(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けた羽根車を回転駆動して水蒸気を含むガスを圧縮する遠心式圧縮機に封水を供給する軸封システムを備えた遠心式水蒸気圧縮機において、
前記回転軸をその両端部で回転支持する第１ラジアル軸受及び第２ラジアル軸受と、前記回転軸に発生するスラスト力を支持するスラスト軸受と、前記第１ラジアル軸受と前記羽根車との間に配置される第１シール手段と、前記第２ラジアル軸受と前記羽根車との間に配置される第２シール手段とを備え、前記第１シール手段及び前記第２シール手段はそれぞれ軸方向に３段に配置されたメカニカルシールを有し、前記第１シール手段の前記羽根車側に位置する第１段及び第２段メカニカルシールに高圧の封水を供給する共通の第１の１次シール水室及び最も機外側に位置する第３段メカニカルシールに低圧の封水を供給する第１の２次シール水室と、前記第２シール手段の前記羽根車側に位置する第１段及び第２段メカニカルシールに高圧の封水を供給する共通の第２の１次シール水室及び最も機外側に位置する第３段メカニカルシールに低圧の封水を供給する第２の２次シール水室とが設けられており、
前記軸封システムは、
循環水を貯留する循環水リザーバと、
この循環水リザーバから循環水を吸込み加圧して循環水供給ラインに供給する容積式ポンプと、
前記循環水供給ラインが分岐して構成された１次シール水供給メインライン及び２次シール水供給メインラインと、
前記１次シール水供給メインラインの途中に配置された第１の調圧弁と、
前記２次シール水供給メインラインの途中に配置された第２の調圧弁と、
前記１次シール水供給メインラインが分岐して構成され前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室にそれぞれ封水を供給する第１の１次シール水室供給ライン及び第２の１次シール水室供給ラインと、
前記２次シール水供給メインラインが分岐して構成され前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室にそれぞれ封水を供給する第１の２次シール水室供給ライン及び第２の２次シール水室供給ラインと、
前記容積式ポンプと前記第１、第２の調圧弁間に配置したアキュムレータと、
前記第１シール手段及び前記第２シール手段を構成する前記各段のメカニカルシールを封水し前記１次シール水室及び前記２次シール水室から戻る封水を前記循環水リザーバに戻す戻り配管と、
この戻り配管の途中に介在させた減圧手段と、
を有し、前記容積式ポンプにより前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に供給する封水よりも高圧の封水を前記第１の調圧弁及び第２の調圧弁に供給し、第２の調圧弁により前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室に供給する封水の圧力を大気圧よりも高い圧力に制御すると共に、前記第１の調圧弁により前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に供給する封水の圧力を前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室に供給する封水の圧力よりも高い圧力に制御し、
前記戻り配管は、
前記第１の１次シール水室からの第１の１次シール水室戻りラインと、
前記第２の１次シール水室からの第２の１次シール水室戻りラインと、
前記第１の２次シール水室からの第１の２次シール水室戻りラインと、
前記第２の２次シール水室からの第２の２次シール水室戻りラインと、
前記第１の１次シール水室戻りライン、前記第２の１次シール水室戻りライン、前記第１の２次シール水室戻りライン及び前記第２の２次シール水室戻りラインを集合した封水戻りラインと、
を備え、
前記減圧手段は、オリフィスで構成され、前記第１の１次シール水室戻りライン、前記第２の１次シール水室戻りライン、前記第１の２次シール水室戻りライン及び前記第２の２次シール水室戻りラインのそれぞれに設けられることにより、前記遠心式圧縮機の近傍に配置されたことを特徴とする遠心式水蒸気圧縮機。
【請求項２】
前記第１シール手段及び前記第２シール手段を構成する前記各段のメカニカルシールのシール室に作用する差圧を３〜５．５ＭＰａとし、シール面のＰＶ値を２７０（ＭＰａ・ｍ／ｓ）以下としたことを特徴とする請求項１に記載の遠心式水蒸気圧縮機。
【請求項３】
水蒸気を含むガスを圧縮する遠心式圧縮機であって、
