JP2002147618A

JP2002147618A - タンデムシール

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Publication number: JP2002147618A
Application number: JP2000346146A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Takigahira; 宜昭瀧ヶ平; Hidekazu Takahashi; 秀和高橋
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-05-22
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: JP3710702B2; DE60118495T2; EP1205696B1; EP1205696A2; US6685192B2; US20020060430A1; EP1205696A3; DE60118495D1

Abstract

(57)【要約】【課題】一次側メカニカルシール３から中間室Ｂに漏
れた密封対象液ＳＬの気化したガスに起因する密封性能
への悪影響を解消する。【解決手段】回転軸２と軸封部ハウジング１との間の
軸周空間に、一次側及び二次側メカニカルシール３，４
を軸方向二段に配置し、両メカニカルシール３，４の間
の中間室Ｂに、その容積に満たない量で二次側メカニカ
ルシール４の回転側の一部を浸漬可能な量の中間液ＣＬ
を封入する。軸封部ハウジング１に中間室Ｂに臨んでガ
スベントラインＧＶ１を開設し、中間室Ｂの円周方向と
交差する邪魔板５を設ける。このため、中間液ＣＬは、
軸回転時に、邪魔板５との衝突によって撹拌・飛散され
て密封摺動面４Ｓを潤滑し、一次側メカニカルシール３
から中間室Ｂに漏れた密封対象液ＳＬの気化したガス
は、中間室Ｂの内周部に集まってガスゾーンを形成する
ことなく、ガスベントラインＧＶ１から排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に液化ガス等、
気化しやすい液体を密封対象とし、軸方向に二段に配置
したメカニカルシールを用いて軸封を行うタンデムシー
ルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メカニカルシールを軸方向二段に配置し
た構造の軸封装置は、特にタンデムシールと呼ばれ、例
えば液化ガスなどを密封対象とする場合に好適に用いら
れる。タンデムシールによれば、一次側すなわち密封対
象流体側のメカニカルシールに多量の漏れが発生した場
合でも、二次側すなわち大気側のメカニカルシールがバ
ックアップとなるため、両メカニカルシール間の中間室
に回収機構を設けて、一次側のメカニカルシールから中
間室に漏れた密封対象流体を回収するようにすれば、大
気側への漏洩を確実に防止することができる。

【０００３】タンデムシールにおいては、二次側のメカ
ニカルシールの回転側密封要素と静止側密封要素による
密封摺動面を液体潤滑によって保護する必要があり、こ
のため、両メカニカルシール間の中間室に、潤滑用の中
間液を介在させている。また、二次側のメカニカルシー
ルにおける密封摺動面で発生する摺動熱を効率良く除去
するために、通常、前記中間液を外部の冷却器との間で
循環させるシステムが構築される。

【０００４】図３は、液化ガス用ポンプの回転軸を軸封
する手段として用いられるタンデムシールの典型的な従
来技術を示すもので、図中の参照符号１００はポンプの
回転軸、１１０は回転軸１００の外周を軸封位置で複数
のハウジング部材１１１〜１１３により包囲するように
組み立てられた軸封部ハウジングである。また、回転軸
１００及び軸封部ハウジング１１０の軸心は、ほぼ水平
に延びており、図における左側が、密封対象液ＳＬ（液
化ガス）が充満するポンプ室が存在する機内、右側が、
大気側となる機外である。

【０００５】軸封部ハウジング１１０と回転軸１００と
の間の軸周空間には、軸方向に二段のシール１２０，１
３０、すなわち機内側の一次側メカニカルシール１２０
と、機外側の二次側メカニカルシール１３０が配置され
ている。

【０００６】一次側メカニカルシール１２０は、軸封部
ハウジング１１０のハウジング部材１１２の内周部にＯ
リング１２２を介して支持された非回転の固定環１２１
と、回転軸１００のスリーブ１０１にリテーナ１２４及
びＯリング１２５を介して気密的かつ軸方向移動可能な
状態で設けられ回転軸１００と共に回転する回転環１２
３とを備える。そして、回転環１２３がスプリング１２
６の軸方向付勢力によって固定環１２１に密接され、そ
の密封摺動面１２０Ｓにおいて軸封機能を奏するもので
ある。

