって、両者5,6のヤング率及び熱膨張係数(線膨張係数)が大きく異なっており、静止環5を構成する金属材料のヤング率及び熱膨張係数は、遊動環6の構成材料である密封環材料のヤング率及び熱膨張係数に比して極めて大きい。例えば、遊動環6の構成材料(一般的な密封環材料)であるカーボンのヤング率が2500kg/mm2であり、熱膨張係数が4×10-6〜5×10-6mm/℃であるのに対し、静止環5の構成材料であるステンレス鋼のヤング率は19700kg/mm2であり、熱膨張係数は16×10-6〜20×10-6mm/℃である。By the way, the stationary ring 5 and the idle ring 6 are made of different materials due to the difference in function and shape. That is, the idle ring 6 that exhibits a sealing function by the relative rotational sliding contact with the rotating ring 3 is made of a general sealing ring material such as carbon that has excellent sliding characteristics with the counterpart ring 3. On the other hand, the stationary ring 5 that is not directly involved in the sealing function but is directly held by the seal case 4 and directly receives the pressing force of the spring 2a is a metal such as stainless steel that is superior in strength and the like as compared with a general sealing ring material. Consists of materials. Therefore, the Young's modulus and the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of both 5 and 6 are greatly different, and the Young's modulus and the thermal expansion coefficient of the metal material constituting the stationary ring 5 are the sealing material that is the constituent material of the idle ring 6. It is extremely large compared to the Young's modulus and thermal expansion coefficient of the ring material. For example, the Young's modulus of carbon, which is a constituent material (general sealing ring material) of the idle ring 6, is 2500 kg / mm 2 , and the thermal expansion coefficient is 4 × 10 −6 to 5 × 10 −6 mm / ° C. On the other hand, the Young's modulus of stainless steel which is a constituent material of the stationary ring 5 is 19700 kg / mm 2 , and the thermal expansion coefficient is 16 × 10 −6 to 20 × 10 −6 mm / ° C.

したがって、被密封流体の圧力が大きく高低変化する条件下においては、両環5,6の径方向歪(径方向における圧力歪)が大きく異なり、静止環5の径方向歪は遊動環6の径方向歪に比して大幅に小さいことから、両環5,6の接触部分において、遊動環6については静止環5の圧力歪の影響を強く受けて、それ自身の圧力歪とは全く異なる歪状態を呈することなる。その結果、遊動環6のシール面6aの平面度や相手シール面(回転環3のシール面)3aに対する同心度,平行度が損なわれて、シール面3a,6aの相対回転によるシール機能が不安定となったり低下する虞れがあり、極端な場合にはシール機能が喪失する虞れがある。すなわち、被密封流体が高圧である場合(昇圧された場合)、図20に示す如く、静止環5の径方向の圧力歪(縮径歪)E1は遊動環6の径方向の圧力歪(縮径歪)e1に比して大幅に小さいことから、両環5,6の接触部分においては圧力歪E1,e1が相互に干渉して、遊動環6の当該接触部分における実質的な径方向歪はそれ自身の径方向歪(圧力歪)e1より大幅に減少されることになる。その結果、遊動環6には、静止環5に対して図20に示す方向のモーメント(以下「内開きモーメント」という)M1が作用することになり、遊動環6のシール面6aが、同図に鎖線図示する如く、相手シール面3aに対して内開き状態(シール面6aがその外周側においては相手シール面3aに接触するが、その内周側においては相手シール面3aに接触しない状態)に傾くことになる。また、この状態から被密封流体が降圧された場合には、図21に示す如く、静止環5の径方向の圧力歪(拡径歪(復元変形量))E2は遊動環6の径方向の圧力歪(拡径歪(復元変形量))e2に比して大幅に小さいため、両環5,6の接触部分においては圧力歪E2,e2が相互に干渉して、遊動環6の当該接触部分における実質的な径方向歪はそれ自身の径方向歪(圧力歪)e2より大幅に減少されることになる。その結果、遊動環6には、上記昇圧時とは逆方向のモーメント(以下「外開きモーメント」という)M2が作用して、遊動環6のシール面6aが、図21に鎖線図示する如く、相手シール面3aに対して外開き状態(シール面6aがその内周側においては相手シール面3aに接触するが、その外周側においては相手シール面3aに接触しない状態)に傾くことになる。   Therefore, under the condition that the pressure of the sealed fluid is greatly changed, the radial strain (pressure strain in the radial direction) of both the rings 5 and 6 is greatly different, and the radial strain of the stationary ring 5 is the diameter of the idle ring 6. Since it is much smaller than the directional strain, the floating ring 6 is strongly influenced by the pressure strain of the stationary ring 5 at the contact portion of both rings 5 and 6, and is completely different from its own pressure strain. Presents a state. As a result, the flatness of the seal surface 6a of the idle ring 6 and the concentricity and parallelism with respect to the mating seal surface (the seal surface of the rotating ring 3) 3a are impaired, and the sealing function due to relative rotation of the seal surfaces 3a and 6a is impaired. There is a possibility that it may become stable or deteriorate, and in an extreme case, the sealing function may be lost. That is, when the sealed fluid is at a high pressure (when the pressure is increased), as shown in FIG. 20, the radial pressure strain (reduced strain) E1 of the stationary ring 5 is the radial pressure strain (reduced strain) of the idle ring 6. (Diameter strain) Since it is significantly smaller than e1, pressure strains E1 and e1 interfere with each other at the contact portions of both rings 5 and 6, and substantial radial strains at the contact portions of the floating ring 6 are obtained. Is significantly reduced from its own radial strain (pressure strain) e1. As a result, a moment (hereinafter referred to as “inner opening moment”) M1 in the direction shown in FIG. 20 acts on the idle ring 6 with respect to the stationary ring 5, and the seal surface 6a of the idle ring 6 As shown in FIG. 6, the inner opening state with respect to the mating seal surface 3a (the seal surface 6a is in contact with the mating seal surface 3a on the outer peripheral side, but is not in contact with the mating seal surface 3a on the inner peripheral side). Will lean on. Further, when the sealed fluid is depressurized from this state, as shown in FIG. 21, the radial pressure strain (expanded strain (restoration deformation amount)) E2 of the stationary ring 5 is in the radial direction of the idle ring 6. Since it is much smaller than the pressure strain (expanded strain (restoration deformation amount)) e2, the pressure strains E2 and e2 interfere with each other at the contact portion of both rings 5 and 6, and the contact of the floating ring 6 The substantial radial strain in the part will be significantly reduced from its own radial strain (pressure strain) e2. As a result, a moment (hereinafter referred to as “outward opening moment”) M2 in the direction opposite to that during the pressure increase acts on the floating ring 6, and the sealing surface 6a of the floating ring 6 is shown by a chain line in FIG. It will be inclined outwardly with respect to the mating seal surface 3a (the seal surface 6a is in contact with the mating seal surface 3a on its inner peripheral side but is not in contact with the mating seal surface 3a on its outer peripheral side).

しかも、機内側メカニカルシールにおいては、外開きモーメントが発生すると、遊動環6のシール面6aが相手シール面3aに対して外開き状態となり、シール面3a,6a間から中間領域へと大量漏れを生じる虞れがある。かかる場合、中間領域の圧力が上昇し、機内側メカニカルシールによってシールされる機内領域と中間領域との差圧が小さくなることから、機内側メカニカルシールにおける遊動環6のシール面6aがより大きく外開き状態に傾くことになる。また、機外側メカニカルシールにおいて中間領域から機外領域への漏れが発生した場合には、中間領域の圧力が下降して、機内領域と中間領域との差圧が大きくなることから、機内側メカニカルシールにおける遊動環6のシール面6aが大きく内開き状態に傾くことになる。このように被密封流体の圧力が大きく高低変化する条件下においては、2つの遊動環型メカニカルシールで構成されるタンデムダブルシールでは、1つの遊動環型メカニカルシールで構成されたシングルシールに比して、遊動環6のシール面6aがより大きく傾く虞れがあり、良好なシール機能を発揮できない。   Moreover, in the in-machine mechanical seal, when an outward opening moment occurs, the seal surface 6a of the idle ring 6 is in an outwardly open state with respect to the mating seal surface 3a, and a large amount of leakage occurs between the seal surfaces 3a and 6a to the intermediate region. There is a risk of it occurring. In such a case, since the pressure in the intermediate region increases and the differential pressure between the in-machine region sealed by the in-machine mechanical seal and the intermediate region becomes small, the seal surface 6a of the idler ring 6 in the in-machine mechanical seal is more greatly removed. It will tilt to the open state. In addition, if leakage occurs from the intermediate area to the outside area in the outboard mechanical seal, the pressure in the intermediate area decreases and the differential pressure between the inboard area and the intermediate area increases. The seal surface 6a of the idle ring 6 in the seal is largely inclined inwardly. Under such conditions where the pressure of the fluid to be sealed is greatly changed, the tandem double seal composed of two floating ring type mechanical seals is compared with the single seal composed of one floating ring type mechanical seal. Therefore, there is a possibility that the seal surface 6a of the idle ring 6 is more inclined, and a good sealing function cannot be exhibited.

これらの問題は被密封流体の温度が大きく高低変化する条件下においても同様に生じる。すなわち、被密封流体の温度が大きく高低変化する条件下においては、両環5,6の径方向歪(径方向における熱歪)が大きく異なり、静止環5の熱歪は遊動環6の熱歪に比して大幅に大きいことから、両環5,6の接触部分において、遊動環6については静止環5の熱歪の影響を強く受けて、それ自身の熱歪とは全く異なる歪状態を呈することなる。その結果、遊動環6のシール面6aの平面度や相手シール面(回転環3のシール面)3aに対する同心度,平行度が損なわれて、シール面3a,6aの相対回転によるシール機能が不安定となったり低下する虞れがあり、極端な場合にはシール機能が喪失する虞れがある。すなわち、被密封流体が高温である場合(昇温された場合)、図22に示す如く、静止環5の径方向歪(熱膨張歪)F1は遊動環6の径方向歪(熱膨張歪)f1に比して大幅に大きいことから、両環5,6の接触部分においては径方向の熱歪F1,f1が相互に干渉して、遊動環6の当該接触部分における実質的な径方向歪はそれ自身の径方向歪(熱歪)f1より大幅に増大されることになる。その結果、遊動環6には、上記昇圧時と同様に、静止環5に対して図22に示す内開きモーメントM1が作用することになり、遊動環6のシール面6aが、同図に鎖線図示する如く、相手シール面3aに対して内開き状態に傾くことになる。また、この状態から被密封流体が降温された場合には、図23に示す如く、静止環5の径方向の熱歪(熱収縮歪)F2は遊動環6の径方向の熱歪(熱収縮歪)f2に比して大幅に大きいため、両環5,6の接触部分においては熱歪F2,f2が相互に干渉して、遊動環6の当該接触部分における実質的な径方向歪はそれ自身の径方向歪(熱歪)f2より大幅に増大されることになる。その結果、遊動環6には、上記降圧時と同様に、外開きモーメント(上記昇温時とは逆方向のモーメント)M2が作用して、図23に鎖線図示する如く、遊動環6のシール面6aが相手シール面3aに対して外開き状態に傾くことになる。   These problems similarly occur even under conditions where the temperature of the sealed fluid is large and changes in height. That is, under the condition that the temperature of the sealed fluid is greatly changed, the radial strains (thermal strains in the radial direction) of both rings 5 and 6 are greatly different, and the thermal strain of the stationary ring 5 is the thermal strain of the idle ring 6. Therefore, the floating ring 6 is strongly influenced by the thermal strain of the stationary ring 5 at the contact portion of both rings 5 and 6, and has a completely different strain state from its own thermal strain. Will be presented. As a result, the flatness of the seal surface 6a of the idle ring 6 and the concentricity and parallelism with respect to the mating seal surface (the seal surface of the rotating ring 3) 3a are impaired, and the sealing function due to relative rotation of the seal surfaces 3a and 6a is impaired. There is a possibility that it may become stable or deteriorate, and in an extreme case, the sealing function may be lost. That is, when the sealed fluid is hot (when the temperature is raised), as shown in FIG. 22, the radial strain (thermal expansion strain) F1 of the stationary ring 5 is the radial strain (thermal expansion strain) of the idle ring 6. Since it is much larger than f1, the radial thermal strains F1 and f1 interfere with each other at the contact portions of the rings 5 and 6, and the substantial radial strain at the contact portions of the floating ring 6 is substantially reduced. Will be significantly greater than its own radial strain (thermal strain) f1. As a result, the inner ring moment M1 shown in FIG. 22 acts on the stationary ring 5 on the idle ring 6 as in the case of the above pressure increase, and the seal surface 6a of the idle ring 6 is shown by a chain line in FIG. As shown in the drawing, it is inclined inwardly with respect to the mating seal surface 3a. When the temperature of the sealed fluid is lowered from this state, as shown in FIG. 23, the radial thermal strain (thermal contraction strain) F2 of the stationary ring 5 is the radial thermal strain (thermal contraction) of the idle ring 6. Strain) because it is much larger than f2, the thermal strains F2 and f2 interfere with each other at the contact portions of both rings 5 and 6, and the substantial radial strain at the contact portions of the free ring 6 is This is greatly increased from its own radial strain (thermal strain) f2. As a result, the open ring moment (moment in the direction opposite to that at the time of temperature rise) M2 acts on the floating ring 6 in the same manner as when the pressure is lowered, and as shown in FIG. The surface 6a is inclined outwardly with respect to the mating seal surface 3a.

また、原子力プラント用タンデムダブルシールにあっては、一般に、フラッシング流量を減少させた条件下で使用され且つフラッシング流体がシール部分(回転環と遊動環との相対回転摺接部分)から遊動環を通過して静止環へと流れるフラッシング手段(以下「リバースフラッシング」という)が採用されるが、このようなリバースフラッシングでは、当該シール部分での摺動発熱によりフラッシング流体の温度変化が大きくなり、かかる摺動発熱が静止環に与える影響も大きくなる。その結果、上記した遊動環6のシール面6aの傾きが更に大きくなる虞れがある。   Further, in the case of a tandem double seal for a nuclear power plant, it is generally used under the condition that the flushing flow rate is reduced, and the flushing fluid is moved from the seal part (the relative rotational sliding contact part between the rotary ring and the idle ring) to the idle ring. Flushing means (hereinafter referred to as “reverse flushing”) that passes and flows to the stationary ring is adopted, but in such reverse flushing, the temperature change of the flushing fluid increases due to sliding heat generation at the seal portion. The effect of sliding heat generation on the stationary ring is also increased. As a result, the inclination of the seal surface 6a of the idle ring 6 described above may be further increased.

本発明は、このように被密封流体が高圧流体である場合においてその圧力又は温度が大きく高低変化する条件下においても、遊動環のシール面が傾くことなく相手シール面(回転環のシール面)と適正に接触し、良好なシール機能を発揮しうる原子力プラント用タンデムダブルシールを提供することを目的とするものである。   In the present invention, when the fluid to be sealed is a high-pressure fluid, the mating seal surface (seal surface of the rotating ring) is not tilted even under conditions where the pressure or temperature is greatly changed. It is an object to provide a tandem double seal for a nuclear power plant that can properly contact with each other and exhibit a good sealing function.