回転軸をその両端部で回転支持する第１ラジアル軸受及び第２ラジアル軸受と、前記回転軸に発生するスラスト力を支持するスラスト軸受と、前記第１ラジアル軸受と前記羽根車との間に配置される第１シール手段と、前記第２ラジアル軸受と前記羽根車との間に配置される第２シール手段とを備え、前記第１シール手段及び前記第２シール手段はそれぞれ軸方向に３段に配置されたメカニカルシールを有し、前記第１シール手段の前記羽根車側に位置する第１段及び第２段メカニカルシールに封水を供給する共通の第１の１次シール水室及び最も機外側に位置する第３段メカニカルシールに封水を供給する第１の２次シール水室と、前記第２シール手段の前記羽根車側に位置する第１段及び第２段メカニカルシールに封水を供給する共通の第２の１次シール水室及び最も機外側に位置する第３段メカニカルシールに封水を供給する第２の２次シール水室とが設けられた遠心式圧縮機に設けられ、高圧の封水と低圧の封水を供給可能な軸封システムにおいて、
循環水を貯留する循環水リザーバと、
このリザーバから循環水を吸込み加圧して循環水供給ラインに供給する容積式ポンプと、
前記循環水供給ラインが分岐して構成された１次シール水供給メインライン及び２次シール水供給メインラインと、
前記１次シール水供給メインラインの途中に配置された第１の調圧弁と、
前記２次シール水供給メインラインの途中に配置された第２の調圧弁と、
前記１次シール水供給メインラインが分岐して構成され前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室にそれぞれ封水を供給する第１の１次シール水室供給ライン及び第２の１次シール水室供給ラインと、
前記２次シール水供給メインラインが分岐して構成され前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室にそれぞれ封水を供給する第１の２次シール水室供給ライン及び第２の２次シール水室供給ラインと、
前記容積式ポンプと前記第１、第２の調圧弁間に配置したアキュムレータと、
前記第１シール手段及び前記第２シール手段を構成する前記各段のメカニカルシールを封水した後に戻る封水を前記循環水リザーバに戻す戻り配管と、
この戻り配管の途中に介在させた減圧手段と、
を有し、前記容積式ポンプにより前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に供給する封水よりも高圧の封水を前記第１の調圧弁及び第２の調圧弁に供給し、第２の調圧弁により前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室に供給する封水の圧力を大気圧よりも高い圧力に制御すると共に、前記第１の調圧弁により前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に供給する封水の圧力を前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室に供給する封水の圧力よりも高い圧力に制御し、
前記戻り配管は、
前記第１の１次シール水室からの第１の１次シール水室戻りラインと、
前記第２の１次シール水室からの第２の１次シール水室戻りラインと、
前記第１の２次シール水室からの第１の２次シール水室戻りラインと、
前記第２の２次シール水室からの第２の２次シール水室戻りラインと、
前記第１の１次シール水室戻りライン、前記第２の１次シール水室戻りライン、前記第１の２次シール水室戻りライン及び前記第２の２次シール水室戻りラインを集合した封水戻りラインと、
を備え、
前記減圧手段は、オリフィスで構成され、前記第１の１次シール水室戻りライン、前記第２の１次シール水室戻りライン、前記第１の２次シール水室戻りライン及び前記第２の２次シール水室戻りラインのそれぞれに設けられることにより、前記遠心式圧縮機の近傍に配置されたことを特徴とする軸封システム。
【請求項４】
前記アキュムレータの他に、前記１次シール水供給メインラインに電源喪失時に前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に封水を供給する他のアキュムレータを設けたことを特徴とする請求項４に記載の軸封システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気圧縮機及びそれに用いる軸封システムに係り、特に高温高圧の水蒸気を取り扱う場合に好適な遠心式水蒸気圧縮機及びそれに用いる軸封システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心式圧縮機の作動ガスが水蒸気の場合には、高温のガスが機内を流通するため、シール部や潤滑部に対して冷却する必要が生じる。作動ガスが水蒸気である利点を利用して、軸封手段にメカニカルシールを、その冷却および軸封液として水を使用する場合もある。このような遠心圧縮機の例が、特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１では、高速、高圧条件下においても封水に脈動現象が発生するのを防止するために、軸封手段を、３段のメカニカルシールおよび軸方向２か所に配置した封水供給部から構成している。そして、回転軸と同心であって環状の封水供給溝および排水溝を並べて配置し、これら溝を介して封水を導入および排水することにより、シール空間における循環供給に伴う封水の脈動現象を抑制している。
