干气密封结构制造技术

该干气密封结构（10）具备：壳体（12），其收容有超临界状态的流体；旋转轴（13），其贯通壳体（12）；旋转环（25），其与旋转轴（13）一体地旋转；静止环（28），其在旋转轴（13）停止时与旋转环（25）抵接，在旋转轴（13）旋转时以与旋转环（25）之间隔开密封间隙（30）的状态静止；循环配管路径（20），其将流体的一部分向密封间隙（30）的入口部分供给；调温装置，其调节在循环配管路径（20）中流动的流体的温度；及控制部（C），其在驱动旋转轴（13）之前，控制调温装置的动作，以将密封间隙（30）的入口部分加热至规定温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及贯通壳体而设置的干气密封结构。
技术介绍
在贯通壳体而设置有旋转轴的旋转机械中，作为用于对旋转轴与壳体之间进行密封的密封结构，广泛地使用干气密封结构(例如，参照专利文献I)。这里，图13是表示现有例子的干气密封结构70的概略纵向剖视图。如图所示，干气密封结构70包括固定于旋转轴71而一体旋转的旋转环72和与该旋转环72相对而设置于壳体73的静止环74，在旋转环72的表面上形成螺旋状的槽(未图示)，并且静止环74由螺旋弹簧75向旋转环72侧施力。根据这种构成，旋转轴71停止时，由螺旋弹簧75的作用力而使旋转环72与静止环74抵接。另一方面，当旋转轴71旋转时，壳体73内的气体被导入到螺旋状的槽的内部，由于·其动压效果而在旋转环72与静止环74之间产生微小的密封间隙76。并且，壳体73内的气体通过该密封间隙76而向外部泄漏微量，从而将旋转轴71与壳体73之间密封。在先技术文献专利文献专利文献I日本特开2004-190783号公报
技术实现思路
然而，以往的干气密封结构70适用于如所谓CO2喷射泵那样喷出压力为高压的泵时，在旋转环72与静止环74之间产生的密封间隙76中可能会发生不良情况。这里，图14是表示以往的干气密封结构70中的CO2的焓与CO2的压力之间的关系的图形。在将干气密封结构70适用于CO2喷射泵时，收容在壳体73内的CO2例如为压力是20MPa且温度是30°C以上的超临界状态。在这种超临界状态下，在旋转轴71的驱动开始前且壳体73内的CO2的温度尚低时，例如图14所示CO2的温度为50°C时，该CO2在通过密封间隙76时被减压，由此其状态从超临界状态变化，成为气液二相状态即气体与液体混杂的状态。如此，CO2的物性，具体而言密度、粘度急剧变化。在该状态下开始旋转驱动时，由螺旋弹簧75施力的静止环74的行动有时不稳定。需要说明的是，本专利技术中的“超临界状态”是指超过了具有气体与液体能够共存的极限的温度、压力的点即临界点的状态。另外，在旋转轴71的驱动开始前且壳体73内的CO2的温度尚低时，例如图7所示，在CO2的温度为40°C时，超临界状态的CO2比气体状态的CO2的粘度高。在该状态下开始旋转驱动时，CO2通过密封间隙76时的粘性发热量增大，在旋转环72和静止环74可能会发生过大的热变形。此外，在旋转轴71的驱动开始前且壳体73内的CO2的温度尚低时，在通过密封间隙76时CO2进行隔热膨胀，由此，密封间隙76的出口部分的CO2的温度有时会成为冰点以下。这种情况下，大气中的水分在密封间隙76的出口部分的周边有时会结冰。本专利技术考虑这种情况而作出，其目的在于提供一种即使在适用于将超临界状态的流体收容在壳体的内部那样的旋转机械的情况下，在旋转轴的驱动开始时，密封间隙也不会发生不良情况的干气密封结构。本专利技术的干气密封结构的第一方式为，所述干气密封结构具备壳体，其收容有超临界状态的流体；旋转轴，其贯通该壳体而设置且被旋转驱动；旋转环，其包围该旋转轴而设置且与该旋转轴一体地旋转；静止环，其设置于所述壳体，在所述旋转轴停止时以整周与所述旋转环抵接，在所述旋转轴旋转时以与所述旋转环之间隔开密封间隙的状态静止；配管路径，其将由所述壳体收容的流体的一部分向所述密封间隙的入口部分供给；调温装置，其调节在所述配管路径中流动的流体的温度；及控制部，其在驱动所述旋转轴之前，控制所述调温装置的动作，以将所述密封间隙的入口部分加热至规定温度。