本発明は、筒状のシールケースとこれを洞貫する回転軸との間に機内側メカニカルシールと機外側メカニカルシールとを縦列状にタンデム配置して、機内領域と機外領域とを両メカニカルシール間に形成される中間領域を介してシールするように構成された原子力プラント用タンデムダブルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、各メカニカルシールが、回転軸に固定された回転環とその機外領域側に配してシールケースに保持された静止環との間に、遊動環を回転環及び静止環に接触した状態で挟圧保持させて、回転環と遊動環との相対回転摺接作用によりシール機能を発揮するように構成された遊動環型メカニカルシールであり、各メカニカルシールの遊動環に、回転環との相対回転摺接部分より外周側に配して、軸線方向に当該遊動環を貫通する冷却孔を形成し、各メカニカルシールの静止環を、一端部が遊動環に接触する厚肉円環状の本体部とその他端部の内周縁部から軸線方向に延びる薄肉円筒状の保持部とからなる断面L字状の円筒体に構成して、シールケースの内周部にこれと保持部との間にOリングを介在させた状態で軸線方向移動可能に嵌合保持させると共に、当該静止環を遊動環の構成材とヤング率及び/又は熱膨張係数が近似する金属材で構成し、機内領域における機内側メカニカルシールの周辺にフラッシング流体の注入領域を形成し、シールケースに、当該注入領域の流体を機内側メカニカルシールの静止環の周辺領域から前記中間領域における機外側メカニカルシールの回転環の周辺領域へと導く流入路を形成しておくこと提案するものである。   In the present invention, an in-machine mechanical seal and an out-of-machine mechanical seal are arranged in tandem between a cylindrical seal case and a rotary shaft that penetrates the cylindrical seal case, and both the in-machine region and the out-of-machine region are mechanically arranged. In a tandem double seal for a nuclear power plant configured to seal through an intermediate region formed between the seals, in order to achieve the above object, in particular, each mechanical seal includes a rotary ring fixed to a rotary shaft, Relative rotation between the rotating ring and the idle ring is performed by holding the floating ring in contact with the rotating ring and the stationary ring between the stationary ring and the stationary ring arranged on the outside of the machine. It is a floating ring type mechanical seal configured to exert a sealing function by sliding contact action, and is arranged on the outer ring side of the rotating ring relative to the rotating ring on the floating ring of each mechanical seal in the axial direction. A thin-walled cylinder extending in the axial direction from a thick-walled annular main body portion whose one end portion is in contact with the floating ring and an inner peripheral edge portion of the other end portion thereof, forming a cooling hole penetrating the floating ring. A cylindrical body with an L-shaped cross section consisting of a cylindrical holding part, fitted and held in the inner periphery of the seal case so that it can move in the axial direction with an O-ring interposed between it and the holding part In addition, the stationary ring is composed of a floating ring component and a metal material whose Young's modulus and / or thermal expansion coefficient approximates, and a flushing fluid injection region is formed around the in-machine mechanical seal in the in-machine region. It is proposed to form an inflow path in the case for guiding the fluid in the injection region from the peripheral region of the stationary ring of the in-machine mechanical seal to the peripheral region of the rotating ring of the outer mechanical seal in the intermediate region. That.

かかる原子力プラント用タンデムダブルシールの好ましい実施の形態にあっては、シールケースに、前記中間領域の流体を機外側メカニカルシールの静止環の周辺領域からシールケース外に導く流出路が形成される。そして、前記流入路及び流出路が、夫々、複数の広狭部分が連続する減圧通路を有するものであって、当該減圧通路を通過することによって流体が減圧されるように構成される。この場合において、前記流入路及び前記流入路の減圧通路は、夫々、シールケースの周方向に並列する複数の機内側円柱空間と、当該機内側円柱空間より機外側に位置してシールケースの周方向に並列する当該機内側円柱空間と同一径の複数の機外側円柱空間と、これらの機内側円柱空間と機外側円形とを一連の通路をなすように接続する複数のオリフィス孔であって当該円形孔より小径のオリフィス孔とで構成されていることが好ましい。さらに、機内側円柱空間及び機外側円柱空間が、シールケースの全周に亘って同一ピッチPで形成されると共に、シールケースの周方向において機内側円柱空間と機外側円柱空間とが半ピッチP/2齟齬しており、シールケースの周方向における半分部分の一方に形成された機内側円柱空間及び機外側円柱空間とこれらの円柱空間間を接続するオリフィス孔とで前記流入路の減圧通路が構成され、当該半分部分の他方に形成された機内側円柱空間及び機外側円柱空間とこれらの円柱空間間を接続するオリフィス孔とで前記流入路の減圧通路が構成されていることが好ましい。   In a preferred embodiment of such a tandem double seal for a nuclear power plant, an outflow path is formed in the seal case for guiding the fluid in the intermediate region from the peripheral region of the stationary ring of the outside mechanical seal to the outside of the seal case. The inflow passage and the outflow passage each have a decompression passage in which a plurality of wide and narrow portions are continuous, and the fluid is decompressed by passing through the decompression passage. In this case, the inflow passage and the decompression passage of the inflow passage are respectively a plurality of machine interior cylindrical spaces arranged in parallel in the circumferential direction of the seal case, and the seal case surrounding the seal case. A plurality of outer cylinder spaces having the same diameter as the inner cylinder space parallel to the direction, and a plurality of orifice holes that connect the inner cylinder space and the outer circle so as to form a series of passages. It is preferable that it is configured with an orifice hole having a smaller diameter than the circular hole. Further, the inboard cylinder space and the outboard cylinder space are formed at the same pitch P over the entire circumference of the seal case, and the inboard cylinder space and the outboard cylinder space are half pitch P in the circumferential direction of the seal case. The pressure reducing passage of the inflow passage is formed by an in-machine cylindrical space and an out-of-machine cylindrical space formed in one of the half portions in the circumferential direction of the seal case, and an orifice hole connecting these cylindrical spaces. It is preferable that the decompression passage of the inflow path is configured by an in-machine cylindrical space and an out-of-machine cylindrical space formed in the other half portion and an orifice hole that connects these cylindrical spaces.

また、当該タンデムダブルシールにあっては、各メカニカルシールの遊動環をカーボン製のものとし、各メカニカルシールの静止環をチタン製又はチタン合金製のものとしておくことが好ましい。   In the tandem double seal, it is preferable that the idle ring of each mechanical seal is made of carbon, and the stationary ring of each mechanical seal is made of titanium or a titanium alloy.

本発明の原子力プラント用タンデムダブルシールにあっては、静止環を遊動環の構成材とヤング率及び/又は熱膨張係数が近似する金属材で構成する(例えば、遊動環がカーボン製のものである場合、静止環をチタン製のものとする)ため、被密封流体が高圧である場合においてその圧力又は温度が大きく高低変化するような条件下においても、静止環と遊動環との接触部分における径方向歪の相互干渉により遊動環を傾けるようなモーメントが作用せず、遊動環と回転環とのシール面が適正に接触して良好且つ安定したシール機能を発揮させることができる。しかも、シールケースに形成した流入路によりフラッシング流体が機内領域の注入領域から両メカニカルシールを順次通過するように構成されていることから、大量のフラッシング流体を必要とすることなく両メカニカルシールの冷却及びシール面の潤滑を効果的に行うことができ、両メカニカルシールによるシール機能を更に良好且つ安定して発揮させることができる。したがって、本発明の原子力プラント用タンデムダブルシールによれば、厳格且つ高度の安全性が要求される原子力プラント回転機器においても極めて良好なシール機能を発揮させることができる。   In the tandem double seal for a nuclear power plant according to the present invention, the stationary ring is made of a component material of the floating ring and a metal material whose Young's modulus and / or thermal expansion coefficient approximates (for example, the floating ring is made of carbon. In some cases, the stationary ring is made of titanium). Therefore, even when the pressure or temperature of the fluid to be sealed is high, the pressure at the contact portion between the stationary ring and the free ring is high. A moment that tilts the idler ring due to mutual interference of radial strains does not act, and the seal surface of the idler ring and the rotary ring properly come into contact with each other, so that a good and stable sealing function can be exhibited. In addition, since the flushing fluid is configured to sequentially pass through both mechanical seals from the injection region in the in-machine region by an inflow passage formed in the seal case, both mechanical seals can be cooled without requiring a large amount of flushing fluid. In addition, the sealing surface can be effectively lubricated, and the sealing function of both mechanical seals can be exhibited more satisfactorily and stably. Therefore, according to the tandem double seal for a nuclear power plant of the present invention, a very good sealing function can be exhibited even in a nuclear power plant rotating device that requires strict and high safety.

図1は本発明に係る原子力プラント用タンデムダブルシールの一例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an example of a tandem double seal for a nuclear power plant according to the present invention. 図2は図1の要部(機内側メカニカルシール)の拡大詳細図である。FIG. 2 is an enlarged detail view of the main part (machine-side mechanical seal) of FIG. 図3は図1の他の要部(機外側メカニカルシール)の拡大詳細図である。FIG. 3 is an enlarged detail view of another main part (an outside mechanical seal) of FIG. 図4は図1のIV−IV線に沿う断面図である。4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 図5は図1のV−V線に沿う断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 図6は図5の要部の拡大詳細図である。FIG. 6 is an enlarged detail view of the main part of FIG. 図7は図5の他の要部の拡大詳細図である。FIG. 7 is an enlarged detail view of another main part of FIG. 図8は図6のVIII−VIII線に沿う展開断面図である。FIG. 8 is a developed sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 図9は図7のIX−IX線に沿う展開断面図である。FIG. 9 is a developed sectional view taken along line IX-IX in FIG. 図10は図2の要部の拡大詳細図である。FIG. 10 is an enlarged detail view of the main part of FIG. 図11は図2の要部を取り出して示す作用説明図であって、昇圧時の状態を示すものである。FIG. 11 is an operation explanatory view showing the main part of FIG. 2 and showing a state during boosting. 図12は図11と異なる昇圧時の状態を示す図11相当の作用説明図である。FIG. 12 is an operation explanatory diagram corresponding to FIG. 図13は図11及び図12と異なる昇圧時の状態を示す図11相当の作用説明図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the operation corresponding to FIG. 図14は図2の要部を取り出して示す作用説明図であって、降圧時の状態を示すものである。FIG. 14 is an operation explanatory view showing the main part of FIG. 2 and showing a state at the time of step-down. 図15は図14と異なる降圧時の状態を示す図14相当の作用説明図である。FIG. 15 is an operation explanatory diagram corresponding to FIG. 図16は図14及び図15と異なる降圧時の状態を示す図14相当の作用説明図である。FIG. 16 is an operation explanatory view corresponding to FIG. 14 showing a state at the time of step-down that is different from FIGS. 図17は図2の要部を取り出して示す作用説明図であって、昇温時の状態を示すものである。FIG. 17 is an action explanatory view showing the main part of FIG. 2 and showing the state at the time of temperature rise. 図18は降温時の状態を示す図17相当の作用説明図である。FIG. 18 is an operation explanatory diagram corresponding to FIG. 図19は従来の遊動環型メカニカルシールを示す要部の断面図(特許文献1の図1(a)に相当する)である。FIG. 19 is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 1 (a) of Patent Document 1) showing a main part of a conventional idle ring type mechanical seal. 図20は図19の要部を取り出して示す作用説明図であって、昇圧時の状態を示すものである。FIG. 20 is an operation explanatory view showing the main part of FIG. 19 and showing a state during boosting. 図21は降圧時の状態を示す図20相当の作用説明図である。FIG. 21 is an operation explanatory diagram corresponding to FIG. 図22は図19の要部を取り出して示す作用説明図であって、昇温時の状態を示すものである。FIG. 22 is an action explanatory view showing the main part of FIG. 19 and showing a state at the time of temperature rise. 図23は降温時の状態を示す図22相当の作用説明図である。FIG. 23 is an operation explanatory diagram corresponding to FIG.

以下、本発明の実施の形態を図1〜図18に基づいて具体的に説明する。図1は本発明に係る原子力プラント用タンデムダブルシールの一例を示す断面図であり、図2は図1の要部(機内側メカニカルシール)の拡大詳細図であり、図3は図1の他の要部(機外側メカニカルシール)の拡大詳細図であり、図4は図1のIV−IV線に沿う断面図であり、図5は図1のV−V線に沿う断面図であり、図6は図5の要部の拡大詳細図であり、図7は図5の他の要部の拡大詳細図であり、図8は図6のVIII−VIII線に沿う展開断面図であり、図9は図7のIX−IX線に沿う展開断面図であり、図10は図2の要部の拡大詳細図であり、図11は図2の要部を取り出して示す作用説明図であって、昇圧時の状態を示すものであり、図12は図11と異なる昇圧時の状態を示す図11相当の作用説明図であり、図13は図11及び図12と異なる昇圧時の状態を示す図11相当の作用説明図であり、図14は図2の要部を取り出して示す作用説明図であって、降圧時の状態を示すものであり、図15は図14と異なる降圧時の状態を示す図14相当の作用説明図であり、図16は図14及び図15と異なる降圧時の状態を示す図14相当の作用説明図であり、図17は図2の要部を取り出して示す作用説明図であって、昇温時の状態を示すものであり、図18は降温時の状態を示す図17相当の作用説明図である。なお、以下の説明において、上下とは図1の上下を意味するものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a tandem double seal for a nuclear power plant according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged detail view of the main part (in-machine mechanical seal) of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V in FIG. 6 is an enlarged detailed view of the main part of FIG. 5, FIG. 7 is an enlarged detailed view of the other main part of FIG. 5, and FIG. 8 is a developed sectional view taken along line VIII-VIII of FIG. 9 is a developed cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. 7, FIG. 10 is an enlarged detail view of the main part of FIG. 2, and FIG. FIG. 12 is a diagram for explaining the operation equivalent to FIG. 11 showing the state during boosting, which is different from FIG. 11, and FIG. FIG. 14 is an operation explanatory diagram equivalent to FIG. 11 showing a state at the time of step-up different from FIG. 14, FIG. 14 is an operation explanatory view showing the main part of FIG. 2 and showing a state at the time of step-down, and FIG. FIG. 16 is an operation explanatory diagram corresponding to FIG. 14 showing a state at the time of step-down different from FIG. 14, FIG. 16 is an operation explanatory view equivalent to FIG. 14 showing a state at the time of step-down different from FIGS. FIG. 18 is an operation explanatory view showing the main part 2 taken out and showing a state at the time of temperature increase, and FIG. 18 is an operation explanatory view corresponding to FIG. 17 showing a state at the time of temperature decrease. In the following description, the top and bottom mean the top and bottom of FIG.

図1に示す原子力プラント用タンデムダブルシールは、シールすべき流体(被密封流体)が高圧でその圧力又は温度が大きく高低変化する条件下で使用される竪型の原子力プラント回転機器(例えば、原子力発電所の冷却材再循環ポンプ等)の軸封手段として使用されるもので、当該回転機器の軸封部ケーシング6に取り付けられた筒状のシールケース1とこれを上下方向に洞貫する回転軸3との間に機内側メカニカルシールS1と機外側メカニカルシールS2とを縦列状にタンデム配置して、機内領域Aと機外領域Bとを両メカニカルシールS1,S2間に形成される中間領域Cを介してシールするように構成されている。なお、この例では、機内領域Aの流体(被密封流体)が脱塩水(缶水)であり、機外領域Bは大気領域である。   The tandem double seal for a nuclear power plant shown in FIG. 1 is a vertical nuclear plant rotating device (for example, nuclear power plant) used under the condition that the fluid to be sealed (sealed fluid) is high pressure and its pressure or temperature is greatly changed. Used as a shaft sealing means for a power plant coolant recirculation pump, etc., and a cylindrical sealing case 1 attached to a shaft sealing portion casing 6 of the rotating device and rotation passing through the cylindrical sealing case 1 in the vertical direction. An in-machine region A and an out-of-machine region B are formed between the mechanical seals S1 and S2 by arranging the in-machine mechanical seal S1 and the out-of-machine mechanical seal S2 in tandem between the shafts 3 and the shaft 3. It is configured to seal through C. In this example, the fluid in the in-machine region A (sealed fluid) is demineralized water (canned water), and the out-of-machine region B is the atmospheric region.

