JPH03381A - メカニカルシールの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、メカニカルシールの冷却装置に係り、特に１
例えば発電所用ボイラ給水ポンプなどの流体機械のメカ
ニカルシール装着部の冷却に好適な信頼性の高いメカニ
カルシールの冷却装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の発電所用ボイラ給水ポンプなどで、軸封装置とし
てメカニカルシール装置を使用しているが、そのメカニ
カルシールの冷却については、例えば、マイヤー（Ｅ−
ＭＡＹＥＲ）著、吉永義尊訳、「メカニカルシール」、
科学新聞社列、ページ２３４〜２３７に記載されている
ように、ポンプ回転軸に設けたポンピングリングや、ね
じポンプにより冷却液を昇圧し、この冷却液を循環ルー
プ途中に設けた熱交換器を介してメカニカルシール部に
供給する方式が多かった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、ポンプの回転軸に設けたポンピングリ
ングやねじポンプによってメカニカルシール冷却液を循
環させながらメカニカルシールを冷却する方式であるた
め、特に高温の流体を密封する必要のあるボイラ給水ポ
ンプ、ボイラ移送ポンプ、あるいはボイラ循環ポンプな
どの軸封装置に、この従来のメカニカルシール装置を使
用すると以下のような問題点があった。

１）冷却液をメカニカルシール部に循環させるためのポ
ンプ性能がよくないため、十分な冷却循環流量が確保で
きない場合がある。

２）低速回転の場合は、さらに冷却液循環性能が悪くな
り、回転数制御をするポンプ類に適用するのは不向きで
ある。

３）逆に高速回転になると、キャビテーション現象が発
生し、ポンプ性能が突然急落する恐れがある。

４）ポンプ起動時や停止時に正規の冷却液循環流量が確
保できない恐れがある。

５）ポンプ停止中の冷却液の循環は、サーモサイホン効
果と呼ばれる一種の熱対流現象に頼っているが、高温流
体を密封するメカニカルシールに対して大きな冷却効果
は期待できない。

６）メカニカルシール冷却液中に固形物が混在する場合
、メカニカルシールには摺動材の異状摩耗、固形物堆積
によるシールリング追随性の減退といった悪影響が現わ
れる。例えば、サイクロンセパレータは、冷却液循環ル
ープに設けて、これら固形物を分離排出するのに好適な
捕集装置であるが、固形粒子に旋回運動を与えてその遠
心力により分離するという原理に基づくものであるから
、サイクロンセパレータ入口と出口とにおける冷却液圧
力差は、少なくとも２０ｍ−Ａｑ以上が望ましい。

従来のメカニカルシール装置では、ポンピングリング等
による発生力が低く、サイクロンセパレータが必要とす
る差圧を確保することが困難であった。

以上述べた問題点のうち、１）ないし５）記載のものは
、いずれもメカニカルシールへの冷却効果を低減するも
ので、場合によっては密封摺動部の異常摩耗や熱ひずみ
による密封摺動面の開口といった不具合現象を誘発させ
、メカニカルシールからの異常漏洩を招くものである。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、メカニカルシールの冷却に好適な信頼
性の高いメカニカルシールの冷却装置を提供することを
、その目的とするものである。

また、本発明の他の目的は、コンパクトで簡便な機器構
成で、かつ１種々の機械への適用性にすぐれたメカニカ
ルシールの冷却装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係るメカ二カルシ
ールの冷却装置のもっとも基本的な構成は、メカニカル
シール装着部に冷却液を供給するメカニカルシール冷却
循環系を備え、このメカニカルシール冷却循環系に冷却
液供給ポンプを設け。

この冷却液供給ポンプを動力回収水車で駆動して、冷却
液をメカニカルシール装着部に供給するように構成した
ものである。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るメカニ
カルシールの冷却装置のより具体的構成は、流体機械の
メカニカルシール装着部に冷却液を供給するように冷却
液冷却用クーラを備えたメカニカルシール冷却循環系と
、このメカニカルシール冷却循環系に設けた冷却液供給
ポンプと、圧力液を注入することで動力を回収しうる動
力回収水車と、前記冷却液供給ポンプの回転軸と前記動
力回収水車の回転軸とを連結する軸接手とからなるもの
である。

