WO2008090994A1 - 多段高圧ポンプ - Google Patents

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WO2008090994A1
WO2008090994A1 PCT/JP2008/051133 JP2008051133W WO2008090994A1 WO 2008090994 A1 WO2008090994 A1 WO 2008090994A1 JP 2008051133 W JP2008051133 W JP 2008051133W WO 2008090994 A1 WO2008090994 A1 WO 2008090994A1
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pressure
seal
seal chamber
pump
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PCT/JP2008/051133
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Inventor
Akio Teragaki
Original Assignee
Ebara Corporation
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06—Multi-stage pumps
    • F04D1/063—Multi-stage pumps of the vertically split casing type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/106—Shaft sealings especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/108—Shaft sealings especially adapted for liquid pumps the sealing fluid being other than the working liquid or being the working liquid treated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/06—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being hot or corrosive, e.g. liquid metals

Definitions

  • the present invention relates to a multi-stage high-pressure pump, and more particularly to a multi-stage high-pressure pump that handles supercritical fluids such as CO 2 and H 2 S. Background
  • Oil exists as a liquid in oil fields covered with hard rock. Natural gas exists as a gas in the gas field formed in the ground. In oil extraction, a drilling hole is drilled in the rock using a polling device, and oil is extracted from this extraction hole. In the new oil field, the power of the oil self-exploding due to the internal pressure of the oil field. In the old oil field, the oil is sucked up using the pump. In this case, it is not possible to collect all the oil in the oil field, so high pressure water is supplied to the oil field to extract the oil.
  • gas low pressure gas
  • C 0 2 carbon dioxide
  • H 2 S hydrogen sulfide
  • an object of the present invention is to provide a multi-stage high-pressure pump that does not leak a high-pressure fluid to the outside.
  • an aspect of the present invention includes a rotating shaft, a plurality of impellers fixed to the rolling shaft, a casing that houses the plurality of impellers, and a mechanical seal.
  • a seal chamber that accommodates the mechanical seal, an oil reservoir that stores oil, an oil supply line that connects the oil reservoir and the shisole chamber, and the oil in the oil reservoir is pressurized
  • An oil pump for supplying the seal chamber; a pressure holding mechanism for holding oil pressure in the seal chamber; and an oil discharge line for discharging oil from the seal chamber, wherein the oil pressure in the seal chamber is It is a multi-stage high-pressure pump characterized by being higher than the fluid pressure.
  • the pressure holding mechanism is located between the oil pump and the seal chamber, and includes a check valve provided on the oil supply line, the check valve, and the seal chamber. And at least one accumulator disposed between and a stop valve provided on the oil drain discharge line.
  • the mechanical seal includes a first rotation side seal member and a first fixed side seal member that are in sliding contact with each other, a second rotation side seal member and a second fixed side in contact with each other. And a sealing member.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a pump according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the shaft seal unit shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a sectional view showing a centrifugal multistage pump according to an embodiment of the present invention.
  • This pump includes a rotary shaft 1 rotatably supported by radial bearings 8 A and 8 B and a thrust bearing 9, a plurality of impellers 3 arranged in series on the rotary shaft 1, and these impellers 3 "One casing 2 A and a barrel-type outer casing 2 B that accommodates the inner casing 2 A.
  • the inner casing 2 A and the inner casing 2 A The casing 2 having a double casing structure is constituted by the outer casing 2B.
  • the plurality of impellers 3 are arranged in the same direction, and each impeller 3 is accommodated in each inner casing 2A.
  • a pin 4 is mounted between the inner casing 2 A and the guide vane 1 4, so that the relative position between the inner casing 2 A and the guide vane 1 4 is fixed.
  • the inner casing 2A is fixed to each other by a plurality of through ports 5 extending along the rotating shaft 1.
  • the outer casing 2B is formed with a suction port 6 and a discharge port 7. The end is connected to a driving machine (for example, a motor) (not shown), and the impeller 3 is rotated by this driving machine.
  • the double casing structure makes the inner casing “optimal shape for compressing fluid” and the outer casing “shape that maintains pressure (shape that is easy to seal, fluid does not leak outside) It can be designed and manufactured separately as a highly safe shape. In this embodiment, it is in contact with liquid such as in-casing 2 A, outer casing 2 B, impeller 3, etc.
