JP7058673B2 - ターボ機械ケーシングのためのシール装置 - Google Patents

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Description

優先権の主張
本出願は、2017年5月16日に出願された、SEAL APPARATUS FOR A TURBOMACHINE CASINGという名称の同時継続の米国仮特許出願第62/506,787号(代理人整理番号第2017P08730US)の35 U.S.C. § 119(e)の下での便益を主張し、この特許出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれており、本出願はこの特許出願への優先権の便益を主張する。
本発明の態様は、ターボ機械ケーシングのためのシール装置に関し、より詳細には、第1の環状本体部分および第2の環状本体部分を備える環状本体と、第1の環状本体部分から軸方向に延びる付加物とを有するシール装置であって、付加物の内側環状面と第2の環状本体の外側環状面とが環状空洞を定め、付加物の少なくとも一部分が、ケーシングの径方向の膨張の間にケーシングの第1の内側円筒面および第2の内側円筒面との接触を維持するために、径方向外向きに変位させられるように構成され得る、シール装置に関する。
遠心圧縮機などのターボ機械は、一般に、回転シャフトに搭載されると共にケーシング内に配置される圧縮機構成部品(例えば、羽根車)を備える。回転シャフトは、典型的には、ケーシングの一端または両端にある開口を通って延びている。したがって、圧縮機ヘッドと一般に称される栓状の本体が、ケーシング開口を閉鎖および封止するために開口に挿入され得る。圧縮機ヘッドは、複数のせん断キーによって、圧縮機において軸方向で保持され得る。
圧縮機ヘッドとケーシングとの間にシールを提供するために、典型的には、1つまたは複数のOリングが、圧縮機ヘッドの外面とケーシングの内面との間に配置され得る。高圧の圧縮機(例えば、10,000psi(68.9MPa))では、圧力が増加させられるとき、ケーシングが径方向外向きに増大する一方で、圧縮機ヘッドはほとんど増大しないかまたはまったく増大しないことが分かっている。圧縮機ヘッドとケーシングとの間で結果的に生じる径方向の隙間の増加は、Oリングによって提供されたシールを、径方向の隙間を通じた押し出しによって失陥させる可能性がある。
そのため、必要とされているものは、高圧の用途でのターボ機械ケーシングの増大に適応できる一方でケーシング開口における封止を維持できる、ターボ機械ケーシングのためのシール装置である。
本開示の実施形態は、ターボ機械のケーシングのためのシール装置を提供できる。シール装置は、中心軸を有し、中心軸に沿って延びる中心開口を定める環状本体を備え得る。環状本体は、第1の環状本体部分と、第2の環状本体部分と、付加物とをさらに備え得る。第1の環状本体部分は、第1の環状側壁と、第1の環状側壁の軸方向反対側にある第2の環状側壁と、第1の環状側壁と第2の環状側壁との間で延びる外側環状面とを備え得る。第2の環状本体部分は、第1の環状本体部分から軸方向に延び、第1の環状本体部分の外側環状面から径方向でずれた外側環状面を有し得る。付加物は、第1の環状本体部分から軸方向に延び、外側環状面と内側環状面とを有し得る。付加物の内側環状面と第2の環状本体部分の外側環状面とは、それらの間に環状空洞を定めてもよく、付加物の少なくとも一部分は、ケーシングの径方向の膨張の間にケーシングの第1の内側円筒面およびケーシングの第2の内側円筒面との接触を維持するために、径方向外向きに変位させられるように構成され得る。
本開示の実施形態はターボ機械をさらに提供できる。ターボ機械は、ケーシングと、回転シャフトと、回転シャフトに結合される1つまたは複数の回転構成部品と、シール装置とを備え得る。ケーシングは、中心軸と、第1の端と、第1の端の軸方向反対側にある第2の端と、互いから径方向でずれていると共に中心孔の第1の部分および第2の部分を定める複数の内側円筒面とを備え得る。中心孔の第2の部分は、中心孔の第1の部分からケーシングの第2の端へと延び得る。1つまたは複数の回転構成部品は、中心孔の第1の部分内に配置され、プロセス流体を加圧するように構成され得る。シール装置は、中心孔内に配置され得ると共に、第1の部分において加圧されたプロセス流体がケーシングの第2の端から出るのを実質的に低減または防止するように構成され得る。シール装置は、第1の環状本体部分と、第2の環状本体部分と、付加物とを備え得る。第1の環状本体部分は中心孔の第2の部分内に配置され得る。第2の環状本体部分は、第1の環状本体部分から軸方向に延び得ると共に外側環状面を有し得る。付加物は、第1の環状本体部分から軸方向に延び、外側環状面と内側環状面とを有し得る。付加物の内側環状面と第2の環状本体部分の外側環状面とは、それらの間に環状空洞を定めてもよく、付加物の少なくとも一部分は、ケーシングの2つの内側円筒面と接触してもよく、ケーシングの径方向の膨張の間にケーシングの2つの内側円筒面との接触を維持するために、径方向外向きに変位させられるように構成され得る。
