(57)【要約】      （修正有）【課題】高温で運転し、高速起動プロセスを有するターボ機械におけるシール装置の半径隙間に対して、より改良された制御を提供する。【解決手段】ターボ機械は、固定部品（７）と、固定部品（７）において回転支持された回転部品（１１）と、回転部品と固定部品との間にあるシール装置（２１）とを含む。シール装置（２１）に冷却流体を供給し、シール装置から熱を除去するように構成および設計された冷却装置（２９）が、さらに提供される。【選択図】図３
2020165432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部品（７）と、前記固定部品（７）において回転支持された回転部品（１１）と、前記回転部品（１１）と前記固定部品（７）との間にあるシール装置（２１）と、前記シール装置（２１）に冷却流体を供給し、前記シール装置（２１）から熱を除去するように構成および設計された冷却装置とを備えるターボ機械（１）。
【請求項２】
前記冷却装置が、前記シール装置（２１）に配置された冷却室（２９）を含む、請求項１に記載のターボ機械（１）。
【請求項３】
前記冷却装置が、前記冷却室（２９）内に冷却流体を供給するために、前記冷却室（２９）と流体接続している少なくとも１つの冷却流体供給ダクト（３１）をさらに含む、請求項２に記載のターボ機械（１）。
【請求項４】
前記冷却装置が、前記冷却室（２９）から冷却流体を除去するために、前記冷却室（２９）と流体連通している少なくとも１つの冷却流体排出ダクト（３３）をさらに含む、請求項２または３に記載のターボ機械（１）。
【請求項５】
前記シール装置（２１）が、前記固定部品（７）の台座（２７）に取り付けられた環状シール部材を含む、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のターボ機械（１）。
【請求項６】
前記環状シール部材（２３）および前記台座（２７）が、相互に半径方向に移動し得る、請求項５に記載のターボ機械（１）。
【請求項７】
前記冷却室（２９）が、前記シール装置（２１）と前記台座（２７）との間に配置されている、請求項５または６に記載のターボ機械（１）。
【請求項８】
前記冷却室（２９）が、前記環状シール部材（２３）内に形成されている、請求項５または６に記載のターボ機械（１）。
【請求項９】
シールガスケット（２３Ｌ）が、前記環状シール部材（２３）と前記固定部品（７）の前記台座（２７）との間に提供されている、請求項５乃至８のいずれか１項に記載のターボ機械。
【請求項１０】
前記回転部品（１１）が羽根車を含む、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のターボ機械（１）。
【請求項１１】
前記羽根車（１１）が、羽根車ディスク（１１Ｄ）と、羽根車シュラウド（１１Ｓ）と、羽根車入口（１１Ｅ）と、前記羽根車ディスク（１１Ｄ）と前記羽根車シュラウド（１１Ｓ）との間に配置された、複数の羽根車の羽根を形成する複数のブレード（１１Ｂ）とを含み、かつ、前記シール装置（２１）が、前記固定部品（７）に対して前記羽根車入口（１１Ｅ）を封止するために、前記羽根車入口（１１Ｅ）の周囲に配置されている、請求項１０に記載のターボ機械（１）。
【請求項１２】
前記回転部品（１１）がバランスピストン（１３）を含み、前記固定部品（７）に対して前記バランスピストン（１３）を封止するために、前記シール装置（２１）が前記バランスピストン（１３）の周囲に配置されている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のターボ機械（１）。
【請求項１３】
ターボ機械（１）の回転部品（１１）と、前記回転部品（１１）と共に動作するシール装置（２１）との間にある、前記ターボ機械（１）のシール隙間を制御するための方法であって、前記ターボ機械（１）の運転中に、前記シール装置（２１）の熱膨張を制御するために、前記シール装置（２１）から熱を除去するステップを含む方法。
【請求項１４】
前記シール装置（２１）に冷却室（２９）を提供するステップと、前記冷却室（２９）に冷却流体を供給するステップと、それによって前記シール装置（２１）から熱を除去するステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記シール装置に冷却室（２９）を提供するステップと、少なくとも１つの冷却流体供給ダクト（３１）を通じて前記冷却室（２９）に冷却流体を供給するステップと、少なくとも１つの冷却流体排出ダクト（３３）を通じて前記冷却室（２９）から冷却流体を除去するステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ターボ機械に関する。より詳細には、本開示は、高温で動作するターボ機械のためのシール装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機やタービンなどのターボ機械は、しばしば高温で運転されており、このような機械のロータ部品およびステータ部品は、熱により膨張しやすい。
