JPH0533872A - ターボコンプレツサにおける軸パツキン用のシール液パツキン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 シール液パッキン装置の漏れ量を減少し、差
圧の調整を簡単にしかつ出力損失を適正化する。 【構成】 ケーシング３に固定した２つのすべりリング
１、２と軸４に結合したロータリング５を設け、すべり
リング１、２にはそれぞれシール液空間６、７が付属し
ており、これらシール液空間６、７は、ポンプとクーラ
を備えた閉じたシール液回路に所属している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボコンプレッサ、
特に高圧ターボコンプレッサにおける軸パッキン用のシ
ール液パッキン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明の前提となる経験上周知のシール
液パッキン装置は、浮動リングパッキンを使用する。浮
動リングパッキンは、回転軸とパッキンケーシングに結
合されているが半径方向に可動のパッキンリングとの間
に遊びを備えたラジアルギャップパッキンである。シー
ル液パッキン装置の目的に従って、シール液の圧力は密
閉すべきガスの圧力よりも高い。周知の方式の範囲内で
は圧力の差は小さく、例えば０．５バール程度である。
ガス側パッキンリングにおける内側漏れ量を少なく保つ
ため、この圧力差は小さい。外側パッキンリングにおけ
るラジアルギャップは、ガス側パッキンリングの冷却に
不可欠なシール液流れが冷媒流として生じるような寸法
になっている。この冷媒流は密閉圧力にほぼ比例してい
る。すなわち最適な冷却は所定の圧力範囲に対してしか
行われず、かつ広い圧力範囲内で動作するターボコンプ
レッサについては制限が生じることがある。さらに圧力
が高い場合には、密閉すべきガス圧と比較して差圧が極
めて小さいので、シール液と密閉すべきガスとの間の差
圧の調整は困難になる。調整は初期圧力制御と間接的な
差圧調整によって行われ、この差圧調整は、高架容器内
のシール液の液面の調整によって行われる。生じる差圧
は、ターボコンプレッサの軸に対する高架容器内のシー
ル液量の測地上の高さに比例する。シール液は、高圧ポ
ンプによって高圧にされ、かつ外側浮動リングのラジア
ルギャップ内で大気圧に減圧される。高架容器内に貯え
られるシール液の量は、シール液供給が停止した際にタ
ーボコンプレッサ装置の制御した停止が可能な程度に多
くなければならない。圧力をかけたまま装置を停止する
場合、シール液装置は動作し続けなければならない。そ
の点に関して言えば、シール液系は開いた系である。そ
の他に前記の方式は高価である。

【０００３】

【発明の目的】それに対して本発明の課題は、ずっと簡
単に構成されており、わずかな内側漏れ量で動作し、か
つ簡単に差圧調整も可能であり、しかも特に高い圧力及
び適当な損失出力で可能であるようなシール液パッキン
装置を提供することにある。

【０００４】

【発明の構成】この課題を解決するため、本発明の対象
物は次のような特徴を有する、ターボコンプレッサ、特
に高圧ターボコンプレッサにおける軸パッキン用のシー
ル液パッキン装置である。すなわちガス側の軸線密閉す
べりリング及び大気側の軸線密閉すべりリングが設けら
れており、これらすべりリングは両方共ケーシング内に
固定配置されており、かつ互いに対向したパッキン面を
有し軸に結合されたロータリングが設けられており、こ
れらパッキン面には、すべりリングのパッキン面が対応
しており、両方のすべりリングにシール液空間が対応し
ており、これらシール液空間は、ロータリングの周面の
ところでリング通路を介して互いに結合されており、大
気側すべりリングは、対応するシール液空間を大気に対
して密閉しており、かつガス側すべりリングは、対応す
るシール液空間をガス空間に対して密閉しており、かつ
両方のシール液空間は、ポンプとクーラを備えた閉じた
シール液回路に所属している。ガス側パッキンは、なる
べく混合摩擦範囲内で動作するようにする。本発明の範
囲内において種々の配置のすべりリングを使用すること
ができる。軸を囲むベローズによってガス側すべりリン
グが保持され、かつ例えばばねと少なくとも１つの０リ
ングの形の二次素子によって大気側すべりリングが、軸
線方向及び半径方向に可動に保持されている構成は、簡
単でありかつ動作が確実である点で優れている。ガス側
すべりリングの押し付け力は、ベローズ、及びシール液
とガスの間の有効液圧差圧によって決まる。大気側すべ
りリングの押し付け力は、ばね、及びシール液の有効液
圧によって決まる。ベローズの代わりに、別のパッキン
系、例えば０リングとばね素子を使用してもよいことは
明らかである。本発明の枠内において一般に、シール液
の内側漏れ量が導管を介してセパレータに送られ、かつ
シール液回路内のシール液量が供給ポンプと圧力変換器
を介して再び補充できる。本発明の有利な構成によれ
ば、圧力変換器は、一方において密閉すべきガスと調節
可能なばね力の作用を受け、他方においてシール液回路
内のシール液の作用を受けているので、この圧力変換器
はシール液回路内の圧力を規定している。圧力変換器は
同時にシール液貯蔵器として構成できる。

