JP2007064482A - 伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサのための軸密封構造、および軸密封構造を有する伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサ - Google Patents

伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサのための軸密封構造、および軸密封構造を有する伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサ Download PDF

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Abstract

【課題】遮断ガス量もしくは漏洩が少なく、軸密封部を腐食から保護するための、改善された軸密封構造を提供する。
【解決手段】ケーシング(20)の中で回転し、軸(4)上に遊動式に配置されたホイール(1)を備えた伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサのための軸密封構造は、ホイール(1)のハブ(5)上に装着された密封尖端(15)を有する密封装置(10)からなり、密封尖端は固定密封リング(11)によって包囲されている。尖端(15)は3つの密封区間に配置され、この場合、それぞれ2つの密封区間の間に1つの環状室(12,12')が配置されている。伝動装置エキスパンダまたはコンプレッサの内部空間の方に向いた環状室(12)は遮断ガスの供給配管を備え、遮断ガスの圧力は伝動装置エキスパンダまたはコンプレッサの内部空間圧力よりも高い。伝動装置エキスパンダまたはコンプレッサの内部空間に対して遠位側にある環状室(12')は遮断ガスの吸出し部を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項1の上位概念の特徴を有する伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサのための軸密封構造、および請求項5の上位概念の特徴を有する軸密封構造を備えた伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサに関する。
伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサの軸領域におけるプロセス空間の密閉は、伝動機械の確実な運転のための最も重要な特徴に属する。伝動機械の確実な運転は、運転を侵食性ガスまたは有毒ガスによって行う場合には、なお大きな意味を有する。機械領域から屋外へのガスの流出を防止するためには密封の実施が決定的である。
したがって本発明は、この種類の軸密封構造を、遮断ガス量もしくは漏洩を少なくし、軸密封部を腐食から保護するように改善するという課題に基づくものである。
この課題は、この種類の軸密封構造において、請求項1に記載の特徴によって解決される。このような軸密封構造を備えた伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサが請求項5の対象物である。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
本発明によって形成された軸密封構造によって、遮断ガスの一部は機械の内部に、遮断ガスの他の部分は吸出し方向に流れることになる。これによって、プロセスガスの密封部内への侵入が阻止される。この遮断ガス量もしくは漏洩を少量に保つために、ある特定の個数の密封尖端が配置され、これらの密封尖端は固体から旋削されており、軸と密封部との間の間隙をできる限り狭くする。その上、遮断ガス量もしくは漏洩を最小限に抑えるために、表面は密封尖端に対して入口コーティングを備えている。この入口コーティングの利点は、一方では約750℃の高い耐熱性にあり、他方では非常に優れた耐食性にある。さらにこの入口コーティングの構成によって、密封ガスおよび密封尖端の損耗における固体粒子によるコーティング侵食の最適な釣合いが達成される。
本発明の実施例は図面に示されており、以下にさらに詳細に説明する。
図示された伝動装置エキスパンダは、空気、蒸気、または可燃性もしくは有毒のガスを除去するための放射状構造の単軸エキスパンダである。以下の実施形態も、単軸または複軸式の実施形態における放射状構造の複軸エキスパンダおよび伝動装置コンプレッサに該当する。
エキスパンダは、ケーシング20の中で回転するホイール1を含む。ケーシング20は流入部分2と後壁3から構成されている。エキスパンダは発動機/発電機を直接、または中間に連結された伝動装置(図示せず)を介して間接的に駆動する。
図1では、エキスパンダの末端動力部から末端動力軸4のみが見える。末端動力軸4にはホイール1が遊動式に配置されている。その上、ホイール1のハブ5が中央タイロッド6を介して末端動力軸4に連結されている。タイロッド6は、ホイール1のハブ5および末端動力軸4を突き抜けている。この場合、タイロッド6はねじ山によって末端動力軸4内の内側ねじ山にねじ込まれ、ナット7を介してホイール1の入口キャップ8の中で支えられている。
互いに対向する前面には、ホイール1のハブ5および末端動力軸4がそれぞれ噛み合せ9を備えている。噛み合せ9の歯は互いに噛み合い、共にヒルト式噛み合せによる噛み合せ結合を形成する。中央タイロッド6と結合した噛み合せ9を通じて、ホイール1から末端動力軸4への回転モーメントの伝達が起こる。
エキスパンダの内部空間またはプロセス空間は、外界に対して密封装置10によって密閉されている。密封装置10は、エキスパンダのケーシングの後壁3と連結された固定密封リング11の中に収納されている。
後でさらに詳しく説明する密封装置10は、プラグ14として形成されたホイール1のハブ5の後方延長部を含む。この配置によって、ホイール1のハブ5と末端動力軸4との間の噛み合せ9は外側へ、エキスパンダを取り囲む大気領域の中に移されている。したがって、噛み合せ9はエキスパンダの内部でプロセスガスに接触しない。これによって、エキスパンダを侵食性媒体によって運転する場合に、漏洩によってこの媒体が噛み合せ9に接触して噛み合せ9の侵食を引き起こすという危険性はもはやない。
密封装置10の密封部は、入り組んだ密封部として三重の実施形態で形成され、それぞれが密封尖端15を有する互いに前後に並んだ3つの密封区間からなる。密封尖端15はホイール1のハブ5に取り付けられ、固体から旋削されている。2つの密封区間の間にはそれぞれ1つの環状室12,12'があり、これらの環状室は外向きに導かれた管路13,13'と連絡している。エキスパンダに向けられた環状室12には、遮断ガスが管路13を通じて、エキスパンダの内部のプロセスガスの圧力を上昇させる圧力によって供給される。管路13'を通じて、遮断ガスが、噛み合せ9に向けられ、エキスパンダに背く環状室12'から吸い出される。この方式で、遮断ガスの一部分はホイールの方向に、遮断ガスの他の部分は吸出し方向に流れ、これによってプロセスガスの密封部への侵入が防止される。
密封尖端15に対向して置かれた密封リング11上の密封面は、入口コーティング16によって被われている。入口コーティング16は、厚いCoNiCrAlY付着層と多孔質のCoNiCrAlY-BN-ポリエステル上層からなるAPS(エアロプラズマ溶射)コーティングである。これら2つの層は以下の化学組成を有する。
付着層:32%Ni、21%Cr、8%Al、0.4%Y、残りCo
上層 :25%Ni、17%Cr、6%Al、0.4%Y、63.6%窒化ホウ素(BN)、15%ポリエステル、残りCo
付着層は上層の付着を改善し、コーティングの耐食性を改善する。入口の特性を最適化するために、硬さの他にコーティングの孔隙率も目的に合致して調節される。孔隙率は40%であることが有利である。
密封リング11上に入口コーティング16を作る過程は下記のステップを含む。
1．APS法による付着層の噴射、
2．APS法によるCrNiCrAlY-BN-ポリエステルの上層の噴射、
3．密封リング11の熱処理/赤熱。これによってポリエステル部分はガスを出して、これによって規定の孔隙率が調節される。
部分的に示した伝動装置エキスパンダの長手方向断面図である。 図1における部分Zを示す詳細図である。
符号の説明
1 ホイール
2 流入部分
3 後壁
4 末端動力軸
5 ハブ
6 中央タイロッド
7 ナット
8 入口キャップ
9 噛み合せ
10 密封装置
11 固定密封リング
12 環状室
13 管路
14 プラグ
15 密封尖端
16 入口コーティング
20 ケーシング