  • the component member is formed of a material having weather resistance.
  • a casing cover 13 is fixed to the discharge side end of goo sink '2, and a stuffing box 1 2A is fixed to the side end of caser cover 13.
  • a stuffing box 1 2 B is fixed to the suction side end of the casing 2.
  • An O-ring 15 A is provided between the casing 2 (outer casing 2 B in the example of FIG. 1) and the case sink cover 1 3.
  • An O-ring 15 B is provided between the O-ring 15 B.
  • an O-ring 15 C is provided between the casing 2 (outer casing 2 B in the example of FIG. 1) and the stuffing box 1 2 B. It has been.
  • the contact surface between the casing 2 and the casing cover 1 3, the casing cover 1 3 with the stuffing pox 1 2 A, the j3 ⁇ 4 surface, and the contact surface between the casing 2 and the stuffing button 1 2 B are respectively Annular grooves 16 A, 16 B, and 16 C are formed. These annular grooves 1 6 A, 1 6 B and 1 6 C are the pressure detection ports 1 7 A, It communicates with 1 7 B and 1 7 C. These pressure detection ports 17 A, 17 B and 17 C are connected to pressure sensors (not shown), and each pressure sensor is connected to an alarm device (not shown). This alarm device is configured to issue an alarm when the output value of the pressure sensor rises and reaches a predetermined value.
  • the above configuration when the fluid leaks from the casing 2, the output value of the pressure sensor increases. When the output value of the pressure sensor reaches the above-mentioned predetermined value, an alarm is issued from the alarm device, thereby detecting fluid leakage. Therefore, the above configuration can provide a highly safe pump.
  • a balance chamber 10 that balances the thrust load generated due to the pressure difference between the suction side and the discharge side. More specifically, a balance chamber 10 is formed in the casing cover 13.
  • the balance chamber 10 has a shape surrounding the rotation shaft 1 and communicates with the suction port 6 through the communication line 11. Therefore, the pressure in the lance chamber 10 is the same as the pressure in the suction port 6 (suction pressure).
  • suction pressure the pressure in the suction port 6
  • the specific gravity of a supercritical fluid varies with pressure.
  • Examples of configurations that balance the axial thrust load include arranging the impellers back to back and attaching a balance piston while arranging the impellers in the same direction.
  • the configuration of the embodiment that is, the balance chamber 10 and the communication line 11) is optimal.
  • mechanical double seals 20 are arranged on the suction side and the discharge side of the casing 2, respectively. These mechanical seals 20 are arranged in the stuffing boxes 12 A and 12 B, respectively.
  • the shaft seal unit including the mechanical seal 20 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a shaft seal unit including the double force seal shown in FIG.
  • the mechanical seal 20 of the present embodiment is a dub-no-mechanic two-force nore seal basically composed of two pairs of rotation-side seal members and fixed-side seal members. More specifically, the mechanical seal 20 includes two seal rings (first and second rotating side seal members) 2 1 A and 2 1 B that rotate integrally with the rotary shaft 1, and these seal rings 2 2 2 Seal ring bodies (first and second fixed side seal members) 2 2 A, 2 2 B, and these seal ring bodies 2 2 A, 2 2 B Are provided with springs (pressing mechanisms) 2 3 and 2 3 that press the 2 against the seal rings 2 1 A and 2 1 B, respectively.
  • a sleeve 24 is fixed on the rotary shaft 1, and the seal rings 2 1 A and 2 1 B are fixed on the outer peripheral surface of the sleeve 24.
  • the above seal ring body 2 2 A, 2 2 B is fixed to the fixed side member.
  • the two pairs of seal rings 2 1 A and 2 1 B and the seal ring body 2 2 A and 2 2 B are arranged symmetrically with respect to a plane perpendicular to the rotation axis 1.
  • the mechanical seal 20 is disposed in the seal chamber 25.
  • An oil supply line 26 is connected to the seal chamber 25, and an end thereof is connected to an oil tank (oil reservoir) 30.
  • the oil supply line 26 is located between the oil pump 3 1 that pressurizes the oil supplied from the oil tank 30 and transfers it to the seal chamber 25, and between the oil pump 31 and the sheath chamber 25.
  • a check valve 3 2 is provided.