【０００４】
水蒸気圧縮機の他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の水蒸気圧縮機では、軸受部から潤滑油が漏えいするのを軸封する軸封手段としてラビリンスシールを設け、このラビリンスシールのパージガスとして、圧縮機吐出側から高圧の水蒸気を分流して圧縮機の機内側に流入させ、一方、排気側の水蒸気を軸封大気側から真空ポンプを用いて排出している。
【０００５】
水蒸気圧縮機のさらに他の例が、特許文献３に記載されている。この公報に記載の水蒸気圧縮機では、流路内に配置された羽根車の翼表面とメカニカルシールとに冷媒液として水を供給している。これにより羽根車の圧縮仕事を低減するとともに、メカニカルシールの封水液として作用させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２２３３３２号公報
【特許文献２】特開２００８−０５７４５２号公報
【特許文献３】特開昭６０−１１１０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記各特許文献に記載の圧縮機では、作動ガスが水蒸気であることを利用して冷却や軸封に水を用いているので、軸封水や冷却水がたとえ作動ガス側へ漏えいしても同一のガス成分であるから、圧縮機性能の低下を引き起こすことがなく、また圧縮後のガスからそれら混入成分を除去する処理も不要となっている。そして、特許文献１に記載の圧縮機は、回転速度が１００００回転／分にもなる高速の圧縮機であり、その吐出圧力も高圧になるので、メカニカルシールを３段に配置し、作動ガスとしての水蒸気の機外への漏えいを防止している。作動ガスが高圧であるからメカニカルシールで使用する封水も作動ガスに応じて高圧にする必要が生じている。
【０００８】
このように封水系統にも高圧ガスまたは高圧液が必要であり、封水を循環させて使用しようとすると、全配管系を大気圧よりも高圧な系にする必要が生じる。この循環系の圧力は作動ガスの圧力に依存するが、圧縮機の吸い込み圧が高ければ高いほど、封水循環系統の内部圧力を高く保持しなければならなくなる。蒸気圧縮機は発電所等で使用されるため、広大な配管系を有しており、内部圧力が高い配管系は高価になりその低減が求められている。また、高圧配管系を使用するとメンテナンス作業が増加し、作業工数や日常点検作業の増大にもつながっている。
【０００９】
特許文献２にはヒートポンプシステムで使用する蒸気圧縮機が記載されており、圧縮機で圧縮された水蒸気をパージガスとして用い、パージガスの排気は真空ポンプで排気する構成となっている。したがって、軸封部に要求される圧力が大気圧を挟んだ圧力であるから、たとえパージガスを循環系としても低圧の配管系しか必要としない。つまり、ヒートポンプシステムに用いる蒸気圧縮機では発電所等で使用される高圧の水蒸気圧縮機とはその使用形態が相違しており、高圧配管系は不要である。特許文献３は圧縮機をヒートポンプシステムに使用することが記載されているが、封水の排水については考慮されていない。
【００１０】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、大気圧よりも高圧の封水排水を有する遠心式水蒸気圧縮機およびその軸封システムにおいて、封水循環系から高圧配管系を極力省いた簡素な構成することにある。また、封水循環システムを安価に構成するとともに、組み立て性やメンテナンス性を向上させることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する本発明の特徴は、回転軸に取り付けた羽根車を回転駆動して水蒸気を含むガスを圧縮する遠心式圧縮機に封水を供給する軸封システムを備えた遠心式水蒸気圧縮機において、前記回転軸をその両端部で回転支持する第１ラジアル軸受及び第２ラジアル軸受と、前記回転軸に発生するスラスト力を支持するスラスト軸受と、前記第１ラジアル軸受と前記羽根車との間に配置される第１シール手段と、前記第２ラジアル軸受と前記羽根車との間に配置される第２シール手段とを備え、前記第１シール手段及び前記第２シール手段はそれぞれ軸方向に３段に配置されたメカニカルシールを有し、前記第１シール手段の前記羽根車側に位置する第１段及び第２段メカニカルシールに高圧の封水を供給する共通の第１の１次シール水室及び最も機外側に位置する第３段メカニカルシールに低圧の封水を供給する第１の２次シール水室と、前記第２シール手段の前記羽根車側に位置する第１段及び第２段メカニカルシールに高圧の封水を供給する共通の第２の１次シール水室及び最も機外側に位置する第３段メカニカルシールに低圧の封水を供給する第２の２次シール水室