本開示の実施形態は、ターボ機械ケーシングの径方向膨張の間にターボ機械ケーシングを封止するための方法をさらに提供し得る。方法は、複数の環状シールを、シール装置の付加物の外側環状面によって定められるそれぞれの環状溝内に配置するステップを含み得る。シール装置は、付加物および第2の環状本体部分の各々がそこから軸方向に延びる第1の環状本体部分を備え得る。方法は、シール装置をターボ機械ケーシングの中心孔内に配置するステップも含み得る。中心孔は、ターボ機械ケーシングの第1の内側円筒面、第2の円筒面、および第3の円筒面によって定められ得る。第1の内側円筒面、第2の円筒面、および第3の円筒面は互いから径方向でずれ得る。方法は、複数のシールをターボ機械ケーシングの第1の内側円筒面と封止係合させるステップと、付加物の端部分をターボ機械ケーシングの第2の内側円筒面と係合させるステップとをさらに含み得る。方法は、シール装置の付加物の内側環状面および第2の環状本体部分の外側環状面によって定められる環状空洞を加圧して、付加物を挟んだ圧力差を形成するステップも含み得る。方法は、付加物を圧力差に応じて径方向外向きに膨張させ、それによって、(i)ターボ機械ケーシングの第2の内側円筒面との付加物の端部分の接触を維持し、(ii)ターボ機械ケーシングの径方向の膨張の間、ターボ機械ケーシングの第1の内側円筒面との複数の環状シールの封止係合を維持するステップをさらに含み得る。
本開示の態様は、添付の図と共に読まれるとき、以下の詳細な記載から最良に理解される。業界における一般的な実務に従って、様々な特徴は一定の縮尺で描写されていないことを強調しておく。実際、様々な特徴の寸法は、詳細の明確化のために、任意に拡大または縮小されている可能性がある。
本開示の1つまたは複数の実施形態による例示のターボ機械の断面図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による、図1Aにおいて1Bの符号が付けられた四角によって指示されているターボ機械の一部分の拡大断面図である。 1つまたは複数の開示される実施形態による、ターボ機械ケーシングの径方向の膨張の間にターボ機械ケーシングを封止するための方法を描写する流れ図である。
以下の開示が本発明の異なる特徴、構造、または機能を実施するためのいくつかの例示の実施形態を記載していることは、理解されるものである。構成部品、配置、および構成の例示の実施形態は、本開示の態様を平易にするために以下に記載されているが、これらの例示の実施形態は、単に例として提供されており、本発明の範囲を限定するように意図されていない。また、本開示の態様は、様々な例示の実施形態において、および、ここで提供されている図にわたって、参照の数字および/または文字を繰り返す可能性がある。この繰り返しは、簡潔性および明確性のためであり、様々な図において詳述された様々な例示の実施形態および/または構成の間の関係をそれ自体で定めることはない。さらに、以下における記載において、第2の特徴に重なるかまたは接する第1の特徴の形成は、第1の特徴と第2の特徴とが直接の接触で形成される実施形態を含んでもよく、また、第1の特徴と第2の特徴との間に入る追加の特徴が形成されてもよく、そのため、第1の特徴と第2の特徴とは直接の接触になくてもよい。最後に、以下に提示されている例示の実施形態は、任意の組み合わせの方法で組み合わせでき、つまり、1つの例示の実施形態からの任意の要素は、本開示の範囲から逸脱することなく、任意の他の例示の実施形態で使用されてもよい。
また、具体的な構成部品に言及するために、特定の用語が以下の記載および請求項を通じて使用される。当業者は理解するように、様々な実態が異なる名称によって同じ構成部品に言及する可能性があり、そのため、本明細書で記載されている要素についての命名の取り決めは、本明細書において明確に定められていない場合、本発明の範囲を限定するように意図されていない。さらに、本明細書で用いられている命名の取り決めは、名称において異なるが機能において異ならない構成部品同士の間で区別するように意図されていない。また、以下の詳述および請求項において、「含む」および「備える」という用語は、オープンエンドの様式で使用されており、したがって、「～を含むが限定されない」ことを意味するように解釈されるべきである。本開示におけるすべての数字の値は、明確に述べられていない場合、正確な値またはおおよその値であり得る。したがって、本開示の様々な実施形態は、意図されている範囲から逸脱することなく、本明細書で開示されている数、値、および範囲から逸脱する可能性がある。さらに、特許請求の範囲または明細書において使用されるとき、「または」という用語は、排他的な場合と包括的な場合との両方を網羅するように意図されており、つまり、「AまたはB」は、ここで明示的に特定されていない場合、「AおよびBの少なくとも一方」と同義となるように意図されている。
図1Aは、1つまたは複数の実施形態による例示のターボ機械10の断面図を示している。図1Bは、本開示の1つまたは複数の実施形態による、図1Aにおいて1Bの符号が付けられた四角によって指示されているターボ機械10の一部分の拡大断面図を示している。図1Aにおいて最もはっきりと示されているように、ターボ機械10は遠心圧縮機であり得るが、本開示の態様はこれに限定されず、他の例示のターボ機械10には、限定されることはないが、軸流圧縮機、背中合わせの圧縮機、回転分離機、およびポンプがあり得る。ターボ機械10は、プロセス流体をターボ機械10へ引き込み、プロセス流体を圧縮し、プロセス流体をターボ機械10からより高い圧力で吐出するように構成され得る。したがって、一部の実施形態では、ターボ機械10を通じて流れ、続いてターボ機械10から吐出されるプロセス流体は、約10,000psi(68.9MPa)以上の圧力を有し得る。ターボ機械10に提供される例示のプロセス流体には、限定されることはないが、メタン、天然ガス、空気、酸素、窒素、水素、および二酸化炭素があり得る。