【０００７】二次側メカニカルシール１３０も基本的に
は一次側メカニカルシール１２０と同様の構成を有し、
すなわち軸封部ハウジング１１０のハウジング部材１１
３の内周部にＯリング１３２を介して支持された非回転
の固定環１３１と、回転軸１００のスリーブ１０１にポ
ンピングリング１３４及びＯリング１３５を介して気密
的かつ軸方向移動可能な状態で設けられ回転軸１００と
共に回転する回転環１３３とを備える。そして、回転環
１３３がスプリング１３６の軸方向付勢力によって固定
環１３１に密接され、その密封摺動面１３０Ｓにおいて
軸封機能を奏するものである。

【０００８】一次側メカニカルシール１２０は、機内の
ポンプ室の被送流体である液化ガスを密封対象とするも
ので、この密封対象液ＳＬの一部は一次側メカニカルシ
ール１２０の外周空間Ａに送られて、そこから軸封部ハ
ウジング１１０のハウジング部材１１２に開設されたフ
ラッシング排出孔Ｆ_ＯＵＴを通じて前記ポンプ室へ還流
されるといったフラッシングが行われており、これによ
って一次側メカニカルシール１２０の密封摺動面１２０
Ｓを潤滑・冷却するようになっている。

【０００９】また、一次側メカニカルシール１２０の密
封摺動面１２０Ｓの内周空間から二次側メカニカルシー
ル１３０の密封摺動面１３０Ｓの外周空間にかけての中
間室Ｂには、中間液ＣＬが介在している。この中間液Ｃ
Ｌは、二次側メカニカルシール１３０に設けられたポン
ピングリング１３４の螺旋溝１３４ａによる軸流ポンプ
作用によって、軸封部ハウジング１１０のハウジング部
材１１２に開設されたサーキュレーション注入孔ＣＬ
_ＩＮ及びハウジング部材１１３に開設されたサーキュレ
ーション排出孔ＣＬ_ＯＵＴを通じて、外部に設置された
リザーバタンク（図示省略）との間で循環され、二次側
メカニカルシール１３０の密封摺動面１３０Ｓを潤滑・
冷却するようになっている。したがって、中間室Ｂ、前
記リザーバタンクとその間のサーキュレーション注入孔
ＣＬ_ＩＮ及びサーキュレーション排出孔ＣＬ_ＯＵＴを含
む流路配管内には、通常、中間液ＣＬが充満している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
よるタンデムシールにおいては、中間液ＣＬを循環させ
るポンピングリング１３４が軸封部ハウジング１１０の
内周の狭い中間室Ｂに配置されることから、その寸法
や、シール部品との装着スペースの取り合いによる制約
によって、ポンプ効率を向上させることが困難であると
いった問題が指摘される。

【００１１】また、機内の液化ガスからなる密封対象液
ＳＬが所定の圧力に加圧されているのに対し、中間室Ｂ
における中間液ＣＬの圧力が低いため、一次側メカニカ
ルシール１２０から中間室Ｂに漏れた密封対象液ＳＬが
この中間室Ｂで気化し、これによる中間液ＣＬ中の気泡
が多くなると、ポンピングリング１３４によるポンプ効
率が著しく低下してしまう。しかも回転するポンピング
リング１３４の近傍で中間液ＣＬに発生するキャビテー
ション現象によって、このポンピングリング１３４が振
動し、その振動が二次側メカニカルシール１３０の回転
環１３３に伝達されるので、二次側メカニカルシール１
３０の密封性能に悪影響を及ぼす問題がある。