とが設けられており、前記軸封システムは、循環水を貯留する循環水リザーバと、この循環水リザーバから循環水を吸込み加圧して循環水供給ラインに供給する容積式ポンプと、前記循環水供給ラインが分岐して構成された１次シール水供給メインライン及び２次シール水供給メインラインと、前記１次シール水供給メインラインの途中に配置された第１の調圧弁と、前記２次シール水供給メインラインの途中に配置された第２の調圧弁と、前記１次シール水供給メインラインが分岐して構成され前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室にそれぞれ封水を供給する第１の１次シール水室供給ライン及び第２の１次シール水室供給ラインと、前記２次シール水供給メインラインが分岐して構成され前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室にそれぞれ封水を供給する第１の２次シール水室供給ライン及び第２の２次シール水室供給ラインと、前記容積式ポンプと前記第１、第２の調圧弁間に配置したアキュムレータと、前記第１シール手段及び前記第２シール手段を構成する前記各段のメカニカルシールを封水し前記１次シール水室及び前記２次シール水室から戻る封水を前記循環水リザーバに戻す戻り配管と、この戻り配管の途中に介在させた減圧手段と、を有し、前記容積式ポンプにより前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に供給する封水よりも高圧の封水を前記第１の調圧弁及び第２の調圧弁に供給し、第２の調圧弁により前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室に供給する封水の圧力を大気圧よりも高い圧力に制御すると共に、前記第１の調圧弁により前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に供給する封水の圧力を前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室に供給する封水の圧力よりも高い圧力に制御し、前記戻り配管は、前記第１の１次シール水室からの第１の１次シール水室戻りラインと、前記第２の１次シール水室からの第２の１次シール水室戻りラインと、前記第１の２次シール水室からの第１の２次シール水室戻りラインと、前記第２の２次シール水室からの第２の２次シール水室戻りラインと、前記第１の１次シール水室戻りライン、前記第２の１次シール水室戻りライン、前記第１の２次シール水室戻りライン及び前記第２の２次シール水室戻りラインを集合した封水戻りラインと、を備え、前記減圧手段は、オリフィスで構成され、前記第１の１次シール水室戻りライン、前記第２の１次シール水室戻りライン、前記第１の２次シール水室戻りライン及び前記第２の２次シール水室戻りラインのそれぞれに設けられることにより、前記遠心式圧縮機の近傍に配置されたことにある。
【００１２】
そしてこの特徴において、前記第１シール手段及び前記第２シール手段を構成する前記各段のメカニカルシールのシール室に作用する差圧を３〜５．５ＭＰａとし、シール面のＰＶ値を２７０（ＭＰａ・ｍ／ｓ）以下とするのがよい。
【００１３】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、水蒸気を含むガスを圧縮する遠心式圧縮機であって、回転軸をその両端部で回転支持する第１ラジアル軸受及び第２ラジアル軸受と、前記回転軸に発生するスラスト力を支持するスラスト軸受と、前記第１ラジアル軸受と前記羽根車との間に配置される第１シール手段と、前記第２ラジアル軸受と前記羽根車との間に配置される第２シール手段とを備え、前記第１シール手段及び前記第２シール手段はそれぞれ軸方向に３段に配置されたメカニカルシールを有し、前記第１シール手段の前記羽根車側に位置する第１段及び第２段メカニカルシールに封水を供給する共通の第１の１次シール水室及び最も機外側に位置する第３段メカニカルシールに封水を供給する第１の２次シール水室と、前記第２シール手段の前記羽根車側に位置する第１段及び第２段メカニカルシールに封水を供給する共通の第２の１次シール水室及び最も機外側に位置する第３段メカニカルシールに封水を供給する第２の２次シール水室とが設けられた遠心式圧縮機に設けられ、高圧の封水と低圧の封水を供給可能な軸封システムにおいて、循環水を貯留する循環水リザーバと、このリザーバから循環水を吸込み加圧して循環水供給ラインに供給する容積式ポンプと、前記循環水供給ラインが分岐して構成された１次シール水供給メインライン及び２次シール水供給メインラインと、前記１次シール水供給メインラインの途中に配置された第１の調圧弁と、前記２次シール水供給メインラインの途中に配置された第２の調圧弁と、前記１次シール水供給メインラインが分岐して構成され前