JP2020097920A - ターボ機械のシーリングシステムの供給システム、並びにシーリングシステム及び供給システムを有するターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ターボ機械のシーリングシステムの供給システムを提供する。【解決手段】シーリングシステム（１１）が、ターボ機械（１２）のステータに対してターボ機械（１２）のロータをシールするための、少なくとも２つのシーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）を備えており、シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）それぞれが、シールガスが供給される複数のシールを備えている、供給システム（１０）。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ機械のシーリングシステムの供給システムに関する。さらに、本発明は、シーリングシステム及び供給システムを有するターボ機械に関する。

例えばターボ圧縮機のようなターボ機械では、シーリングシステムが、ドライガスシールとオイルフィルムシールとを備えているターボ機械のステータに対してターボ機械のロータをシールするために利用される。従って、欧州特許出願公開第２９７７５６３号明細書は、ターボ機械のドライガスシールを開示している。シールガスは、ステータのボアを介して且つドライガスシールによって提供されるガス空間を介して、シールすべきシールギャップに供給可能とされる。

一般に、ステータに対してロータをシールするために利用される、ターボ機械のシーリングシステムは、ロータのシャフトの端部それぞれに作用する少なくとも２つのシーリングサブシステムを備えている。シーリングサブシステムそれぞれの領域において、例えばドライガスシール、ラビリンスシール、及ピストンリングシールのような複数のシールが利用されている。

ターボ機械のシーリングシステムのシーリングサブシステムは、シールガスを供給しなくてはならない。供給システムは、シールガスをシーリングシステムのシーリングサブシステムのシールに供給するために利用される。シーリングサブシステムそれぞれのシールは、供給システムを介して、シールガスを供給可能とされる。

従来技術として知られている供給システムは、比較的複雑な構造を有している。ターボ機械のシーリングシステムの供給システムを一層単純な構造にするニーズが存在する。本発明は、ターボ機械のシーリングシステムの新しいタイプの供給システム、並びにシーリングシステム及び供給システムを有するターボ機械を創造するという目的に基づいている。

当該目的は、請求項１における供給システムによって解決される。本発明における供給システムは、シーリングサブシステムそれぞれのために、ａ）ターボ機械から抽出されたプロセスガスが第１のシールガスとしてシーリングサブシステムそれぞれに供給される際に通過する第１のシールガス供給配管と、ｂ）好ましくは窒素が第２のシールガスとしてシーリングサブシステムそれぞれに供給される際に通過する第２のシールガス供給配管と、ｃ）第１のシールガスと第２のシールガスとがシーリングサブシステムそれぞれから排出される際に通過するシールガス排出配管と、ｄ）通常動作の際には閉塞しているが、故障が発生した場合に開放される安全排出配管であって、第１のシールガス及び第２のシールガスの少なくとも一部がシーリングサブシステムそれぞれから排出される際に通過する安全排出配管と、を備えている。本発明における供給システムでは、シーリングサブシステムそれぞれのために利用されるシールガス配管の数を最小限度に抑えることができる。これにより、供給システムの構造を単純化することができる。

優位なさらなる発展形態では、供給システムは、安全排出配管の圧力と第２のシールガス供給配管の圧力との差圧を計測可能な差圧計測システムを備えている。差圧計測システムによって、故障の発生を確実性及び高信頼性を以って推定することができる。

本発明におけるターボ機械は請求項７に規定されている。

本発明の好ましいさらなる発展形態については、従属請求項及び以下の説明から理解される。本発明の典型的な実施例については、図面を介して詳述するが、本発明は、当該典型的な実施例に限定される訳では無い。

ターボ機械のシーリングシステムの供給システム、ターボ機械、及びシーリングシステムのブロック図である。 図１のブロック図の一部を表わす。 図２の一部を表わす。 図３の詳細図である。

