WO2001007791A1 - Machine hydraulique turbo et joint a gaz a sec destine a cette machine - Google Patents

Description

明 細 書

タ一ボ形流体機械及びそれに用いられる ドライガスシール

技術分野

本発明は、 ターボ形流体機械に係り、 特に ドライガスシールを備えたタ一 ボ形流体機械の異常検出に関する。

背景技術

同一の軸に複数枚の遠心羽根車または斜流羽根車を取り付けた多段遠心 圧縮機のよ う なターボ形流体機械においては、 作動ガスがベァリ ングに使用 される潤滑油中に漏出するのを防止するため及び流体機械から機外に流出す るのを防止するために、 ドライ ガスシールを採用することが近年急速に普及 している。 ドライガスシールは、 通常、 作動ガスが圧縮機内部から大気側に 配置されたベアリ ング側へ漏れるのを防止する一次ドラィガスシールと、 こ の一次ドラィガスシ一ルが破損した時のバッ クアツプ及び一次ドライガスシ ールを漏れた作動ガスがベアリ ング側へ漏れるのを防止する二次ドライガス シールと を備えている。 そして、 一次ドライガスシールからの作動ガスの漏 れ状態をチヱックすることによ り、 一次ドライガスシ一ルの状態を監視して いる。

具体的には、 一次ドライガスシールから漏れ出た作動ガスを、 一次ドライ ガスシールと二次ドライガスシールの間に形成した空間に連通する配管を設 け、 この配管を通じて作動ガスを外部に導く。 このライ ンを一次ドライガス シールベン ト ライ ンと呼ぶ。 そして、 この一次 ドライ ガスシールベン ト ライ ンにオリ フ ィ スを介在させ、 このオ リ フ ィ ス前後の圧力から一次ドライ ガス シールベン ト ラィ ンを流動する作動ガスの圧力と流量を求め、 漏れ流量を監 視している。

このよ う に、 多段の遠心圧縮機に一次 ドライ ガスシールベン ト ライ ンを設 け、 この一次ドラィ ガスシ一ルべン ト ライ ンから漏れる作動ガスの漏れ量を 監視するシステムの一例が、 特開平 4-29678号公報、 特開平 4- 187897号公報 に記載されている。 また、 一次ガスシールと二次ガスシールを設けて作動ガ スの機外または潤滑油への漏出を防止するこ とが、 特開平 7 -208330号公報 記載されている。 さらに、 ドライガスシールを用いたスク リ ユー圧縮機にお いて、 シールガス供給流路に圧力制御弁と流量計を配置し、 ガス流量が所定 値以上の時に警報を発するこ とが、 特開平 4-228975号公報および特開平 6- 174106号公報に記載されている。

正常運転時には ドライガスシ一ルを構成する一次ドライガスシールが効果 的に作用するので、 二次ドライガスシ一ルは作動ガスの圧力を直接受ける割 合が少ない。 そのため、 二次ドライ ガスシールの漏れ量は、 一次ドライガス シールの漏れ量に比較する と格段に小さい。 この少ない漏れ量を検出するた めに、 二次ドライ ガスシールから漏れた作動ガスを機外に導く二次ドライ ガ スシールベン ト ライ ンに、 一次ドライガスシールと同様にオリ フィ ス等の流 量計を設けることが提案されている。 ししながら、 漏れ量自体が僅かである ため、 流量測定手段がオリ フ ィ スであれば、 オリ フ ィ スを極端に絞らなけれ ばならないこ と、 電磁流量計のよ う な流量計を用いても、 漏れ量が少ないの で高精度に測定できる高価な機器が必要であり、 現実的には測定が困難であ る。

さらに、 二次ベン ト ライ ンにオリ フ ィ スや流量計を設ける と、 一次ドライ ガスシールと二次ドラィガスシールの双方が破損する最悪の事態においては、 作動ガスは流路抵抗が大である二次べン ト ライ ンには流れず、 二次ドライ ガ スシールの機外側に位置するべァリ ング側へ流れる。 この結果、 潤滑油の排 油系統に作動ガスが多量に流れ込むおそれが生じる。 作動ガスが可燃性ガス のと きや毒性を含むものの場合、 排油系統に作動ガスが漏れ込むことは、 重 大な事故を引き起こすおそれがある。 したがって、 二次ベン ト ライ ンに、 ォ リ フ ィ スゃ流量計等の流路抵抗となる手段を設けることは、 望ま しく ない。 このよ う に、 二次ベン ト ライ ンに流路抵抗を置く こ とが望ま しく ないので、 従来は二次ドライガスシールからの漏れ量を直接監視することを断念してい た。

