(57)【要約】【課題】起動時のドライガスシール装置の回転シール環と静止シール環の摩擦による熱負荷及び機械的な過大負荷を生じさせず、安全なドライガスシール式回転機械の起動方法と、安全な起動を行えるドライガスシール式回転機械を提供する。【解決手段】ドライガスシール式回転機械の起動方法を、回転体に固定された回転シール環のシール面に軸方向進退可能な静止シール環のシール面が押し付けられるドライガスシール装置を備えたドライガスシール式回転機械を起動する方法において、起動に際しては、回転体の停止状態で回転シール環に接触している静止シール環の押し付け背圧力を低減させ、回転シール環と静止シール環のシール面を互いに強制離隔させたうえで、回転体の回転を開始するように構成し、また、それが行えるようにドライガスシール式回転機械を構成した。【選択図】            図１
2004190783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に固定された回転シール環のシール面に軸方向進退可能な静止シール環のシール面が押し付けられるドライガスシール装置を備えたドライガスシール式回転機械を起動する方法において、起動に際しては、前記回転体の停止状態で前記回転シール環に接触している前記静止シール環の押し付け背圧力を低減させ、前記回転シール環と静止シール環のシール面を互いに強制離隔させたうえで、前記回転体の回転を開始することを特徴とするドライガスシール式回転機械の起動方法。
【請求項２】
請求項１に記載のドライガスシール式回転機械の起動方法において、前記押し付け背圧力の低減は、起動から前記回転体が所定の回転数に達するまで前記静止シール環の背面側の空間を、前記回転体の停止時における前記ドライガスシール式回転機械の機内側圧力よりも低圧の低圧供給源に、連通することによって行うことを特徴とするドライガスシール式回転機械の起動方法。
【請求項３】
回転体に固定された回転シール環のシール面に軸方向進退可能な静止シール環のシール面が押し付けられるドライガスシール装置を備えたドライガスシール式回転機械において、前記静止シール環の背面側の空間と前記回転体の停止時における前記ドライガスシール式回転機械の機内側圧力よりも低圧の低圧供給源とを連通する通気路と、同通気路に介装される弁と、前記回転体の駆動モータと、制御装置とを備え、同制御装置は同ドライガスシール式回転機械の起動に際し、前記弁を開き、しかるのちに前記駆動モータを始動し、前記回転体が所定の回転数に達した時点で前記弁を閉じる制御を行うように構成されてなることを特徴とするドライガスシール式回転機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機等、ドライガスシール装置を備えた回転機械（本明細書において「ドライガスシール式回転機械」ともいう）の起動方法およびドライガスシール装置を備えた回転機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４から図６に基づいて、従来のドライガスシール式回転機械のドライガスシール装置を説明する。圧縮機等、ドライガスシール式回転機械のドライガスシール装置としては、例えば、図４から図６に示す特許文献１（特開平１０−３１８１８５号公報）のもののように、ドライガスシール装置５０の回転シール環１のシール面１ａと静止シール環２のシール面２ａが、回転軸方向Ｘで対向して面してシールを行うものがあり、特許文献１ではドライガスシール装置５０の回転シール環１と静止シール環２の対向面にスパイラル溝１０を設けたドライガスシール装置の一例が示されている。
【０００３】
図４は、上記従来のドライガスシール式回転機械の一方（図４上、右側）のドライガスシール装置５０を代表して示す縦断面図であり、図４において左がドライガスシール式回転機械の機内１２側、右が機外１３側である。図５は図４の回転シール環、静止シール環の断面説明図、図６は図４の回転シール環のシール面説明図である。
【０００４】
図４において、３は端部を段型延長された回転体、即ち回転軸であり、回転軸３は小径軸部３ａと大径軸部３ｂの間に段部３ｃが設けられている。４は回転体３の小径軸部３ａ外周に段部３ｃに接して固定されたシャフトスリーブであり、シャフトスリーブ４には回転シール環１が固定され、回転体３及びシャフトスリーブ４と一体で回転するようになっている。
【０００５】
５はハウジング８に固定したリテーナ、２は静止シール環である。静止シール環２は、段部３ｃに向いたリテーナ５の面の内周寄りに環状溝状に形成された凹部空間５ａ内に、回転軸方向Ｘに進退微動可能かつ回転不能に嵌合されるとともに、凹部空間５ａ内に装着されたばね６により、回転シール環１側に押し付けられている。
【０００６】