  • a branch line 33 is connected to the oil supply line 26, and three accumulators 34 are connected to the branch line 33 in parallel.
  • the connection point between the oil supply line 2 6 and the branch line 3 3 is located between the check valve 3 2 and the sheath chamber 2 5.
  • a diaphragm (partition) (not shown) is arranged inside each accumulator 34 and is filled with a gas such as nitrogen gas.
  • a part of the oil transferred to the seal chamber 25 is introduced into the three accumulators 3 4 through the branch lines 3 3 and accumulated in the accumulators 3 4.
  • the oil accumulated in the accumulator 34 is compressed by the pressure of the gas. Therefore, the accumulator 34 has a function of maintaining the pressure of the oil supplied to the seal chamber 25.
  • three accumulators 34 are provided, but the present invention is not limited to this.
  • it may be a single accumulator, or two or more accumulators may be provided.
  • it is important that the pressure force of the oil held by the accumulator is higher than the pressure of the supercritical fluid boosted by the rotation of the impeller 3 (see Fig. 1).
  • the check valve 3 2 allows oil to flow only in the direction from the oil tank 30 toward the seal chamber 25.
  • An oil discharge line 27 is further connected to the sheath chamber 25, and this oil discharge line 27 communicates with the oil tank 30. With such a configuration, the oil is supplied from the oil tank 30 to the seal chamber 25 and fills the seal chamber 25, and then returned to the oil tank 30 again through the oil discharge line 27. In this way, the oil circulates between the oil tank 30 and the seal chamber 25.
  • the oil discharge line 2 7 is provided with an emergency closing valve 3 5, and in the event of an emergency such as a power failure, the emergency closing valve 3 5 is closed to stop oil circulation.
  • the pressure of the oil supplied to the seal chamber 25 is set to be higher than the pressure of the fluid pressurized by the pump (supercritical fluid in this embodiment). For example, Bonn When the pressure of the fluid is increased to about 15 MPa by the pump, the pressure of the oil in the seal chamber 25 is maintained at about 16 MPa. In this