ターボ機械10は、互いの反対側にある軸方向の端14、16と、互いの反対側にある軸方向の端14、16の間で延びる中心軸18とを有するケーシング12を備え得る。ケーシング12は、異なる内径を有する複数の内側円筒面(符号20、22、24で指示された3つ)を備え得る。複数の内側円筒面20、22、24は、第1の内側円筒面20、第2の内側円筒面22、および第3の内側円筒面24が互いから径方向でずれるようにそれぞれの内径を有する第1の内側円筒面20、第2の内側円筒面22、および第3の内側円筒面24を備え得る。
第1の内側円筒面20、第2の内側円筒面22、および第3の内側円筒面24は、中心軸18に沿って延びる中心孔26を定め得る。中心孔26の第1の円筒部分は、第1の内側円筒面20および第2の内側円筒面22によって定められ、仕事室28と称され得る。中心孔26の第2の円筒部分は、第3の内側円筒面24によって定められ、ケーシング開口30と称され得る。図1Aに示されているように、ケーシング開口30の内径は仕事室28の内径より大きくてもよい。このようにして、中心孔26は段付き孔となり得る。したがって、ケーシング12の環状壁32が、第1の内側円筒面20と第3の内側円筒面24との間で径方向に延び得る。また、第1の内側円筒面20と第2の内側円筒面22とが互いから径方向でずらされ得るため、肩部または環状壁34がそれらの間で径方向に延び得る。
仕事室28は、ターボ機械10の仕事構成部品を含むモジュールバンドル36を概して収容している。ケーシング開口30は、ケーシング12の軸方向の端14から仕事室28へと延び、それによってモジュールバンドル36の挿入または引き抜きのための手段を提供できる。1つまたは複数の実施形態では、モジュールバンドル36は、様々な仕事構成部品の中でも、回転シャフト38と、1つまたは複数の圧縮段(3つが符号40A～40Cで示されている)とを備えてもよく、各々の段40A～40Cは、回転シャフト38に搭載された羽根車42と、バンドル筐体46に結合された少なくとも1つの静止ダイヤフラム44とを備え、各々の羽根車42の間に出口および入口の流れ通路48を提供する。モジュールバンドル36は、回転シャフト38と封止する関係で配置された主シール50を含む複数のシールと、主シール50を支持するために提供されたシール担持体52とをさらに備え得る。ケーシング12は、プロセス流体源または上流のプロセス構成部品(図示せず)を最初の圧縮段40Aと流体結合する径方向流体入口54と、最後の圧縮段40Cと流体連結された出口室または渦巻構造56とをさらに定め得る。
ターボ機械10は、仕事室28からケーシング開口30へのプロセス流体の漏れが実質的に低減または防止されるように仕事室28をケーシング開口30から閉鎖および封止するために、中心孔26内に配置されると共にケーシング12と係合可能であるシール装置58をさらに備え得る。シール装置58は、回転シャフト38が貫いて延び得る中心開口62を定める環状本体60を備え得る。環状本体60は、中心軸64を有し、回転シャフト38の周りに配置されるため、環状本体60の中心軸64とケーシング12の中心軸18とは同軸であり得る。別の実施形態では、環状本体60は、中心開口62なしで形成されてもよく、他の種類のケーシング開口30(つまり、回転シャフト38を包囲する開口ではない)を閉鎖および封止するために代わりに使用されてもよい。いずれの場合でも、シール装置58は、高圧流体がケーシング開口30を通じて仕事室28から流れ出るのを少なくとも実質的に防止するように、ケーシング開口30を実質的に閉塞または封止するように構成または構築され得る。したがって、環状本体60は、シール装置58の実質的な変形または失陥なしで比較的高い圧力にシール装置58が耐えることができるように、実質的な軸方向の厚さを有し得る。
環状本体60は、第1の環状側壁68と、第1の環状側壁68の軸方向反対側にある第2の環状側壁70と、第1の環状側壁68と第2の環状側壁70との間で延びる外側環状面72とを備える第1の環状本体部分66を備え得る。シール装置58は、外側環状面72が第3の内側円筒面24に当接し、第1の環状側壁68が、第1の内側円筒側壁20と第3の内側円筒側壁24との間で径方向に延びるケーシング12の環状壁32に当接または隣接するように、中心孔26内において、ケーシング12の互いに反対側にある軸方向の端14、16の間に配置され得る。第1の環状側壁68は、1つまたは複数の保持体(1つが符号74で示されている)を介して環状壁32に結合され得る。1つまたは複数の実施形態では、第1の環状側壁68は、回転シャフト38の周りで周方向に配置された複数の保持体74を介して環状壁32に結合され得る。保持体74はボルトであり得る。他の実施形態では、保持体は、ダボ、ピンなどの構成部品であり得る。保持体74は、中心軸18の周りでの環状本体60の回転変位を少なくとも防止するように構成され得る。
