(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ーシングと、前記軸受よ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ター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の回転環と第２の回転環と、第１の回転環に対向し前記ケーシングに固定された第１の静止環と、第２の回転環に対向し前記ケーシングに固定された第２の静止環と、前記第１の静止環と第２の静止環とを圧縮機の機内側に押圧するばね手段とを有し、前記第２の回転環と第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を設け、前記第１の回転環と第１の静止環とは作動ガスが機外に漏れるのを防止する一次ドライガスシールを構成し、前記第２の回転環と第２の静止環とは一次ドライガスシールから漏れた作動ガスが機外に漏れるのを防止する二次ドライガスシールを構成し、前記パージガス供給ラインに二次ドライガスシールから漏れた作動ガスの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。
【請求項２】
前記異常流量検出手段は、流量スイッチであることを特徴とする請求項１に記載のターボ形流体機械。
【請求項３】
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圧力制御手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載のターボ形流体機械。
【請求項４】
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項３に記載のターボ形流体機械。
【請求項５】
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項３に記載のターボ形流体機械。
【請求項６】
前記第１の回転環と第１の静止環の背面側に、この第１の回転環と第１の静止環部を漏れたガスを機外に導く一次ドライガスシールベントラインを設けたことを特徴とする請求項１に記載のターボ形流体機械。
【請求項７】
前記一次ドライガスシールベントラインに、オリフィスと圧力スイッチと流量計とを設けたことを特徴とする請求項６に記載のターボ形流体機械。
【請求項８】
ター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ールであって、ロータに固定された第１の回転環と第２の回転環と、第１の回転環に対向しケーシングに固定された第１の静止環と、第２の回転環に対向し前記ケーシングに固定された第２の静止環と、前記第１の静止環と第２の静止環とを圧縮機の機内側に押圧するばね手段と、前記第２の回転環と第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有し、前記第１の回転環と第１の静止環とは作動ガスが機外に漏れるのを防止する一次ドライガスシールを構成し、前記第２の回転環と第２の静止環とは一次ドライガスシールから漏れた作動ガスが機外に漏れるのを防止する二次ドライガスシールを構成し、前記二次ドライガスシール装置は、この二次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し、この異常検出手段は、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イッチとを備えていることを特徴とするターボ形流体機械に用いられるドライガスシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ーボ形流体機械の異常検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、作動ガスがベア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イガスシールと、この一次ドライガスシールが破損した時のバックアッ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ェックすることにより、一次ドライガスシールの状態を監視している。
【０００３】
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イ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。
【０００４】
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、この一次ドライガスシールベ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号公報に記載されている。さらに、ドライガスシールを用いたスクリュー圧縮機において、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。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２９６７８号公報
【特許文献２】特開平４−１８７８９７号公報
【特許文献３】特開平７−２０８３３０号公報
【特許文献４】特開平４−２２８９７５号公報
【特許文献５】特開平４−２２８９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
正常運転時にはドライガスシー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、二次ドライガスシー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。しかしながら、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。
【０００７】
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イ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ベ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ベアリング側へ流れる。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、オリフィスや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。
【０００８】
ところで、二次ドライガスシー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、一次ドライガスシールが破損した時のバックアップをするものであるので、ター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イ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。
【０００９】
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、ターボ形流体機械に用いられるドライガスシー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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、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、前記ロータと前記軸受とを収納するケーシングと、前記軸受よ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ター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の回転環と第２の回転環と、第１の回転環に対向し前記ケーシングに固定された第１の静止環と、第２の回転環に対向し前記ケーシングに固定された第２の静止環と、前記第１の静止環と第２の静止環とを圧縮機の機内側に押圧するばね手段とを有し、前記第２の回転環と第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を設け、前記第１の回転環と第１の静止環とは作動ガスが機外に漏れるのを防止する一次ドライガスシールを構成し、前記第２の回転環と第２の静止環とは一次ドライガスシールから漏れた作動ガスが機外に漏れるのを防止する二次ドライガスシールを構成し、前記パージガス供給ラインに二次ドライガスシールから漏れた作動ガスの異常流量検出手段を備えたものである。
【００１１】