【０００５】本発明によるシール液パッキン装置におい
てガス側パッキンは、なるべく混合摩擦領域内で動作し
かつわずかな漏れ値を有するすべりリングパッキンであ
る。大気側パッキンは、動的状態において流体力学的に
形成される液体膜によりパッキン面が分離された軸線ギ
ャップパッキンである。パッキンギャップうちに丈夫な
潤滑膜が存在するが、この膜が所々中断されている場
合、混合摩擦が存在する。潤滑剤の特性の他に、すべり
材料対のすべり特性も摩擦特性又は摩擦係数に作用を及
ぼす。流体力学的に形成される液体膜による液体摩擦の
際、摩擦係数は潤滑剤の動的粘度だけで決まる。外方へ
流出する漏れ量は、系全体の動作の監視のために利用で
きる。この漏れ量は、常に系内にある別の調整装置がけ
して動作の確実な調整範囲を越えることのない程度に少
なくすることができる。シール液回路は閉じている。す
なわち本発明によるシール液パッキン装置においてシー
ル液は密閉圧力レベルに維持される。このシール液は、
閉じた回路の流れの抵抗に打ち勝たなければならない循
環ポンプによって循環させられる。パッキンの損失出力
はクーラに放出される。閉じたシール液回路からすべり
リングの軸線ギャップを介して流出する極めて少なく設
定可能な漏れ量は、小さな供給ポンプを介して間欠的に
補充される。

【０００６】得られた利点は主として次の点にある。す
なわち本発明によるシール液パッキン装置において漏れ
量は、浮動リングパッキンを有する初めに述べた構成に
おけるものよりずっと少ない。それ故に閉じたシール液
回路による動作が困難なく可能であり、かつ差圧の調整
も簡単に行うことができる。高架容器及び大出力シール
液ポンプ及びそのため通常の差圧調整弁はもはや必要な
いので、系全体は簡単である。その結果かなりのエネル
ギーの節約が可能である。パッキンの冷却は圧力レベル
には無関係である。さらに内側漏れ量が少ないこと及び
停止中に密閉されていることは特に有利である。すべり
リングとロータリングは、長い寿命を有する材料からわ
けなく構成できる。一般に硬いものの対が使用され、か
つすべりリングとロータリングは実質的に摩耗しない。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例を以下図面によって詳細に説
明する。

【０００８】図示したシール液パッキン装置には、まず
ガス側軸線密閉すべりリング１及び大気側軸線密閉すべ
りリング２が含まれており、これらすべりリングは両方
共パッキンケーシング３内に固定配置されている。ここ
にはさらに、互いに対向するパッキン面を有しかつ軸４
に結合されたロータリング５が含まれており、これらパ
ッキン面にはすべりリング１、２のパッキン面が対応し
ている。両方のすべりリング１、２にはシール液空間６
又は７が対応している。両方のシール液空間６、７はロ
ータリング５の周面のところでリング通路８を介して互
いに結合されている。大気側すべりリング２は、大気に
対して所属のシール液空間に対して所属のシール液空間
７を密閉する。両方のシール液空間６、７は、ポンプ１
０とクーラ１１を備えた閉じたシール液回路９に含まれ
ている。略図において符号１０を付けたポンプは、ポン
プロータとしてロータリング５を使用してもよく、かつ
その時パッキン装置内に統合されることになる。第２図
から明らかなように、ガス側すべりリング１は、軸４を
囲むベローズ１２によって保持されている。大気側すべ
りリング２は、ばね１３と０リング１４の形の二次素子
によって軸線方向及び半径方向に可動に保持されてい
る。シール液の内側漏れ量は、導管２３を介してセパレ
ータ２４に送られる。この漏れ量は、場合によっては処
理した後にタンク１６に供給される。シール液の外側漏
れは、導管１５を介してタンク１６におくられる。シー
ル液回路内のシール液量は、供給ポンプ１７と圧力変換
器１８を介して再び補充される。圧力変換器１８は、一
方において密閉すべきガスと図示していない調節可能な
ばねによって作用を受け、他方においてシール液回路内
のシール液によって作用を受けている。ばねの調節を介
して、シール液回路内の圧力、従ってシール液と密閉す
べきガスとの間の圧力差を決めることができる。圧力変
換器１８は、同時にシール液貯蔵器として形成されてい
る。密閉すべきガスとシール液の間の圧力差は圧力変換
器１８において発生される。詳細に述べれば、圧力変換
器１８は、内部に軸線方向に可動にピストン２０を配置
した圧力シリンダ１９から成る。ピストン２０の一方の
面にはシール液が作用し、かつ他方の面には密閉すべき
ガスが作用する。ガス側にはガス圧に加えてさらにばね
力が作用する。このばね力は、シール液とガスの間の圧
力差を形成する。差圧は所定の範囲内に維持され、かつ
圧力レベルには無関係である。圧力変換器１８は同時に
シール液貯蔵器なので、供給ポンプのエネルギー供給が
停止した場合にも、ターボコンプレッサの制御した停止
および圧力をかけたままのさらに長い停止が可能であ
る。