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室にそれぞれ封水を供給する第１の１次シール水室供給ライン及び第２の１次シール水室供給ラインと、前記２次シール水供給メインラインが分岐して構成され前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室にそれぞれ封水を供給する第１の２次シール水室供給ライン及び第２の２次シール水室供給ラインと、前記容積式ポンプと前記第１、第２の調圧弁間に配置したアキュムレータと、前記第１シール手段及び前記第２シール手段を構成する前記各段のメカニカルシールを封水した後に戻る封水を前記循環水リザーバに戻す戻り配管と、この戻り配管の途中に介在させた減圧手段と、を有し、前記容積式ポンプにより前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に供給する封水よりも高圧の封水を前記第１の調圧弁及び第２の調圧弁に供給し、第２の調圧弁により前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室に供給する封水の圧力を大気圧よりも高い圧力に制御すると共に、前記第１の調圧弁により前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に供給する封水の圧力を前記第１の２次シール水室及び前記第２の２次シール水室に供給する封水の圧力よりも高い圧力に制御し、前記戻り配管は、前記第１の１次シール水室からの第１の１次シール水室戻りラインと、前記第２の１次シール水室からの第２の１次シール水室戻りラインと、前記第１の２次シール水室からの第１の２次シール水室戻りラインと、前記第２の２次シール水室からの第２の２次シール水室戻りラインと、前記第１の１次シール水室戻りライン、前記第２の１次シール水室戻りライン、前記第１の２次シール水室戻りライン及び前記第２の２次シール水室戻りラインを集合した封水戻りラインと、を備え、前記減圧手段は、オリフィスで構成され、前記第１の１次シール水室戻りライン、前記第２の１次シール水室戻りライン、前記第１の２次シール水室戻りライン及び前記第２の２次シール水室戻りラインのそれぞれに設けられることにより、前記遠心式圧縮機の近傍に配置されたことにある。
【００１４】
そしてこの特徴において、前記１次シール水供給メインラインに電源喪失時に前記第１の１次シール水室及び前記第２の１次シール水室に封水を供給するアキュムレータを設けるとよい。このアキュムレータは圧力容器と、その中に封じ込めた気体と充填水と、流れを制御する弁から構成され、封水の圧力が高くなると封じ込められた容器の気体を圧縮して容器内に充填水を保持し、封水の圧力が低くなると封じ込められた気体が膨張して充填水を押し出す。これにより、前記アキュムレータは圧力脈動を低減するものとして、また電源が喪失されて圧縮機がコーストダウンした時に１次シール水室に封水を供給するものとして作用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高圧で排気される封水を圧縮機の軸封部近傍で減圧して大気圧化し、容積式ポンプで再加圧して供給するようにしたので、封水のリザーバを大気雰囲気で保持でき、封水循環系から高圧配管系を極力省いた簡素な構成にすることができる。また、排気側に高圧配管系をほとんど必要としないので、封水循環システムが安価になるとともに、組み立て性や日常のメンテナンス等を省力化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る遠心式水蒸気圧縮機の一実施例の縦断面図である。
【図２】遠心式水蒸気圧縮機を有する封水システムのシステム図である。
【図３】メカニカルシールの性能を説明する図である。
【図４】メカニカルシールの寿命を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る一段遠心式過熱水蒸気圧縮機およびそれに用いる軸封システムの一実施例を、図面を用いて説明する。図１に本発明に係る遠心圧縮機１００の一実施例を縦断面図で示す。詳細を後述するが、遠心圧縮機１００では回転軸３に羽根車２が取り付けられており、カップリング９を介して接続される図示しない電動機等の原動機により回転駆動される。
【００１８】
遠心圧縮機１００は両持ち支持であり、回転軸３の両端側に配置されたラジアル軸受５ａ、５ｂにより回転自在に支持されている。また、回転軸３の一方端側、図１では左端側にスラスト軸受４が配置されており、回転軸３の回転により発生するスラスト力を支持している。これらラジアル軸受５ａ、５ｂおよびスラスト軸受４は潤滑油により潤滑されている。そのため、この潤滑油が機外側および機内の圧縮空間に漏れるのを防止するために、シール手段６Ａ、６Ｂが２個のラジアル軸受５ａ、５ｂよりも軸方向内側に配置されている。
【００１９】