と ころで、 二次ドライ ガスシ一ルは一次ドラ イ ガスシールからベアリ ング へ作動ガスが漏れるのを防止する ものであり、 また、 一次ドラィガスシ一ル が破損した時のバッ クアップをする ものであるので、 タ一ボ形流体機械の信 頼性を高める上で二次ドライ ガスシールの運転状態を正確に把握することが 強く 求められている。 上記各公知例では、 ドライ シールの信頼性の確保およ び低廉化については相応の効果が得られているが、 上述の理由によ り二次ド ラィ ガスシールからの漏れ量を的確に把握するこ とについての考慮が不十分 であった。

本発明は上述の従来技術の有する不具合に鑑みなされたものであり、 ター ボ形流体機械の信頼性を向上するこ と を目的とする。 本発明の他の目的は、 タ一ボ形流体機械に用いられる ドライ ガスシ一ルの信頼性を高めることにあ る。 本発明のさらに他の目的は、 簡単な構成で信頼性を向上させた ドライガ スシールを提供することにある。 発明の開示

上記目的を達成するための本発明の第 1の特徴は、 一次ドライガスシール と二次ドライガスシールとからなるシール装置を備えたターボ形流体機械に おいて、 二次ドライガスシールから漏れる作動ガスのガス量に応じて、 二次 ドライ ガスシールの異常の有無を検出可能と したものである。 そして、 好ま し く は、 二次ドライガスシールからの作動ガスのガス量を検出する流量スィ ツチを設ける ； 二次ドライ ガスシールにパージガスを供給する手段と、 この 供給手段から供給されたパージガスが二次ドラィガスシール部でほぼ一定の 圧力になるよ う に制御可能な圧力制御手段を設ける ものである。

上記目的を達成するための本発明の第 2の特徴は、 ロータ と、 このロータ を回転可能に支承し、 このロータの両端部近傍に配置された軸受と、 ロータ. と軸受とを収納するケーシングと、 軸受ょ り もロータの軸方向内側に配置さ れた 2個のシール装置と を備えた夕一ボ形流体機械において、 シール装置は、 ロータに固定された第 1 の固定環と第 2 の固定環と、 第 1 の固定環に対向し 前記ケ一シングに固定された第 1 の静止環と、 第 2 の固定環に対向しケーシ ングに固定された第 2の静止環と、 第 2の固定環と第 2の静止環の対向部に パ一ジガスを供給するパージガス供給ラ イ ン とを設け、 このパ一ジガス供給 ライ ンに異常流量検出手段を備えたものである。

そして好ま しく は、 異常流量検出手段は、 流量スィ ツチである ； パージガ ス供給ライ ンに、 該ライ ン内を流通するガスの圧力を制御する制御手段を設 ける ； 圧力制御手段は、 制御弁とこの制御弁の下流に設けた圧力 ト ランスミ ッ タを含む ； 圧力制御手段は、 ダイアフラムを有する制御弁を含む ； 第 1 の 固定環と第 1 の静止環の背面側に、 この第 1 の固定環と第 1 の静止環部を漏 れたガスを機外に導く一次シ一ルペン ト ライ ンを設ける ； 一次シ一ルペン ト ライ ンに、 オリ フィ スと圧力スィ ツチと流量計とを設ける ものである。

上記目的を達成するための本発明の第 3の特徴は、 タ一ボ形流体機械で圧 縮された作動ガスをシ一ルする ドラィガスシールであって、 一次ドラィガス シールと二次 ドライ ガスシールと を備え、 二次 ドライ ガスシール装置は、 こ の ドライガスシール装置から漏れた作動ガス量に応じて異常を判別する異常 検出手段を有する ものである。 そして好ま しく は、 異常検出手段は、 二次ド ライ ガスシールにパ一ジガスを供給するパージガス供給手段と、 このパ一ジ ガス供給手段内の圧力を制御する圧力制御手段と、 パージガス供給手段内の 流量の異常を検出する流量スィ ツチとを備えている ものである。 図面の簡単な説明

