特表 2019-526764 ガスシール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2019-526764(P2019-526764A)

(43)【公表日】2019年9月19日

(54)【発明の名称】ガスシール

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/34 20060101AFI20190823BHJP

   F16J 15/40 20060101ALI20190823BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/34 Z

   F16J15/40 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】有

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2019-513983(P2019-513983)

(86)(22)【出願日】2017年8月22日

(85)【翻訳文提出日】2019年4月11日

(86)【国際出願番号】EP2017071109

(87)【国際公開番号】WO2018050406

(87)【国際公開日】20180322

(31)【優先権主張番号】16188480.4

(32)【優先日】2016年9月13日

(33)【優先権主張国】EP

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT

(71)【出願人】

【識別番号】517298149

【氏名又は名称】シーメンス アクティエンゲゼルシャフト

(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

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン・キルヒナー

【テーマコード（参考）】

3J041

3J042

【Ｆターム（参考）】

3J041AA02

3J041BA04

3J041BA11

3J041BD06

3J041DA12

3J042AA04

3J042AA13

3J042BA03

3J042DA20

(57)【要約】

本発明は、軸（Ｘ）に関して周方向（ＣＤＲ）に延在するガスシールに、特に乾燥ガスシールに関し、このガスシールは、回転スリップリング（ＲＳＲ）及び静止スリップリング（ＳＳＲ）を備え、静止スリップリング（ＳＳＲ）は、軸方向に移動可能である。ガスシール（ＧＤＳ）は、スリップスリーブ（ＳＬＶ）を備え、スリップスリーブ（ＳＬＶ）は、第１スライド面（ＳＳＦ１）を用いて、第２スライド面（ＳＳＦ２）上で静止スリップリング（ＳＳＲ）を軸方向移動方向に案内する。ガスシールは、スリップスリーブ（ＳＬＶ）がガスシール（ＧＤＳ）のステータ（ＳＴＳ）に固定されることを特徴としており、スリップスリーブ（ＳＬＶ）は、周方向（ＣＤＲ）に延在する第１凹所（ＲＺ１）を有し、ステータ（ＳＴＳ）は、固定領域において第１凹所（ＲＺ１）とは反対側にありかつ周方向（ＣＤＲ）に延在する第２凹所（ＲＺ２）を有し、それにより、第１凹所（ＲＺ１）及び第２凹所（ＲＺ２）は、周方向（ＣＤＲ）に延在する共通のキャビティ（ＣＲＶ）を画成する。キャビティ（ＣＲＶ）には、第１凹所（ＲＺ１）及び第２凹所（ＲＺ２）を少なくとも部分的に満たす細長い固定素子（ＦＸＥ）があり、それにより、固定素子（ＦＸＥ）が径方向に変形したときにのみ、非制限的な軸方向相対移動は、可能である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸（Ｘ）に関して周方向（ＣＤＲ）に延在するガスシール、特に乾燥ガスシールであって、
回転スライドリング（ＲＳＲ）及び静止スライドリング（ＳＳＲ）を備え、
前記静止スライドリング（ＳＳＲ）が、軸方向に移動可能であり、
前記ガスシール（ＧＤＳ）が、スライドスリーブ（ＳＬＶ）を備え、
第１スライド面（ＳＳＦ１）を用いて、前記スライドスリーブ（ＳＬＶ）が、軸方向の移動方向に沿って、第２スライド面（ＳＳＦ２）上で前記静止スライドリング（ＳＳＲ）を径方向に案内し、
前記スライドスリーブ（ＳＬＶ）が、前記ガスシール（ＧＤＳ）のステータ（ＳＴＳ）に固定されており、
前記スライドスリーブ（ＳＬＶ）が、前記周方向（ＣＤＲ）に延在する第１凹所（ＲＺ１）を有し、前記ステータ（ＳＴＳ）が、前記周方向（ＣＤＲ）に沿って延在しかつ固定領域において前記第１凹所（ＲＺ１）の反対側に位置する第２凹所（ＲＺ２）を有し、それにより、前記第１凹所（ＲＺ１）及び前記第２凹所（ＲＺ２）が、環状の態様で前記周方向（ＣＤＲ）に延在する共通のキャビティ（ＣＡＶ）を画成し、
前記キャビティ（ＣＡＶ）には、前記第１凹所（ＲＺ１）及び前記第２凹所（ＲＺ２）を少なくとも部分的に満たす細長い固定素子（ＦＸＥ）が配設されており、それにより、前記固定素子（ＦＸＥ）が径方向に変形したときにのみ、非制限的な軸方向相対移動が可能であることを特徴とするガスシール。

