(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メカニカルシールに対する熱障壁を提供するための圧縮機端部ヘッド（２００）であって、
中央の開口部（２１１）と、入口（２１３）と、圧縮機シャフトの端部分を包囲するための前記開口部（２１１）の溝（２１２）と、外面に沿った流路とを有する内側端部ヘッド（２１０）と、
前記内側端部ヘッド（２１０）を包囲するための中央の開口部（２２１）と、出口（２２４）と、前記開口部（２２１）に半径方向に隣接する側面に沿った溝（２２５）とを有する外側端部ヘッド（２２０）と、
を備える、圧縮機端部ヘッド（２００）。
【請求項２】
前記外側端部ヘッドは、外面に沿った前記溝に隣接するチャンバを更に備える、請求項１に記載の端部ヘッド。
【請求項３】
前記外側端部ヘッドの前記外面は、前記メカニカルシールに隣接する、請求項１又は請求項２に記載の端部ヘッド。
【請求項４】
前記メカニカルシールは、ドライガスシール（ＤＧＳ）である、請求項１〜３のいずれかに記載の端部ヘッド。
【請求項５】
前記内側端部ヘッドの直径は、前記外側端部ヘッドの中央の前記開口部の直径にほぼ等しい、請求項１〜４のいずれかに記載の端部ヘッド。
【請求項６】
前記内側端部ヘッドの外面上の前記流路は、前記内側端部ヘッドの内面上の前記溝に対応する、請求項１〜５のいずれかに記載の端部ヘッド。
【請求項７】
前記入口、前記出口及び前記流路は、熱油又は熱ガス用である、請求項１〜６のいずれかに記載の端部ヘッド。
【請求項８】
前記流路は、前記入口及び前記出口に接続される、請求項１〜７のいずれかに記載の端部ヘッド。
【請求項９】
前記流路は、螺旋流路であり、前記メカニカルシールに対して少なくとも軸方向の熱障壁を提供する、請求項１〜８のいずれかに記載の端部ヘッド。
【請求項１０】
前記流路は、前記メカニカルシールに対して半径方向の熱障壁を提供する、請求項９に記載の端部ヘッド。
【請求項１１】
前記内側端部ヘッドは、前記外側端部ヘッドの前記溝に沿って前記外側端部ヘッドに溶接される、請求項１〜１０のいずれかに記載の端部ヘッド。
【請求項１２】
メカニカルシール付近に熱障壁を提供するための圧縮機端部ヘッド（２００）であって、
中央の開口部（２１１）と、入口（２１３）と、圧縮機シャフトの端部分を包囲するための前記開口部の溝（２１２）とを有する内側端部ヘッド（２１０）と、
前記内側端部ヘッド（２１０）を包囲するための中央の開口部（２２１）と、出口（２２４）と、前記開口部（２２１）に半径方向に隣接する側面に沿った溝（２２５）と、前記入口（２１３）に接続された入口チャンバ（３２６）と、前記出口（２２４）に接続された出口チャンバ（３２７）と、前記入口チャンバ（３２６）と前記出口チャンバ（３２７）とを接続する軸方向チャネル（３２８）とを有する外側端部ヘッド（２２０）と、
を備える、圧縮機端部ヘッド（２００）。
【請求項１３】
前記入口チャンバは前記内側端部ヘッドの前記入口に接続され、前記出口チャンバは前記出口に接続される、請求項１２に記載の端部ヘッド。
【請求項１４】
加熱物質は、前記チャネルのうちの１つを介して、前記入口から前記入口チャンバへ、そして前記入口チャンバから前記出口チャンバへ流れる、請求項１２又は請求項１３に記載の端部ヘッド。
【請求項１５】
シャフト（１２０）と、
複数のインペラ（１３０）と、
中央の開口部（２１１）と、入口（２１３）と、前記シャフトの端部分を包囲するための前記開口部（２１１）に隣接する面に沿った複数の溝（２１２）と、半径方向外面に沿った少なくとも１つの流路とを有する内側端部ヘッド（２１０）と、
前記内側端部ヘッド（２１０）を包囲するための中央の開口部（２２１）と、出口（２２４）と、内面と前記開口部（２２１）に半径方向に隣接する外面とに沿った溝（２２５）とを有する外側端部ヘッド（２２０）と、
