(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向（Ａ）に延び、ガスを加圧するために構成された少なくとも１つのインペラ（１１２）を備えたロータアセンブリ（１１０）と、
前記少なくとも１つのインペラ（１１２）のもっとも下流のインペラの高圧側（１１３）に配置されたバランスドラム（１４０）と、
前記軸方向（Ａ）において、前記もっとも下流のインペラと前記バランスドラム（１４０）との間に配置されて前記ロータアセンブリ（１１０）を支持する磁気ベアリング（１２０）と、
前記もっとも下流のインペラを通過したガスから分岐したガスによって前記磁気ベアリング（１２０）を冷却するために、下流方向に、前記少なくとも１つのインペラ（１１２）のガス排出エリア（１１５）から延び、前記磁気ベアリング（１２０）のベアリングギャップ（１３２）を通過するように構成された冷却路（１３０）と、
を備える、
ターボコンプレッサ。
【請求項２】
前記ロータアセンブリ（１１０）が複数のインペラを備える、請求項１に記載のターボコンプレッサ。
【請求項３】
前記冷却路（１３０）が、さらに前記バランスドラム（１４０）の高圧側（１１６）から低圧側（１１４）に、前記バランスドラム（１４０）を通過する、請求項１または２に記載のターボコンプレッサ。
【請求項４】
前記冷却路（１３０）が、前記バランスドラム（１４０）の前記高圧側（１１６）と、前記バランスドラム（１４０）の前記低圧側（１１４）との間の圧力差を維持するように構成されたバランスドラムシール（１４２）を通って延びる、請求項３に記載のターボコンプレッサ。
【請求項５】
前記バランスドラムシール（１４２）が、ラビリンスシールである、請求項４に記載のターボコンプレッサ。
【請求項６】
前記もっとも下流のインペラ（１１２）の前記ガス排出エリア（１１５）を、前記冷却路（１３０）の、前記ベアリングギャップ（１３２）より下流の部分に流体接続するように構成されたバイパス路（１５０）をさらに備えている、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボコンプレッサ。
【請求項７】
バルブを備え、前記バイパス路（１５０）を通るガスの流れを調整するために構成された制御ユニット（１５５）をさらに備えている、請求項６に記載のターボコンプレッサ。
【請求項８】
前記バイパス路（１５０）と前記冷却路（１３０）とが、前記バランスドラム（１４０）より上流の位置で結合される、請求項６または７に記載のターボコンプレッサ。
【請求項９】
前記冷却路（１３０）が、前記バランスドラム（１４０）の前記高圧側（１１６）と、前記バランスドラム（１４０）の低圧側（１１４）との間の圧力差を維持するように構成されたバランスドラムシール（１４２）を通って延び、
前記バイパス路（１５０）と前記冷却路（１３０）とが、前記バランスドラムシール（１４２）の位置で結合される、請求項６から８のいずれか一項に記載のターボコンプレッサ。
【請求項１０】
前記バランスドラム（１４０）が、直接的に、または、中間要素によって間接的に、前記ロータアセンブリ（１１０）の軸方向端部に接続されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のターボコンプレッサ。
【請求項１１】
前記バランスドラム（１４０）が、前記ロータアセンブリ（１１０）のシャフト端部に取外し可能に接続されている、請求項１０に記載のターボコンプレッサ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のターボコンプレッサ（１００）と、
前記ターボコンプレッサ（１００）の前記ロータアセンブリ（１１０）を駆動するために構成された駆動ユニット（１００１）と、を備え、
前記ターボコンプレッサ（１００）と前記駆動ユニット（１００１）とが、密閉してシールされた共通のケーシング（１００２）内に配置されている、モトコンプレッサ構成（１０００）。
【請求項１３】
ロータアセンブリ（１１０）の少なくとも１つのインペラ（１１２）によってガスを加圧するステップと、