【００１２】更に、一次側メカニカルシール１２０から
から中間室Ｂに漏れた密封対象液ＳＬが気化することに
より中間液ＣＬ中に混入した気泡は、中間室Ｂにおける
内周側に集まって、ガスゾーンを形成することがある。
これは、中間室Ｂ内の中間液ＣＬは、二次側メカニカル
シール１３０の回転側シール部品との接触によって、回
転軸１００の回転と同方向に旋回流動しているため、こ
の中間液ＣＬと漏洩ガスの気泡に、比重の差による遠心
分離作用が生じるからである。したがって、二次側メカ
ニカルシール１３０の密封摺動面１３０Ｓが、前記ガス
ゾーンによって、ドライ摺動状態すなわち液体潤滑がな
されない摺動状態となり、過熱による異常摩耗や損傷を
生じて、早期に密封性能が損なわれてしまうおそれがあ
る。

【００１３】本発明は、以上のような問題に鑑みてなさ
れたもので、その技術的課題とするところは、一次側メ
カニカルシールから中間室に漏れた密封対象液の気化し
たガスに起因する密封性能への悪影響を解消することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題を有
効に解決するため、請求項１の発明に係るタンデムシー
ルは、回転軸とその外周を包囲する軸封部ハウジングと
の間の軸周空間に、一次側メカニカルシールと、その機
外側の二次側メカニカルシールが軸方向二段に配置さ
れ、前記両メカニカルシールの間の中間室に、その容積
に満たない量で、かつ二次側メカニカルシールの回転側
の一部を浸漬可能な量の中間液が封入され、前記軸封部
ハウジングに、前記中間室に臨んで開口したガスベント
ラインが設けられる。すなわち、本発明は、中間室の容
積に満たない量の中間液を、二次側メカニカルシールの
回転側部品との接触によって撹拌・飛散させて、密封摺
動面を潤滑するもので、中間液を中間室に充満させた場
合と比較して、撹拌による中間液の発熱が少なくなるこ
とから、中間液を循環・冷却させる従来のような循環・
冷却機構を排除し、一次側メカニカルシールから中間室
に漏れた密封対象液の気化したガスを、ガスベントライ
ンから自然排出するようにしたものである。

【００１５】また、請求項２の発明に係るタンデムシー
ルは、請求項１に記載の構成において、軸封部ハウジン
グに、中間室の円周方向と交差する邪魔板が設けられ
る。したがって、中間室にその容積に満たない量だけ封
入された中間液は、回転側部品との接触によって、回転
軸の回転と同方向に旋回流動する過程で、前記邪魔板と
衝突することによって撹拌され、飛散して、前記中間室
における内周部へのガスゾーンの形成が防止される。

【００１６】また、請求項３の発明に係るタンデムシー
ルは、請求項１に記載の構成において、軸封部ハウジン
グに、内周縁が両メカニカルシールの間で回転軸側に微
小隙間をもって対向し中間室を軸方向に概略的に分離す
る仕切板が設けられる。この構成によれば、一次側メカ
ニカルシールから中間室へ大量の漏れが発生したような
場合に、その気化したガスが直ちに二次側メカニカルシ
ール側へ達するのを防止することができる。

【００１７】また、請求項４の発明に係るタンデムシー
ルは、請求項１に記載の構成において、軸封部ハウジン
グに、外部からの冷却液が流通される冷却液ジャケット
が設けられる。中間室に封入された中間液は、一次側メ
カニカルシールからの漏洩液が気化する際の気化熱（潜
熱）によって冷却される場合もあるが、この構成によれ
ば、中間液が冷却液ジャケット内の冷却液との熱交換に
よって確実に冷却されるので、二次側メカニカルシール
の密封摺動面の冷却効果が高まる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るタンデムシ
ールの好適な実施の形態を軸心を通る平面で切断して示
す断面図、図２は図１におけるII−II線位置で軸心と直
交する方向に切断した断面図で、図１における参照符号
１は液化ガス用ポンプの軸封部ハウジング、２は機内の
ポンプ機構を回転させる回転軸である。回転軸２はその
軸心がほぼ水平であり、軸封部ハウジング１は回転軸２
における軸封位置の外周を包囲するように設けられてい
る。また、図１における左側が、密封対象液ＳＬが充満
するポンプ室が存在する機内であり、右側が、大気側と
なる機外である。

