(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心圧縮機のインペラ背面にバッファガスを供給して、微粉末等の異物の付着を防止する遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造において、前記インペラ背面が滑面に整形されると共に、前記インペラ背面と当該インペラ背面に相対する静止側ケーシングの相対面との間に、前記インペラ外周からこのインペラ半径の少なくとも１／２以上の半径まで、前記インペラ背面に沿って略一定寸法の隙間が形成されており、前記インペラ背面と相対する、前記静止側ケーシングの軸シール部近傍相対面に、軸シール部近傍のバッファガス流路を整形するアダプターが設けられてなることを特徴とする遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造。
【請求項２】
前記インペラ外周と前記静止側ケーシングとの隙間が１〜４ｍｍの範囲に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラの回転により気体を圧縮する遠心圧縮機に関し、より詳しくは、インペラ背面にバッファガスを供給して異物の付着を防止する遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インペラ背面の空間での気体の速度は、図３（ｂ）に示す如く、インペラの回転に伴い、半径ｒにおけるインペラの表面速度ｒωの半分弱の速度となる。そして、インペラ背面の空間での流れは、円周方向速度分布ｕ＝Ｋｒωで表される円周方向の流れが主流となる。この主流の速度分布によりインペラ背面にはインペラ外周側が高く内周側が低い圧力分布ができる。ここで、図３は遠心圧縮機インペラ背面の流れ状態を示す模式図であり、図（ａ）は半径方向速度分布、図（ｂ）は円周方向速度分布を示す。また、Ｋ：定数（＝０．４〜０．５），ｒ：半径，ω：回転角速度を示す。
【０００３】
一方、インペラ背面及び静止側ケーシング内表面には、流体の粘性の影響により、主流に比べてインペラ背面で速度の速い、また静止側ケーシング内表面で速度の遅い境界層ができる。そのため、静止側ケーシング内表面近傍の境界層内では、周方向速度の減少による遠心力の減少により、図３に示す如く、圧力の高い外周側から圧力の低い内周側へ向かう流れが生じ、インペラ背面近傍の境界層では、逆に周方向速度の増加に伴う遠心力の増加により、内周側から外周側へ向かう流れが存在する。図３中の破線は、インペラ背面における半径方向速度分布の境界層領域を示したものである。
【０００４】
ところで、ポリエチレンやポリプロピレン等の石油化学製品の製造に用いられるリサイクルガス圧縮機においては、取り扱いガス中に多量の微粉末が混入している。そして、この様な微粉末が、取り扱いガスの主流からインペラ背面に侵入すると、前記静止側ケーシング内表面近傍の境界層内の内向き流れに沿って内周側に同伴され、流れが滞留している低速域に入り込むと停滞し、インペラ背面もしくはラビリンス等の軸シール部及び軸受等の静止側ケーシングの部品に付着、堆積して、それらの機能に障害を与えることになる。そのため、例えば、インペラ背面の軸シール等に機内圧より僅かに高圧に保持された窒素等の不活性ガスをバッファガスとして供給して、前記軸シール部に微粉末が侵入するのを防止している。
【０００５】
しかしながら、取り扱いガス中の前記微粉末は非常に細かい粉末であるため、ラビリンス部やシールフィン部の僅かな隙間でも浸入して来る。この様な微粉末がインペラに付着すると、アンバランスによる振動の問題が生じる。また、ラビリンスフィンへの詰まりによるガス漏洩量の増加という問題、更には軸シール部の焼付き等の問題が生じる。
【０００６】
この様な問題点に対し、従来例に係る羽根車の異物付着防止方法及び装置につき、図４を参照しながら説明する。図４はこの様な従来例の一形態に係る異物付着防止方手段を施した羽根車の断面図である。
【０００７】
図４において、この従来例に係る羽根車の異物付着防止方法及び装置は、遠心圧縮機の羽根車主板２１の背面に、バッファガスを供給するバッファガス供給ライン２４と、前記羽根車主板２１の背面上に配設した補助動翼２２と、この補助動翼２２によりブーストアップされたバッファガスの流れを生じさせて、これがシールフィン２６による区画を超えて作動ガスの本流中に流出させる流出部とを設けたものである（特許文献１参照）。
【０００８】
ところが、上記従来例に係る羽根車の異物付着防止方法及び装置を、図５に示す従来のインペラ背面３１ｂの構造に適用したとしても、インペラ背面３１ｂの形状に凹凸が多く、かつインペラ背面３１ｂとこの背面３１ｂに相対する静止側ケーシング３３とで形成された流路３４の幅が比較的広いため、流れに乱れや渦Ｅを生じ易く、バッファガスをラビリンス部３７等の軸シール部に供給したとしても、低速域や滞留域ができ易かった。
