(57)【要約】【課題】シール性能が向上した回転機械を提供する。【解決手段】当接面６１２を介して互いに当接する２つのケーシング半体、及びそれぞれのケーシング半体に設けられ、当接面６１２に沿って広がるフランジ６１，６２を有するケーシングと、フランジ６１，６２に形成された貫通孔６１０，６１１に、貫通孔６１０，６１１の延びる方向における一方側から挿通されるボルト７０Ａと、他方側のフランジ６２における当接面６１２とは反対側のフランジ外面６２Ａに固定され、ボルト７０Ａの先端部が挿通される袋ナット７１と、を備え、袋ナット７１は全周にわたって形成された溶接部Ｗによってフランジ外面６２Ａに対して固定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
当接面を介して互いに当接する２つのケーシング半体、及びそれぞれの前記ケーシング半体に設けられ、前記当接面に沿って広がるフランジを有するケーシングと、
前記フランジに形成された貫通孔に、該貫通孔の延びる方向における一方側から挿通されるボルトと、
他方側の前記フランジにおける前記当接面とは反対側のフランジ外面に固定され、前記ボルトの先端部が挿通される袋ナットと、
を備え、
前記袋ナットは、該袋ナットの全周にわたって形成された溶接部によって前記フランジ外面に対して固定されている回転機械。
【請求項２】
当接面を介して互いに当接する２つのケーシング半体、及びそれぞれの前記ケーシング半体に設けられ、前記当接面に沿って広がるフランジを有するケーシングと、
前記フランジに形成された貫通孔に、該貫通孔の延びる方向における一方側から挿通されるボルトと、
他方側の前記フランジにおける前記当接面とは反対側のフランジ外面に固定され、前記ボルトの先端部が挿通される袋ナットと、
を備える回転機械の組立方法であって、
前記フランジ外面における前記貫通孔に対応する位置に前記袋ナットを全周にわたって溶接する工程と、
前記ボルトを前記貫通孔に貫通させ、かつ前記袋ナットに螺合させる工程と、
を含む回転機械の組立方法。
【請求項３】
前記袋ナットを溶接する工程では、隅肉溶接を用いる請求項２に記載の回転機械の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械、回転機械の組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械の一種である圧縮機は、軸線回りに回転する回転軸と、回転軸に取り付けられた複数のインペラと、インペラを外周側から覆うとともに、作動流体が流通する流路を形成するケーシングと、を備えている。外部から与えられた駆動力によって回転軸、及びインペラが回転する。インペラの回転に伴って、作動流体は流路上を上流側から下流側に向かって流通し、その中途で順次圧縮されて高圧流体となる。
【０００３】
ケーシングは、例えば上下方向に２つに分割された構成を採ることが一般的である。即ち、圧縮機を組み立てるに当たっては、下側のケーシング半体に回転軸、及びインペラを収容した後、上側のケーシング半体をかぶせる。ケーシング半体同士は、水平面上に広がるフランジを介してボルトによって締結される場合が多い。
【０００４】
ここで、回転機械（圧縮機）の締結構造について、一部の規格（例えばＡＰＩ規格：American Petroleum Institute Standard）は、その形態を規格化している。具体的には、ＡＰＩ規格は、圧縮機のケーシング半体同士を結合するに際しては、作動流体のシール性を確保するために、袋ナットではなく植え込みボルトを用いるべきであることを規定している。なお、植え込みボルトによる締結構造とは、一方側のフランジに形成された雌ねじにねじ込まれたボルトの頭部によって、他方側のフランジを挟む構造を指す。
【０００５】
一方で、植え込みボルトは、締結力の伝達範囲が限定的である。特に、ボルトとナットとによってフランジ同士を結合する、通しボルト構造に比較して植え込みボルトは締結力の電圧範囲が狭いことが知られている。このため、圧縮機のように内圧が高い機械では、ボルトの軸力（締付力）の観点から、通しボルト構造を用いた方が有利な場合がある。
【０００６】
