特許 6641004 ドライガスシールシステムおよびドライガスシールシステムを備える流体機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6641004

(24)【登録日】2020年1月7日

(45)【発行日】2020年2月5日

(54)【発明の名称】ドライガスシールシステムおよびドライガスシールシステムを備える流体機械

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/70 20060101AFI20200127BHJP

   F04D 29/12 20060101ALI20200127BHJP

   F01D 11/00 20060101ALI20200127BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/70 K

   F04D29/12 B

   F01D11/00

【請求項の数】5

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2018-520585(P2018-520585)

(86)(22)【出願日】2016年10月20日

(65)【公表番号】特表2018-536109(P2018-536109A)

(43)【公表日】2018年12月6日

(86)【国際出願番号】EP2016075284

(87)【国際公開番号】WO2017068073

(87)【国際公開日】20170427

【審査請求日】2018年6月19日

(31)【優先権主張番号】102015013659.3

(32)【優先日】2015年10月22日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510153962

【氏名又は名称】マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ロガー・ズーター

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル・ベシャート

【審査官】 小岩 智明

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第４０８４８２５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３２４３９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２２５３２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５２５２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０７６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２２１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５２０３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３１８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２２１８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／０８−２９／１６，２９／７０

Ｆ０４Ｂ ３９／１６

Ｆ０１Ｄ １１／００−１１／１０

Ｆ１６Ｊ １５／３４−１５／４５３，１５／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体機械のドライガスシールシステム（１）であって、前記流体機械のロータ側の構成部材（２）を、前記流体機械のステータ側の構成部材（３）に対してシールするための少なくとも一つのドライガスシール（４）と、前記流体機械から取り出されたプロセスガス（１１）を浄化するための浄化装置とを備え、前記プロセスガス（１１）は浄化の後、単独または個々のドライガスシール（４）に、浄化された封止用ガス（１０）として供給可能であるドライガスシールシステムにおいて、
前記浄化装置（１３）は、前記流体機械の前記ロータ側の構成部材（２）に組み込まれた遠心装置として実施され、前記遠心装置は、前記流体機械の軸（２）に組み込まれており、前記軸（２）は、前記プロセスガス（１１）のための少なくとも一つの入口開口部（２２）と、ドライガスシール（４）それぞれに対して前記封止用ガス（１０）のための少なくとも一つの径方向の出口孔（２３）を有していることを特徴とするドライガスシールシステム。

【請求項2】

前記軸（２）は、不純物のための少なくとも一つの出口開口部（２４）を有していることを特徴とする請求項１に記載のドライガスシールシステム。

【請求項3】

封止用ガス（１０）のための外部貯蔵装置を特徴とする請求項１または２に記載のドライガスシールシステム。

【請求項4】

少なくとも一つの加熱孔が、前記ステータ側の構成部材（３）に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のドライガスシールシステム。

【請求項5】

ステータ（３）とロータ（２）とドライガスシールシステム（１）とを備える流体機械であって、前記ドライガスシールシステム（１）は、請求項１から４のいずれか一項に記載の前記ドライガスシールシステムとされることを特徴とする流体機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１のおいて書き部に記載の流体機械のためのドライガスシールシステムと、このようなドライガスシールシステムを備える流体機械とに関する。

【背景技術】

【0002】

例えばターボコンプレッサのような流体機械において、当該流体機械のロータ側の構成部材を、当該流体機械のステータ側の構成部材に対してシールするために、従来のオイルフィルムシールに代わるドライガスシールシステムを用いることが増えている。

【0003】

図１および図２は、従来技術から既知であるドライガスシールシステム１の詳細を示し、当該ドライガスシールシステムは、流体機械のロータ側の構成部材２を、当該流体機械のステータ側の構成部材３に対してシールするのに役立つ。図１には二つのドライガスシール４が示され、当該ドライガスシールは、ロータ側の構成部材２をステータ側の構成部材３に対してシールするのに役立ち、ドライガスシール４のそれぞれは、ロータ側のシール要素６と、ステータ側のシール要素７とから成るシール装置５を含む。個々のドライガスシール４のシール装置５の個々のステータ側のシール要素７は、個々のドライガスシール４のステータ側の担持装置８に固定され、一方で個々のステータ側の担持装置８に支持され、他方でステータ側の構成部材に支持されるバネ要素９を介して、所定の力でロータ側のシール要素６に押し付けられる、もしくは押圧される。これによりステータ側のシール要素７は、ロータ側のシール要素６に確定的に当接する。

【0004】

こうして一方でドライガスシールシステム１のドライガスシール４のそれぞれに、シールガスとも称されるいわゆる封止用ガス１０が供給され、当該封止用ガス１０もしくはシールガスは、流体機械１２から取り出され、浄化のために浄化装置１３を介してガイドされる浄化されたプロセスガス１１である。個々のドライガスシール４にはまた、二つのさらなるガス流、すなわちバッファガスとも称されるバリアガス１４と、セパレーションガスとも称される分離ガス１５とが供給される。バリアガス１４および分離ガス１５は例えばN２であり、当該N２は貯蔵装置２５内に用意され、処理の後、相応の制御装置２６を介して個々のドライガスシール４に供給される。