way, since the oil in the seal chamber 25 is higher than the fluid pressure, a small amount of oil passes between the seal ring 2 1 A, 2 1 B and the seal ring body 2 2 A, 2 2 B. It flows outside the seal chamber 2 5. Therefore, the fluid pressurized by the rotating impeller 3 does not enter the seal chamber 25, and fluid leakage to the outside of the pump is prevented. Oil that has passed between the seal rings 2 1 A, 2 1 B and the sheath reeling bodies 2 2 A, 2 2 B is discharged from a drain (not shown) to the outside of the pump.
  • a drain not shown
  • the pump according to the embodiment of the present invention described above can be suitably used as a high-pressure pump for handling the supercritical fluid, such as C_ ⁇ 2 and H 2 S.
  • the supercritical fluid such as C_ ⁇ 2 and H 2 S.
  • It can be used for multistage high-pressure pumps that handle supercritical fluids such as CO 2 and H 2 S.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Mechanical Sealing (AREA)
  • Sealing Of Bearings (AREA)

Abstract

本発明の多段高圧ポンプは、回転軸（１）と、回転軸に固定される複数の羽根車（３）と、複数の羽根車を収容するケーシング（２）と、メカニカルシール（２０）と、メカニカルシール（２０）を収容するシール室（２５）と、オイルを貯留するオイル貯留部（３０）と、オイル貯留部（３０）とシール室（２５）とを連通させるオイル供給ライン（２６）と、オイル貯留部（３０）内のオイルを加圧してシール室（２５）に供給するオイルポンプ（３１）と、シール室（２５）内のオイルの圧力を保持する圧力保持機構（３２，３４，３５）と、シール室（２５）からオイルを排出するオイル排出ライン（２７）とを備える。シール室（２５）内のオイルの圧力は流体の圧力よりも高く設定される。

Description

明細書
多段高圧ポンプ 技術分野
本発明は多段高圧ポンプに係り、特に C O 2や H 2 Sなどの超臨界流体を扱う多段 高圧ポンプに関するものである。 背景技術
石油は、 固い岩盤に覆われた油田に液体として存在する。 また、 天然ガスは、 地 盤内に形成されたガス田に気体として存在する。 石油の採掘においては、 ポーリン グ装置を用いて岩盤に採取孔をあけ、 この採取孔から石油を採掘する。 新しい油田 では、 油田の内部圧力により石油が自噴する力 老朽化した油田ではポンプを用い て石油を吸い上げている。 この場合、 油田中の石油をすベて採取することができな いため、 油田に高圧水等を供給して石油を採りだすことが行われている。
石油や天然ガスの採掘時、 C 02 (二酸化炭素） や H2 S (硫化水素） などのガス (低圧のガス） が随伴される。 0 0 2は地球温暖化を引き起こすため、 その排出を できるだけ抑えることが求められている力 以前は処理されずにそのまま大気に放 出されていた。 また、 H 2 Sは有害ガスである.ため、 従来、 脱硫処理装置で捕捉さ れ、 埋設処理されていた。
最近では、 これら C O 2または H2 Sを回収し、 コンプレッサで加圧した後冷却す ることで液体または超臨界流体とし、 さらに高圧ポンプで加圧して、 C O 2または H 2 Sを再び岩盤下に注入することが行われている。 C O 2や H2 Sを超臨界状態で 岩盤下等に定着させるためには高い圧力が必要であり、 その圧力源としては、 容量 や軸シール構造などから多段高圧ポンプが最適である。 この方法によれば、 安定的 に石油および天然ガスを採りだすことができるとともに、 C〇2または H2 Sを岩盤 下に戻すことができる。 したがって、 この方法は C O 2および H 2 Sを有効利用する ことができるだけでなく、 地球環境に優しい方法であるといえる。 発明の開示
