JP2004293766A

JP2004293766A - Idling ring mechanical seal

Info

Publication number: JP2004293766A
Application number: JP2003090921A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Deguchi; 智也出口; 典久 ▲濱▼口; Norihisa Hamaguchi; Takehiko Nakai; 中井　　武彦; Masato Wada; 正人和田
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd; Chubu Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd; Chubu Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an idling ring mechanical seal excellent in waterproofing property, with which leakage out of a sealing part can be prevented even when exposed to boiler water of high temperature and high pressure. <P>SOLUTION: In the idling ring mechanical seal, an idling ring 6 is sandwiched between a sealing ring 3 held in a rotation ring 2 integrally rotating with a rotating side and a static ring 5 held in a static side via a spring retainer to seal with the sliding surface of the seal ring 3 with the idling ring 6. A polytetrafluoroethylene sheet 30 is installed between the sealing ring 3 and the rotation ring 2. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強制循環ボイラに用いられる缶水循環ポンプのように高圧条件下で用いられる遊動環型メカニカルシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所等の強制循環ボイラにおいては、ボイラに缶水を強制的に循環させるため「缶水循環ポンプ」と呼ばれるポンプが使用されている。この缶水循環ポンプを使用する強制循環ボイラでは、いわゆるＤＳＳ（ＤａｙＳｔａｒｔａｎｄＳｔｏｐ）に伴うボイラ運転の休止時に極力ボイラ内を高温高圧に保つホットバンキングを実施することで、運転休止時間を長く確保して缶水循環ポンプ等の運転動力消費を低減すると共に、運転再開時の立ち上げに要する時間を短縮することが望まれている。
【０００３】
このような背景から、高温高圧の状態で休止した強制循環ボイラでは、インジェクション水（封水）の供給が停止されることもあって、停止した缶水循環ポンプの軸封部にボイラ内圧とほぼ同様の高圧が作用することになる。このため、缶水循環ポンプにおいては、軸封部が高圧に耐え得るようにするため、グランドパッキンシールタイプからメカニカルシールタイプに変更されてきている。
また、一般的なメカニカルシールでは、高圧下で使用した場合にシール面となるシールリングと静止環との接触面が平行を維持できずにシール性を損なうことが知られており、したがって、静止環から分割させた遊動環を備えている遊動環型のメカニカルシールが採用される。
【０００４】
そこで、従来の遊動環型メカニカルシールを図６に基づいて簡単に説明する。図６において、符号の１は回転軸、２は回転環、３はシールリング、４はシールケーシング、５は静止環、６は遊動環、７はスプリングリテーナ、８はスプリング、９はバックアップリング、１０はＯリング、１１はアダプタを示している。
なお、回転環２及びシールリング３は回転軸１に取り付けられた図示省略のインペラと一体に回転する構成部材であり、他のシールケーシング４、静止環５、遊動環６、スプリングリテーナ７等は固定側の構成部材となる。
【０００５】
遊動環６は、回転環２に固定されたシールリング３と、シールケーシング４に軸線方向摺動自在に保持され、かつ回転環方向に付勢された静止環５との間に挟圧保持され、両端側部分がほぼ対称形状をなす円環状の部材である。この場合、缶水等高温高圧の被密封流体領域Ｈと大気圧の非密封流体領域Ｌとの間は、シールリング３と遊動環６との接触面であるシール面３ａ，６ａの相対回転摺接作用により遮蔽シールするように構成されている。