両メカニカルシールS1,S2は、図1に示す如く、同一構成をなすものである。すなわち、各メカニカルシールS1,S2は、図2又は図3に示す如く、回転軸3に固定された回転環4と、その機外領域側(上側)に配してシールケース1に軸線方向移動可能に保持された静止環2と、上位の静止環2と下位の回転環4とに接触した状態で両環2,4間に挟圧保持された遊動環5とを具備して、回転環4と遊動環5との接触面であるシール面4a,53aの相対回転摺接作用により、その相対回転摺接部分4a,53aの外周側領域である被密封流体領域(機内側メカニカルシールS1にあっては機内領域Aであり、機外側メカニカルシールS2にあっては中間領域Cである)と当該相対回転摺接部分4a,53aの内周側領域である非密封流体領域(機内側メカニカルシールS1にあっては中間領域Cであり、機外側メカニカルシールS2にあっては機外領域である大気領域Bである)とを遮蔽シールするように構成された遊動環型メカニカルシールである。   Both mechanical seals S1 and S2 have the same configuration as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, each mechanical seal S1, S2 is arranged on the rotary ring 4 fixed to the rotary shaft 3 and on the outside region side (upper side) thereof, and moves in the axial direction to the seal case 1. A stationary ring 2 that can be held, and a floating ring 5 that is held between the two rings 2 and 4 while being in contact with the upper stationary ring 2 and the lower rotating ring 4. 4 and the floating ring 5 are contact surfaces of the seal surfaces 4a and 53a, and the sealed fluid region (the inboard mechanical seal S1) is the outer peripheral region of the relative rotation and sliding contact portions 4a and 53a. The in-machine region A, and in the in-machine mechanical seal S2, the intermediate region C) and the non-sealed fluid region (in-machine mechanical seal) which is the inner peripheral side region of the relative rotational sliding contact portions 4a and 53a. In S1, it is the middle region C, and the outboard side In the Nikarushiru S2 as a configured floating ring type mechanical seal to shield seals the atmospheric region B is) and is outside the region.

シールケース1は、図1に示す如く、回転軸3が同心状に貫通する状態で軸封部ケーシング6に取り付けられた円筒体形状をなすものであり、軸封部ケーシング6の開口端部(上端部)に取り付けられたフランジ体11と、軸封部ケーシング6に内嵌された状態でフランジ体11に取り付けられたケース本体12と、ケース本体12の下端部に内嵌固定された機内側保持体13と、フランジ体11の下端部及びケース本体12の上端部に内嵌固定された機外側保持体14,15,16とを具備してなる。なお、機外側保持体は軸線方向に3分割されており、上位の第1機外側保持体14、中間位の第2機外側保持体15及び下位の第3機外側保持体16とを軸線方向に密着連結してなる。   As shown in FIG. 1, the seal case 1 has a cylindrical shape attached to the shaft seal casing 6 in a state in which the rotary shaft 3 penetrates concentrically. A flange body 11 attached to the upper end portion), a case main body 12 attached to the flange body 11 in a state of being fitted into the shaft seal casing 6, and an inner side of the machine body fixed to the lower end portion of the case main body 12. The holding body 13 and the outside holding bodies 14, 15, 16 that are fitted and fixed to the lower end portion of the flange body 11 and the upper end portion of the case body 12 are provided. The machine-side holding body is divided into three in the axial direction, and the upper first machine-side holding body 14, the intermediate second machine-side holding body 15 and the lower third machine-side holding body 16 are axially arranged. It is closely connected to.

各メカニカルシールS1,S2の静止環2は、図2又は図3に示す如く、一端部(下端部)が遊動環5に接触する厚肉円環状の本体部21とその他端部(上端部)の内周縁部から軸線方向(上方)に延びる薄肉円筒状の保持部22とからなる断面L字状の金属製円筒体であり、保持部22の軸線方向における中間部をシールケース1の内周部(機内側メカニカルシールS1にあっては機内側保持体13の内周部であり、機外側メカニカルシールS2にあっては第1機外側保持体14の内周部である)にOリング7aを介して嵌合保持させることにより、Oリング7aにより二次シールされた状態でシールケース1に軸線方向(上下方向)に移動可能に内嵌保持されている。本体部21の一端面(下端面)は軸線に直交する平滑な環状平面である押圧面21aに形成されている。また、本体部21の他端部(上端部)には上方に延びるドライブピン23が突設されていて、このドライブピン23をシールケース1に形成した係合凹部17(機内側メカニカルシールS1にあっては機内側保持体13に形成した係合凹部17であり、機外側メカニカルシールS2にあっては第1機外側保持体14に形成した係合凹部17である)に軸線方向に突入係合させることにより、静止環2を所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1に対する相対回転を不能ならしめるように工夫されている。また、静止環2の本体部21とシールケース1(機内側メカニカルシールS1にあっては機内側保持体13であり、機外側メカニカルシールS2にあっては第1機外側保持体14である)との間には複数個(1個のみ図示)のスプリング(コイルスプリング)2aがシールケース1の周方向に等間隔を隔てて介装されていて、静止環2を回転環4方向(下方向)に押圧附勢している。なお、保持部22の肉厚(径方向の厚み)は本体部21の肉厚(径方向の厚み)に比して小さく、この例では、図2又は図3に示す如く、保持部22の肉厚は本体部21の肉厚の1/4程度に設定されている。また、保持部22の軸線方向長さは本体部21に比して大きく、この例では、図2又は図3に示す如く、保持部22の軸線方向長さは本体部21の1.5倍程度に設定されている。   As shown in FIG. 2 or 3, the stationary ring 2 of each mechanical seal S <b> 1, S <b> 2 includes a thick-walled annular main body 21 whose one end (lower end) contacts the idler ring 5 and the other end (upper end). Is a metal cylindrical body having an L-shaped cross section composed of a thin-walled cylindrical holding portion 22 extending in the axial direction (upward) from the inner peripheral edge of the inner periphery of the seal case 1. O-ring 7a in the inner part (inner side mechanical seal S1 is the inner peripheral part of inner side holder 13 and in outer side mechanical seal S2 is the inner peripheral part of first outer side holder 14). Is fitted and held in the seal case 1 so as to be movable in the axial direction (vertical direction) while being secondarily sealed by the O-ring 7a. One end surface (lower end surface) of the main body 21 is formed on a pressing surface 21a which is a smooth annular plane orthogonal to the axis. A drive pin 23 extending upward is projected from the other end portion (upper end portion) of the main body portion 21, and an engagement recess 17 (in-machine mechanical seal S <b> 1) formed in the seal case 1. The engaging recess 17 formed in the inner holding body 13 and the engaging recess 17 formed in the first outer holding body 14 in the outer mechanical seal S2). By combining, it is devised that the relative rotation with respect to the seal case 1 is disabled while the stationary ring 2 is allowed to move in the axial direction within a predetermined range. Also, the main body 21 of the stationary ring 2 and the seal case 1 (the inner mechanical seal S1 is the inner carrier 13 and the outer mechanical seal S2 is the first outer carrier 14). A plurality of (only one shown) springs (coil springs) 2a are interposed in the circumferential direction of the seal case 1 at equal intervals between the stationary ring 2 and the rotating ring 4 direction (downward direction). ). Note that the thickness (diameter thickness) of the holding portion 22 is smaller than the thickness (diameter thickness) of the main body portion 21, and in this example, as shown in FIG. The wall thickness is set to about ¼ of the wall thickness of the main body 21. In addition, the axial length of the holding portion 22 is larger than that of the main body portion 21. In this example, the axial length of the holding portion 22 is 1.5 times that of the main body portion 21 as shown in FIG. Is set to about.

回転軸3は、図1に示す如く、軸本体31とこれに挿通固定されたスリーブ32とスリーブ32の一端部(下端部)及び中間部に嵌合固定された一対の断面L字状の環状保持体33,33とを具備するものである。   As shown in FIG. 1, the rotary shaft 3 includes a shaft body 31, a sleeve 32 inserted and fixed thereto, a pair of L-shaped annular sections fitted and fixed to one end portion (lower end portion) and an intermediate portion of the sleeve 32. The holding bodies 33 and 33 are provided.

各メカニカルシールS1,S2の回転環4は、図2又は図3に示す如く、断面方形状の環状体であり、スリーブ32に嵌合固定されている。回転環4の一端面(上端面)は軸線に直交する平滑な環状平面であるシール面4aに構成されており、このシール面4aの外周縁部には、図2及び図4又は図3及び図5に示す如く、後述する遊動環5のシール面53aの外周縁部に重なる複数の凹部41(ハイドロカット)が周方向に等間隔を隔てて形成されている。また、回転環4の外周部には焼き嵌め等によりチタン等の金属材製(この例ではチタン製)の補強リング42が嵌合されており、この補強リング42と環状保持体33(機内側メカニカルシールS1にあっては下位の環状保持体33であり、機外側メカニカルシールS2にあっては上位の環状保持体33である)との間は複数のキー43により相対回転を阻止されている。   As shown in FIG. 2 or FIG. 3, the rotary ring 4 of each mechanical seal S <b> 1, S <b> 2 is an annular body having a square cross section and is fitted and fixed to the sleeve 32. One end surface (upper end surface) of the rotary ring 4 is configured as a seal surface 4a which is a smooth annular plane orthogonal to the axis, and the outer peripheral edge of the seal surface 4a has FIGS. 2 and 4 or 3 and As shown in FIG. 5, a plurality of concave portions 41 (hydrocuts) that overlap with the outer peripheral edge portion of the seal surface 53 a of the idle ring 5 described later are formed at equal intervals in the circumferential direction. Further, a reinforcing ring 42 made of a metal material such as titanium (in this example, made of titanium) is fitted to the outer peripheral portion of the rotary ring 4 by shrink fitting or the like, and this reinforcing ring 42 and the annular holding body 33 (inside the machine) Relative rotation is prevented by a plurality of keys 43 between the mechanical seal S1 and the lower annular holder 33, and the outer mechanical seal S2 is the upper annular holder 33). .

各メカニカルシールS1,S2の遊動環5は、図2又は図3に示す如く、断面方形状の本体部51とその両端面51a,51b(上下端面)の内周縁部に突設された押圧部52及びシール部53とからなる円環状体であり、ほぼ上下対称形状をなしている。押圧部52の端面は、軸線に直交する平滑な環状平面である押圧面52aに形成されており、シール部53の端面は、軸線に直交する平滑な環状平面であるシール面53aに形成されている。   As shown in FIG. 2 or 3, the idle ring 5 of each mechanical seal S1, S2 includes a main body 51 having a rectangular cross section and pressing portions projecting from inner peripheral edge portions of both end surfaces 51a, 51b (upper and lower end surfaces). 52 and a seal portion 53, which are substantially vertically symmetrical. The end surface of the pressing portion 52 is formed on a pressing surface 52a that is a smooth annular plane orthogonal to the axis, and the end surface of the sealing portion 53 is formed on a sealing surface 53a that is a smooth annular plane orthogonal to the axis. Yes.

而して、遊動環5は、図2又は図3に示す如く、押圧面52aが静止環2の押圧面21aに接触すると共にシール面53aが回転環4のシール面4aに接触する状態で、スプリング2aの附勢力によって、静止環2と回転環4と間に挟圧保持されている。遊動環5は、図2又は図3に示す如く、シールケース1の内周部(機内側メカニカルシールS1にあっては機内側保持体13の内周部であり、機外側メカニカルシールS2にあっては第2機外側保持体15の内周部)にOリング7bを介して軸線方向及び径方向に変位可能に嵌合保持されている。また遊動環5は、静止環2に対して、静止環2の本体部21に突設した複数のドライブピン24を遊動環5の本体部51に形成した係合凹部54に係合させることより径方向及び軸線方向の相対変位を所定範囲で許容する状態で相対回転不能に連結されている。また、遊動環5の本体部51には、図2、図3又は図4に示す如く、押圧部52及びシール部53より外周側に配して、軸線方向に当該遊動環5を貫通する複数の冷却孔55が形成されている。なお、遊動環5の本体部51には、各係合凹部54の底部を軸線方向に貫通する貫通孔56が形成されていて、この貫通孔56及び係合凹部54も冷却孔として機能するように工夫してある。この例では、図4に示す如く、貫通孔56及び係合凹部54からなる冷却孔を含めて24個の冷却孔55を遊動環4の周方向に等間隔を隔てて形成してある。   Thus, as shown in FIG. 2 or 3, the idle ring 5 is in a state where the pressing surface 52a contacts the pressing surface 21a of the stationary ring 2 and the sealing surface 53a contacts the sealing surface 4a of the rotating ring 4. The biasing force of the spring 2a holds the pressure between the stationary ring 2 and the rotating ring 4. As shown in FIG. 2 or FIG. 3, the idle ring 5 is an inner peripheral portion of the seal case 1 (in the case of the in-machine mechanical seal S1, the inner peripheral portion of the in-machine holding body 13 and the in-machine mechanical seal S2. The inner peripheral portion of the second machine outer holding body 15 is fitted and held via an O-ring 7b so as to be displaceable in the axial direction and the radial direction. Further, the floating ring 5 is configured such that a plurality of drive pins 24 projecting from the main body portion 21 of the stationary ring 2 are engaged with engaging recesses 54 formed in the main body portion 51 of the floating ring 5 with respect to the stationary ring 2. They are connected so as not to rotate relative to each other in a state in which the relative displacement in the radial direction and the axial direction is allowed within a predetermined range. Further, as shown in FIG. 2, FIG. 3 or FIG. 4, the main body 51 of the idle ring 5 is arranged on the outer peripheral side from the pressing portion 52 and the seal portion 53, and a plurality of penetrating through the idle ring 5 in the axial direction. The cooling hole 55 is formed. A through hole 56 is formed in the main body 51 of the idle ring 5 so as to penetrate the bottom of each engaging recess 54 in the axial direction. The through hole 56 and the engaging recess 54 also function as cooling holes. Is devised. In this example, as shown in FIG. 4, 24 cooling holes 55 are formed at equal intervals in the circumferential direction of the idle ring 4, including the cooling holes including the through holes 56 and the engaging recesses 54.

