JP2002022018A - 回転軸のグランドパッキンによる軸封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】微粉粒体のシール面への侵入を極力防止して、
グランドパッキンの内周面の摩耗を低減し、グランドパ
ッキンの増し締めの頻度を低減させるとともに、軸封装
置の耐久性を向上させる。 【解決手段】微粉粒体が混入した高圧ガスに対するグラ
ンドパッキンＧによる軸封装置について、高圧容器内部
側から順に、リップシールによるダストシール２、ラビ
リンスシールＲ、シールガスによる流体シールＦ、グリ
ース潤滑したグランドパッキンＧを配置し、上記グラン
ドパッキンのグランド押え端部に外部シール１９を配置
し、外部より導入したシールガスを上記流体シール部
Ｆ、上記ラビリンスシールＲ、上記ダストシール２を通
過させて容器内部へ放出させる一方、流体シール部空間
より適量のシールガスを外部へ排出させて、なおかつ侵
入してきた粉体をグランドパッキンに接触する前に、積
極的かつ確実に外部へ排出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微粉粒体を含む高温
高圧気体の中に設置される回転軸を持った機械装置のグ
ランドパッキンによる軸封装置に関するものであり、微
粉粒体の侵入によるグランドパッキンの摩耗、当該摩耗
に伴うシール機能の低下を抑制して、グランドパッキン
による軸封装置の耐久性を著しく向上させるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】微粉粒体が混入している高温、高圧（例
えば１ｋｇ／１ｃｍ^２以上）ガス容器の端壁を貫通する
回転軸をグランドパッキンによる軸封装置でシールして
いる機械装置には様々なものがある。特に加圧流動床ボ
イラ（以下ＰＦＢＣという）においては、高温高圧の燃
焼ガスにサブミクロンから数ｍｍの範囲で灰粒子が入っ
ており、ＰＦＢＣ本体より抜き出される炉底灰やサイク
ロン等で補集されるフライアッシュを、回転軸を有する
機械装置で排出することも行われており、その軸封装置
としては図２に示すようなグランドパッキンと不活性ガ
スによる流体シールの組み合わせたものが一般的に使用
されている。図２に示す軸封装置はＰＦＢＣの炉底灰や
フライアッシュの冷却搬送用として設置されたスクリュ
ーフィーダの軸封装置例である。スクリューフィーダの
端壁２０をスクリューフイーダ軸２１が貫通しており、
内部側よりグランドパッキン２２、シールガス導入用ラ
ンタンリング２３、グランドパッキン２４の順で配置さ
れている。ランタンリングより導入される不活性ガス
（空気又はＮ_２ガス等）はスクリューフィーダの内圧よ
り若干高い圧力で調節され、スクリューフィーダ内部よ
りグランドパッキン側に侵入しようとする微粉灰を確実
にパージしようとするものである。以上の従来の軸封装
置においては、不活性ガスによってグランドパッキンに
侵入してきた灰をパージしようとするものであるが、回
転軸の擁みや振れ等によって回転軸とグランドパッキン
の隙間が均一とはならず、パージガスの流速もアンバラ
ンスとなって多少とも微粉灰がグランドパッキンに侵入
し、グランドパッキン内面と接触することは避けられな
い。石炭灰は摩耗性が高く、一旦グランドパッキンに接
触するとグランドパッキンを激しく損傷させることとな
り、シールガス量の著しい増加をもたらすと共に頻繁な
グランドパッキンの増し締めを必要とすることになる。
また、その結果として、グランドパッキンの頻繁な交換
も必要となり、メンテナンスコストが高くなる。上記の
問題は、定性的には、微粉粒体の摩耗性（研磨作用）の
大小に関わらず生じる問題であるが、石炭灰の場合は、
それが極めて著しいので特に重大な問題である。

【０００３】

【解決しようとする課題】そこで、本発明は、微粉粒体
が混入した高圧ガスの対するグランドパッキンによる軸
封装置について、微粉粒体のグランドパッキン内面への
侵入を確実に防止することをその課題とするものであ
る。

【０００４】

【課題解決のために講じた手段】上記解決のために採用
した手段は、微粉粒体が混入した高圧ガスに対するグラ
ンドパッキンによる軸封装置を前提として、次の（イ）
から（ニ）によって構成されるものである。 （イ）高圧容器内部側から順に、ダストシール、ラビリ
ンスシール、シールガス流入口と排気口の有る流体シー
ル部、グランドパッキンを配置したこと、（口）シール
ガスの流入口と排気口を設け、その流量を調節する機器
を設けたこと、（ハ）グランドパッキンの中間部にグリ
ース溜め部を設けたこと、（ニ）グランド押え部に外部
シールを設けたこと。