そして、回転シール環１の静止シール環２に対向するシール面１ａには、図６で示すように円周方向等間隔に複数個のスパイラル溝１０（通常２μｍ〜５μｍ深さ）が刻設されている。スパイラル溝１０は回転シール環１のシール面１ａのほか、静止シール環２のシール面２ａにも設けることができ、対向するシール面１ａ、２ａの全体の圧力分布が略均一となるように適宜のスパイラル形状で設けられている。
【０００７】
このような従来のドライガスシール５０を備えたドライガスシール式回転機械、例えば圧縮機は、運転時において回転軸３が回転すると、機内１２のガスが、図４中の矢印ａのように、回転シール環１の外周１ｃ側からスパイラル溝１０内に導入され、その動圧効果によって、回転シール環１のシール面１ａと静止シール２のシール面２ａとの間に図４中に示すような圧力分布Ｐを発生し、この圧力分布Ｐによって、回転シール環２のシール面１ａと静止シール環２のシール面２ａとの間に微小なシール隙間１１が形成され、このシール隙間１１を通して機内１２のガス微量を機外１３へリークさせることにより、圧縮機のシ−ルがなされている。
【０００８】
ところが、上記のようなシール隙間１１は、回転運転中は回転シール環１上のスパイラル溝１０の効果により僅かにシール隙間１１が発生して両シール環１、２間の摩擦による発熱及びトルク負荷の低減を実現しているが、ドライガスシール式回転機械の回転軸３の回転停止時には、回転シール環１と静止シール環２同士が接触している。
【０００９】
このため、起動時には接触した状態の両シール環１，２のシール面１ａ，２ａが、摩擦発熱し、焼きつき等のトラブルを生じ安い問題がある。このためドライガスシール式回転機械の起動時には、回転軸３の機械的な撓みを無視して、毎分８００回転付近の回転速度で起動し短時間で圧力分布Ｐを立ち上げて、回転シール環１と静止シール環２同士の接触摩擦時間を短くするようにしているが、回転軸３に過大な負荷がかかる問題があった。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−３１８１８５号公報（３頁、図１、図３、図６）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来のドライガスシール装置を設けたドライガスシール式回転機械の問題に対し、起動時のドライガスシール装置の回転シール環１と静止シール環２の摩擦による熱負荷及び機械的な過大負荷を生じさせず、安全にドライガスシール式回転機械を起動する方法と、安全な起動を行えるドライガスシール式回転機械を提供することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、その第１の手段として、回転体に固定された回転シール環のシール面に軸方向進退可能な静止シール環のシール面が押し付けられるドライガスシール装置を備えたドライガスシール式回転機械を起動する方法において、起動に際しては、前記回転体の停止状態で前記回転シール環に接触している前記静止シール環の押し付け背圧力を低減させ、前記回転シール環と静止シール環のシール面を互いに強制離隔させたうえで、前記回転体の回転を開始することを特徴とするドライガスシール式回転機械の起動方法を提供する。
【００１３】
上記のような構成の第１の手段によれば、ドライガスシール式回転機械の起動に際し、停止状態で相互に接触しているドライガスシール装置の回転シール環および静止シール環のシール面を強制的に離隔させたうえで、回転体の回転を開始するので、ドライガスシール式回転機械の起動時にシール隙間を確保することにより、起動パターンを制約なく設定できる。また、起動時の熱負荷、機械的過負荷の発生がなくなる。さらに、低回転での起動が可能になり、回転体や軸受などにかかる過大な負荷を低減できる。
【００１４】
（２）第２の手段としては、第１の手段のドライガスシール式回転機械の起動方法において、前記押し付け背圧力の低減は、起動から前記回転体が所定の回転数に達するまで前記静止シール環の背面側の空間を、前記回転体の停止時における前記ドライガスシール式回転機械の機内側圧力よりも低圧の低圧供給源に、連通することによって行うことを特徴とするドライガスシール式回転機械の起動方法を提供する。
【００１５】
第２の手段によれば、第１の手段の作用に加え、起動時のシール隙間の確保を、装置が通常設置される工場等で種々ある既存の低圧供給源に接続、あるいは自機内の低圧供給源に接続して、相対的に低圧の気体圧によって行える。
（３）また、第３の手段として、回転体に固定された回転シール環のシール面に軸方向進退可能な静止シール環のシール面が押し付けられるドライガスシール装置を備えたドライガスシール式回転機械において、前記静止シール環の背面側の空間と前記回転体の停止時における前記ドライガスシール式回転機械の機内側圧力よりも低圧の低圧供給源とを連通する通気路と、同通気路に介装される弁と、前記回転体の駆動モータと、制御装置とを備え、同制御装置は同ドライガスシール式回転機械の起動に際し、前記弁を開き、しかるのちに前記駆動モータを始動し、前記回転体が所定の回転数に達した時点で前記弁を閉じる制御を行うように構成されてなることを特徴とするドライガスシール式回転機械を提供する。