シール手段６Ａ、６Ｂは詳細を後述するように、それぞれ３段のメカニカルシールから構成されている。すなわち、シール手段６Ａは第１段、第２段、第３段メカニカルシール６ａ〜６ｂを、シール手段６Ｂは第１段、第２段、第３段メカニカルシール６ｄ〜６ｆを有している。これらのシール手段６Ａ、６Ｂは封水を必要としているので、本実施例においては、シール手段６Ａ、６Ｂへのごみの混入等を防止するために、循環水を利用している。
【００２０】
シール手段６Ａ、６Ｂの封水は、循環水リザーバ２４０に貯留されている。循環水リザーバ２４０に給水ライン３６０で接続された容積式ポンプ２００は、ほぼ大気圧の循環水８０を９．８ＭＰａＧ程度の高圧に加圧する。この高圧の循環水８０の一部はバルブ２１１を介してアキュムレータ２１０に蓄えられる。
【００２１】
容積式ポンプ２００を使用しているので、圧力脈動が発生する。この圧力脈動を低減するために、容積式ポンプ２００の吐出側にアキュムレータ２１０を設けて、吐出封水８０の脈動を低減し、シール手段６Ａ、６Ｂへ安定した封水を供給できるようにしている。
【００２２】
容積式ポンプ２００で温度上昇し高圧になった循環水８０は、クーラ２２０で冷却水と熱交換して冷却され、フィルタ２３０へ導かれる。クーラ２２０には冷却水配管（供給管）２２３および冷却水配管（戻り）２２４がそれぞれバルブ２２１、２２２を介して接続されている。
【００２３】
フィルタ２３０で濾過された循環水８０は、シール手段６Ａ、６Ｂが必要とする量を除いた量が、循環水リザーバ２４０にバイパスライン３２０を介して戻される。ここで、循環水リザーバ２４０は大気圧状態であり、バイパスライン３２０を流通した循環水８０の圧力は上述した９．８ＭＰａＧ程度であるから、バイパスライン３２０を流通した循環水を減圧する必要がある。そこで、バイパスライン３２０には調圧弁２５０を介在させている。調圧弁２５０にはリザーバ戻り圧調整ライン２５１が接続されており、バイパスライン３２０の圧力を所定圧まで減圧する。
【００２４】
シール手段６Ａ、６Ｂに封水８０を供給するため、循環水供給ラインは２次シール水供給メインライン３１０と１次シール水供給メインライン３３０に分岐する。１次シール水供給ライン３３０は、シール手段６Ａ、６Ｂの中の機内側に配置された第１段メカニカルシール６ａ、６ｄ及び第２段メカニカルシール６ｂ、６ｅへ封水８０を供給するラインであり、シール手段６Ａ側の１次シール水室供給ライン３３１とシール手段６Ｂ側の１次シール水室供給ライン３３２とに分岐する。同様に、２次シール水供給メインライン３１０は、シール手段６Ａ、６Ｂの中の機外側に配置された第３段メカニカルシール６ｃ、６ｆへ封水８０を供給するラインであり、シール手段６Ａ側の２次シール水室供給ライン３１１とシール手段６Ｂ側の２次シール水室供給ライン３１２とに分岐する。
【００２５】
ここで、１次シール水供給メインライン３３０には、逆止弁２８０を介して調圧弁２９０が配置されている。調圧弁２９０には１次シール水圧調整ライン３０１が接続されており、後述する１次シール水室の圧力を２次シール水室の圧力よりも高く維持するように制御する。２次シール水供給メインライン３１０にも調圧弁３００が配置されており、この調圧弁３００には２次シール水圧調整ライン３０２が接続されている。調圧弁３００は２次シール水圧調整ライン３０２により、大気圧より高い圧力を維持するように制御される。このように、高圧側である２次シール水供給メインラインの圧力は７．７ＭＰａＧ程度に維持させる必要があり、高圧水を供給可能な容積式ポンプ２００を採用する理由である。
【００２６】
１次シール水供給メインラインの逆止弁２８０の位置よりも下流側であって調圧弁２９０よりも上流側から分岐した配管に、バルブ２７２を介してアキュムレータ２７０が設けられている。このアキュムレータ２７０は電源喪失時に、１次シール水室に封水８０を供給することにより、圧縮機１００が停止するまでシール手段６Ａ、６Ｂを健全に維持するために設けられている。逆止弁２８０は、電源喪失時等にシール手段６Ａ、６Ｂ側から容積式ポンプ２００側へ封水が漏れてメカニカルシール６ａ〜６ｆの静止環と固定環が固体接触するのを防止する。
【００２７】
各段のメカニカルシール６ａ〜６ｆを冷却した封水８０は、それぞれのシール水室に接続された１次シール水室戻りライン３３５、３３６および２次シール水室戻りライン３１５、３１６およびそれらを集合した封水戻りライン３４０を経て、循環水リザーバ２４０に戻される。ここで１次シール水室戻りライン３３５、３３６および２次シール水室戻りライン３１５、３１６の途中には、減圧手段としてのオリフィス３１３、３１４、３３３、３３４が設けられており、循環水リザーバ２４０の貯蔵圧である大気圧近傍まで戻りの封水８０の圧力が減圧されている。
【００２８】