【０００５】

【作用】調節弁やオリフィス等で流量調節されたシール
ガス（空気やＮ_２ガス等の不活性ガス）がラビリンスシ
ール、ダストシールを通過して、容器内部に放出され
る。ダストシールは圧力温度条件に応じたゴム等の弾性
体で製作されるので、回転軸とダストシール間の隙間は
常に最小に保持され、パージ可能なシールガス速度を確
保するのに少ないシールガス量で済むことになる。ラビ
リンスシールは金属製、非金属製に関わらず、製作可能
な範囲で、できる限り回転軸との隙間が小さくなるよう
にし、シールガスの周方向の均一化を図ると共に、ダス
トシールが万一損傷した場合のバックアップとしても機
能する。回転軸が傾いている場合等にあっては、それだ
けでは微粉粒体の侵入を完全に防ぐことができず、流体
シール部に設けた排気口より侵入してきた微粉粒体を強
制的に排出する。この排気量はシールガス流入量と圧力
容器内への必要パージ量との関係から計算され、制御弁
やオリフィス等で調節される。また、侵入してきた微粉
粒体を効果的に排出する為に排気口はシールガスの流入
口よりも内部側に設け、シールガスが微粉粒体の侵入方
向に対して対向流れとなるようにする。以上で、侵入し
てきた微粉粒体がグランドパッキンに接触することな
く、排出されることになるが、より安全で確実を期す為
にはシールガスがグランドパッキン側から大気へ逃げな
いようにすることが必要である。その為に、グランドパ
ッキンをグリースで強制潤滑し、グランドパッキン内面
でのシール性向上を図るとともに、グランドパッキンの
延命化を図る。また、グランド押え部にゴム等の弾性体
で製作したシールや黒鉛等で製作したメカニカルシール
等の外部シールを設置することで、グランドパッキンに
かかる内外圧力差を僅少としてシールガスが大気へ逃げ
るのを最小限とすることができる。

【０００６】

【実施例】次いで、本発明を加圧流動床ボイラのサイク
ロン下に付設されたスクリューフイーダの回転軸の軸封
装置に適用した例について、図１を参照しつつ説明す
る。周囲温度に適した耐熱ゴム製（例えばフッソ樹脂
系）のリップ付ダストシール２を容器２０の壁の最内側
に設置し、高温粉粒体の殆どを遮断する。尚、高温粉粒
体の温度がシール材の許容温度を超える恐れがある場合
には、周囲を水冷構造としたり、シール材の前に難燃性
のシートパッキンを設置することもできる。ダストシー
ルの次に金属製もしくは非金属製（例えぱ板ガスケット
等）の板状リング３を複数枚設置して、ラビリンス効果
をもたらし、少ないシールガスでダストシールを通過し
た微粉を効果良くパージできるようにする。上記ダスト
シールとラビリンスシールを、ボルトを締めて円筒体４
で締め付ける。円筒体４の容器側端部には内周面に２つ
の環状溝を隣接して設け、外部側の環状溝７には不活性
ガス（例えばＮ_２ガス）の供給孔１０を連通させ、内部
側の環状溝８には不活性ガス排出孔１１を連通させてい
る。不活性ガス供給配管には、ダストシール部やラビリ
ンスシール部から侵入しようとする微粉体をパージする
のに最適な流速となるように、オリフィス（又は調節
弁）を設けている。また、排気管には、不活性ガス供給
量の１０〜３０％程度の量を排出するようなオリフィス
を設置し、ラビリンスを通過した粉体を確実に系外へ排
出するとともに、ラビリンス等の経年的な損傷に対して
も容器内部の高温ガスが出ることがないようにしてい
る。円筒体４の他端部はスタフィングボックス形状と
し、グランドパッキンリング１２，１３を設置して（同
種又は異種のもの２枚以上）、グランドパッキングルー
プＡを形成している。グランドパッキングループＡの外
側には断面をＨ型形状としたスペーサリング１４を介在
させ、スペーサリングの空間部にはグリースを充填させ
ている。またスペーサリングには外部からもグリース補
充可能なように円筒体にはグリース注入孔を設けてい
る。スペーサリングの外側にはグランドパッキンリング
１２，１３を設置して（同種又は異種のもの３枚以
上）、グランドパッキングループＢを形成している。グ
ランドパッキングループＡ，Ｂに常に適度な締め付け面
圧を与える為にグランドパッキン押え１７をスプリング
によって押し付けている。グランドパッキン押え１７の
端部には耐熱ゴム製の外部シール１９を設け、グリース
流出防止と、グランドパッキンにかかる差圧の最小化を
図っている。図１において、端壁２０の左方がスクリュ
ーフィーダの内部であり、このスクリューフィーダの回
転軸は１５度傾いている。供給孔１０から注入されたＮ
_２ガスは、環状溝７から環状溝８に至る過程で、侵入し
てきた粉体を効果的にパージするようにＮ_２ガスカーテ
ンを形成する。環状溝８でＮ_２ガスはラビリンスシール
側のパージガス用と、侵入してきた粉体を系外へ排出す
る排気孔１１側への排気ガス用に分岐される。パージガ
ス用のＮ_２ガスは多段のラビリンスシールＲを通過し、
さらにリップシール構造のダストシールを通過してスク
リューフィーダ内部に吹き出す。この実施例ではラビリ
ンス部やダストシール部でのガス通過速度を３ｍ／秒以
上とし、侵入してくる粉体の可能最大粒径に対する沈降
速度以上を確保するようにしている。また、供給管１６
から充填されたグリースがグリース溜め１５に満たされ
ているので、グランドパッキングループＡ，Ｂの回転軸
との摺動面は油膜で潤滑されており、Ｎ_２ガスの大気側
への逃げを防ぐとともにグランドパッキンの摩耗を抑制
している。グランドパッキンが摩耗し、大気へのＮ_２ガ
ス流出が増加すると、侵入してきた粉体もグランドパッ
キンと回転軸の隙間に入り込み易くなり、グランドパッ
キンは加速度的に摩耗損傷することになる。これを防ぐ
為にこの実施例ではグランドパッキン押えの端部にはＮ
_２ガスの流出を最小限とするように耐熱ゴム製のＵ形状
のシールを設置している。