【００１６】
上記のような構成の第３の手段によれば、起動に際し、停止状態で相互に接触しているドライガスシール装置の回転シール環および静止シール環のシール面を強制的に離隔させたうえで、回転体の回転を開始するので、起動時にシール隙間を確保することにより、起動パターンを制約なく設定でき、起動時の熱負荷、機械的過負荷の発生がなくなり、さらに、低回転での起動が可能になるので、回転体や軸受などにかかる過大な負荷を低減できるドライガスシール式回転機械となる。
【００１７】
またさらに、起動時のシール隙間の確保を、装置が通常設置される工場等で種々ある既存の低圧供給源に接続、あるいは自機内の低圧供給源に接続して、相対的に低圧の気体圧によって行える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１から図３に基づき、本発明の実施の一形態に係るドライガスシール式回転機械およびその起動方法を説明する。図１は本実施の形態のドライガスシール式回転機械の一方（図１上、右側）のドライガスシール装置を代表して示す縦断面図で、図１において左がドライガスシール式回転機械の機内側、右が機外側である。図２は、図１のドライガスシール装置を備えたドライガスシール式回転機械の実施の一形態としての圧縮機の全体構成概要図、図３は、本実施の形態の圧縮機の変形例の全体構成概要図である。図１から図３において、図４に示す従来のドライガスシール装置と同じ部分には、同じ符号を付して説明を省略し、異なる点を主に以下説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態のドライガスシール式回転機械のドライガスシール装置６０は、ハウジング８とリテーナ５に連通する気体通路２０が設けられ、気体通路２０の先端は、静止シール環２のシール面２ａと反対側となる背面２ｂ側のリテーナ５の凹部空間５ａに開口し、他端はハウジング８外部に開口するとともに管路２１と接続している。管路２１には電磁開閉弁２２が介装され低圧供給源２３に接続している。すなわち、気体通路２０と管路２１は静止シール環２の背面２ｂ側の凹部空間５ａと低圧供給源２３とを連通する通気路を形成し、介装される電磁開閉弁２２は同通気路を開閉操作するものである。
【００２０】
低圧供給源２３は、回転軸３の停止時におけるドライガスシール式回転機械の機内１２側の圧力よりも低圧に保たれる気体圧を、静止シール環２の背面２ｂ側の凹部空間５ａに供給するものであり、ドライガスシール式回転機械の使用条件によって、新設に限らず既存の周辺設備の低圧の汎用アキュムレータ、大気ベントライン、Ｎ２  ガスユーティリティライン、またはドライガスシール式回転機械の自機内の低圧ガス供給管等を用いることができる。
【００２１】
電磁開閉弁２２は、制御装置２４により自動開閉制御され、制御装置２４はまた、回転軸３の駆動モータ２５と接続しており駆動モータ２５の回転制御を行う。
【００２２】
図２に示す本実施の形態の、ドライガスシール式回転機械である圧縮機１００は、その回転体である回転軸３の両側に図１に示すドライガスシール装置６０を備え、低圧ガス供給管３０ａ、ガス排出管３０ｂを接続するとともに、ドライガスシール装置６０の気体通路２０に連通する管路２１を、電磁開閉弁２２経由、低圧の汎用アキュムレータ、工場内の大気ベントライン、Ｎ２  ガスユーティリティライン等の低圧供給源２３に接続して構成されている。
【００２３】
図３に示す本実施の形態の変形例の、ドライガスシール式回転機械である圧縮機１０１は、その回転体である回転軸３の両側に図１に示すドライガスシール装置６０を備え、低圧ガス供給管３０ａ、ガス排出管３０ｂを接続するとともに、ドライガスシール装置６０の気体通路２０に連通する管路２１を、電磁開閉弁２２経由、低圧供給源２３となる上記低圧ガス供給管３０ａに接続して構成されている。この構成は、圧縮機（ドライガスシール式回転機械）１０１で処理する気体が危険のないガス体である場合に適用できる。
【００２４】
上記のような本実施の形態の図２に示す圧縮機１００は、運転停止時には、回転シール環１のシール面１ａと軸方向に進退微動可能な静止シール環２のシール面２ａは従来同様に互いに接した状態を保っている。このとき機内１２側と静止シール環２の背面の凹部空間５ａ内は運転中のシール部を通るガスリークによってガス圧がバランスし、ばね６により静止シール環２が回転シール環１に押し付けられている。そして、圧縮機１００の起動に際し、停止状態で相互に接触しているドライガスシール装置６０の回転シール環１および静止シール環２のシール面１ａ、２ａを微小な隙間だけ強制的に離隔させたうえで、回転軸３の回転を開始する方法で圧縮機１００の起動を行う。
【００２５】