【０００３】
高速起動する機械、すなわち起動プロセスが短時間で行われる機械では、固定部品に取り付けられたシール装置と回転部品との間にあるシール隙間は、起動中に、シール装置が回転部品に接触しないように設計されなければならない。この回転部品は、遠心力および熱による半径方向への拡張に起因して、急速に寸法が増大しやすい。
【０００４】
ステータの半径方向への拡張がロータの半径方向への拡張よりも遅いことに起因する、起動時のシール損傷を避けるために、シール装置の直径寸法は、起動の際にも十分な半径隙間が保たれるように設計される。その結果、ターボ機械が定常状態の運転条件になったとき、半径シール隙間は、比較的大きくなる。半径隙間が大きいと、ターボ機械の効率が低下することになる。
【０００５】
したがって、高温で運転し、高速起動プロセスを有するターボ機械におけるシール装置の半径隙間に対して、より改良された制御が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００１／０２９４２６号
【発明の概要】
【０００７】
一態様によると、本明細書で開示される主題は、固定部品と、固定部品において回転支持された回転部品と、回転部品と固定部品との間にあるシール装置とを備えるターボ機械を提供する。有利には、シール装置に冷却流体を供給し、シール装置から熱を除去するために構成および設計された冷却装置が、さらに提供される。
【０００８】
シール装置から熱を除去することで、特に定常状態の運転条件で、シール隙間が制御され、したがって、ターボ機械の全体的な効率が向上され得る。
【０００９】
シール装置は、固定シールリング、すなわち、例えば圧縮機段のダイヤフラムなどのターボ機械の固定部品に、回転しない仕方で取り付けられたシールリングを含み得る。
【００１０】
一部の有利な実施形態によると、冷却装置は、シール装置に配置された、少なくとも１つの冷却流体供給ダクトを提供する冷却室を含む。この冷却流体供給ダクトは、冷却室内に冷却流体を供給するために、冷却室と流体接続している。一部の実施形態では、冷却装置が、冷却室から冷却流体を除去するために、冷却室と流体連通している少なくとも１つの冷却流体排出ダクトをさらに含む。冷却室は、シール装置のシールリングまたは環状シール部材と、シール装置が取り付けられた固定部品との間に配置され得る。
【００１１】
一部の実施形態では、冷却室が、シールリングの内部、または、例えばシールリングが十分に大きな断面を有する場合は、シール装置の環状シール部材の内部に提供され得る。
【００１２】
冷却室は、シール部材と有利に同一の広がりを有するか、実質的に同一の広がりを有しており、シール部材全体の動きに実質的に沿って、有利に流体接触している。好ましくは、実質的に同一の広がりを持つことは、冷却室の円周方向の広がりが、シール部材の円周方向の広がりの少なくとも７０％であり、より好ましくは少なくとも８０％であり、さらに好ましくは少なくとも９０％であることを意味する。シール部材および冷却室の実質的に同一の広がりは、シール装置に対して特に効率的な温度制御を提供する。
【００１３】
環状シール部材は、固定部品の台座に取り付けられ得る。その結果、環状シール部材および台座は、相互に半径方向に移動し得る。したがって、環状シール部材の半径方向への膨張は、冷却流体によって制御され得るのであり、膨張が低減され得るか、環状シール部材が配置されている固定部品の半径方向への膨張より小さいままで保たれ得る。
【００１４】
排出された冷却流体は、冷却回路において再循環され得る。他の実施形態では、例えば空気が用いられる場合など、冷却流体の性質が許容する場合は、排出された冷却流体が周囲に放出され得る。別の実施形態では、冷却流体がターボ機械によって処理されるのと同一の気体、またはそれと合致するものであり得る。この場合、排出される冷却流体は、ターボ機械を通過するプロセス気体流の主流に放出され、プロセス気体圧よりも高い冷却気体圧が提供され得る。
【００１５】
別の態様によると、本明細書で開示される主題は、ターボ機械の回転部品と、回転部品と共に動作するシール装置との間にある、ターボ機械のシール隙間を制御するための方法に関する。この方法は、ターボ機械の運転中に、シール装置の熱膨張を低減するために、シール装置から熱を除去するステップを含む。