各メカニカルシールS1,S2における静止環2と遊動環5との間には、両環2,5間をシール(二次シール)するOリング7cが挟圧状に介在されている。すなわち、Oリング7cは、図2又は図3に示す如く、遊動環5の押圧部52に外嵌させた状態で静止環2の本体部21と遊動環5の本体部51との対向端面21a,51a間に装填されていて、当該対向端面21a,51a間をシールする。各メカニカルシールS1,S2のOリング7cは、図10に示す如く、これによってシールすべき上記対向端面21a,51a間の間隔(Oリング装填幅)Lより大きな線径Dのものが使用されていて、当該メカニカルシールの組立状態(被密封流体による圧力が作用していない運転停止状態)においてつぶし率ε(又はつぶし代δ)が適量となる圧縮状態で当該対向端面21a,51a間に装填されている。このメカニカルシール組立状態(運転停止状態)におけるOリング7cのつぶし率εは、被密封流体(機内側メカニカルシールS1にあっては機内領域Aの流体であり、機外側メカニカルシールS2にあっては中間室Cの流体)の圧力が作用しない運転停止状態及び当該圧力が作用する運転状態の何れにおいても上記対向端面21a,51a間のシールを良好に行いうるに必要且つ十分な範囲において可及的に小さく設定されており、具体的にはつぶし率εを30%以下に設定しておくことが好ましく、10%以下に設定しておくことがより好ましい。つぶし代δとは、上記対向端面21a,51a間に装填されたときのOリング7cの圧縮変形量であって、無負荷状態(図10に鎖線で示す自由状態)における線径Dから上記対向端面21a,51a間の間隔Lを差し引いた値であり(δ=D−L)、つぶし率εとは無負荷状態におけるOリング線径Dに対するつぶし代δの割合(%)である(ε=(δ/D)×100)。なお、上記Oリング7a,7b,7cを含む当該原子力プラント用タンデムダブルシールにおいて使用される全てのOリングの構成材としては、シール条件(被密封流体の性状等)に応じて適宜に選定されるが、一般に、ニトリルゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、フッ素ゴム(FKM)、シリコンゴム(VMQ)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、アクリルゴム(ACM)、ブチルゴム(IIR)又はウレタンゴム(U)が使用される。   An O-ring 7c that seals between the rings 2 and 5 (secondary seal) is interposed between the stationary ring 2 and the idle ring 5 in each mechanical seal S1 and S2 in a pinched manner. That is, as shown in FIG. 2 or 3, the O-ring 7 c is opposed to the opposing end face 21 a between the main body portion 21 of the stationary ring 2 and the main body portion 51 of the idle ring 5 in a state where the O-ring 7 c is externally fitted to the pressing portion 52 of the idle ring 5. , 51a, and seals between the opposed end surfaces 21a, 51a. As shown in FIG. 10, the O-ring 7c of each of the mechanical seals S1 and S2 has a wire diameter D larger than the interval (O-ring loading width) L between the opposed end surfaces 21a and 51a to be sealed. Thus, the mechanical seal is loaded between the opposed end surfaces 21a and 51a in a compressed state in which the crushing ratio ε (or crushing allowance δ) is an appropriate amount in the assembled state (the operation stopped state where the pressure by the sealed fluid is not acting). ing. The crushing ratio ε of the O-ring 7c in this mechanical seal assembly state (operation stop state) is a fluid to be sealed (in the in-machine mechanical seal S1, the fluid in the in-machine region A and in the out-of-machine mechanical seal S2). In both the operation stop state where the pressure of the fluid in the intermediate chamber C) does not act and the operation state where the pressure acts, it is as much as possible within a necessary and sufficient range so that the sealing between the opposed end surfaces 21a and 51a can be performed satisfactorily. Specifically, the crushing ratio ε is preferably set to 30% or less, and more preferably set to 10% or less. The crushing allowance δ is the amount of compressive deformation of the O-ring 7c when loaded between the opposed end faces 21a and 51a, and the distance from the wire diameter D in an unloaded state (free state indicated by a chain line in FIG. 10) The value obtained by subtracting the distance L between the end faces 21a and 51a (δ = D−L), and the crushing ratio ε is the ratio (%) of the crushing margin δ to the O-ring wire diameter D in an unloaded state (ε = (Δ / D) × 100). The constituent materials of all O-rings used in the tandem double seal for the nuclear power plant including the O-rings 7a, 7b, and 7c are appropriately selected according to the sealing conditions (properties of the fluid to be sealed). In general, nitrile rubber (NBR), hydrogenated nitrile rubber (HNBR), fluorine rubber (FKM), silicon rubber (VMQ), ethylene propylene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), acrylic rubber (ACM), Butyl rubber (IIR) or urethane rubber (U) is used.

ところで、静止環2は金属材で構成されており、遊動環5は回転環4の構成材(例えば、炭化珪素等のセラミックスや超硬合金の密封環材料であり、この例では炭化珪素で構成してある)に比して軟質で自己潤滑性に優れたカーボン等の密封環材料で構成されるが、本発明の原子力プラント用タンデムダブルシールにあっては、各メカニカルシールS1,S2における静止環2を遊動環5の構成材とヤング率及び/又は熱膨張係数(線膨張係数)が近似する金属材で構成してある。   By the way, the stationary ring 2 is made of a metal material, and the idle ring 5 is a constituent material of the rotating ring 4 (for example, a ceramic ring such as silicon carbide or a cemented carbide sealing ring material. In this example, the ring is made of silicon carbide. The tandem double seal for a nuclear power plant according to the present invention is stationary in each of the mechanical seals S1 and S2. The ring 2 is formed of a metal material whose Young's modulus and / or thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) approximates that of the constituent material of the idle ring 5.

この例では、各メカニカルシールS1,S2において、遊動環5をカーボンで構成し、静止環2をヤング率及び熱膨張係数がカーボンに近似するチタンで構成してある。すなわち、チタンのヤング率(11000kg/mm2)は、カーボンのヤング率(2500kg/mm2)より大きいものの、一般的な静止環の構成材料であるステンレス鋼(ヤング率:19700kg/mm2)に比してカーボンに近似している。また、チタンの熱膨張係数(8×10-6〜5×10-6mm/℃)は、カーボンの熱膨張係数(4×10-6〜5×10-6mm/℃)より大きいものの、ステンレス鋼(熱膨張係数:16×10-6〜20×10-6mm/℃)に比してカーボンに近似している。In this example, in each of the mechanical seals S1 and S2, the idle ring 5 is made of carbon, and the stationary ring 2 is made of titanium whose Young's modulus and thermal expansion coefficient approximate carbon. That is, the Young's modulus of the titanium (11000kg / mm 2), although larger than the Young's modulus of the carbon (2500 kg / mm 2), general stainless steel which is the material of the stationary ring (Young's modulus: 19700kg / mm 2) to Compared to carbon. In addition, although the thermal expansion coefficient of titanium (8 × 10 −6 to 5 × 10 −6 mm / ° C.) is larger than that of carbon (4 × 10 −6 to 5 × 10 −6 mm / ° C.), Compared to stainless steel (thermal expansion coefficient: 16 × 10 −6 to 20 × 10 −6 mm / ° C.), it is close to carbon.

また、本発明の原子力プラント用タンデムダブルシールにあっては、メカニカルシールS1,S2の冷却を効果的に行うために、次のようなフラッシング手段(リバースフラッシング)を設けている。   In the tandem double seal for a nuclear power plant of the present invention, the following flushing means (reverse flushing) is provided in order to effectively cool the mechanical seals S1 and S2.

すなわち、図1に示す如く、機内領域Aにおける機内側メカニカルシールS1の周辺にフラッシング流体Wの注入領域A1を形成し、シールケース1に、当該注入領域A1の流体W1を機内側メカニカルシールS1の静止環2の周辺領域(静止環2と機内側保持体13との間の領域であって、以下「第1周辺領域」という)A2から中間領域Cにおける機外側メカニカルシールS2の回転環4の周辺領域(回転環5と第2及び第3機外側保持体15,16との間の領域であって、以下「第2周辺領域」という)C1へと導く流入路8を形成してある。注入領域A1は、図1に示す如く、機内領域Aの上部領域であり、機内領域Aの下部領域とは回転軸3の軸本体31に取り付けた回転体34により区画されている。回転体34は、軸封部ケーシング6の内周面に近接する状態で、機内側メカニカルシールS1の近傍下方位において回転軸3の軸本体31に取り付けられている。注入領域A1においては、フラッシング流体Wと機内領域Aの流体(被密封流体)とが混在するため、フラッシング流体Wとしては当該被密封流体に混合しても支障のない又は当該被密封流体と同種の流体(液体)が使用される。この例では、当該被密封流体が脱塩水であることから、フラッシング流体Wとして水が使用されている。なお、注入領域A1の流体は、上記した如く機内領域Aの流体(被密封流体)とフラッシング流体Wとの混合流体であるが、両流体が水であることから、以下においては、注入領域A1の流体をフラッシング流体Wとして説明することにする。   That is, as shown in FIG. 1, an injection region A1 of the flushing fluid W is formed around the in-machine mechanical seal S1 in the in-machine region A, and the fluid W1 in the injection region A1 is transferred to the seal case 1 of the in-machine mechanical seal S1. The area around the stationary ring 2 (the area between the stationary ring 2 and the inner carrier 13 and hereinafter referred to as the “first peripheral area”) A2 to the intermediate ring C of the rotating ring 4 of the outer mechanical seal S2 in the intermediate area C. An inflow path 8 leading to a peripheral region (a region between the rotary ring 5 and the second and third machine outer side holders 15 and 16, hereinafter referred to as “second peripheral region”) C <b> 1 is formed. As shown in FIG. 1, the injection area A <b> 1 is an upper area of the in-machine area A, and is divided by a rotating body 34 attached to the shaft body 31 of the rotating shaft 3 from the lower area of the in-machine area A. The rotating body 34 is attached to the shaft main body 31 of the rotating shaft 3 at a position close to the inner side mechanical seal S <b> 1 near the inner peripheral surface of the shaft seal casing 6. In the injection region A1, since the flushing fluid W and the fluid (sealed fluid) in the in-machine region A are mixed, the flushing fluid W has no problem even if mixed with the sealed fluid or is the same type as the sealed fluid. The fluid (liquid) is used. In this example, since the sealed fluid is demineralized water, water is used as the flushing fluid W. The fluid in the injection region A1 is a mixed fluid of the fluid (sealed fluid) in the in-machine region A and the flushing fluid W as described above. Since both fluids are water, the injection region A1 will be described below. This fluid will be described as a flushing fluid W.

フラッシング流体Wは軸封部ケーシング6に設けたフラッシング通路61から注入領域A1に注入されて、機内側メカニカルシールS1のシール部つまり回転環4と遊動環5との相対回転摺接部分4a,53aを冷却する。このとき、機内側メカニカルシールS1の回転環4のシール面4aの外周縁部には、図2及び図4に示す如く、遊動環5のシール面53aの外周縁部に重なる複数の凹部41(ハイドロカット)が形成されていることから、回転環4と遊動環5との相対回転摺接部分であるシール面4a,53a間にはフラッシング流体Wが積極的に導入されて、当該シール面4a,53aの冷却及び潤滑が効果的に行われる。   The flushing fluid W is injected from the flushing passage 61 provided in the shaft seal casing 6 into the injection region A1, and the sealing portion of the in-machine mechanical seal S1, that is, the relative rotational sliding contact portions 4a and 53a of the rotary ring 4 and the idle ring 5 are provided. Cool down. At this time, as shown in FIGS. 2 and 4, the outer peripheral edge of the seal surface 4 a of the rotary ring 4 of the in-machine mechanical seal S <b> 1 has a plurality of concave portions 41 (overlapping the outer peripheral edge of the seal surface 53 a of the idle ring 5. Since the hydro-cut) is formed, the flushing fluid W is positively introduced between the seal surfaces 4a and 53a which are the relative rotational sliding contact portions of the rotating ring 4 and the idle ring 5, and the sealing surface 4a 53a is effectively cooled and lubricated.

そして、フラッシング流体Wは注入領域A1から機内側メカニカルシールS1の遊動環5の冷却孔55(貫通孔56及び係合凹部54を含む)を通過して第1周辺領域A2へと流入し、これによって当該遊動環5が冷却される。   Then, the flushing fluid W flows from the injection region A1 through the cooling hole 55 (including the through hole 56 and the engagement recess 54) of the idler ring 5 of the in-machine mechanical seal S1, and flows into the first peripheral region A2. Thus, the idle ring 5 is cooled.

第1周辺領域A2に流入したフラッシング流体(第1周辺領域A1の流体であり、以下「フラッシング流体W1」という)は、流入路8を通過して、第2周辺領域(中間領域Cにおける機外側メカニカルシールS2の回転環4の周辺領域)C1へと導入され、機外側メカニカルシールS2のシール部つまり回転環4と遊動環5との相対回転摺接部分4a,53aを冷却する。このとき、機外側メカニカルシールS2の回転環4のシール面4aの外周縁部には、図3及び図5に示す如く、遊動環5のシール面53aの外周縁部に重なる複数の凹部41(ハイドロカット)が形成されていることから、回転環4と遊動環5との相対回転摺接部分であるシール面4a,53a間にはフラッシング流体Wが積極的に導入されて、当該シール面4a,53aの冷却及び潤滑が効果的に行われる。   The flushing fluid that has flowed into the first peripheral region A2 (the fluid in the first peripheral region A1, hereinafter referred to as “flushing fluid W1”) passes through the inflow path 8 and passes through the second peripheral region (the outside of the machine in the intermediate region C). The peripheral portion of the mechanical seal S2 around the rotating ring 4) C1 is introduced to cool the seal portion of the outside mechanical seal S2, that is, the relative rotational sliding contact portions 4a and 53a of the rotating ring 4 and the idle ring 5. At this time, as shown in FIGS. 3 and 5, a plurality of recesses 41 (overlapping the outer peripheral edge of the seal surface 53a of the idle ring 5 are formed on the outer peripheral edge of the seal surface 4a of the rotary ring 4 of the machine mechanical seal S2. Since the hydro-cut) is formed, the flushing fluid W is positively introduced between the seal surfaces 4a and 53a which are the relative rotational sliding contact portions of the rotating ring 4 and the idle ring 5, and the sealing surface 4a 53a is effectively cooled and lubricated.

流入路8は、図1〜図3に示す如く、シールケース1のケース本体12の内周部に形成した環状凹部を機内側保持体13で閉塞してなるヘッダ室81と、機内側保持体13を径方向に貫通してヘッダ室81と第1周辺領域A2とを連通する複数の流入口82と、ケース本体12に形成されて一端部をヘッダ室81に開口する第1流入通路83と、第3機外側保持体16に形成されて一端部を第1流入通路83の他端部に連通接続された第2流入通路84と、第3機外側保持体16に形成されて一端部を第2周辺領域C1に開口する第3流入通路85と、第2機外側保持体15に形成されて第2流入通路84の他端部と第3流入通路85の他端部とを連通接続する減圧通路86,87,88とからなり、フラッシング流体W1が流入口82からヘッダ室81、第1流入通路83、第2流入通路84及び減圧通路86,87,88を順次通過して第3流入通路85から第2周辺領域C1に流入するように構成されている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the inflow path 8 includes a header chamber 81 formed by closing an annular recess formed in the inner peripheral portion of the case main body 12 of the seal case 1 with an inboard holding body 13, and an inboard holding body. 13, a plurality of inlets 82 that communicate with the header chamber 81 and the first peripheral region A2 in the radial direction, and a first inflow passage 83 that is formed in the case body 12 and that opens at one end to the header chamber 81. A second inflow passage 84 formed on the third machine outer side holding body 16 and having one end portion connected to the other end portion of the first inflow passage 83, and an end portion formed on the third machine outer side holding body 16; The third inflow passage 85 that opens to the second peripheral region C1, and the other end of the second inflow passage 84 and the other end of the third inflow passage 85 that are formed in the second machine outer side holding body 15 are connected to each other. The pressure reducing passages 86, 87, and 88, and the flushing fluid W 1 is supplied from the inlet 82. Header chamber 81, the first inflow passage 83, and a third inlet passage 85 sequentially passes through the second inflow passage 84 and the pressure reducing passage 86, 87, 88 so as to flow into the second peripheral region C1.