制御装置２４による圧縮機１００の起動制御にあたっては、最初に電磁開閉弁２２を開くように制御し、連通した低圧供給源２３の低圧により静止シール環２の押し付け背圧力を低減させて静止シール環２を後退させ、ドライガスシール装置６０の両シール環１、２のシール面１ａ、１ｂを互いに微小な隙間だけ強制離隔させ、両シール面１ａ、１ｂ間に一定のシール隙間１１を形成させた上で、駆動モータ２５による回転軸３の回転駆動を始動し、所定回転速度（例えば毎分８００回転）に達した時点で電磁開閉弁２２を閉じるように自動制御を行う。
【００２６】
圧縮機１００の起動に先立ち、電磁開閉弁２２が開かれると、静止シール環２の背面２ｂ側の低圧供給源２３に連通した凹部空間５ａ内のガス圧力が下がり相対的に機内１２側圧力が高まって、静止シール環２の前後の差圧により、ばね６が押込まれ、回転シール環１と静止シール環２のシール面１ａと２ａの間に微小なシール隙間１１（図５参照）が形成される。
【００２７】
このシール隙間１１が形成された状態で、制御装置２４からの始動指令で駆動モータ２５が回転軸３の回転駆動を開始すれば、回転シール環１と静止シール環２との間に摩擦の発生なしに圧縮機１００の起動が可能となる。したがって起動時の熱負荷を生じなくなる。このため圧縮機１００の回転駆動は、起動において低速回転から徐々に高速回転に制御することができ、回転軸３に過大な負荷を与えない安全な運転が可能になる。回転軸３の回転が所定回転速度に達するとシール部（回転シール環１と静止シール環２のシール面１ａと２ａの間）のガスリーク圧力でシール隙間１１が維持できるようになり、電磁開閉弁２２が閉じられる。
【００２８】
なお、シール隙間１１が形成される状態は、ばね６の力と静止シール環２前後の差圧との関係で定まるので、シール隙間１１の形成を直接検出して確認することに代えて上記差圧を検知して確認できる。またそのような差圧が確実に与えられる使用条件であれば、特に確認操作なしに制御装置２４は電磁開閉弁２２の作動とリンクさせ、あるいは適宜な遅延回路を介して、駆動モータ２５の起動指令を出すことができる。
【００２９】
また、図３に示す本実施の形態の変形例の圧縮機１０１も、低圧供給源２３となる圧縮機１０１の低圧ガス供給管３０ａの低圧を利用して、前記の圧縮機１００と全く同様に、起動を行うことができる。なお、圧縮機１０１等ドライガスシール式回転機械は起動にあたって、別途の図示しない圧力源によって機内１２側の圧力を上昇させることが通常であるので、低圧ガス供給管３０ａの圧力は相対的に機内１２側との差圧を与えることとなり、図３の構成はそのような場合に適し、低圧供給源２３を外部に求めなくてもよく、自機内で構成できるので装置の構成を簡潔にすることができる。
【００３０】
したがって、本実施の形態のドライガスシール式回転機械、またその起動方法によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ドライガスシール式回転機械の起動時にシール隙間１１を確保することにより、起動パターンを制約なく設定でき安定した起動運転が可能になる。また、起動時に容易にシール隙間を確保できる。
（２）ドライガスシール式回転機械の起動時にシール隙間１１を確保することにより、起動時の熱負荷、機械的過負荷の発生がなくなり、安全性が高まる。
（３）ドライガスシール式回転機械の低回転での起動が可能になり、回転軸３や軸受などにかかる過大な負荷を低減できる。
（４）上記によりドライガスシール式回転機械設備の安定性、寿命、信頼性が高まり、設備の稼働率が向上される。
（５）また、起動時のシール隙間１１の確保を、装置が通常設置される工場等で種々ある既存の低圧供給源に接続、あるいは自機内の低圧供給源に接続して、相対的に低圧の気体圧によって行えるので、信頼性が高く、装置構成のコストを抑制できる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内でその具体的構成および構造に種々の変更を加えてもよいことは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、ドライガスシール式回転機械の起動方法を、回転体に固定された回転シール環のシール面に軸方向進退可能な静止シール環のシール面が押し付けられるドライガスシール装置を備えたドライガスシール式回転機械を起動する方法において、起動に際しては、前記回転体の停止状態で前記回転シール環に接触している前記静止シール環の押し付け背圧力を低減させ、前記回転シール環と静止シール環のシール面を互いに強制離隔させたうえで、前記回転体の回転を開始するように構成したので、ドライガスシール式回転機械の起動に際し、停止状態で相互に接触しているドライガスシール装置の回転シール環および静止シール環のシール面を強制的に離隔させたうえで、回転体の回転を開始するため、ドライガスシール式回転機械の起動時にシール隙間を確保することにより、起動パターンを制約なく設定でき安定した起動運転が可能になる。また、起動時の熱負荷、機械的過負荷の発生がなくなり、安全性が高まる。さらに、低回転での起動が可能になり、回転体や軸受などにかかる過大な負荷を低減でき、ドライガスシール式回転機械設備の安定性、寿命、信頼性が高まり、設備の稼働率が向上する。
