(57)【要約】【課題】オーバハング型遠心圧縮機について、断熱効率を低下させることなく、起動時スラスト荷重を低減できるようにする。【解決手段】オーバハング型遠心圧縮機は起動時スラスト低減手段を備えている。その起動時スラスト低減手段は、羽根車作動室４の内周面と羽根車５の前面側外周面との間の隙間をシール手段にて閉鎖状態にして形成したスラスト負荷空隙２１を含んでおり、そのスラスト負荷空隙に圧縮や送気の対象とするガスの圧力に応じて生じさせるスラスト負荷圧力により起動時スラスト荷重に対抗するスラスト荷重を圧縮機ロータ１に負荷できるようにされている。【選択図】図１
2006177242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の先端部に羽根車を取り付けて構成された圧縮機ロータを備えるとともに、前記羽根車が納まる羽根車作動室が形成されたケーシングを備え、さらに圧縮や送気の対象とするガスが持っている圧力により起動時に前記圧縮機ロータにかかる起動時スラスト荷重を低減するための起動時スラスト低減手段を備えたオーバハング型遠心圧縮機において、
前記起動時スラスト低減手段は、前記羽根車作動室の内周面と羽根車の前面側外周面との間の隙間をシール手段にて閉鎖状態にして形成したスラスト負荷空隙を含んでおり、前記スラスト負荷空隙に前記ガスの圧力に応じて生じさせるスラスト負荷圧力により前記起動時スラスト荷重に対抗するスラスト荷重を前記圧縮機ロータに負荷できるようにされていることを特徴とするオーバハング型遠心圧縮機。
【請求項２】
前記スラスト負荷空隙は、前記羽根車作動室からの前記ガスの漏洩を許容するように形成され、そして前記スラスト負荷空隙への漏洩ガスを、圧力調整手段を介して前記スラスト負荷空隙から外部へ放出することで前記スラスト負荷圧力を生じさせるようにされている請求項１に記載のオーバハング型遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種プロセスプラントなどにおいてガスの圧縮や送気に使用されるオーバハング型遠心圧縮機に関し、特にオーバハング型遠心圧縮機の圧縮機ロータにおける起動時スラスト荷重の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２に、オーバハング型遠心圧縮機の従来における一般的な構成を示す。オーバハング型遠心圧縮機は圧縮機ロータ１を備えている。圧縮機ロータ１は、回転軸２と、回転軸２の先端部に取り付けられてケーシング３に形成の羽根車作動室４に納まるようにされた羽根車（遠心羽根車）５で構成されている。回転軸２は、中間部に２箇所で設けられたラジアル軸受６によりラジアル方向の支持を受けるとともに、後端部に設けられたスラスト軸受７によりスラスト方向の支持を受けている。また回転軸２には軸封装置８が取り付けられ、羽根車作動室４に入り込むガスが回転軸２に沿って外部に漏れることのないようされている。羽根車５は、心板部１１と側板部１２で囲われた中空状の羽根部１３を有する構造とされ、その心板部１１の外周面と羽根車作動室４の内周面の間をラビリンスシール１４でシールされ、またその側板部１２の外周面と羽根車作動室４の内周面の間をラビリンスシール１５でシールされている。この羽根車５は、回転軸２の先端部に取り付けられていることから、ラジアル軸受６による回転軸２の支持に関して片持ち構造となっている。このためオーバハング型と呼ばれる。
【０００３】
このようなオーバハング型遠心圧縮機には、起動時に圧縮機ロータ１にかかるスラスト荷重（起動時スラスト荷重）の問題がある。羽根車作動室４には、圧縮機の停止中においてもプロセスガスにより一定の圧力（セットリング圧力）がかかる。このプロセスガスのセットリング圧力は、羽根車５に対して回転軸２の軸径Ｄ１に応じたスラスト荷重を図の状態で右方向に負荷する。即ち圧縮機ロータ１が停止している状態では、プロセスガスのセットリング圧力は羽根車作動室内４に一様に作用しているため、羽根車５の側板部１２にスラスト荷重は相殺して作用しない。一方で、羽根車５の心板部１１においては回転軸２の軸径Ｄ１に応じて外周面のセットリング圧力作用面積が小さくなることから、心板部１１に対してスラスト荷重は図の状態で右方向に作用する。この結果として起動時に当たっては、回転軸２の軸径Ｄ１に応じたスラスト荷重が圧縮機ロータ１にかかることになる。
【０００４】
このため圧縮機を使用するプロセスプラントにおけるプロセスガスのセットリング圧力に応じてスラスト軸受の負荷能力を設定する必要があり、プロセスガスのセットリング圧力が高くなるのにしたがってスラスト軸受が大型化し、圧縮機の大型化とコストアップを招くことになる。また起動時スラスト荷重は、起動トルクの増大にもつながる。そのために圧縮機ロータの駆動機に通常運転における出力よりも大きな定格出力の駆動機が必要となり、このことでも圧縮機の大型化とコストアップを招くことになる。
【０００５】
