JPH0474590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はビスコシールを用いた軸封装置に関
し、詳しくは蒸気タービンあるいはポンプ等の回
転軸からの被密封流体の漏れを防ぐ軸シールのう
ち、化学的に活性な物質に使用するに好適なビス
コシールを用いた軸封装置に関するものである。

［従来の技術および本発明の背景］ 従来から軸シールには、例えば、水蒸気タービ
ンの軸シールの場合、接触式のメカニカルシール
や蒸気圧を減じて行く非接触式ラビリンスシール
が使われてきた。メカニカルシールは接触式であ
るため、シール圧も大きく完全密封に近い状態に
できる利点があるが、蒸気等被密封流体の種類に
よつては、シール材料に腐食を生じるため、例え
ば被密封流体は金属カリウム蒸気のような化学的
に非常に活性な物質の場合には長時間使用できな
いなど、かなりの制約を受ける。また一方のラビ
リンスシールは非接触式のため被密封流体による
腐食に関してはそれほど厳しくないが、その漏れ
を完全に防ぐことはその構造上できない。

これらの軸シールに対して、対応ビスコシール
は実用例がほとんどなく、わずかに高速増殖炉用
ナトリウムポンプの軸シールや米国のNASAが
宇宙電源用発電機に使用することを計画したこと
が知られている程度である。対向ビスコシールは
化学的に非常に活性な物質を被密封流体とする場
合にでもほぼ完全な密封が可能である反面、軸シ
ール長当たりの密封圧力が小さいこと、軸回転停
止時には漏れる欠点がある。また、ビスコシール
においては、回転軸と固定部（ハウジング）との
間隔を小さくするか、軸回転数を大きくすること
により密封圧力を大きくすることができる筈であ
るが、現実にはこれらに限界があり、それほど大
きくできない。なお、この対向ビスコシールを使
用する場合の回転停止の漏れについてはシールシ
ステムおよびシステム運転方法によつて十分カバ
ーできることが確認されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、上述の対向ビスコシールの欠
点を除去し、被密封流体の圧力変動に対応して適
切に良好な密封状態が保たれるように制御される
ビスコシールを用いた軸封装置を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、回転
機器内の被密封流体が回転機器の回転軸に沿つて
漏洩するのを防止するビスコシールを用いた軸封
装置において、回転軸に沿つて配設され、互いに
ねじの向きが反対のビスコシールと、ビスコシー
ルのねじの対向部に一定水頭の密封流体を供給す
る手段と、ビスコシールの回転機器とは反対側の
端部に不活性ガスを供給する手段と、被密封流体
と不活性ガスとの圧力差を検知する差圧検知手段
と、不活性ガスの圧力を差圧検知手段により検知
された圧力差に基づいて制御する手段とを備えた
ことを特徴とするものである。

［作用］ 本発明のビスコシールを用いた軸封装置におい
ては、例えば被密封流体側の圧力が上昇すると、
ビスコシール対向部の被密封流体側とは反対側の
位置に設けられた遮蔽室に供給されている不活性
ガスの圧力と上記被密封流体の圧力との圧力差が
差圧検知手段により検知されて、不活性ガスの圧
力が高められ、また、被密封流体の圧力が不活性
ガスの圧力より低くなると、その差圧が差圧検知
手段により検知され、不活性ガスを逃し、その圧
力が低められて、ビスコシール内において、その
満たされた密封流体を介し、常に被密封流体側と
遮蔽室側とが圧力の均衡を保つように制御される
ことによつて、圧力の高いような被密封流体に対
しても効果的にビスコシールの特性を発揮し、良
好な密封状態を保たせることができる。

［実施例］ 以下に図面に基づいて本発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、本例はカリ
ウム蒸気タービンの回転軸に適用した例を示す。
ここで、１はカリウム蒸気タービン、２はその回
転軸であり、図の右方に、図示しないが例えば発
電機が装着されている。３および４は互いに逆向
きのねじが設けられていて回転軸２上に組込まれ
たビスコシールであり、これらのビスコシール３
および４のポンプ作用によりその中央部（以下で
対向部といい、この部分にはねじが説けられてな
い）５に供給される密封流体のシーラントに圧力
を持たせタービン１側からの蒸気を軸封する。こ
のような装置は対向ビスコシールと称されるもの
で、本発明はこのようなビスコシールを用いた対
向ビスコシールによる軸封装置にかかるものであ
る。

６は対向部５の上方に設けられ、シーラントと
してカリウム液を貯留している液槽であり、液槽
６から対向部５に向けてシーラント７が充填され
る。８は対向ビスコシールの右端に設けられた遮
蔽室であり、遮蔽室８には後述するようにして、
不活性ガス（以下でカバーガスという）が所定の
圧力を保つて供給される。

このような対向ビスコシールにおいては、ター
ビンケーシング１Ａ側から被密封流体であるカリ
ウム蒸気が軸２に沿つて漏洩しようとするのに対
し対向ビスコシールのポンプ作用によつて、左側
のビスコシール３および右側のビスコシール４に
気液界面９および１０が保たれるようにするもの
で、この場合、左側の気液界面９は、液槽６の水
頭ｈとカバーガス圧力との和が、カリウム蒸気の
圧力と左側のビスコシール３におけるポンプ圧力
との和と均合う位置に発生し、また、右側の気液
界面１０は、水頭ｈと右側のビスコシール４にお
けるポンプ圧力とが均合う位置に発生するように
する。

そこで、本例では、遮蔽室８と液槽６の上部空
間とを連通管１１によつて連通させるようになす
と共に、遮蔽室８とタービンケーシング１Ａとの
圧力差を検知する差圧検知センサ１２を設け、更
に連通管１１には図示しないカバーガス供給用の
タンク等の供給源から電磁弁１３を介してカバー
ガスが補充されるようになして、この電磁弁１３
をコンピユータ機能を有する圧力制御器１４によ
つて開閉動作させるようにする。

