[发明专利]干气密封结构

说明书

技术领域

本发明涉及贯通壳体而设置的干气密封结构。

背景技术

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1）。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1】日本特开2004-190783号公报

发明内容

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℃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℃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，本发明中的“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℃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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。