すなわち、オリフィス３１３、３１４、３３３、３３４を圧縮機１００の近傍に設ければ設けるほど、オリフィス３１３、３１４、３３３、３３４の出口側で大気圧近傍まで減圧されたオリフィスを出た戻り流れのラインをいわゆる低圧配管とすることが可能になり、耐圧性を考慮した高圧配管が不要となる。これにより、圧縮機１００のレイアウトの裕度が増すとともに、配管に係る組み立てや工事が容易になる。また、配管自体の費用や循環水リザーバの費用も低減できる。
【００２９】
なお、シール手段６Ａ、６Ｂから機外側へ漏えいした封水８０は、ラジアル軸受５ａ、５ｂ部へ流入する前に、封水ドレイン戻りライン３４０および封水ドレインライン３５４から循環水リザーバ２４０に戻される。なお、この漏えいした封水８０を確認するため、封水ドレイン戻りライン３４０および封水ドレインライン３５４の圧縮機１００の近傍位置には、サイトグラス（ＳＧ）３５１、３５２が設けられている。なお封水ドレインとラジアル軸受間の油切りラビリンスからセパレータガスを注入しているので、封水ドレインに油が潤滑する恐れはない。
【００３０】
図１および図２を用いて、高温高圧過熱水蒸気を作動ガスとする遠心圧縮機１００について説明する。遠心圧縮機１００は、回転軸３に１枚の遠心羽根車２が取り付けられている。回転軸３と遠心羽根車２は一体になって、ロータ３ａを形成する。ロータ３ａは、回転軸３の両軸端部に設けたラジアル軸受５ａ、５ｂにより半径方向に回動可能に支持されている。また、図では左端側に配置したスラスト軸受４により軸方向に支持されている。ロータ４および軸受５を密閉して収容するケーシング１が設けられている。
【００３１】
ラジアル軸受５ａ、５ｂのさらに軸方向内側である機内側には、遠心圧縮機１００の内部を流通する過熱水蒸気が軸受５ａ、５ｂ側に漏えいするのを防止するシール手段６Ａ、６Ｂが配置されている。ケーシング１は、シール手段６Ａ、６Ｂと軸受５ａ、５ｂとを覆い、遠心羽根車２部を超えて回転軸３の軸端部まで延びている。これにより、水蒸気が機外側に漏出するのを防止している。
【００３２】
遠心圧縮機１００を流通する過熱水蒸気は、ロータ４の回転と共にケーシング１に形成した吸込みノズル１ａから半径方向内側に吸い込まれ、吸込み流路１ｂにより遠心羽根車２の直前で流れ方向を軸方向に変化させる。そして、遠心羽根車２に導かれ、遠心羽根車内で加圧圧縮されて体積が減少する。遠心羽根車２で圧縮された過熱水蒸気は、ディフューザ７およびスクロール８で減速されて、運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されて圧力回復する。さらに、ケーシング１に形成された吐出ノズル１ｃから所望の圧力の吐出ガスとして需要元に送られる。
【００３３】
シール手段６Ａ、６Ｂは、いわゆるトリプルメカニカルシールである。すなわち、３個のシール面と２個のシール水室から構成されている。シール手段６Ａは第１段、第２段、第３段の３個のメカニカルシール６ａ〜６ｃを有し、シール手段６Ｂは第１段、第２段、第３段の３個のメカニカルシール６ｄ〜６ｆを有している。第１段及び第２段メカニカルシール６ａ、６ｂ；６ｄ、６ｅは対となって高圧段シールを形成し、第３段メカニカルシール６ｃ、６ｆは低圧段シールを構成する。
【００３４】
高圧段シールを構成する第１段及び第２段メカニカルシール６ａ、６ｂ；６ｄ、６ｅに封水８０を供給するために、第１段及び第２段メカニカルシール６ａ、６ｂ；６ｄ、６ｅの外周側に環状の１次シール水室１２ａ、１２ｂが形成されている。同様に低圧段シールを構成する第３段メカニカルシール６ｃ、６ｆに封水８０を供給するために、第３段メカニカルシール６ｃ、６ｆの外周側に環状の２次シール水室１３ａ、１３ｂが形成されている。
【００３５】
このように高圧及び低圧の二つのシール水室１２ａ〜１３ｂを有するトリプルシール構造としたので、各メカニカルシール６ａ〜６ｆに作用する圧力が低減し、メカニカルシールに作用する圧力Ｐとメカニカルシールを構成する回転環の周速Ｖの積で表されるＰＶ値が過大にならず、長寿命が期待される。
【００３６】
ところで、メカニカルシールの封水が圧縮機の作動流体に含まれる水であることと、メカニカルシールからは蒸気が漏洩しないので、水蒸気の補充や漏洩した水を排出するための特別な系統は不要である。しかしながら、作動流体が過熱水蒸気で高圧であるから、シングルタイプやダブルタイプでのメカニカルシールでは、メカニカルシールの負荷の指標であるＰＶ値が高くなり過ぎて、適用が困難である。もしこれらのメカニカルシールを使用すると、静止環と回転環の間に形成されるシール摺動部が破損するおそれがある。
【００３７】
図３および図４にメカニカルシールの動作特性を示す。図３は、メカニカルシールのシール部に加わる圧力（差圧）（ＭＰａ）とメカニカルシールの回転環の周速（ｍ／ｓ）との関係を示すもので、図の斜線部が高周速でも使用できる範囲である。ＰＶ値の上限を２７０（ＭＰａ・ｍ／ｓ）とすれば、メカニカルシールの回転環の周速ＶがＶ≧５０ｍ／ｓの条件では、許容差圧範囲は３〜５．５ＭＰａとなる。
