(57)【要約】【課題】不凍液を使用せずに蒸気式トレースによりシール水の凍結を防止するとともに、蒸気の凝縮水を排水として捨てずに有効活用する。【解決手段】シール液自己投入式メカニカルシール１にシール水を補給するシール水装置であって、機内側と大気側の２つのシール端面間の封液空間の外側のハウジングに設けられた供給口６及び排出口７に接続されたループ状配管８と、ループ状配管８に向かう方向を順方向とした逆止弁１１が取り付けられた配管１２を介してループ状配管８に接続され、自己投入されたシール水分のシール水を補給可能なヘッド圧Ｈを確保して設置され、補給用シール水Ｗ２が貯水されたオープンタンク１３と、ループ状配管８を暖管する蒸気式トレース１８と、蒸気管１９が接続された温調蒸気トラップ２１とを備え、温調蒸気トラップ２１から排出される凝縮水ＤＲをオープンタンク１３に投入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機内側と大気側に２つのメカニカルシールが配設され、これらメカニカルシールの２箇所のシール端面間に封液空間が設けられ、回転軸とともに回転する機内側回転環のシール端面に設けられた動圧溝の作用により、機内側シール端面間にシール水を自己投入するシール液自己投入式メカニカルシールにおいて、該メカニカルシールにシール水を補給するシール水装置であって、
前記封液空間の外側のハウジングに設けられた供給口及び排出口に接続されたループ状配管と、
該ループ状配管に向かう方向を順方向とした逆止弁が取り付けられた配管を介して前記ループ状配管に接続され、前記メカニカルシールに対して前記自己投入されたシール水分のシール水を補給可能なヘッド圧を確保して設置され、補給用のシール水が貯水されたオープンタンクと、
前記ループ状配管を暖管する蒸気式トレースと、
該蒸気式トレースの蒸気管が接続された温調蒸気トラップとを備え、
該温調蒸気トラップから排出される凝縮水を前記オープンタンクに投入してなることを特徴とするシール液自己投入式メカニカルシール用シール水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール端面間にエクスターナル流体であるシール液を自己投入できる、シール液自己投入式メカニカルシールに用いられるシール水装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軸に略垂直な２つの平面（シール端面）の接触圧力によって回転部分の密封を行うメカニカルシールは、前記シール端面間に軸封対象液体（シール液体）の液体フィルムを潤滑剤として維持しつつ安定した密封性能を維持している。したがって、メカニカルシールの性能の安定性及び長寿命化のためには、シール液体に対して、適当な潤滑性及び清浄性（あるいは非析出性）が求められる。
【０００３】
一方、メカニカルシールには、様々な流体を密封することが求められるため、スラリーや危険性（有毒、引火性等）のある液体等のシール液体では、該シール液体そのままを密封対象とすることが適当でない場合がある。このような場合においては、メカニカルシール面を２個使用したユニットとし、これら２個のメカニカルシールの間にシール液体より高い圧力に加圧した別の流体（エクスターナル流体）を緩衝液として注入するダブル形が採用される。
【０００４】
このタブル形メカニカルシールにおいて、機内側回転環のシール端面に設けられた動圧溝（スパイラル溝）の作用により、タブル形メカニカルシールにより軸封を行う回転機器の回転とともに、機内側シール端面間にエクスターナル流体をポンピング加圧して自己投入できるようにした、シール液自己投入式メカニカルシールがある（特許文献１及び非特許文献１参照。）。シール液自己投入式メカニカルシールは、シール液体の圧力よりも高い圧力のエクスターナル流体（液体）を供給する必要がなく、加圧しない状態のエクスターナル流体（液体）を用いることができるという特長がある。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，２９０，６１１号明細書（ＦＩＧ５−６）
【非特許文献１】岡誠司，「シール液自己投入式メカニカルシール」，産業機械，２００５年１２月，ｐ．５１−５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シール液自己投入式メカニカルシールにおいて、シール液として清水（シール水）が使用される場合が多く、シール水を使用する構成では、寒冷地や冬季において、シール水供給装置におけるシール水の凍結防止策を講ずる必要がある。