第2の環状側壁70は、ケーシング開口30において第3の内側円筒面24によって定められた環状溝78に配置された保持体76に当接できる。保持体76は2つの環体80、82を備えることができ、第1または環状のせん断環体80、第1の環状本体部分66の一部分と環状溝78との間に配置されるかまたは配置可能である軸方向リップ84を有する。各々のせん断環体80、82は、中心軸18の周りで周方向に離間された複数の弓状部分80A、82A(各々1つだけが示されている)から形成され得る。環状のせん断環体80、82は、ターボ機械10の動作の間にシール装置58を中心孔26内で保持するように構成され得る。モジュールバンドル36の引き抜きの間、環状のせん断環体80、82をずらし、シール装置58およびモジュールバンドル36をターボ機械10から軸方向に滑らせるために、十分な軸方向の力がモジュールバンドル36に加えられ得る。
環状本体60は、第1の環状本体部分66から軸方向に延び、第1の環状本体部分66の外側環状面72から径方向でずれた外側環状面88を有する第2の環状本体部分86も備え得る。第2の環状本体部分86は、シール担持体52に隣接する中心孔26の仕事室28に配置され得る。1つまたは複数の実施形態では、第2の環状本体部分86の軸方向の端90が、1つまたは複数の機械的留め具(1つが符号92で示されている)を介してシール担持体52に結合され得る。1つまたは複数の実施形態では、第2の環状本体部分86の軸方向の端90は、回転シャフト38の周りで周方向に配置された複数の機械的留め具92を介してシール担持体52に結合され得る。機械的留め具92は、例えば締め付けボルトなどのボルトであり得る。他の実施形態では、機械的留め具92は、ダボ、ピンなどの構成部品であり得る。
図1Bにおいて最もはっきりと見られるように、環状本体60は、第1の環状本体部分66から軸方向に延び、外側環状面96と内側環状面98とを有する付加物94をさらに備え得る。付加物94の外側環状面は複数の環状溝100、102、104を定め得る。複数の環状シール106、108、110がそれぞれの環状溝100、102、104内に配置され得る。環状溝100、102、104内に配置されるため、環状シール106、108、110の各々の一部分が、付加物94と第1の内側円筒面20との間にシールを提供するために、それぞれの環状溝100、102、104から径方向に延び、ケーシング12の第1の内側円筒面20と係合できる。環状シール106、108、110は、1つまたは複数の実施形態において、圧縮可能なポリマ材料から構築され得る。一例では、環状シール106、108、110はOリングであり得る。他の実施形態では、環状シール106、108、110は、圧縮可能な非ポリマ材料から構築され得る。
複数の環状シール106、108、110は、一次環状シール106と、1つまたは複数の二次環状シール(2つが符号108および110で示されている)とを備え得る。一次環状シール106は、第1の環状本体部分66の遠位にある付加物94の端部分112に近接する環状溝100に配置され得る。中心孔26に配置されるため、付加物94の端部分112はケーシング12の第2の内側円筒面22と係合または接触できる。本発明の少なくとも1つの態様では、端部分112は、付加物94を第2の内側円筒面22に対して位置付けるために使用される。
計画上、一次環状シール106は、ターボ機械10を通じて流れるプロセス流体の最大の圧力に曝され得る。したがって、一次環状シール106と、一次環状シール106が配置されるそれぞれの環状溝100とは、二次シール108、110、および、二次シール108、110が配置されるそれぞれの環状溝102、104より大きさが大きくてもよい。例えば、1つまたは複数の実施形態では、一次環状シール106は、二次シール108、110の各々の外径より大きい外径を有し得る。したがって、計画上、二次シール108、110の各々は、一次環状シール106によって見込まれる最大の圧力以下の圧力を見込むことができる。1つまたは複数の実施形態では、二次シール108、110は、二次シール110が前の二次環状シール108より小さい圧力を見込むことができる「ステップダウン」シールであり得る。他の実施形態では、二次シール108、110は、一次環状シール106の失陥の場合にバックアップのシールとして利用されてもよい。
付加物94の外側環状面96とケーシング12の第1の内側円筒面20とは、隣接する環状シール106、108または108、110の間に配置されるポート114をさらに定め得る。1つまたは複数の実施形態では、ポート114は、一次シール106と、隣接する二次シール108との間に配置され得る。別の実施形態では、ポート114は、隣接する二次シール108、110の間に配置され得る。ポート114は、ターボ機械10のケーシング12内で低圧環境に流体結合されてもよく、または、他の実施形態では、ポート114は、ケーシング12に定められた1つまたは複数の流路を介して、ターボ機械10のケーシング12の外部において低圧環境に流体結合され得る。例えば、ポート114は、ケーシング12の外部の大気、火炎、別のプロセス構成部品の入口、または任意の他の適切な圧力シンクに流体結合され得る。別の例では、ポート114は、仕事室28において段40A～40Cに流体結合され得る。構成上、ポート114は、環状シール106、108、110のための漏れ検出システム(図示せず)の構成部品として構成されてもよい。他の実施形態では、ポート114は、ターボ機械10内のプロセス流体の漏れのための放出口として構成されてもよい。