このような通しボルトに類する締結構造の一例として、下記特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１の記載された締結構造では、カバーとフランジとが、両者に形成された通孔を介してボルトと袋ナットで結合される。袋ナットは、カバーに対して複数個所にわたって溶接されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５７６８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された構造では、袋ナットがカバーに対して複数個所の溶接のみによって固定されている。このため、袋ナットとカバーとの間のシール性能が十分に確保できない虞がある。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、シール性能が向上した回転機械、回転機械の組立方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の態様によれば、回転機械は、当接面を介して互いに当接する２つのケーシング半体、及びそれぞれの前記ケーシング半体に設けられ、前記当接面に沿って広がるフランジを有するケーシングと、前記フランジに形成された貫通孔に、該貫通孔の延びる方向における一方側から挿通されるボルトと、他方側の前記フランジにおける前記当接面とは反対側のフランジ外面に固定され、前記ボルトの先端部が挿通される袋ナットと、を備え、前記袋ナットは、該袋ナットの全周にわたって形成された溶接部によって前記フランジ外面に対して固定されている。
【００１１】
この構成によれば、ボルトと袋ナットとによって、植え込みボルトよりも広い締結力の伝達をもって、フランジ同士を締結することができる。さらに、袋ナットとフランジ外面との間で、全周にわたって溶接部が形成されていることからシール性を確保することができ、袋ナット周囲からの作動流体の漏洩を抑止することができる。
【００１２】
本発明の第二の態様によれば、回転機械の組立方法は、当接面を介して互いに当接する２つのケーシング半体、及びそれぞれの前記ケーシング半体に設けられ、前記当接面に沿って広がるフランジを有するケーシングと、前記フランジに形成された貫通孔に、該貫通孔の延びる方向における一方側から挿通されるボルトと、他方側の前記フランジにおける前記当接面とは反対側のフランジ外面に固定され、前記ボルトの先端部が挿通される袋ナットと、を備える回転機械の組立方法であって、前記フランジ外面における前記貫通孔に対応する位置に前記袋ナットを全周にわたって溶接する工程と、前記ボルトを前記貫通孔に挿通し、かつ前記袋ナットに螺合させる工程と、を含む。
【００１３】
この方法によれば、ボルトを貫通孔に挿通するに先立って袋ナットをフランジ外面に固定することから、ボルトの頭部側から締付作業を行うのみでボルトを締結することができる。一方で、袋ナットとボルトとを締結した後に溶接を行った場合、ボルトの軸側（即ち、袋ナット側）でも締付作業を行う必要があるため、特に作業スペースが狭隘な部分では作業性が損なわれる可能性がある。しかしながら、上記の方法によれば、このような可能性を低減することができる。
【００１４】
本発明の第三の態様によれば、前記袋ナットを溶接する工程では、隅肉溶接を用いてもよい。
【００１５】
この方法によれば、隅肉溶接を行うことのみによって袋ナットを強固かつ容易に固定することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シール性能が向上した回転機械、回転機械の組立方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮機の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧縮機の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る圧縮機の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るボルト周辺の構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る組立方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、遠心圧縮機１（回転機械）は、多段式の圧縮機であって、複数のインペラ２を有している。遠心圧縮機１は、プラント設備等に組み込まれており、導入されるプロセスガスを圧縮して吐出する。遠心圧縮機１は、複数のインペラ２を有するロータ３と、ダイアフラム群４と、シール装置５と、上半車室２０（ケーシング半体）および下半車室３０（ケーシング半体）から構成される車室６（ケーシング）と、を備えている。