【００１６】
特に有利な実施形態では、この方法は、
シール装置と、シール装置が取り付けられている固定部品との間に冷却室を配置するステップと、
前記冷却室内に冷却流体を供給し、それによってシール装置から熱を除去するステップとを含む。
【００１７】
本明細書で開示される主題に係るシール装置は、熱の除去が有利になる手段でシール隙間を制御する、任意のターボ機械において実施され得る。ガスタービンなどの高温のターボ機械は、本明細書で説明される装置を利用し得る。軸流および遠心圧縮機などの圧縮機にも、本明細書で開示されるシール装置が提供され得る。これは特に、ＣＡＥＳシステム（圧縮空気エネルギー貯蔵システム）またはＡＣＡＥＳ（断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム）用圧縮機など、処理される流体体が比較的高温になるような圧縮機の場合に有用である。
【００１８】
本明細書で以下に開示され、さらに特許請求の範囲で説明される特徴および実施形態は、本明細書の不可分の一部を形成する。上記の簡単な説明は、以下の詳細な説明をより良く理解できるようにするため、かつ、当該技術に対する本発明の貢献をより良く理解できるようするために、本発明の様々な実施形態の特徴を説明するものである。当然、以下で記述され、特許請求の範囲で説明される、本発明の他の特徴が存在している。この点について、本発明のいくつかの実施形態を説明する前に、本発明の様々な実施形態は、適用の際に、以下の記述で説明される構成要素、または、図面で描かれる構成要素に関する、構成の詳細および配置に限定されるものではないことが理解される。本発明は、他の実施形態でも可能であり、様々な方法で実施され、実行され得る。また、本明細書で用いられる言い回しおよび用語は、説明を目的としており、制限するものと見なされるべきではない。
【００１９】
したがって、本開示が依拠している概念は、本発明の複数の目的を実行する他の構造、方法、および／またはシステムを設計するための基礎として、容易に用いられ得ることが、当業者には明らかだろう。このため、特許請求は、本発明の趣旨および範囲を逸脱しない限りで、同等の構造を含むものと見なされることが重要である。
【００２０】
本発明の開示される実施形態、およびこれに伴う多くの利点のより完全な理解が容易に得られ、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することでより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】多段遠心圧縮機の概略断面図である。
【図２】図１の圧縮機における最終段の拡大図である。
【図３】図１の圧縮機における１つの段の羽根車入口にあるシール装置の拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に係る概略断面図である。
【図５】別の実施形態による、羽根車入口のシール装置の断面図であって、シール装置内部に配置された冷却流体循環室を示す。
【図６】ターボ機械の固定部品に対してシールリングをねじり固定するキーを備えるシール装置の別の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、例示的な実施形態が、添付図面を参照して詳細に説明される。異なる図面における同一の参照番号は、同一または類似の要素を識別する。さらに、図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。
【００２３】
本明細書の全体における、「一実施形態」、「ある実施形態」、「一部の実施形態」の言及は、ある実施形態との関連で説明される特定の特徴、構造、または特質が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書の全体における様々な箇所で用いられる、「一実施形態において」、「ある実施形態において」、「一部の実施形態において」の表現は、必ずしも同じ実施形態に言及するものではない。さらに、特定の特徴、構造、または特質が１以上の実施形態において、任意の適切な方法で組み合わされてもよい。
【００２４】
以下の説明および添付図面では、例えば、いわゆるＣＡＥＳ（圧縮空気エネルギー貯蔵システム）用途で利用される圧縮機などの、多段遠心圧縮機への言及がなされる。しかし、当業者には、本明細書で開示される主題が、同様の技術的問題を有する他のターボ機械において実施され得ることが理解されるだろう。
【００２５】