なお起動後は圧縮機ロータ１による圧縮でガスの圧力が上昇し、その上昇した圧力が羽根車５の心板部１１にかかることで、停止時や起動時とは逆方向のスラスト荷重が羽根車５にかかることになる。このスラスト荷重に対しては、心板部１１におけるラビリンスシール１４の径方向位置Ｄ２を適切に設定することで、スラスト軸受６の負荷能力に応じた荷重となるようにする対応が可能である。
【０００６】
以上のようなプロセスガスのセットリング圧力に起因する起動時スラスト荷重については、それを低減する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、内部空洞の圧力を調整できるようにしたボスを案内羽根でケーシングに固定して回転軸の先端部に設け、そのボスの内部圧力を回転軸に作用させることで起動時スラスト荷重を相殺して低減するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１２９３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようにオーバハング型遠心圧縮機には、圧縮や送気の対象とするガスがもともと持っている固有の圧力に起因する起動時スラスト荷重に対処するために大型化やコストアップを招くという問題があった。この問題について、特許文献１に開示の技術は、起動時スラスト荷重を有効に低減できるようにし、これにより大型化やコストアップを避けることを可能としている。
【０００９】
しかし、特許文献１の技術は起動時スラスト荷重の低減を可能とするものの、その一方で圧縮機の断熱効率は低下させるという問題を招いている。特許文献１の技術では、起動時スラスト荷重低減するために、回転軸の先端部に設けるボスを案内羽根でケーシングに固定するようにしている。これらの構造物は、その機能からして必然的にガスの通過経路中に設けられることになるが、その結果、ガスの通過に対して障害となり、そのために圧力損失を発生し、圧縮機の断熱効率を低下させることになる。
【００１０】
本発明は以上のような事情を背景になされたものであり、その目的は、オーバハング型遠心圧縮機について、断熱効率の低下などの問題を招くことなく起動時スラスト荷重を有効に低減できるようにすることにある
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的のために本発明では、回転軸の先端部に羽根車を取り付けて構成された圧縮機ロータを備えるとともに、前記羽根車が納まる羽根車作動室が形成されたケーシングを備え、さらに圧縮や送気の対象とするガスが持っている圧力により起動時に前記圧縮機ロータにかかる起動時スラスト荷重を低減するための起動時スラスト低減手段を備えたオーバハング型遠心圧縮機において、前記起動時スラスト低減手段は、前記羽根車作動室の内周面と羽根車の前面側外周面との間の隙間をシール手段にて閉鎖状態にして形成したスラスト負荷空隙を含んでおり、前記スラスト負荷空隙に前記ガスの圧力に応じて生じさせるスラスト負荷圧力により前記起動時スラスト荷重に対抗するスラスト荷重を前記圧縮機ロータに負荷できるようにされていることを特徴としている。
【００１２】
また本発明では、上記のようなオーバハング型遠心圧縮機について、前記スラスト負荷空隙を、前記羽根車作動室からの前記ガスの漏洩を許容するように形成し、そして前記スラスト負荷空隙への漏洩ガスを、圧力調整手段を介して前記スラスト負荷空隙から外部へ放出することで前記スラスト負荷圧力を生じさせるようにしている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、起動時スラスト荷重を有効に低減することができ、しかも起動時スラスト低減手段が羽根車作動室におけるガスの通過に対して障害となるようなことがなく、断熱効率の低下の問題も避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１に一実施形態によるオーバハング型遠心圧縮機の構成を示す。本実施形態のオーバハング型遠心圧縮機は、図２に関して上で説明した従来のオーバハング型遠心圧縮機と共通の構成も有している。以下では本実施形態に特徴的な構成である起動時スラスト低減手段について主に説明し、従来と共通する構成要素については図２と共通の符号を付し、それらに関する説明は上での説明を援用することで適宜省略している。
【００１５】
起動時スラスト低減手段は、スラスト負荷空隙２１、連通路２２、および圧力調整系２３を含んでいる。スラスト負荷空隙２１は、羽根車５の側板部１２の外周面つまり羽根車５の前面側外周面と羽根車作動室４の内周面が近接する部分、具体的には側板部１２の外周面と羽根車作動室４の内周面の間をシールするラビリンスシール１５が設けられる部分を利用して形成されている。より具体的には、羽根車５により圧縮された高圧ガスが低圧側に漏れるのを防止するためのシールとして設けられているラビリンスシール１５に加えてラビリンスシール２４を側板部１２と羽根車作動室４の内周面の間に設け、これら両シール手段により羽根車作動室４の内周面と羽根車５の側板部１２の外周面との間の隙間に閉鎖状態のスラスト負荷空隙２１を形成している。