前記少なくとも１つのインペラ（１１２）のもっとも下流のインペラの高圧側（１１３）に配置されたバランスドラム（１４０）の高圧側（１１６）と低圧側（１１４）との間に圧力差を与えることにより、前記ロータアセンブリ（１１０）の軸方向のスラストを相殺するステップと、
前記もっとも下流のインペラの高圧側（１１３）において前記ロータアセンブリ（１１０）を支持する磁気ベアリング（１２０）を冷却するステップであって、前記もっとも下流のインペラのガス排出エリア（１１５）からのガスを、前記磁気ベアリング（１２０）のベアリングギャップ（１３２）を通過して下流方向に送ることによって前記磁気ベアリング（１２０）を冷却するステップと、を含む、
ターボコンプレッサの動作方法。
【請求項１４】
前記ベアリングギャップ（１３２）を通過したガスを前記バランスドラム（１４０）の前記高圧側（１１６）を前記バランスドラム（１４０）の前記低圧側（１１４）から分離するバランスドラムシール（１４２）に搬送するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記もっとも下流のインペラによって加圧されたガスの一部を、前記もっとも下流のインペラのガス排出エリア（１１５）から延びるバイパス路（１５０）に搬送し、前記バイパス路（１５０）を通過したガスを、前記ベアリングギャップ（１３２）の下流に搬送するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ベアリングギャップ（１３２）を通過したガスと、前記バイパス路（１５０）を通過したガスとが、前記バランスドラム（１４０）の前記高圧側（１１６）で、前記バランスドラム（１４０）より上流の位置において、ともに結合されるか、前記ベアリングギャップ（１３２）を通過したガスと、前記バイパス路（１５０）を通過したガスとが、前記バランスドラムシール（１４２）の位置において、ともに結合される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記バイパス路（１５０）のガスの流量または圧力を調整することにより、前記ベアリングギャップ（１３２）のガスの流量または圧力を制限するさらなるステップを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１の圧力及び第１の温度で前記ターボコンプレッサに入ったガスの一部が、前記第１の圧力及び前記第１の温度よりもそれぞれ高い第２の圧力及び第２の温度で、前記ベアリングギャップ（１３２）を通るように向けられる、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、特に海中の用途のための、ガスを加圧するために構成された回転可能なロータアセンブリを有するターボコンプレッサ、及び、ターボコンプレッサを有するモトコンプレッサ構成に関する。本開示はさらに、ターボコンプレッサの動作方法に関する。より詳細には、本開示は、冷却された磁気ベアリングを有するターボコンプレッサ、及び、ターボコンプレッサ内の磁気ベアリングの冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサは、機械的エネルギを使用して、圧縮可能な流体の圧力を増大させるマシンである。コンプレッサは、様々な用途で使用することができる。たとえば、コンプレッサは、ガスを加圧するためのガスタービンで使用することができる。ガスタービンは、発電、天然ガスの液化、及び他のプロセスを含む、様々な産業プロセスで使用することができる。さらに、コンプレッサは、海中の環境でガスを加圧するように構成された、海中ガス加圧構成で使用することができる。海中コンプレッサは、周囲の高い静水圧に耐え、海水の浸入に対してシールされ、維持に手間がかからないものであるべきである。
【０００３】
ターボコンプレッサでは、１つまたは複数のインペラを有する回転可能なロータアセンブリは、通常、コンプレッサケーシング内に配置されている。インペラは、回転可能なロータアセンブリに取り付けられている場合があり、運動エネルギを、回転するインペラを通るように向けられた連続したガス流に与えることによって圧力の増大が達成される。運動エネルギは、こうして、ディフューザを通るガス流を減速させることにより、静的圧力の増大に変換することができる。
