JP7053365B2 - シールシステム、シールシステムを有するターボ機械及びその清掃方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載のターボ機械用のシールシステムに関する。本発明は、さらに、このようなシールシステムを有するターボ機械およびシールシステムを清掃する方法に関する。

例えばターボ圧縮機のようなターボ機械では、ターボ機械のローターをターボ機械のステータに対してシールするために乾燥ガスシールが主に使用される。

従って、特許文献１から、ターボ機械の乾燥シールが知られている。シールガスは、ステータのボアを介して密封すべきシール間隙に供給され、シール間隙は、乾燥ガスシールによって提供されるガス空間によって密封される。

乾燥ガスシールを使用すると、汚れると故障する可能性があるという問題がある。このような汚れは、例えばシールガスやプロセスガスに含まれる異物などによって発生する。ガスの凝縮、固形物、または他の異物の凝縮によって形成され得る汚れが乾燥ガスシールの領域に堆積し、乾燥ガスシールが破損することがある。これは欠点である。

欧州特許出願公開第２９７７５６３号明細書

本発明は、汚れによって誘発される破損の危険性が低減される乾燥ガスシールを有するシールシステムを提供することを目的とする。本発明はさらに、ターボ機械、およびシールシステムを清掃する方法を提供するという目的に基づいている。

この目的は、請求項１に記載のシールシステムによって解決される。本発明によるシールシステムは、清掃装置を備えており、清掃のためにバネ部材の方向に、および／または清掃のためにシール間隙の方向に洗浄剤が導入され得る。

本発明では、乾燥ガスシールを有するターボ機械のシールシステムが初めて提案され、システムは、清掃装置を備え、清掃装置を介して乾燥ガスシール、すなわちバネ部材またはバネ部材を受け入れるバネ空間を清掃するため、および／または乾燥ガスシールのシール間隙を清掃するための洗浄剤が提供される。清掃により、シールシステムが汚れに起因する故障を被る危険性がより少なくなる。

有利なさらなる発展形態によれば、乾燥ガスシールのシール間隙の方向にシールガス供給ダクトを介してシールガスを導き、かつ乾燥ガスシールのシール間隙からシールガス排出ダクトを介してシールガスを導くために、少なくとも１つのシールガス供給ダクト、および少なくとも１つのシールガス排出ダクトが、ステータと、ステータと共に静止している第１のステータ側部品に導入される。好ましくは、シールガス供給ダクトの半径方向外側部分がステータ内に導入され、シールガス供給ダクトの複数の半径方向内側部分が隣接するステータ側部品に導入され、好ましくは、ステータと隣接するステータ側部品の間に、これらの部分を連結する第１環状隙間が形成される。これにより、シールシステム内にシールガスを特に有利に導くことができる。

有利な更なる展開によれば、少なくとも１つの洗浄剤供給ダクト、および少なくとも１つの洗浄剤排出ダクトが、ステータに導入され、洗浄剤供給ダクトを介してバネ部材の方向に洗浄剤が導かれ、洗浄剤排出ダクトを介して、洗浄剤がバネ部材から排出される。好ましくは、洗浄剤供給ダクトの半径方向外側部分がステータ内に導入され、隣接するステータ側部品内に、洗浄剤供給ダクトの半径方向内側部分が導入される。好ましくは、洗浄剤は、洗浄剤供給ダクトを介してシール間隙の方向に導かれ、シールルガス排出ダクトを介してシール間隙から排出される。このため、シールシステム内に洗浄剤を特に有利に導くことができる。

有利な更なる発展形態によれば、シールガス供給ダクト、およびシールガス排出ダクトは、軸方向に間隔を置いて、好ましくは同じ周方向位置に設計される。洗浄剤供給ダクト、および洗浄剤排出ダクトは、周方向に間隔をあけて、好ましくは同じ軸方向位置に形成される。洗浄剤供給ダクトは、軸方向においてシールガス供給ダクトとシールガス排出ダクトとの間に形成され、好ましくは同じ周方向位置に形成される。この更なる開発により、シールシステム内のシールガスおよび洗浄剤の供給ダクトの特に有利な、機能的に最適で設置スペースの少ない組み込みが可能になる。

有利な更なる発展形態によれば、シールシステムは、洗浄剤供給システムを備え、この洗浄剤供給システムを介して洗浄剤を洗浄剤供給ダクトに所定の洗浄剤圧力で供給することができる。所定の洗浄剤圧力を提供することにより、乾燥ガスシールの最適な洗浄結果を保証することができる。

好ましくは、シールシステム、特に洗浄剤供給システムは、洗浄剤を加熱するための加熱装置を含む。洗浄剤を加熱することにより、シールシステムを加熱することができ、これは、ターボ機械が静止した状態でシールシステムの清掃が行われる場合に特に有利である。

