JP2016031073A - ターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライガスシールの温度制御をより効率的に行えるターボ機械を提供する。【解決手段】ターボ機械、とりわけターボコンプレッサが、ハウジング(12)、該ハウジング(12)内に取り付けられたロータ(11)、該ロータ(11)をハウジング(12)に対して密閉するためのドライガスシール(10)を備えており、ハウジング(12)内にはガス状媒質のための少なくとも一つのリセスもしくはボア(13)が設けられており、これを介してガス状媒質を、ドライガスシール(10)の温度制御のためにドライガスシール(10)に向かう方向に導くことが可能である。ガス状媒質は特定の又は各リセスもしくはボア(13)を介して、ハウジング(12)とドライガスシール(10)との間に形成されたガススペース(15)内へ直接的に導くことが可能である。追加的に又は代替的に、特定の又は各リセスもしくはボア(13)には、ガス状媒質のためのガイドパイプが収容されている。【選択図】図３

Description

本発明は請求項１もしくは７のおいて書きに記載のターボ機械（流体流機械）に関する。

例えばターボコンプレッサとして構成されたターボ機械の構造は、当業者にとって既知である。図１及び図２には、従来技術のターボ機械において、ターボ機械のハウジング２とロータ３との間に位置するドライガスシール１の領域におけるさまざまな断面が図示されている。従来技術によるとドライガスシール１とハウジング２との間に、リング状のステータ側アセンブリ４が配置されており、一方ではこのアセンブリ４とハウジング２との間に、他方ではこのアセンブリ４とドライガスシール１との間にそれぞれガススペース５もしくは６が形成されている。ドライガスシール１の温度制御に必要なガスは、ハウジング２内に設けられた少なくとも一つのボア７を介して矢印８の方向に、まず、ハウジング２とアセンブリ４との間に位置するガススペース５へと導かれ、次に、ドライガスシール１の温度制御に必要なガスは、アセンブリ４内に設けられたボア９を介して、アセンブリ４とドライガスシール１との間に形成されたガススペース６内に導かれる。そのため、ハウジングのボア７を介して導かれたガスは間接的にアセンブリ４を介してガススペース６へと導かれる。

従来技術より知られるターボ機械は、ドライガスシール１の温度制御のために、つまりドライガスシール１を運転温度に加熱するために、比較的多量のガス及び比較的長い加熱時間と必要とする。これは短所である。

そのため、ドライガスシールを加熱するために必要なガスの量と時間を減少させる必要があり、それに対応した、ドライガスシールの温度制御をすばやく行えるターボ機械を提供する必要がある。これに鑑みて本発明の課題は、ドライガスシールの温度制御をより効率的に行えるターボ機械を提供することである。

この課題は、本発明の第１の態様によると請求項１に記載のターボ機械（流体流機械）により解決される。それによると、ガス状の媒質は特定の又は各リセスもしくはボアを介して、ハウジングとドライガスシールとの間に形成されたガススペース内に直接的に導くことが可能である。本発明の第１の態様では、ガス状媒質を、ハウジング内に設けられた特定の又は各ボアを介して、ハウジングとドライガスシールとの間に形成されたガススペースへと直接的に導くことが可能であり、この態様ではドライガスシールとハウジングとの間に位置するアセンブリ４は除去されている。従来技術においてドライガスシールとハウジングとの間に位置するアセンブリを加熱する際に失われていた熱エネルギーは、本発明においてはドライガスシールを加熱するために直接的に利用できる。それにより、ドライガスシールの加熱に必要なガス量及びそのために必要な時間が減少する。

第１の態様の好適な発展形によると、特定の又は各ボアは、ガススペースのハウジング側の境界壁の周方向に対して９０°とは異なる角度を形成している。望ましくはボアはそれぞれ、そのボアの領域において、ガススペースの境界壁の周方向に対して８０°より小さい角度をなしている。それにより、ドライガスシールの加熱もしくは温度制御のために使用されるガスは、スワールを形成してハウジングとドライガスシールとの間に形成されたガススペース内に導かれる。これにより、ガススペース内でガスが均等に配分され、それにより短時間でまた少ない必要ガス量で、ドライガスシールの効率的な加熱が行われる。