本発明は、ターボ機械のシーリングシステムの供給システム、及びシーリングシステム及び供給システムを有しているターボ機械に関する。

図１は、ターボ機械１２のシーリングシステム１１の供給システム１０のブロック図である。さらに、図１は、ターボ機械１２のシーリングシステム１１のための洗浄システムを表わす。

シーリングシステム１１は、ターボ機械１２のロータ１４をターボ機械１２のステータ１５に対してシールするために利用される。図示の典型的な実施例では、シーリングシステム１１は、２つのシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂを備えており、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂは、同一構造を有しており、ターボ機械１２のロータ１４をターボ機械１２のステータ１５に対してシールするために、ターボ機械１２のロータ１４のシャフトの端部それぞれに作用する。

図４は、ターボ機械１２のロータ１４をターボ機械１２のステータ１５に対してシールするためのシーリングサブシステム１１ｂの構造についての詳細図である。シーリングサブシステム１１ａは、組立体に関して同一の構造を有している。

図４に表わすシーリングサブシステム１１ｂは、複数のシールを備えている。従って、図４に表わすように、シーリングサブシステム１１ｂは、４つの非接触式シール、すなわち第１の非接触式シール１６、第２の非接触式シール１７、第３の非接触式シール１８、及び第４の非接触式シール５１を備えている。これら非接触式シールはすべて、好ましくはラビリンスシールとして構成されている。さらに、これら４つの非接触式シール１６，１７，１８，５１に加えて、図２の表わすシーリングサブシステム１１ｂは、２つの接触式シール、すなわち第１の接触式シール１９及び第２の接触式シール２０を備えている。第１の接触式シール１９は、第２の非接触式シール１７と第３の非接触式シール１８との間に配置されている。第４の非接触式シール５１は、第３の非接触式シール１８と第２の接触式シール２０との間に位置決めされている。第１の接触式シール１９及び第２の接触式シール２０は、好ましくは摺動式リングシールとされる。

シール１６，１７，１８，１９，２０，５１は、ガスシールとされる。

本発明における供給システム１０は、ターボ機械１２のシーリングシステム１１のシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれのシール１６，１７，１８，１９，２０，５１のシールガスを供給するために利用される。

供給システム１０は、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれについて、以下の４つのシールガス配管を備えている。

シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれの第１のシールガス配管として、第１のシールガス供給配管２１が設けられている。第１のシールガス供給配管２１は、第１のシールガスとして、ターボ機械から抽出されたプロセスガスをシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれに向かって供給するために利用される。第１のシールガスは、外部ガスフィルターシステムを利用してもしなくても供給可能とされる。

シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれの第２のシールガス配管として、第２のシールガス供給配管２２が設けられている。第２のシールガス供給配管２２は、第２のシールガス、特に窒素をシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれに向かって供給するために利用される。第２のシールガス、好ましくは窒素又は空気が、シールガス源２３によって供給されるか、又は供給可能な状態で準備されている。

シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれの第３のシールガス配管として、シールガス排出配管２４が設けられている。第１のシールガス及び第２のシールガスは、シールガス排出配管２４を介して、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれから排出可能とされる。

シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれの第４のシールガス配管として、安全排出配管２５が設けられている。安全排出配管２５は通常時には閉塞されているが、故障時に安全排出配管２５を介してシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれから第１のシールガス及び第２のシールガスの少なくとも一部分を排出するために、故障時に開放される。

上述のように、プロセスガスは、第１のシールガス供給配管２１を介してターボ機械１２から抽出され、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれに供給可能とされる。図２では、プロセスガスは、分岐部２６の領域においてターボ機械１２から分岐され、分岐部２６は、２つのシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂに到達する第１のシールガス供給配管２１に合流する。第１のシールガス供給配管２１は、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれの領域において、開口部２７（図３参照）を介して開口している。任意には、逆止弁３１が分岐部２６に組み込まれている。

