JP2021032404A - 可動シャフトの気密シールを行う装置、及びこのような装置を使用するコンプレッサ又はエキスパンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エキスパンダ装置の動作中に、シャフトシールからの天然ガスの漏出を防止する
【解決手段】可動シャフト（２）の気密シールを行う装置（１）であって、可動シャフトと、可動シャフトの周囲に互いに距離（Ａ）だけ隔てて取り付けられた２つのシール（３）とを含み、可動シャフトの周囲のシール間に、液体（７）で満たされてシールによって両側を閉じられた液体チャンバ（４）が位置し、液体チャンバが液柱（８）に直結することにより、液柱が液体チャンバ内の静水圧を保証する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動シャフトをシールするための装置に関する。

具体的には、本発明は、以下に限定するわけではないが、例えば発電機などの機械的負荷の被駆動シャフトを駆動させる駆動シャフトを有する少なくとも１つのエキスパンダ要素を含むエキスパンダ装置であって、被駆動シャフトと駆動シャフトとの間に、キャビネットを備えた動力伝達装置が設けられ、被駆動シャフト及び駆動シャフトがキャビネット内に延びる、エキスパンダ装置における応用を意図するものである。

動力伝達装置は、例えば歯車式動力伝達装置、ベルト式動力伝達装置、直接カップリング、又はフレキシブルカップリングとすることができる。

膨張中には、発電機が電気エネルギーを生成することができる。

このようなエキスパンダ装置は、天然ガスの膨張に使用されることが知られている。

エキスパンダ装置の動作中には、シャフトシールを設けているにもかかわらず、膨張させるべき天然ガスの一部がエキスパンダ要素の駆動シャフトを介してキャビネットに漏出することが知られている。

換言すれば、キャビネット内には天然ガスが存在してわずかな過圧をもたらし、この過圧が、キャビネット内に外気が漏出できないことを確実にしてキャビネット内での天然ガスと空気との混合を回避できるようにする。

実際には、キャビネット内の圧力が過度に高くなるのを避けるために、この天然ガスは必要に応じてエキスパンダ装置の出口側に排出される。

排出された天然ガスに空気が含まれていれば、これらが問題を引き起こしてシステムをさらに停止させる恐れがある。

発電機側でも、具体的には駆動シャフト付近において、やはりキャビネットと発電機／環境との間に漏れが存在する。

キャビネットから天然ガスが漏出すると、キャビネット内の過圧が失われる恐れがあるだけでなく、キャビネットに空気が進入した場合にも不利であるため、発電機の駆動シャフトは厳密にシールする必要がある 。

しかしながら、既知のシールではこれが不可能である。常にわずかな漏れ経路が存在する。

その結果、過剰な量の天然ガスが漏出してキャビネット内の圧力が低くなりすぎ、及び／又はキャビネット内に空気が入り込むリスクが常に付きまとう。

本発明の目的は、可動シャフトの気密シールを可能にする装置を提供することによって、上記の及びその他の不利点のうちの少なくとも１つの不利点の解決策を示すことである。

本発明の目的は、可動シャフトの気密シールを行う装置であって、可動シャフトと、可動シャフトの周囲に互いに一定距離だけ隔てて取り付けられた２つのシールとを備え、可動シャフトの周囲のシール間に、液体で満たされてシールによって両側を閉じられた液体チャンバが位置し、液体チャンバが液柱に直結することにより、液柱が液体チャンバ内の静水圧を保証するようになる、装置である。

「可動シャフト」とは、作動時に回転運動又は並進運動などの運動を行うシャフトを意味する。

「直結」とは、液体が液体チャンバから液柱までの自由経路を有し、クロージャ又はバルブなどが一切存在せず、換言すれば液体チャンバと液柱とが１つの液体体積を構成することを意味する。

これにより、高静水圧がもたらされる液体チャンバを形成することによって上記シールの逆側の圧力に対する過圧を実現することができ、これによって液体チャンバの一方側から他方側に可動シャフトを介してガスが漏出できなくなるという利点が得られる。

液柱の高さは、液体チャンバ内に常に十分な静水圧が存在するように好適に選択することができる。

液柱は、例えば液体チャンバに連結し、通常条件において液体チャンバの垂直方向上向きに延びて静水圧を生成できる、液体で満たされたパイプ又は導管によって実現することができる。