【０００７】

【効果】以上のとおり、この発明は、リップ形状のダス
トシールやラビリンスシール部でのシールガスによるパ
ージ作用、中間部でのパージガスによるエアカーテン作
用、並びに侵入してきた微粉体を強制的に系外へ排出す
る粉体排除作用により、グランドパッキンヘの微粉体の
侵入は阻止され、グランドパッキンの侵入粉体による摩
耗損傷を防ぐことができる。また、グランドパッキング
ループ間にグリース溜めを設け、更にグランドパッキン
押え端部に外部シールを設けることで、上記効果が確実
に更に向上し、また、グランドパッキンによる軸封装置
の耐久性を大きく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は実施例のグランドパッキンによる回転軸の軸
封装置の断面図である。

【図２】は従来のグランドパッキンによる回転軸の軸封
装置の断面図である。

【図３】は本発明を適用した石炭焚ボイラのサイクロン
に付設された石炭灰搬送用スクリューフィーダの正面図
である。

【符号の説明】

２：リップシールリング（ダストシール） ３：ラビリンスリング ４：円筒体 １０：Ｎ_２ガス給孔１０ １２，１３：グランドパッキンリング １４：スペーサリング １５：グリス溜め １７：グランド １９：外部シール ２０：容器の端壁 ２１：回転軸 Ｅ：逃し口 Ｆ：流体シール Ｇ：グランドパッキン Ｒ：ラビリンスシール Ｓ：スリーブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越智一由 東京都江東区南砂２丁目11番１号川崎重工 業株式会社東京設計事務所内 (72)発明者 石川徳昭 東京都江東区南砂２丁目11番１号川崎重工 業株式会社東京設計事務所内 Ｆターム(参考） 3J042 AA04 AA12 BA03 CA10 DA09 3J043 AA16 DA09 HA01 HA03 HA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微粉粒体が混入した高圧ガスに対する、グ
   ランドパッキンによる回転軸の軸封装置において、 高圧容器内部から、ダストシール、ラビリンスシール、
   流体シール部、グランドパッキンが順に配置されてい
   て、流体シール部に流入させたシールガスで上記ラビリ
   ンスシール、上記ダストシールを通過させて、侵入しよ
   うとする微粉粒体をパージすると共に、流体シール部に
   設けた排気口より侵入してきた微粉粒体を積極的に排出
   するようになっている回転軸の軸封装置。
2. 【請求項２】上記シールガスの流入口とシールガスの排
   気口の軸方向の位置をずらし、侵入してくる微粉粒体を
   対向流れのシールガスで排気するようにした請求項１の
   軸封装置。
3. 【請求項３】シールガスの流入量と排気量を調節し、シ
   ールガス量を抑制しながら高圧容器内部へのパージ量を
   確保すると共に侵入した微粉粒体を確実に排気するよう
   にした請求項１乃至請求項２の軸封装置。
4. 【請求項４】グランドパッキンのシール性向上並びに延
   命化の為に摺動面にグリースを強制潤滑させるようにし
   た請求項１乃至請求項３の軸封装置。
5. 【請求項５】グランドパッキンの外側に外部シールを設
   け、高圧容器内部ガスの外気への流出を抑えると共に、
   グランドパッキンヘのダスト侵入を防ぐようにした請求
   項１乃至請求項４の軸封装置。