【００１９】
ロータ３は、水平方向に沿って延びている回転軸３Ａと、回転軸３Ａの外周部に結合された複数のインペラ２と、を有している。回転軸３Ａの軸線をＡで示し、軸線Ａに沿った方向を軸線方向Ｄ１と称する。回転軸３Ａの両端部は、図示しない軸受により車室６の外側で支持されている。
【００２０】
回転軸３Ａに接続されたモータ等の駆動源により回転軸３Ａが回転するのに伴い、複数のインペラ２が回転駆動される。回転に伴う遠心力によって、各インペラ２はプロセスガス（作動流体）を圧縮する。
【００２１】
ダイアフラム群４は、複数段のインペラ２のそれぞれに対応して軸線方向Ｄ１に沿って配列された複数のダイアフラム４０から構成されている。ダイアフラム４０は、リターンベーン４０Ｒを介して連結された部材４０Ａ、４０Ｂからなる。ダイアフラム群４は、インペラ２を外周側から覆っている。ダイアフラム４０および車室６の内壁は、インペラ２の流路に連通してプロセスガスを通過させる流路を区画している。
【００２２】
ロータ３の回転により吸込口１１から車室６内に吸い込まれたプロセスガスは、吸込流路１２を通じて最初の段のインペラ２に流入し、インペラ２の流路の出口からディフューザ流路１３により径方向外側に向けて流れ、さらに、曲がり流路１４、およびリターン流路１５を通り次段のインペラ２の内周側に位置する流路の入口へと流入する。そして、インペラ２の流路、ディフューザ流路１３、曲がり流路１４、およびリターン流路１５を経て次段のインペラ２へと流入することを繰り返し、最終段のインペラ２からディフューザ流路１３および吐出ボリュート１６を経て吐出口１７を通り、車室６の外へと吐出される。
【００２３】
吐出ボリュート１６は、車室６の周方向全体にわたって環状に形成されている。この吐出ボリュート１６は、最終段のインペラ２から流出した高圧ガスが流れるディフューザ流路１３の延長上の位置に対して、軸線方向Ｄ１の内側（上流側）に向けて広がるように形成されている。
【００２４】
吐出ボリュート１６の拡がる向きを軸線方向Ｄ１の内側に定めていることにより、車室６の後端部が軸線方向Ｄ１の下流側に向けて膨らむことが抑制される。車室６の上半車室２０の後端部は、上半車室２０の第１フランジ６１（図２参照）よりも背が高い台座２４を有しており、下半車室３０の後端部は、下半車室３０の第２フランジ６２（図２参照）よりも背が高い台座３４を有している。
【００２５】
シール装置５は、回転軸３Ａの外周部と車室６との間を全周にわたり封止することにより、車室６の外部へとプロセスガスが漏れることを防止する。シール装置５としては、ラビリンスシールが好適である。シール装置５は、回転軸３Ａの両端側にそれぞれ配置されており、シールハウジングホルダ５１に保持される。シールハウジングホルダ５１の外周部と車室６との間はシール部材５２により封止される。
【００２６】
車室６は、略円筒状に形成されており、ロータ３およびダイアフラム群４を内部に収容するとともに、シールハウジングホルダ５１の外周部を包囲する。車室６は、接触するプロセスガスに関する耐食性を備えた金属材料によって形成されることが望ましい。本実施形態の車室６は、一例としてステンレス鋼によって形成されている。
【００２７】
図１又は図２に示すように、車室６は、軸線Ａを含む水平面に沿って分割されている上半車室２０と、下半車室３０と、を備えている。上半車室２０と下半車室３０とは、それぞれのフランジ６１、６２（第１フランジ６１，第２フランジ６２）同士が締結されることで、一体化されている。
【００２８】
上半車室２０は、図１および図３に示すように、ロータ３およびダイアフラム群４を収容する収容部２１と、シールハウジングホルダ５１を包囲する包囲部２２と、収容部２１および包囲部２２の下端から水平方向の外側に突出した第１フランジ６１と、を有している。
【００２９】
収容部２１は、半円筒状の周壁２１０と、周壁２１０の前端を塞ぐ前側壁２１１と、周壁２１０の後端を塞ぐ後側壁２１２とを有している。包囲部２２は、収容部２１よりも径が小さい半円筒状に形成され、収容部２１よりも前側（上流側）と、収容部２１よりも後側（下流側）とにそれぞれ配置されている。
【００３０】