第2周辺領域C1に流入したフラッシング流体W1は機外側メカニカルシールS2のシール部つまり回転環4と遊動環5との相対回転摺接部分4a,53aを冷却する。このとき、機外側メカニカルシールS2の回転環4のシール面4aの外周縁部には、図3及び図5に示す如く、遊動環5のシール面53aの外周縁部に重なる複数の凹部41(ハイドロカット)が形成されていることから、回転環4と遊動環5との相対回転摺接部分であるシール面4a,53a間にはフラッシング流体W1が積極的に導入されて、当該シール面4a,53aの冷却及び潤滑が効果的に行われる。   The flushing fluid W1 that has flowed into the second peripheral region C1 cools the seal portion of the outside mechanical seal S2, that is, the relative rotational sliding contact portions 4a and 53a of the rotary ring 4 and the idle ring 5. At this time, as shown in FIGS. 3 and 5, a plurality of recesses 41 (overlapping the outer peripheral edge of the seal surface 53a of the idle ring 5 are formed on the outer peripheral edge of the seal surface 4a of the rotary ring 4 of the machine mechanical seal S2. Since the hydro-cut) is formed, the flushing fluid W1 is positively introduced between the seal surfaces 4a and 53a, which are the relative rotational sliding contact portions of the rotary ring 4 and the idle ring 5, and the seal surface 4a. 53a is effectively cooled and lubricated.

そして、フラッシング流体W1は第2周辺領域C1から機外側メカニカルシールS2の遊動環5の冷却孔55(貫通孔56及び係合凹部54を含む)を通過して、中間領域Cにおける機外側メカニカルシールS2の静止環2の周辺領域(静止環2と第1及び第2機外側保持体14,15との間の領域であって、以下「第3周辺領域」という)C2へと流入し、第3周辺領域C2に流入したフラッシング流体W1によって当該遊動環5が冷却される。   Then, the flushing fluid W1 passes from the second peripheral region C1 through the cooling hole 55 (including the through hole 56 and the engagement recess 54) of the idle ring 5 of the external mechanical seal S2, and the external mechanical seal in the intermediate region C. S2 flows into the peripheral region C2 of the stationary ring 2 (the region between the stationary ring 2 and the first and second machine outer supports 14, 15 and hereinafter referred to as “third peripheral region”) C2, 3 The floating ring 5 is cooled by the flushing fluid W1 flowing into the peripheral area C2.

また、フラッシング流体W1は減圧通路86,87,88を通過する間に減圧され、中間領域Cの圧力が低減されることになるが、この例では、減圧通路86,87,88が次のように構成されている。   Further, the flushing fluid W1 is decompressed while passing through the decompression passages 86, 87, 88, and the pressure in the intermediate region C is reduced. In this example, the decompression passages 86, 87, 88 are as follows. It is configured.

すなわち、流入路8の減圧通路は、図3及び図5〜図9に示す如く、シールケース1の周方向に並列する複数の機内側円柱空間86と、当該機内側円柱空間86より機外側に位置してシールケース1の周方向に並列する複数の機外側円柱空間87と、これらの機内側円柱空間86と機外側円柱空間87とを一連の通路をなすように接続する複数のオリフィス孔88とからなる。機内側円柱空間86及び機外側円柱空間87は、図5に示す如く、第2機外側保持体15の周方向における半分部分に形成されている。機内側円柱空間86は、第2機外側保持体15の機内側端部(下端部)に周方向に等ピッチPで形成された円形凹部を第3機外側保持体16で閉塞することによって形成されている。機外側円柱空間87は、第2機外側保持体15の機外側端部(上端部)に周方向に等ピッチ(機内側円柱空間86と同一ピッチ)Pで形成された円形凹部を第1機外側保持体14で閉塞することによって形成されている。両円柱空間86,87の数は同一であるが、周方向における位置は相互に半ピッチ(P/2)齟齬している。また、両円柱空間86,87の径は同一であるが、機外側円柱空間87の軸線方向長さは機内側円柱空間86より大きく設定されている。各機内側円柱空間86とこれに隣接する二つの機外側円柱空間87とは、これらより小径の円形孔であるオリフィス孔88により連通接続されている。周方向に並列する機内側円柱空間86群の一端に位置する機内側円柱空間(以下「第1機内側円柱空間86a」という)は第2流入通路84に連通接続されており、当該機内側円柱空間86群の他端に位置する機内側円柱空間(以下「第2機内側円柱空間86b」という)は第3流入通路85に連通接続されている。     That is, as shown in FIG. 3 and FIGS. 5 to 9, the pressure reducing passage of the inflow passage 8 has a plurality of machine-side cylindrical spaces 86 arranged in parallel in the circumferential direction of the seal case 1 and the machine-side cylinder space 86 to the outside of the machine. A plurality of machine-side cylindrical spaces 87 that are positioned and are arranged in parallel in the circumferential direction of the seal case 1, and a plurality of orifice holes 88 that connect these machine-side cylindrical spaces 86 and the machine-side cylindrical spaces 87 so as to form a series of passages. It consists of. As shown in FIG. 5, the machine-side cylindrical space 86 and the machine-side cylindrical space 87 are formed in half portions in the circumferential direction of the second machine-side holding body 15. The machine-side cylindrical space 86 is formed by closing a circular recess formed at an equal pitch P in the circumferential direction at the machine-side end (lower end) of the second machine-side holding body 15 with the third machine-side holding body 16. Has been. The machine-side cylindrical space 87 has a circular recess formed in the machine-side end (upper end) of the second machine-side holding body 15 at an equal pitch (same pitch as the machine-side cylindrical space 86) P in the circumferential direction. It is formed by closing with the outer holding body 14. Although the number of both cylindrical spaces 86 and 87 is the same, the positions in the circumferential direction are half pitch (P / 2) from each other. The cylindrical spaces 86 and 87 have the same diameter, but the axial length of the machine-side cylindrical space 87 is set larger than that of the machine-side cylindrical space 86. Each in-machine cylindrical space 86 and two adjacent in-machine cylindrical spaces 87 are connected to each other by an orifice hole 88 which is a circular hole having a smaller diameter. An inboard cylinder space (hereinafter referred to as “first inboard cylinder space 86a”) located at one end of the inboard cylinder space 86 group arranged in parallel in the circumferential direction is connected to the second inflow passage 84, and the inboard cylinder An inboard cylinder space (hereinafter referred to as “second inboard cylinder space 86 b”) located at the other end of the space 86 group is connected to the third inflow passage 85.

したがって、流入路8の減圧通路86,87,88においては、フラッシング流体W1が、第1機内側円柱空間86aからオリフィス孔88を通過して機外側円柱空間87に流入し、反転して当該機外側円柱空間87からオリフィス孔88を通過して機内側円柱空間86に流入し、爾後、機内側円柱空間86と機外側円柱空間87とを交互にオリフィス孔88を介して反転しつつ通過して、第2機内側円柱空間86bから第3流入通路85へと流出することになり、この間において効果的に減圧されることになる。   Accordingly, in the decompression passages 86, 87, 88 of the inflow passage 8, the flushing fluid W1 passes through the orifice hole 88 from the first machine inner cylindrical space 86a and flows into the machine outer cylindrical space 87, and is reversed to be turned on. After passing through the orifice hole 88 from the outer cylinder space 87 and flowing into the machine interior cylinder space 86, the machine interior cylinder space 86 and the machine exterior cylinder space 87 are alternately passed through the orifice holes 88 while being reversed. Then, the air flows out from the second machine inner cylindrical space 86b to the third inflow passage 85, and the pressure is effectively reduced during this time.

また、この例では、シールケース1に、中間領域Cの流体を第3周辺領域C2からシールケース1外に流出させる流出路9を形成して、中間領域Cの圧力を更に減圧させ且つ安定させるように工夫している。   Further, in this example, the seal case 1 is formed with an outflow passage 9 through which the fluid in the intermediate region C flows out from the third peripheral region C2 to the outside of the seal case 1, thereby further reducing and stabilizing the pressure in the intermediate region C. It is devised as follows.

すなわち、流出路9は、図1及び図3に示す如く、第1機外側保持体14に形成されて第3周辺領域C2に開口する第1流出通路91と、第2機外側保持体15に形成されて第1流出通路91に連通接続された減圧通路92,93,94と、第1機外側保持体14に形成されて減圧通路92,93,94に連通接続された第2流出通路95と、フランジ体11に形成されて第2流出通路94に連通接続されると共にシールケース1の外周部に開口された第3流出通路96とからなり、第3周辺領域C2の流体(以下「フラッシング流体W2」という)が第1流出通路91から減圧通路92,93,94及び第2流出通路95を通過して第3流出通路96からシールケース1外に流出するように構成されている。なお、シールケース1外に流出されたフラッシング流体W2はフィルタ等を通過した上で注入領域A1へと循環される。   That is, as shown in FIGS. 1 and 3, the outflow passage 9 is formed in the first outflow passage 91 formed in the first machine outer holding body 14 and opened to the third peripheral region C2, and the second machine outer holding body 15. Decompression passages 92, 93, and 94 that are formed and connected to the first outflow passage 91, and a second outflow passage 95 that is formed in the first machine outer holding body 14 and connected to the decompression passages 92, 93, and 94. And a third outflow passage 96 formed in the flange body 11 and connected to the second outflow passage 94 and opened in the outer peripheral portion of the seal case 1, and the fluid in the third peripheral region C2 (hereinafter referred to as “flushing”). The fluid W <b> 2 ”passes through the pressure reducing passages 92, 93, 94 and the second outlet passage 95 from the first outlet passage 91 and flows out of the seal case 1 from the third outlet passage 96. The flushing fluid W2 that has flowed out of the seal case 1 is circulated to the injection region A1 after passing through a filter or the like.

流出路9の減圧通路は、図3及び図5〜図9に示す如く、シールケース1の周方向に並列する複数の機内側円柱空間92と、当該機内側円柱空間92より機外側に位置してシールケース1の周方向に並列する複数の機外側円柱空間93と、これらの機内側円柱空間92と機外側円柱空間93とを一連の通路をなすように接続する複数のオリフィス孔94とからなる。機内側円柱空間92及び機外側円柱空間93は、図5に示す如く、第2機外側保持体15の周方向における半分部分(前記減圧通路86,87,88が形成された部分を除く部分)に形成されている。機内側円柱空間92は、第2機外側保持体15の機内側端部(下端部)に周方向に等ピッチ(前記機内側円柱空間86と同一ピッチ)Pで形成された円形凹部を第3機外側保持体16で閉塞することによって形成されている。機外側円柱空間93は、第2機外側保持体15の機外側端部(上端部)に周方向に等ピッチ(機内側円柱空間92と同一ピッチ)Pで形成された円形凹部を第1機外側保持体14で閉塞することによって形成されている。両円柱空間92,93の数は同一であるが、周方向における位置は相互に半ピッチ(P/2)齟齬している。また、両円柱空間92,93の径は同一であるが、機外側円柱空間93の軸線方向長さは機内側円柱空間92より大きく設定されている。各機内側円柱空間92とこれに隣接する二つの機外側円柱空間93とは、これらより小径の円形孔であるオリフィス孔94により連通接続されている。周方向に並列する機外側円柱空間93群の一端に位置する機外側円柱空間(以下「第1機外側円柱空間93a」という)は第1流出通路91に連通接続されており、当該機外側円柱空間93群の他端に位置する機外側円柱空間(以下「第2機外側円柱空間93b」という)は第2流出通路95に連通接続されている。なお、図1に示す如く、第3流出通路96には、これを通過するフラッシング流体W2の温度を測定するための温度測定器97が配設されており、フランジ体11には、第3周辺領域C2に開口するドレン兼用の圧力測定用通路98が設けられている。   As shown in FIGS. 3 and 5 to 9, the decompression passage of the outflow passage 9 is located on the outer side of the plurality of machine interior cylindrical spaces 92 arranged in parallel in the circumferential direction of the seal case 1 and the machine interior cylinder space 92. A plurality of outboard cylindrical spaces 93 arranged in parallel in the circumferential direction of the seal case 1, and a plurality of orifice holes 94 connecting the inboard cylinder spaces 92 and the outboard cylinder spaces 93 so as to form a series of passages. Become. As shown in FIG. 5, the machine-side cylindrical space 92 and the machine-side cylindrical space 93 are half portions in the circumferential direction of the second machine-side outer holder 15 (parts excluding the portions where the decompression passages 86, 87, 88 are formed). Is formed. The machine-side cylindrical space 92 has a third circular recess formed in the machine-side end (lower end) of the second machine-side holding body 15 at an equal pitch (same pitch as the machine-side cylindrical space 86) P in the circumferential direction. It is formed by closing with the outside-side holding body 16. The machine-side cylindrical space 93 has a circular recess formed in the machine-side end (upper end) of the second machine-side holding body 15 at an equal pitch (same pitch as the machine-side cylindrical space 92) P in the circumferential direction. It is formed by closing with the outer holding body 14. Although the number of both cylindrical spaces 92 and 93 is the same, the positions in the circumferential direction are half pitch (P / 2) from each other. The cylindrical spaces 92 and 93 have the same diameter, but the axial length of the outer cylindrical space 93 is set larger than that of the inner cylindrical space 92. Each in-machine cylindrical space 92 and two adjacent in-machine cylindrical spaces 93 are connected to each other by an orifice hole 94 which is a circular hole having a smaller diameter. An outboard column space (hereinafter referred to as “first outboard column space 93a”) located at one end of the outboard column space 93 group arranged in parallel in the circumferential direction is connected to the first outflow passage 91 and is connected to the outboard column space. An outboard cylindrical space (hereinafter referred to as “second outboard cylindrical space 93 b”) located at the other end of the space 93 group is connected to the second outflow passage 95. As shown in FIG. 1, the third outflow passage 96 is provided with a temperature measuring device 97 for measuring the temperature of the flushing fluid W2 passing therethrough. A pressure measuring passage 98 that also serves as a drain is provided in the region C2.

したがって、減圧通路92,93,94においては、フラッシング流体W2が、第1機外側円柱空間93aからオリフィス孔94を通過して機内側円柱空間92に流入し、反転して当該機内側円柱空間92からオリフィス孔94を通過して機外側円柱空間93に流入し、爾後、機内円柱空間92と機外側円柱空間93とを交互にオリフィス孔94を介して反転しつつ通過して、第2機外側円柱空間93bから第3流入通路95へと流出することになり、この間において効果的に減圧されることになり、フラッシング流体W2をシールケーシング1外に安全に放出できる圧力とできる。   Accordingly, in the decompression passages 92, 93, 94, the flushing fluid W2 passes through the orifice hole 94 from the first machine-side cylindrical space 93a, flows into the machine-side cylinder space 92, and is inverted to be reversed. Through the orifice hole 94 and flows into the outer cylinder space 93, and after passing through the in-machine cylinder space 92 and the outer cylinder space 93 while alternately inverting through the orifice holes 94, It flows out to the 3rd inflow passage 95 from cylindrical space 93b, and it will be effectively decompressed in the meantime, and it can be made the pressure which can discharge flushing fluid W2 out of seal casing 1 safely.