【００１６】
連通路２２は、ケーシング３の中実部分を貫通する状態で形成されており、一端をスラスト負荷空隙２１に連通させ、他端をケーシング３の外周面に開口させるようにされている。こうした連通路２２は、連通路２２ａ、２２ｂとして２箇所で設けられている。
【００１７】
圧力調整系２３は、圧力調整手段である圧力調整弁２５と圧力検出手段２６を含んでいる。圧力調整弁２５は、一方の側が配管２７と連通路２２ａを介してスラスト負荷空隙２１に連通し、他方の側が大気側またはプロセスガスの低圧側に連通させられている。圧力検出手段２６は、連通路２２ｂを介してスラスト負荷空隙２１の内部圧力を検出できるようにされている。
【００１８】
このような起動時スラスト低減手段による起動時スラスト荷重の低減は以下のようにしてなされる。スラスト負荷空隙２１は、ある程度の漏洩を許容するラビリンスシールでシールすることで閉鎖状態にされている。このため起動時において羽根車作動室４にセットリング圧力Ｐ１を加えているプロセスガスはスラスト負荷空隙２１に漏れ出し、これによりスラスト負荷空隙２１にはある圧力がかかる状態になっている。圧力検出手段２６は、そのスラスト負荷空隙２１の圧力を検出し、検出した圧力に応じた圧力値信号を出力する。圧力検出手段２６から圧力値信号は圧力調整弁２５に入力し、圧力調整弁２５の開度を制御する。圧力調整弁２５が圧力値信号に応じた開度になると、その開度に応じてスラスト負荷空隙２１から大気側またはプロセスガスの低圧側へのガスの放出がなされ、これによりスラスト負荷空隙２１の圧力は低下し、プロセスガスのセットリング圧力つまり羽根車作動室４に生じている圧力Ｐ１よりも低い所定のスラスト負荷圧力Ｐ２になる。すなわち圧力値信号による圧力調整弁２５の開度制御は、プロセスガスの漏洩で生じるスラスト負荷空隙２１の圧力を羽根車作動室４の圧力Ｐ１よりも一定だけ低いスラスト負荷圧力Ｐ２に保つようになされる。
【００１９】
このようにしてスラスト負荷空隙２１の圧力がスラスト負荷圧力Ｐ２に保たれることにより、Ｐ１とＰ２の差圧に応じたスラスト荷重が羽根車５に対して図の状態で左方向に負荷されることになる。このスラスト負荷空隙２１により負荷されるスラスト荷重は起動時スラスト荷重とは逆方向であり起動時スラスト荷重を低減させるように働く。したがってＰ２を適切に設定することにより、スラスト負荷空隙２１によるスラスト荷重で起動時スラスト荷重を相殺して実質的に起動時スラスト荷重が生じない状態とすることも可能である。
【００２０】
以上のようにして起動時スラスト荷重を低減した状態で起動がなされ、定常運転に入ると、圧力調整弁２５は閉状態になる。このため定常運転中は、スラスト負荷空隙２１を通じてプロセスガスが漏洩することはない。ただ、圧力調整弁２５を閉じた状態にあってもスラスト負荷空隙２１の圧力は羽根車作動室４における圧力Ｐ１よりも小さな圧力Ｐ３になっており、これによるスラスト荷重が羽根車５に負荷されることになる。このスラスト荷重は、起動後のガス圧力の上昇によるスラスト荷重と同種のものであり、心板部１１におけるラビリンスシール１４の径方向位置Ｄ２を適切に設定すること対応することが可能である。
【００２１】
以上のように本発明によれば、起動時スラスト荷重を有効に低減することができ、これにより圧縮機の小型化や低コスト化を可能とする。また羽根車作動室４の内周面と羽根車５の側板部１２の外周面との間の隙間を利用したスラスト負荷空隙２１により起動時スラスト荷重の低減を行うようにしているため、羽根車作動室４におけるガスの通過に対して障害となるようなことがなく、断熱効率の低下の問題も避けることができる。
【００２２】
以上の実施形態では、スラスト負荷空隙２１のシール手段としてラビリンスシールを用いていたが、これに代えて例えばアブレーダブルシールなどを用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、オーバハング型遠心圧縮機について、断熱効率の低下を招くことなく起動時スラスト荷重を有効に低減できるものであり、オーバハング型遠心圧縮機の分野で広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態によるオーバハング型遠心圧縮機の構成を示す図である。
【図２】従来のオーバハング型遠心圧縮機における一般的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    圧縮機ロータ
２    回転軸
３    ケーシング
４    羽根車作動室
５    羽根車
１５、２４    ラビリンスシール
２１    スラスト負荷空隙
２５    圧力調整弁
【図１】
2006177242.tif 000003
【図２】
2006177242.tif 000004