【０００９】
更に、上記従来例に係る異物付着防止方法及び装置によれば、補助動翼２２の追加により、重量が増加しロータの振動特性が悪化する上、運転中の遠心力が増大して、羽根車に発生する応力が高くなる。また、バッファガスをブーストアップするために、余分な動力が必要となる等の問題点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２６００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、ロータの重量を増加させて振動特性や遠心力を増大したり、余分な動力を必要とせずに、確実かつ安価にインペラ背面に微粉末等の異物の侵入及び付着を防止可能な遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造が採用した手段は、遠心圧縮機のインペラ背面にバッファガスを供給して、微粉末等の異物の付着を防止する遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造において、前記インペラ背面が滑面に整形されると共に、前記インペラ背面と当該インペラ背面に相対する静止側ケーシングの相対面との間に、前記インペラ外周からこのインペラ半径の少なくとも１／２以上の半径まで、前記インペラ背面に沿って略一定寸法の隙間が形成されており、前記インペラ背面と相対する、前記静止側ケーシングの軸シール部近傍相対面に、軸シール部近傍のバッファガス流路を整形するアダプターが設けられてなることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項２に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造が採用した手段は、請求項１に記載の遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造において、前記インペラ外周と前記静止側ケーシングとの隙間が１〜４ｍｍの範囲に形成されてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造によれば、遠心圧縮機のインペラ背面にバッファガスを供給して、微粉末等の異物の付着を防止する遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造において、前記インペラ背面が滑面に整形されると共に、前記インペラ背面と当該インペラ背面に相対する静止側ケーシングの相対面との間に、前記インペラ外周からこのインペラ半径の少なくとも１／２以上の半径まで、前記インペラ背面に沿って略一定寸法の隙間が形成されており、前記インペラ背面と相対する、前記静止側ケーシングの軸シール部近傍相対面に、軸シール部近傍のバッファガス流路を整形するアダプターが設けられてなるので、インペラ背面においてバッファガスの流れをスムーズな層流とすると共に平均流速を増大させ得る結果、インペラ背面に微粉末等の異物が滞留或いは堆積することを解消して、取り扱いガス中に同伴されインペラ背面に侵入した前記異物がインペラ背面等に付着するのを防止でき、更に、インペラ背面全域に亘って低流速域が無くなり、異物付着の可能性がより一層少なくなる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造によれば、前記インペラ外周と前記静止側ケーシングとの隙間が１〜４ｍｍの範囲に形成されてなるので、インペラ外周部でのバッファガスによる平均流速を増加して、取り扱いガス中の微粒子等異物のインペラ背面への侵入を低減すると共に、一旦、インペラ背面に侵入した前記異物の取り扱いガス主流への再排出を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の関連技術に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造を示す縦断面図である。
【図３】遠心圧縮機インペラ背面の流れ状態を示す模式図であり、図（ａ）は半径方向速度分布、図（ｂ）は円周方向速度分布を示す。
【図４】従来例の一形態に係る異物付着防止方手段を施した羽根車の断面図である。
【図５】従来の遠心圧縮機インペラ背面構造の一例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の関連技術に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造を、添付図１を参照しながら以下説明する。図１は本発明の関連技術に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造を示す縦断面図である。