任意のフィルター３５及び／又は任意の圧力調整弁３６及び／又は任意の流量計３７は、シールガス源２３とシーリングサブシステム１１ａに通じる第２のシールガス供給配管２２の口３２との間において第２のシールガス供給配管２２に組み込まれている。シールガス源２３とフィルター３５との間において、及び／又は、フィルター３５と圧力調整弁３６との間において、逆止弁３９が第２のガス供給配管２２に組み込まれており、図１では、単一の逆止弁３９がフィルターと圧力調整弁３６との間に組み込まれている。

第１のシールガスと第２のシールガスとがシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれから排出される際に通過するシールガス排出配管２４には、過剰な圧力が発生した場合に破裂する少なくとも１つの破裂板４８、又は過剰な圧力が発生した場合に開く安全弁４８が組み込まれている。シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂのシールガス排出配管２４は、逆止弁３１及び／又はチョーク４５が組み込まれている共通する排出配管４３に合流している。

通常動作の際には、シールガス、すなわちシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれのシール１７，１８，１９，２０，５１を介して流れる第１のシールガス及び第２のシールガスが、シールガス排出配管２４を介して排出可能とされる。

故障が発生した場合にシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂからシールガスを排出可能とする安全排出配管２５には、過剰な圧力が発生した場合に破裂する破裂板４７、又は過剰な圧力が発生した場合に開く安全弁４７が組み込まれており、破裂板／安全弁４７は、過剰な圧力が発生した場合に破裂するので、故障が発生した場合に安全排出配管２５を開くことができる。

図４から明らかなように、第１のシールガス供給配管２１は、ターボ機械１２から抽出されたプロセスガスである第１のシールガスを第１の非接触式シール１６に向かって及び第２の非接触式シール１７に向かって輸送する。ここで、第１のシールガスの第１の部分は、第１の非接触式シール１６を介して流れ、第１のシールガスの第２の部分は、第２の非接触式シール１７を介して第１の接触式シール１９に向かって流れる。第１の非接触式シール１６を介して流れる第１のシールガスの第１の部分は、第２の非接触式シール１７を介して流れる第１のシールガスの第２の部分より多い。ここで、第１の非接触式シール１６を介して流れる第１のシールガスの第１の部分は、第１のシールガスの少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、特に好ましくは少なくとも９７％に達する。

第２のシールガス供給配管２２を介して、第２のシールガスは、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれの第２の接触式シール２０に供給可能とされる。ここで、第２のシールガスの一部が、第２の接触式シール２０を介して、第４の非接触式シール５１に向かって及び第３の非接触式シール１８に向かって流れる。第２のシールガスの残り部分は、圧縮機の反対側に面しているシーリングシステム１１の一方の側部に位置する支持台（bearing pedestal）に向かって流れる。

故障が発生した場合に、第４の非接触式シール５１がロータ１４に取り付けられる。

シールガス排出配管２４を介して、シールガスは、具体的には第１の接触式シール１９と第３の非接触式シール１８との間に排出可能とされる。安全排出配管２５を介して、シールガスは、同様に故障した場合に、具体的には第２の接触式シール２０と第４の非接触式シール５１との間に排出可能とされる。安全排出配管２５を介して排出されたシールガスは、第２のシールガス供給配管２２によって導かれ、シールガスの一部が、故障が発生した場合に、第４の非接触式シール５１を介して安全排出配管２５の内部を流れる。

流量計４２を介して、開位置における第１の接触式シール１９の固着が、ロータ１４が静止状態であっても検出可能とされる。この場合には、第１の接触式シール１９は、口４９を介して圧力衝撃を作用させることによって解放可能とされる。

供給システム１０は、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれのために、安全排出配管２５の圧力と第２のシールガス供給配管２２の圧力との差分を計測可能とされる差圧計測システム５０を備えている。差圧計測システム５０は、第１の計測点において安全排出配管２５に結合されていると共に第２の計測点において第２のシールガス供給配管２２に結合されている差圧センサ５０ａを備えている。差圧計測システム５０によって計測された差圧を評価することによって、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂそれぞれにおける故障の発生が推定される。