第 1 図は本発明のターボ形流体機械の一実施例の模式図であり、 第 2図お よび第 3図は本発明のターボ形流体機械に用いられる ドライ ガスシール部の 詳細を断面で示すと と もにガスの系統を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の一実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。 第 1 図はターボ形流体機械の一つである一軸多段遠心圧縮機の模式図である。 エチレ ンガス等の化学物質を扱う一軸多段遠心圧縮機では、 回転軸 3に複数 枚の遠心羽根車 2が取り付けられている。 この回転軸 3 と遠心羽根車 2がー 体となったロータ 4 を、 軸端部近傍 2か所に設けた軸受部 5で回転可能に支 持している。 そして、 ロータ 4及び軸受をケ一シング 1 に収容している。 軸 受は、 ラジアル軸受及びスラス ト軸受からな り、 この第 1 図では左側軸端部 にラジアル軸受を、 右側軸端部にスラス ト軸受、 このスラス ト軸受よ り も機 内側にラジアル軸受をそれぞれ設けている。 各軸受部 5のさらに機内側には、 機内にある作動ガスが軸受部 5 に流入するのを防止するために、 シール部 6 が設けられている。 そして、 シール部 6及び軸受部 5の双方を覆う よう にケ 一シング 1 は形成されており、 作動ガスの機外への漏出を防止している。 作 動ガスは、 吸い込み口から吸い込まれ （SUC ) 、 ロータ 4 の回転と と も も に 圧縮されて体積を減ら し、 後段側 （第 1 図の左側） に順次送り込まれ、 吐出 口から吐出ガス （DIS) となって、 需要元へ送られる。

次に、 上記一軸多段遠心圧縮機のシール部 6の詳細を第 2図に示す。 第 2 図は、 第 1 図で右側に示したシール部 6の詳細縦断面図に、 シールガス系統 を模式的に付加した図である。 本実施例においては、 シールに ドライガスシ ールを用いている。 ドライガスシールは、 圧縮機系内側に配設した一次ドラ ィ ガスシールと、 この一次ドライガスシールよ り も軸受部 5側に配設した二 次ドライ ガスシールとを備えている。 一次ドライガスシール、 二次ドライ ガ スシールと もロータ 4 に取り付けられた保持部材 3 0 に保持され、 ロータ 4 と と もに回転する回転環 7 a， 7bと、 この回転環 7 a， 7bとの間でシール面を形 成する静止環 8 a， 8bと を有している。 静止環 8 a， 8bの背面側には、 ノ ネ 32a，32bが配設されてお り、 静止環 8 a，8bと回転環 7 a, 7bとの間のシールを 制御している。 静止環 8 a， 8bの内周側には、 静止環 8 a， 8bとケ一シ ング 1 間 に形成される隙間から軸方向に作動ガスが漏れるのを防止するために、 0-リ ング 31 a， 31bが配設されている。

さ らに、 ケーシング 1 の内周部と保持部材 3 0間には隙間が形成されてお り、 回転環 7 aと静止環 8 aのシール面を漏れた作動ガスは、 この隙間を経て ケーシング間に形成された空間 1 1 に流入し、 この空間に連通する一次ドラ ィガスシールライ ン 12から機外に導かれる。 同様に、 二次ドライガスシール 側のケ一シング 1 の内周部と保持部材 3 0間には隙間が形成されており、 回 転環 7 b と静止環 8 bのシール面を漏れた作動ガスおよび後述するパ一ジガ スの一部がこの隙間を経た後、 二次ドライガスシールとベアリ ングのホルダ 部 3 5間に形成された部屋 3 3から外部流路 3 4 を経由して機外へ導かれる。 一次ドライガスシール 9から漏出した作動ガスは、 空間 1 1から一次ドラ ィガスシールベン ト ライ ン 1 2へ導かれる力？、 その際、 二次ドライガスシ一 ル 1 0 に漏れ込むのを防止するためにラビリ ンスシール 1 6が二次ドライガ スシール側の保持部材とケーシング 1 間に配設されている。 このラビリ ンス シール 1 6は、 二次ドラィガスシ一ル部でのケ一シング 1 と保持部材 3 0 と の接触も防止している。 一次ドラィ ガスシールベン ト ライ ン 1 2 には、 この ベン ト ライ ン内を流れる作動ガス流量を測定するために、 オリ フィ ス 1 3が 設けられている。 このオリ フ ィ ス 1 3で検出された流量を、 流量計 1 5 に導 く 。 一方、 一次べン ト ライ ン 1 2内の圧力を圧カスイ ッチ 1 4 に導く。 この 圧力スィ ッチ 1 4で監視した一次ドライガスシールベン ト ライ ン内の圧力と オリ フ ィ ス 1 3で検出した流量とから、 一次ドライガスシール 9の漏れ状態 を把握し、 これらの値が予め定められた値を超えたら、 警報または安全装置 が作動するよ う にしている。