一般的な従来構成では、遊動環６にはコバルトバインダー超硬合金製のものが用いられ、また、バックアップリング９にはグラスファイバー入りポリテトラフルオロエチレンが用いられている。
なお、ポリテトラフルオロエチレンは、一般的には「テフロン（登録商標）」という商品名で広く知られているフッ素樹脂のことである。
このような遊動環を有するメカニカルシールの公知文献としては、例えば下記の特許文献１がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１９８０４２号公報（第３−４頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の遊動環型メカニカルシールでは、強制循環ボイラ内の圧力に近い高圧が作用するような条件下ではリークが発生してしまい、十分なシール機能を発揮することができなかった。このため、缶水循環ポンプの遊動環型メカニカルシールでは、封水を導入して高圧に対応するなど軸封部へ作用する圧力を極力低く抑え、メカニカルシール部の耐圧条件を緩和して使用しているのが現状である。
したがって、使用可能な耐圧条件をできるだけ高く設定できるようにして、高温高圧の缶水に曝されてもリークのない缶水循環ポンプの遊動環型メカニカルシールが望まれている。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、高温高圧の缶水に曝されても軸封部からの漏れをなくすことができる、耐圧特性に優れた缶水循環ポンプの遊動環型メカニカルシールの提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の遊動環型メカニカルシールでは、回転側と一体に回転する回転環に保持されたシールリングと静止側にスプリングリテーナを介して保持された静止環との間に遊動環を挟圧保持し、前記シールリングと遊動環との摺動面によりシールを行う遊動環型メカニカルシールにおいて、前記シールリングと回転環との間にポリテトラフルオロエチレンシートを設置したことを特徴とするものである。
【００１０】
このような遊動環型メカニカルシールによれば、シールリングと回転環との間に摩擦力を低減するポリテトラフルオロエチレンシートを設置したので、比較的長い時間をかけた大きな圧力変化があってもシールリングがスライドするようになり、スライドリングの変形が防止されて常に平面当たりのシール面を維持できる。
【００１１】
また、請求項１に記載の遊動環型メカニカルシールにおいては、前記シールリング及び前記遊動環が共にシリコンカーバイドであることが好ましい。
そして、請求項１または２に記載の遊動環型メカニカルシールにおいては、前記ポリテトラフルオロエチレンシートの厚さを０．２ｍｍとするのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る缶水循環ポンプの遊動環型メカニカルシールの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
最初に、本発明による缶水循環ポンプの遊動環型メカニカルシールが適用される缶水循環ポンプについて、図３の系統図を参照して簡単に説明する。
図３において、符号の１００はボイラ本体、１１０は蒸気ドラム（缶）、１２０は水ドラム、１３０はバーナ、１４０は節炭器、１５０は高圧ヒータ、１６０は給水ポンプ、１７０はブースタポンプ、２００は缶水循環ポンプ、２１０は吸込弁、２２０は吐出弁、２３０は駆動モータである。
【００１３】
ボイラ１００の蒸気ドラム１１０は、缶水循環ポンプ２００から供給された缶水をバーナ１３０で加熱した蒸気と、給水ポンプ１６０から供給され高圧ヒータ１５０及び節炭器１４０を通過したボイラ給水とが導かれ、蒸気ドラム１２０内は蒸気と水（缶水）との２相状態にある。このうち、一方の蒸気は主蒸気としてタービンへ供給されて仕事をし、他方の缶水は缶水循環ポンプ２００に吸引される。
缶水循環ポンプ２００は竪型ポンプであり、蒸気ドラム１１０から吸引した缶水を水ドラム１２０へ供給する。通常の運転時は、給水ポンプ１６０から高圧ヒータ１５０へ給水する給水ラインの途中から分岐させたインジェクション水ライン２４０を通して、給水の一部を缶水循環ポンプ２００にインジェクション水として供給している。
【００１４】
図４は缶水循環ポンプ２００の概要を示しており、上部に位置する駆動モータ２３０と下部に設けられたインペラ２０１とが、一本の回転軸１で連結されている。駆動モータ２３０とインペラ２０１との間は原動機台２０２と呼ばれ、該原動機台２０２内の上部には軸受２０３が、そして下部には後述する遊動環型メカニカルシール２０が組み込まれている。
【００１５】
後述する遊動環型メカニカルシール（以後、「メカニカルシール」と呼ぶ）２０における缶水のシール方法としては、ボイラ運転中は給水ポンプ１６０も運転されているため、上述したインジェクション水を上下のフローティングリング２０４、２０５間に導入し、このインジェクション水により封水して缶水がインペラ２０１から上昇するのを抑制することができる。
なお、フローティングリング２０４，２０５間に導入されたインジェクション水（図中に太線矢印で示す）は、一部が缶水と合流して水ドラム１２０へ送水され、残りは図示省略の脱気器などへ導かれる。