【請求項2】

前記スライドスリーブ（ＳＬＶ）が、セラミックからなり、前記ステータ（ＳＴＳ）が、金属からなることを特徴とする請求項１に記載のガスシール。

【請求項3】

前記固定素子（ＦＸＥ）が、前記固定素子（ＦＸＥ）の長手方向に関して横方向に曲げ変形能が設けられるように、弾性変形されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスシール。

【請求項4】

前記ステータ（ＳＴＳ）または前記スライドスリーブ（ＳＬＶ）が、前記キャビティ（ＣＡＶ）内へ開口する挿入チャネル（ＡＳＣ）を有し、それにより、前記固定素子（ＦＸＥ）が、前記挿入チャネル（ＡＳＣ）を通して前記キャビティ（ＣＡＶ）内へ導入されることが可能であることを特徴とする請求項３に記載のガスシール。

【請求項5】

前記挿入チャネル（ＡＳＣ）が、少なくとも部分的に、前記キャビティ（ＣＡＶ）に関してほぼ接線方向に延在していることを特徴とする請求項４に記載のガスシール。

【請求項6】

前記スライドスリーブ（ＳＬＶ）が、少なくとも部分的に、炭化タングステンまたは炭化ケイ素からなることを特徴とする請求項２に記載のガスシール。

【請求項7】

前記固定素子（ＦＸＥ）が、螺旋バネの形態で、特にチューブバネまたはウォームバネの形態で、設計されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガスシール。

【請求項8】

前記固定素子（ＦＸＥ）が、ワイヤの形態で、特に中実ワイヤの形態で、設計されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガスシール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスシールに、特に乾燥ガスシールに関し、このガスシールは、軸に関して周方向に延在し、回転スライドリング及び静止スライドリングを備えており、静止スライドリングは、軸方向に移動可能であり、ガスシールは、スライドスリーブを備え、第１スライド面を用いて、スライドスリーブは、軸方向移動方向に沿って第２スライド面上で静止スライドリングを径方向に案内する。

【背景技術】

【0002】

導入部で規定されたタイプのガスシールまたは乾燥ガスシールは、様々な公報からすでに公知である。これら公報の例は、特許文献１、２である。

【0003】

上記タイプの乾燥ガスシールは、一般に、セラミックからなる、特に炭化ケイ素または炭化タングステンから製造された構成部材を備える。セラミック構成部材は、通常、静止及び／または回転スライドリングと、必要に応じて隣接素子と、である。特許文献からのさらなる例は、特許文献３がある。

【0004】

導入部で規定されたタイプのガスシールは、特許文献４からすでに公知である。特許文献５は、異なる材料からなる２つの構成部材を同心接続するために螺旋バネを使用することを示している。

【0005】

これらセラミック材料の熱膨張は、約３．５ｘ１０^−６ｍ／Ｋにメートルを乗じたものに達する。これと比較して、一般にシールのこれらセラミックに隣接して取り付けられた材料である鋼鉄の熱膨張は、約１１ｘ１０^−６ｍ／Ｋにメートルを乗じたものに達する。熱膨張係数間のこの差の結果として生じるセラミック構成部材と鋼鉄構成部材との間の相対的な膨張は、相応に補償されなければならず、セラミックの軸シール構成部材を鋼鉄構成部材に単純に固定することは、選択肢にはない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０１４／０３７１５０号