図１を参照すると、多段遠心圧縮機１はケーシング３からなり、ケーシング３は、圧縮機入口５、および圧縮機出口６を有する。圧縮機ケーシング３の内部に、圧縮機ダイヤフラム装置７が提供されている。ケーシング３およびダイヤフラム７は、圧縮機の固定部分を形成する。
【００２６】
ケーシング３では、回転軸９が好適に支持されている。複数の羽根車１１は、軸９に取り付けられており、軸９と共に回転する。これを制御するのは、例えば、電動機やタービンなどの原動機（図示せず）である。
【００２７】
一部の実施形態では、バランスピストン１３が、軸９にさらに取り付けられており、軸９と共に回転する。
【００２８】
ダイヤフラム７に形成されている戻り流路１５は、羽根車１１の各々から次の羽根車の吸気口に向かう気体流を戻すために提供されている。最下流の羽根車（図２にも図示あり）は、ボリュート１７と流体連通している。ボリュート１７は、圧縮気体を集め、ボリュート１７から圧縮気体が圧縮機出口６に供給される。
【００２９】
図２の拡大図で最も良く示されるように、羽根車１１の少なくとも一部は、羽根車ディスク１１Ｄと、羽根車入口１１Ｅからなる羽根車シュラウド１１Ｓとを含み得る。
【００３０】
ブレード１１Ｂは、羽根車ディスク１１Ｄと羽根車シュラウド１１Ｓとの間に配置され、羽根車１１の内部に羽根を定める。この羽根車を通って、羽根車吸気口１１Ｉで羽根車に入る気体が加速され、最後に羽根車排気口１１Ｏで放出される。
【００３１】
固定ダイヤフラム７と羽根車入口１１Ｅとの間に、シール装置２１が提供されている。図３は、圧縮機１の羽根車１１の１つにおけるシール装置のある実施形態の拡大図を示す。図４は、固定部品（ダイヤフラム）７、羽根車入口１１Ｅ、およびシール装置２１の概略断面図を示す。
【００３２】
シール装置２１は、環状シール部材２３を含み得る。一部の実施形態では、環状シール部材２３が、角度的に離間された複数のキー２５を用いてダイヤフラム７に取り付けられている。このキーは、環状シール部材２３がダイヤフラム７に対して中央になるように維持することができる。シール装置２１は、シール装置および固定部品の一方が他方に対して半径方向に動き得るように、固定部品、すなわちダイヤフラム７に取り付けられている。このようにして、環状シール部材２３および固定部品７の熱膨張に差が生じ得る。
【００３３】
一部の実施形態では、ダイヤフラム７は、環状シール部材２３が少なくとも一部収納されている台座２７からなる。冷却室または冷却流路２９は、環状シール部材２３とダイヤフラム７に提供された台座２７との間に形成されている。シールリップ２３Ｌは、ダイヤフラム７の台座２７に対する封止のための環状シール部材２３の周囲に提供され得る。したがって、冷却室２９は、羽根車１１が回転可能に収納されている体積に対して封止されている。
【００３４】
冷却室２９は、冷却流体源と流体連通している。有利な実施形態では、冷却室が冷却流体回路の一部として配置されており、それによって冷却流体が冷却室内に、かつ冷却室を通過して供給され、冷却室から除去される。図４の概略断面図に最も良く示されているように、一部の実施形態では、少なくとも１つの冷却流体供給ダクト３１が、冷却室２９と流体連通しており、冷却室２９内に冷却流体を供給する。冷却室２９を循環した冷却流体を除去するために、冷却室２９と流体連通している少なくとも１つの冷却流体排出ダクト３３も提供され得る。
【００３５】
図４では、冷却室２９および環状シール部材２３が同一の広がりを有する。すなわち、両者は、羽根車の軸の周囲３６０°に広がっている。このように、冷却室２９は、環状延長部全体に沿うシール装置と流体接触している。これは、好ましい構成である。しかし、別の、より非効率的な実施形態では、冷却室２９の延長部がシール装置の環状延長部よりもわずかに小さくなり得る。例えば、冷却室２９は、径方向の隔壁などにより２以上の副室に分割され得る。その結果、冷却室２９全体の延長部は、シール装置の環状延長部よりもわずかに、例えば１０％小さくなる。
【００３６】
本明細書において、上で開示したシール装置は、こうしたシール装置が提供されている、羽根車１１各々の冷却室または冷却流路２９内に流れ、かつこれらを通って流れる冷却流体の循環を制御することを可能にする。
【００３７】
冷却流体は、図３の符号３５で概略的に示されている冷却流体回路によって提供され得る。冷却流体回路は、ファン３７、ポンプ、または他の任意の循環装置を含み得る。
【００３８】
冷却流体は、シール装置２１から熱を除去するのに好適な、任意の流体であり得る。一部の実施形態では、例えば透熱性油などの、非圧縮性液冷却流体が用いられ得る。この冷却流体は、冷却室または冷却流路２９を通る強制対流によって熱を除去する際に、特に効果的である。
【００３９】