なお、流出路9の減圧通路92,93,94は流入路8の減圧通路86,87,88と周方向位置を異にする以外、軸線方向位置関係を含めて同一構成をなすものである。すなわち、図5に示す如く、第2機外側保持体15に、その全周に亘って、機内側円柱空間86,92及び機外側円柱空間87,93を同一の等ピッチPで且つ機内側円柱空間86,92と機外側円柱空間87,93とが第2機外側保持体15の周方向において半ピッチ(P/2)齟齬する状態で形成して、第2機外側保持体15の周方向における半分部分の一方に形成された機内側円柱空間86及び機外側円柱空間87とこれらの円柱空間86,87間を接続するオリフィス孔88とで流入路8の減圧通路が構成され、当該半分部分の他方に形成された機内側円柱空間92及び機外側円柱空間93とこれらの円柱空間92,93間を接続するオリフィス孔94とで流出路9の減圧通路が構成されている。このように構成することによって、流入路8の減圧通路86,87,88と流出路9の減圧通路92,93,94とを形成する第2機外側保持体15の軸線方向長さを可及的に短縮でき、タンデムダブルシールの小型化を実現できる。   The decompression passages 92, 93, 94 in the outflow passage 9 have the same configuration as the decompression passages 86, 87, 88 in the inflow passage 8 except for the circumferential position, including the positional relationship in the axial direction. That is, as shown in FIG. 5, the inboard cylinder spaces 86 and 92 and the outboard cylinder spaces 87 and 93 are formed on the second inboard holder 15 with the same equal pitch P and the inboard cylinder over the entire circumference. The spaces 86, 92 and the machine-side cylindrical spaces 87, 93 are formed in a state where they are half-pitch (P / 2) in the circumferential direction of the second machine-side holding body 15, and the circumferential direction of the second machine-side holding body 15 The decompression passage of the inflow passage 8 is constituted by the in-machine cylindrical space 86 and the out-of-machine cylindrical space 87 formed in one of the half portions and the orifice hole 88 connecting the cylindrical spaces 86, 87, and the half portion. The decompression passage of the outflow passage 9 is constituted by the machine-side cylindrical space 92 and the machine-side cylindrical space 93 formed in the other of the above and the orifice hole 94 connecting these cylindrical spaces 92 and 93. By configuring in this way, the axial length of the second machine outer side holding body 15 forming the pressure reducing passages 86, 87, 88 of the inflow passage 8 and the pressure reducing passages 92, 93, 94 of the outflow passage 9 is made possible. The size of the tandem double seal can be reduced.

以上のように構成された遊動環型メカニカルシールS1,S2にあっては、静止環2の押圧面21aと遊動環5の押圧面52aとが径方向歪(径方向の圧力歪又は熱歪)が相互に干渉する状態で摩擦係合しているが、静止環2が遊動環5の構成材(カーボン)とヤング率及び熱膨張係数が近似する金属材(チタン)で構成されているから、被密封流体が高圧である場合においてその圧力又は温度が大きく高低変化するときにも、冒頭で述べた如き問題を生じることなく、適正且つ良好なメカニカルシール機能が発揮される。   In the floating ring type mechanical seals S1 and S2 configured as described above, the pressing surface 21a of the stationary ring 2 and the pressing surface 52a of the floating ring 5 have radial strain (radial pressure strain or thermal strain). Are in frictional engagement with each other, but the stationary ring 2 is composed of a constituent material (carbon) of the idle ring 5 and a metal material (titanium) whose Young's modulus and thermal expansion coefficient are approximated. Even when the pressure or temperature of the fluid to be sealed is high and changes greatly, an appropriate and good mechanical seal function is exhibited without causing the problems described at the beginning.

例えば、被密封流体(機内領域側メカニカルシールS1においては機内領域Aの流体であり、機外領域側メカニカルシールS2においては中間領域Cの流体である)の圧力が大きく高低変化する条件下において、被密封流体が昇圧された場合、図11に示す如く、被密封流体の圧力により、静止環2及び遊動環5は内径方向に圧力歪(縮径歪)E1,e1を生じるが、両環2,5の接触部分(押圧面)21a,52aにおいては、当該径方向の圧力歪E1,e1が相互干渉することになる。しかし、静止環2の押圧面21aにおける圧力歪E1は遊動環5の押圧面52aにおける圧力歪e1より小さいものの、両環2,5がヤング率の近似材料で構成されていることから、これらの圧力歪E1,e1の大きさの差(歪量差)は極く僅かとなる。したがって、両環2,5の接触部分21a,52aにおいて圧力歪E1,e1が相互干渉した場合にも、遊動環5の押圧面52aにおける径方向歪はそれ自身の径方向歪(圧力歪)e1と略同一となるから、図11に示す如く、遊動環5にそのシール面53aを相手シール面(回転環4のシール面)4aに対して傾斜させるようなモーメント(内開きモーメント)が作用することがなく、両シール面4a,53aは適正な接触状態に保持される。   For example, under the condition that the pressure of the sealed fluid (the fluid in the in-machine region A in the in-machine region side mechanical seal S1 and the fluid in the intermediate region C in the out-of-machine region side mechanical seal S2) is greatly changed. When the sealed fluid is pressurized, as shown in FIG. 11, due to the pressure of the sealed fluid, the stationary ring 2 and the idle ring 5 generate pressure strains (reduced strain) E1 and e1 in the inner diameter direction. , 5 contact portions (pressing surfaces) 21a and 52a, the radial pressure strains E1 and e1 interfere with each other. However, although the pressure strain E1 on the pressing surface 21a of the stationary ring 2 is smaller than the pressure strain e1 on the pressing surface 52a of the idle ring 5, both rings 2 and 5 are made of an approximate material of Young's modulus. The difference between the magnitudes of the pressure strains E1 and e1 (strain difference) is very small. Therefore, even when the pressure strains E1 and e1 interfere with each other at the contact portions 21a and 52a of the two rings 2 and 5, the radial strain on the pressing surface 52a of the idle ring 5 is its own radial strain (pressure strain) e1. Therefore, as shown in FIG. 11, a moment (inward opening moment) is applied to the floating ring 5 so that the seal surface 53a is inclined with respect to the mating seal surface (seal surface of the rotating ring 4) 4a. The both seal surfaces 4a and 53a are maintained in an appropriate contact state.

また、この状態から被密封流体が降圧変化した場合、図14に示す如く、静止環2及び遊動環5は上記高圧時における縮径変形が復元して拡径変形される。すなわち、静止環2及び遊動環5は外径方向に圧力歪(拡径歪(復元変形量))E2,e2を生じて、両環2,5の接触部分(押圧面)21a,52aにおいては、当該径方向の圧力歪E2,e2が相互干渉することになる。しかし、静止環2の押圧面21aにおける圧力歪E2は遊動環5の押圧面52aにおける圧力歪e2より小さいものの、両環2,5がヤング率の近似材料で構成されていることから、これらの圧力歪E2,e2の大きさの差は極く僅かとなる。したがって、両環2,5の接触部分21a,52aにおいて圧力歪E2,e2が相互干渉した場合にも、遊動環5の押圧面52aにおける径方向歪はそれ自身の径方向歪(圧力歪)eと殆ど変わらない。その結果、図14に示す如く、遊動環5にそのシール面53aを相手シール面4aに対して傾斜させるようなモーメント(外開きモーメント)が作用することがなく、両シール面4a,53aは適正な接触状態に保持される。   Further, when the sealed fluid changes in pressure from this state, as shown in FIG. 14, the stationary ring 2 and the idle ring 5 are deformed to expand by restoring the reduced diameter deformation at the time of high pressure. That is, the stationary ring 2 and the idle ring 5 generate pressure strain (expansion strain (restoration deformation amount)) E2 and e2 in the outer diameter direction, and contact portions (pressing surfaces) 21a and 52a of both the rings 2 and 5 are The radial pressure strains E2 and e2 interfere with each other. However, although the pressure strain E2 on the pressing surface 21a of the stationary ring 2 is smaller than the pressure strain e2 on the pressing surface 52a of the floating ring 5, both rings 2 and 5 are made of an approximate material of Young's modulus. The difference in magnitude between the pressure strains E2 and e2 is very small. Therefore, even when the pressure strains E2 and e2 interfere with each other in the contact portions 21a and 52a of the two rings 2 and 5, the radial strain on the pressing surface 52a of the idle ring 5 is its own radial strain (pressure strain) e. And almost the same. As a result, as shown in FIG. 14, a moment (outside opening moment) that tilts the seal surface 53 a with respect to the mating seal surface 4 a does not act on the floating ring 5, and both the seal surfaces 4 a and 53 a are appropriate. Is kept in good contact.

また、被密封流体の温度が大きく高低変化する条件下においても、上記圧力変化の場合と同様に、両環2,5の接触部分21a,52aにおける熱歪の相互干渉によって遊動環5のシール面53aが傾くようなことがない。すなわち、被密封流体が昇温された場合、高温の被密封流体により静止環2及び遊動環5が径方向に熱膨張され、図17に示す如く、両環2,5の接触部分21a,52aにおいて径方向における熱歪(熱膨張歪)F1,f1が相互干渉することになるが、両環2,5が熱膨張係数の近似材料で構成されていることから、これらの熱歪F1,f1の大きさの差は極く僅かとなる。したがって、両環2,5の接触部分21a,52aにおいて径方向の熱歪F1,f1が相互干渉した場合にも、遊動環5にそのシール面53aを相手シール面4aに対して傾斜させるようなモーメント(内開きモーメント)が作用することがなく、図17に示す如く、両シール面4a,53aは適正な接触状態に保持される。また、この状態から被密封流体が降温変化した場合、図18に示す如く、両環2,5の接触部分21a,52aにおいて径方向の熱歪(熱収縮歪)F2,f2が相互干渉することになるが、これらの熱歪F2,f2の大きさの差も極く僅かとなる。したがって、両環2,5の接触部分21a,52aにおいて熱歪F2,f2が相互干渉した場合にも、遊動環5にそのシール面53aを相手シール面4aに対して傾斜させるようなモーメント(外開きモーメンt)が作用することがなく、図18に示す如く、両シール面4a,53aは適正な接触状態に保持される。   Further, even under the condition that the temperature of the sealed fluid is greatly changed, the sealing surface of the floating ring 5 is caused by the mutual interference of the thermal strains in the contact portions 21a and 52a of the two rings 2 and 5 as in the case of the pressure change. 53a does not tilt. That is, when the temperature of the sealed fluid is raised, the stationary ring 2 and the idle ring 5 are thermally expanded in the radial direction by the high temperature sealed fluid, and as shown in FIG. In FIG. 2, the thermal strains (thermal expansion strains) F1 and f1 in the radial direction interfere with each other. However, since both rings 2 and 5 are made of an approximate material having a thermal expansion coefficient, these thermal strains F1 and f1 The difference in size is very small. Therefore, even when the radial thermal strains F1 and f1 interfere with each other at the contact portions 21a and 52a of both the rings 2 and 5, the floating ring 5 has its seal surface 53a inclined with respect to the mating seal surface 4a. A moment (inward opening moment) does not act, and as shown in FIG. 17, both seal surfaces 4a and 53a are held in an appropriate contact state. Further, when the temperature of the sealed fluid changes from this state, as shown in FIG. 18, the radial thermal strains (thermal contraction strains) F2 and f2 interfere with each other at the contact portions 21a and 52a of the two rings 2 and 5. However, the difference between the magnitudes of these thermal strains F2 and f2 is very small. Therefore, even when the thermal strains F2 and f2 interfere with each other at the contact portions 21a and 52a of both rings 2 and 5, a moment (external force) causes the floating ring 5 to incline the seal surface 53a with respect to the mating seal surface 4a. The opening moment t) does not act, and as shown in FIG. 18, both the seal surfaces 4a and 53a are held in an appropriate contact state.

このように、静止環2と遊動環5とをヤング率及び熱膨張係数が近似する材料で構成しておくことにより、被密封流体が高圧でその圧力及び/又は温度が高低変化する場合にも、両環2,5の接触部分21a,52aにおいて径方向の圧力歪及び/又は熱歪が相互干渉することにより遊動環5にこれを傾けるようなモーメント(内開きモーメントないし外開きモーメント)が作用することがなく、シール面4a,5aが適正な接触状態に保持されて、良好且つ安定したメカニカルシール機能が発揮される。   In this way, by configuring the stationary ring 2 and the idle ring 5 with materials having similar Young's modulus and thermal expansion coefficient, even when the sealed fluid is at a high pressure and its pressure and / or temperature changes high and low. In the contact portions 21a and 52a of the two rings 2 and 5, a moment (inward opening moment or outward opening moment) is exerted on the floating ring 5 due to the mutual interference of the radial pressure strain and / or thermal strain. Therefore, the seal surfaces 4a and 5a are held in an appropriate contact state, and a good and stable mechanical seal function is exhibited.

ところで、静止環2及び遊動環5をヤング率が近似する材料で構成した場合にも、被密封流体の圧力が極めて高く、その昇圧幅又は降圧幅が極めて大きいときには、両環2,5の接触部分21a,52aにおける圧力歪E1,e1又はE2,e2の大きさの差(歪量差(e1−E1又はe2−E2))が大きくなることから、冒頭で述べた従来の遊動環型メカニカルシールと同様に、当該接触部分21a,52aにおける径方向の圧力歪の相互干渉により遊動環5にこれを傾けるようなモーメントが発生する虞れがある。すなわち、被密封流体が昇圧した場合には、図12に鎖線図示する如く、両環2,5の接触部分21a,52aにおける圧力歪E1,e1の相互干渉により遊動環5をそのシール面53aが相手シール面4aに対して内開き状態(シール面53aがその外周側においては相手シール面4aに接触するが、その内周側においては相手シール面4aに接触しない状態)に傾けようとする内開きモーメントM1が作用する虞れがあり、また被密封流体が降圧した場合には、図15に鎖線図示する如く、両環2,5の接触部分21a,52aにおける圧力歪E2,e2の相互干渉により遊動環5にそのシール面53aが相手シール面4aに対して外開き状態(シール面53aがその内周側においては相手シール面4aに接触するが、その外周側においては相手シール面4aに接触しない状態)に傾けようとする外開きモーメントM2が作用する虞れがある。   By the way, even when the stationary ring 2 and the idle ring 5 are made of materials having similar Young's moduli, when the pressure of the sealed fluid is extremely high and the pressure increase or decrease width is extremely large, the contact between both rings 2 and 5 Since the difference in the magnitude of the pressure strains E1, e1 or E2, e2 in the portions 21a, 52a (strain difference (e1-E1 or e2-E2)) increases, the conventional floating ring type mechanical seal described at the beginning Similarly to the above, there is a possibility that a moment for tilting the floating ring 5 may be generated due to mutual interference of radial pressure strains in the contact portions 21a and 52a. That is, when the pressure of the sealed fluid is increased, as shown in the chain line in FIG. 12, the seal surface 53a of the floating ring 5 is caused by the mutual interference of the pressure strains E1 and e1 at the contact portions 21a and 52a of both the rings 2 and 5. The inner surface of the mating seal surface 4a is inclined to be inwardly opened (the seal surface 53a is in contact with the mating seal surface 4a on its outer peripheral side but is not in contact with the mating seal surface 4a on its inner circumferential side). When the opening moment M1 may be applied and the sealed fluid is depressurized, the mutual interference of the pressure strains E2 and e2 at the contact portions 21a and 52a of the two rings 2 and 5 as shown in FIG. As a result, the seal surface 53a of the floating ring 5 is open to the mating seal surface 4a (the seal surface 53a is in contact with the mating seal surface 4a on its inner peripheral side, It is there is a possibility that acts outwardly opening moment M2 to be incline to a state) that does not contact the mating sealing surfaces 4a.