【００３３】
（２）請求項２の発明によれば、請求項１に記載のドライガスシール式回転機械の起動方法において、前記押し付け背圧力の低減は、起動から前記回転体が所定の回転数に達するまで前記静止シール環の背面側の空間を、前記回転体の停止時における前記ドライガスシール式回転機械の機内側圧力よりも低圧の低圧供給源に、連通することによって行うように構成したので、請求項１の発明の効果に加え、起動時のシール隙間の確保を、装置が通常設置される工場等で種々ある既存の低圧供給源に接続、あるいは自機内の低圧供給源に接続して、相対的に低圧の気体圧によって行えるため、信頼性が高く、装置構成のコストが抑制できる。
【００３４】
（３）請求項３の発明によれば、ドライガスシール式回転機械を、回転体に固定された回転シール環のシール面に軸方向進退可能な静止シール環のシール面が押し付けられるドライガスシール装置を備えたドライガスシール式回転機械において、前記静止シール環の背面側の空間と前記回転体の停止時における前記ドライガスシール式回転機械の機内側圧力よりも低圧の低圧供給源とを連通する通気路と、同通気路に介装される弁と、前記回転体の駆動モータと、制御装置とを備え、同制御装置は同ドライガスシール式回転機械の起動に際し、前記弁を開き、しかるのちに前記駆動モータを始動し、前記回転体が所定の回転数に達した時点で前記弁を閉じる制御を行うように構成されてなるようにしたので、起動に際し、停止状態で相互に接触しているドライガスシール装置の回転シール環および静止シール環のシール面を強制的に離隔させたうえで、回転体の回転を開始するため、起動時にシール隙間を確保することにより、起動パターンを制約なく設定でき安定した起動運転が可能になり、起動時の熱負荷、機械的過負荷の発生がなくなり、安全性がたかまり、さらに、低回転での起動が可能になるため、回転体や軸受などにかかる過大な負荷を低減でき、安定性、寿命、信頼性が高まり、設備の稼働率が向上したドライガスシール式回転機械が得られる。
【００３５】
またさらに、起動時のシール隙間の確保を、装置が通常設置される工場等で種々ある既存の低圧供給源に接続、あるいは自機内の低圧供給源に接続して、相対的に低圧の気体圧によって行えるので、信頼性が高く、装置構成のコストを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るドライガスシール式回転機械のドライガスシール装置の縦断面図である。
【図２】図１のドライガスシール装置を備えたドライガスシール式回転機械である本実施の形態の圧縮機の全体構成概要図である。
【図３】本実施の形態の圧縮機の変形例の全体構成概要図である。
【図４】従来のドライガスシール式回転機械のドライガスシール装置の縦断面図である。
【図５】図４の回転シール環、静止シール環の断面説明図である。
【図６】図４の回転シール環のシール面説明図である。
【符号の説明】
１                  回転シール環
１ａ                シール面
２                  静止シール環
２ａ                シール面
２ｂ                背面
３                  回転軸
３ａ                小径軸部
３ｂ                大径軸部
３ｃ                段部
４                  シャフトスリーブ
５                  リテーナ
５ａ                凹部空間
６                  ばね
１０                スパイラル溝
１１                シール隙間
１２                機内
１３                機外
２０                気体通路
２１                管路
２２                電磁開閉弁
２３                低圧供給源
２４                制御装置
２５                駆動モータ
３０ａ              低圧ガス供給管
３０ｂ              ガス排出管
５０、６０          ドライガスシール装置
１００、１０１      圧縮機
【図１】
2004190783.tif 000003
【図２】
2004190783.tif 000004
【図３】
2004190783.tif 000005
【図４】
2004190783.tif 000006
【図５】
2004190783.tif 000007
【図６】
2004190783.tif 000008