かくして、被密封流体であるカリウム蒸気の圧
力とカバーガスの圧力との差が常に所定の条件に
保たれるように圧力制御器１４を介して電磁弁１
３の開閉動作を制御する。１５はニードル弁など
の手動弁であり、手動弁１５によつて電磁弁１３
を開弁したときの流量の調整を可能とする。１６
はガス供給源からのガスの圧力を予め供給に必要
な圧にまで減圧しておくための減圧弁である。

また、遮蔽室８にはカバーガスの圧力を低める
制御のためにドレン溜り１７を介して不図示の低
圧タンクにガスを導く通路に電磁弁１８および手
動調整弁１９が設けられている。２０および２１
は遮蔽室８の側と発電機側との間に設けたメカニ
カルシールであり、更にこの間には図示しない軸
受が設けられるが、メカニカルシール２０と２１
との間には潤滑油２２を循環させるようにしてあ
る。

なお、ここで、シーラント液槽６においては、
その水頭ｈがタービンケーシング１Ａ内の蒸気圧
の変動のいかんにかかわらず常に一定に保たれる
ようにするために、できるだけ液槽６の内径を大
きくしておくと共に、例えば本例で示したように
補給槽２３等を設けて液面の調整が可能なように
するのが好適である。

このようにビスコシールを用いて構成した軸封
装置においては、タービン１側の蒸気圧力の変動
に応じて左側の気液界面９が移動するが、この移
動の許容される範囲は左側のビスコシール３のケ
ーシング１Ａ側端部からの対向部５までの間であ
り、この間に気液界面９が保たれるようにするに
はポンプ圧力分がその変動範囲を越えないように
遮蔽室８内のカバーガスの圧力を、タービン１側
蒸気圧の変動に対応して制御すればよい。

いま、第１図において、何らかの原因でタービ
ン１側の蒸気圧力が上昇したとすると、差圧検知
センサ１２によつて、遮蔽室８内のカバーガス圧
力とタービンケーシング１内の蒸気圧力との圧力
差が検知され、電気信号として圧力制御器１４に
供給される。よつて、圧力制御器１４ではその信
号により圧力差とその変動の速さに対応して電磁
弁１３を動作させる。この動作によつてカバーガ
スが遮蔽室８および液槽６の空間に供給され、圧
力が高められるので、タービンケーシング１側の
蒸気圧と平衡が保たれたところで電磁弁１３を閉
成する。

また、タービン１側の蒸気圧力が遮蔽室８にお
けるカバーガス圧力よりも低くなると、差圧検知
センサ１２から圧力制御器１４に負の差圧信号が
供給されることによつて、圧力制御器１４では減
圧側の電磁弁１８に動作信号を出力し、遮蔽室８
および液槽６の空間を減圧し、蒸気圧との間に平
衡が得られるようにする。なおここで、不図示の
低圧タンク側は、タービン１側の予測される最低
蒸気圧力より低い圧力が得られるようにするもの
で、タービン蒸気およびシーラントがカリウムで
ある場合は、真空タンクと真空ポンプの組合わせ
が予想される。

また、電磁弁１３および１８は複数個の電磁弁
を使つたオン・オフ動作のものや連続可変動作の
もののいずれであつてもよい。更にまた、以上は
蒸気タービンの場合の例であつたが、本発明の適
用はこれに限らず、例えばタービンケーシング１
Ａ内が液体で満たされることによつて気液界面９
が発生しないような場合であつても同様にして圧
力制御を実施することができるもので、この場合
はシーラントには被密封流体と同室の液体を使用
する。

更にまた、被密封流体の圧力を直接に検出する
センサとカバーガスの圧力検知センサとを設け、
双方のセンサからの情報から差圧を検知するよう
にすれば、更に一層適切な制御を実施することも
可能である。

［発明の効果］ 以上説明したきたように、本発明によれば、被
密封流体の圧力が大きく対向ビスコシールのポン
プ圧力のみでは密封できないような場合に適用で
きるのみならず、非接触式のためにメカニカルシ
ールに比べてその摩擦損失がはるかに小さくてす
む。その構造上、化学的に活性な被密封流体に適
用できるのはいうまでもなく、また、カバーガス
の圧力を電気的に制御するので応答性が速く、か
つその制御にコンピユータが使用できるのでこま
やかに制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明ビスコシールを用いた軸封装
置の構成の一例を示す模式図である。 １…タービン、１Ａ…タービンケーシング、２
…回転軸、３，４…ビスコシール、５…対向部、
６…液槽、７…シーラント、８…遮蔽室、９，１
０…気液界面、１１…連通管、１２…差圧検知セ
ンサ、１３，１８…電磁弁、１４…圧力制御器、
１５，１９…手動弁、１６…減圧弁、１７…ドレ
ン溜り、２０，２１…メカニカルシール、２２…
潤滑油、２３…補給槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転機器内の被密封流体が前記回転機器の回
   転軸に沿つて漏洩するのを防止するビスコシール
   を用いた軸封装置において、 前記回転軸に沿つて配設され、互いにねじの向
   きが反対のビスコシールと、 該ビスコシールの前記ねじの対向部に一定水頭
   の密封流体を供給する手段と、 前記ビスコシールの前記回転機器とは反対側の
   端部に不活性ガスを供給する手段と、 前記被密封流体と前記不活性ガスとの圧力差を
   検知する差圧検知手段と、 前記不活性ガスの圧力を前記差圧検知手段によ
   り検知された圧力差に基づいて制御する手段と を備えたことを特徴とするビスコシールを用いた
   軸封装置。