しかしながら、周知のように、生成される静水圧は、液柱の正確な形状ではなく、液柱内の液体の高さ又は水位のみに依存する。

このため、ここでは「液柱」を「柱」の形状に関して広義に解釈する必要がある。

別の利点は、このような装置が可動部品又は高価な部品を含まず、従って可動シャフトの気密シールのための安価で持続可能な解決策である点である。

さらに別の利点は、この装置を多くの異なるタイプの機械に提供できる点である。

可動シャフトの周囲の２つのシール間の上記距離は、対象の機械に応じて選択される。例えば、天然ガスを膨張させるエキスパンダ装置では、この距離を５ミリメートルとすることができる。

上記シールは、液体チャンバから液体が漏出するのを防ぐ。このようなシールは、気体の漏れよりも液体の漏れをシールするのにはるかに効果的であることが知られている。

さらに、例えば水又は油などの液体の漏れによって生じる問題は、天然ガスの漏れによって生じる問題よりもはるかに少ない。

装置は、上記液体で少なくとも部分的に満たされたタンクと、タンクから液体チャンバの液体入口まで延びる給水管とをさらに備えることが好ましい。

このようにして、液体チャンバをタンクから補給することができる。液柱は、液体チャンバに直結しているので、液柱もこのようにして補給することにより、液体チャンバ内の静水圧が高まるようになる。

換言すれば、これによって液体チャンバ内の圧力を制御することができる。

当然ながら、例えば頂部において補給できる液柱と協働することも可能である。

好ましい実施形態では、液柱に、一端が液体チャンバに連結されて他端が上記タンクに連結された導管又はパイプなどが使用される。

これには、液体チャンバ、液柱、タンク及び給水管から成る完全に閉じた液体回路が形成されるという利点がある。

本発明は、駆動部の駆動シャフトによって駆動される被駆動シャフトを有する少なくとも１つのコンプレッサ要素を備えたコンプレッサ装置であって、被駆動シャフトと駆動シャフトとの間に、キャビネットを備えた動力伝達装置が設けられ、被駆動シャフト及び駆動シャフトがキャビネット内に延び、駆動シャフトの周囲に、互いに一定距離だけ隔てて２つのシールが取り付けられ、駆動シャフトの周囲のシール間に、液体で満たされてシールによって両側を閉じられた液体チャンバが位置し、液体チャンバが液柱に直結することにより、液柱が液体チャンバ内の静水圧を保証するようになる、コンプレッサ装置にも関する。

本発明は、機械的負荷の被駆動シャフトを駆動する駆動シャフトを有する少なくとも１つのエキスパンダ要素を備えたエキスパンダ装置であって、被駆動シャフトと駆動シャフトとの間に、キャビネットを備えた動力伝達装置が設けられ、被駆動シャフト及び駆動シャフトがキャビネット内に延び、被駆動シャフトの周囲に、互いに一定距離だけ隔てて２つのシールが取り付けられ、被駆動シャフトの周囲のシール間に、液体で満たされてシールによって両側を閉じられた液体チャンバが位置し、液体チャンバが液柱に直結することにより、液柱が液体チャンバ内の静水圧を保証するようになる、エキスパンダ装置にも関する。

上記機械的負荷は、例えば発電機、コンプレッサ要素、又はポンプ要素とすることができる。

言うまでもなく、このようなコンプレッサ及びエキスパンダ装置の利点は、本発明による可動シャフトの気密シールを行う装置の利点と同様である。

以下、本発明の特徴をより良好に示す目的で、適用先の可動シャフト及びコンプレッサ又はエキスパンダ装置の気密シールを行う本発明による装置のいくつかの好ましい実施形態を、添付図面を参照しながら、限定的な性質を一切伴わずにほんの一例として説明する。

本発明による、可動シャフトの気密シールを行う装置を概略的に示す図である。 本発明によるエキスパンダ装置を概略的に示す図である。 本発明によるコンプレッサ装置を概略的に示す図である。

図１に概略的に示す、本発明による可動シャフト２の気密シールを行う装置１は、上記シャフト２の周囲に取り付けられた２つのシール３を含む。

この例では、本発明にとって必須ではないが、上記シール３がリップシールである。

シール３は、シール間に空間が自由に保たれるように、シャフト２の周囲に互いに距離Ａだけ隔てて取り付けられる。

シャフト２の周囲のシール３間には、液体チャンバ４が位置する。液体チャンバ４は、上記シール３によって両側が閉じられており、或いは換言すれば、シール３は液体チャンバ４の壁部の一部である。