なお、本発明を開発した考え方に沿って本発明の構成を
付記すると次のとおりである。

本発明に係るメカニカルシール冷却装置の構成は、冷却
液冷却用クーラを備えたメカニカルシール冷却液循環系
に、動力回収水車で駆動する冷却液供給ポンプを設置し
、かつ、この動力回収水車にメカニカルシール装着材料
機械の運転状態に左右されずに供給される圧力液、例え
ば軸受冷却水等を供給して冷却液供給ポンプを開動させ
、メカニカルシールへの冷却液の連続供給を行うように
したものである。

また、冷却液供給ポンプと、当該ポンプを駆動する動力
回収水車とは、簡便な構造となるよう両機器の機構を一
体ケーシング中に収納するようにしたものである。

さらに、冷却液供給ポンプの回転軸と動力回収水車の回
転軸とを連結する軸接手は、さまざまな動力伝達形態に
対応できるよう、少なくとも一組、望ましくは複数組の
マグネットカップリングを使用したものである。

さらに、冷却液供給ポンプを、メカニカルシール装着機
構の構成する系統とは無関係な系統の動力源でも駆動で
きるように、冷却液供給ポンプ珪区動用の動力回収水車
を別系統の液体移送ラインに設置したものである。

［作用］ メカニカルシール装着機械が構成するメカニカルシール
冷却用冷却液循環系の途中に冷却液供給ポンプを設置し
、かつ、このポンプを駆動するために動力回収水車をカ
ップリングを介して連結した。さらに、この動力回収水
車を、前記のメカニカルシール冷却用冷却液循環系のル
ープとは別のループで、かつ当該メカニカルシール装着
機械の運転状態に左右されずに圧力液が連続して移送さ
れているループ途中に設置した。

これにより、動力回収水車は、圧力液の持つエネルギを
回転動力に変換し、この水車にカップリングを介して連
結されている冷却液供給ポンプを駆動する。この結果、
冷却液循環系のループ内の冷却液は、冷却液供給ポンプ
により強制循環させられるので、メカニカルシールへは
必要量の冷却液が常時供給される。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第１図ないし第７図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るメカニカルシール冷
却装置を用いた高温ポンプの冷却水系統図、第２図は、
そのメカニカルシール冷却装置の冷却水供給ポンプの軸
と動力回収水車の軸とを連結するカップリング部の構造
を示す断面図である。

第１図において、１は、流体機械に係る高温ポンプのポ
ンプ本体、２は、スタフィンボックスのジャケット冷却
部、３はメカニカルシール装着部である。すなわち、前
記ポンプ本体１はメカニカルシール装着機械に相当する
。６は、メカニカルシール冷却循環系に係るメカニカル
シール冷却ループで、その配管途中には、循環する冷却
水を冷却するためのメカニカルシールクーラ７が配設さ
れている。

他から供給される冷却水は、冷却水入口部８ａから流入
し、ポンプ本体１のジャケット冷却部２とメカニカルシ
ールクーラ７へ注入され、熱交換したのちに合流し、冷
却水出口部８ｂを通って流出する。

４は、メカニカルシール冷却ループ６上で、メカニカル
シール装着部３の冷却水出口配管に設けた冷却水供給ポ
ンプであり、５は、ジャケット冷却部２の冷却水出口側
配管に設けた動力回収水車である。この冷却水供給ポン
プ４の回転軸と動力回収水車５の回転軸とはカップリン
グ９を介して連結されている。

次に、本実施例のメカニカルシールの冷却装置によるメ
カニカルシールへの冷却動作について説明する。

本系統では、ポンプ本体１の運転中あるいは停止中の如
何にかかわらず、冷却水が冷却水供給部８ａを通ってジ
ャケット冷却部２とメカニカルシールクーラ７へ注水さ
れている。動力回収水車５は、ジャケット冷却部２の冷
却水出口側配管に設けであるので冷却水はジャケット冷
却部２を冷却したのち、この配管を通って動力回収水車
５内へ流入する。ここで、冷却水のもつ動圧エネルギの
１部は水車の回転動力に変換され、この回転動力は動力
回収水車５の回転軸とカップリング９を介して接続して
いる冷却水供給ポンプ４の回転軸へ伝達され、冷却水供
給ポンプ４を駆動する。冷却水供給ポンプ４は、メカニ
カルシール冷却ループ６の途中に設けであるので、ルー
プ内のメカニカルシール冷却水は冷却水供給ポンプ４が
駆動されることにより循環し、メカニカルシールクーラ
７で冷却された後に、メカニカルシール装着部３に供給
されてメカニカルシールを冷却する。