【００２０】
遠心圧縮機の回転軸６の先端方向から吸込まれた取り扱いガスは、インペラ１の回転に従って、このインペラ表面１ａと静止側ケーシング２との間に形成された気体流路５内を、白抜矢印で示す様に圧縮機の回転軸６から遠ざかりながら、旋回流を形成して加速され、インペラ１の外周方向に放出される。
【００２１】
そして、前記インペラ背面１ｂには、後述するバッファガスの流れに沿う様に湾曲した滑面（凹凸の少ない、滑らかな面）が整形される。それと共に、インペラ背面１ｂと相対する静止側ケーシング３のケーシング相対面３ａに、前記インペラ外周１ｃからこのインペラ半径Ｒの略２／３の半径位置まで、前記インペラ背面１ｂに沿った滑面が整形される。更に、前記インペラ背面１ｂとケーシング相対面３ａとの間に、略一定寸法Ｓを有する隙間４が形成されている。
【００２２】
更に、インペラ外周１ｃにおいて、インペラ外周１ｃ及びケーシング相対面３ａが、隙間４の寸法Ｓより更に狭い半径方向隙間４ａを形成して構成されている。尚、前記ケーシング相対面３ａとは、静止側ケーシング３の本体ブロック部のみならず、この本体ブロック部に固定された静止部品の相対面も含む。
【００２３】
ここで、静止側ケーシング３のケーシング相対面３ａには、インペラ外周１ｃからこのインペラ半径Ｒの少なくとも１／２以上の半径まで、前記インペラ背面１ｂに沿った滑面が整形され、前記インペラ背面１ｂとケーシング相対面３ａとが、略一定寸法Ｓを有する隙間４を形成して構成されているのが好ましい。
【００２４】
インペラ背面１ｂとそのインペラ背面１ｂに相対する静止側ケーシング３のケーシング相対面３ａに、インペラ外周１ｃからこのインペラ半径Ｒの１／２未満の半径までしか、前記インペラ背面１ｂに沿った滑面が整形されておらず、残りのインペラ半径Ｒの１／２を越え回転軸６までの半径に相当するケーシング相対面が、図１に示す如くインペラ背面１ｂに沿った滑面が整形されていない凹凸状のケーシング相対面３ｂであったとすると、後述するラビリンスシール部７及びメカニカルシール部８を経て、凹凸状のケーシング相対面３ｂに移動して来たバッファガスが、インペラ背面１ｂに沿った滑面が整形されていないケーシング相対面３ｂの近傍において、滞留部を形成するためである。
【００２５】
そして、前記隙間４の略一定寸法Ｓを５〜１２ｍｍの範囲とすれば、インペラ背面１ｂ及びケーシング相対面４ａ間の隙間４において、０．１ｍ／ｓ程度以上の高い流速のバッファガスの流れが得られる。その結果、インペラ背面においてバッファガスの流れをスムーズな層流とすると共に平均流速を増大させ得るので、インペラ背面に微粉末等の異物が滞留或いは堆積することを解消して、取り扱いガス中に同伴されインペラ背面１ｂの隙間４に侵入した前記異物がインペラ背面１ｂ等に付着するのを防止できる。
【００２６】
更に、インペラ外周１ｃと静止側ケーシング３との半径方向隙間４ａの微小寸法Ｓ０が、１〜４ｍｍの範囲に形成されてなるので、インペラ外周部でのバッファガスによる平均流速を隙間４の平均流速より更に増加して、取り扱いガス中の微粒子等異物のインペラ背面１ａへの侵入を低減すると共に、一旦、インペラ背面１ａに侵入した前記異物の取り扱いガス主流への再排出を容易にする。
【００２７】
一方、インペラ１を回転させる回転軸６は、このインペラ背面１ｂにおいて軸受９により静止側ケーシング３に軸支されており、前記インペラ背面１ｂと軸受９間には、取り扱いガスを軸シールするためのラビリンスシール部７及びメカニカルシール部８が夫々複数設けられている。そして、静止側ケーシング３に穿設されたバッファガス供給孔１０から、バッファガスが、ラビリンスシール部７及びメカニカルシール部８の各シール空間に供給可能な様に構成されている。
【００２８】
この様な本発明の関連技術に係るインペラ背面の異物付着防止構造の作用効果について、以下バッファガスの流れに従って前記図１を参照しながら説明する。
【００２９】
この遠心圧縮機の静止側ケーシング２，３内において、取り扱いガスをインペラ１の回転により圧縮しつつ、静止側ケーシング３に穿設されたバッファガス供給孔１０から、前記取り扱いガスの圧縮圧より僅かに圧力の高いバッファガスを、インペラ背面１ｂのラビリンスシール部７及びメカニカルシール部８の各シール空間に連続的に供給する。
【００３０】
前記シール空間に供給されたバッファガスは、回転軸６に沿ってラビリンスシール部７及びメカニカルシール部８を介して、少しずつ低圧側のインペラ背面１ｂ側に移動して行き、ケーシング相対面３ｂを経て、インペラ背面１ｂ及びケーシング相対面３ａ間に形成された隙間４に至る。
【００３１】