【0005】

ドライガスシールのガス戻りとは、流体機械１２およびそれとともにプロセスに戻される封止用ガス１０の漏れ１６であり、封止用ガス１０とバリアガス１４との混合物からの、内部漏れとも称される漏れ１７であり、バリアガス１４と分離ガス１５との混合物の、外部漏れとも称される漏れ１８であり、ベアリング漏れとも称される、軸受けへの分離ガス１５の漏れ１９である。

【0006】

したがって上記において既に述べたように、ドライガスシールシステム１では、プロセスから、すなわち流体機械からプロセスガス１１を取り出し、浄化装置１３において浄化し、浄化されたプロセスガス１１を個々のドライガスシール４に、封止用ガス１０もしくはシールガスとして供給することが必要である。このとき従来技術から既知であるドライガスシールシステム１において、プロセスガス１１の処理もしくは浄化は、外部のフィルターシステムにおいて行われる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ドライガスシールシステムの構成の簡略化に対する需要がある。したがって本発明は、より簡単な構成を備えるドライガスシールシステムを創出することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題は、請求項１に記載のドライガスシールシステムにより解決される。本発明によれば浄化装置は、流体機械のロータに組み込まれた遠心装置として実施されている。

【0009】

本発明により、流体機械から取り出されるとともに、封止用ガスとして用いられるプロセスガスを処理するための、フィルター装置の形での外部浄化装置は省略され得る。それどころか本発明では、流体機械のロータに遠心装置として形成された浄化装置を組み込むことが提案され、当該浄化装置は浄化された封止用ガスを提供するためにプロセスガスを浄化することを引き受ける。外部浄化装置が不要になるため、ドライガスシールシステムの構成は簡略化され得る。ドライガスシールシステムのコスト、複雑さ、および故障発生度が低減される。

【0010】

一の有利な発展的構成によれば、遠心装置は流体機械のロータの軸に組み込まれており、当該軸は好ましくはプロセスガスのための少なくとも一つの入口開口部と、ドライガスシールごとに封止用ガスのための少なくとも一つの径方向の出口孔と、不純物のための少なくとも一つの径方向の出口孔とを有している。遠心装置をロータの軸に組み込むことにより、浄化された封止用ガスを提供するためにプロセスガスを特に有利に処理することが可能となる。さらなる有利点は、中空にされたロータもしくは中空にされた軸により、ロータのダイナミクスが改善され得ることである。さらに、既存の流体機械への取り付けもしくは既存の流体機械の変更が簡単に行われ得る。

【0011】

一の有利な発展的構成によれば、ドライガスシールシステムは、封止用ガスのための外部の貯蔵装置を有する。外部貯蔵型封止用ガスにより、流体機械のロータが停止しているとき、単独または個々のドライガスシールのシール機能が維持され得る。

【0012】

一の有利な発展的構成によれば、ドライガスシールシステムは、ステータおよび／またはハウジングカバー内に少なくとも一つの加熱孔を有する。これによりドライガスシールのいわゆる凝固もしくは閉塞が防止され得る。

【0013】

一のさらなる有利な発展的構成によれば、浄化装置はロータ内に、外部の液体を用いた相応の洗浄装置（図示せず）を有し、当該液体は例えば入り口孔を介して、任意選択的に付加的なノズルも用いて供給される。汚染された洗浄水は一つまたは複数の出口孔を介して排出される。

【0014】

本発明に係る流体機械は請求項７に定義されている。

【0015】

本発明の好ましい発展的構成は、従属請求項および以下の詳細な説明に記載されている。本発明の実施の形態を図面に基づいてより詳しく説明するが、本発明は当該実施の形態に限定されるものではない。図面に示すのは以下の通りである。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】流体機械を、設備技術を備えていない従来技術によるドライガスシールシステムの領域において、概略的な軸方向断面で示す図である。

【図2】設備技術を備える従来技術によるドライガスシールシステムのブロック図である。

【図3】本発明に係るドライガスシールシステムを備える流体機械を概略的な軸方向断面で示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明は、流体機械、特にターボコンプレッサのドライガスシールシステム１と、ドライガスシールシステム１を備える流体機械とに関する。

【0018】

ドライガスシールシステム１は、少なくとも一つのドライガスシール４を有し、当該ドライガスシールは、以下において短くロータ２と称される、流体機械のロータ側の構成部材２を、以下において短くステータ３もしくはハウジングと称される、流体機械のステータ側の構成部材３に対してシールするのに役立つ。