また、シール液自己投入式メカニカルシールは、ループ状配管内にシール液を充満させサーモサイフォンの原理を利用して循環させており、このようなサーモサイフォンの原理を利用した設備を寒冷地や冬季に使用する場合、凍結防止策として不凍液を使用することが一般的に考えられる。しかし、シール液自己投入式メカニカルシールでは、シール液を補充する都合上、不凍液の使用は現実的ではない。
【０００７】
そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、不凍液を使用することなくシール水の凍結を防止することができる、シール液自己投入式メカニカルシール用シール水装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るシール液自己投入式メカニカルシール用シール水装置は、前記課題解決のために、機内側と大気側に２つのメカニカルシールが配設され、これらメカニカルシールの２箇所のシール端面間に封液空間が設けられ、回転軸とともに回転する機内側回転環のシール端面に設けられた動圧溝の作用により、機内側シール端面間にシール水を自己投入するシール液自己投入式メカニカルシールにおいて、該メカニカルシールにシール水を補給するシール水装置であって、前記封液空間の外側のハウジングに設けられた供給口及び排出口に接続されたループ状配管と、該ループ状配管に向かう方向を順方向とした逆止弁が取り付けられた配管を介して前記ループ状配管に接続され、前記メカニカルシールに対して前記自己投入されたシール水分のシール水を補給可能なヘッド圧を確保して設置され、補給用のシール水が貯水されたオープンタンクと、前記ループ状配管を暖管する蒸気式トレースと、該蒸気式トレースの蒸気管が接続された温調蒸気トラップとを備え、該温調蒸気トラップから排出される凝縮水を前記オープンタンクに投入してなるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るシール液自己投入式メカニカルシール用シール水装置によれば、機内側と大気側に２つのメカニカルシールが配設され、これらメカニカルシールの２箇所のシール端面間に封液空間が設けられ、回転軸とともに回転する機内側回転環のシール端面に設けられた動圧溝の作用により、機内側シール端面間にシール水を自己投入するシール液自己投入式メカニカルシールにおいて、該メカニカルシールにシール水を補給するシール水装置であって、前記封液空間の外側のハウジングに設けられた供給口及び排出口に接続されたループ状配管と、該ループ状配管に向かう方向を順方向とした逆止弁が取り付けられた配管を介して前記ループ状配管に接続され、前記メカニカルシールに対して前記自己投入されたシール水分のシール水を補給可能なヘッド圧を確保して設置され、補給用のシール水が貯水されたオープンタンクと、前記ループ状配管を暖管する蒸気式トレースと、該蒸気式トレースの蒸気管が接続された温調蒸気トラップとを備え、該温調蒸気トラップから排出される凝縮水を前記オープンタンクに投入してなるので、不凍液を使用せずに清水を使用しながら蒸気式トレースによりループ状配管内のシール水の凍結を防止することができる。その上、蒸気の凝縮水が捨てられずにオープンタンクに投入され、補給用シール水として有効活用されるため、相対的にコストの高い主補給ライン側からの清水の使用量を少なくすることができることから、コストを低減することができる。その上さらに、蒸気の凝縮水は、それ自体が凝縮直後の高温水であり、該高温水を補給用のシール水が貯水されたオープンタンクに投入することにより、該オープンタンク内のシール水の凍結も防止することができる。したがって、オープンタンク内のシール水の凍結防止策が不要になるため、さらにコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態１に係るシール液自己投入式メカニカルシール用シール水装置の概略構成図、図２は本発明に係るシール水装置が用いられるシール液自己投入式メカニカルシールの縦断側面図、図３はシール液自己投入式メカニカルシールにおける機内側回転環のシール端面に設けられた動圧溝を示す正面図である。
【００１２】
先ず、シール液自己投入式メカニカルシール１の構成について説明する。図２に示すように、シール液自己投入式メカニカルシール１は、回転軸４とともに回転する回転環２Ａ及びハウジング５に連結され回転環２Ａに当接する固定環２Ｂにより、回転軸４に略垂直なシール端面２Ｃを形成したメカニカルシール２、並びに、回転軸４とともに回転する回転環３Ａ及びハウジング５に連結され回転環３Ａに当接する固定環３Ｂにより、回転軸４に略垂直なシール端面３Ｃを形成したメカニカルシール３が、機内側及び大気側に配設され、機内側シール端面２Ｃ及び大気側シール端面３Ｃには、それぞればねにより接触圧が発生している。