一方で、 液化した H2 Sは腐食 I1生おょぴ毒性が強いため、 高圧ポンプには高圧の 超臨界流体を決して外部に漏らさない構造を有することが必要とされる。 したがつ て、 本発明は、 高圧の流体を外部に漏らすことがない多段高圧ポンプを^^するこ とを目的とする。 上述した目的を達成するために、 本発明の一態様は、 回転軸と、 前記囱転軸に固 定される複数の羽根車と、前記複数の羽根車を収容するケーシングと、 メカ-カル シールと、 前記メ力二カルシールを収容するシール室と、 オイルを貯留するオイル 貯留部と、 前記オイル貯留部と前記シーゾレ室とを連通させるオイル供給ラインと、 前記オイル貯留部内のオイルをカロ圧して前記シール室に供給するオイルポンプと、 前記シール室内のオイルの圧力を保持する圧力保持機構と、前記シール室からオイ ルを排出するオイル排出ラインとを備え、前記シール室内のオイルの圧力は前記流 体の圧力よりも高いことを特徴とする多段高圧ポンプである。
本発明の好ましい態様は、 前記圧力保持機構は、 前記オイルポンプと前記シール 室との間に位置し、前記オイル供給ライン上に設けられた逆止弁と、 前記逆止弁と 前記シール室との間に配置された少なくとも 1つのアキュムレータと、前記オイノレ 排出ライン上に設けられた閉止弁とを備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記メカ-カルシールは、 互いに摺接する第 1の回転 側シール部材および第 1の固定側シール部材と、互いに摺接する第 2の回転側シー ル部材および第 2の固定側シール部材とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、停電などの緊急時にオイルポンプが停止しても、 シール室内の オイルの圧力が保持されるので、 流体がシール室内に入り込むことがない。 結果と して、 回転側と固定側との間から流体 （例えば、 超臨界流体） が漏洩してしまうこ とを防止することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施形態に係るポンプを示す断面図である。
図 2は、 図 1に示すシャフトシールュ-ットを示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 図 1は本発明の一実 施形態に係る遠心式多段ポンプを示す断面図である。 このポンプは、 ラジアル軸受 8 A, 8 Bおよびスラスト軸受 9に回転自在に支持された回転軸 1と、 この回転軸 1上に直列に配置された複数の羽根車 3と、 これらの羽根車 3を収容する複数のィ ン? "一ケーシング 2 Aと、 これらのイン^ ~一ケーシング 2 Aを収容するバレル型の ァウターケーシング 2 Bとを備えている。 このィンナーケーシング 2 Aおよぴァゥ ターケーシング 2 Bにより、二重ケーシング構造を有するケーシング 2が構成され る。 複数の羽根車 3は同一方向を向いて配列され、各羽根車 3は各ィンナーケーシン グ 2 Aに 1つずつ収容されている。 ィンナーケーシング 2 Aとガイドベーン 1 4と の間にはピン 4が装着されており、 これによりイン "一ケーシング 2 Aとガイドべ ーン 1 4との相対位置が固定される。 さらに、 それぞれのインナーケ一シング 2 A は、 回転軸 1に沿って延びる複数の通しポルト 5によって互いに固定されている。 アウターケーシング 2 Bには吸込口 6および吐出口 7が形成されている。 回転軸 1 の端部は図示しない駆動機 （例えばモータ） に連結され、 この駆動機により羽根車 3が回転するようになっている。
上述の構成において、 羽根車 3が回転すると、 吸込口 6から流体 （この例では超 臨界流体）が吸い込まれて羽根車 3に導力れ、各羽根車 3によって順次昇圧される。 ィンナーケーシング 2 Aとアウターケーシング 2 Bとの間の空間は昇圧された流 体で満たされ、 吐出口 7から流体が排出される。 このような二重ケーシング構造に は、 アウターケーシング 2 Bは昇圧された流体の圧力と引張応力とを受け、 インナ ーケーシング 2 Aは圧縮応力のみを受けるという利点がある。 一方、 ケーシングが 1つであると、 「流体を圧縮する最適な形状」 と 「高圧に耐える形状」 とを同時に 満たすケーシング構造は »になってしまう。 この点、 二重ケーシング構造である と、 インナーケ一シングを 「流体を圧縮する最適な形状」 とし、 アウターケーシン グを 「圧力を保持する形状 （シールしやすい形状、 流体を外に漏らすことのない安 全性の高い形状） として、 別々に設計し、 製作することができる。 なお、 本実施形 態では、 イン^ "一ケーシング 2 A、 アウターケーシング 2 B、 羽根車 3などの液体 と接触する構成部材は、 耐贪性を有する材料から形成されている。