付加物94の内側環状面98と第2の環状本体部分86の外側環状面88とは、それらの間に環状空洞116を定め得る。環状空洞116は、シール担持体52と第1の環状本体部分66とによって軸方向で境界付けられ得る。環状空洞116は、少なくとも1つの段40A～40Cと流体結合されてもよい。1つまたは複数の実施形態では、環状空洞116は、加圧されたプロセス流体が環状空洞116に方向付けられ得るように最後の段40Cと流体結合され得る。環状空洞116は、加圧されたプロセス流体を受け入れるように構成されてもよく、それによって付加物94を挟んで圧力差を作り出す。さらに、プロセス流体がターボ機械10において圧縮されるため、ターボ機械10のケーシング12は、加圧されたプロセス流体の生成に応じて径方向に膨張する可能性がある。付加物94の少なくとも一部分は、ケーシング12の径方向の膨張の間、ケーシング12の第1の内側円筒面20および第2の内側円筒面22との接触を維持するために、付加物94を挟んでの圧力差のため径方向外向きに変位させられるように構成されている。付加物94が径方向外向きに移動できるため、付加物94は、ケーシング12の径方向の膨張の間、ケーシング12の第1の内側円筒面20との環状シール106、108、110の封止係合を維持できる。付加物94の端部分112とケーシング12の第2の内側円筒面22との間の接触は、環状シール106、108、100および関連する環状溝100、102、104と第1の内側円筒面20との間にシールを提供するのに適した寸法公差が維持されることを確保するために、付加物94の外向きの径方向の移動を止めるように作用する。
一次環状シール106は、第1の環状本体部分66から第1の軸方向距離DA1において環状溝100に配置され得る。第1の環状本体部分66から遠位にある環状空洞116の端部分118が、第1の環状本体部分66から第2の軸方向距離DA2にあり得る。したがって、1つまたは複数の実施形態において、第2の軸方向距離DA2は第1の軸方向距離DA1より大きくなり得る。
上記の構造では、シール装置58の実施形態は、すでに知られている流体機械ケーシング閉鎖装置と比較して明らかに有利である。ターボ機械10の動作の間、仕事室28は高圧のプロセス流体を収容でき、このプロセス流体は、複数の内側円筒面20、22、24を含むケーシング12を、図1Bにおいて矢印ARによって指示されているように、径方向外向きに膨張させるだけの圧力をケーシング12にしばしば発揮する。そのため、内側円筒面20、22、24は付加物94から径方向外向きに変位させられ得る。加圧されたプロセス流体の一部分を環状空洞116へと提供することで、シール装置58の付加物94は、ケーシング12の径方向の膨張と共に径方向外向きに移動するように構成され、それによって、ケーシング12の内側円筒面22との封止係合を維持し、それによって付加物94と内側円筒面20との間の空間を実質的に排除し、したがって、仕事室28からの流体の漏れを防止するように作用する。
ここで図2を参照すると、図2は、1つまたは複数の開示される実施形態による、ターボ機械ケーシングの径方向の膨張の間にターボ機械ケーシングを封止するための方法200を描写する流れ図を示している。方法は、符号202にあるように、複数の環状シールを、シール装置の付加物の外側環状面によって定められるそれぞれの環状溝内に配置するステップを含み得る。シール装置は、付加物および第2の環状本体部分が軸方向に各々延びる第1の環状本体部分を備え得る。方法200は、符号204にあるように、シール装置をターボ機械ケーシングの中心孔内に配置することも含み得る。中心孔は、ターボ機械ケーシングの第1の内側円筒面、第2の円筒面、および第3の円筒面によって定められ得る。第1の内側円筒面、第2の円筒面、および第3の円筒面は互いから径方向でずれ得る。
方法200は、符号206にあるように、複数のシールをターボ機械ケーシングの第1の内側円筒面と封止係合させるステップと、符号208にあるように、付加物の端部分をターボ機械ケーシングの第2の内側円筒面と係合させるステップとをさらに含み得る。方法200は、符号210にあるように、シール装置の付加物の内側環状面および第2の環状本体部分の外側環状面によって定められる環状空洞を加圧して、付加物を挟んだ圧力差を形成するステップも含み得る。方法200は、付加物を圧力差に応じて径方向外向きに膨張させ、それによって、(i)ターボ機械ケーシングの第2の内側円筒面との付加物の端部分の接触を維持し、(ii)ターボ機械ケーシングの径方向の膨張の間、ターボ機械ケーシングの第1の内側円筒面との複数の環状シールの封止係合を維持するステップをさらに含み得る。
方法200は、加圧されたプロセス流体を形成するために、ターボ機械ケーシングの中心軸に沿って延びる回転シャフトに結合された1つまたは複数の羽根車の中にプロセス流体を引き込むステップをさらに含み得る。方法200は、ターボ機械ケーシングの第1の内側円筒面および付加物の外側環状面によって定められるポートを低圧環境と流体結合するステップをさらに含み得る。ポートは、複数の環状シールのうちの1つまたは複数の環状シールを介した加圧されたプロセス流体の漏れを低圧環境へと放出するように構成され得る。方法200で提供されているように、環状空洞を加圧するステップは、加圧されたプロセス流体の一部分を環状空洞へと送り込むことをさらに含み得る。さらに、第3の内側円筒面はターボ機械ケーシングの開放端を定めてもよく、第1の環状本体部分の環状面が、第1の内側円筒面と第3の内側円筒面との間で径方向に延びる環状壁に当接し得る。