【0019】

図３は、本発明に係るドライガスシールシステム１の領域における流体機械の断面を示しており、ドライガスシールシステム１に関してドライガスシール４が示されており、ドライガスシール４は、流体機械のロータ２を、図３において示されていないステータ３もしくはハウジングに対してシールする。図３にはロータ２により受容されたインペラ２０が示され、インペラ２０はプロセスガスの流れをガイドする働きをする。

【0020】

すでに述べたように、ドライガスシールシステムではプロセスガス１１が取り出され、浄化され、浄化された封止用ガス１０としてドライガスシール４に供給される。

【0021】

本発明によれば封止用ガス１０を提供するためにプロセスガス１１を浄化することに役立つ浄化装置は、流体機械のロータ２に組み込まれており、遠心装置として実施され、当該遠心装置は矢印２１の方向に回転するロータ２の回転エネルギーを利用し、それにより不純物および／または液体をプロセスガス１１から分離し、そのようにしてプロセスガス１１から浄化された封止用ガス１０を得る。

【0022】

このとき遠心装置は流体機械のロータ２の軸に組み込まれており、当該軸２はプロセスガス１１のための少なくとも一つの入口開口部２２と、個々のドライガスシール４に対して、浄化された封止用ガス１０のための少なくとも一つの出口開口部２３と、プロセスガス１１から分離された不純物のための少なくとも一つの出口開口部２４とを有している。

【0023】

したがって、本発明によれば、プロセスガス１１から不純物を除去し、封止用ガス１０をドライガスシール４に供給するために、遠心力が用いられる。

【0024】

遠心力とコンプレッサ内の流れ状況に基づいて、すでに入口開口部２２の上流でプロセスガス１１から第一の不純物が除去され、それにより当該第一の不純物はまず、軸もしくはロータの内部空間に全く進入し得ない。ロータもしくは軸２の内部でさらなる不純物がプロセスガスから分離され、単独または個々の出口開口部２４を介して排出される。その後、浄化されたプロセスガスおよびそれとともに封止用ガス１０は、出口開口部２３を介してドライガスシール４に供給され得る。

【0025】

一の有利な発展的構成によれば、浄化された封止用ガス１０のための外部貯蔵装置（図示せず）が設けられており、当該外部貯蔵装置は、ロータ２が回転する通常運転時に浄化された封止用ガス１０で充填され得、それにより、ロータの停止時に、浄化された封止用ガスを貯蔵装置から取り出し、個々のドライガスシール４に供給する。これは特に、流体機械が停止している間の冷却段階において行われる。

【0026】

一のさらなる有利な発展的構成によれば、ステータ３および／またはハウジングカバー内に少なくとも一つの加熱孔（図示せず）が設けられ、これによりロータ２の停止時に、ドライガスシールシステム１、特にドライガスシール４を温度調整し、それによりドライガスシールの閉塞を防止する。

【0027】

したがって、本発明により、ドライガスシールシステム１もしくはドライガスシールシステム１を備える流体機械であって、当該ドライガスシールシステムもしくはドライガスシールシステムを備える流体機械において、取り出されたプロセスガス１１の処理、すなわち当該取り出されたプロセスガスの浄化が、ロータ２もしくはロータ軸内部で行われる、すなわち、プロセスガス１１を浄化するために遠心力を用いる、ロータ軸に組み込まれた遠心装置によって行われるドライガスシールシステムもしくはドライガスシールシステムを備える流体機械が提案される。

【0028】

上記の遠心力は、流体機械の作動時に回転するロータ２において元より存在し、それにより例えばフィルターのような外部浄化装置１３は省略され得る。全体としてドライガスシールシステム１および、このようなドライガスシールシステム１を有する流体機械の複雑性、故障発生度、およびコストが低減される。本発明に応じて既存の流体機械への取り付けもしくは既存の流体機械の変更が行われ得る。

【0029】

一のさらなる有利な発展的構成によれば、ロータ２内の浄化装置１３は、外部の液体を用いた相応の洗浄装置（図示せず）を有し、当該液体は例えば入口開口部２２を介して、任意選択的に付加的なノズルも用いて供給される。汚染された洗浄水は一つまたは複数の出口開口部２３，２４を介して排出される。

【符号の説明】

【0030】

１ ドライガスシールシステム
２ ロータ
３ ステータ
４ ドライガスシール
５ シール装置
６ ロータ側のシール要素
７ ステータ側のシール要素
８ 担持装置
９ バネ
１０ 封止用ガス／シールガス
１１ プロセスガス
１２ 流体機械
１３ 浄化装置
１４ バリアガス／バッファガス
１５ 分離ガス／セパレーションガス
１６ 漏れ（封止用ガス）
１７ 漏れ／内部漏れ
１８ 漏れ／外部漏れ
１９ 漏れ／ベアリング漏れ
２０ インペラ
２１ 回転方向
２２ 入口開口部
２３ 出口開口部
２４ 出口開口部
２５ 貯蔵装置
２６ 制御装置
２７ ブースタシステム

【図1】

【図2】

【図3】