そして好ましくは、異常流量検出手段は、流量スイッチである；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圧力制御手段を設ける；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の回転環と第１の静止環の背面側に、この第１の回転環と第１の静止環部を漏れたガスを機外に導く一次ドライガスシールベントラインを設ける；一次ドライガスシールベントラインに、オリフィスと圧力スイッチと流量計とを設けるものである。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の他の特徴は、ター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ールであって、ロータに固定された第１の回転環と第２の回転環と、第１の回転環に対向しケーシングに固定された第１の静止環と、第２の回転環に対向し前記ケーシングに固定された第２の静止環と、前記第１の静止環と第２の静止環とを圧縮機の機内側に押圧するばね手段と、前記第２の回転環と第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有し、前記第１の回転環と第１の静止環とは作動ガスが機外に漏れるのを防止する一次ドライガスシールを構成し、前記第２の回転環と第２の静止環とは一次ドライガスシールから漏れた作動ガスが機外に漏れるのを防止する二次ドライガスシールを構成し、前記二次ドライガスシール装置は、この二次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し、この異常検出手段は、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イッチとを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
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イ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イッチで検出するので、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ス配管、制御弁、流量スイッチ等を必要とするだけであり、安価に二次ドライ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。図１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。
【００１５】
この回転軸３と遠心羽根車２が一体となったロータ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及び軸受をケーシング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、この図１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。
【００１６】
そして、シール部６及び軸受部５の双方を覆うようにケーシング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（図１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。
【００１７】
次に、上記一軸多段遠心圧縮機のシール部６の詳細を図２に示す。図２は、図１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イガスシールと、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。
【００１８】
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３０に保持され、ロータ４とともに回転する回転環７ａ，７ｂと、この回転環７ａ，７ｂとの間でシール面を形成する静止環８ａ，８ｂとを有している。静止環８ａ，８ｂの背面側には、バネ３２ａ，３２ｂが配設されており、静止環８ａ，８ｂと回転環７ａ，７ｂとの間のシールを制御している。静止環８ａ，８ｂの内周側には、静止環８ａ，８ｂとケーシング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、Ｏ−リング３１ａ，３１ｂが配設されている。
【００１９】
さらに、ケーシング１の内周部と保持部材３０間には隙間が形成されており、回転環
７ａと静止環８ａ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１１に流入し、この空間に連通する一次ドライガスシールベントライン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ーシング１の内周部と保持部材
３０間には隙間が形成されており、回転環７ｂと静止環８ｂのシール面を漏れた作動ガスおよび後述するパー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３５間に形成された部屋３３から外部流路３４を経由して機外へ導かれる。
【００２０】
一次ドライガスシール９から漏出した作動ガスは、空間１１から一次ドライガスシールベントライン１２へ導かれるが、その際、二次ドライガスシール１０に漏れ込むのを防止するためにラビリンスシール１６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１６は、二次ドライガスシール部でのケーシング１と保持部材３０との接触も防止している。一次ドライガスシールベントライン１２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１３が設けられている。このオリフィス１３で検出された流量を、流量計１５に導く。
【００２１】
一方、一次ドライガスシールベントライン１２内の圧力を圧力スイッチ１４に導く。この圧力スイッチ１４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１３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。
【００２２】
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１６部を経てラビリンス１６の背面側に形成された空間１８へ流入する。この空間１８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。このパージガスの圧力は、一次ドライガスシールベントライン１２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。
【００２３】
パージガスは、パージガスライン２４から供給されるが、このパージガスライン２４にはこのパージガスライン２４を流れるパージガス量を制御する制御弁１９と、この制御弁１９と空間１８の間に設けた流量スイッチ２３、およびこのパージガスライン２４内のパージガスの圧力を検出する圧力トランスミッタ２０が設けられている。圧力トランスミッタ２０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２０が検出した信号をコントローラ２１に入力し、コントローラ２１が制御弁１９の開度をフィードバック制御する。この結果、空間１８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。
【００２４】
この図２においては、空間１８の上流側に流量スイッチ２３が設けてある。この流量スイッチ２３の作用は、以下の通りである。二次ドライガスシール１０が正常に作動していると、パージガスライン２４の流路抵抗は一定であり、パージガスライン２４を流れる流量は一定になる。これは、回転環７ｂと固定環８ｂとのシール面１７のギャップおよびラビリンスシール１６と保持部材３０間のギャップが安定していることによる。
【００２５】
これに対して、二次ドライガスシール１０に異常が発生すると、回転環７ｂと固定環
８ｂとの間のシール面１７のギャップが不安定となり、このシール面１７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２４の圧力は、制御弁１９により一定に制御されるが、シール面１７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２４に多量のパージガスが流れる。これにより、流量スイッチ２３の検出する流量も増加し、二次ドライガスシール１０の異常が検出される。
【００２６】
図３に、上記図２の制御弁１９および圧力トランスミッタ２０の代わりに、自力弁19ｂを用いた例を示す。この自力弁１９ｂは、ダイアフラム２２を備えており、パージガスライン２４の圧力がこのダイアフラム２２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ローラが不要になり、構成がより簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のターボ形流体機械の一実施例の模式図。
【図２】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。
【図３】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。
【符号の説明】
【００２８】
１…ケーシング、２…羽根車、３…回転軸、４…ロータ、５…軸受部、６…シール部、７ａ，７ｂ…回転環、８ａ，８ｂ…静止環、９…一次ドライガスシール、１０…二次ドライガスシール、１１…空間、１２…一次ドライガスシールベントライン、１３…オリフィス、１４…圧力スイッチ、１５…流量計、１６…ラビリンスシール、１７…シール面、
１８…空間、１９…制御弁、２０…圧力トランスミッタ、２１…コントローラ、２２…ダイアフラム、２３…流量スイッチ、２４…パージガスライン、３１ａ，３１ｂ…Ｏ−リング、３２ａ，３２ｂ…ばね、３４…外部流路、３５…ホルダ部。
【図１】
0003979091.tif 000002
【図２】
0003979091.tif 000003
【図３】
0003979091.tif 000004