本発明によるターボ機械は、請求項１３に規定されている。シールシステムの清掃方法は、請求項１４に規定されている。

本発明の好ましいさらなる発展は、従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、これに限定されない図面を用いてより詳細に説明される。

本発明によるシールシステムの領域におけるターボ機械の軸方向断面の概略図である。

本発明は、ターボ機械、特にプロセスガスを圧縮するために役立つターボ圧縮機のシールシステム、およびシールシステムを備えたターボ機械に関する。

図１は、ターボ機械のステータ３に対してターボ機械のローター２をシールするのに役立つシールシステム１の領域をターボ機械からの抽出したものである。ローター２とステータ３の間にシールシステム１が配置されている。シールシステム１は、ローター２と共に回転する少なくとも１つのローター側部品４ａ、４ｂと、ステータ３と共に固定された少なくとも１つのステータ側部品５ａ、５ｂとを備える。

シールシステム１は、少なくとも１つの乾燥ガスシール６を備え、乾燥ガスシール６は、ローター側シール部品７とステータ側シール部品８とを含み、これらの部品は、バネ部材９を介して軸方向に圧縮される。バネ部材は、ステータ側バネ空間１０に受け入れられ、ステータ側シール部品８を押す。乾燥ガスシール６のこれらの圧縮されたシール部品７，８の間にシール間隙１１が形成される。乾燥ガスシール６のローター側シール部品７は、シールシステム１のローター側部品４ａに固定されている。ステータ側ガイド要素１６は、ステータ側シール部品８をガイドする。図示の実施例において、ステータ側部品５ａの間に、任意のラビリンスシール１７が形成されている。

少なくとも１つのシールガス供給ダクト１２および少なくとも１つのシールガス排出ダクト１３が、ステータ３およびステータ３と共に固定されている少なくとも１つのステータ側部品に導入される。

図１に示す好適な例示的な実施形態では、シールガス供給ダクト１２は、複数のセクション、すなわちステータ３に導入される半径方向外側部分１２ａと、隣接するステータ側部品５ａに導入される複数の半径方向内側部分１２ｂとによって形成され、好ましくはステータ３とこの隣接するステータ側部品５ａとの間に環状間隙が形成され、これを介して部分１２ａが部分１２ｂに結合される。シールガス排出ダクト１３は、同様に形成され、シールガス排出ダクト１３は、ステータ３に導入される半径方向外側部分１３ａと、隣接するステータ側部品５ｂに導入される複数の半径方向内側部分１３ｂとを含む。ステータ３と隣接するステータ側部品５ｂとの間には、好ましくは環状間隙が形成され、これを介してシールガス流出ダクト１３の半径方向内側部分１３ｂが半径方向外側部分１３ａに接続される。

シールガス供給ダクト１２によって、シールガスをシールすべきシール間隙１１の方向に導くことができ、このシール間隙の下流のシールガスをシール間隙１１からシールガス排出ダクト１３を介して排出することができる。

流れ矢印Ａは、シールガス供給ダクト１２を介してシールガス（黒色の矢印を参照）の供給を視覚化する。

本発明によるシールシステム１は、好ましくは液体洗浄剤を、バネ部材９またはバネ部材９を受け入れるバネ部材１０の方向に、および／またはバネ部材９を収容するシール間隙１１の方向に導くことができる洗浄装置を含む。 バネ部材９及び／又はシール間隙１１の領域でシールシステム１１をクリーニングすることによりシールシステム１の乾燥ガスシール６の汚れによって誘発された故障の危険性を排除することができる。

この洗浄装置は、洗浄剤供給ダクト１４と洗浄剤排出ダクト１５とを備えている。洗浄剤供給ダクト１４および好ましくは洗浄剤排出ダクト１５は、ステータ３およびステータ３と共に固定されたステータ３に隣接するステータ側部品５ｂに導入される。洗浄剤供給ダクト１４を介して、洗浄剤をバネ部材９またはバネ空間１０の方向に導くことができ、好ましくは、ステータ側シール部品８およびステータ側部品５ｂの間の間隙１８を介してバネ空間１０からシール隙間１１に導くことができる。バネ空間１０を清掃する液体洗浄剤が洗浄剤排出ダクト１５を介してバネ空間１０から排出され、シール隙間１１の領域に入り込む洗浄剤は、シールガス排出ダクト１３を介して排出され得る。洗浄剤は、バネ空間１０の全周に渡って分配される。

