JP2011074931A - 可燃性ガス圧縮機のシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転環と静止環が接触回転することによる摩耗を小さくして摩耗粉の発生を防止し、摩耗粉が可燃性ガスの存在下で急激に燃焼する問題を防止する。
【解決手段】回転軸２に取り付けた回転環５と回転環５に対向してハウジング１に支持される静止環６とを有し、回転環５と静止環６の対向面５ａ，６ａの一方には動圧発生溝７が備えられ、静止環６をバネ８によって回転環５に押し付けるようにした可燃性ガス圧縮機のシール装置であって、回転環５と静止環６の対向面５ａ，６ａの少なくとも一方に、ポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜１４をコーティングする。
【選択図】図１

Description

本発明は可燃性ガス圧縮機のシール装置に関する。

可燃性ガス（支燃性ガスを含む）を圧縮するための可燃性ガス圧縮機には、可燃性ガスの漏洩を防止して圧縮効率を高めるためのシール装置を備える必要があり、従来から図４に示すようなラビリンスシールを用いることが一般的に実施されている。ラビリンスシールは、図４に示すように、静止側であるハウジング１と、圧縮ブレードを備えて前記ハウジング１に回転可能に支持された回転軸２との間において、ハウジング１の内周面との間に先端が例えば１００〜２００μｍの隙間Ｓを有する複数のラビリンスフィン３を回転軸２の外周面に取り付け、圧縮ブレードにより圧縮された高圧側のガスがラビリンスフィン３による曲折した流路によって低圧側（大気圧側）へ漏洩するのを防止している。

図４のラビリンスシールにおいては、前記ハウジング１とラビリンスフィン３が接触した場合火花が発生し、ハウジング材および軸材が燃焼する問題がある。このために、ラビリンスフィン３と対向するハウジング１の内周面には、銀メッキ又は金メッキによる防爆膜４を施すことが行なわれている。

しかし、上記ラビリンスフィン３によるシール装置は、前記隙間Ｓによるガス漏れが多いために、圧縮機の運転効率を高めることができない要因となっていた。

一方、空気或いは不活性ガス等を圧縮する圧縮機のシール装置としてはドライガスシールが知られている。

ドライガスシールは、図５（ａ）に示すように、回転軸２に取り付けた回転環５と該回転環５に対向するようにハウジング１に支持された静止環６とを有しており、静止環６と対向する回転環５の対向面５ａには、回転環５の回転により外周からガスを取り込んで静止環６との間に圧力（動圧）を生じさせるように放射状に湾曲して延びた動圧発生溝７を形成している。更に、前記静止環６とハウジング１との間にはバネ８が備えられており、静止環６はバネ８により押されて回転環５と接触する構造となっている。図中９は静止環６をハウジング１に支持するための取付ブロックであり、取付ブロック９はハウジング１に固定ボルト１０で固定してあり、取付ブロック９には前記バネ８によって静止環６が回転環５に向かって出没可能に支持されていると共に、静止環６は取付ブロック９に備えた案内ロッド１１によって出没が案内されるようになっている。図中１２は回転環５を回転軸２に固定する固定リング、１３はＯリング等のシール材である。

そして、前記ドライガスシールでは、回転軸２の停止時の静止環６は、図５（ａ）に示すようにバネ８によって回転環５の対向面５ａに押し付けられており、回転軸２の回転が起動された時も回転環５には静止環６が押し付けられた状態で回転するが、回転環５の回転速度が所定値よりも大きくなると前記動圧発生溝７によって対向面５ａ，６ａ間に生じる動圧が前記バネ８の押し付け力に打ち勝ち、図５（ｂ）に示すように静止環６を押し戻して、対向面５ａ，６ａ間に僅か（２μｍ程度）なシール間隙を形成して回転するようになる。

このように、回転環５と静止環６との間に圧力を保持したシール間隙が形成されるので高圧側のガスが低圧側へ漏洩する量を少なくすることができる。

上記したようなドライガスシールの一般的技術水準を示す先行技術文献情報としては、特許文献１、特許文献２等がある。

特開平０３−１４０６７２号公報 特開２００７−１７７８８７号公報

前記ドライガスシールにおいては、起動・停止時には回転環５に静止環６が押し付けられた状態で回転することになるために、回転環５と静止環６の対向面５ａ，６ａが摩耗する問題がある。このため、従来より回転環５にはステンレス基材の表面に窒化チタン（ＴｉＮ）等の摩耗し難い材料をコーティングしたものまたは炭化けい素が用いられ、又、静止環６にはしゅう動特性に優れたカーボンが用いられていた。