【０００４】
様々なタイプのターボコンプレッサには、ラジアルコンプレッサまたは遠心コンプレッサ、軸流コンプレッサ、及び、混合流コンプレッサがある。軸流コンプレッサでは、ガスは、ロータアセンブリのシャフトに対して基本的の平行な軸方向に、１つまたは複数のインペラを越えて流れる場合がある。遠心コンプレッサでは、ガスは、インペラに向かって軸方向に流れる場合があり、このインペラで、ガスは径方向外側に反らされる。
【０００５】
ターボコンプレッサには、単一のインペラが設けられる、すなわち、単一段の構成であるか、直列の複数のインペラが設けられる場合がある。複数のインペラのケースでは、コンプレッサは、複数段コンプレッサと称され得る。コンプレッサの段の各々は、通常、加圧されるガスのためのガス流入部と、流入ガスに運動エネルギを提供することができるインペラと、ガスの運動エネルギを圧力エネルギに変換するガス流出部とを含んでいる。
【０００６】
通常、１、２、またはそれより多くのベアリングが、ロータアセンブリを支持するために、ターボコンプレッサに設けられる場合がある。たとえば、第１のベアリングは、インペラの低圧側でロータアセンブリを支持する場合があり、第２のベアリングは、インペラの高圧側でロータアセンブリを支持する場合がある。１つまたは複数のラジアルベアリングは、回転するロータアセンブリの径方向の荷重を受けるために設けられる場合があり、及び／または、１つまたは複数のスラストベアリングは、回転するロータアセンブリの軸方向の荷重を受けるために設けられる場合がある。ベアリングは通常、たとえば冷却流体で冷却される。冷却流体は、それぞれ、ベアリングの、ベアリングギャップを通してガイドされる場合がある。
【０００７】
ターボコンプレッサに関連する問題とされる課題の１つが、ロータアセンブリを支持するベアリングの１つのベアリングギャップにおける冷却流体の凝縮のリスクである。冷却流体の凝縮は、ベアリングの能力に負の影響を与え、潜在的に、ロータアセンブリを不安定にし、ロータアセンブリを移動させる場合がある。
【０００８】
したがって、ロータアセンブリを支持するための１つまたは複数のベアリングを有する、ターボコンプレッサの動的挙動を向上させることが有益である。特に海中の用途に関するターボコンプレッサの耐用年数及び耐久性を増大させることが、さらに有益である。さらに、ターボコンプレッサのベアリングを確実に冷却する方法を提供することが有益である。
【発明の概要】
【０００９】
上記に照らし、ガスを加圧するために構成されたターボコンプレッサ、ターボコンプレッサを有するコンプレッサ構成、及び、ターボコンプレッサの動作方法が提供される。
【００１０】
本開示の一態様によれば、ターボコンプレッサが提供される。ターボコンプレッサは、軸方向に延び、ガスを加圧するために構成された少なくとも１つのインペラを備えたロータアセンブリと、少なくとも１つのインペラの高圧側でロータアセンブリを支持する磁気ベアリングと、磁気ベアリングを冷却するために、加圧ガスの第１の部分を、磁気ベアリングのベアリングギャップを通して搬送するように構成された冷却路と、を含んでいる。
【００１１】
冷却路は、ターボコンプレッサのもっとも下流のインペラの排出エリアから、ベアリングギャップを通って延びる場合がある。この場合、加圧ガスの第１の部分は、ガスを、ターボコンプレッサの搬送圧力に加圧するために構成された、もっとも下流のインペラより下流の磁気ベアリングを冷却するために使用される。
【００１２】
本開示のさらなる態様によれば、ターボコンプレッサが提供される。ターボコンプレッサは、軸方向に延び、ガスを加圧するために構成された少なくとも１つのインペラを備えたロータアセンブリと、少なくとも１つのインペラの高圧側に配置され、ロータアセンブリの軸方向のスラストを少なくとも部分的に相殺するために構成されたバランスドラムと、少なくとも１つのインペラの高圧側でロータアセンブリを支持する磁気ベアリングと、を含み、磁気ベアリングが、軸方向において、少なくとも１つのインペラとバランスドラムとの間に配置されている。