流れ矢印Ｃは、洗浄剤供給ダクト１４からの洗浄剤（白抜きの矢印参照）の導入を示しており、洗浄剤排出ダクト１５の方向にバネ空間１０を通って流れる。

流れ矢印Ｂは、シール間隙１１からシールガス排出ダクト１３の領域内への洗浄剤およびシールガス（黒／白矢印参照）の流れを示している。

シールガス供給ダクト１２は、シールガス排出ダクト１３から軸方向に離間しているが、好ましくは同じ周方向位置に形成されている。洗浄剤供給ダクト１４と洗浄剤排出ダクト１５とは、周方向に見て互いに対してオフセットされており、好ましくは軸方向において同じ軸方向位置に形成されている。図１は、軸方向に見てシールガス供給ダクト１２とシールガス排出ダクト１３との間に、好ましくは同じ周方向位置において、洗浄剤供給ダクト１４が形成されていることを示している。

洗浄剤供給ダクト１４は、ステータ３に導入される半径方向外側部分１４ａと、ステータ側部品５ｂに導入される少なくとも１つの半径方向内側部分１４ｂとによって形成される。同様に、このステータ側部品５ｂは、洗浄剤排出ダクト１５、すなわち、少なくとも１つの半径方向内側部分１５ｂを提供し、洗浄剤排出ダクト１５の半径方向外側部分１５ａは、ステータ３によって提供されている。

上述のシールシステム１の実施形態では、シールガスおよび液体洗浄剤の両方を最適に、すなわち最適な空間利用で導くことができる。

シールシステム１はさらに、図示されていない洗浄剤供給システムを備え、これを介して洗浄剤を洗浄剤供給ダクト１４に供給することができる。ここで、洗浄剤供給システムは、洗浄剤が供給される洗浄剤タンクを含むことが可能であり、別個の圧力容器を洗浄剤タンクに接続することができ、洗浄剤タンク内の洗浄剤を加圧して所定の洗浄剤圧力で洗浄剤供給ライン１４に供給する。

同様に、洗浄剤リザーバと圧縮空気レシーバの機能を１つの容器に統合し、圧力媒体レシーバ内で加圧された洗浄剤を提供し、圧力媒体容器からの洗浄剤を洗浄剤供給ライン１４に所定の洗浄剤圧力で供給する。

洗浄剤リザーバからの洗浄剤もまた、ポンプを介して洗浄剤供給ライン１４に供給され、その送達圧力が洗浄剤圧力を決定する。

好ましくは、シールシステムは、シールシステム１の方向にシーラントを供給する前にシーラントを加熱するために、図示しないシーラントドージングシステム、図示しない加熱システムを含む。

上記のシールシステム１を含むターボ機械は、洗浄剤の助けを借りてターボ機械の静止状態で好ましくは洗浄されるので、洗浄剤は、ターボ機械の静止状態にのみシールシステム１、すなわち乾燥ガスシール６に供給される。この場合、洗浄剤の加熱は、ターボ機械が静止している場合にシールシステム１、すなわち乾燥ガスシール６を加熱し、静止状態の間、すなわち清掃中にプロセスガスの凝縮を防止するために有利である。

しかし、ターボ機械の運転中にシールシステム１を清掃することも可能であり、ターボ機械の運転中にシールシステム１の方向にシールガスおよび洗浄剤が同時に導入される。

洗浄剤の圧力レベルは、シールシステム１の清掃が、ターボ機械が静止中に行われるか、または運転中に行われるかに応じて明らかに設計される。

１ シールシステム
２ ローター
３ ステータ
４ａ ローター側部品
４ｂ ローター側部品
５ａ ステータ側部品
５ｂ ステータ側部品
６ 乾燥ガスシール
７ ローター側シール部品
８ ステータ側シール部品
９ バネ
１０ バネ空間
１１ シール間隙
１２ シールガス供給ダクト
１２ａ 部分
１２ｂ 部分
１３ シールガス排出ダクト
１３ａ 部分
１３ｂ 部分
１４ 洗浄剤供給ダクト
１４ａ 部分
１４ｂ 部分
１５ 洗剤排出ダクト
１５ａ 部分
１５ｂ 部分
１６ ガイド要素
１７ ラビリンスシール
１８ 間隙

Claims (14)