【００１９】軸封部ハウジング１は、ポンプの軸孔部１
１と、その機外側に配置されて螺子部材１５，１６によ
って軸方向に互いに連結されたシールカバー１２〜１４
からなる。ポンプ軸孔部１１及びシールカバー１２〜１
４の間は、それぞれＯリング１７〜１９によって密封さ
れている。

【００２０】回転軸２には、軸封部ハウジング１におけ
るシールカバー１２〜１４の内周側に位置して軸スリー
ブ２１が外挿されている。この軸スリーブ２１は、機外
側の端部２１ａの外周に配置されたスリーブカラー２２
と、このスリーブカラー２２を前記端部２１ａに固定す
るセットスクリュ２３と、このスリーブカラー２２を、
前記端部２１ａに開設された固定用孔を貫通して回転軸
２に固定するセットスクリュ２４とによって、回転軸２
に一体的に固定されている。また、軸スリーブ２１と回
転軸２の外周面との間は、Ｏリング２５によって密封さ
れている。

【００２１】軸封部ハウジング１と回転軸２の軸スリー
ブ２１との間の軸周空間には、当該タンデムシールの主
体をなす軸方向に二段のメカニカルシール３，４、すな
わち機内側（密封対象液ＳＬ側）の一次側メカニカルシ
ール３と、機外側（大気側）の二次側メカニカルシール
４が配置されている。

【００２２】一次側メカニカルシール３は、軸スリーブ
２１における機内側の端部外周に固定され回転軸２と共
に回転する回転環３１と、軸封部ハウジング１における
最も機内寄りのシールカバー１２の内周に配置された非
回転の固定環３３とを備え、この回転環３１と固定環３
３が、スプリング３７の軸方向付勢力によって、対向端
面同士で密接し、密封摺動面３Ｓを形成するものであ
る。

【００２３】詳しくは、回転環３１は軸スリーブ２１に
おける機内側の端部に形成されたフランジ部２１ｂに背
面を支持されて、軸スリーブ２１との間をＯリング３２
により密封されると共に、ノックピン２１ｃにより軸ス
リーブ２１と円周方向に係合され、回転軸２と一体的に
回転するものである。一方、シールカバー１２の内周凹
部には、環状ケース３４がＯリング３５を介して密嵌さ
れると共にノックピン１２ａにより回り止めされてお
り、固定環３３は、この環状ケース３４にＯリング３６
を介して軸方向移動可能な状態に支持されると共にノッ
クピン３４ａにより回り止めされ、環状ケース３４に円
周方向複数配置されたスプリング３７によって回転環３
１側へ付勢されている。

【００２４】機内のポンプ室の被送流体である密封対象
液ＳＬの一部は、一次側メカニカルシール３の外周空間
Ａに送られ、そこから、環状ケース３４の外周部に開設
された通液孔３４ｂ及び軸封部ハウジング１におけるハ
ウジング部材１２に開設されたフラッシング排出孔Ｆ
_ＯＵＴを通じて前記ポンプ室へ還流されるといったフラ
ッシングが行われている。すなわち、密封対象液ＳＬの
一部が一次側メカニカルシール３における回転環３１と
固定環３３の外周を経由して流れることによって、密封
摺動面３Ｓを潤滑すると共に、摺動熱を有効に除去する
ようになっている。

【００２５】二次側メカニカルシール４は、軸封部ハウ
ジング１における中間のシールカバー１３の内周に位置
して軸スリーブ２１に固定され回転軸２と共に回転する
回転環４１と、軸封部ハウジング１における最も機外側
のシールカバー１４の内周に配置された非回転の固定環
４６とを備え、この回転環４１と固定環４６が、スプリ
ング４８の軸方向付勢力によって、対向端面同士で密接
し、密封摺動面４Ｓを形成するものである。