第１フランジ６１は、収容部２１および包囲部２２の下端部の全体にわたって配置されている。第１フランジ６１には、ボルトがそれぞれ挿通される複数の挿通孔６１０（図３参照）が形成されている。挿通孔６１０は、第１フランジ６１の全周にわたって分散して配置されている。これらの挿通孔６１０には、それぞれ上半車室２０と下半車室３０との締結に用いられるボルト７０が挿通される。
【００３１】
図２又は図３に示すように、第１フランジ６１の上面側であって、ボルト７０と第１フランジ６１との間には、座金７８が介在している。座金７８は、ボルト７０による締付力を第１フランジ６１の全体にわたって均一に分散させるために設けられている。具体的には、座金７８は、第１フランジ６１に対応した平面形状を有する板状をなしている。なお、座金７８を用いない構成を採ることも可能である。
【００３２】
吐出口１７が位置する車室６の後端部６Ｂ付近（具体的には、軸線方向Ｄ１の最も内側（上流側）であって、軸線Ａに対する径方向においても最も回転軸３Ａに近い位置）では、最終段により圧縮されたガスの圧力に抵抗する必要がある。このため、当該部分では通しボルト７０Ａ（図１参照）による締結構造が用いられている。通しボルト７０Ａは、植込みボルト７０Ｂ（図１参照）と比べて、締付力の強化と、軸周りのより広範な範囲への応力分散とを実現する。その他の挿通孔６１０には、植込みボルト７０Ｂを使用してもよいし、通しボルト７０Ａを使用してもよい。
【００３３】
下半車室３０（図１参照）も、上半車室２０と同様に、収容部３１、シールハウジングホルダ５１を包囲する包囲部３２と、収容部３１および包囲部３２の下端から水平方向の外側に突出した第２フランジ６２（他方のフランジ）と、を備えている。下半車室３０の第２フランジ６２には、通しボルト７０Ａが挿通される貫通孔６１１、又は植え込みボルト７０Ｂがねじ込まれる雌ねじが形成されている。
【００３４】
下半車室３０の第２フランジ６２の上面と、上半車室２０の第１フランジ６１の下面とは、上下方向から互いに当接している。以下では、第２フランジ６２の上面と第１フランジ６１の下面との接触面を、第１フランジ６１と第２フランジ６２との当接面６１２（図２、図３参照）と称する。当接面６１２は、水平方向に沿って平坦に広がっている。
【００３５】
図３に示すように、通しボルト７０Ａは、頭部７３および軸部７４を有する。第１フランジ６１の下面と第２フランジ６２の上面とが突き合わされた状態で、通しボルト７０Ａの軸部は、上半車室２０の第１フランジ６１の挿通孔６１０と、下半車室３０の第２フランジ６２の挿通孔６１０とを貫通する。第２フランジ６２よりも下方に突出した通しボルト７０Ａの先端部はナット７１（袋ナット）に螺合する。
【００３６】
ナット７１は、有底筒状をなすとともに、平面視で六角形状をなしている。ナット７１の内周面７１Ａには、通しボルト７０Ａと螺合する雌ねじが形成されている。ナット７１は、第２フランジ６２における当接面６１２とは反対側の面であるフランジ外面６２Ａに対して、溶接部Ｗによって固定されている。
【００３７】
具体的には図４に示すように、溶接部Ｗは、ナット７１の外周部７１Ｂの全周にわたって隙間なく形成されている。即ち、外周部７１Ｂとフランジ外面６２Ａとの間では気密性、液密性が確保されている。溶接部Ｗは、隅肉溶接によって形成されることが望ましい。即ち、溶接部Ｗは、ナット７１の外周部７１Ｂとフランジ外面６２Ａとが形成する隅部を埋めるようにして形成されている。なお、ここで言う溶接部Ｗとは、溶接作業によって生じた溶融池が冷却硬化した部分を指す。
【００３８】
一方で、図１又は図２に示すように、植込みボルト７０Ｂは、第１フランジ６１の挿通孔６１０と、下半車室３０の第２フランジ６２の雄ねじとに挿入される。植込みボルト７０Ｂの上端部は、ボルト頭部として機能するナット７２にねじ込まれる。
【００３９】
続いて、本実施形態に係る遠心圧縮機１の組立方法（回転機械の組立方法）について説明する。特に、上述の通しボルト７０Ａによる上半車室２０と下半車室３０との締結について説明する。図５に示すように、この組立方法は、ナット７１をフランジ外面６２Ａにおける貫通孔６１１に対応する位置に溶接する工程Ｓ１（袋ナットをフランジ外面６２Ａに溶接する工程）と、通しボルト７０Ａを貫通孔６１０，貫通孔６１１に挿通し、かつナット７１に螺合させる工程Ｓ２と、を含む。
【００４０】