【特許文献2】国際公開第２０１４／０２３５８１号

【特許文献3】独国特許第３９２５４０３号明細書

【特許文献4】欧州特許出願公開第０１７７１６１号明細書

【特許文献5】欧州特許出願公開第０３１５９４１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、導入部で規定されたガスシールのセラミック構成部材を鋼鉄構成部材に固定するための高性能かつ簡素な技術的解決法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の目的を達成するために、導入部で規定されたタイプのガスシールであって請求項１の特徴部分における追加の特徴を有するガスシールを提案する。後方を参照した従属請求項は、本発明の有利な改良点を包含する。

【0009】

「軸方向」、「径方向」、「接線方向」または「周方向」の用語は、特定されていなければ、本発明にかかるガスシールが延在している周方向における中心軸に関する。一般的に、上記軸は、シャフトの回転軸と同軸であり、この回転軸に関して、ガスシールは、回転可能なシャフトすなわちロータと筐体との間の間隙をシールするために、シャフトシールを形成する。わかっていることは、従来技術においてガスシールのスライドスリーブをガスシールのステータにまたは他の筐体構成部材に固定することが、大部分において非常に煩わしく、大量の空間を取る、特に径方向で大量の空間を取る設計に寄与すること、である。

【0010】

好ましくは、本発明にかかるシャフトシールまたはガスシールは、独立して移送可能なインサート（しばしばカートリッジとも称される）の形態で設計されており、その結果、このモジュール性により、例えば欠陥のあるガスシールを正常なガスシールと簡易に交換することが可能となる。原則的に、本発明によれば、ステータを、機械の筐体における直接的な、必要に応じて単一片の、構成部材とすることが可能となり、例えば径方向ターボ圧縮機であるこの機械には、ガスシールが設置されている。

【0011】

本発明の１つの有利な改善は、ガイドスリーブがセラミックからなる、特に炭化ケイ素または炭化タングステンからなることを提供する。スライドリング及びスライドスリーブは、好ましくは、セラミックの恒久的な高い寸法精度要件のため、上記セラミックからなる。

【0012】

固定素子を有利に簡素な態様で取り付けることができるようにするために、有利な改善によれば、固定素子は、固定素子の長手方向に関して横方向に曲げ変形性が提供されるように、弾性的に形成されている。このようにして、固定素子は、相応に曲がって、好ましくは接線方向で、周方向に延在する湾曲キャビティ内に挿入されることが可能となる。特に好ましくは、このために、ステータまたはスライドスリーブ自体は、キャビティ内に開口する挿入チャネルを有しており、それにより、固定素子は、挿入チャネルを通してキャビティ内に導入されることができる。挿入チャネルは、好都合には、周方向に延在するキャビティに対して接線方向に延在する。

【0013】

別の有利な改善は、固定素子が、同様に、径方向に変形可能な態様で設計されていることを提供する。このために、固定素子は、特に、螺旋バネの形態で、特に好ましくは、チューブバネまたはウォームバネの形態で、設計され得る。原則的に、ここで、固定素子が弾性材料からまたは例えば螺旋状に形付けられた鋼鉄の外形からなることが可能となり、このプロファイルは、特に好ましくは、平坦な外径を有する。螺旋バネまたは固定素子は、ほぼ遊びのない態様でキャビティ内に導入され得る、または、スライドスリーブをステータにしっかりと固定するようにキャビティ内に配設され得る。固定素子の弾性変形は、特に軸方向において、ガスシールの弾性の追加の利点を引き起こす。軸方向の可撓性にかかわらず、本発明にかかるスライドスリーブを固定することは、特に振動に関して、必要な安定性を確立するのに十分である。例えばターボ機械の場合においてロータが軸方向に振動するので、スライドスリーブを固定する際における追加の軸方向の弾性は、シールに関して特に有利である。

【0014】

図面を参照した例示的な実施形態に基づいて、本発明を以下に詳述する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明にかかるガスシールを通る長手方向断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、本発明にかかるガスシールを通る長手方向断面図を示しており、この図は、隣接筐体ＣＡＳ及び隣接シャフトＳＨを有する。