しかし、このようなモーメントM1,M2が作用するような圧力条件下においても、静止環2を厚肉の本体部21と薄肉の保持部22とからなる断面L字状の金属製円筒体であって保持部22の中間部をOリング7aを介してシールケース1に内嵌保持させたものに構成しておくことによって、遊動環5の傾きを防止してシール面4a,53aを適正に接触させておくことができる。   However, even under such a pressure condition that the moments M1 and M2 act, the stationary ring 2 is a metal cylinder having an L-shaped cross section composed of a thick body portion 21 and a thin holding portion 22. The intermediate portion of the holding portion 22 is configured to be fitted and held in the seal case 1 through the O-ring 7a, thereby preventing the floating ring 5 from tilting and properly contacting the seal surfaces 4a and 53a. I can leave it to you.

すなわち、両環2,5の接触部分21a,52aにおける圧力歪E1,e1の相互干渉により遊動環5に内開きモーメントM1が作用するような高圧条件下(昇圧条件下)においては、静止環2の保持部22が薄肉円筒状をなしているため、保持部22はその外周面に高圧の被密封流体圧力が作用することから縮径変形(弾性変形)されることになる。すなわち、保持部22は、図13に示す断面形状において、Oリング接触部(Oリング7aに接触する当該保持部22の中間部)を支持された片持ち支持梁に類似する構造をなしていることから、同図に鎖線図示する如く、被密封流体圧力により内径方向に撓み変形するが如き弾性変形をすることになる。一方、当該片持ち支持梁の自由端に連結されている本体部21は保持部22に比して厚肉の円環状をなしていることから、被密封流体圧力によっては保持部22のような変形は生じない。しかし、本体部21と保持部22とは一体連結されていることから、図13に鎖線図示する如く、本体部21は保持部22の上記変形によって内径方向に変形され、本体部21の押圧面21aが内径方向に変位されることになる。したがって、本体部21の押圧面21aの径方向歪が当該変位によって実質的に増大されることになる。すなわち、本体部21の押圧面21aにおける実質的な径方向歪(圧力歪)は本体部21自身の前記径方向歪E1に上記保持部21の変形による径方向歪E3が加重されたものとなる。その結果、図12に示す如く、被密封流体が大きく昇圧されることにより静止環2の押圧面21aにおける径方向歪E1と遊動環5の押圧面52aにおける径方向歪e1との間に内開きモーメントM1が作用するような歪量差(e1−E1)が生じるような場合にも、当該歪量差が上記した保持部22の変形による径方向歪E3によって消失ないし軽減されることになり、両環2,5の接触部分である押圧面21a,52aにおける径方向歪の相互干渉によって内開きモーメントM1が生じるようなことがない。   That is, the stationary ring 2 under high pressure conditions (pressurizing conditions) in which the inner opening moment M1 acts on the floating ring 5 due to the mutual interference of the pressure strains E1 and e1 at the contact portions 21a and 52a of both rings 2 and 5. Since the holding portion 22 has a thin cylindrical shape, the holding portion 22 is deformed in a reduced diameter (elastically deformed) because a high-pressure sealed fluid pressure acts on the outer peripheral surface thereof. That is, the holding part 22 has a structure similar to a cantilever support beam that supports an O-ring contact part (an intermediate part of the holding part 22 that contacts the O-ring 7a) in the cross-sectional shape shown in FIG. Therefore, as shown by the chain line in the figure, it is elastically deformed as it is bent and deformed in the inner diameter direction by the sealed fluid pressure. On the other hand, the main body portion 21 connected to the free end of the cantilever support beam has a thick annular shape as compared with the holding portion 22. No deformation occurs. However, since the main body portion 21 and the holding portion 22 are integrally connected, the main body portion 21 is deformed in the inner diameter direction by the deformation of the holding portion 22 as shown in FIG. 21a is displaced in the inner diameter direction. Therefore, the radial distortion of the pressing surface 21a of the main body 21 is substantially increased by the displacement. That is, the substantial radial strain (pressure strain) in the pressing surface 21a of the main body 21 is obtained by adding the radial strain E3 due to the deformation of the holding portion 21 to the radial strain E1 of the main body 21 itself. . As a result, as shown in FIG. 12, the fluid to be sealed is greatly pressurized, so that an inward opening occurs between the radial strain E1 on the pressing surface 21a of the stationary ring 2 and the radial strain e1 on the pressing surface 52a of the idle ring 5. Even when a strain difference (e1-E1) that causes the moment M1 to occur is generated, the strain difference is eliminated or reduced by the radial strain E3 due to the deformation of the holding portion 22 described above. The inward opening moment M1 is not caused by the mutual interference of the radial strains on the pressing surfaces 21a and 52a which are the contact portions of the two rings 2 and 5.

また、この状態から降圧されて、図15に示す如く、両環2,5の接触部分21a,52aにおける径方向歪E2,e2の相互干渉により遊動環5にこれを外開き状態に変形させようとする外開きモーメントM2が作用するような圧力条件下においては、図16に鎖線図示する如く、保持部22が上記とは逆方向に弾性変形(復元変形)して、この変形により本体部21の押圧面21aには外径方向の径方向歪E4が生じることになり、本体部21の押圧面21aにおける実質的な径方向歪は本体部21自身の前記径方向歪E2に上記保持部21の変形による径方向歪E4が加重されたものとなる。その結果、図15に示す如く、被密封流体が大きく降圧されることにより静止環2の押圧面21aにおける径方向歪E2と遊動環5の押圧面52aにおける径方向歪e2との間に外開きモーメントM2が作用するような歪量差(e2−E2)が生じるような場合にも、当該歪量差が上記した保持部22の変形による径方向歪E4によって消失ないし軽減されることになり、両環2,5の接触部分である押圧面21a,52aにおける径方向歪の相互干渉によって外開きモーメントM2が生じるようなことがない。なお、上記した静止環2及び遊動環5の圧力変形は何れも弾性限度内で行われる弾性変形であることはいうまでもない。   Further, the pressure is lowered from this state, and as shown in FIG. 15, the floating ring 5 is deformed into the open state by the mutual interference of the radial strains E2 and e2 at the contact portions 21a and 52a of both the rings 2 and 5. Under the pressure condition in which the outward opening moment M2 acts, the holding portion 22 is elastically deformed (restored deformation) in the opposite direction as shown in FIG. Thus, a radial strain E4 in the outer radial direction is generated on the pressing surface 21a, and a substantial radial strain on the pressing surface 21a of the main body 21 is added to the radial strain E2 of the main body 21 itself. The radial strain E4 due to the deformation is weighted. As a result, as shown in FIG. 15, when the fluid to be sealed is greatly depressurized, an outward opening is formed between the radial strain E2 on the pressing surface 21a of the stationary ring 2 and the radial strain e2 on the pressing surface 52a of the idle ring 5. Even when a strain difference (e2-E2) is generated in which the moment M2 acts, the strain difference is eliminated or reduced by the radial strain E4 due to the deformation of the holding portion 22 described above. The outward opening moment M2 does not occur due to the mutual interference of the radial strains on the pressing surfaces 21a and 52a, which are the contact portions of the two rings 2 and 5. Needless to say, the pressure deformation of the stationary ring 2 and the idle ring 5 described above is elastic deformation performed within the elastic limit.

このように、両環2,5の接触部分21a,52aおける径方向の圧力歪の相互干渉により遊動環5にこれを傾けるようなモーメントM1,M2が作用するような圧力条件下においても、静止環2の保持部22が上記のように弾性変形することにより、静止環2の押圧面21aにおける径方向歪E1,E2と遊動環5の押圧面52aにおける径方向歪e1,e2との歪量差を消失ないし減少させることができるから、如何なる圧力変動条件下においても、冒頭で述べたような問題を生じることなく、両シール面4a,53aが適正に接触して良好なメカニカルシール機能が発揮される。   Thus, even under pressure conditions in which moments M1 and M2 are applied to the free ring 5 due to mutual interference of radial pressure strains in the contact portions 21a and 52a of the two rings 2 and 5, respectively. The amount of strain between the radial strains E1 and E2 on the pressing surface 21a of the stationary ring 2 and the radial strains e1 and e2 on the pressing surface 52a of the idle ring 5 due to the elastic deformation of the holding portion 22 of the ring 2 as described above. Since the difference can be eliminated or reduced, both the sealing surfaces 4a and 53a can be in proper contact with each other without causing the problems described at the beginning under any pressure fluctuation conditions, and a good mechanical sealing function is exhibited. Is done.

なお、静止環2の断面形状(本体部21及び保持部22の肉厚寸法等)は、上記した静止環2の径方向歪E1,E2と遊動環5の径方向歪e1,e2との大きさの差(歪量差)がモーメントM1,M2を生じさせない程度又はそれ以下となるような圧力条件下では上記した保持部22の弾性変形(径方向歪E3,E4を生じさせるような弾性変形)が生じず、当該歪量差(e1−E1,e2−E2)がモーメントM1,M2を生じさせる程度にまで大きくなるような圧力条件下においてのみ保持部22の当該弾性変形が生じることを条件として、シール性や静止環2の材質(特にヤング率)に応じて適宜に設定される。   The cross-sectional shape of the stationary ring 2 (thickness dimensions of the main body portion 21 and the holding portion 22) is the size of the radial strains E1 and E2 of the stationary ring 2 and the radial strains e1 and e2 of the idle ring 5. The elastic deformation of the holding portion 22 described above (elastic deformation that causes radial strains E3 and E4) under a pressure condition in which the difference in thickness (difference in strain amount) does not cause the moments M1 and M2 or less. ) Does not occur, and the elastic deformation of the holding portion 22 occurs only under pressure conditions in which the strain difference (e1-E1, e2-E2) increases to such an extent that the moments M1 and M2 are generated. As appropriate, it is set according to the sealing property and the material (particularly Young's modulus) of the stationary ring 2.

ところで、静止環2と遊動環5との間には、上記した如く、両環2,5間をシール(二次シール)するOリング7cが挟圧状に介在されていることから、Oリング7cの両環2,5への接触圧が必要以上に高いと(つまりOリング7cのつぶし率ε又はつぶし代δが必要以上に高いと)Oリング7cによるシール力は増大するものの、両環2,5の圧力歪及び/又は熱歪がOリング7cを介しても相互干渉することになる。その結果、両環2,5をヤング率及び/又は熱膨張係数の近似する材料で構成したことによる上記作用効果(図11、図14、図17及び図18参照)及び静止環2の断面形状をL字状に構成したことによる上記作用効果(図13及び図16参照)を阻害して、これらの作用効果が十分に発揮されない虞れがある。一方、かかる問題を生じさせないためには、Oリング7cの両環2,5への接触圧を低くしておけばよい(つまりOリング7cのつぶし率ε又はつぶし代δを小さくしておけばよい)が、このようにすると両環2,5間のOリング7cによるシール力が低下して、良好な遊動環型メカニカルシール機能を期待できない。   By the way, between the stationary ring 2 and the idle ring 5, as described above, an O-ring 7 c that seals between the rings 2 and 5 (secondary seal) is interposed between the stationary ring 2 and the idle ring 5. If the contact pressure on both rings 2 and 5 of 7c is higher than necessary (that is, if crushing ratio ε or crushing allowance δ of O-ring 7c is higher than necessary), the sealing force by O-ring 7c increases, but both rings Two or five pressure strains and / or thermal strains may interfere with each other even through the O-ring 7c. As a result, the above-described operational effects (see FIGS. 11, 14, 17 and 18) and the cross-sectional shape of the stationary ring 2 due to the fact that both rings 2 and 5 are made of a material having an approximate Young's modulus and / or thermal expansion coefficient. The above-described effects (see FIGS. 13 and 16) due to the L-shaped configuration being hindered, these effects may not be sufficiently exhibited. On the other hand, in order not to cause such a problem, the contact pressure to both the rings 2 and 5 of the O-ring 7c may be lowered (that is, the crushing ratio ε or the crushing allowance δ of the O-ring 7c may be reduced). However, in this case, the sealing force by the O-ring 7c between the two rings 2 and 5 is lowered, and a good idle ring type mechanical seal function cannot be expected.

しかし、遊動環型メカニカルシールS1,S2の組立状態(運転停止状態)におけるOリング7cのつぶし率εを、上記した如く、被密封流体の圧力が作用する運転状態において両環2,5間のシールを良好に行うに必要且つ十分な範囲において可及的に小さく設定しておく(具体的にはつぶし率εを30%以下に設定しておくことが好ましく、10%以下に設定しておくことがより好ましい)と、このような問題を生じないし、運転時において被密封流体の圧力がOリング7cに作用することによる遊動環5の変形や遊動環5の回転環4への追従不良等のトラブル発生も極力排除することができる。   However, the crushing ratio ε of the O-ring 7c in the assembled state (operation stopped state) of the idle ring type mechanical seals S1 and S2 is, as described above, between the two rings 2 and 5 in the operation state in which the pressure of the sealed fluid acts. Set as small as possible within a range necessary and sufficient for good sealing (specifically, the crushing ratio ε is preferably set to 30% or less, and set to 10% or less. More preferably), such a problem does not occur, deformation of the floating ring 5 due to the pressure of the sealed fluid acting on the O-ring 7c during operation, poor follow-up of the free ring 5 to the rotating ring 4, etc. The occurrence of trouble can be eliminated as much as possible.

また、上記したように、流入出路8,9によりフラッシング流体Wが注入領域A1から両メカニカルシールS1,S2を順次通過する一連のフラッシング経路が形成されることから、大量のフラッシング流体Wを必要とすることなく両メカニカルシールS1,S2の冷却を効果的に行うことができ、しかも流入出路8,9が減圧通路を具備するものであるから、中間領域Cの圧力を可及的に減少させ且つ安定させることができる。さらに、フラッシング流体Wの流量を減少させた条件下で、フラッシング流体Wが各メカニカルシールS1,S2においてシール部分(回転環4と遊動環5との相対回転摺接部分4a,53a)から遊動環5を通過して静止環2へと流れるリバースフラッシングを採用しているため、当該シール部分4a,53aの摺動発熱によるフラッシング流体の温度変化が大きくなり摺動発熱が静止環2に与える影響も大きくなるが、かかる場合にも遊動環5のシール面5aが大きく傾くようなことがなく、良好なシール機能が発揮される。   In addition, as described above, a series of flushing paths through which the flushing fluid W sequentially passes through the mechanical seals S1 and S2 from the injection region A1 are formed by the inflow and outflow paths 8 and 9, so a large amount of flushing fluid W is required. Both the mechanical seals S1 and S2 can be effectively cooled, and the inflow and outflow passages 8 and 9 are provided with pressure reducing passages, so that the pressure in the intermediate region C is reduced as much as possible. It can be stabilized. Further, under the condition that the flow rate of the flushing fluid W is reduced, the flushing fluid W is moved from the seal portion (relative rotational sliding contact portion 4a, 53a between the rotary ring 4 and the idle ring 5) in each of the mechanical seals S1, S2. Since the reverse flushing that flows through 5 to the stationary ring 2 is adopted, the temperature change of the flushing fluid due to the sliding heat generation of the seal portions 4a and 53a increases, and the influence of the sliding heat generation on the stationary ring 2 is also affected. In such a case, the sealing surface 5a of the idle ring 5 is not greatly inclined, and a good sealing function is exhibited.

したがって、これらのことから、本発明の原子力プラント用タンデムダブルシールによれば、厳格且つ高度の安全性が要求される原子力プラント回転機器においても極めて良好なメカニカルシール機能を発揮させることができる。   Therefore, according to the tandem double seal for a nuclear power plant of the present invention, a very good mechanical seal function can be exhibited even in a nuclear power plant rotating device that requires strict and high safety.