【００２６】詳しくは、回転環４１は、軸スリーブ２１
における軸方向中間位置にＯリング４３を介して外挿さ
れてセットスクリュ４４により固定されたカラー４２に
Ｏリング４５を介して支持されると共に、ノックピン４
２ａにより円周方向に係合され、回転軸２と一体的に回
転するものである。一方、固定環４６は、シールカバー
１４の内周凹部にＯリング４７を介して軸方向移動可能
な状態に密嵌されると共にノックピン１４ａにより回り
止めされており、シールカバー１４に円周方向複数配置
されたスプリング４８によって回転環４１側へ付勢され
ている。

【００２７】軸封部ハウジング１と軸スリーブ２１との
間の軸周空間には、一次側メカニカルシール３と二次側
メカニカルシール４で仕切られることによって、一次側
メカニカルシール３の密封摺動面３Ｓの内周空間から二
次側メカニカルシール４の密封摺動面４Ｓの外周空間に
かけて中間室Ｂが形成されている。この中間室Ｂには、
その容積に満たない量で、かつ二次側メカニカルシール
４の密封摺動面４Ｓを潤滑するのに十分な量、好ましく
は図２に示されるように、静止時の液面レベルがほぼ回
転軸２（軸封部ハウジング１）の軸心Ｏのレベルとなる
ような量の中間液ＣＬが封入されている。中間液ＣＬと
しては、例えば冷凍機油が採用される。

【００２８】すなわち、一次側メカニカルシール３は、
機内のポンプ室の被送流体である液化ガスを密封対象と
するものであるのに対し、二次側メカニカルシール４
は、主に中間室Ｂに封入された中間液ＣＬを密封対象と
するものである。

【００２９】軸封部ハウジング１におけるシールカバー
１３には、中間室Ｂの円周方向上端位置に開口した第一
のガスベントラインＧＶ１が開設されている。この第一
のガスベントラインＧＶ１は、図示されていない漏洩ガ
ス回収部へ接続されている。また、前記シールカバー１
３の内周面には、中間室Ｂの円周方向と直交する平面を
なすような、少なくとも一枚の邪魔板５が設けられてい
る。

【００３０】中間室Ｂには、一次側メカニカルシール３
と二次側メカニカルシール４の間に位置して、環状の仕
切板６が配置され、軸封部ハウジング１におけるシール
カバー１２にボルト６１を介して固定されている。この
仕切板６の内周縁は、回転軸２の軸スリーブ２１の外周
面に径方向の微小隙間Ｇを介して近接対向している。ま
た、軸封部ハウジング１におけるシールカバー１２に
は、中間室Ｂのうち仕切板６よりも一次側メカニカルシ
ール３寄りの位置に開口した第二のガスベントラインＧ
Ｖ２が開設され、この第二のガスベントラインＧＶ２
は、図示されていない漏洩ガス回収部へ接続されてい
る。

【００３１】軸封部ハウジング１におけるシールカバー
１４の内周部には、円周方向に連続した冷却水ジャケッ
トＣが形成されており、この冷却水ジャケットＣには、
外部からの冷却水が通水孔ＣＷ_ＩＮ／ＣＷ_ＯＵＴを通じ
て流通させることができるようになっている。

【００３２】以上の構成において、密封対象液ＳＬが、
一次側メカニカルシール３から中間室Ｂへ漏洩した場
合、この密封対象液ＳＬは、この中間室Ｂが機内のポン
プ室よりも低圧であることによって気化するが、この気
化により発生したガス（以下、漏洩ガスという）は、従
来のように、中間室Ｂの内周側へ集まって、ガスゾーン
を形成するようなことはない。これは、回転軸２がその
軸心Ｏの周りに回転している状態では、中間室Ｂにその
容積に満たない量だけ封入されている中間液ＣＬは、軸
スリーブ２１の外周面や、二次側メカニカルシール４の
回転環４１及びカラー４２等に引きずられて、中間室Ｂ
内を、回転軸２の回転と同方向へ旋回する過程で、邪魔
板５と衝突することによって撹拌され、かつ飛散してミ
ストを発生し、中間液ＣＬは、このようなミストと液の
混在状態となっているからである。