本明細書で開示されるすべての数字の値および範囲が、「約」がそれらと併せて使用されるかどうかに拘わらず、おおよその値および範囲であることは、理解されるべきである。数字と併せて本明細書で使用されるときの「約」という用語は、数字の±5%(含める)、数字の±10%(含める)、または数字の±15%(含める)である値を言うことも理解されるべきである。数字の範囲が本明細書で開示されるとき、その範囲内に入る任意の数字の値も明確に開示されていることは、さらに理解されるべきである。
ここまでの記載は、当業者が本発明の態様をより良く理解できるようにいくつかの実施形態の特徴の概要を説明している。当業者は、同じ目的を実行するために他の過程および構造を設計または改良するための基礎として、ならびに/または、本明細書で紹介された実施形態の同じ利点を達成するための基礎として、本開示の態様を容易に使用できることを理解すべきである。当業者は、このような均等の構造が本開示の精神および範囲から逸脱しないことと、当業者が本開示の態様の精神および範囲から逸脱することなく本明細書における様々な変更、置き換え、および修正を行うことができることとを同じく理解すべきである。
10 ターボ機械
12 ケーシング
14、16 端
18 中心軸
20 第1の内側円筒面、第1の内側円筒側壁
22 第2の内側円筒面
24 第3の内側円筒面、第3の内側円筒側壁
26 中心孔
28 仕事室
30 ケーシング開口
32 環状壁
34 肩部、環状壁
36 モジュールバンドル
38 回転シャフト
40A、40B、40C 圧縮段
42 羽根車
44 静止ダイヤフラム
46 バンドル筐体
48 流れ通路
50 主シール
52 シール担持体
54 径方向流体入口
56 出口室、渦巻構造
58 シール装置
60 環状本体
62 中心開口
64 中心軸
66 第1の環状本体部分
68 第1の環状側壁
70 第2の環状側壁
72 外側環状面
74 保持体
76 保持体
78 環状溝
80、82 せん断環体
80A、82A 弓状部分
86 第2の環状本体部分
88 外側環状面
90 軸方向の端
92 機械的留め具
94 付加物
96 外側環状面
98 内側環状面
100、102、104 環状溝
106、108、110 環状シール
106 一次環状シール
108、110 二次環状シール
112 端部分
114 ポート
116 環状空洞
118 端部分
DA1 第1の軸方向距離
DA2 第2の軸方向距離

Claims (10)

  1. ターボ機械(10)のケーシング(12)のためのシール装置(58)であって、
    中心軸(64)を有し、前記中心軸(64)に沿って延びる中心開口(62)を定める環状本体(60)を備え、前記環状本体(60)が、
    第1の環状側壁(68)、前記第1の環状側壁(68)の軸方向反対側にある第2の環状側壁(70)、および、前記第1の環状側壁(68)と前記第2の環状側壁(70)との間で延びる外側環状面(72)、を備える第1の環状本体部分(66)と、
    前記第1の環状本体部分(66)から軸方向に延び、前記第1の環状本体部分(66)の前記外側環状面(72)から径方向内側にずれた外側環状面(88)を有する第2の環状本体部分(86)と、
    前記第1の環状本体部分(66)から軸方向に延び、外側環状面(96)および内側環状面(98)を有する付加物(94)であって、前記付加物(94)の前記内側環状面(98)と前記第2の環状本体部分(86)の前記外側環状面(88)とは、前記内側環状面(98)と前記外側環状面(88)との間に環状空洞(116)を定め、前記付加物(94)の少なくとも一部分は、前記ケーシング(12)の径方向の膨張の間に前記ケーシング(12)の第1の内側円筒面(20)と、前記第1の内側円筒面(20)から径方向内側にずれた前記ケーシング(12)の第2の内側円筒面(22)との接触を維持するために、径方向外向きに変位させられるように構成される、付加物(94)と、
    をさらに備え、
    前記シール装置(58)は、前記付加物(94)の前記外側環状面(96)によって定められるそれぞれの環状溝(100、102、104)に配置される複数の環状シール(106、108、110)をさらに備え、
    前記付加物(94)の前記外側環状面(96)は、隣接する環状シール(106、108、110)同士の間に配置されると共に低圧環境に流体結合されるように構成されるポート(114)をさらに定める、シール装置(58)。
  2. 前記複数の環状シール(106、108、110)の各々の少なくとも一部分は、それぞれの前記環状溝(100、102、104)から径方向外向きに延び、前記ケーシング(12)の前記第1の内側円筒面(20)に封止係合するように構成される、請求項1に記載のシール装置(58)。