【００１６】
また、導入したインジェクション水は、フローティングリング２０４，２０５でたとえば９８Ｐａ（１０ｋｇ／ｃｍ^２）程度まで減圧した後、メカニカルシール２０で最終的なシールがなされる。
【００１７】
しかし、ボイラ運転を停止したホットバンキング中は、給水ポンプ１６０の運転も停止されるため、図５に示すように、インジェクション水の供給がなくなって封水ができなくなる。
このため、たとえば１９６０Ｐａ（２００ｋｇ／ｃｍ^２）程度とボイラ本体１００内とほぼ同様の高圧となる缶水が、図中に太線矢印で示すように回転軸１に沿って上昇するので、高温高圧の缶水圧力をメカニカルシール２０だけでシールする必要が生じる。
【００１８】
ここで使用する遊動環型のメカニカルシール２０は、一実施形態として図１に示すように、ポンプの回転軸１と一体的に動作する回転側の主な構成要素として回転環２及びシールリング３等があり、また、静止側の主な構成要素としては、スプリングリテーナ７、アダプタ１１、静止環５及び遊動環６等がある。
このメカニカルシール２０では、静止側となる遊動環６のシール面６ａと回転側となるシールリング３のシール面３ａとの接触面における相対回転摺接作用により、高圧流体側の被密封流体領域Ｈと大気圧の非密封流体領域Ｌとに遮蔽シールするように構成されている。
【００１９】
スプリングリテーナ７に保持されたスプリング８は、静止環５及び遊動環６に付勢してシールリング３へ向けて上から下へ押圧する機能を有しており、バックアップリング９を介して配設したＯリング１０により、静止環５とスプリングリテーナ７との間をシールして、高圧流体側の被密封流体領域Ｈから大気圧の非密封流体領域Ｌへ缶水が漏れないようにしている。
【００２０】
遊動環６は、円環状をなす本体部の両端面に突設されたほぼ同一形状をなす円環状の押圧部６１及びシール部６２からなる断面凸字形状の部材であり、押圧部６１の端面が静止環５の端面５ａに接触すると共に、シール部６２の端面であるシール面６ａがシールリング３の端面たるシール面３ａと摺接する。
また、この遊動環６には、図１（ｂ）に示すように、シール面６ａを部分的に切り欠いてハイドロカット部６ｂを設けてある。このハイドロカット部６ｂは、相対回転摺接するシール面３ａ，６ａ間に冷却等を目的とする潤滑水が供給されるようにしたもので、たとえば遊動環６の外周部に４５度のピッチで８箇所設けられている。なお、ハイドロカット量は１ｍｍが望ましい。
【００２１】
上述した構成の遊動環型のメカニカルシール２０は、高圧特性に優れていることが知られているが、たとえば缶水循環ポンプにおいて封水がなくなったような運転条件下の缶水（１９６０Ｐａ程度の高圧流体）でもリークが生じないようにするためには、さらに耐圧特性を向上させる必要がある。
そこで、高圧におけるリークの原因を追及するため、発明者らは種々の試験・研究を行ってきた。
【００２２】
この結果、第１の成果として、メカニカルシール２０は、所定の設定圧力まで上昇する途中、あるいは所定の設定圧力から下降する圧力変化の途中においてリークが発生する領域があることを発見した。すなわち、設定圧力に向けて上昇する過程または設定圧力から下降する過程のある中間圧力帯においてのみ、リークが発生することを発見したのである。
【００２３】
このような中間圧力帯でリークが発生する原因は、圧力変化の過程でシールリング３等の各接面部に微妙な滑りが生じ、その滑りによってシールリング３が変形するなどして傾くためと推測される。すなわち、リークが発生する中間圧力帯まで圧力上昇する過程では、接面部の摩擦力が上回るため接触位置に滑りは生じない。しかし、中間圧力帯まで圧力上昇すると、摩擦力の方が小さくなるため上述した滑りを生じ、シールリング３のシール面３ａが内径側（回転軸１側）において大きく開口する形の線当たりの状態に傾くため、隙間が生じてリークを発生する流路が形成されるものと考えられる。
【００２４】
そして、このような中間圧力帯からさらに圧力が上昇すると、今度はシールリング３が逆方向に滑って平行平面に復元するので、上述した隙間がなくなってリークの発生は止まるものと考えられる。
なお、圧力が所定圧力から下降する過程では、上述した圧力上昇時とは逆の動作でリークが発生したり止まったりするものと考えられる。
【００２５】
このように推測されるリーク発生のメカニズムから、本発明では、以下に説明するように、シールリング３と回転環２との間の摩擦力を低減することで滑りやすい構造とし、中間圧力帯のリークを防止することを考えた。
図２に示す遊動環型メカニカルシールでは、シールリング３と回転環２との間に設置する最適な摩擦力低減層（部材）として、ポリテトラフルオロエチレンシート３０が回転環２に固着されている。
【００２６】
このポリテトラフルオロエチレンシート３０は、摩擦力が極めて低いだけでなく、高温高圧にも耐えうるものであるから、特に缶水循環ポンプの軸封部のように、高温高圧の作動流体をシールするには最適である。このポリテトラフルオロエチレンシート３０を設置すると、シールリング３と回転環２との間における摩擦係数は、摩擦力低減部材を設置していない従来のものと比較して桁違いに低減される。したがって、摩擦力についても大幅な低減が達成されるため、小さな圧力帯を除くほとんどの圧力帯でシールリング３に滑りが生じることとなる。