液体チャンバは、例えばハウジング５内に、シャフト２が移動可能に取り付けられた必要な凹部６又は溝を設けることによって実現することができる。

液体チャンバ４は、液体７で満たされる。

この例では、液体７が油であるが、本発明はこれに限定されるものではない。

上記シール３は、液体７が可動シャフト２を介して液体チャンバ４から漏出するのを防ぐ。

本発明による装置１は、液柱８も備える。

液柱８は、液体チャンバ４に直結される。

液柱８は、液体チャンバ４内に静水圧をもたらすことができる。

上述したように、このことは、液体７が液体チャンバ４から液柱８に自由に流動することができ、バルブ又はその他のクロージャが液体７の流路を妨げないことを意味する。

この例では、装置１が、上記液体７で少なくとも部分的に満たされたタンク９と、タンク９から液体チャンバ４の液体７の入口１１まで延びる給水管１０とをさらに備える。

上記給水管１０には、タンク９から上記液体チャンバ４に液体７を圧送できる液体ポンプ１２が含まれる。

この液体ポンプ１２は、独自の駆動部を有することも、或いはこの例のように可動シャフト２によって駆動することもできる。或いは、換言すれば、可動シャフト２は、液体ポンプ１２の駆動部の一部である。

液体チャンバ４の液体７の上記入口１１は、液体７が入口１１を介して液体チャンバ４から離れるのを防ぐ一方で、逆方向においては液体７が逆止弁１３を通じて液体チャンバ４に逆流できるようにする逆止弁１３によって閉じることができる。

これにより、液体ポンプ１２が停止した時に液体チャンバ４が空になることが防がれる。

逆止弁１３の代わりに異なるタイプのバルブを使用して入口１１を閉じることも除外されない。

図示の例では、液柱８に、一端１５ａが液体チャンバ４に連結されて他端１５ｂが上記タンク９に連結された導管１４が使用される。

導管１４は、パイプ又はチューブとすることもできる。

装置１の通常の使用条件では、上記導管１４が液体チャンバ４の上方に垂直に延びることが明らかである。

導管１４がタンク９に交わる位置は、図１の液体チャンバ４よりも高い。

さらに、この例では、可動シャフト２が上記タンク９内に延びることにより、本発明による装置１は、タンク９内に存在するあらゆるガスが可動シャフト２に沿って漏出するのを防ぐことができる。

ここでは、このタンクを、以下の実施形態例で説明するような動力伝達装置のキャビネットとして使用することができる。

装置１の動作は非常に単純であり、以下の通りである。

動作中、すなわち可動シャフト２の回転時には、液体ポンプ１２が可動シャフト２によって駆動される。

液体７は、液体チャンバ４の入口１１までの給水管１０を介してタンク９から液体チャンバ４に圧送される。

液体チャンバ４には液柱８が連結されているので、この結果、液柱８内の水位が上昇する。

水位が上昇し続けると、過剰な液体７が最終的にタンク９内に溢れ出し、これを再びタンク９から液体チャンバ４に圧送することができる。

液柱８に起因して、液体チャンバ４内には、タンク９内の圧力よりも高い静水圧が存在する。

この高い静水圧は、液柱８を十分に高くすることによって保証することができる。

これにより、タンク９に含まれるガスが液体チャンバ４を越えて漏出することが防がれる。

この結果、タンク９からのガスの漏出が防がれ、タンク９内の圧力の維持が保証される。

可動シャフト２が停止すると、液体ポンプ１２も停止する。この結果、もはや液体７は液体チャンバ４に圧送されなくなる。

逆止弁１３は、液体７が液体チャンバ４から流出するのを防ぎ、これによって液柱８の水位、ひいては液体チャンバ４内の圧力が維持されるようになる。

この結果、たとえ可動シャフト２が停止した後でも、タンク９からガスが漏れることはできない。

換言すれば、たとえ可動シャフト２が動いていない場合でも、装置１はシャフト２の気密シールを確実にする。

図２に、図１に示すような本発明による装置１を備えたエキスパンダ装置１６を示す。

この例では、エキスパンダ装置１６が１つのエキスパンダ要素１７を含むが、これは複数のエキスパンダ要素１７とすることもできる。

エキスパンダ要素１７は、この例では発電機２０である機械的負荷２０の被駆動シャフト１９を駆動させる駆動シャフト１８を備える。

従って、発電機２０は、機械的負荷２０としての役割を果たすはずである。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。機械的負荷２０は、コンプレッサ要素又はポンプ要素とすることもできる。