グーシンク' 2の吐出側端部にはケーシングカバー 1 3が固定されており、 さらに ケーシンダカバー 1 3の側端部にはスタッフイングボックス 1 2 Aが固定されて いる。 また、 ケーシング 2の吸込側端部にはスタッフイングボックス 1 2 Bが固定 されている。 ケーシング 2 (図 1の例ではアウターケーシング 2 B ) とケーシンク" カバー 1 3との間には Oリング 1 5 Aが設けられており、 同様に、 ケーシングカバ 一 1 3とスタッフイングボックス 1 2 Aとの間には Oリング 1 5 Bが設けられて いる。 また、 ケーシング 2 (図 1の例ではアウターケーシング 2 B ) とスタッフィ ングボックス 1 2 Bとの間にも Oリング 1 5 Cが設けられている。
ケーシング 2とケーシングカパー 1 3との接触面、 ケーシングカバー 1 3とスタ ッフィングポックス 1 2 Aとの接 j¾面、およぴケーシング 2とスタッフィングボッ タス 1 2 Bとの接触面には、 それぞれ環状溝 1 6 A， 1 6 B， 1 6 Cが形成されて いる。 これらの環状溝 1 6 A, 1 6 B , 1 6 Cはそれぞれ圧力検知ポート 1 7 A, 1 7 B , 1 7 Cに連通している。 これらの圧力検知ポート 1 7 A， 1 7 B , 1 7 C は図示しない圧力センサにそれぞれ接続されており、 さらに各圧力センサは図示し なレ、警報装置に接続されている。 この警報装置は圧力センサの出力値が上昇して所 定の値に達したときに警報を発するように構成されている。
上記構成において、 流体がケーシング 2から漏れると、圧力センサの出力値が上 昇する。 この圧力センサの出力値が上述の所定値に達すると、警報装置よりアラー ムが発せられ、これにより流体の漏洩が検知される。したがって、上記構成により、 安全性の高いポンプを提供することができる。
ケーシング 2の吐出側には、吸込側と吐出側との圧力差に起因して発生するスラ スト荷重をバランスさせるバランス室 1 0が設けられている。 より詳しくは、 ケー シングカバー 1 3内にバランス室 1 0が形成されている。 このバランス室 1 0は回 転軸 1を囲む形状を有し、連通ライン 1 1を通じて吸込口 6に連通している。 した がって、 ノ《ランス室 1 0内の圧力は、 吸込口 6の圧力 （吸込圧力） と同じとなって レ、る。 一般に超臨界流体の比重は圧力に応じて変化する。 軸方向のスラスト荷重の バランスをとる構成として、羽根車を背中合わせに配置する、 羽根車を同一方向に 配列させつつバランスピストンを取り付ける、 などが挙げられるが、超臨界流体を 取り扱うポンプにおいては、本実施形態の構成 （すなわちバランス室 1 0及び連通 ライン 1 1 ) が最適である。
図 1に示すように、 ケーシング 2の吸込側および吐出側には、 それぞれメカ二力 ルシール 2 0が配置されている。 これらのメカニカルシール 2 0は、 それぞれスタ ッフイングボックス 1 2 A， 1 2 B内に配置されている。 以下、 メカニカルシール 2 0を含むシャフトシールュニットについて図 2を参照して説明する。
図 2は図 1に示すメ力二カルシールを含むシャフトシールユエットを示す拡大 図である。 図 2に示すように、 本実施形態のメカニカルシール 2 0は、 2対の回転 側シール部材および固定側シール部材から基本的に構成されるダブノレメカ二力ノレ シールである。 より詳しくは、 メカ-カルシール 2 0は、 回転軸 1と一体に回転す る 2つのシールリング （第 1および第 2の回転側シール部材） 2 1 A， 2 1 Bと、 これらのシールリング 2 1 A， 2 1 Bにそれぞれに摺接する 2つのシールリング本 体 （第 1および第 2の固定側シール部材） 2 2 A, 2 2 Bと、 これらのシールリン グ本体 2 2 A, 2 2 Bをシールリング 2 1 A, 2 1 Bにそれぞれ押し付けるスプリ ング （押圧機構） 2 3， 2 3とを備えている。
回転軸 1上にはスリーブ 2 4が固定され、 このスリーブ 2 4の外周面上に上記シ 一ルリング 2 1 A, 2 1 Bが固定されている。 上記シールリング本体 2 2 A, 2 2 Bは、 固定側部材に固定されている。 2対のシールリング 2 1 A， 2 1 Bおよびシ 一ルリング本体 2 2 A， 2 2 Bは、 回転軸 1に垂直な平面に関して対称に配置され る。
メカ-カルシール 2 0は、 シール室 2 5内に配置されている。 このシール室 2 5 にはオイル供給ライン 2 6が接続され、 その端部はオイルタンク （オイル貯留部） 3 0に接続されている。 オイル供給ライン 2 6には、 オイルタンク 3 0から供給さ れるオイルを加圧してシール室 2 5に移送するオイルポンプ 3 1と、オイルポンプ 3 1とシーノレ室 2 5との間に位置して逆止弁 3 2が設けられている。 さらに、 オイ ル供給ライン 2 6には分岐ライン 3 3が接続され、 この分岐ライン 3 3には 3つの アキュムレータ 3 4が並列に接続されている。オイル供給ライン 2 6と分岐ライン 3 3との接続点は、 逆止弁 3 2とシーノレ室 2 5との間に位置している。