本発明の第２の態様によると、課題は請求項７に記載のターボ機械（流体流機械）により解決される。それによると特定の又は各ボアには、ガス状媒質のためのガイドパイプが収容されている。この第２の態様によっても、ドライガスシール加熱に必要なガス量及び時間を、従来技術に比較して減少させることができる。ガイドパイプが取り込む熱エネルギーは、ハウジングのそれより少ない。

第２の態様のさらなる好適な発展形によると、それぞれのガイドパイプと、そのガイドパイプを収容するボアとの間の壁との間に空間が形成されている。この空間は望ましくはハウジング内に設けられたボアを介してガススペースに、又は、ガイドパイプ内に設けられたボアを介してガイドパイプの内側空間に連結されている。ガイドパイプとハウジングとの間の空間はガイドパイプのための断熱部となっており、それによりドライガスシールの加熱をさらに効率的に行うことができる。

第１の態様又は第２の態様のさらなる好適な発展形によると、ガス状媒質は、それぞれのガイドパイプを介して直接的に、ハウジングとドライガスシールとの間に形成されたガススペースへと導くことが可能であり、望ましくはそれぞれのガイドパイプは、ハウジング側のガススペースの境界壁と比較して、ガススペース内により突き出しており、それぞれのガイドパイプの、ガススペース内に突き出した部分は周方向に曲げられているか、及び／又は、ノズルを収容している。それにより、ドライガスシールの温度制御もしくは加熱のために用いられるガスを、ハウジングとドライガスシールとの間に形成されたガススペースへと特に好適に導くことができ、それによりドライガスシールの加熱における効率をさらに高めることができる。

本発明の２つの態様は、単独で、又は、望ましくは互いに組み合わせて、ターボ機械において使用することができる。

本発明の望ましい発展形は、従属請求項及び以下の説明から理解できる。以下に図を用いて本発明の実施例を説明するが、これに限定されるわけではない。

本従来技術のターボ機械のドライガスシール領域における軸方向断面を図式的に示した図である。 図１のＩＩ−ＩＩの断面図である。 本発明の第１の態様によるターボ機械のドライガスシール領域における軸方向断面図を図式的に示した図である。 図３のＩＶ−ＩＶの断面図である。 本発明の第２の態様によるターボ機械のドライガスシール領域における軸方向断面図を図式的に示した図である。 本発明の第２の態様によるさらなるターボ機械のドライガスシール領域における軸方向断面図を図式的に示した図である。

図３及び図４は、本発明の第１の態様による本発明のターボ機械（流体流機械）のドライガスシール１０の領域の断面であり、ドライガスシール１０はターボ機械のロータ１１とハウジング１２との間に位置している。

ハウジング１２内に設けられた少なくとも一つのリセスもしくはボア１３を介して、ドライガスシール１０の温度制御もしくは加熱に必要なガスは、矢印１４の方向にハウジング１２を介して、ドライガスシール１０に向かう方向に導くことができる。

従来技術においては、ドライガスシールとハウジングとの間に位置する部品があり、一方ではこの部品とハウジングとの間、他方ではこの部品とドライガスシールとの間でそれぞれガススペースが画定されているが、本発明の第１の態様ではこの部品は除去されており、そのためガスは、ハウジング１２の特定の又は各ボア１３を介して直接的に、ハウジング１２とドライガスシール１０との間に形成されたガススペース１５内に導くことができる。それにより、ドライガスシール１０とハウジング１２との間に位置するアセンブリを加熱するための熱エネルギーが失われることがなくなる。

図３、図４によるとハウジング１２とドライガスシール１０との間に形成されたガススペース１５は、半径方向内側においてはドライガスシール１０の壁１６により画定され、半径方向外側においてはハウジング１２の壁１７により画定されている。ドライガスシール１０の温度制御に用いられるガスは、特定の又は各ボア１３を介してガススペース１５内に導くことができ、特定の又は各ボア１３はその際、それぞれのボア１３の領域においてガススペース１５のハウジング側の境界壁１７の周方向に対して９０°以外の角度をなしている。望ましくはそれぞれのボア１３、つまりそれぞれのボア１３の長手方向中心軸は、そのボア１３のガススペース１５への開口領域において、境界壁１７の周方向に対して８０°より小さい角度、望ましくは２０°より大きく８０°より小さい角度、特に望ましくは３０°より大きく７０°より小さい角度をなす。それにより、ガスを、規定されたスワールでガススペース１５内に導くことが可能になり、それにより、ドライガスシール１０の温度制御に用いられるガスがガススペース１５内で良好に分配される。

