(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械ロータを取り付けるための軸受本体と、前記軸受本体と前記ターボ機械ロータとの間の軸受接触を潤滑する固体潤滑剤粉末と、を有するターボ機械ロータ用の酸性ガス耐性を有する平軸受であって、
前記軸受本体が、酸性ガス耐性を有する、ニッケル系材料の固溶強化粉末またはマルテンサイト系、オーステナイト系、もしくはフェライト−オーステナイト系鋼材料の不銹性粉末から作製され、
前記固体潤滑剤粉末が酸性ガス耐性材料から作製され、
また、前記軸受本体がロックウェル硬度ＨＲＣで最大４０の硬度を有する、平軸受。
【請求項２】
前記前記軸受本体の前記材料が、ニッケル系固溶合金である、請求項１に記載の平軸受。
【請求項３】
前記軸受本体の前記材料が、クロムを少なくとも１９．０重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも２９．５重量％、モリブデンを少なくとも２．５重量％含み、また、溶体化焼鈍または焼鈍される、請求項２に記載の平軸受。
【請求項４】
前記軸受本体の前記材料が、クロムを少なくとも１４．５重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも５２重量％、モリブデンを少なくとも１２重量％含み、また、溶体化焼鈍または焼鈍される、請求項２に記載の平軸受。
【請求項５】
前記軸受本体の前記材料が、クロムを少なくとも１９．５重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも２９．５重量％、モリブデンを少なくとも２．５重量％含み、また、溶体化焼鈍または焼鈍され、冷間加工硬化によって、最大で１０３４ＭＰａの降伏強度を有する、請求項２に記載の平軸受。
【請求項６】
前記軸受本体の前記材料が、クロムを少なくとも１９重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも４５重量％、モリブデンおよびタングステンを少なくとも６重量％含み、また、溶体化焼鈍または焼鈍され、冷間加工硬化によって、最大で１０３４ＭＰａの降伏強度を有する、請求項２に記載の平軸受。
【請求項７】
前記軸受本体の前記材料が、クロムを少なくとも１４．５重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも５２重量％、モリブデンを少なくとも１２重量％含み、また、溶体化焼鈍または焼鈍され、冷間加工硬化によって、最大で１２４０ＭＰａの降伏強度を有する、請求項２に記載の平軸受。
【請求項８】
前記固体潤滑剤粉末が、黒鉛、二硫化モリブデン、または六方晶窒化ホウ素で作成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項９】
前記平軸受が軸受ブッシュを有し、前記軸受ブッシュが前記軸受本体を形成する、請求項１から８のいずれか一項に記載の平軸受。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の平軸受を有するターボ機械であって、酸性ガスを処理するのに適している、ターボ機械。
【請求項１１】
前記ターボ機械が、硫化水素が混入したプロセスガスを圧縮するターボ圧縮機である、請求項１０に記載のターボ機械。
【請求項１２】
前記プロセスガスが、酸性ガスであることを特徴とする請求項１１に記載のターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械ロータ用の平軸受、および平軸受を有するターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、原則としてロータを有する。ターボ機械は、例えば、単軸圧縮機であり、そのロータは、インペラがねじ付けされるシャフトを有する。ロータは、軸受によってシャフトの長手方向端部領域に取り付けられる。軸受は、ロータに作用する半径方向力および／または軸方向力を吸収するように設計される。軸受は、特に自己潤滑特性を備えた平軸受でよい。平軸受は、ブッシュの形の軸受本体を有し、その中にロータが取り付けられる。ブッシュを金属粉から焼結工程及び圧縮工程で作製することが知られており、金属粉として特に鉄粉が使用される。
【０００３】
化学工学工場では、プロセスガスを圧縮するためのターボ圧縮機によってプロセスガスが処理される。プロセスガスが化学的に侵食性である場合、プロセスガスと接触するターボ圧縮機の構成要素が損傷を受けることがある。例として、エチレン工場では、硫化水素を含有した生ガスが、生ガス圧縮機に流れる。生ガス圧縮機のこのような動作中、酸性ガス状態が行き渡り、酸性ガス状態の定義は、例えばＩＳＯ１５１５６に従って規定されている。酸性ガス状態下で動作する構成要素が高強度鋼から作製される場合、高強度鋼に応力腐食割れが生じる危険がある。ターボ圧縮機の動作中の機械的荷重の影響を受けて、応力腐食割れによって、当該構成要素が損傷または破損する恐れがある。それによって生ガス圧縮機に深刻な損傷が生じる恐れがある。特に平軸受がその影響を受ける、というのは鉄粉が酸性ガスに耐性がないからである。