なお、本発明の構成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変更,改良することができる。例えば、遊動環5がカーボンで構成される場合において、静止環2の構成材としては、カーボンに対するヤング率及び/又は熱膨張係数の近似程度がチタンと同等であるチタン合金を使用してもよい。また、両環2,5の構成材は、カーボンとチタン又はチタン合金との組み合わせに限定されず、それらのヤング率及び/又は熱膨張係数が近似していることを条件として、シール条件等に応じて適宜に選定することが可能である。また、本発明の構成に係る原子力プラント用タンデムダブルシールは、上記した竪型の回転機器の軸封手段に限らず、横型の回転機器の軸封手段としても使用することができ、かかる場合にも上記同様の作用効果が発揮されることは言うまでもない。   The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed and improved without departing from the basic principle of the present invention. For example, in the case where the idle ring 5 is made of carbon, the constituent material of the stationary ring 2 may be a titanium alloy whose Young's modulus and / or thermal expansion coefficient with respect to carbon is approximately the same as that of titanium. . Further, the constituent materials of both rings 2 and 5 are not limited to the combination of carbon and titanium or a titanium alloy, and the sealing conditions and the like are based on the condition that their Young's modulus and / or thermal expansion coefficient are approximated. It is possible to select appropriately. In addition, the tandem double seal for a nuclear power plant according to the configuration of the present invention is not limited to the above-described shaft-sealing means for a vertical rotating device, but can also be used as a shaft-sealing means for a horizontal rotating device. Needless to say, the same effect as described above is exhibited.

1 シールケース
2 静止環
2a スプリング
3 回転軸
4 回転環
4a シール面
5 遊動環
6 軸封部ケーシング
7a Oリング
7b Oリング
7c Oリング
8 流入路
9 流出路
11 フランジ体
12 ケース本体
13 機内側保持体
14 第1機外側保持体
15 第2機外側保持体
16 第3機外側保持体
17 係合凹部
21 静止環の本体部
21a 押圧面
22 静止環の保持部
23 ドライブピン
24 ドライブピン
31 軸本体
32 スリーブ
33 環状保持部
34 回転体
41 凹部
42 補強リング
43 キー
51 遊動環の本体部
51a 端面
51b 端面
52 遊動環の押圧部
52a 押圧面
53 遊動環のシール部
53a シール面
61 フラッシング流路
81 ヘッダ室
82 流入口
83 第1流入通路
84 第2流入通路
85 第3流入通路
86 機内側円柱空間
86a 第1機内側円柱空間
86b 第2機内側円柱空間
87 機外側円柱空間
88 オリフィス孔
91 第1流出通路
92 機内側円柱空間
93 機外側円柱空間
93a 第1機外側円柱空間
93b 第2機外側円柱空間
94 オリフィス孔
95 第2流出通路
96 第3流出通路
97 温度測定器
98 ドレン兼用の圧力測定用通路
A 機内領域
A1 注入領域
A2 第1周辺領域
B 機外領域(大気領域)
C 中間領域
C1 第2周辺領域
C2 第3周辺領域
S1 機内側メカニカルシール
S2 機外側メカニカルシール
W フラッシング流体
W1 フラッシング流体
W2 フラッシング流体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Seal case 2 Stationary ring 2a Spring 3 Rotating shaft 4 Rotating ring 4a Seal surface 5 Free ring 6 Shaft seal casing 7a O ring 7b O ring 7c O ring 8 Inflow path 9 Outflow path 11 Flange body 12 Case main body 13 Machine inner side holding | maintenance Body 14 First machine outer holder 15 Second machine outer holder 16 Third machine outer holder 17 Engaging recess 21 Stationary ring body 21a Press surface 22 Stationary ring holder 23 Drive pin 24 Drive pin 31 Shaft body 32 Sleeve 33 Annular holding portion 34 Rotating body 41 Recess 42 Reinforcing ring 43 Key 51 Free ring main body 51a End surface 51b End surface 52 Free ring pressing portion 52a Press surface 53 Free ring seal portion 53a Seal surface 61 Flushing flow path 81 Header Chamber 82 Inlet 83 First inflow passage 84 Second inflow passage 85 Third inflow passage 6 Aircraft inner cylindrical space 86a First Aircraft inner cylindrical space 86b Second Aircraft inner cylindrical space 87 Aircraft outer cylindrical space 88 Orifice hole 91 First outflow passage 92 Aircraft inner cylindrical space 93 Aircraft outer cylindrical space 93a First aircraft outer cylindrical space 93b Cylinder space outside the second machine 94 Orifice hole 95 Second outflow passage 96 Third outflow passage 97 Temperature measuring device 98 Pressure measurement passage also used as a drain A In-machine area A1 Injection area A2 First peripheral area B Outboard area (atmosphere area)
C Intermediate region C1 Second peripheral region C2 Third peripheral region S1 Mechanical seal inside the machine S2 Mechanical seal outside the machine W Flushing fluid W1 Flushing fluid W2 Flushing fluid

本発明は、被密封流体が高圧流体である場合においてその圧力又は温度が大きく高低変化する原子力プラント回転機器(例えば、原子力発電所の冷却材再循環ポンプ等)に軸封手段として使用される原子力プラント用タンデムダルシールに関するものである。
The present invention relates to nuclear power used as a shaft sealing means for a nuclear power plant rotating device (for example, a coolant recirculation pump of a nuclear power plant) whose pressure or temperature changes greatly when the sealed fluid is a high pressure fluid. the present invention relates to the plant for Tandemuda Breakfast Lucille.

本発明は、筒状のシールケースとこれを洞貫する回転軸との間に機内側メカニカルシールと機外側メカニカルシールとを縦列状にタンデム配置して、機内領域と機外領域とを両メカニカルシール間に形成される中間領域を介してシールするように構成された原子力プラント用タンデムダブルシールにおいて、上記の目的を達成すべく、特に、各メカニカルシールが、回転軸に固定された回転環とその機外領域側に配してシールケースに保持された静止環との間に、遊動環を回転環及び静止環に接触した状態で挟圧保持させて、回転環と遊動環との相対回転摺接作用によりシール機能を発揮するように構成された遊動環型メカニカルシールであり、各メカニカルシールの遊動環に、回転環との相対回転摺接部分より外周側に配して、軸線方向に当該遊動環を貫通する冷却孔を形成し、各メカニカルシールの静止環を、一端部が遊動環に接触する厚肉円環状の本体部とその他端部の内周縁部から軸線方向に延びる薄肉円筒状の保持部とからなる断面L字状の円筒体に構成して、シールケースの内周部にこれと保持部との間にOリングを介在させた状態で軸線方向移動可能に嵌合保持させると共に、当該静止環を遊動環の構成材とヤング率及び/又は熱膨張係数が近似する金属材で構成し、機内領域における機内側メカニカルシールの周辺にフラッシング流体の注入領域を形成し、シールケースに、当該注入領域の流体を機内側メカニカルシールの静止環の周辺領域から前記中間領域における機外側メカニカルシールの回転環の周辺領域へと導く流入路を形成してあり、各メカニカルシールの遊動環がカーボン製のものであり、各メカニカルシールの静止環がチタン製又はチタン合金製であることを特徴とする原子力プラント用タンデムダブルシールを提案するものである。
In the present invention, an in-machine mechanical seal and an out-of-machine mechanical seal are arranged in tandem between a cylindrical seal case and a rotary shaft that penetrates the cylindrical seal case, and both the in-machine region and the out-of-machine region are mechanically arranged. In a tandem double seal for a nuclear power plant configured to seal through an intermediate region formed between the seals, in order to achieve the above object, in particular, each mechanical seal includes a rotary ring fixed to a rotary shaft, Relative rotation between the rotating ring and the idle ring is performed by holding the floating ring in contact with the rotating ring and the stationary ring between the stationary ring and the stationary ring arranged on the outside of the machine. It is a floating ring type mechanical seal configured to exert a sealing function by sliding contact action, and is arranged on the outer ring side of the rotating ring relative to the rotating ring on the floating ring of each mechanical seal in the axial direction. A thin-walled cylinder extending in the axial direction from a thick-walled annular main body portion whose one end portion is in contact with the floating ring and an inner peripheral edge portion of the other end portion thereof, forming a cooling hole penetrating the floating ring. A cylindrical body with an L-shaped cross section consisting of a cylindrical holding part, fitted and held in the inner periphery of the seal case so that it can move in the axial direction with an O-ring interposed between it and the holding part In addition, the stationary ring is composed of a floating ring component and a metal material whose Young's modulus and / or thermal expansion coefficient approximates, and a flushing fluid injection region is formed around the in-machine mechanical seal in the in-machine region. the case, Yes to form an inlet passage for guiding the fluid of the implanted region from the peripheral region of the stationary ring of the inboard mechanical seal to the peripheral region of the rotating ring of the outboard mechanical seal in the intermediate region, the mechanical Sea Floating ring is intended made of carbon, in which a stationary ring of the mechanical seal proposes a nuclear power plant for a tandem double seal, characterized in that it is made of titanium or a titanium alloy.

Claims (6)

筒状のシールケースとこれを洞貫する回転軸との間に機内側メカニカルシールと機外側メカニカルシールとを縦列状にタンデム配置して、機内領域と機外領域とを両メカニカルシール間に形成される中間領域を介してシールするように構成された原子力プラント用タンデムダブルシールであって、
各メカニカルシールが、回転軸に固定された回転環とその機外領域側に配してシールケースに保持された静止環との間に、遊動環を回転環及び静止環に接触した状態で挟圧保持させて、回転環と遊動環との相対回転摺接作用によりシール機能を発揮するように構成された遊動環型メカニカルシールであり、
各メカニカルシールの遊動環に、回転環との相対回転摺接部分より外周側に配して、軸線方向に当該遊動環を貫通する冷却孔を形成し、
各メカニカルシールの静止環を、一端部が遊動環に接触する厚肉円環状の本体部とその他端部の内周縁部から軸線方向に延びる薄肉円筒状の保持部とからなる断面L字状の円筒体に構成して、シールケースの内周部にこれと保持部との間にOリングを介在させた状態で軸線方向移動可能に嵌合保持させると共に、当該静止環を遊動環の構成材とヤング率及び/又は熱膨張係数が近似する金属材で構成し、
機内領域における機内側メカニカルシールの周辺にフラッシング流体の注入領域を形成し、シールケースに、当該注入領域の流体を機内側メカニカルシールの静止環の周辺領域から前記中間領域における機外側メカニカルシールの回転環の周辺領域へと導く流入路を形成してあることを特徴する原子力プラント用タンデムダブルシール。
An in-machine area and an out-of-machine area mechanical seal are arranged in tandem between the cylindrical seal case and the rotating shaft that penetrates it, forming an in-machine area and an out-of-machine area between both mechanical seals. A tandem double seal for a nuclear power plant configured to seal through an intermediate region
Each mechanical seal is sandwiched between the rotating ring fixed to the rotating shaft and the stationary ring arranged on the outer side of the machine and held in the seal case in contact with the rotating ring and stationary ring. It is a floating ring type mechanical seal that is configured to exert a sealing function by a relative rotational sliding contact action between the rotating ring and the floating ring while maintaining pressure.
Arranged in the idle ring of each mechanical seal on the outer peripheral side from the relative rotational sliding contact portion with the rotary ring, forming a cooling hole penetrating the idle ring in the axial direction,
The stationary ring of each mechanical seal has an L-shaped cross section composed of a thick-walled annular main body part with one end contacting the floating ring and a thin cylindrical holding part extending in the axial direction from the inner peripheral edge of the other end part. Constructed in a cylindrical body, fitted and held on the inner peripheral part of the seal case so as to be movable in the axial direction with an O-ring interposed between it and the holding part, and the stationary ring is a component of the floating ring And a metal material whose Young's modulus and / or thermal expansion coefficient approximate,
An injecting region for flushing fluid is formed around the in-machine mechanical seal in the in-machine region, and the fluid in the injecting region is rotated in the seal case from the peripheral region of the stationary ring of the in-machine mechanical seal to the outer mechanical seal in the intermediate region. A tandem double seal for a nuclear power plant characterized in that an inflow passage leading to the peripheral region of the ring is formed.
シールケースに、前記中間領域の流体を機外側メカニカルシールの静止環の周辺領域からシールケース外に導く流出路が形成してあることを特徴とする、請求項1に記載する原子力プラント用タンデムダブルシール。   The tandem double for a nuclear power plant according to claim 1, wherein an outflow passage is formed in the seal case for guiding the fluid in the intermediate region from the peripheral region of the stationary ring of the outside mechanical seal to the outside of the seal case. seal. 前記流入路及び流出路が、夫々、当該流入路又は流出路を流動する流体を減圧させる減圧通路を有するものであることを特徴とする、請求項2に記載する原子力プラント用タンデムダブルシール。   3. The tandem double seal for a nuclear power plant according to claim 2, wherein each of the inflow path and the outflow path has a decompression path for decompressing a fluid flowing in the inflow path or the outflow path. 前記流入路の減圧通路及び前記流出路の減圧通路が、夫々、シールケースの周方向に並列する複数の機内側円柱空間と、当該機内側円柱空間より機外側に位置してシールケースの周方向に並列する複数の機外側円柱空間と、これらの機内側円柱空間と機外側円柱空間とを一連の通路をなすように接続する複数のオリフィス孔とで構成されていることを特徴とする、請求項3に記載する原子力プラント用タンデムダブルシール。   The decompression passage of the inflow passage and the decompression passage of the outflow passage are respectively a plurality of in-machine cylindrical spaces arranged in parallel in the circumferential direction of the seal case, and the circumferential direction of the seal case that is located outside the in-machine cylindrical space. A plurality of outer cylinder spaces parallel to each other, and a plurality of orifice holes connecting these inner cylinder spaces and outer cylinder spaces so as to form a series of passages. Item 4. A tandem double seal for a nuclear power plant according to item 3. 前記機内側円柱空間及び機外側円柱空間が、シールケースの全周に亘って同一ピッチPで形成されると共に、シールケースの周方向において機内側円柱空間と機外側円柱空間とが半ピッチP/2齟齬しており、シールケースの周方向における半分部分の一方に形成された機内側円柱空間及び機外側円柱空間とこれらの円柱空間間を接続するオリフィス孔とで前記流入路の減圧通路が構成され、当該半分部分の他方に形成された機内側円柱空間及び機外側円柱空間とこれらの円柱空間間を接続するオリフィス孔とで前記流出入路の減圧通路が構成されていることを特徴とする、請求項4に記載する原子力プラント用タンデムシール。   The inner cylinder space and the outer cylinder space are formed at the same pitch P over the entire circumference of the seal case, and the inner cylinder space and the outer cylinder space are half pitch P / in the circumferential direction of the seal case. The pressure reducing passage of the inflow passage is constituted by an in-machine cylindrical space and an out-of-machine cylindrical space formed in one of the half portions in the circumferential direction of the seal case, and an orifice hole connecting these cylindrical spaces. And the decompression passage of the inflow / outflow path is constituted by an in-machine cylindrical space and an out-of-machine cylindrical space formed in the other half portion and an orifice hole connecting between these cylindrical spaces. A tandem seal for a nuclear power plant according to claim 4. 各メカニカルシールの遊動環がカーボン製のものであり、各メカニカルシールの静止環がチタン製又はチタン合金製であることを特徴とする、請求項1に記載する原子力プラント用タンデムダブルシール。   2. The tandem double seal for a nuclear power plant according to claim 1, wherein the idle ring of each mechanical seal is made of carbon, and the stationary ring of each mechanical seal is made of titanium or a titanium alloy.
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