本発明の特に好適な変形例によると、ドライガスシール１０の温度制御に用いられるガスの供給に使われる、ハウジング１２のそれぞれのボア１３の長手方向中心軸は、ガススペース１５を半径方向内側において画定するドライガスシール１０の壁１６に対して正接しているか、又は、ロータ１１の壁１８に対して正接している。

図３及び図４に図示された実施例において、ハウジング１２内に設けられたボア１３は直接的に、ドライガスシール１０の温度制御に用いられるガスを供給するために用いられる。

本発明の第２の態様によると、図５及び図６に図示されたように、ハウジング１２の特定の又は各ボア１３には、ドライガスシール１０の温度制御に使用されるガスのためのガイドパイプ１９が収容されており、それによりそれぞれのボア１３は、それぞれのボア１３内に位置するガイドパイプ１９を介して間接的にガスをガイドするために利用される。

それぞれのガイドパイプ１９の、ガススペース１５とは反対側の端にはカラー状の突出部２０が設けられており、これが、ハウジング１２の対応する肩部もしくはストッパ２１に接して、それぞれのボア１３内におけるガイドパイプ１９の位置が決定される。

図５、図６においてはガイドパイプ１９のこの端にはガスライン２２が接続されており、このガスライン２２は、ドライガスシール１０の温度制御に使用されるガスを、それぞれのボア１３もしくはそれぞれのボア１３内に位置するガイドパイプ１９に向かう方向に供給するためのものである。

図５、図６によるとそれぞれのガイドパイプ１９はそれぞれのボア１３内において、それぞれのガイドパイプ１９と、そのガイドパイプ１９を収容するするボア１３を画定する壁２３との間に、ガイドパイプ１９の軸方向に見て少なくとも部分的に空間２４が形成されるように位置決めされ、空間２４によりガイドパイプ１９はハウジング１２に関して隔離されている。それにより、ガイドパイプ１９内を導かれるガスにより、ガイドパイプを介してハウジング１２が間接的に加熱されることを回避でき、それによるエネルギー損失を最小限に抑えることができる。

図５の実施例において、ガイドパイプ１９とボア１３の壁２３との間のこの空間２４は、ハウジング１２内に設けられたボア２５を介してガススペース１５に連結されている。それにより空間２４内の圧力平衡を確保することができる。

これとは異なり、図６に図示された実施形態では、ガイドパイプ１９内にボア２６が設けられており、空間２４はこのボア２６を介して、ガスを導くガイドパイプ１９の内側空間２７に連結されている。

図５及び図６に図示された実施例においてそれぞれのガイドパイプ１９は、ガススペース１５のハウジング側の境界壁１７と面一に終端している。これに対して、ガイドパイプ１９は、境界壁１７と比較してガススペース１５内により突出することも可能であり、その場合、それぞれのガイドパイプ１９の、ガススペース１５内に突出する部分は、望ましくは周方向に曲げられている。それにより、ガススペース１５へガスを導くこともしくはガスを導入することをさらに改善することができる。

それぞれのガイドパイプ１９の、壁１７と面一になるように終端する部分、又は、それぞれのガイドパイプ１９の、壁１７と比較してガススペース１５内により突出する部分は、ノズルを収容することができ、このノズルを介してガスを最終的にガススペース１５内へ導入することができる。

上述の２つの本発明の態様は望ましくは組み合わせてターボ機械に使用され、ドライガスシール１０の温度制御もしくは加熱に必要なガス量と時間を減少させる。本発明は望ましくはターボコンプレッサに用いられる。

１ ドライガスシール
２ ハウジング
３ ロータ
４ 部品
５ ガススペース
６ ガススペース
７ ボア
８ ガスの流れ
９ ボア
１０ ドライガスシール
１１ ロータ
１２ ハウジング
１３ ボア
１４ ガスの流れ
１５ ガススペース
１６ 壁
１７ 壁
１８ 壁
１９ ガイドパイプ
２０ カラー部
２１ ストッパ
２２ ガスパイプ
２３ 壁
２４ 空間
２５ ボア
２６ ボア
２７ 内側空間

Claims (15)