【００２７】
この結果、上述したような中間圧力帯におけるシールリング３の変形状態が生じるようなことはなく、したがって、これを原因とするリークの発生は防止される。なお、このメカニカルシールを缶水循環ポンプに適用して試験を実施したところ、封水が停止されて缶水の高温高圧が作用する条件下においても、圧力変動中の中間圧力帯を含め、リークが生じないことを確認できた。
また、ポリテトラフルオロエチレンシート３０の厚さについては、シール面圧に影響を与えず、しかも強度的な問題をも考慮すると、０．２ｍｍが最も好ましいことが確認された。
【００２８】
さらに、このような摩擦力低減部材をシールリング３と回転環２との間に設置する構造の遊動環型メカニカルシールでは、シールリング３及び遊動環６を同一素材であるシリコンカーバイドとしてある。
これは、メカニカルシール２０が高温高圧の作動流体に曝された場合、シールリング３や遊動環６のシール面３ａ，６ａに肌荒れが発生することがあり、これがリークの原因となることを発見したためである。したがって、肌荒れを防止するには、シールリング３と遊動環６とをシリコンカーバイドとすることが最も適していることが確認された。この結果、高圧に対するメカニカルシール２０のリーク防止機能がより一層向上し、耐久性や信頼性も向上することになる。
【００２９】
また、上述した実施形態では、摩擦低減層を回転環２側に固着するものとして説明したが、シールリング３の背面に摩擦低減層を形成するという主旨から、たとえばシールリング３側にポリテトラフルオロエチレンシートを固着したり、あるいは、シールリング３側と回転環２側の両方にポリテトラフルオロエチレンシートを固着するなどの変形例が可能である。
なお、摩擦低減層は必ずしもポリテトラフルオロエチレンシートに限定されるものではなく、たとえば温度条件が低いときなど他のフッ素樹脂等を低摩擦部材として採用してもよいし、あるいは表面処理等による低摩擦化も可能である。
【００３０】
これまで説明したメカニカルシールは、強制循環ボイラの缶水循環ポンプの軸封部に限定されることはなく、特に高温高圧の流体を扱うポンプ類の軸封構造として広く適用可能なことは言うまでもない。
そして、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜組合せたり変更したりすることが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のメカニカルシールによれば、以下の効果を奏する。
（１）シールリングと回転環との間に摩擦力を低減するポリテトラフルオロエチレンシートを設けたので、たとえば缶水循環ポンプのように時間をかけてゆっくりとしかも大きな圧力変動をするような使用条件下においても、変形が生じる前にシールリングが摩擦力の低いポリテトラフルオロエチレンシートに沿って移動するため、流体圧力によって変形するのを防止することができる。したがって、中間圧力帯においても遊動環とシールリングとの接触面であるシール面の平行性が損なわれるようなことはなく、良好なシール機能を高圧までの全圧力帯で確実に発揮させることができる。
（２）シールリング及び遊動環が同一部材（シリコンカーバイド）になれば、肌荒れの発生を抑制または防止でき、高圧に対する耐久性や信頼性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遊動環型メカニカルシールの一実施形態を示す図で、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は遊動環のハイドロカット部を示す拡大図である。
【図２】図１に示した遊動環型メカニカルシールの要部拡大断面図である。
【図３】強制循環型ボイラの概略構成を示す系統図である。
【図４】図３の強制循環型ボイラに用いられる缶水循環ポンプの概要を示す断面図であり、インジェクション水のポンプ内経路を示している。
【図５】図４に示す缶水循環ポンプへのインジェクション水供給が停止され、缶水が軸封部に流れる経路を示す図である。
【図６】従来の遊動環型メカニカルシールを示す断面図である。
【符号の説明】
１回転軸
２回転環
３シールリング
３ａシール面
５静止環
６遊動環
６ａシール面
６ｂハイドロカット部
７スプリングリテーナ
８スプリング
９バックアップリング
１０Ｏリング
１１アダプタ
２０遊動環型メカニカルシール
３０ポリテトラフルオロエチレンシート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a floating ring type mechanical seal used under high pressure conditions, such as a canned water circulation pump used in a forced circulation boiler.