例えばシールガス排出配管２４の圧力、第２のシールガス供給配管２２の圧力、及び、破裂板４７の領域における安全排出配管２５の圧力又は破裂板４８の領域におけるシールガス排出配管２４の圧力のような、シールガス配管２１，２２，２４，２５の圧力を決定するために、差圧計測システム５０に加えて、さらなる圧力センサをシールガス配管２１，２２，２４，２５に作用させることができる。

本発明におけるターボ機械のシーリングシステム１１の供給システム１０は、シールガスをシーリングシステム１１に、具体的にはシーリングシステム１１のシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂに供給するように構成されている。シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂの領域において、供給システム１０は、第１のシールガス供給配管２１及び第２のシールガス供給配管２２、シールガス排出配管２４、並びに安全排出配管２５を独占的に利用する。本発明における供給システム１０は、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂのシールにシールガスを供給し、シーリングサブシステム１１ａ，１１ｂからシールガスを排出する。

上述のように、ターボ機械１２のシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂのための洗浄システム１３が付加的に図示されている。洗浄システムによって、洗浄剤が、第１の接触式シール１９を洗浄するために、特に第１の接触式シール１９に供給可能とされる。特にシーリングサブシステム１１ａ，１１ｂの第１の接触式シール１９を洗浄する多場合には、洗浄剤は、再び機械排水口又は類する物を介して排出される。

１０ 供給システム
１１ シーリングシステム
１１ａ シーリングサブシステム
１１ｂ シーリングサブシステム
１２ ターボ機械
１３ 洗浄システム
１４ （ターボ機械１２の）ロータ
１５ （ターボ機械１２の）ステータ
１６ 第１の非接触式シール
１７ 第２の非接触式シール
１８ 第３の非接触式シール
１９ 第１の接触式シール
２０ 第２の接触式シール
２１ 第１のシールガス供給配管
２２ 第２のシールガス供給配管
２３ シールガス源
２４ シールガス排出配管
２５ 安全排出配管
２６ 分岐部
２７ 開口部
３１ 逆止弁
３２ （第２のシールガス供給配管２２の）口
３５ フィルター
３６ 圧力調整弁
３７ 流量計
３９ 逆止弁
４２ 流量計
４３ 排出配管
４４ 逆止弁
４５ チョーク
４７ 破裂板／安全弁
４８ 破裂板／安全弁
４９ 口
５０ 差圧計測システム
５０ａ 差圧センサ
５１ 第４の非接触式シール

Claims (7)