駆動シャフト１８と被駆動シャフト１９との間には動力伝達装置２１が存在し、上記タンク９は、ケーシング２２又はハウジング２２のキャビネット２２としての役割を果たす。

この例では、動力伝達装置２１が歯車式動力伝達装置２１として実行され、キャビネット２２がギアボックス２２であるが、本発明はこれに限定されるものではない。

駆動シャフト１８及び被駆動シャフト１９は、いずれもこのギアボックス２２内に延びる。

この例では、可動シャフト２が発電機２０の被駆動シャフト１９である。すなわち、被駆動シャフト１９の周囲には、互いに距離Ａだけ隔てて２つのシール３が設けられ、被駆動シャフト１９の中間の周囲には、液柱８を有する液体チャンバ４が設けられる。

その他の点では、エキスパンダ装置１６を備えた装置１の構成は図１に類似する。

エキスパンダ装置１６を備えた装置１の動作も図１に類似する。

図３は、図２に非常に類似しているが、この例では、エキスパンダ要素１７及び発電機２０の代わりにコンプレッサ要素２４及び駆動部２５を含むコンプレッサ装置２３に関する図である点が異なる。

駆動部２５は、例えば電気モータとすることができる。

図１に示すような本発明による装置１は、駆動部２５の駆動シャフト１８上に設けられる。

その他の点では、この装置は図２と同様である。

上述した例では、シャフトが常に移動可能であり、具体的には回転シャフト２であるが、本発明は、可動並進シャフト（ｍｏｖａｂｌｅ ｔｒａｎｓｌａｔｉｎｇ ｓｈａｆｔｓ）２にも適用できることが明らかである。

当然ながら、本発明は、非可動シャフト又は静止シャフトにも適用可能であるが、このようなシャフトの気密シールを行う別の装置は既に知られている。

本発明は、一例として説明し図面に示した実施形態に決して限定されるものではなく、適用先の可動シャフト及びコンプレッサ又はエキスパンダ装置の気密シールを行う本発明による装置は、本発明の範囲から逸脱することなく全ての種類の形態及び寸法で実現することができる。

１ 装置
２ 可動シャフト
３ シール
４ 液体チャンバ
５ ハウジング
６ 凹部
７ 液体
８ 液柱
９ タンク
１０ 給水管
１１ 入口
１２ 液体ポンプ
１３ 逆止弁
１４ 導管
１５ａ 導管の一端
１５ｂ 導管の他端
Ａ シール間の距離

Claims (27)