  3. 前記隣接するシール(106、108、110)は一次シール(106)および二次シール(108、110)であり、前記一次シール(106)は、前記ターボ機械(10)が発生させる前記ケーシング(12)における最大の圧力に曝されるように構成され、前記二次シール(108、110)は、前記ターボ機械(10)が発生させる前記ケーシング(12)における前記最大の圧力以下の圧力に曝されるように構成される、請求項1に記載のシール装置(58)。
  4. 前記一次シール(106)は、前記第1の環状本体部分(66)から第1の軸方向距離(DA1)において前記付加物(94)に配置され、前記第1の環状本体部分(66)から遠位にある前記環状空洞(116)の端部分(118)が、前記第1の環状本体部分(66)から第2の軸方向距離(DA2)にあり、前記第2の軸方向距離(DA2)は前記第1の軸方向距離(DA1)より大きい、請求項3に記載のシール装置(58)。
  5. ケーシング(12)であって、
    中心軸(64)、
    第1の端(14)、および、前記第1の端(14)の軸方向反対側にある第2の端(16)、ならびに、
    互いから径方向でずれていると共に中心孔(26)の第1の部分(28)および第2の部分(30)を定める複数の内側円筒面(20、22、24)であって、前記第1の部分(28)は前記第2の部分(30)から前記ケーシング(12)の前記第2の端(16)へと延びる、複数の内側円筒面(20、22、24)
    を備えるケーシング(12)と、
    回転シャフト(38)と、
    前記回転シャフト(38)に結合される1つまたは複数の回転構成部品(36)であって、前記1つまたは複数の回転構成部品(36)は、前記中心孔(26)の前記第1の部分(28)内に配置され、プロセス流体を加圧するように構成される、1つまたは複数の回転構成部品(36)と、
    前記中心孔(26)内に配置されると共に、前記第1の部分(28)において加圧されたプロセス流体が前記ケーシング(12)の前記第2の端(16)から出るのを低減または防止するように構成されるシール装置(58)であって、
    前記中心孔(26)の前記第2の部分(30)内に配置される第1の環状本体部分(66)、
    前記第1の環状本体部分(66)から軸方向に延びると共に外側環状面(88)を有する第2の環状本体部分(86)、
    前記第1の環状本体部分(66)から軸方向に延び、外側環状面(96)および内側環状面(98)を有する付加物(94)であって、前記付加物(94)の前記内側環状面(98)と前記第2の環状本体部分(86)の前記外側環状面(88)とは、前記内側環状面(98)と前記外側環状面(88)との間に環状空洞(116)を定め、前記付加物(94)の少なくとも一部分は、前記中心孔(26)の前記第1の部分(28)を協働で画定する、前記ケーシング(12)の2つの内側円筒面(20、22)と接触しており、前記ケーシング(12)の径方向の膨張の間に前記ケーシング(12)の前記2つの内側円筒面との接触を維持するために、径方向外向きに変位させられるように構成される、付加物(94)、ならびに、
    前記付加物(94)の前記外側環状面(96)によって定められるそれぞれの環状溝(100、102、104)に配置される複数の環状シール(106、108、110)
    を備えるシール装置(58)と
    を備え、
    前記付加物(94)の前記外側環状面(96)は、隣接する環状シール(106、108、110)同士の間に配置されるポート(114)をさらに定め、ターボ機械(10)は、前記ポート(114)を低圧環境と流体結合するようにさらに構成される、ターボ機械(10)。
  6. 前記複数の複数の内側円筒面(20、22、24)は、
    前記ケーシング(12)の前記第1の部分(28)を定める第1の内側円筒面(20)および第2の内側円筒面(22)と、
    前記ケーシング(12)の前記第2の部分(30)を定める第3の内側円筒面(24)と
    を備え、
    前記ケーシング(12)は、
    前記第1の内側円筒面(20)と前記第3の内側円筒面(24)との間で径方向に延びる第1の環状壁(32)と、
    前記第1の内側円筒面(20)と前記第2の内側円筒面(22)との間で径方向に延びる第2の環状壁(34)と
    をさらに備え、
    前記複数の環状シール(106、108、110)の各々の少なくとも一部分は、前記ケーシング(12)の前記第1の内側円筒面(20)と封止係合した状態で、それぞれの前記環状溝(100、102、104)から径方向外向きに延びる、請求項5に記載のターボ機械(10)。
  7. 前記隣接するシールは一次シール(106)および二次シール(108、110)であり、前記一次シール(106)は、前記ターボ機械(10)が発生させる前記ケーシング(12)における最大の圧力に曝され、前記二次シール(108、110)は、前記ターボ機械(10)が発生させる前記ケーシング(12)における前記最大の圧力以下の圧力に曝される、請求項5に記載のターボ機械(10)。
  8. 前記一次シール(106)は、前記第1の環状本体部分(66)から第1の軸方向距離(DA1)において前記付加物(94)に配置され、前記第1の環状本体部分(66)から遠位にある前記環状空洞(116)の端部分(118)が、前記第1の環状本体部分(66)から第2の軸方向距離(DA2)にあり、前記第2の軸方向距離(DA2)は前記第1の軸方向距離(DA1)より大きい、請求項7に記載のターボ機械(10)。