を備える、圧縮機（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して圧縮機に関し、より詳細には、広い温度範囲にわたって圧縮機の円滑な運転を保証するための熱障壁の提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機は、機械エネルギーを用いることにより、圧縮性流体（例えば、ガス）の圧力を上昇させる機械である。圧縮機は、多くの異なる用途、且つ、発電、天然ガス液状化及びその他のプロセスを含む多数の工業プロセスにおいて使用される。そのようなプロセス及びプロセスプラントにおいて使用される各種の圧縮機は、例えば、遠心インペラを回転させることによる遠心加速度を手段として、機械エネルギーが圧縮機へのガス入力に作用する、いわゆる遠心圧縮機である。
【０００３】
遠心圧縮機は、単一のインペラを取り付けて（即ち、単段構成で）もよく、或いは複数のインペラを直列に取り付けてもよく、その場合には、多段圧縮機と呼ばれることが多い。遠心圧縮機の各々の段は、通常、圧縮されるガス用の入口導管と、入力ガスに運動エネルギーを供給することができるインペラと、インペラから出るガスの運動エネルギーを圧力エネルギーに変換するディフューザとを含む。
【０００４】
多段圧縮機１００を図１に示す。圧縮機１００は、シャフト１２０と、複数のインペラ１３０とを含む。シャフト１２０及びインペラ１３０は、ベアリング１９０及び１９０’によって支持され、シーリング１８０及び１８０’によって外部に対して密封されたロータアセンブリに含まれている。
【０００５】
多段遠心圧縮機は、入口ダクト１６０から入力プロセスガスを受け取り、ロータアセンブリの作動によってプロセスガス圧力を上昇させ、続いてプロセスガスを入力圧力よりも高い出力圧力で出口ダクト１７０を通じて放出するように機能する。プロセスガスは、例えば、二酸化炭素、硫化水素、ブタン、メタン、エタン、プロパン、液化天然ガス、又はそれらの組み合わせのうちのいずれか１つであってよい。インペラ１３０とベアリング１９０及び１９０’との間には、プロセスガスがベアリングへと流れるのを防止するためにシーリング１８０及び１８０’が設けられる。
【０００６】
各々のインペラ１３０は、プロセスガスの圧力を上昇させる。各々のインペラ１３０は、多段圧縮機１００の１つの段と考えられる。従って、段の追加によって、出力圧力対入力圧力の比率が増加することになる。
【０００７】
石油・ガス産業及び発電所における圧縮機は、様々なガス温度で作動する。温度は、極低温から超高温まで変化する。自然気化ガス利用（ＢＯＧ）圧縮機の内面は極低温にさらされるが、圧縮機の外面は大気温度にさらされる。極低温によって、構成要素で熱収縮が生じる。収縮は、様々な部分の温度変化が原因で均一ではない。不均一な収縮は、隙間を減少させ、且つ／又は、隣接する構成要素間の干渉を生じさせて、圧縮機の性能に影響を及ぼす。ＢＯＧ圧縮機では、シーリング１８０及び１８０’（一般に、メカニカルシール又はドライガスシール（又はＤＧＳ）タイプ）、端部ヘッド１４０及び１４０’（加熱シールキャリアを含んでいてもよい）、ベアリング１９０及び１９０’、並びにシャフト１２０間の熱収縮差が、それらの間の干渉を生じさせ、圧縮機の通常動作に影響を及ぼす。
【０００８】
関連する動作温度にわたる熱張力を除去又は低減するために、ドライガスシール１８０及び１８０’は、熱遮蔽としての機能も果たす加熱シールキャリア１４０及び１４０’の中に封入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００５／０２６５８９号パンフレット
【発明の概要】
【００１０】
ＢＯＧ圧縮機の円滑な運転を保証するために、ドライガスシール及び端部ヘッドにかかる熱張力及び熱応力を、ＤＧＳの周囲に熱障壁を導入することによって最小限に抑えることが望ましいであろう。
【００１１】
これらの例示的実施形態によるシステム及び方法は、ＢＯＧ圧縮機の円滑な運転を保証するために、メカニカルシール及び端部ヘッドにかかる熱張力及び熱応力を、メカニカルシールの周囲に熱障壁を導入することによって最小限に抑えるための半径方向及び軸方向の熱障壁を提供する。