【０００９】図３に示したパッキン装置は、それ自体で
またすでに説明した処置と組み合わせて重要である。こ
のパッキン装置は、図１及び図２に関連してすでに説明
した符号を有する。付加的に動作ギャップＦ，パッキン
ギャップＤ，及び面Ａ１とＡ２が記入してある。パッキ
ンギャップＤはギャップ厚さｈを有する。図３に示した
部品については、請求項６〜９の対象である整合規則及
び数値パラメータがあてはまる。シール液供給及びシー
ル液放出は矢印２１によって略示してある。漏れた液は
２２のところで放出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシール液パッキン装置を含むター
ボコンプレッサの略図である。

【図２】図１のターボコンプレッサのシール液パッキン
装置の左側部分を図１に対してずっと拡大して示す縦断
面図である。

【図３】図２によるパッキン装置の構造上の細部をさら
に拡大して示す図である。

【符号の説明】

１ すべりリング ２ すべりリング ３ パッキンケーシング ４ 軸 ５ ロータリング ６ シール液空間 ７ シール液空間 ８ リング通路 ９ シール液回路 １０ ポンプ １１ クーラ １２ ベローズ １３ ばね １４ ０リング １５ 導管 １６ タンク １７ 供給ポンプ １８ 圧力変換器 １９ 圧力シリンダ ２０ ピストン ２３ 導管 ２４ セパレータ

フロントページの続き (71)出願人 590005391 パシフイツク、ヴイーツ、ゲゼルシヤフ ト、ミツト、ベシユレンクテル、ハフツン グ、ウント、カンパニー、コマンデイトゲ ゼルシヤフト ＰＡＣＩＦＩＣ ＷＩＥＴＺ ＧＥＳＥＬ ＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡ ＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ ＆ ＣＯＭ ＰＡＧＮＩＥ ＫＯＭＭＡＮＤＩＴＧＥＳ ＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ドイツ連邦共和国、4600、ドルトムント、 72、フラスペテ、101 (72)発明者 ヘルムート、シエロング ドイツ連邦共和国、4100、デユースブル ク、46、ヤーンシユトラーセ、13 (72)発明者 カール−ハインツ、ヴイクトル ドイツ連邦共和国、4620、カストロプ−ラ ウクセル、ヴアーケフイールトシユトラー セ、36 (72)発明者 ハンス−ヴイルヘルム、ラールマン ドイツ連邦共和国、4700、ハム、３、ボツ クスハイデヴエーク、45 (72)発明者 グスタフ、マーザー ドイツ連邦共和国、4600、ドルトムント、 50、シユトルツヴエーク、39 (72)発明者 ラルフ、デデケン ドイツ連邦共和国、5810、ヴイツテン−ヘ フエン、シユタインフユーゲル、16