一部の実施形態では、気体の冷却流体が用いられ得る。特に有利な実施形態では、圧縮機１によって処理されている気体に対応している冷却流体が用いられる。こうすることで、冷却室２９からの冷却流体の漏洩が、圧縮機１による気体の処理に悪影響を及ぼさないようにする。
【００４０】
通常、圧縮機１が空気を処理するＣＡＥＳまたはＡＣＡＥＳ用途では、周囲の空気が、冷却室２９内で冷却媒体または冷却流体として用いられ得る。例えば、冷却流体回路３５が、周囲に対して開放され得る。それによって、冷却流体の性質および他の注意事項が許容する場合、例えば冷却流体として空気が用いられる場合は、冷却室２９から出ていく冷却流体が周囲に放出される。
【００４１】
他の実施形態では、冷却流体回路３５は閉鎖され、冷却流体回路３５の内部で冷却流体が循環することができる。この場合、冷却流体流が冷却室２９を出た後、冷却流体流から熱を除去するために、熱交換装置が提供され得る。
【００４２】
有利な実施形態では、冷却室２９内の冷却流体の圧力が、圧縮機１を通じて処理される気体の圧力よりも実質的に小さくなる。冷却室２９が羽根車１１に対して封止され得ることから、羽根車と冷却室２９との間の漏洩は避けられ得る。また、冷却室２９の内部は、低圧であり得る。これによって、冷却流体を回路３５および冷却室２９を通って循環させるために必要な力は低減される。
【００４３】
冷却室２９を通って冷却流体を循環させること、およびシール装置２１から熱を除去することで、ターボ機械の起動時および定常運転中の、シール装置２１の半径寸法および半径方向への拡張を制御することが可能になる。これは、本明細書において以下でより詳しく述べられるように、シール装置２１と羽根車入口１１Ｅとの間の半径隙間をより良く制御することを目的とする。
【００４４】
シール装置２１がダイヤフラム７に拘束されている現行技術による装置では、起動時に十分な隙間を提供し、定常状態では十分に小さな隙間を提供するように、環状シール部材の半径寸法を選択しなければならない。その際、ダイヤフラム７が羽根車１１に対してより高い熱慣性を有することに起因して、起動時における羽根車１１の半径方向への拡張が、ダイヤフラム７の半径方向への拡張よりも速いことを念頭におく。
【００４５】
以下の表１では、現行技術による機械の起動時および定常状態での運転における半径隙間の寸法が、ミリメートルで示されている。参照しているのは、例示的かつ非制約的な実施形態である。
【００４６】
【表１】
2020165432.tif 000003
機械が非運転状態にあり、かつ室温で、シール部材と、羽根車入口などの回転部材との間に存在する半径隙間が０．９５ｍｍになるように、シール装置が設計され、寸法が決められる。
【００４７】
起動時には、羽根車入口１１Ｅが半径方向に拡張しやすい。これは、一方では、羽根車入口１１Ｅにかかる遠心力によって引き起こされた機械的変形に起因する。他方で、羽根車入口１１Ｅの拡張は、急激な温度上昇に起因する。熱膨張は、図１が示す遠心圧縮機の最終段１１において特に顕著である。最終段では、例えば空気などの処理された気体が、例えば約４００〜６００°Ｃの高温値に達する。
【００４８】
起動時において、ダイヤフラム７に代表される固定部品の半径方向への拡張は、羽根車１１の半径方向への拡張よりもはるかに緩慢である。これは、一方では、固定部品を半径方向外側に変形させる遠心力がないことに起因し、他方では、ダイヤフラム７の熱慣性が、羽根車１１に対する熱膨張よりもダイヤフラム７に対する熱膨張が緩慢であるようものであることに起因する。
【００４９】
したがって、ステータ、すなわち固定部品７の半径方向への膨張は約０．２５ｍｍであり、一方羽根車入口１１Ｅの半径方向への膨張は０．７０ｍｍとなる。
【００５０】
環状シール部材２３が、ダイヤフラムに半径方向で拘束されていることから、環状シール部材の半径方向への膨張は、ダイヤフラムの半径方向への膨張と同一である。したがって、室温での停止状態において半径隙間が０．９５ｍｍで起動すると、起動時の隙間の合計は０．５０ｍｍになる。
【００５１】
圧縮機がゆっくりと定常状態の運転条件に近づくにつれて、ダイヤフラムの温度は上昇し、その結果、環状シール部材の半径寸法も増大する。表１の第２列では、定常状態の条件における羽根車入口１１Ｅの半径方向への膨張が０．８５ｍｍと示されており、一方ダイヤフラムの半径方向への膨張は０．７５ｍｍである。したがって、定常状態の条件における半径隙間の合計は、０．８５ｍｍである。このように半径隙間が比較的広いと、機械の効率が低下することになる。定常状態の条件において、半径隙間がより狭いことは好適ではない。なぜなら、これにより起動時に、隙間がさらに狭くなければならず、その結果、起動時に羽根車入口と環状シール部材との間に摩擦接触のリスクが生じるからである。これは、羽根車の半径方向への膨張に対して、ダイヤフラムおよび環状シール部材の半径方向への膨張が、より緩慢であることに起因する。