[0002]
[Prior art]
In a forced circulation boiler such as a thermal power plant, a pump called a “canned water circulation pump” is used to forcibly circulate canned water in the boiler. In the forced circulation boiler using this canned water circulation pump, a long operation stop time is secured by performing hot banking that keeps the inside of the boiler as high temperature and pressure as possible when the boiler operation is stopped due to so-called DSS (Day Start and Stop). Therefore, it is desired to reduce the power consumption of the operation of the canned water circulation pump and the like, and to shorten the time required for starting up when the operation is restarted.
[0003]
Against this background, the supply of injection water (sealing water) is stopped in a forced circulation boiler that is suspended at a high temperature and high pressure. High pressure will work. For this reason, in the canned water circulation pump, the gland packing seal type has been changed to a mechanical seal type so that the shaft sealing portion can withstand high pressure.
Also, it is known that in a general mechanical seal, when used under high pressure, a contact surface between a seal ring serving as a seal surface and a stationary ring cannot maintain parallelism, thereby impairing sealing performance. A floating ring type mechanical seal having a floating ring divided from the ring is employed.
[0004]
Therefore, a conventional floating ring type mechanical seal will be briefly described with reference to FIG. 6, reference numeral 1 denotes a rotating shaft, 2 denotes a rotating ring, 3 denotes a seal ring, 4 denotes a seal casing, 5 denotes a stationary ring, 6 denotes a floating ring, 7 denotes a spring retainer, 8 denotes a spring, 9 denotes a backup ring, Reference numeral 10 denotes an O-ring, and reference numeral 11 denotes an adapter.
The rotating ring 2 and the seal ring 3 are components that rotate integrally with an impeller (not shown) attached to the rotating shaft 1. Other seal casing 4, stationary ring 5, floating ring 6, spring retainer 7, etc. It is a fixed side component.
[0005]
The floating ring 6 is held between the seal ring 3 fixed to the rotating ring 2 and the stationary ring 5 slidably held in the axial direction by the seal casing 4 and urged in the rotating ring direction. Are annular members whose both end portions are substantially symmetrical. In this case, between the sealed fluid region H at high temperature and high pressure such as canned water and the non-sealed fluid region L at atmospheric pressure, the relative rotation of the seal surfaces 3a, 6a, which are the contact surfaces between the seal ring 3 and the floating ring 6, are provided. It is configured to shield and seal by contact.
In a general conventional configuration, the floating ring 6 is made of a cobalt binder cemented carbide, and the backup ring 9 is made of polytetrafluoroethylene containing glass fiber.
Note that polytetrafluoroethylene is generally a fluororesin widely known under the trade name of “Teflon (registered trademark)”.
As a known document of a mechanical seal having such a floating ring, there is, for example, Patent Document 1 below.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-7-198042 (page 3-4, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional floating ring type mechanical seal described above, a leak occurs under a condition where a high pressure close to the pressure in the forced circulation boiler acts, and a sufficient sealing function cannot be exhibited. For this reason, in the floating ring type mechanical seal of the canned water circulation pump, the pressure acting on the shaft sealing part is reduced as much as possible by introducing water sealing and corresponding to high pressure, and the pressure resistance condition of the mechanical seal part is relaxed and used. That is the current situation.
Therefore, there is a demand for a free-ring type mechanical seal of a canned water circulation pump that can set usable pressure resistance conditions as high as possible and that does not leak even when exposed to high-temperature and high-pressure canned water.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can eliminate leakage from a shaft sealing portion even when exposed to high-temperature and high-pressure boiler water. It is intended to provide a seal.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
In the floating ring type mechanical seal according to the first aspect, the floating ring is interposed between the seal ring held on the rotating ring that rotates integrally with the rotating side and the stationary ring held on the stationary side via a spring retainer. A floating ring type mechanical seal that holds a pressure and seals with a sliding surface between the seal ring and the floating ring, wherein a polytetrafluoroethylene sheet is provided between the seal ring and the rotating ring. It is.
[0010]
According to such a floating ring type mechanical seal, since the polytetrafluoroethylene sheet for reducing the frictional force is installed between the seal ring and the rotary ring, even if there is a large pressure change over a relatively long time. Since the seal ring slides, deformation of the slide ring is prevented, and the seal surface per plane can always be maintained.
[0011]
In the floating ring type mechanical seal according to the first aspect, it is preferable that both the seal ring and the floating ring are made of silicon carbide.