【００１３】
これら機体側及び大気側の２箇所のシール端面２Ｃ，３Ｃ間には封液空間Ｓが設けられ、該封液空間Ｓには、ハウジング５の供給口６から清水であるシール水Ｗ１が供給されて充満している。また、図３に示すように機内側回転環２Ａのシール端面２Ｃには動圧溝（スパイラル溝）２Ｄが形成されているため、図２において回転軸４とともに回転環２Ａが回転すると（回転方向は図３中の矢印Ｒ参照。）、エクスターナル流体であるシール水Ｗ１がポンピング自己加圧されて、機内側シール端面２Ｃ間に自己投入される。そして、動圧溝２Ｄに巻き込まれたシール水は次第に圧力上昇して、溝端部において最高圧力となる圧力分布を形成する。このような機体側シール端面２Ｃ間での自己加圧機能により、該シール端面２Ｃにはシール水Ｗ１が投入されつつ、微小なギャップをもつ非接触状態に維持される。したがって、前記ギャップを通してシール水Ｗ１が機内に投入されるため、自己投入された分のシール水を補給する必要がある。
【００１４】
次に、シール液自己投入式メカニカルシール１へシール水を補給するための構成について説明する。図２に示すシール液自己投入式メカニカルシール１の封液空間Ｓの外側のハウジング５に設けられた供給口６及び排出口７には、図１に示すように、側面視において略矩形の略垂直面内のループ状配管８が接続されており、ループ状配管８にはシール水Ｗ１が充満している。また、ループ状配管８には、シール液自己投入式メカニカルシール１により軸封を行う回転機器の起動前に、ループ状配管８の上部から上側に延びる上側配管９を介して、シール水Ｗ１の流動を阻害するエアーを抜き取るためのエアーベント１０が接続されるとともに、ループ状配管８に向かう方向を順方向とした逆止弁１１が取り付けられた、ループ状配管８の上部から水平方向に延びる配管１２を介して、補給用シール水Ｗ２が貯水されたオープンタンク１３が接続される。オープンタンク１３の主補給水供給口１４には図示しない配管が接続されており、該配管からオープンタンク１３内に清水が供給されるとともに、オープンタンク１３内に設けたフロート弁１６により補給用シール水Ｗ２の水位を一定に保持している。なお、過剰な清水はオーバーフロー用の排水口１５から排水される。
【００１５】
図２に示す大気側メカニカルシール３のシール端面３Ｃは、回転環３Ａと固定環３Ｂとが摺動するため摩擦による発熱があり、その近傍のシール水Ｗ１を加熱する。したがって、温度が上昇したシール水Ｗ１はその比重が軽くなるため上昇し（図１中の矢印Ａ参照。）、このようなサーモサイフォン現象により、ループ状配管８内に充満しているシール水Ｗ１は自然循環するため（図１中の矢印Ａ〜Ｄ参照。）、シール液自己投入式メカニカルシール１の温度上昇を抑制している。
【００１６】
また、図１において、ループ状配管８におけるシール液自己投入式メカニカルシール１がない（供給口６及び排水口７に接続されない）方の垂直配管は、その一部が放熱フィン付きの冷却管８Ａとされているため、冷却管８Ａの放熱フィンと外気との自然対流熱伝達により（強制対流熱伝達であってもよい）、循環しているシール水Ｗ１から熱が奪われる。したがって、シール水Ｗ１の水温上昇が抑制されるとともに、前記冷却管８Ａにより熱を奪われたシール水Ｗ１はその比重が重くなり下降するため（図１中の矢印Ｃ参照。）、前記自然循環作用が高められる。なお、メカニカルシールの口径が小さく発熱が過小である場合には、冷却管８Ａを設けなくてもよい。
【００１７】
前記のとおり、シール液自己投入式メカニカルシール１において自己投入された分のシール水を補給する必要があるが、ループ状配管８には、前記のとおり、補給用シール水Ｗ２が貯水されたオープンタンク１３が配管１２により接続されており、オープンタンク１３は前記メカニカルシール１に対して自己投入されたシール水分のシール水を補給可能なヘッド圧Ｈ（例えば２〜３ｍ）を確保して設置されているため、シール水Ｗ１が自己投入されると、オープンタンク１３内の補給用シール水Ｗ２が配管１２を通り、逆止弁１２を通過してループ状配管８内に補給される（図１中の矢印Ｅ参照。）。したがって、ループ状配管８内は、シール液自己投入式メカニカルシール１の封液空間Ｓも含めて、シール水Ｗ１が充満した状態が保持される。このようなオープンタンク１３を設置する、特別な加圧源や加圧装置を必要としない簡素な構成により、自己投入された分のシール水の補給を容易に行うことができる。