1. ターボ機械（１２）のシーリングシステム（１１）の供給システム（１０）において、
   前記シーリングシステム（１１）が、前記ターボ機械（１２）のステータ（１５）に対して前記ターボ機械（１２）のロータ（１４）をシールするための、少なくとも２つのシーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）を備えており、
   前記シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）それぞれが、シールガスが供給される複数のシール（１６，１７，１８，１９，２０，５１）を備えており、
   前記シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）それぞれのための前記供給システム（１０）が、
   ａ）前記ターボ機械（１２）から抽出されたプロセスガスが第１のシールガスとして前記シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）それぞれに供給される際に通過する第１のシールガス供給配管（２１）と、
   ｂ）好ましくは窒素が第２のシールガスとして前記シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）それぞれに供給される際に通過する第２のシールガス供給配管（２２）と、
   ｃ）前記第１のシールガスと前記第２のシールガスとが前記シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）それぞれから排出される際に通過するシールガス排出配管（２４）と、
   ｄ）通常動作の際には閉塞しているが、故障が発生した場合に開放される安全排出配管（２５）であって、前記第１のシールガスの少なくとも一部及び前記第２のシールガスの少なくとも一部が前記シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）それぞれから排出される際に通過する前記安全排出配管（２５）と、
   を備えていることを特徴とする供給システム。
2. 前記安全排出配管（２５）の圧力と前記第２のシールガス供給配管（２２）の圧力との差圧が、差圧計測システム（５０）を介して計測可能とされることを特徴とする請求項1に記載のシーリングシステム。
3. 前記差圧計測システム（５０）の差圧センサ（５０ａ）が、前記安全排出配管（２５）の計測点と結合されており、且つ、前記第２のシールガス供給配管（２２）の計測点と結合されていることを特徴とする請求項２に記載のシーリングシステム。
4. 圧力調整弁（３６）及び／又はフィルター（３５）が、シールガス源（２３）と前記シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）に通じる口（３２）との間において、第２のシールガス供給配管（２２）に組み込まれてい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リングシステム。
5. 過剰な圧力が発生した場合に破裂する破裂板（４８）又は安全弁が、前記シールガス排出配管（２４）に組み込まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシーリングシステム。
6. 過剰な圧力が発生した場合に破裂する破裂板（４７）又は安全弁が、前記安全排出配管（２５）に組み込まれていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシーリングシステム。
7. ターボ機械（１２）、特にターボ圧縮機であって、前記ターボ機械（１２）のステータ（１５）に対して前記ターボ機械（１２）のロータ（１４）をシールするための少なくとも２つのシーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）を備えているシーリングシステム（１１）を有している前記ターボ機械（１２）において、
   前記シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）それぞれが、シールガスが供給されるシールとして、
   ａ）好ましくはラビリンスシールとして構成されている第１の非接触式シール（１６）と、
   ｂ）好ましくはラビリンスシールとして構成されている第２の非接触式シール（１７）と、
   ｃ）好ましくはラビリンスシールとして構成されている第３の非接触式シール（１８）と、
   ｄ）好ましくは摺動式リングシールとして構成されている第１の接触式シール（１９）であって、前記第２の非接触式シール（１７）と前記第３の非接触式シール（１８）との間に位置決めされている前記第１の接触式シール（１９）と、
   ｅ）好ましくは摺動式リングシールとして構成されている第２の接触式シール（２０）と、
   ｆ）好ましくはラビリンスシールとして構成されている第４の非接触式シール（５１）であって、前記第３の非接触式シール（１８）と前記第２の接触式シール（２０）との間に位置決めされている前記第４の非接触式シール（５１）と、
   を備えており、
   前記ターボ機械（１２）が、前記シーリングシステム（１１）のための供給システム（１０）であって、シールガスを前記シーリングサブシステム（１１ａ，１１ｂ）のシールそれぞれに供給する前記供給システム（１０）を有しており、
   ｉ）前記第１のシールガスの第１の部分が前記第１の非接触式シール（１６）を介して前記第１の接触式シール（１９）に向かって流れるように、且つ、前記第１のシールガスの第２の部分が前記第２の非接触式シール（１７）を介して前記第１の接触式シール（１９）に向かって流れるように、前記第１のシールガス供給配管（２１）が、前記第１のシールガスを前記第１の非接触式シール（１６）及び前記第２の非接触式シール（１７）に供給し、
   ｉｉ）前記第２のシールガスの少なくとも一部が前記第２の接触式シール（２０）を介して前記第３の非接触式シール（１８）及び前記第４の非接触式シール（５１）に向かって流れるように、前記第２のシールガス供給配管（２２）が、前記第２のシールガスを前記第２の接触式シール（２０）に供給し、
   ｉｉｉ）前記シールガス排出配管（２４）が、前記第１の接触式シール（１９）と前記第３の非接触式シール（１８）との間にシールガスを排出し、
   ｉｖ）前記安全排出配管（２５）が、故障が発生した場合に、前記第１の接触式シール（２０）と前記第４の非接触式シール（５１）との間にシールガスを排出することを特徴とするターボ機械。