【００３８】
一方、シール室温度を縦軸に、その時のメカニカルシールの寿命時間を横軸にして示した図が図４である。過熱水蒸気をシールするメカニカルシールのシール面には、高温の水蒸気ガスが流入する。そのため、シール室の温度が２００℃以上となる条件で寿命時間を求めると、メカニカルシールの最大寿命が１８００時間程度となる。一方、シール室の最大温度を２３０℃まで許容すれば、メカニカルシールの寿命は６００時間となる。つまり、シール室の温度が２３０℃程度までしか上昇しなければ、メカニカルシールは６００時間以上の寿命がある。そこで検出された圧縮機１００の機内圧力に基づいて、各シール室へ供給する封水の圧力を、各調圧弁２９０、３００により調整し、各シールにおける差圧が所定の圧力になるように圧力調整し、６００時間以上のメカニカルシールの寿命を確保している。
【００３９】
上述したように本実施例では、過熱水蒸気を作動ガスとする蒸気圧縮機の軸封として、３個のシール面を有するシール手段６Ａ、６Ｂを用い、シール水室を高低２室設けているので、各メカニカルシール６ａ〜６ｆに作用する圧力を低減させることが可能である。また、メカニカルシール６ａ〜６ｆから漏洩するのが封水８０であるから、試験設備系統内の水蒸気が漏れることはなく、水蒸気の補充も不要である。
【００４０】
さらに、封水８０を循環水リザーバ２４０との間で循環させる構成としているので、シール手段６Ａ、６Ｂに隣り合って配置したラジアル軸受５ａ、５ｂで発生した熱が回転軸３等を介してシール手段６Ａ、６Ｂに熱伝達し、その熱を封水８０が持ち去るので、ラジアル軸受５ａ、５ｂの温度上昇を抑制することが期待される。
【００４１】
シール手段６Ａ、６Ｂよりも機内側であってケーシング１の内部には、Ｏリング等で構成された遊動シール１６ａ、１６ｂが配置されている。そしてこの遊動シール１６ａ、１６ｂを冷却するために、遊動シール１６ａ、１６ｂとシール手段６Ａ、６Ｂ間にウォータージャケット１８ａ、１８ｂが形成されている。ウォータージャケット１８ａ、１８ｂには封水８０と異なる冷却水が供給される。これは、冷却水の圧力及び水温、水質管理がシール水の使用条件と異なるためであり、これによりシール水による制御を容易にしている。
【００４２】
また本実施例によれば、封水循環系の駆動源として容積式ポンプを使用し、容積式ポンプの近傍にアキュムレータを備えたので、脈動が少なく作動ガスである過熱水蒸気の圧力に抗した高圧の封水を供給できる。また、トリプルメカニカルシールの各シール面を所定圧力差以下に設定することが可能なので、メカニカルシールの寿命の指標であるＰＶ値を所定値以下で運転可能であり、メカニカルシールが長寿命化する。
【符号の説明】
【００４３】
１…ケーシング、１ａ…吸込ノズル、１ｂ…吸込流路、１ｃ…吐出ノズル、２…遠心羽根車、３…回転軸、４…スラスト軸受、５ａ、５ｂ…ラジアル軸受、６Ａ、６Ｂ…シール手段、６ａ…第３段メカニカルシール、６ｂ…第２段メカニカルシール、６ｃ…第１段メカニカルシール、６ｄ…第１段メカニカルシール、６ｅ…第２段メカニカルシール、６ｆ…第３段メカニカルシール、７…ディフューザ、８…スクロール、９…カップリング、１２ａ、１２ｂ…１次シール水室、１３ａ、１３ｂ…２次シール水室、１６ａ、１６ｂ…遊動シール（Ｏリング）、１８ａ、１８ｂ…ウォータージャケット、５０…軸封システム、８０…循環水（封水）、１００…遠心圧縮機、１１０…ジャケット冷却水供給メインライン、１１１、１１２…ジャケット冷却水供給ライン、１２０…ジャケット冷却水戻りメインライン、１２１、１２２…ジャケット冷却水戻りライン、１３０…機内ドレインライン、１３２…ドレイン開放バルブ、２００…容積式ポンプ、２１０…アキュムレータ、２１１…バルブ、２２０…クーラ、２２１、２２２…バルブ、２２３、２２４…冷却水配管、２３０…フィルタ、２４０…循環水リザーバ、２５０…調圧弁、２５１…リザーバ戻り圧調整ライン、２６０…循環水供給ライン、２７０…アキュムレータ、２７２…バルブ、２８０…逆止弁、２９０、３００…調圧弁、３０１…１次シール水圧調整ライン、３０２…２次シール水圧調整ライン、３１０…２次シール水室供給メインライン、３１１、３１２…２次シール水室供給ライン、３１３、３１４…減圧手段(オリフィス)、３１５、３１６…２次シール水室戻りライン、３２０…バイパスライン、３３０…１次シール水室供給メインライン、３３１、３３２…１次シール水室供給ライン、３３３、３３４…減圧手段(オリフィス)、３３５、３３６…１次シール水室戻りライン、３４０…封水戻りライン、３５０…封水ドレイン戻りライン、３５１、３５２…サイトグラス（覗き窓）、３５４…封水ドレインライン、３６０…給水ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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