【００１８】
次に、寒冷地や冬季におけるシール水凍結防止用の蒸気式トレース（スチームトレース）１８について説明する。ループ状配管８の一部（例えば図１の構成ではシール液自己投入式メカニカルシール１の上側の垂直配管及び上側の水平配管）に、例えば銅管又はステンレス管等の細管である蒸気管１９を沿わせ（あるいは巻き付け）、保温材２０で被うことにより、蒸気式トレース１８が構成される。このような蒸気式トレース１８によれば、蒸気管１９内に蒸気ＳＴを供給することにより容易にループ状配管８を暖管することができる。したがって、寒冷地や冬季において、シール水Ｗ１の凍結防止を容易に行うことができる。
【００１９】
蒸気式トレース１８によりループ状配管８に対し熱交換を行った後の蒸気管１９の端部は、オープンタンク１３に付設した、蒸気ＳＴと凝縮水（復水、ドレン）ＤＲの温度差を利用してバルブの開閉を行う、バイメタル式又は蒸気圧式等の温調蒸気トラップ（サーモスタチックトラップ）２１に接続されるとともに、温調蒸気トラップ２１の排出側が配管２２によりオープンタンク１３の凝縮水供給口１７に接続される。したがって、蒸気管１９内に供給された後、蒸気式トレース１８を通過した蒸気ＳＴ（図１中の矢印Ｆ参照。）は、温調蒸気トラップ２１に到達し、温調蒸気トラップ２１から排出される蒸気ＳＴの凝縮水ＤＲがオープンタンク１３に投入される。なお、シール水Ｗ１，Ｗ２は、シール液自己投入式メカニカルシール１を安定稼働させるため清浄である必要があるが、蒸気ＳＴから生成される凝縮水ＤＲは、それ自体が清浄であるため、補給用シール水Ｗ２として好適に使用することができる。
【００２０】
以上のような蒸気式トレース１８の蒸気管１９を温調蒸気トラップ２１に接続し、該温調蒸気トラップ２１から排出される凝縮水ＤＲをオープンタンク１３に投入する構成によれば、蒸気ＳＴの凝縮水ＤＲが捨てられずにオープンタンク１３に投入され、補給用シール水Ｗ２として有効活用される。例えば、相対的にコストの高い主補給ライン側からの清水（主補給水供給口１４から供給される清水）は、凝縮水ＤＲが不足する場合の補助的な補給、又は、シール液自己投入式メカニカルシール１により軸封を行う回転機器における最初の稼働時のシール水張りのみの使用に留めることができ、使用量を少なくすることができる。したがって、ランニングコストを低減することができる。その上、蒸気ＳＴの凝縮水ＤＲは、それ自体が凝縮直後の高温水であり、該高温水を補給用シール水Ｗ２が貯水されたオープンタンク１３に投入することにより、該オープンタンク１３内のシール水Ｗ２の凍結も防止することができる。したがって、オープンタンク１３内の補給用シール水Ｗ２の凍結防止策が不要になるため、例えば蒸気式トレースによりオープンタンク１３内の補給用シール水Ｗ２を加温する凍結防止策と比較すると、該蒸気式トレースを設置するためのイニシャルコスト及び蒸気供給系のためのイニシャルコスト及びランニングコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係るに係るシール液自己投入式メカニカルシール用シール水装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るシール水装置が用いられるシール液自己投入式メカニカルシールの縦断側面図である。
【図３】シール液自己投入式メカニカルシールにおける機内側回転環のシール端面に設けられた動圧溝を示す正面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  シール液自己投入式メカニカルシール
２  機内側メカニカルシール
２Ａ  機内側回転環
２Ｂ  機内側固定環
２Ｃ  機内側シール端面
２Ｄ  動圧溝
３  大気側メカニカルシール
３Ａ  大気側回転環
３Ｂ  大気側固定環
３Ｃ  大気側シール端面
４  回転軸
５  ハウジング
６  供給口
７  排出口
８  ループ状配管
８Ａ  冷却管
９  上側配管
１０  エアーベント
１１  逆止弁
１２  配管
１３  オープンタンク
１４  主補給水供給口
１５  排水口
１６  フロート弁
１７  凝縮水供給口
１８  蒸気式トレース
１９  蒸気管
２０  保温材
２１  温調蒸気トラップ
２２  配管
ＤＲ  凝縮水
Ｓ  封液空間
ＳＴ  蒸気
Ｗ１  シール水
Ｗ２  補給用シール水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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