しかし、上記したようなカーボンによる静止環６を備えた従来のドライガスシールを可燃性ガス圧縮機のシール装置として採用した場合には、前記静止環６が回転環５と接触して回転することにより摩耗して酸素を支燃性ガスとしてハウジング材および軸材を燃焼させてしまう恐れがある。

又、前記特許文献１には、回転環と静止環の対向面の少なくとも一方に４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ等)等の固体潤滑剤をコーティングすることが記載されている。そして、このように少なくとも一方に４フッ化エチレン樹脂がコーティングされた回転環及び静止環によれば、接触した状態で回転しても、４フッ化エチレン樹脂による摩耗は小さいことが考えられる。

しかし、前記したように４フッ化エチレン樹脂を用いた場合には，起動直後、停止直前の運転条件において４フッ化エチレン樹脂が摩耗することが本研究者らの実験で確認された。従って、回転環及び静止環の対向面に４フッ化エチレン樹脂をコーティングしたドライガスシールを可燃性ガス圧縮機のシール装置として採用した場合には、前記４フッ化エチレン樹脂の摩耗が進行し、最終的には固定環の基材（炭化けい素）と回転環の接触により発火し、燃焼してしまう問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、回転環と静止環が接触回転することによる摩耗を小さくし、摩耗粉による発火を防止できるようにした可燃性ガス圧縮機のシール装置を提供しようとするものである。

本発明は、回転軸に取り付けた回転環と該回転環に対向してハウジングに支持される静止環とを有し、回転環と静止環の対向面の一方には動圧発生溝が備えられ、前記静止環をバネによって回転環に押し付けるようにした可燃性ガス圧縮機のシール装置であって、前記回転環と静止環の対向面の少なくとも一方に、ポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜をコーティングしたことを特徴とする可燃性ガス圧縮機のシール装置、に係るものである。

上記可燃性ガス圧縮機のシール装置において、前記動圧発生溝を回転環の対向面に備えてもよい。

又、上記可燃性ガス圧縮機のシール装置において、前記動圧発生溝をポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜により形成してもよい。

本発明によれば、回転環と静止環の対向面の少なくとも一方に、ポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜をコーティングしたので、回転環と静止環が接触回転することによる摩耗を抑えることができ、よって、固定環および回転環の接触によって生じる摩耗粉による粉塵発火を防止して可燃性ガス圧縮機の安全性が著しく高められるという優れた効果を奏し得る。

（ａ）は本発明を実施する可燃性ガス圧縮機のシール装置の形態の一例を示す切断側面図、（ｂ）は（ａ）の回転軸が回転した状態を示す切断側面図である。 対向面にポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜を備えた静止環の正面図である。 回転環の対向面に備えた動圧発生溝の一例を示す正面図である。 従来のラビリンスシールの一例を示す切断側面図である。 （ａ）は従来のドライガスシールの一例を示す切断側面図、（ｂ）は（ａ）の回転軸が回転した状態を示す切断側面図である。

以下、本発明を実施する形態を図示例と共に説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例であり、図中、図５（ａ）、（ｂ）と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図５（ａ）、（ｂ）に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１（ａ）、（ｂ）及び図２に示す如く、ドライガスシールを構成する前記回転環５と対向する静止環６の対向面６ａに、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）系の樹脂膜１４をコーティングしている。樹脂膜１４は前記静止環６の対向面６ａに焼付け等によって一体にコーティングすることができる。前記ポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜１４は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように静止環６の対向面６ａのみに備えるようにしてもよく、又は、回転環５の対向面５ａのみに備えるようにしてもよく、更には、静止環６と回転環５の両方の対向面５ａ，６ａに備えるようにしてもよい。

又、前記回転環５の対向面５ａには、図３に示す如く、対向面５ａの径方向中間から放射状に外側へ向かって湾曲して延びた動圧発生溝７を形成している。この動圧発生溝７は回転環５の対向面５ａに溝加工することによって形成してもよく、或いは動圧発生溝７を設ける部分を残して他の部分に前記ポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜１４を焼付けることによって動圧発生溝７を形成してもよい。

以下に上記一実施例の作用を説明する。

回転軸２が停止している時の静止環６は、図１（ａ）に示すようにバネ８によって回転環５の対向面５ａに押し付けられている。回転軸２の回転が起動された時も回転環５には静止環６が押し付けられた状態のまま回転するが、回転環５の回転速度が所定値よりも大きくなると前記動圧発生溝７によって対向面５ａ，６ａ間に生じる動圧が前記バネ８の押し付け力に打ち勝ち、図１（ｂ）に示すように静止環６を押し戻して、対向面５ａ，６ａ間に僅か（２μｍ程度）なシール間隙を形成して回転するようになる。