【０００４】
鉄粉の代わりにポリマー材料を選択することによって、解決策をもたらすことができる。この解決策は、平軸受が酸性ガス用途に適している場合に効果を有するものの、ポリマー材料を備えたこの平軸受は、金属製であるが酸性ガスには耐性のない実施形態に比べて耐荷重能力がかなり低い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ターボ機械ロータ用の平軸受、および平軸受を有するターボ機械を提供することであり、このターボ機械は、平軸受が高い耐荷重能力、および使用寿命を有しながらも、酸性ガス用途に適する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１および１０に記載の特徴によって達成される。この点において有利な構成が、さらなる請求項に記載されている。
【０００７】
本発明によるターボ機械ロータ用の平軸受は、ターボ機械ロータを取り付けるための軸受本体と、この軸受本体とターボ機械ロータとの間の軸受接触を潤滑する固体潤滑剤粉末とを有し、軸受本体は、酸性ガス耐性を有する、固溶強化されたニッケル系材料の粉末、またはマルテンサイト系、オーステナイト系、もしくはフェライト−オーステナイト系鋼材料の不銹性粉末から作製され、固体潤滑剤粉末は、酸性ガス耐性材料から作製され、また、この軸受本体は、ロックウェル硬度ＨＲＣで最大４０の硬度を有する。その材料は、ニッケル系固溶合金であることが好ましい。
【０００８】
軸受本体の材料は、好ましくはクロムを少なくとも１９．０重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも２９．５重量％、モリブデンを少なくとも２．５重量％含み、好ましくは溶体化焼鈍（ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ａｎｎｅａｌ）または焼鈍される。あるいは、軸受本体の材料は、クロムを少なくとも１４．５重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも５２重量％、モリブデンを少なくとも１２重量％含み、やはり溶体化焼鈍または焼鈍されることが好ましい。さらなる代替形態として、軸受本体の材料は、クロムを少なくとも１９．５重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも２９．５重量％、モリブデンを少なくとも２．５重量％含み、やはり溶体化焼鈍または焼鈍されることが好ましく、冷間加工硬化のため、最大で１０３４ＭＰａの降伏強度を有する。追加の代替形態として、軸受本体の材料は、クロムを少なくとも１９重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも４５重量％、モリブデンおよびタングステンを少なくとも６重量％含み、やはり溶体化焼鈍または焼鈍されることが好ましく、冷間加工硬化のため、最大で１０３４ＭＰａの降伏強度を有する。好ましい代替形態として、軸受本体の材料は、クロムを少なくとも１４．５重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも５２重量％、モリブデンを少なくとも１２重量％含み、好ましくは溶体化焼鈍または焼鈍され、冷間加工硬化により、最大で１２４０ＭＰａの降伏強度を有する。
【０００９】
固体潤滑剤粉末は、好ましくは黒鉛、二硫化モリブデン、または六方晶窒化ホウ素で作成される。さらに、平軸受は、好ましくは軸受ブッシュを有し、この軸受ブッシュが軸受本体を形成する。
【００１０】
本発明によるターボ機械はこの平軸受を有し、このターボ機械は酸性ガスを処理するのに適している。このターボ機械は、プロセスガス、特に硫化水素によって汚染された酸性ガスを圧縮するターボ圧縮機であることが好ましい。
【００１１】
本発明による平軸受は、酸性ガス耐性を有する固体潤滑剤粉末を含む自己潤滑形式のものであり、固溶強化ニッケル系合金で作成された粉末、または酸性ガス耐性を有するマルテンサイト系、オーステナイト系、もしくはフェライト−オーステナイト系鋼材料の不銹性粉末が軸受本体用に供給され、この材料は、ロックウェル硬度ＨＲＣで最大４０の硬度を有する。その結果、本発明による平軸受は、酸性ガスを処理することを目的としたターボ機械に使用するのに適している。軸受本体用の材料、および固体潤滑剤粉末もやはり、酸性ガスに耐性があるので、これらの材料をターボ機械の平軸受に使用することができる。この材料は、有利には高強度を有し、その結果この平軸受は高い耐荷重能力を有する。