一次ドライガスシール 9 を漏れた作動ガスの一部は、 ラ ビリ ンス 1 6部を 経てラ ビリ ンス 1 6の背面側に形成された空間 1 8へ流入する。 この空間 1 8 には、 窒素や空気からなるパージガスが外部から供給されている。 このパ -ジガスの圧力は、 一次ドライ ガスシールベン ト ライ ン 1 2内を流れる作動 ガスの圧力よ り若干高く設定されている。 パージガスは、 パージガスライ ン 2 4から供給される力？、 このパ一ジガスライ ン 2 4 にはこのパ―ジガスライ ン 2 4 を流れるパージガス量を制御する制御弁 1 9 と、 この制御弁 1 9 と空 間 1 8の間に設けた流量スィ ツチ 2 3、 およびこのパ一ジガスライ ン 2 4内 のパージガスの圧力を検出する圧力 ト ラ ンス ミ ッ タ 2 0が設けられている。 圧力 ト ラ ンス ミ ッ タ 2 0が検出した圧力が一定になるよ う に、 圧力 ト ラ ンス ミ ッ タ 2 0が検出した信号をコン トローラ 2 1 に入力し、 コ ン ト ローラ 2 1 が制御弁 1 9の開度をフ ィ ー ドバッ ク制御する。 この結果、 空間 1 8 に供給 されるパージガスの圧力を一定に制御することが可能になる。

この第 2図においては、 空間 1 8の上流側に流量スィ ツチ 2 3が設けてあ る。 この流量スイ ッチ 2 3の作用は、 以下の通りである。 二次ドライガスシ —ル 1 0が正常に作動している と、 パージガスライ ン 2 4の流路抵抗は一定 であり、 パージガスライ ン 2 4 を流れる流量は一定になる。 これは、 回転環 7 b と固定環 8 b とのシール面 1 7のギャップおよびラ ビリ ンスシール 1 6 と保持部材 3 0間のギヤ ップが安定していることによる。 これに対して、 二 次ドラィ ガスシール 1 0 に異常が発生すると、 回転環 7 b と固定環 8 b との 間のシール面 1 7のギヤ ップが不安定とな り、 このシール面 1 7からの作動 ガスの漏れ量が増大する。 このと き、 パージガスライ ン 2 4の圧力は、 制御 弁 1 9 によ り一定に制御される力⁵'、 シール面 1 7からの漏れ量が増大するの で、 この漏れ量に対応してパージガスライ ン 2 4 に多量のパージガスが流れ る。 これによ り、 流量スィ ッチ 2 3の検出する流量も増加し、 二次ドライガ スシール 1 0 の異常が検出される。