そして、この隙間４では、バッファガスの流れに沿う様に湾曲した滑面が整形されていると共にその隙間４の略一定寸法Ｓが狭いため、バッファガスの平均流速が速くなり、インペラ背面１ｂのほぼ全体に亘って流れのスムーズなバッファガスの層流が形成される。その結果、取り扱いガス中に同伴され隙間４に侵入した微粉末等の異物が、インペラ背面１ｂ及びケーシング相対面３ａに滞留、付着或いは堆積することを防止できるのである。
【００３２】
更に、隙間４に沿って移動して来たバッファガスはインペラ外周１ｃに至り、隙間４の寸法Ｓより更に狭い半径方向隙間４ａから、圧縮途中の取り扱いガス中に高速で排出されるので、気体流路５側から、インペラ背面１ｂ及びケーシング相対面４ａ間に形成された隙間４内に微粉末が侵入することが不可能となる。
【００３３】
上述した通り、インペラ背面１ｂと相対する静止側ケーシング３のケーシング相対面３ａには、図１に示す如く、インペラ半径Ｒの２／３の位置から回転軸６までの間に、インペラ背面１ｂと相対するが、上述の通りインペラ背面１ｂに沿った滑面が整形されていない、静止側ケーシング３のラビリンスシール部７近傍の軸シール部近傍相対面３ｂがあっても良い。
【００３４】
何故なら、静止側ケーシング３のケーシング相対面３ａには、インペラ外周１ｃからこのインペラ半径Ｒの少なくとも１／２以上の半径まで、前記インペラ背面１ｂに沿った滑面が整形され、前記インペラ背面１ｂとケーシング相対面３ａとが、略一定寸法Ｓを有する隙間４を形成して構成されているので、微粒子等の異物が、隙間４を経て軸シール部近傍相対面３ｂにまで至る可能性は殆ど無いためである。
【００３５】
次に、本発明の実施の形態に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造を、添付図２を参照しながら以下説明する。図２は本発明の実施の形態に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造を示す縦断面図である。尚、本発明の実施の形態が上記関連技術と相違するところは、静止側ケーシングのケーシング相対面の構成に相違があり、その他は同構成であるから、上記関連技術と同一のものに同一符号を付して、その相違する点について以下説明する。
【００３６】
即ち、本発明の関連技術に係る静止側ケーシング３のケーシング相対面３ａが、インペラ外周１ｃからこのインペラ半径Ｒの２／３の半径位置まで、インペラ背面１ｂに沿った滑面が整形され、前記インペラ背面１ｂとケーシング相対面３ａとが、略一定寸法Ｓを有する隙間４を形成して構成されていた。
【００３７】
それに対し、本発明の実施の形態に係る静止側ケーシング３のケーシング相対面は、図２に示す如く、静止側ケーシング３の内周側の回転軸６近傍において、インペラ背面１ｂに沿った滑面が整形されていないラビリンスシール部７外表面に相当するケーシング相対面３ｂに、バッファガス流路を整形するアダプター１１が設けられている。その結果、インペラ背面１ｂ全域に亘って、略一定寸法Ｓを有する隙間４が回転軸６表面まで延設され、低流速域が解消されるため、異物付着の可能性がより一層少なくなる。尚、前記バッファガス流路としては、外周側の隙間４と同様、略一定寸法Ｓを有するものが、バッファガスの流速を一定の高速流に保持し得る点から好ましい。
【００３８】
以上説明した通り、本発明に係る遠心圧縮機インペラ背面の異物付着防止構造によれば、前記インペラ背面が滑面に整形され、かつ、前記インペラ背面と相対する静止側ケーシングのケーシング相対面の少なくともインペラ外周側の部位が前記インペラ背面に沿った滑面に整形されると共に、前記インペラ背面と前記ケーシング相対面との間に、前記インペラ外周からこのインペラ半径の少なくとも１／２以上の半径まで、前記インペラ背面に沿って略一定寸法の隙間が形成されてなるので、インペラ背面全体に亘って前記バッファガスの流れをスムーズな層流とすると共に平均流速を増大させ得る結果、インペラ背面に微粉末等の異物が滞留、付着或いは堆積を解消して、取り扱いガス中に同伴されインペラ背面に侵入した前記異物がインペラ背面等に付着するのを防止できる。
【符号の説明】
【００３９】
Ｒ：インペラ半径，
Ｓ：略一定寸法，
Ｓ０：微小寸法，
１：インペラ，                １ａ：インペラ表面，
１ｂ：インペラ背面，          １ｃ：インペラ外周，
２，３：静止側ケーシング，
３ａ：ケーシング相対面，
３ｂ：滑面が整形されていないケーシング相対面，
４：隙間，                    ４ａ：半径方向隙間，
５：気体流路，                ６：回転軸，
７：ラビリンスシール部，      ８：メカニカルシール部，
９：軸受，                    １０：バッファガス供給孔，
１１：アダプター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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