各アキュムレータ 3 4の内部には図示しないダイヤフラム （隔壁） が配置され、 窒素ガスなどの気体が封入されている。 シール室 2 5に移送されるオイルの一部は 分岐ライン 3 3を通って 3つのアキュムレータ 3 4内に導入され、アキュムレータ 3 4内に蓄積される。 アキュムレータ 3 4内に蓄積されたオイルは、 上記気体の圧 力によりカロ圧される。 したがって、 アキュムレータ 3 4は、 シール室 2 5に供給さ れるオイルの圧力を保持する機能を有している。
なお、 本実施形態では、 3つのアキュムレータ 3 4が設けられているが、 本発明 はこれに限られない。 例えば、 単数のアキュムレータであってもよく、 あるいは、 2つまたは 4つ以上のアキュムレータを設けてもよい。 要は、 アキュムレータによ つて保持されるオイルの圧力力 羽根車 3 (図 1参照） の回転によって昇圧された 超臨界流体の圧力よりも高いことが重要である。
逆止弁 3 2は、オイルタンク 3 0からシール室 2 5に向かう方向にのみオイルが 流れることを許容する。 シーノレ室 2 5にはオイル排出ライン 2 7がさらに接続され 、 このオイノレ排出ライン 2 7はオイルタンク 3 0に連通している。 このような構成 により、 オイルは、 オイルタンク 3 0からシール室 2 5に供給されて該シール室 2 5を満たした後、オイル排出ライン 2 7を通じて再びオイルタンク 3 0に戻される 。 このようにして、 オイルはオイルタンク 3 0とシール室 2 5との間を循環する。 オイル排出ライン 2 7には緊急閉止バルブ 3 5が設けられており、停電などの緊急 時には、 この緊急閉止バルブ 3 5が閉られ、 オイルの循環が停止されるようになつ ている。
シール室 2 5に供給されるオイルの圧力は、 ポンプによって昇圧される流体 （本 実施形態では超臨界流体） の圧力よりも高くなるように設定される。 例えば、 ボン プによって流体が約 1 5 MP aにまで昇圧される場合には、 シール室 2 5内のオイ ルの圧力は 1 6 MP a程度に維持される。 このように、 シール室 2 5内のオイルは 流体の圧力よりも高いため、微量のオイルがシールリング 2 1 A, 2 1 Bとシール リング本体 2 2 A， 2 2 Bとの間を通ってシール室 2 5の外部に流れる。 したがつ て、 回転する羽根車 3によって昇圧された流体は、 シール室 2 5に入り込むことが なく、 ポンプ外部への流体の漏洩が防止される。 なお、 シールリング 2 1 A, 2 1 Bとシースレリング本体 2 2 A, 2 2 Bとの間を通過したオイルは図示しないドレイ ンからポンプ外部に排出される。
停電などに起因してオイルポンプ 3 1が停止すると、緊急閉止バルブ 3 5が閉じ られ、 オイルの流通が停止される。 この状態では、 オイルポンプ 3 1によるオイル の加圧が停止されるが、 逆止弁 3 2と緊急閉止バルブ 3 5との間のオイルの圧力 (すなわち、 シール室 2 5内のオイルの圧力） はアキュムレータ 3 4によって維持 される。 したがって、 オイルポンプ 3 1が停止した場合であっても、 昇圧された超 臨界流体がシール室 2 5に入り込むことがなく、超臨界流体のポンプ外部への漏洩 が防止される。
このように、上述した本発明の実施形態に係るポンプは、 C〇2や H2 Sなどの超 臨界流体を取り扱うための高圧ポンプとして好適に用いることができる。 これまで 本発明の実施形態について説明した力 本発明は上述の実施形態に限定されず、 そ の技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うま でもない。 産業上の利用可能性
C O 2や H2 Sなどの超臨界流体を扱う多段高圧ポンプに利用可能である。

Claims

請求の範囲
1 . 回転軸と、
前記回転軸に固定される複数の羽根車と、
前記複数の羽根車を収容するケーシングと、
メカェカノレシ一ノレと、
前記メカ-カルシールを収容するシール室と、
オイルを貯留するオイル貯留部と、
前記オイル貯留部と前記シール室とを連通させるオイル供給ラインと、 前記オイル貯留部内のオイルを加圧して前記シール室に供給するオイルポンプ と、
前記シール室内のオイルの圧力を保持する圧力保持機構と、
前記シール室からオイルを排出するオイル排出ラインとを備え、
前記シール室内のオイルの圧力は前記流体の圧力よりも高いことを特徴とする 多段高圧ポンプ。
2. 前記圧力保持機構は、
前記オイルポンプと前記シール室との間に位置し、前記オイル供給ライン上に設 けられた逆止弁と、
前記逆止弁と前記シール室との間に配置された少なくとも 1つのアキュムレー タと、
前記オイル排出ライン上に設けられた閉止弁とを備えることを特徴とする請求 項 1に記載の多段高圧ポンプ。
3 . 前記メカニカルシールは、
互いに摺接する第 1の回転側シール部材およぴ第 1の固定側シール部材と、 互いに摺接する第 2の回転側シール部材および第 2の固定側シール部材とを備 えることを特徴とする請求項 1に記載の多段高圧ポンプ。
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