【0017】

本発明にかかるガスシールＤＧＳは、筐体ＣＡＳ及びシャフトＳＨとは独立して輸送されることが可能なインサートの形態で設計されている。

【0018】

ロータリングＲＲＧは、２つの肩部ＳＨ１、ＳＨ２を用いてシャフトＳＨに径方向及び軸方向に固定されており、肩部ＳＨ１、ＳＨ２のうちの少なくとも一方または２つは、詳細には図示されていない方法で取り外し可能な態様でシャフトＳＨに固定されている。ロータリングＲＲＧは、シャフトＳＨに向けて、回転静止シールＲＳＳを有する。

【0019】

この図において、左側には、機械内圧Ｐ２があり、右側には、より低い外圧Ｐ１がある。

【0020】

回転スライドリングＲＳＲは、ウォームバネＲＳＥを用いてロータリングＲＲＧに固定されており、ウォームバネＲＳＥにより、径方向の変形のみを伴って目標位置から回転スライドリングＲＳＲを外へ軸方向に移動させることが可能となる。回転スライドリングＲＳＲは、第２回転静止シールＲＳ２を用いてロータリングＲＲＧに関してシールされている。

【0021】

回転スライドリングＲＳＲにおけるシール面ＳＦＣの軸方向の反対側には、対応するシール面ＳＦＣを有する静止スライドリングＳＳＲがあり、押圧素子ＰＳＥを用いて、バネＳＰＲは、回転スライドリングのシール面ＳＦＣを介して、静止スライドリングＳＳＲを回転スライドリングＲＳＲに当接させて軸方向に押圧する。

【0022】

押圧素子ＰＳＥは、周方向に延在する２つの部分である第１部分ＰＳＥ１及び第２部分ＰＳＥ２に軸方向で分割されており、バネＳＰＲを用いて、２つの部分は、互いに軸方向に当接してかつ静止スライドリングＳＳＲに軸方向に当接して押圧されている。第１部分ＰＳＥ１は、金属で設計されており、第２部分ＰＳＥ２は、好ましくはスライドスリーブＳＬＶと同じセラミックからなるセラミックで設計されており、このスライドスリーブは、周方向に延在し、押圧素子ＰＳＥ及び静止スライドリングＳＳＲの軸方向の移動のためのガイドとして機能する。スライドスリーブＳＬＶと第２部分ＰＳＥ２との間の遊びは、小さくなるように形成されており、その結果、第２部分、ひいては押圧素子ＰＳＥ全体は、径方向で備え付けられかつ軸方向に変位可能な態様で案内される。静止スライドリングＳＳＲ及び押圧素子ＰＳＥに関するスライドスリーブＳＬＶの径方向の遊びの図解は、図面には示されておらず、同様に、遊びを小さくする任意の比率が可能であり、同様に、径方向の遊びの比率は、図示した態様で再現されていない。

【0023】

第２部分ＰＳＥ２には、軸方向突起ＡＰＲが設けられており、この軸方向突起は、静止スライドリングＳＳＲの第２接触面ＣＳ２に当接する第１軸方向接触面ＣＳ１を有する。２つの接触面ＣＳ１、ＣＳ２は、互いに当接して重ね合わされる態様で形成されており、その結果、ほとんど遊びのない接触は、シールとして機能する。

【0024】

周方向に延在するテフロン（登録商標）シールＴＦＬは、２つの部分の間に配設されており、押圧素子ＰＳＥの接触圧を用いて静止スライドリングＳＳＲに保持されており、それにより、２つの部分ＰＳＥ１、ＰＳＥ２は、互いにシール式に当接して位置する。

【0025】

静止スライドリングＳＳＲは、若干の径方向の遊びを有してスライドスリーブＳＬＶ上を軸方向に変位可能な態様でガイドされ、それにより、移動自由度は、軸方向の移動に制限される。同様に、押圧素子ＰＳＥの第２部分ＰＳＥ２は、同様に備え付けられている。静止スライドリングＳＳＲ及びスライドスリーブＳＬＶ双方は、炭化タングステンまたは炭化ケイ素から製造されている。