【００５２】
本開示におけるシール部材の冷却および温度制御装置は、上記の問題を解決または少なくとも軽減し、その結果、表２が示すように、定常状態の条件における半径隙間はより小さくなる。
【００５３】
【表２】
2020165432.tif 000004
表２は、本開示による構成および例示的な実施形態における、羽根車入口１１Ｅと環状シール部材２３との間の半径隙間の寸法を示す。隙間寸法は、ｍｍで示される。圧縮機が室温で停止状態にある場合、環状シール部材２３と羽根車入口１１Ｅとの間の半径隙間は、ここでも０．９５ｍｍである。起動時の羽根車入口１１Ｅの半径方向への膨張は、ここでも０．７０ｍｍである。これは、遠心力による半径方向への機械的な変形、および熱膨張に起因する。ダイヤフラム７の半径方向への膨張は、同じく０．２５ｍｍである。この結果、半径隙間の合計は、起動時において０．５０ｍｍである。現行技術による圧縮機（表１）と同じ条件が示されており、隙間およびシール温度に対する制御は提供されていない。
【００５４】
しかし、定常状態の運転条件に達すると、冷却室２９を通って流れる冷却流体は、シール装置２１の熱を除去し得る。したがって、環状シール部材２３の熱膨張に起因する半径方向への膨張が低減され得る。表２で示した例では、シール装置２１の冷却が、環状シール部材２３の半径方向への膨張をゼロまで減らすのに十分な程度に効果的であると想定される。したがって、環状シール部材２３と羽根車入口１１Ｅとの間の半径隙間の合計は、０．１０ｍｍになる。これは、同じ定常状態の運転条件下での、現行技術による圧縮機（表１）の半径隙間の合計（０．８５ｍｍ）よりも小さい。定常状態の条件での半径隙間の合計が減少すると、圧縮機１の全体的な効率が実質的に増加する。
【００５５】
羽根車入口のシール装置に関連して、本明細書で上述されたシール装置に対する温度制御の有利な効果は、例えば、バランスピストン１３とその周辺のシーリングとの間の隙間を低減するなど、圧縮機１の他の部品においても活用され得る。図２の拡大図では、バランスロータ１３に作用するシール装置４１が示されている。シール装置４１は、環状シール部材４３で構成されてもよい。環状シール部材４３は、固定部品に取り付けられ得る。この場合、固定部品は１７Ａに示されており、ボリュート１７の一部である。
【００５６】
冷却室４５が、環状シール部材４３と固定部品１７Ａとの間に提供され得る。冷却室４５は、例えば、環状シール部材４３に形成されている環状溝４３Ｇと、固定部品１７Ａに提供されている環状拡張部１７Ｅとの間に形成され得る。シール４７が、冷却室または冷却流路４５を封止するために、溝４３Ｇの周囲に提供され得る。
【００５７】
別の実施形態では、環状シール部材４３の台座は、台座２７と同様に、固定部品１７Ａに提供され得る。
【００５８】
一部の実施形態では、冷却流体供給ダクト４９が、例えば図３に示されたファン３７などの冷却流体源から、冷却室４５内に、かつ冷却室４５を通って冷却流体を供給する。図示されていないが、ダクト３３と同様の冷却流体排出ダクトが、冷却室４５から冷却流体を除去するために提供され得る。
【００５９】
冷却室４５および関連する冷却流体供給装置は、羽根車入口のシール装置２１との連関で上に開示されたのと全く同一の方法で、環状シール部材４３の温度制御を提供する。
【００６０】
環状シール部材４３の冷却は、バランスピストン１３と固定部品１７Ａとの間の隙間に対する制御を提供し、圧縮機１の効率を向上させることにさらに貢献する。
【００６１】
図５および図６は、圧縮機羽根車１１の羽根車入口１１Ｅにおけるシール装置の別の実施形態を示す。同一の参照番号は、図３に示された同一または同様の部分を示す。
【００６２】
圧縮機の固定ダイヤフラム７と羽根車入口１１Ｅとの間に、シール装置２１が提供される。図示された実施形態では、シール装置２１は、環状シール部材２３を含む。一部の実施形態では、環状シール部材２３が、角度的に離間された複数のキー２５を用いてダイヤフラム７に取り付けられている。このキーは、環状シール部材２３がダイヤフラム７に対して中央になるように維持することができる。図５は、キー２５を示すラジアル平面に係る断面を示す。キー２５は、固定部品７のノッチ２６に係合しており、それによってシール装置２１と、固定部品、すなわちダイヤフラム７との間に芯出しおよびねじり連成を提供する。一部の実施形態では、ダイヤフラム７は、環状シール部材２３が少なくとも一部収納されている台座２７からなる。冷却室または冷却流路２９は、環状シール部材２３のシール表面２３Ｓと、台座２７との間に形成されている。図５および図６に示された実施形態では、冷却室が、環状シール部材２３の内部に形成されている（特に図６を参照）。