【００１２】
一例示的実施形態によれば、メカニカルシール付近に熱障壁を提供するための圧縮機端部ヘッドは、内側端部ヘッド及び外側端部ヘッドを含む。外側端部ヘッドは、内側端部ヘッドを包囲するための中央の開口部と、出口と、開口部に半径方向に隣接する側面に沿った溝とを含む。内側端部ヘッドは、中央の開口部と、入口と、圧縮機シャフトの端部分を包囲するための開口部の溝と、外面に沿った流路とを含む。
【００１３】
別の例示的実施形態によれば、メカニカルシール付近に熱障壁を提供するための圧縮機端部ヘッドは、内側端部ヘッド及び外側端部ヘッドを含む。内側端部ヘッドは、中央の開口部と、入口と、圧縮機シャフトの端部分を包囲するための開口部の溝とを含む。外側端部ヘッドは、内側端部ヘッドを包囲するための中央の開口部と、出口と、開口部に半径方向に隣接する側面に沿った溝と、入口に接続された入口チャンバと、出口に接続された出口チャンバと、入口チャンバと出口チャンバとを接続する軸方向チャネルとを含む。
【００１４】
更なる実施形態によれば、圧縮機は、シャフトと、複数のインペラと、複数のシールと、シールに隣接する内側端部ヘッド及び外側端部ヘッドとを含む。外側端部ヘッドは、内側端部ヘッドを包囲するための中央の開口部と、出口と、開口部に半径方向に隣接する側面に沿った溝とを含む。内側端部ヘッドは、中央の開口部と、入口と、圧縮機シャフトの端部分を包囲するための開口部の溝と、外面に沿った流路とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】多段圧縮機を示す。
【図２】例示的実施形態によるドライガスシール端部ヘッドを示す。
【図３】例示的実施形態によるドライガスシール端部ヘッドの切断図を示す。
【図４】例示的実施形態によるドライガスシール端部ヘッドの切断図を示す。
【図５】例示的実施形態による外側端部ヘッドの内側を示す。
【図６】例示的実施形態による外側端部ヘッドの外側を示す。
【図７】例示的実施形態による外側端部ヘッドの切断図を示す。
【図８】例示的実施形態による内側端部ヘッドの内部切断図を示す。
【図９】例示的実施形態による内側端部ヘッドの外部切断図を示す。
【図１０】例示的実施形態による内側端部ヘッド内の油流路を示す。
【図１１】例示的実施形態による端部ヘッド内の油流路を示す。
【図１２】例示的実施形態によるドライガスシール端部ヘッドの切断図を示す。
【図１３】例示的実施形態によるドライガスシール端部ヘッドの切断図を示す。
【図１４】例示的実施形態による外側端部ヘッドの切断図を示す。
【図１５】例示的実施形態による内側端部ヘッドの切断図を示す。
【図１６】例示的実施形態による内側端部ヘッドの切断図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面は、例示的な実施形態を図示する。例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面を参照する。異なる図面における同じ参照番号は、同じ又は同様の要素を特定する。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。代わりに、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００１７】
例示的実施形態において、メカニカルシールと端部ヘッドとの間の干渉は、ＢＯＧ圧縮機の円滑な運転を保証するために、メカニカルシールの周囲に軸方向の熱障壁を提供することによって防止される。
【００１８】
ＢＯＧ用途では、メカニカルシール（図１のシーリング１８０及び１８０’等）として、周知のように加熱シールキャリアに封入されたドライガスシールが挙げられる。ドライガスシールは、圧縮機を囲んで圧縮機を外部から遮断する。
【００１９】