【００３３】したがって、従来のようにガスゾーンの発
生によって二次側メカニカルシール４の密封摺動面４Ｓ
が無潤滑摺動状態となるようなことはなく、ミストと液
の混在状態で中間室Ｂに充満している中間液ＣＬが、二
次側メカニカルシール４の密封摺動面４Ｓの外周に飛来
して、良好な潤滑作用を奏する。そしてこのため、従来
のようにポンピングリングによる中間液ＣＬの強制循環
を行わなくても、前記密封摺動面４Ｓにおける摺動発熱
が有効に抑えられる。

【００３４】しかも、上述のように、漏洩ガスが内周側
へ集まってしまうことがないので、中間室Ｂの上端位置
に開口した第一のガスベントラインＧＶ１から効率良く
排出される。また、中間液ＣＬを中間室Ｂに充満させた
場合に比較して、この中間液ＣＬに、撹拌により発生す
る熱が少ないものとなる。

【００３５】また、中間室Ｂは、一次側メカニカルシー
ル３と二次側メカニカルシール４の間に位置する環状の
仕切板６によって、軸方向に概略的に分離されているの
で、一次側メカニカルシール３から漏洩した密封対象液
ＳＬが気化した漏洩ガスが、二次側メカニカルシール４
の近傍へ容易に侵入することができないようになってい
る。したがって、この漏洩ガスの大部分は、仕切板６よ
りも一次側メカニカルシール３寄りの位置に開口した第
二のガスベントラインＧＶ２へ誘導されて排出され、機
外の図示されていない漏洩ガス回収部へ回収される。し
たがって、この構成は、密封対象液ＳＬが高圧であっ
て、一次側メカニカルシール３からの漏れが大量に発生
するおそれがあるような場合にきわめて有効である。

【００３６】一次側メカニカルシール３から密封対象液
ＳＬが漏洩した場合、この密封対象液ＳＬが気化する際
には、熱エネルギが気化熱として消費されるので、中間
液ＣＬの冷却効果が期待できるが、使用条件によって過
度の温度上昇が予想される場合には、軸封部ハウジング
１におけるシールカバー１４の内周部に形成された冷却
水ジャケットＣに、通水孔ＣＷ_ＩＮ／ＣＷ_ＯＵＴを通じ
て外部からの冷却水を流通させることによって、シール
カバー１４の内周壁を介して中間液ＣＬの冷却を行うこ
とができる。このため、二次側メカニカルシール４の密
封摺動面４Ｓの摺動発熱が有効に除去され、しかも熱に
よる中間液ＣＬの蒸発も抑制することができる。

【００３７】図１に二点鎖線及び参照符号７で示される
部材は、当該タンデムシールを組み立てる際に用いられ
るセッティング治具である。このセッティング治具７
は、それぞれボルト７１を介して、軸封部ハウジング１
におけるシールカバー１４の機外側の端部に複数取付可
能になっていると共に、内周部が、スリーブカラー２２
の外周面に形成された係合突起２２ａと軸方向に係合さ
れるようになっている。

【００３８】すなわち、当該タンデムシールの組立に際
しては、セッティング治具７の内周部をスリーブカラー
２２の係合突起２２ａと係合させると共に、ボルト７１
で軸封部ハウジング１に固定することによって、セッテ
ィング治具７及びスリーブカラー２２を介して、軸封部
ハウジング１に対する軸スリーブ２１の軸方向相対位置
が規定されることになる。

【００３９】そして、一次側メカニカルシール３におけ
る回転環３１は、軸スリーブ２１におけるフランジ部２
１ｂに固定され、二次側メカニカルシール４における回
転環４１は、軸スリーブ２１における段差部２１ｄにカ
ラー４２を介して固定されるものであるため、セッティ
ング治具７で軸封部ハウジング１に対する軸スリーブ２
１の軸方向相対位置が規定されることによって、これら
回転環３１，４１の軸方向取付位置も規定されることに
なる。したがって、軸封部ハウジング１側に保持される
両メカニカルシール３，４の固定環３３，４６の背面側
のコイルスプリング３７，４８が所定の軸方向長さに圧
縮され、これによって、両メカニカルシール３，４の密
封摺動面３Ｓ，４Ｓに所定の密接荷重が与えられる。