  9. 前記付加物(94)は、前記第1の環状本体部分(66)から遠位にある端部分(112)を有し、前記端部分(112)は、前記ケーシング(12)の第2の内側円筒面(22)と接触している、請求項8に記載のターボ機械(10)。
  10. 前記ケーシング(12)の第3の内側円筒面(24)によって定められる環状溝(78)内に配置され、前記シール装置(58)を前記中心孔(26)内で保持するように構成されるせん断環体(80)をさらに備える、請求項5に記載のターボ機械(10)。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4381197A1 (en) * 2021-10-06 2024-06-12 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG In a turbomachine, rotor structure with seal assembly and method in connection with same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012177338A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp 圧縮機
US20150159669A1 (en) 2012-02-14 2015-06-11 Sulzer Pumpen Ag Sealing arrangement and pump having a sealing arrangement
US20160090990A1 (en) 2013-05-07 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement having a seal

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0654115B2 (ja) * 1987-12-18 1994-07-20 株式会社日立製作所 多段遠心ポンプ
US5087172A (en) * 1989-02-13 1992-02-11 Dresser-Rand Company, A General Partnership Compressor cartridge seal method
JPH02229966A (ja) * 1989-02-28 1990-09-12 Taiho Kogyo Co Ltd リップシール装置
DE4031936A1 (de) * 1990-10-09 1992-04-16 Klein Schanzlin & Becker Ag Leiteinrichtung
US5456577A (en) * 1994-07-28 1995-10-10 Ingersoll-Dresser Pump Company Centrifugal pump with resiliently biasing diffuser
JPH0988864A (ja) * 1995-09-26 1997-03-31 Ebara Corp 二重胴型高圧多段ポンプの構造
US6279914B1 (en) * 1997-10-24 2001-08-28 Eagle Industry Co., Ltd. Sealing apparatus
WO2007064605A2 (en) 2005-11-30 2007-06-07 Dresser-Rand Company End closure device for a turbomachine casing
DE102010041208B4 (de) * 2010-09-22 2013-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung mit einer Dichtung, Dichtung und Turboverdichter
AU2015258040B2 (en) * 2014-05-05 2018-11-01 Sulzer Management Ag Seal arrangement for a high-pressure pump and high-pressure pump having such a one

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012177338A (ja) 2011-02-25 2012-09-13 Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp 圧縮機
US20150159669A1 (en) 2012-02-14 2015-06-11 Sulzer Pumpen Ag Sealing arrangement and pump having a sealing arrangement
US20160090990A1 (en) 2013-05-07 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement having a seal

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