このように、回転環５と静止環６との間に圧力を保持した数ミクロンレベルのシール間隙が形成されるので高圧側のガスが低圧側へ漏洩する量は少なくなる。

上記したように、回転環５の回転の起動・停止時には、静止環６が押し付けられた状態で回転環５が回転することになるために、回転環５と静止環６の対向面５ａ，６ａには接触回転による摩耗の問題が考えられる。

しかし、図１（ａ）、（ｂ）、図２に示すように、静止環６の対向面６ａにポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜１４をコーティングしたことにより、摩耗の問題を殆ど防止することができた。

ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）は、耐熱性、耐腐食性、耐薬品性等の特性を有することが知られており、種々の目的場所に利用されるようになってきている。

本発明者らは、従来から知られている４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ)の樹脂膜を、特許文献１のように図１（ａ）、（ｂ）の静止環６の対向面６ａに形成した場合と、同様に本発明のポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ)系の樹脂膜１４を静止環６の対向面６ａにコーティングした場合とについて、起動直後および停止直前を模擬した摩耗試験を実施し、樹脂膜の摩耗について調査を行なった。このとき、回転環５はステンレス基材の表面に窒化チタンをコーティングしたものを用いた。調査結果を表１に示した。

上記試験の結果、ＰＴＦＥ系被膜では摩耗粉が発生しているのに対し、本発明のＰＥＥＫ系被膜においては目視では摩耗粉を確認することができず、被膜の摩滅・剥離もなく、相手材に対するダメージも少ないことが確認され、よって、ポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜１４は極めて高い耐摩耗性を有することが確認された。

従って、可燃性ガス圧縮機のシール装置のように耐摩耗性が要求される場所に、特許文献１のように従来から一般に用いられている４フッ化エチレン樹脂を用いた場合には、被膜がなくなった固定環の基材と回転環の接触により火花が発生し、ハウジング材及び軸材を燃焼させる問題があるのに対し、本発明のように静止環６の対向面６ａにポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜１４をコーティングしたシール装置によれば、摩耗が殆どないため、摩耗粉による発火を防止することができ、よって可燃性ガス圧縮機の安全性を著しく高めることができる。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、前記静止環６の対向面６ａにポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜１４をコーティングした構成によれば、図５（ａ）、（ｂ）における従来のドライガスシールに備えられている静止環６に代えて、樹脂膜１４を備えた静止環６を取り付けるのみで、従来のドライガスシールに容易に適用することができる。又、長期にわたる可燃性ガス圧縮機の運転によって樹脂膜１４が損耗するようなことが生じても、樹脂膜１４を備えた新たな静止環６に交換する、或いは静止環６の対向面６ａの樹脂膜１４を新たにコーティングし直すことで、容易に可燃性ガス圧縮機の運転を継続することができる。

更に、図３に示すように、前記回転環５の対向面５ａに動圧発生溝７を備えるようにすると、回転環５の回転により動圧発生溝７は可燃性ガスを取り込んで回転環５と静止環６の間の静圧を高めるように作用する。

又、回転環５の対向面５ａにおける動圧発生溝７を形成しない部分にポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜１４を焼付けることで対向面５ａに動圧発生溝７を形成することができ、このようにすると、対向面５ａに溝加工することによって動圧発生溝７を形成する場合に比して動圧発生溝７の形成が容易になる。

尚、本発明の可燃性ガス圧縮機のシール装置は、上述の実施例にのみ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種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明における可燃性ガスは、水素、プロパン、メタン及び支燃性ガスを含むものである。

１ ハウジング
２ 回転軸
５ 回転環
５ａ 対向面
６ 静止環
６ａ 対向面
７ 動圧発生溝
８ バネ
１４ 樹脂膜

Claims (3)

1. 回転軸に取り付けた回転環と該回転環に対向してハウジングに支持される静止環とを有し、回転環と静止環の対向面の一方には動圧発生溝が備えられ、前記静止環をバネによって回転環に押し付けるようにした可燃性ガス圧縮機のシール装置であって、前記回転環と静止環の対向面の少なくとも一方に、ポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜をコーティングしたことを特徴とする可燃性ガス圧縮機のシール装置。
2. 前記動圧発生溝を回転環の対向面に備えたことを特徴とする請求項１に記載の可燃性ガス圧縮機のシール装置。
3. 前記動圧発生溝をポリエーテルエーテルケトン系の樹脂膜により形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の可燃性ガス圧縮機のシール装置。

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