根据这种构成，在旋转轴的驱动开始前，供给由调温装置加热后的超临界状态的流体，从而将密封间隙的入口部分预先加热至规定温度。 本专利技术的干气密封结构的第一方式也可以在所述配管路径设置有循环泵，该循环泵使供给至所述密封间隙的入口部分的流体循环而再次向所述密封间隙的入口部分供给。根据这种构成，使由壳体收容的流体的一部分循环而反复向密封间隙的入口部分供给，因此无需将由壳体收容的流体全部加热。因此，能够缩短调温装置对流体的温度控制所需的时间，而且能够实现构成调温装置的加热器的容量的缩小化。另外，在本专利技术的干气密封结构的第一方式中，也可以是，所述调温装置具备对在所述配管路径中流动的流体进行加热的加热器，该加热器的热源是所述循环泵或对将所述旋转轴支承为旋转自如的轴承供给润滑油的润滑用油泵。根据这种构成，无需为了加热流体而设置专用的热源，因此能够实现成本削减。本专利技术的干气密封结构的第二方式为，所述干气密封结构具备壳体，其收容有超临界状态的流体；旋转轴，其贯通该壳体而设置且被旋转驱动；旋转环，其包围该旋转轴而设置且与该旋转轴一体地旋转；静止环，其设置于所述壳体，在所述旋转轴停止时以整周与所述旋转环抵接，在所述旋转轴旋转时以与所述旋转环之间隔开密封隙的状态静止；加热器，其设置在所述旋转环及所述静止环中的至少任一方；及控制部，其在驱动所述旋转轴之前，控制所述加热器的动作，以将所述密封间隙的入口部分加热至规定温度。根据这种构成，在旋转轴的驱动开始前，利用设置在旋转环、静止环的加热器，将密封间隙的入口部分预先加热至规定温度。而且，无需将用于调节流体的温度的调温装置等设置在壳体的外部，因此能够实现作为旋转机械整体的省空间化。本专利技术的干气密封结构的第三方式为，所述干气密封结构具备壳体，其收容有超临界状态的流体；旋转轴，其贯通该壳体而设置且被旋转驱动；旋转环，其包围该旋转轴而设置且与该旋转轴一体地旋转；静止环，其设置于所述壳体，在所述旋转轴停止时以整周与所述旋转环抵接，在所述旋转轴旋转时以与所述旋转环之间隔开密封间隙的状态静止；力口热器，其设置在所述壳体中的所述密封间隙的紧前位置；及控制部，其在驱动所述旋转轴之前，控制所述加热器的动作，以将所述密封间隙的入口部分加热至规定温度。根据这种构成，在旋转轴的驱动开始前，利用设置于壳体的加热器，而将密封间隙的入口部分预先加热至规定温度。而且，无需将用于调节流体的温度的调温装置等设置在壳体的外部，因此能够实现作为旋转机械整体的省空间化。另外，在本专利技术的干气密封结构的第一至第三方式中，也可以在所述壳体的内部形成且所述超临界状态的流体所流过的流通路径中，所述密封间隙的紧前部分形成得比其他的部分窄。根据这种构成，在旋转轴的驱动开始后，由于流体在流通路径的狭窄的部分流动时的搅拌损失，密封间隙的入口部分被加热。因此，可以使在驱动开始前为了对密封间隙的入口部分进行加热而使用的调温装置、加热器在旋转轴的驱动开始后停止。因此，能够对应于不需要调温装置、加热器的运行成本而实现成本削减。专利技术效果根据本专利技术的干气密封结构，在旋转轴的驱动开始前，预先对密封间隙的入口部分进行加热，因此在旋转轴的驱动开始时通过密封间隙的超临界状态的流体的温度升高。因此，超临界状态的流体若在通过密封间隙时被减压，则从超临界状态向气体状态变化。由此，流体的物性不会发生急剧的变化，静止环的行动保持稳定的状态。·另外，在旋转轴的驱动开始时，通过密封间隙的流体的温度升高，因此流体的粘度下降。由此，流体通过密封间隙时产生的粘性发热量减小，静止环等也不会产生热变形。此外，在旋转轴的驱动开始时，通过密封间隙的流体的温度升高，因此即使通过密封间隙时流体发生隔热膨胀，也能够防止流体的温度在密封间隙的出口部分成为冰点以下的情况。由此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：堀匠，船越大司，前田学，上原秀和，山下一彦，吉田善一，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：
国别省市：