1. 可動シャフト（２）の気密シールを行う装置（１）であって、前記可動シャフト（２）と、該可動シャフト（２）の周囲に互いに距離（Ａ）だけ隔てて取り付けられた２つのシール（３）とを備え、前記可動シャフト（２）の周囲の前記シール（３）間に、液体（７）で満たされて前記シール（３）によって両側を閉じられた液体チャンバ（４）が位置し、該液体チャンバ（４）は、液柱（８）に直結することにより、前記液柱（８）が前記液体チャンバ（４）内の静水圧を保証するようになる、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記装置（１）は、前記液体（７）で少なくとも部分的に満たされたタンク（９）と、該タンク（９）から前記液体チャンバ（４）の液体（７）の入口（１１）に延びる給水管（１０）とをさらに備える、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記給水管（１０）に、前記タンク（９）から前記液体チャンバ（４）に液体（７）を圧送するように構成された液体ポンプ（１２）が含まれる、
   請求項２に記載の装置。
4. 前記可動シャフト（２）は、前記液体ポンプ（１２）の駆動部の一部である、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記液柱（８）に、一端（１５ｂ）が前記液体チャンバ（４）に連結されて他端（１５ａ）が前記タンク（９）に連結された導管（１４）又はパイプなどが使用される、
   請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記可動シャフト（２）は、前記タンク（９）内に延びる、
   請求項２から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記タンク（９）は、動力伝達装置（２１）のキャビネット（２２）としての役割を果たす、
   請求項２から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 液体（７）の前記入口（１１）は、液体（７）が前記入口を介して前記液体チャンバ（４）から離れるのを防ぐ逆止弁（１３）によって閉じることができる、
   請求項２から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記液体（７）は油である、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記シール（３）はリップシールである、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 駆動部の駆動シャフト（１８）によって駆動される被駆動シャフト（１９）を有する少なくとも１つのコンプレッサ要素（２４）を備えたコンプレッサ装置であって、前記被駆動シャフト（１９）と前記駆動シャフト（１８）との間に、キャビネット（２２）を備えた動力伝達装置（２１）が設けられ、前記被駆動シャフト（１９）及び前記駆動シャフト（１８）は、前記キャビネット（２２）内に延び、前記駆動シャフト（１８）の周囲に、互いに距離（Ａ）だけ隔てて２つのシール（３）が取り付けられ、前記駆動シャフト（１８）の周囲の前記シール（３）間に、液体で満たされて前記シール（３）によって両側を閉じられた液体チャンバ（４）が位置し、前記液体チャンバ（４）は、液柱（８）に直結することにより、前記液柱（８）が前記液体チャンバ（４）内の静水圧を保証するようになる、
    ことを特徴とするコンプレッサ装置。
12. 前記キャビネット（２２）は、液体（７）で少なくとも部分的に満たされ、前記キャビネット（２２）から前記 液体チャンバ（４）の液体（４）の入口（１１）まで延びる給水管（１０）が設けられる、
    請求項１１に記載のコンプレッサ装置。
13. 前記給水管（１０）に、前記キャビネット（２２）から前記液体チャンバ（４）に液体（７）を圧送できる液体ポンプ（１２）が含まれる、
    請求項１２に記載のコンプレッサ装置。
14. 前記液体ポンプ（１２）は、前記駆動シャフト（１８）によって駆動される、
    請求項１３に記載のコンプレッサ装置。
15. 前記液柱（８）に、一端（１５ｂ）が前記液体チャンバ（４）に連結されて他端（１５ａ）が前記キャビネット（２２）に連結された導管（１４）又はパイプなどが使用される、
    請求項１２から１４のいずれか一項に記載のコンプレッサ装置。
16. 液体（７）の前記入口（１１）は、液体（７）が前記入口（１１）を介して前記液体チャンバ（４）から離れるのを防ぐ逆止弁（１３）によって閉じることができる、
    請求項１２から１５のいずれか一項に記載のコンプレッサ装置。
17. 前記液体（７）は油である、
    請求項１１から１６のいずれか一項に記載のコンプレッサ装置。
18. 前記シール（３）はリップシールである、
    請求項１１から１７のいずれか一項に記載のコンプレッサ装置。
19. 機械的負荷の被駆動シャフト（１９）を駆動する駆動シャフト（１８）を有する少なくとも１つのエキスパンダ要素（１７）を備えたエキスパンダ装置であって、前記被駆動シャフト（１９）と前記駆動シャフト（１８）との間に、キャビネット（２２）を備えた動力伝達装置（２１）が設けられ、前記被駆動シャフト（１９）及び前記駆動シャフト（１８）は、前記キャビネット（２２）内に延び、前記被駆動シャフト（１９）の周囲に、互いに距離（Ａ）だけ隔てて２つのシール（３）が取り付けられ、前記被駆動シャフト（１９）の周囲の前記シール（３）間に、液体で満たされて前記シール（３）によって両側を閉じられた液体チャンバ（４）が位置し、前記液体チャンバ（４）は、液柱（８）に直結することにより、前記液柱（８）が前記液体チャンバ（４）内の静水圧を保証するようになる、
    特徴とするエキスパンダ装置。
20. 前記キャビネット（２２）は、液体（７）で少なくとも部分的に満たされ、前記キャビネット（２２）から前記 液体チャンバ（４）の液体（４）の入口（１１）まで延びる給水管（１０）が設けられる、
    請求項１９に記載のエキスパンダ装置。
21. 前記給水管（１０）に、前記キャビネット（２２）から前記液体チャンバ（４）に液体（７）を圧送できる液体ポンプ（１２）が含まれる、
    請求項２０に記載のエキスパンダ装置。
22. 前記液体ポンプ（１２）は、前記被駆動シャフト（１９）によって駆動される、
    請求項２１に記載のエキスパンダ装置。
23. 前記液柱（８）に、一端（１５ｂ）が前記液体チャンバ（４）に連結されて他端（１５ａ）が前記キャビネット（２２）に連結された導管（１４）又はパイプなどが使用される、
    請求項２０から２２のいずれか一項に記載のエキスパンダ装置。
24. 液体（７）の前記入口（１１）は、液体（７）が前記入口（１１）を介して前記液体チャンバ（４）から離れるのを防ぐ逆止弁（１３）によって閉じることができる、
    請求項２０から２３のいずれか一項に記載のエキスパンダ装置。
25. 前記液体（７）は油である、
    請求項１９から２４のいずれか一項に記載のエキスパンダ装置。
26. 前記シール（３）はリップシールである、
    請求項１９から２５のいずれか一項に記載のエキスパンダ装置。
27. 前記機械的負荷（２０）は、発電機、コンプレッサ要素、又はポンプ要素である、
    請求項１９から２５のいずれか一項に記載のエキスパンダ装置。

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