1. ターボ機械のステータ（３）に対して前記ターボ機械のローター（２）をシールするためのターボ機械のシールシステム（１）であって、前記ローター（２）と共に回転するローター側部品（４ａ，４ｂ）と、前記ステータ（３）と共に静止した少なくとも１つのステータ側部品（５ａ，５ｂ）と、少なくとも１つの乾燥ガスシール（６）と、を備え、前記少なくとも１つの乾燥ガスシール（６）が、バネ部材（９）によって圧縮されシール間隙（１１）を形成するローター側シール部品（７）およびステータ側シール部品（８）を備え、前記バネ部材（９）を清掃するために前記バネ部材（９）の方向に、および／または前記シール間隙（１１）を清掃するために前記シール間隙（１１）の方向に洗浄剤を導くことができる清掃装置によって特徴づけられ、
   前記ステータ（３）および前記ステータ（３）と共に静止したステータ側部品（５ａ，５ｂ）に、シールガス供給ダクト（１２）およびシールガス排出ダクト（１３）が導入されて、前記シールガス供給ダクト（１２）を介して前記シール間隙（１１）の方向にシールガスが導かれ、かつ前記シールガス排出ダクト（１３）を介してシールガスが前記シール間隙（１１）から排出されることを特徴とする、シールシステム。
2. 前記ステータ（３）に前記シールガス供給ダクト（１２）の半径方向外側部分（１２ａ）が導入され、かつ隣接するステータ側部品（５ａ）に前記シールガス供給ダクト（１２）の多数の半径方向内側部分（１２ｂ）が導入され、前記ステータ（３）および前記隣接するステータ側部品（５ａ）の間に、前記半径方向外側部分および前記半径方向内側部分（１２ａ，１２ｂ）を接続する第１環状間隙が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のシールシステム。
3. 前記ステータ（３）に前記シールガス排出ダクト（１３）の半径方向外側部分（１３ａ）が導入され、かつ隣接するステータ側部品（５ｂ）に前記シールガス排出ダクト（１２）の多数の半径方向内側部分（１３ｂ）が導入され、前記ステータ（３）および前記隣接するステータ側部品（５ｂ）の間に、前記半径方向外側部分および前記半径方向内側部分（１３ａ，１３ｂ）を接続する環状間隙が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のシールシステム。
4. 前記ステータ（３）および前記ステータ（３）と共に静止したステータ側部品（５ｂ）に洗浄剤供給ダクト（１４）および洗浄剤排出ダクト（１５）が導入されて、前記洗浄剤供給ダクト（１４）を介して前記バネ部材（９）に洗浄剤が導かれ、および前記洗浄剤排出ダクト（１５）を介して洗浄剤が前記バネ部材（９）から排出されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のシールシステム。
5. 前記ステータ（３）に前記洗浄剤供給ダクト（１４）の半径方向外側部分（１４ａ）および前記洗浄剤排出ダクト（１５）の半径方向外側部分（１５ａ）が導入され、かつ隣接するステータ側部品（５ｂ）に前記洗浄剤供給ダクト（１４）の半径方向内側部分（１４ａ）および前記洗浄剤排出ダクト（１５）の半径方向内側部分（１５ａ）が導入されることを特徴とする、請求項４に記載のシールシステム。
6. 洗浄剤が前記洗浄剤供給ダクト（１４）を介して前記シール間隙（１１）の方向に導かれ、およびシールガス排出ダクト（１３）を介して前記シール間隙（１１）から排出されることを特徴とする、請求項４または５に記載のシールシステム。
7. 前記シールガス供給ダクト（１２）および前記シールガス排出ダクト（１３）が軸方向に離間して、かつ同じ周方向位置に形成されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のシールシステム。
8. 前記洗浄剤供給ダクト（１４）および前記洗浄剤排出ダクト（１５）は、周方向に離間して、かつ同じ軸方向位置に形成されていることを特徴とする、請求項４～７のいずれか一項に記載のシールシステム。
9. 前記洗浄剤供給ダクト（１４）が、軸方向において前記シールガス供給ダクト（１２）および前記シールガス排出ダクト（１３）の間に形成され、および前記シールガス供給ダクト（１２）および前記シールガス排出ダクト（１３）と同じ周方向位置に形成されることを特徴とする、請求項４～８のいずれか一項に記載のシールシステム。
10. 前記洗浄剤が洗浄剤供給システムから所定の洗浄剤圧力で前記洗浄剤供給ダクト（１４）に供給され得ることを特徴とする、請求項４～９のいずれか一項に記載のシールシステム。
11. 前記乾燥ガスシールを清掃するために使用される前記洗浄剤を加熱するための加熱装置によって特徴づけられる、請求項１～１０のいずれか一項に記載のシールシステム。
12. ステータ、ローター、およびシールシステム（１）を有するプロセスガスを圧縮するためのターボ機械であって、前記シールシステム（１）が請求項１～１１のいずれか一項にしたがって形成されていることを特徴とする、ターボ機械。
13. 請求項１２に記載のターボ機械のシールシステムを清掃する方法であって、前記乾燥ガスシールは、前記ターボ機械が静止した状態で清掃される、方法。
14. 前記洗浄剤が前記シール間隙の方向に供給される前に加熱されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

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