【００１３】
本開示のさらなる態様によれば、モトコンプレッサ構成が提供される。このコンプレッサ構成は、海中用途のために構成されている場合がある。コンプレッサ構成は、本明細書に記載の実施形態に係るターボコンプレッサと、ターボコンプレッサのロータアセンブリを駆動するために構成された駆動ユニットと、を含み、ターボコンプレッサと駆動ユニットとが、共通のケーシング、特に密閉してシールされたケーシング内に配置されている。
【００１４】
さらなる態様によれば、ターボコンプレッサの動作方法が提供される。本方法は、ロータアセンブリの少なくとも１つのインペラによってガスを加圧することと、ロータアセンブリを支持する磁気ベアリングを冷却することであって、加圧ガスの第１の部分を、冷却路に沿って、磁気ベアリングのベアリングギャップを通して搬送することにより、冷却することと、を含んでいる。
【００１５】
加圧ガスの第１の部分は、ターボコンプレッサのもっとも下流のインペラによって加圧及び／または反らされ、次いで、ベアリングギャップを通るように向けられる場合がある。
【００１６】
本開示のさらなる態様、利点、及び特徴は、従属請求項、詳細な説明、及び添付図面から明らかとなる。
【００１７】
そのため、本開示の上述の特徴、上で概説した、本開示のより具体的な記載の、詳細に理解できる方式が、実施形態を参照して得られる場合がある。添付図面は、本開示の実施形態に関するものであり、以下に記載される。いくつかの実施形態が図面に示され、また、以下の記載に詳述される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本明細書に記載の実施形態に係る、ターボコンプレッサを有するコンプレッサ構成の概略図である。
【図２】本明細書に記載の実施形態に係る、ターボコンプレッサの概略断面図である。
【図３】本明細書に記載の実施形態に係る、ターボコンプレッサの概略断面図である。
【図４】本明細書に記載の実施形態に係る、ターボコンプレッサの概略断面図である。
【図５】本明細書に記載の実施形態に係る、ターボコンプレッサの概略断面図である。
【図６】本明細書に記載の実施形態に係る、ターボコンプレッサの動作方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで、本開示の様々な実施形態を詳細に参照する。これら実施形態の１つまたは複数の実施例が、図に示されている。各実施例は、説明を意図して提供されており、限定することは意図していない。たとえば、１つの実施形態の一部として示されるか記載された特徴は、さらなる追加の実施形態を得るために、任意の他の実施形態で使用するか、任意の他の実施形態に関して使用することができる。本開示が、そのような変更及び変形を含むことが意図されている。
【００２０】
図面の以下の詳細な説明では、同じ参照符号は、対応するか類似の構成要素を参照する。概して、個別の実施形態に関する差異のみを記載する。別様に明記されていない限り、１つの実施形態の一部分または態様の記載は、別の実施形態の対応する部分または態様にも適用される。
【００２１】
ターボコンプレッサは、流体、たとえば天然ガスを、海底の下に存在するフィールドから抽出するために、工場で使用される場合がある。コンプレッサは、海上または海底のプラットフォーム上に置かれる場合がある。ターボコンプレッサ、たとえば、水中用のコンプレッサは、抽出された流体を大陸に押し出すために構成され、駆動ユニット、たとえば電気モータと共通のケーシング内に配置された、１つまたは複数の遠心コンプレッサ段を含む場合がある。ターボコンプレッサは、様々な用途、たとえば、大陸で使用される場合もある。
【００２２】
ターボコンプレッサは、垂直ターボコンプレッサとして構成される場合がある。垂直ターボコンプレッサは、ロータアセンブリの軸Ａが、垂直方向、すなわち、重力の方向に基本的に延びている。ロータアセンブリは、駆動ユニット、たとえば、電気モータによって回転駆動される場合がある。ロータアセンブリは、１つまたは複数のインペラ、たとえば遠心インペラを含む場合があり、ロータアセンブリのシャフトは、２つ以上のベアリングによって支持されている場合がある。たとえば、ラジアルベアリング及び／または軸方向のベアリング、すなわちスラストベアリングが、提供される場合がある。