【0026】

押圧素子ＰＳＥのテフロンシールＴＦＬは、押圧素子ＰＳＥの２つの部分ＰＳＥ１、ＰＳＥ２間の接触面を越えて径方向内側に延在する。テフロンシールＴＦＬは、同様に、押圧素子ＰＳＥとスライドスリーブＳＬＶとの間の移行点を越えてより高い圧力の側に軸方向に延在している。スライドスリーブＳＬＶと押圧素子ＰＳＥの第２部分ＰＳＥとの間の小さな径方向の遊びにより、テフロンシールＴＦＬは、圧力を受けて、若干のみこの径方向の間隙内へ押し出され、それにより、シール動作を確実にする。

【0027】

静止スライドスリーブＳＬＶは、固定素子ＦＸＥを用いてステータＳＴＳに固定されており、同時に、ステータＳＴＳは、ガスシールＤＧＳの筐体ＣＳＣに固定されている。

【0028】

キャビティＣＡＶは、ステータＳＴＳにおける、周方向ＣＤＲに延在する第１凹所ＲＺ１と周方向ＣＤＲに延在しかつ固定領域の反対側に位置する第２凹所ＲＺ２とによって画成されている。

【0029】

ガスシールＤＧＳの筐体ＣＳＣは、ＯリングシールＯＲＧを用いて、ターボ機械の筐体ＣＡＳに関してシールされている。原則的に、ターボ機械の筐体及びガスシールＤＧＳの筐体ＣＳＣは、同様に、単一の構成部材であることを想定され得る。固定素子ＦＸＥは、ほぼ接線方向の挿入チャネルＡＳＣを通してキャビティＣＡＶ内へ接線方向で導入されることができる。

【0030】

固定素子ＦＸＥは、ウォームバネの形態で設計されており、したがって、固定素子は、基本的に、好ましくは金属材料からなる螺旋バネである。シールする目的で、ステータシールＳＳＳは、同様に、スライドスリーブＳＬＶとステータＳＴＳとの間に設けられ、外圧Ｐ１と内圧Ｐ２との間の圧力差を維持する。

【0031】

あるいは、固定素子ＦＸＥは、ワイヤの形態で、特に中実のすなわち横断面で計画的な空隙がないワイヤの形態で設計され得る。ワイヤの形態にある設計は、特に、コスト効率が高く、固定素子ＦＸＥがほぼ接線方向の挿入チャネルＡＳＣを通してキャビティＣＡＶ内に接線方向で導入され得る可能性に良好に適合する。この場合において、ワイヤの変形能は、一般に、異なる膨張係数を補償するのに十分である。

【0032】

所望の位置に固定する目的で、テフロンシールＴＦＬは、周方向ＣＤＲに延在する螺旋状バネ素子ＨＳＣを用いて、径方向内側に突出しかつスライドスリーブＳＬＶに当接する端部を径方向に押圧し、それにより、特に静止スライドリングＳＳＲとスライドスリーブＳＬＶとの間の領域における、圧力差は、テフロンシールＴＦＬによってシールされる。この場合において、テフロンシールＴＦＬは、スライドスリーブＳＬＶと押圧素子との間の間隙内に部分的に押し出される。螺旋状バネ素子ＨＳＣは、この目的に適した位置でのみテフロンシールＴＦＬを保持する。

【符号の説明】

【0033】

ＡＳＣ 挿入チャネル、ＣＡＶ キャビティ、ＣＤＲ 周方向、ＦＸＥ 固定素子、ＧＤＳ ガスシール、ＲＳＲ 回転スライドリング、ＲＺ１ 第１凹所、ＲＺ２ 第２凹所、ＳＬＶ スライドスリーブ、ＳＳＦ１ 第１スライド面、ＳＳＦ２ 第２スライド面、ＳＳＲ 静止スライドリング、ＳＴＳ ステータ、Ｘ 軸

【図1】

【国際調査報告】