ドライガスシールは、圧縮機の端部の端部ヘッド１４０及び１４０’と接触させることができる。図２を参照すると、端部ヘッド２００には、内側端部ヘッド２１０及び外側端部ヘッド２２０が含まれる。端部ヘッド２１０及び２２０の各々又は両方は、円形であっても、他の何らかの形状であってもよいが、例示的実施形態では円形であるものとして示す。端部ヘッド２００は、例えば、一部の実施形態では内側端部ヘッド２１０及び外側端部ヘッド２２０を溶接することによって、形成することができる。
【００２０】
円形又はリング状の外側端部ヘッド２２０を、図５及び６に示す。外側端部ヘッド２２０は、中央に円形開口部２２１を含んでおり、内側端部ヘッド２１０はその中で、（図２に示すように）円周上に包囲又は嵌合されることになる。
【００２１】
図２を参照すると、外側端部ヘッド２２０は、内側面２２２上に熱油出口２２４を含む。外側端部ヘッド２２０はまた、円形開口部２２１を取り囲む円形溝２２５を含んでおり、内側端部ヘッド２１０はそこで、外側端部ヘッド２２０と溶接されて円周方向エンクロージャを形成することになる。外側端部ヘッド２２０は、両側面（即ち、内側面及び外側面）に沿った溝２２５を含んでもよい。内側端部ヘッド２１０は、熱油入口２１３を含む。
【００２２】
内側端部ヘッド２１０の外面及び内面の切断図を、図８及び９に示す。内側端部ヘッド２１０は、中央に円形開口部２１１を含む。図８に示すように、内側端部ヘッド２１０は、開口部内に、圧縮機シャフトの端部分の配置及び密封を容易にするための複数の溝２１２を含む。
【００２３】
内側端部ヘッド２１０の直径は、外側端部ヘッド２２０内での内側端部ヘッド２１０の包囲を容易にするために、外側端部ヘッド２２０の円形開口部２２１の直径にほぼ等しくしてもよい。
【００２４】
図９に示すように、内側端部ヘッド２１０は、外面に沿った油流路２１４も含むことができる。流路２１４は、螺旋流路であってよい。外面に沿った流路２１４は、内側端部ヘッドの内面上にある溝２１２間に形成することができる。即ち、外面上の螺旋流路２１４は、溝２１２間の、内側端部ヘッドの内面の隆起部分に対応することになる（流路２１４は、内側端部ヘッド２１０の内面上の溝２１２間の隆起部分に対応する外面上に配置されることになる）。一部の実施形態では、流路２１４は、溝２１２に対応させてもよい。内側端部ヘッド２１０が外側端部ヘッド２２０に溶接されると、流路２１４は、熱油又は熱ガスが入口２１３から出口２２４へと流れる経路を提供することができる。
【００２５】
図３及び４の端部ヘッド２００では、螺旋流路２１４及び熱油又は熱ガス出口２２４を示す。図２と併せて見ると、内側端部ヘッド２１０の入口２１３に入る熱油又は熱ガスは、螺旋流路２１４を通って外側端部ヘッド２２０の出口２２４へ流れる。
【００２６】
内側端部ヘッド２１０の外面は、上述し、且つ図１０に示すように、螺旋流路２１４を含むことができる。流路は、図１１に示すように軸方向熱障壁を提供する螺旋経路と同様であってもよい。本明細書に記載した流路は、端部ヘッドとＤＧＳとの間に熱障壁を提供する。
【００２７】
一部の実施形態では、更なる熱障壁を提供することもできる。図７を参照すると、外側端部ヘッド２２０の外側面に近接する（ＤＧＳにより近い）熱油／熱ガスチャンバ２２３は、温度差を更に低下させる。本実施形態では、螺旋流路２１４内の油は、チャンバ２２３に流れ込んで出口２２４へと流れる。
【００２８】
螺旋流路からの漏れを防止するために、一部の実施形態では、内側端部ヘッド２１０と外側端部ヘッド２２０との間で軽い締まり嵌めを行なってもよい。内側端部ヘッド及び外側端部ヘッドは、一部の実施形態では、圧縮機ハウジングにボルト締めすることもできる。
【００２９】
一部の実施形態では、螺旋流路は、外側端部ヘッドのストレート孔と置き換えて内側端部ヘッドに対する加熱を行なってもよく、内側端部ヘッドとドライガスシールを、圧縮機が極低温のガスを操作又は処理する場合にドライガスシールと端部ヘッドとの間の干渉を避けるのに必要な温度に維持することができるようになる。
【００３０】