第 3図に、 上記第 2図の制御弁 1 9および圧力 ト ラ ンスミ ッ タ 2 0の代わ り に、 自力弁 1 9 b を用いた例を示す。 この自力弁 1 9 bは、 ダイアフラム 2 2 を備えてお り、 パージガスライ ン 2 4の圧力がこのダイアフラム 2 2 に 直接入力される。 この場合、 圧力 ト ランスミ ッ タやコン ト 口一ラが不要にな り、 構成がよ り簡単になる。 以上述べたよ う に、 本発明によれば、 ターボ流体機械において、 従来は通 常運転中に検出できなかった二次ドラィガスシールの異常を検出することが 可能になった。 しかも微少な二次ドライガスシールの漏れ量の変化も流量ス ィ ツチで検出するので、 一次ドライガスシールと同レベルで検出可能である < また、 本発明のターボ流体機械によれば、 二次ドライガスシールへのパージ ガ配管、 制御弁、 流量スィ ッチ等を必要とするだけであり、 安価に二次ドラ ィ ガスシールの異常を検出するこ とができる。 さらに、 二次ドライガスシー ル異常検出システムを持たない既設の ドライ ガスシールシステムに対しても 簡単に対応できる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 一次 ドライ ガスシールと二次ドライ ガスシールとからなるシール装置を 備えたターボ形流体機械において、

二次ドラィガスシールから漏れる作動ガスのガス量に応じて、 二次ドラ ィ ガスシールの異常の有無を検出可能と したことを特徴とするターボ形流 体機械。

2 . 前記二次ドライ ガスシールからの作動ガスのガス量を検出する流量スィ ツチを設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のターボ形流体機 械。

3 . 前記二次ドライ ガスシールにパージガスを供給する手段と、 この供給手 段から供給されたパージガスが二次ドラィ ガスシール部でほぼ一定の圧力 になるよ う に制御可能な圧力制御手段を設けたことを特徴とする請求の範 囲第 1項に記載のターボ形流体機械。

4 . ロータ と、 このロータを回転可能に支承し、 このロータの両端部近傍に 配置された軸受と、 前記ロータ と前記軸受とを収納するケ一シングと、 前 記軸受ょ り も口一タの軸方向内側に配置された 2個のシール装置とを備え たタ一ボ形流体機械において、

前記シール装置は、 前記ロータに固定された第 1 の固定環と第 2の固定 環と、 第 1 の固定環に対向し前記ケ一シングに固定された第 1 の静止環と、 第 2の固定環に対向し前記ケ一シングに固定された第 2の静止環と、 前記 第 2の固定環と第 2の静止環の対向部にパージガスを供給するパージガス 供給ライ ンとを設け、 このパ一ジガス供給ライ ンに異常流量検出手段を備 えたことを特徴とするターボ形流体機械。

5 . 前記異常流量検出手段は、 流量スィ ッチであることを特徴とする請求の 範囲第 4項に記載のターボ形流体機械。

6 . 前記パージガス供給ライ ンに、 該ライ ン内を流通するガスの圧力を制御 する制御手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載のターボ 形流体機械。

7 . 前記圧力制御手段は、 制御弁とこの制御弁の下流に設けた圧力 ト ランス ミ ッ タを含むことを特徴とする請求の範囲第 6項に記載のターボ形流体機 械。

8 . 前記圧力制御手段は、 ダイアフラムを有する制御弁を含むこ とを特徴と する請求の範囲第 6項に記載のタ一ボ形流体機械。

9 . 前記第 1 の固定環と第 1 の静止環の背面側に、 この第 1の固定環と第 1 の静止環部を漏れたガスを機外に導く一次シールベン ト ライ ンを設けたこ と を特徴とする請求の範囲第 4項に記載のターボ形流体機械。

1 0 . 前記一次シールベン ト ライ ンに、 オリ フ ィ ス と圧カスイ ッチと流量計 と を設けたことを特徴とする請求の範囲第 9項に記載のターボ形流体機械。

1 1 . タ一ボ形流体機械で圧縮された作動ガスをシールする ドライガスシ一 ルであって、 一次ドライガスシールと二次ドライガスシールとを備え、 二 次ドラィガスシ一ル装置は、 この ドライガスシ一ル装置から漏れた作動ガ ス量に応じて異常を判別する異常検出手段を有することを特徴とする夕一 ボ形流体機械に用いられる ドライ ガスシール装置。

1 2 . 前記異常検出手段は、 前記二次ドライガスシールにパージガスを供給 するパージガス供給手段と、 このパージガス供給手段内の圧力を制御する 圧力制御手段と、 前記パージガス供給手段内の流量の異常を検出する流量 スィ ッチとを備えていることを特徴とする請求の範囲第 1 1項に記載のタ —ボ形流体機械に用いられる ドライ ガスシール装置。