Then, in the floating ring type mechanical seal according to claim 1 or 2, it is preferable that the thickness of the polytetrafluoroethylene sheet is 0.2 mm.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a floating ring type mechanical seal of a canned water circulation pump according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a water circulation pump to which a floating ring type mechanical seal of a water circulation pump according to the present invention is applied will be briefly described with reference to a system diagram of FIG.
3, reference numeral 100 denotes a boiler main body, 110 denotes a steam drum (can), 120 denotes a water drum, 130 denotes a burner, 140 denotes a economizer, 150 denotes a high-pressure heater, 160 denotes a water supply pump, 170 denotes a booster pump, 200 Is a canned water circulation pump, 210 is a suction valve, 220 is a discharge valve, and 230 is a drive motor.
[0013]
The steam drum 110 of the boiler 100 is guided by steam heated by the burner 130 from the can water supplied from the can water circulation pump 200 and boiler feed water supplied from the feed water pump 160 and passing through the high-pressure heater 150 and the economizer 140. The inside of the steam drum 120 is in a two-phase state of steam and water (canned water). Among them, one steam is supplied to the turbine as main steam to perform work, and the other still water is sucked by the still water circulation pump 200.
The canned water circulation pump 200 is a vertical pump, and supplies the canned water sucked from the steam drum 110 to the water drum 120. During normal operation, a part of the water supply is supplied as injection water to the canned water circulation pump 200 through an injection water line 240 branched from a water supply line for supplying water from the water supply pump 160 to the high-pressure heater 150.
[0014]
FIG. 4 shows an outline of a canned water circulation pump 200, in which a drive motor 230 located at an upper portion and an impeller 201 provided at a lower portion are connected by one rotating shaft 1. A space between the drive motor 230 and the impeller 201 is called a motor base 202, and a bearing 203 is incorporated in an upper part of the motor base 202, and a floating ring type mechanical seal 20 described later is incorporated in a lower part.
[0015]
As a method of sealing the water in a floating ring type mechanical seal (hereinafter referred to as a “mechanical seal”) 20 described later, the water supply pump 160 is also operated during the operation of the boiler. It is introduced between 204 and 205 and sealed with the injection water, so that the can water can be prevented from rising from the impeller 201.
A part of the injection water (indicated by a thick arrow in the drawing) introduced between the floating rings 204 and 205 is combined with the still water and sent to the water drum 120, and the rest is a deaerator not shown. Led to.
[0016]
The pressure of the introduced injection water is reduced to, for example, about 98 Pa (10 kg / cm ² ) by the floating rings 204 and 205, and the final seal is performed by the mechanical seal 20.
[0017]
However, during the hot banking in which the boiler operation is stopped, the operation of the water supply pump 160 is also stopped, and therefore, as shown in FIG.
For this reason, for example, can water having a pressure of about 1960 Pa (200 kg / cm ² ) and substantially the same high pressure as in the boiler main body 100 rises along the rotating shaft 1 as shown by a thick arrow in the drawing, so that high-temperature high-pressure It becomes necessary to seal the water pressure with only the mechanical seal 20.
[0018]
As shown in FIG. 1 as an embodiment, the floating ring type mechanical seal 20 used here includes a rotating ring 2 and a seal ring 3 as main components on the rotating side that operate integrally with the rotating shaft 1 of the pump. The main components on the stationary side include a spring retainer 7, an adapter 11, a stationary ring 5, a floating ring 6, and the like.
In the mechanical seal 20, the sealed fluid area H on the high-pressure fluid side is formed by the relative rotational sliding action on the contact surface between the sealing surface 6 a of the floating ring 6 on the stationary side and the sealing surface 3 a of the sealing ring 3 on the rotating side. And an unsealed fluid region L at atmospheric pressure.
[0019]
The spring 8 held by the spring retainer 7 has a function of urging the stationary ring 5 and the floating ring 6 to press the sealing ring 3 from above to below, and is disposed via the backup ring 9. The O-ring 10 seals the space between the stationary ring 5 and the spring retainer 7 so that canned water does not leak from the sealed fluid region H on the high pressure fluid side to the non-sealed fluid region L at atmospheric pressure.
[0020]
The floating ring 6 is a member having an annular cross-section composed of an annular pressing portion 61 and a sealing portion 62 having substantially the same shape and projecting from both end surfaces of an annular main body. Comes into contact with the end face 5a of the stationary ring 5, and the seal face 6a, which is the end face of the seal portion 62, comes into sliding contact with the seal face 3a, which is the end face of the seal ring 3.