【００６３】
シールガスケット２３Ｌが、環状シール部材２３の周囲に提供されており、ダイヤフラム７の反対側表面に作用する。図５および図６に示された実施形態では、シールガスケットは、ダイヤフラム７の台座に提供された環状溝に配置されている。別の実施形態では、シールガスケットまたは他の封止手段が、環状シール部材２３の側面に提供された環状溝に配置され得る。冷却室２９は、羽根車１１が回転可能に収納されている体積に対して、シールガスケット２３Ｌによって封止されている。
【００６４】
図３との連関で説明されたように、冷却室２９は、冷却流体源と流体連通している。有利な実施形態では、冷却室が冷却流体回路の一部として配置されており、それによって冷却流体が冷却室内に、かつ冷却室を通過して供給され、冷却室から除去される。一部の実施形態では、少なくとも１つの冷却流体供給ダクト３１が冷却室２９と流体連通しており、冷却室２９に冷却流体を供給する。冷却室２９を循環した冷却流体を除去するために、冷却室２９と流体連通している冷却流体排出ダクト３３も提供され得る。
【００６５】
図５および図６に示された実施形態では、環状シール部材２３が、中空断面（図６）を備える実質的に管状の構造、すなわち中空構造を有する。中空構造の壁の１つは、１以上の冷却流体供給ダクト３１および１以上の冷却流体排出ダクト３３と流体連通している、入口ポート２８Ａおよび出口ポート２８Ｂと共に提供され得る。中空環状シール部材２３の内部に形成された冷却室２９内で、より効率的に冷却流体を循環させるために、隔壁２３Ｐが環状シール部材２３の空洞の中に提供され得る。冷却流体の循環を改良し、熱の除去を促進するために、一種の迷宮状の配置を形成することを目的として、隔壁２３Ｐは、冷却室２９内で環状に延びし、かつ、環状シール部材２３の反対側にある円柱状の壁から突出し得る。
【００６６】
本明細書で説明される主題の開示された実施形態が図面に示され、いくつかの例示的な実施形態と関連して、具体性および詳細をもって完全に説明されたが、当業者には、本明細書で説明される新たな教示、原則、および概念、ならびに特許請求の範囲で列挙される主題の利点から著しく逸脱することなく、多くの修正、変更、および省略が可能であることが明らかだろう。したがって、開示される発明の適切な範囲は、このような修正、変更、および省略を含むために、特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ定められなければならない。様々な実施形態の異なる特徴、構造、および手段は、様々に組み合わせられ得る。
【符号の説明】
【００６７】
１  多段遠心圧縮機、ターボ機械
３  圧縮機ケーシング
５  圧縮機入口
６  圧縮機出口
７  固定部品、圧縮機ダイヤフラム
９  回転軸
１１  羽根車
１１Ｂ  ブレード
１１Ｄ  羽根車ディスク
１１Ｅ  羽根車入口
１１Ｉ  羽根車吸気口
１１Ｏ  羽根車排気口
１１Ｓ  羽根車シュラウド
１３  バランスピストン、バランスロータ
１７  ボリュート
１７Ａ  固定部品
１７Ｅ  環状拡張部
２１  シール装置
２３  環状シール部材
２３Ｓ  シール表面
２３Ｌ  シールリップ、シールガスケット
２３Ｐ  隔壁
２５  キー
２６  ノッチ
２７  台座
２８Ａ  入口ポート
２８Ｂ  出口ポート
２９  冷却室または冷却流路
３１  冷却流体送出ダクト
３３  冷却流体排出ダクト
３５  冷却流体回路
３７  ファン
４３  環状シール部材
４３Ｇ  環状溝
４５  冷却室または冷却流路
４７  シール
４９  冷却流体送出ダクト
【図１】
2020165432.tif 000005
【図２】
2020165432.tif 000006
【図３】
2020165432.tif 000007
【図４】
2020165432.tif 000008
【図５】
2020165432.tif 000009
【図６】
2020165432.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月24日(2020.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部品（７）と、
前記固定部品（７）において回転支持された回転部品（１１）と、
前記回転部品（１１）と前記固定部品（７）との間にあり、環状の中空構造を有する環状シール部材であるシール装置（２１）と、