【００４０】なお、タンデムシールが図１に示される状
態に組み立てられた後は、セッティング治具７は取り外
される。

【００４１】上述した実施の形態によるタンデムシール
について、実機による摺動試験を行ったので、その結果
について説明する。なお、各メカニカルシール３，４に
おける回転環３１，４１はＳｉＣからなり、固定環３
３，４６はカーボンあるいはカーボンを基材とする複合
材からなるものとし、密封摺動面３Ｓ，４Ｓの直径寸法
は１１０ｍｍ程度とした。また、その他の試験条件は、
次のとおりとした。１．密封対象液ＳＬ液種；液化プロパンガス温度；３０℃ 圧力；１７ＭＰａＧ２．中間液ＣＬ液種；冷凍機油液量；油面軸心３．冷却水ジャケットＣによる冷却；５．０Ｌ／ｍｉ
ｎ．４．軸回転数；３６００ｍｉｎ^−１５．試験時間；１００ｈｒｓ

【００４２】試験では、一定時間おきに一次側メカニカ
ルシール３より故意に密封対象の液化プロパンガスを中
間室Ｂへ漏洩させる操作を行ったが、中間液ＣＬの液温
（液‐ミスト混合状態の雰囲気温度）は、６０〜６５℃
で安定して推移し、また、二次側メカニカルシール４か
ら大気へのガス漏れは確認されなかった。更に、試験終
了後の密封摺動面の状態は良好で、摩耗量も数μｍとご
く僅かであった。

【００４３】すなわち、中間室Ｂへの中間液ＣＬの封入
量を、軸心Ｏの油面レベル程度としても、二次側メカニ
カルシール４の密封摺動面４Ｓに対する良好な潤滑・冷
却状態を維持でき、また、回転環と固定環の摺動材料の
組合せを適切に選定すると共に中間室Ｂを冷却水ジャケ
ットＣへの通水によって適宜冷却することで、優れた性
能を発揮できることが確認された。

【００４４】なお、本発明は図示された実施の形態に限
定されるものではない。例えば、仕切板６や冷却水ジャ
ケットＣは、必要に応じて設けられるものであり、各メ
カニカルシール３，４の細部の構成や形状も、種々のも
のがある。また、上述した実施の形態では、回転軸２が
ほぼ水平に延びるものとして説明したが、回転軸２が傾
斜又は鉛直方向に延びるものであっても、本発明は実施
可能である。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明に係るタンデムシールに
よれば、一次側メカニカルシールと二次側メカニカルシ
ールの間の中間室に、その容積に満たない量だけ封入さ
れた中間液が、回転時に撹拌され、飛散してミスト状と
なるので、一次側メカニカルシールから漏れた密封対象
液の気化したガスが、中間室の内周部に集積されてガス
ゾーンを形成することがなく、二次側メカニカルシール
の密封摺動面を良好に潤滑することができる。そして、
一次側メカニカルシールからの漏洩ガスを、中間室に臨
んで開設したガスベントラインから、効率良く自然排出
させることができる。しかも、中間液を中間室に充満さ
せた場合に比較して、撹拌熱の発生も少ないため、中間
液を循環させるポンピングリングや外部冷却装置を不要
となり、機器の小型化や低価格化を図ることができる。
またポンピングリングが不要となることによって、中間
液への気泡の混入によるポンピングリングのポンプ効率
低下や、キャビテーション現象による振動の発生といっ
た問題も解消されることになる。