As shown in FIG. 1B, the floating ring 6 is provided with a hydrocut portion 6b by partially cutting out the sealing surface 6a. The hydrocut portion 6b is configured such that lubricating water for cooling or the like is supplied between the sealing surfaces 3a and 6a which are in relative rotational sliding contact with each other. It is provided in places. The amount of hydrocut is preferably 1 mm.
[0021]
The floating ring type mechanical seal 20 having the above-described configuration is known to have excellent high-pressure characteristics. However, for example, the cantilever water (high pressure of about 1960 Pa) under operating conditions under which water is no longer sealed in a canned water circulation pump is used. In order to prevent leakage even in the case of a fluid, it is necessary to further improve the pressure resistance.
Then, in order to investigate the cause of the leak at high pressure, the inventors have conducted various tests and studies.
[0022]
As a result, as a first result, it has been found that the mechanical seal 20 has an area where a leak occurs during the course of rising to a predetermined set pressure or the middle of a pressure change falling from the predetermined set pressure. That is, it has been found that the leak occurs only in the intermediate pressure zone where there is a process of increasing toward the set pressure or a process of decreasing from the set pressure.
[0023]
The reason that the leak occurs in such an intermediate pressure zone is presumed to be that the seal ring 3 is slightly inclined in the course of the pressure change, and the seal ring 3 is deformed and tilted due to the slip. Is done. That is, in the process of increasing the pressure to the intermediate pressure zone where the leak occurs, the contact position does not slip because the frictional force of the contact surface portion exceeds. However, when the pressure rises to the intermediate pressure zone, the frictional force becomes smaller, so that the above-mentioned slippage occurs, and the sealing surface 3a of the seal ring 3 is in a line contact state in which the seal surface 3a is largely opened on the inner diameter side (the rotating shaft 1 side). Therefore, it is considered that a gap is formed and a flow path that generates a leak is formed.
[0024]
Then, when the pressure further rises from such an intermediate pressure zone, the seal ring 3 slides in the opposite direction and restores to a parallel plane, so that it is considered that the above-mentioned gap disappears and the generation of the leak stops.
In the process of the pressure dropping from the predetermined pressure, it is considered that a leak is generated or stopped by an operation reverse to that at the time of the above-described pressure increase.
[0025]
From the mechanism of the leak occurrence presumed in this way, in the present invention, as described below, the frictional force between the seal ring 3 and the rotating ring 2 is reduced to make the structure slippery, and the intermediate pressure band We thought about preventing leaks.
In the floating ring type mechanical seal shown in FIG. 2, a polytetrafluoroethylene sheet 30 is fixed to the rotating ring 2 as an optimal frictional force reducing layer (member) provided between the seal ring 3 and the rotating ring 2. .
[0026]
Since the polytetrafluoroethylene sheet 30 not only has extremely low frictional force but also can withstand high temperature and high pressure, it is particularly suitable for sealing a high temperature and high pressure working fluid such as a shaft seal portion of a canned water circulation pump. Is optimal. When the polytetrafluoroethylene sheet 30 is provided, the coefficient of friction between the seal ring 3 and the rotating ring 2 is reduced by orders of magnitude as compared with the conventional one in which the frictional force reducing member is not provided. Therefore, since the frictional force is also significantly reduced, the seal ring 3 slips in almost all pressure bands except for a small pressure band.
[0027]
As a result, the deformation of the seal ring 3 in the intermediate pressure zone as described above does not occur, and therefore, the occurrence of leak due to this is prevented. In addition, when this mechanical seal was applied to a can water circulation pump and a test was conducted, even under conditions where sealing of water was stopped and high temperature and high pressure of the can water acted, leaks including intermediate pressure zones during pressure fluctuations were observed. It was confirmed that it did not occur.
Further, it was confirmed that the thickness of the polytetrafluoroethylene sheet 30 is most preferably 0.2 mm in consideration of the strength problem without affecting the sealing surface pressure.
[0028]
Further, in a floating ring type mechanical seal having a structure in which such a frictional force reducing member is provided between the seal ring 3 and the rotating ring 2, the seal ring 3 and the floating ring 6 are made of the same material, silicon carbide.