前記シール装置（２１）に冷却流体を供給し、前記シール装置（２１）から熱を除去するように構成および設計された冷却装置と、
を備え、
前記冷却装置は、
前記中空構造によって形成された冷却室（２９）と、
前記冷却室（２９）内で、冷却流体を案内するように、前記環状シール部材の径方向の前記冷却室（２９）の幅の半分より長い長さに前記径方向に突出するとともに、前記冷却室（２９）内で環状に延びる、少なくとも一つの隔壁（２３Ｐ）と、
を備える、
ターボ機械（１）。
【請求項２】
前記冷却装置が、前記冷却室（２９）内に冷却流体を供給するために、前記冷却室（２９）と流体接続している少なくとも１つの冷却流体供給ダクト（３１）をさらに含む、請求項１に記載のターボ機械（１）。
【請求項３】
前記冷却装置が、前記冷却室（２９）から冷却流体を除去するために、前記冷却室（２９）と流体連通している少なくとも１つの冷却流体排出ダクト（３３）をさらに含み、前記少なくとも一つの隔壁（２３Ｐ）が複数の隔壁を有し、該複数の隔壁の幾つかは前記径方向に互いに反対向きに突出するように構成され、該複数の隔壁（２３Ｐ）が前記少なくとも一つの冷却流体供給ダクト（３１）と前記１つの冷却流体排出ダクト（３３）との間にラビリンス構造を形成するように配置されている、請求項２に記載のターボ機械（１）。
【請求項４】
前記シール装置（２１）が、前記固定部品（７）の台座（２７）に取り付けられた前記環状シール部材を含む、請求項１から３のいずれかに記載のターボ機械（１）。
【請求項５】
前記環状シール部材（２３）および前記台座（２７）が、相互に半径方向に移動し得る、請求項４に記載のターボ機械（１）。
【請求項６】
前記冷却室（２９）が、前記シール装置（２１）と前記台座（２７）との間に配置されている、請求項４または５に記載のターボ機械（１）。
【請求項７】
シールガスケット（２３Ｌ）が、前記環状シール部材（２３）と前記固定部品（７）の前記台座（２７）との間に提供されている、請求項４から６のいずれかに記載のターボ機械（１）。
【請求項８】
前記回転部品（１１）が羽根車を含む、請求項１から７のいずれかに記載のターボ機械（１）。
【請求項９】
前記羽根車（１１）が、
羽根車ディスク（１１Ｄ）と、
羽根車シュラウド（１１Ｓ）と、
羽根車入口（１１Ｅ）と、
前記羽根車ディスク（１１Ｄ）と前記羽根車シュラウド（１１Ｓ）との間に配置された、前記羽根車の複数の羽根を形成する複数のブレード（１１Ｂ）と、
を含み、
前記シール装置（２１）が、前記固定部品（７）に対して前記羽根車入口（１１Ｅ）を封止するために、前記羽根車入口（１１Ｅ）の周囲に配置されている、
請求項８に記載のターボ機械（１）。
【請求項１０】
前記回転部品（１１）がバランスピストン（１３）を含み、
前記固定部品（７）に対して前記バランスピストン（１３）を封止するために、前記シール装置（２１）が前記バランスピストン（１３）の周囲に配置されている、
請求項１から９のいずれかに記載のターボ機械（１）。
【請求項１１】
ターボ機械（１）の回転部品（１１）と、前記回転部品（１１）と共に動作するシール装置（２１）との間にある、前記ターボ機械（１）のシール隙間を制御するための方法であって、
前記回転部品（１１）と前記ターボ機械（１）の固定部品（７）との間に、環状の中空構造を有する環状シール部材であるシール装置（２１）を配置するステップと、
前記ターボ機械（１）の運転中に、前記シール装置（２１）の熱膨張を制御するために、前記シール装置（２１）の前記中空構造によって形成された冷却室（２９）内に冷却流体を送ることにより、前記シール装置（２１）から熱を除去するステップであって、前記冷却室（２９）に、前記環状シール部材の径方向の前記冷却室（２９）の幅の半分より長い長さに前記径方向に突出すると共に前記冷却室（２９）内で環状に延びる少なくとも一つの隔壁（２３Ｐ）が前記冷却流体を案内するように設けられている、前記シール装置（２１）から熱を除去するステップを含む、方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの冷却流体供給ダクト（３１）を通じて前記冷却室（２９）に前記冷却流体を供給するステップと、
少なくとも１つの冷却流体排出ダクト（３３）を通じて前記冷却室（２９）から前記冷却流体を除去するステップと、
を含み、
前記少なくとも一つの隔壁（２３Ｐ）が複数の隔壁を有し、該複数の隔壁の幾つかは前記少なくとも一つの冷却流体供給ダクト（３１）と前記１つの冷却流体排出ダクト（３３）との間にラビリンス構造を形成するように前記径方向に互いに反対向きに延びるように構成され、
前記熱を除去するステップにおいて、前記冷却流体が前記ラビリンス構造に向かって案内される、請求項１１に記載の方法。