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス側の軸線密閉すべりリング（１）及
   び大気側の軸線密閉すべりリング（２）が設けられてお
   り、これらすべりリングは両方共ケーシング（３）内に
   固定配置されており、かつ互いに対向したパッキン面を
   有し軸（４）に結合されたロータリング（５）が設けら
   れており、これらパッキン面には、すべりリング（１、
   ２）のパッキン面が対応しており、両方のすべりリング
   （１、２）にシール液空間（６又は７）が対応してお
   り、 これらシール液空間（６、７）は、ロータリング
   （５）の周面のところでリング通路（８）を介して互い
   に結合されており、大気側すべりリング（２）は、対応
   するシール液空間（６）を大気に対して密閉しており、
   かつガス側すべりリング（１）は、対応するシール液空
   間（７）をガス空間に対して密閉しており、かつ両方の
   シール液空間（６、７）は、ポンプ（１０）とクーラ
   （１１）を備えた閉じたシール液回路（９）に所属して
   いることを特徴とする、ターボコンプレッサ、特に高圧
   ターボコンプレッサにおける軸パッキン用のシール液パ
   ッキン装置。
2. 【請求項２】 軸（４）を囲むベローズ（１２）によっ
   てガス側すべりリング（１）が保持され、かつ二次素子
   （１３、１４）によって大気側すべりリング（２）が、
   軸線方向及び半径方向に可動に保持されている、請求項
   １記載のシール液パッキン装置。
3. 【請求項３】 シール液の内側漏れ量が導管（２３）を
   介してセパレータ（２４）に送られ、かつシール液回路
   （９）内のシール液量が供給ポンプ（１７）と圧力変換
   器（１８）を介して再び補充できる、請求項１又は２記
   載のシール液パッキン装置。
4. 【請求項４】 圧力変換器（１８）が、一方において密
   閉すべきガスと調節可能なばね力の作用を受け、他方に
   おいてシール液回路内のシール液の作用を受けており、
   かつシール液回路（９）内の圧力を規定する、請求項３
   記載のシール液パッキン装置。
5. 【請求項５】 圧力変換器（１８）が同時にシール液貯
   蔵器として形成されている、請求項１〜４の１つに記載
   のシール液パッキン装置。
6. 【請求項６】 ガス側の軸線密閉すべりリング（１）及
   び大気側の軸線密閉すべりリング（２）が設けられてお
   り、これらすべりリングは両方共ケーシング（３）内に
   固定配置されており、かつ互いに対向したパッキン面を
   有し軸（４）に結合されたロータリング（５）が設けら
   れており、これらパッキン面には、すべりリング（１、
   ２）のパッキン面が対応しており、軸（４）を囲むパッ
   キン系（１２）によってガス側すべりリング（１）が、
   かつケーシング（３）に対して動作ギャップ（Ｆ）を備
   える二次素子（１３、１４）によって大気側すべりリン
   グ（２）が、軸線方向及び半径方向に可動に保持されて
   おり、両方のすべりリング（１、２）にシール液空間
   （６又は７）が対応しており、これらシール液空間
   （６、７）は、ロータリング（５）の周面のところでリ
   ング通路（８）を介して互いに結合されており、大気側
   すべりリング（２）は、対応するシール液空間（６）を
   大気に対して密閉しており、かつガス側すべりリング
   （１）は、対応するシール液空間（７）をガス空間に対
   して密閉しており、両方のシール液空間（６、７）は、
   ポンプ（１０）とクーラ（１１）を備えた閉じたシール
   液回路（９）に所属しており、大気側すべりリングパッ
   キン（２）は、０．４５〜０．６０の範囲の面積比Ｋを
   有し、その場合Ｋは、分子としてシール液の圧力によっ
   て活動する面積（Ａ１）と分母としてパッキン面（Ａ
   ２）とから成る商を表しており、すべりリング（１、
   ２）とロータリング（５）は、２５００００Ｎ／ｍｍ²
   に等しいか又はそれより大きな弾性係数を有する材料か
   ら成り、対応するケーシング部分（３）に対して大気側
   すべりリング（２）が形成する動作ギャップ（Ｆ）は、
   心出し作用を伴わずに前に置かれたＯリング（１４）に
   よって密閉されており、かつその他に押し付けばね（１
   ３）が大気側すべりリング（２）に作用し、かつ心出し
   のために心出しリング（１４）が、ケーシング（３）と
   このすべりリング（２）の内径側の間に配置されてい
   る、請求項１〜５の１つに記載の、ターボコンプレッ
   サ、特に高圧ターボコンプレッサにおける軸パッキン用
   のシール液パッキン装置。
7. 【請求項７】 すべりリング（１、２）とロータリング
   （５）が、７０Ｗ／ｍＫに等しいか又はそれより大きな
   熱伝導度を有する、請求項６記載のシール液パツキン装
   置。
8. 【請求項８】 少なくともロータリング（５）が、かつ
   場合によってはすべりリング（１、２）がロータリング
   （５）の方へ外側に拡大した熱交換面を有する、請求項
   ６又は７記載のシール液パッキン装置。
9. 【請求項９】 ロータリング（５）の空いた外側表面及
   びすべりリング（１、２）が、大気側すべりリング
   （２）におけるパッキン面（Ａ２）よりもほぼ１５倍だ
   け大きい、請求項８記載のシール液パッキン装置。