This is because, when the mechanical seal 20 was exposed to a high-temperature and high-pressure working fluid, the seal surfaces 3a and 6a of the seal ring 3 and the floating ring 6 may be roughened, and this was found to cause a leak. It is. Therefore, it has been confirmed that it is most suitable that the seal ring 3 and the floating ring 6 are made of silicon carbide in order to prevent rough skin. As a result, the function of preventing leakage of the mechanical seal 20 against high pressure is further improved, and durability and reliability are also improved.
[0029]
Further, in the above-described embodiment, the friction reducing layer is fixed to the rotating ring 2 side. However, for the purpose of forming the friction reducing layer on the back surface of the seal ring 3, for example, polytetrafluoroethylene is provided on the seal ring 3 side. Modifications such as fixing an ethylene sheet or fixing a polytetrafluoroethylene sheet to both the seal ring 3 side and the rotating ring 2 side are possible.
The friction reducing layer is not necessarily limited to the polytetrafluoroethylene sheet. For example, when the temperature condition is low, another fluororesin may be used as the low friction member, or the friction reducing layer may be formed by a surface treatment or the like. Friction is also possible.
[0030]
The mechanical seal described so far is not limited to the shaft sealing portion of the canned water circulation pump of the forced circulation boiler, and it is needless to say that the mechanical seal can be widely applied particularly to a shaft sealing structure of pumps handling a high-temperature and high-pressure fluid.
The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately combined or changed without departing from the spirit of the present invention.
[0031]
【The invention's effect】
According to the mechanical seal of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since a polytetrafluoroethylene sheet for reducing the frictional force is provided between the seal ring and the rotating ring, use conditions such as a canned water circulation pump that slowly and largely fluctuates over time, such as a canned water circulation pump. Even below, since the seal ring moves along the polytetrafluoroethylene sheet having a low frictional force before the deformation occurs, the seal ring can be prevented from being deformed by the fluid pressure. Therefore, even in the intermediate pressure zone, the parallelism of the seal surface, which is the contact surface between the idler ring and the seal ring, is not impaired, and a good sealing function can be reliably exhibited in all pressure zones up to high pressure. it can.
(2) If the seal ring and the floating ring are made of the same member (silicon carbide), the occurrence of rough skin can be suppressed or prevented, and the durability and reliability against high pressure can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing an embodiment of a floating ring type mechanical seal according to the present invention, wherein FIG. 1A is a sectional view of a main part, and FIG. 1B is an enlarged view showing a hydrocut portion of the floating ring.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of the floating ring type mechanical seal shown in FIG.
FIG. 3 is a system diagram showing a schematic configuration of a forced circulation boiler.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outline of a canned water circulation pump used in the forced circulation boiler of FIG. 3, showing a path inside the pump for injection water.
5 is a view showing a path in which injection water supply to the canned water circulation pump shown in FIG. 4 is stopped and the canned water flows to the shaft sealing portion.
FIG. 6 is a sectional view showing a conventional floating ring type mechanical seal.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating shaft 2 Rotating ring 3 Seal ring 3a Seal surface 5 Stationary ring 6 Floating ring 6a Seal surface 6b Hydrocut part 7 Spring retainer 8 Spring 9 Backup ring 10 O-ring 11 Adapter 20 Floating ring mechanical seal 30 Polytetrafluoroethylene sheet

Claims

回転側と一体に回転する回転環に保持されるシールリングと静止側にスプリングリテーナを介して保持される静止環との間に遊動環を挟圧保持し、前記シールリングと遊動環との摺動面によりシールを行う遊動環型メカニカルシールにおいて、前記シールリングと回転環との間にポリテトラフルオロエチレンシートを設置したことを特徴とする遊動環型メカニカルシール。A floating ring is held between a seal ring held by a rotating ring that rotates integrally with the rotating side and a stationary ring held by a spring retainer on the stationary side, and sliding between the seal ring and the floating ring is performed. A floating ring type mechanical seal, in which a polytetrafluoroethylene sheet is provided between the seal ring and a rotating ring, wherein the floating ring type mechanical seal seals with a moving surface.

前記シールリング及び前記遊動環が共にシリコンカーバイドであることを特徴とする請求項１記載の遊動環型メカニカルシール。The floating ring type mechanical seal according to claim 1, wherein both the seal ring and the floating ring are made of silicon carbide.

前記ポリテトラフルオロエチレンシートの厚さを０．２ｍｍとしたことを特徴とする請求項１または２記載の遊動環型メカニカルシール。The floating ring type mechanical seal according to claim 1, wherein the thickness of the polytetrafluoroethylene sheet is 0.2 mm.