図１２及び１３を参照すると、端部ヘッド３００は、内側端部ヘッド３１０及び外側端部ヘッド３２０（上記した端部ヘッド２００の内側端部ヘッド２１０及び外側端部ヘッド２２０に対応する）を含む。内側端部ヘッド３１０は、熱油入口３１３を含む。外側端部ヘッド３２０は、熱油出口３２０と、外側端部ヘッド３２０に対する内側端部ヘッド３１０の溶接を容易にするための溝３２５とを含む。外側端部ヘッドはまた、入口ガス又は油チャンバ３２６及び出口ガス又は油チャンバ３２７を含む。
【００３１】
チャンバ３２６は、入口３１３から油を受け入れるための内側端部熱油入口３１３付近に設けられる。外側端部ヘッド３２０の複数の通路３２８（図１４に示す）は、入口チャンバ３２６から出口チャンバ３２７への油の流れを促進する。出口チャンバ３２７は、油出口３２４に接続される。例示的実施形態では、４つの通路（又はチャネルや孔）３２８が存在し得る。
【００３２】
チャンバ３２６及び３２７は、内側端部ヘッド３１０の軸に沿った均一な熱油の流れを促進するために、外側端部ヘッド３２０のストレート孔３２８を介して互いに接続することができる。
【００３３】
内側端部ヘッド３１０は、図１５及び１６に示すような形態であってもよい。内側端部ヘッド３１０は、その外面３１５に沿った入口３１３から外側端部ヘッド３２０の出口３２４への油の流れを促進することもできる。内側端部ヘッド３１０は、ラビリンスシールを提供することができる。
【００３４】
本明細書で用いられる外側端部ヘッド（又は内側端部ヘッド）の「内側面」という用語は、端部ヘッドのインペラに面する（即ち、インペラとシャフトの端部との間の）側面を指すことになる。本明細書で用いられる「外側面」という用語は、インペラに面していない側にある端部ヘッドの側面（即ち、ケーシングの外部に向かって面する端部ヘッドの側面）を指すことになる。
【００３５】
外側端部ヘッドの外面は、メカニカルシールに隣接する。メカニカルシールは、ドライガスシール（ＤＧＳ）であってよい。入口、出口、チャンバ（図７）及び流路は、熱油又は熱ガス用になる。
【００３６】
入口チャンバ３２６及び出口チャンバ３２７は、半径方向の熱障壁を提供する。チャネル又は通路３２８（図１４）は軸方向チャネルであってもよく、軸方向の熱障壁を提供する。
【００３７】
本明細書に記載した例示的実施形態は、多数の利点を提供する。例示的実施形態による加熱システムは、半径方向及び軸方向の熱障壁を提供する。熱障壁によって、入口とＤＧＳを取り囲む領域との間の熱伝達が減少し、ＢＯＧ圧縮機の円滑な運転につながる。最適化された流路は、ＤＧＳの周囲で半径方向及び軸方向への段階的な温度変化を提供し、内部熱応力も低下させる。更に、例示的実施形態による加熱システムは、ＤＧＳと端部ヘッドとの間の干渉を防止する。本システムは、単純で小型である。本システムはまた、干渉を防止すると共に、極低温でのＢＯＧ圧縮機の円滑な運転を提供する。
【００３８】
上述の例示的実施形態は、軸方向の熱障壁、又は軸方向及び半径方向の熱障壁を提供して、自然気化ガス利用における温度勾配を操作する。端部ヘッドは、圧縮機にボルト締めしてもよい。内側端部ヘッド及び外側端部ヘッドを締まり嵌めして端部ヘッドを形成することもできる。
【００３９】
上述の例示的実施形態は、あらゆる点で、本発明を限定するのではなく例示を目的としている。従って、本発明は、実施の詳細において多くの変形が可能であり、それらは、当業者によって本明細書に含まれる説明から導き出すことができる。そのような全ての変形及び変更は、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の技術的範囲及び技術的思想の範囲内であると見なされる。本出願の説明で用いられる要素、動作、又は命令は、本発明にとって不可欠又は本質的であると明示的に説明されない限り、そのように解釈されるべきではない。また、本明細書で用いられる冠詞「ａ」は、１つ又は複数の要素を含むことが意図される。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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