1. ターボ機械、とりわけターボコンプレッサであって、ハウジング（１２）、該ハウジング（１２）内に取り付けられたロータ（１１）、該ロータ（１１）を前記ハウジング（１２）に対して密閉するためのドライガスシール（１０）を有しており、前記ハウジング（１２）内には、ガス状媒質のための少なくとも一つのリセスもしくはボア（１３）が設けられており、これを介してガス状媒質を、前記ドライガスシール（１０）の温度制御のために前記ドライガスシール（１０）に向かう方向に導くことが可能であるターボ機械において、前記ガス状媒質が特定の又は各リセスもしくはボア（１３）を介して、前記ハウジング（１２）と前記ドライガスシール（１０）との間に形成されたガススペース（１５）内に直接的に導くことが可能であることを特徴とする、ターボ機械。
2. 前記特定の又は各ボア（１３）が、それぞれのボア（１３）の領域において、前記ガススペース（１５）のハウジング側の境界壁（１７）の周方向に対して９０°以外の角度をなすことを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械。
3. 前記それぞれのボア（１３）が、前記それぞれのボア（１３）の領域において前記ガススペース（１５）の前記境界壁（１７）の周方向と８０°より小さい角度をなすことを特徴とする、請求項２に記載のターボ機械。
4. 前記それぞれのボア（１３）が、前記それぞれのボア（１３）の領域において、前記ガススペース（１５）の前記境界壁（１７）の周方向と、８０°より小さく、かつ２０°より大きな角度、とりわけ、７０°より小さく、かつ３０°より大きな角度をなすことを特徴とする、請求項３に記載のターボ機械。
5. 前記それぞれのボア（１３）が、前記ロータ（１１）の境界壁（１８）に対して、又は、前記ガススペース（１５）を半径方向内側において画定する、前記ドライガスシール（１０）の境界壁（１６）に対して概ね正接していることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のターボ機械。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のターボ機械であって、請求項７から１５のいずれか一項又は複数の項の記載のように発展されることを特徴とする、ターボ機械。
7. ターボ機械、とりわけターボコンプレッサであって、ハウジング（１２）、該ハウジング（１２）内に取り付けられたロータ（１１）、該ロータ（１１）を前記ハウジング（１２）に対して密閉するためのドライガスシール（１０）を有しており、前記ハウジング（１２）内には、ガス状媒質のための少なくとも一つのリセスもしくはボア（１３）が設けられており、これを介して前記ガス状媒質を、前記ドライガスシール（１０）の温度制御のために前記ドライガスシール（１０）に向かう方向に導くことが可能であるターボ機械において、特定の又は各リセスもしくはボア（１３）に、前記ガス状媒質のためのガイドパイプ（１９）が収容されていることを特徴とする、ターボ機械。
8. 前記ガイドパイプ（１９）のそれぞれと、それぞれのガイドパイプ（１９）を収容するボア（１３）の壁（２３）との間に、空間（２４）が形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のターボ機械。
9. 前記空間（２４）が、前記ハウジング（１２）内に設けられたボア（２５）を介してガススペース（１５）に連結されていることを特徴とする、請求項８に記載のターボ機械。
10. 前記空間（２４）が、前記ガイドパイプ（１９）内に設けられたボア（２６）を介して、前記ガイドパイプ（１９）の内側空間（２７）に連結されていることを特徴とする、請求項８に記載のターボ機械。
11. 前記それぞれのガイドパイプ（１９）を介して、前記ガス状媒質を、前記ハウジング（１２）と前記ドライガスシール（１０）との間に形成されたガススペース（１５）内に直接的に導くことが可能であることを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項に記載のターボ機械。
12. 前記それぞれのガイドパイプ（１９）が、前記ガススペース（１５）の、ハウジング側の境界壁（１７）と面一に終端することを特徴とする、請求項１１に記載のターボ機械。
13. 前記それぞれのガイドパイプ（１９）が、前記ガススペース（１５）の、ハウジング側の境界壁（１７）と比較して、前記ガススペース（１５）内により突出していることを特徴とする、請求項１１に記載のターボ機械。
14. 前記それぞれのガイドパイプ（１９）の、前記ガススペース（１５）内に突出した部分が、周方向に曲げられていることを特徴とする、請求項１２に記載のターボ機械。
15. 前記それぞれのガイドパイプ（１９）の、前記ガススペース（１５）に向いた部分にノズルが収容されていることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか一項に記載のターボ機械。

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