Claims (5)

  1. ケーシング(20)の中で回転する1つまたは複数のホイール(1)を備えた伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサのための軸密封構造において、各ホイール(1)は軸(4)上に遊動式に配置され、前記ケーシングと結合された密封装置(10)によって密閉され、前記密封装置は前記軸(4)上または前記ホイール(1)のハブ(5)上に装着された密封尖端(15)からなり、前記密封尖端は固定密封リング(11)によって包囲されている軸密封構造であって、前記密封尖端(15)は互いに前後に並んだ3つの密封区間に配置され、それぞれ2つの密封区間の間に1つの環状室(12,12')が配置され、伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサの内部空間の方に向いた前記環状室(12)は遮断ガスの供給配管を備え、遮断ガスの圧力は伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサの内部空間における圧力よりも高く、伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサの内部空間に対して遠位側にある前記環状室(12')は遮断ガスの吸出し部を備えていることを特徴とする軸密封構造。
  2. 前記密封尖端(15)に対向して置かれた前記固定密封リング(11)の密封面に入口コーティング(16)が備えられ、前記入口コーティング(16)は、CoNiCrAlYの厚い付着層とCoNiCrAlY+BN+ポリエステルの多孔質で耐熱耐食性の上層からなることを特徴とする請求項1に記載の軸密封構造。
  3. 前記密封リング(11)は所定の調節可能な孔隙率を有し、前記孔隙率は、入口コーティングの上層内部の前記密封リング(11)の熱処理によるポリエステル部分のガス発生に関係していることを特徴とする請求項2に記載の軸密封構造。
  4. 前記密封尖端(15)が固体から旋削されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の軸密封構造。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の軸密封構造と、ケーシング(20)の中でそれぞれ回転する1つまたは複数のホイール(1)とを有し、各ホイール(1)は軸(4)上に遊動式に配置され、各ホイール(1)のハブ(5)とこれに属する前記軸(4)は互いに噛み合う噛み合せ(9)を備えている伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサであって、前記ホイール(1)の前記ハブ(5)が前記密封装置(10)を貫通して導かれ、前記噛み合せ(9)が伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサの前記密封装置(10)の外側に予め備えられていることを特徴とする伝動装置エキスパンダまたは伝動装置コンプレッサ。
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