本実施例によれば、本冷却水系統に他からの冷却水が供
給されている限り、メカニカルシール冷却ループ６に設
置されている冷却液供給ポンプ４は動力回収水車５によ
り連続駆動されてメカニカルシール装着部３へ冷却水を
供給し続ける。この結果、メカニカルシールが必要とす
る必要量の冷却水は常時確保されるので、ポンプ本体１
の運転状態に左右されず１こメカニカルシールへの効果
的な冷却動作が可能となる。したがって、冷却効果不足
によるメカニカルシール密封摺動面の異常摩耗や熱ひず
みによる密封摺動面の開口といった不具合現象は未然に
防止でき、信頼性の高いメカニカルシール装置を提供す
ることができる。

次に、第２図を参照して、動力回収水車と冷却液供給ポ
ンプとの連結部の構成の一例を説明する。

第２図において、１０は、冷却液供給ポンプのポンプ羽
根車、１１は、動力回収水車の水車羽根車で、それぞれ
ポンプ軸１４と水車軸１５に締結されている。

ポンプ軸１４の軸端にはマグネットカップリングの一構
成要素である従動マグネット１２を、また水車軸１５の
軸端には駆動マグネット１２を、また水車軸１５の軸端
には駆動マグネット１２を取付けてあり、ケーシング１
７で囲まれるポンプ羽根車１０側の部屋と水車羽根車１
１側の部屋とはシールケース１８で絶縁されている。１
６ａ。

１６ｂは軸受を示す。

第２図の実施例のカップリング機構を、先の第１図の実
施例のカップリングに用いれば、第１図で説明したもの
と同様の作用、効果がある他に、水車軸１５の回転動力
は駆動マグネット１２および従動マグネット１３を介し
て直接接触することなくポンプ軸１４へ伝達されるので
、ポンプ羽根車１０側のメカニカルシール冷却水はシー
ルケース１８部でシールされ水車羽根車１１側へ漏洩す
ることは全くない。したがって、メカニカルシールで密
封する流体の圧力が高圧であり、メカニカルシール冷却
液も必然的に高圧になる場合でも、動力回収水車５と冷
却水供給ポンプ４との機能は何ら支障なく発揮されるの
で、メカニカルシールへの効果的な冷却作用が期待でき
る。

次に、第３図は、本発明の他の実施例に係るメカニカル
シール冷却装置の冷却水系統図である。

図中、第１図と同一符号のものは同等部分であるから、
その説明を省略する。

第３図の実施例では、動力回収水車５は、メカニカルシ
ールクーラ７への冷却水供給系８のライン上で前記メカ
ニカルシールクーラ７の冷却水出口側配管に配設されて
いる。

第３図の実施例によれば、先の第１図の実施例と同様の
作用、効果が期待できる。

次に、第４図は、本発明のさらに他の実施例に係るメカ
ニカルシール冷却装置の冷却水系統図である。図中、第
１図と同一符号のものは同等部分であるから、その説明
を省略する。

第４図の実施例は、動力回収水車と冷却液供給ポンプを
複数台設置したものである。

第４図において、４ａ、４ｂは、メカニカルシール冷却
ループ６に設置した冷却水供給ポンプ、５ａ、５ｂは、
ジャケット冷却部２からの冷却水出口配管に設置した動
力回収水車で、それぞれカップリング９ａ、９ｂを介し
て冷却水供給ポンプ４ａ、４ｂに連結されている。

このように冷却水供給ポンプを直列に複数台設置するこ
とにより、冷却水供給ポンプの冷却水昇圧作用が増大す
るので、メカニカルシール冷却ループ６の配管抵抗が大
きい場合でも、先の第１図の実施例と同様の作用、効果
が期待できる。

第５図は１本発明の各実施例に係るメカニカルシール冷
却装置の主要機器となる冷却水供給ポンプおよび動力回
収水車まわりの構成の一例を示す縦断面図である。図中
、第２図と同一符号のものは同等部分であるので、その
説明を省略する。