【００４６】請求項２の発明に係るタンデムシールによ
れば、請求項１の構成に加えて、軸封部ハウジングに、
中間室の円周方向と交差する邪魔板が設けたため、中間
液が、回転側部品との接触によって旋回流動する過程
で、前記邪魔板と衝突することによって、有効に撹拌さ
れると共に確実に飛散してミストを形成するため、中間
室における内周部へのガスゾーンの形成を確実に防止す
ると共に、二次側メカニカルシールの密封摺動面に対す
る潤滑効果を向上させることができる。

【００４７】請求項３の発明に係るタンデムシールによ
れば、請求項１の構成に加えて、中間室を軸方向に概略
的に分離する仕切板を設けることによって、一次側メカ
ニカルシールから漏れた密封対象液の気化したガスが、
二次側メカニカルシールの近傍に侵入しにくくなるの
で、漏洩ガスによる二次側メカニカルシールへの影響を
一層有効に防止することができる。

【００４８】請求項４の発明に係るタンデムシールによ
れば、請求項１の構成に加えて、軸封部ハウジングに、
外部からの冷却液が流通される冷却液ジャケットを設け
ることによって、中間液を強制的に冷却できるので、二
次側メカニカルシールの密封摺動面の冷却効果を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタンデムシールの好適な実施の形
態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図である。

【図２】図１におけるII−II線位置で軸心と直交する方
向に切断して示す断面図である。

【図３】従来の技術に係るタンデムシールを、軸心を通
る平面で切断して示す断面図である。

【符号の説明】

１軸封部ハウジング２回転軸３一次側メカニカルシール４二次側メカニカルシール５邪魔板６仕切板Ａ一次側メカニカルシールの外周空間Ｂ中間室Ｃ冷却水ジャケット（冷却液ジャケット）ＣＬ中間液ＣＷ_ＩＮ／ＣＷ_ＯＵＴ通水孔Ｆ_ＯＵＴフラッシング排出孔ＧＶ１第一のガスベントラインＧＶ２第二のガスベントラインＳＬ密封対象液

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１１月５日（２００１．１１．
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】上述した実施の形態によるタンデムシール
について、実機による摺動試験を行ったので、その結果
について説明する。なお、各メカニカルシール３，４に
おける回転環３１，４１はＳｉＣからなり、固定環３
３，４６はカーボンあるいはカーボンを基材とする複合
材からなるものとし、密封摺動面３Ｓ，４Ｓの直径寸法
は１１０ｍｍ程度とした。また、その他の試験条件は、
次のとおりとした。１．密封対象液ＳＬ液種；液化プロパンガス温度；３０℃圧力；１．７ＭＰａＧ２．中間液ＣＬ液種；冷凍機油液量；油面軸心３．冷却水ジャケットＣによる冷却；５．０Ｌ／ｍｉ
ｎ．４．軸回転数；３６００ｍｉｎ^−１５．試験時間；１００ｈｒｓ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H022 BA06 CA23 CA39 CA40 DA00 3J041 AA03 BA04 BD01 DA01 DA05 DA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸とその外周を包囲する軸封部ハウ
ジングとの間の軸周空間に、一次側メカニカルシール
と、その機外側の二次側メカニカルシールが軸方向二段
に配置され、前記両メカニカルシールの間の中間室に、その容積に満
たない量で、かつ二次側メカニカルシールの回転側の一
部を浸漬可能な量の中間液が封入され、前記軸封部ハウジングに、前記中間室に臨んで開口した
ガスベントラインが設けられたことを特徴とするタンデ
ムシール。
【請求項２】軸封部ハウジングに、中間室の円周方向
と交差する邪魔板が設けられたことを特徴とする請求項
１に記載のタンデムシール。
【請求項３】軸封部ハウジングに、内周縁が両メカニ
カルシールの間で回転軸側に微小隙間をもって対向し中
間室を軸方向に概略的に分離する仕切板が設けられたこ
とを特徴とする請求項１に記載のタンデムシール。
【請求項４】軸封部ハウジングに、外部からの冷却液
が流通される冷却液ジャケットが設けられたことを特徴
とする請求項１に記載のタンデムシール。