【００１２】
従来、酸性ガスに曝されるターボ機械に取り付けられる平軸受ブッシュには、例えば、非鉄金属合金およびポリマー材料が供給された。これら材料に比べて、本発明に従って軸受本体用に供給されるニッケル系材料または鋼材料はより高い強度を有し、その結果、本発明による平軸受は従来の平軸受に比べてより高い耐用寿命を有する。
【００１３】
例示的な実施形態に基づいて、本発明を以下にさらに詳細に説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ターボ機械ロータ用の平軸受は、ターボ機械ロータを取り付けるための軸受本体と、軸受本体とターボ機械ロータとの間の軸受接触を潤滑する固体潤滑剤粉末とを有する。この軸受本体は、酸性ガス耐性を有する、固溶強化ニッケル系材料またはマルテンサイト系、オーステナイト系、もしくはフェライト−オーステナイト系鋼材料の不銹性粉末から作製され、軸受本体は、ロックウェル硬度ＨＲＣで最大４０の硬度を有する。この固体潤滑剤粉末は、酸性ガス耐性材料、例えば黒鉛、二硫化モリブデン、または六方晶窒化ホウ素から作製される。
【００１５】
第１の例示的な実施形態では、軸受本体の材料は、クロムを少なくとも１９．０重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも２９．５重量％、モリブデンを少なくとも２．５重量％含み、溶体化焼鈍または焼鈍される。第２の例示的な実施形態では、軸受本体の材料は、クロムを少なくとも１４．５重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも５２重量％、モリブデンを少なくとも１２重量％含み、溶体化焼鈍または焼鈍される。
【００１６】
平軸受が第１の例示的な実施形態による材料または第２の例示的な実施形態による材料から作製された軸受本体を装備する場合、この平軸受は、ターボ機械において考えられ得るいかなる酸性ガス用途にも適する。
【００１７】
第３の例示的な実施形態では、軸受本体の材料は、クロムを少なくとも１９．５重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも２９．５重量％、モリブデンを少なくとも２．５重量％含む。この材料は、さらに溶体化焼鈍または焼鈍され、冷間加工硬化によって、最大で１０３４ＭＰａの降伏強度を有する。第４の例示的な実施形態では、軸受本体の材料は、クロムを少なくとも１９重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも４５重量％、モリブデンおよびタングステンを少なくとも６重量％含む。この材料は、溶体化焼鈍または焼鈍され、冷間加工硬化によって、最大で１０３４ＭＰａの降伏強度を有する。第５の例示的な実施形態では、軸受本体の材料は、クロムを少なくとも１４．５重量％、ニッケルおよびコバルトを少なくとも５２重量％、モリブデンを少なくとも１２重量％含む。この材料は、さらに溶体化焼鈍または焼鈍され、冷間加工硬化によって、最大で１２４０ＭＰａの降伏強度を有する。
【００１８】
平軸受が、第３の例示的な実施形態による材料または第４の例示的な実施形態による材料から作製された軸受本体を装備する場合、この平軸受は、ターボ機械における酸性ガス用途、例えば、酸性ガス温度が２３２℃、酸性ガス中の硫化水素の分圧が最大で２００ｋＰａで行き渡る用途、または酸性ガス温度が２１８℃、酸性ガス中の硫化水素の分圧が最大で７００ｋＰａで行き渡る用途、または酸性ガス温度が２０４℃、酸性ガス中の硫化水素の分圧が最大で１０００ｋＰａで行き渡る用途、または酸性ガス温度が１７７℃、酸性ガス中の硫化水素の分圧が最大で１４００ｋＰａで行き渡る用途に適する。最大１３２℃の酸性ガス温度までは、この平軸受は、酸性ガス中の硫化水素が考えられ得るいかなる分圧であっても適する。
【００１９】
平軸受が第４の例示的な実施形態による材料または第５の例示的な実施形態による材料から作製された軸受本体を装備する場合、この平軸受は、ターボ機械における酸性ガス用途、例えば、酸性ガス温度が２１８℃、酸性ガス中の硫化水素の分圧が最大で２０００ｋＰａで行き渡る用途に適する。最大１４９℃の酸性ガス温度までは、この平軸受は、酸性ガス中の硫化水素が考えられ得るいかなる分圧であっても適する。
【００２０】
平軸受が第５の例示的な実施形態による材料から作製された軸受本体を装備する場合、この平軸受は、ターボ機械における酸性ガス用途、例えば、酸性ガス温度が２３２℃、酸性ガス中の硫化水素の分圧が最大で７０００ｋＰａで行き渡る用途に適する。最大２０４℃の酸性ガス温度までは、この平軸受は、酸性ガス中の硫化水素が考えられ得るいかなる分圧であっても適する。