第５図の実施例では、一体ケーシング１７Ａの内部に、
ポンプ羽根車１０、水車羽根車１１、およびマグネット
カップリングの駆動マグネット１２、従動マグネット１
３等の全機械要素を収納している。したがって、機器と
して非常にコンパクトになり、かつ、第１図の実施例で
説明したと全く同様の作用、効果が期待できる。すなわ
ち、他から供給される冷却水は、水車入口ノズル２１か
ら水車羽根車１１へ噴射されて水車羽根車１１を回転さ
せたのちに水車排水口２２から排出される。

ここで、回転力を得た水車羽根車１１はそれを締結して
いる水車軸１５を同時に回転させ、その回転動力を駆動
マグネット１２．従動マグネット１３を介してポンプ羽
根車軸１４へ伝達する。このポンプ羽根車軸１４の軸端
には、ポンプ羽根車１０が取付けであるのでポンプ羽根
車１０は回転し、ポンプ吸込口１９からメカニカルシー
ル冷却水を吸込んで昇圧したのちにポンプ吐出口２０か
らメカニカルシール冷却ループへ吐出する。この一連の
動作でメカニカルシール冷却水の循環ループが形成され
る。

次に、第６図は、マグネットカップリングによる動力伝
達態様を示す略示構成図である。図中、第２図、第５図
の部品と同一部は同一符号をもって示している。

第６図（ａ）は、先に第２＠、第５図で説明した構成の
ものであり、１個の水車羽根車１１の回転力を駆動マグ
ネット１２．従動マグネット１３を介してポンプ羽根車
１０へ伝達するものである。

第６図（ｂ）は、水車羽根車１１の水車軸１５の両端に
駆動マグネット１２を設け、２つのポンプ羽根車１０を
同時に回転駆動できるようにしたものである。

第６図（ｂ）の実施例によれば、１つの水車羽根車１１
で、２系統に設置されているポンプ羽根車１０の駆動が
可能となる。

第６図（０）は、２つの水車羽根車１１をマグネットカ
ップリングで連結してポンプ羽根車１０を回転駆動させ
るようにしたものである。

第６図（ｃ）の実施例によれば、２つの水車羽根車１１
を用いることによって、ポンプ羽根車１０を駆動するた
めの回転動力は倍増することになり、冷却水供給ポンプ
としての能力向上が可能となる。

このように、第６図に示す動力伝達態様によれば、マグ
ネットカップリングを複数個使用することにより、動力
回収水車の動力伝達方法のバリエーション化を図ること
ができ、種々のメカニカルシール装着機械のメカニカル
シール冷却に広く適用が可能となる。

次に、第７図は、本発明のさらに他の実施例に係るメカ
ニカルシールの冷却装置を用いた高温ポンプの冷却水系
統図である。図中、第１図と同一符号のものは同等部分
であるから、その説明を省略する。

第７図において、２４はオイル供給装置であり、このオ
イル供給装置２４は、メカニカルシール装着機械である
ポンプ本体ｌの近傍に施設されている当該ポンプ本体１
とは全く別の機器へ潤滑油を供給するものである。通常
、この種のオイル供給装置２４のオイル供給ライン２８
にはオイルポンプ２５とオイルクーラ２３とが具偏され
ており。

このオイルクーラ２３にはオイルと熱交換させるための
冷却水が通水されるものである。２６は、その冷却水供
給ライン、２７は冷却水戻りラインで、メカニカルシー
ル装着部まわりとは別系統の流体移送ラインを構成して
いる。

第７図の実施例では、オイルクーラ２３からその冷却水
戻りライン２７に動力回収水車５を設置し、かつ、この
動力回収水車５の回転軸と、ポンプ本体１のメカニカル
シール冷却ループ６に設置した冷却水供給ポンプ４の回
転軸とをカップリング９を介して連結している。

第７図の実施例によれば、メカニカルシール装着機械（
ポンプ本体１）とは無関係な液体移送ライン、すなわち
オイルクーラの冷却水戻りライン２７を流れる冷却水の
動圧エネルギから冷却水ポンプ４の駆動力が得られるの
で、先の第１図の実施例で説明したものと同様の作用、
効果が期待される。