ナット７１をフランジ外面６２Ａに溶接する工程Ｓ１では、ナット７１の外周部７１Ｂとフランジ外面６２Ａとの間に、上述した溶接部Ｗを形成する。この時、第２フランジ６２に形成された貫通孔６１１とナット７１の内周面７１Ａとが同心となるように、ナット７１が位置決めされる。溶接部Ｗを形成するに当たっては隅肉溶接が好適に用いられる。続いて、通しボルト７０Ａを、貫通孔６１０，貫通孔６１１の延びる方向における一方側から貫通孔６１０，貫通孔６１１に挿通し、ナット７１に螺合させる（工程Ｓ２）。以上の各工程を、必要となる通しボルト７０Ａの全てに繰り返し実行する。以上により、遠心圧縮機１の組立方法の全工程が完了する。
【００４１】
次に、遠心圧縮機１の動作について説明する。回転軸３Ａに接続されたモータ等の駆動源により回転軸３Ａが回転するのに伴い、複数のインペラ２が回転駆動される。回転に伴う遠心力によって、各インペラ２はプロセスガス（作動流体）を圧縮する。
【００４２】
ここで、上記のように遠心圧縮機１の内部では高圧の作動流体が流通している。上半車室２０と下半車室３０との間にわずかであっても隙間が形成されていると、当該隙間を通じて作動流体が外部に漏洩し、遠心圧縮機１の効率が損なわれてしまう。特に、軸線Ａ方向において吐出口１７に近い下流側の部分ほど、作動流体の圧力が高い。このため、当該部分では、上半車室２０と下半車室３０とを大きな締付力で締め付け、かつボルト７０やナット７１の周囲を十分にシールする必要がある。
【００４３】
そこで、本実施形態では、上述のようにナット７１とフランジ外面６２Ａとの間に全周にわたって溶接部Ｗが形成される。この構成によれば、通しボルト７０Ａとナット７１（袋ナット）とによって、植え込みボルトよりも大きな締付力をもって、第１フランジ６１と第２フランジ６２とを強固に締結することができる。さらに、ナット７１とフランジ外面６２Ａとの間で、全周にわたって溶接部Ｗが形成されていることから、シール性を確保することができ、ナット７１周囲からの作動流体の漏洩を抑止することができる。即ち、本実施形態に係る構成によれば、植え込みボルトを用いた場合と同等のシール性能を確保しつつ、植え込みボルトよりも大きいな締付力を実現することができる。
【００４４】
さらに、上述の組立方法によれば、通しボルト７０Ａを貫通孔６１０，６１１に挿通するに先立って、ナット７１をフランジ外面６２Ａに固定することから、通しボルト７０Ａの頭部側から締付作業を行うのみで第１フランジ６１と第２フランジ６２とを締結することができる。一方で、ナット７１と通しボルト７０Ａとを締結した後に溶接を行った場合、通しボルト７０Ａの軸部側（即ち、ナット７１側）でも同時に締付作業を行う必要があるため、特に作業スペースが狭隘な部分では作業性が損なわれる可能性がある。しかしながら、上記の方法によれば、このような可能性を低減することができる。また、この方法によれば、隅肉溶接を行うことのみによって溶接部Ｗを形成し、ナット７１とフランジ外面６２Ａとを強固かつ容易に固定することができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成や方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では第２フランジ６２側にナット７１を固定した例について説明した。しかしながら、ナット７１は第１フランジ６１側に固定されてもよい。さらに、上記実施形態では、回転機械の一例として遠心圧縮機１を用いた例を説明した。しかしながら、遠心圧縮機１のように２つの半体を有する限りにおいて、いかなる機械装置も回転機械として上記構成及び方法を適用することが可能である。回転機械の他の例として、具体的にはガスタービンや蒸気タービンが挙げられる。
【符号の説明】
【００４６】
１  遠心圧縮機（回転機械）
６  車室（ケーシング）
６Ｂ  後端部
２０  上半車室（ケーシング半体）
３０  下半車室（ケーシング半体）
６１  第１フランジ（一方のフランジ）
６２  第２フランジ（他方のフランジ）
６２Ａ  フランジ外面
７０  ボルト
７０Ａ  通しボルト
７０Ｂ  植込みボルト
７１  ナット（袋ナット）
７１Ａ  内周面
７１Ｂ  外周部
７２  ナット
７８  座金
６１０，６１１  貫通孔
６１２  当接面
【図１】
2019157712.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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