また、メカニカルシールへの冷却水を供給する冷却水供
給ポンプの動力源を、メカニカルシール装着機械が構成
する系統とは無関係な別系統から得る方式なので、さま
ざまなメカニカルシール冷却方式への展開が可能となる
。

［発明の効果］ 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、メカニ
カルシールの冷却に好適な信頼性の高いメカニカルシー
ルの冷却装置を提供することができる。

また、コンパクトで簡便な機器構成で、かつ、種々の機
械への適用性にすぐれたメカニカルシールの冷却装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るメカニカルシール冷
却装置を用いた高温ポンプの冷却水系統図、第２図は、
そのメカニカルシール冷却装置の冷却水供給ポンプの軸
と動力回収水車の軸とを連結するカップリング部の構造
を示す断面図、第３図は、本発明の他の実施例に係るメ
カニカルシール冷却装置の冷却水系統図、第４図は、本
発明のさらに他の実施例に係るメカニカルシール冷却装
置の冷却水系統図、第５図は、本発明の各実施例に係る
メカニカルシール冷却装置の主要機器となる冷却水供給
ポンプおよび動力回収水虫まわりの構成の一例を示す縦
断面図、第６図は、マグネットカップリングによる動力
伝達態様を示す略示構成図、第７図は、本発明のさらに
他の実施例に係るメカニカルシールの冷却装置を用いた
高温ポンプの冷却水系統図である。 １・・・ポンプ本体、２・・・ジャケット冷却部、３・
・・メカニカルシール装着部、４，４ａ、４ｂ・・・冷
却水供給ポンプ、５．５ａ、５ｂ・・・動力回収水車、
６・・・メカニカルシール冷却ループ、７・・・メカニ
カルシールクーラ、９・・・カップリング、１０・・・
ポンプ羽根車、１１・・・水車羽根車、１２・・・駆動
マグネット、１３・・・従動マグネット、１４・・・ポ
ンプ軸、１５・・・水車、１７．１７Ａ・・・ケーシン
グ、１８・・・シールケース、２３・・・オイルクーラ
、２４・・・オイル供給装置、２６・・・冷却水供給ラ
イン、２７・・・冷却水戻りライン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、メカニカルシール装着部に冷却液を供給するメカニ
   カルシール冷却循環系を備え、このメカニカルシール冷
   却循環系に冷却液供給ポンプを設け、この冷却液供給ポ
   ンプを動力回収水車で駆動して、冷却液をメカニカルシ
   ール装着部に供給するように構成したことを特徴とする
   メカニカルシールの冷却装置。 ２、流体機械のメカニカルシール装着部に冷却液を供給
   するように冷却液冷却用クーラを備えたメカニカルシー
   ル冷却循環系と、 このメカニカルシール冷却循環系に設けた冷却液供給ポ
   ンプと、 圧力液を注入することで動力を回収しうる動力回収水車
   と、 前記冷却液供給ポンプの回転軸と前記動力回収水車の回
   転軸とを連結する軸接手と からなることを特徴とするメカニカルシールの冷却装置
   。 ３、流体機械のジャケット冷却部の冷却水供給系に動力
   回収水車を配設したことを特徴とする請求項１または２
   記載のいずれかのメカニカルシールの冷却装置。 ４、メカニカルシール冷却循環系に具備される冷却液冷
   却用クーラへの冷却水供給系に、動力回収水車を配設し
   たことを特徴とする請求項１または２記載のいずれかの
   メカニカルシールの冷却装置。 ５、流体機械のメカニカルシール装着部まわりとは別系
   統の流体移送ラインに、動力回収水車を配設したことを
   特徴とする請求項１または２記載のいずれかのメカニカ
   ルシールの冷却装置。 ６、冷却液供給ポンプと動力回収水車との間に、メカニ
   カルシール冷却液の漏洩を防止しうる密封ケースを設け
   るとともに、前記冷却液供給ポンプおよび前記動力回収
   水車の両機構を一体ケーシングに収納したことを特徴と
   する請求項１または２記載のいずれかのメカニカルーシ
   ールの冷却装置。 ７、冷却液供給ポンプの回転軸と動力回収水車の回転軸
   とを連結する軸接手を、少なくとも一組のマグネットカ
   ップリングとしたことを特徴とする請求項２記載のメカ
   ニカルシールの冷却装置。