【００２３】
用語「ガス（ｇａｓ）」は、本明細書で使用される場合、圧縮可能な流体として、一般的な意味で理解され得る。
【００２４】
図１は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に係る、ターボコンプレッサ１００を有するコンプレッサ構成１０００を示している。コンプレッサ構成１０００は、ターボコンプレッサ１００を駆動するために構成された駆動ユニット１００１、たとえば電気モータを含む場合がある。ターボコンプレッサ１００と駆動ユニット１００１とは、共通のケーシング１００２、たとえば、コンプレッサ構成１０００の隠れるようにシールされたケーシング内に位置する場合がある。
【００２５】
ターボコンプレッサ１００は、単一段コンプレッサであるか、複数のコンプレッサ段を有する多段コンプレッサである場合がある。たとえば、複数のコンプレッサ段の各々は、ステータダイアフラムの内側でそれぞれ回転し、ロータアセンブリ１１０のシャフト１１１にそれぞれ結合された、遠心インペラを有する場合がある。
【００２６】
ターボコンプレッサ１００は、いくつかの実施形態では、垂直ターボコンプレッサとして構成されている場合がある。垂直ターボコンプレッサは、ロータアセンブリ１１０の軸方向Ａは、垂直方向である。しかし、他の実施形態では、ターボコンプレッサは、異なる向き、たとえば、水平の向きを有する場合があり、この水平の向きでは、ロータアセンブリ１１０の軸方向Ａは、水平方向である。
【００２７】
図１に示す実施形態では、駆動ユニット１００１は、ケーシング１００２の内側に置かれ、シャフト１１１によってターボコンプレッサ１００に機械的に結合されている。コンパクトなマシンを得ることができる。他の実施形態では、ターボコンプレッサを駆動するための駆動ユニットは、ケーシング１００２の外側、たとえば、さらなるケーシングに配置されている場合がある。
【００２８】
いくつかの実施形態では、駆動ユニット１００１は、駆動ユニット１００１内への液体の浸入のリスクを低減するために、ターボコンプレッサ１００の垂直上方に配置されている場合がある。他の実施形態では、駆動ユニット１００１は、別様に取り付けられている場合がある。さらなる追加の実施形態では、第１のコンプレッサが、駆動ユニット１００１の上方に設けられ得、第２のコンプレッサが、駆動ユニット１００１の下に設けられ得る。
【００２９】
ターボコンプレッサは、駆動ユニット１００１、たとえば、電気モータまたは油圧モータによって駆動される場合がある。他の実施形態では、ターボコンプレッサは、内燃エンジン、ガスタービン、または別の駆動ユニットによって駆動される場合がある。
【００３０】
図１の実施形態では、ロータアセンブリ１１０のシャフト１１１は、駆動ユニット１００１によって直接駆動される。他の実施形態では、伝達機構、たとえばギア、ベルトドライブ、または別の適切な力伝達手段が、駆動ユニット１００１とターボコンプレッサ１００との間に接続されている場合がある。
【００３１】
共通のケーシング１００２は、ターボコンプレッサ１００の流入部に流体接続されたガス流入部１００３を含む場合がある。ケーシングは、ガス流出部１００４をさらに含む場合がある。垂直なコンプレッサ構成では、ガス流入部１００３とガス流出部１００４とは、一方が他方の上に置かれている場合がある。
【００３２】
ターボコンプレッサ１００の細部は、図１に示されていない。たとえば、個別のコンプレッサ段と、コンプレッサ段のインペラとは、図１には示されていない。
【００３３】
図２は、本明細書に記載の実施形態に係るターボコンプレッサ１００を概略断面図で示した部分図である。図２の断面は、長手方向に、ターボコンプレッサの軸に沿って延びている。軸の上側のコンプレッサ部分のみが、図２に示されている。ターボコンプレッサ１００は、軸方向Ａに延び、ガスを加圧するために構成された少なくとも１つのインペラ１１２を含む、ロータアセンブリ１１０を含んでいる。
【００３４】
図２に示すターボコンプレッサ１００は、図１に示すコンプレッサ構成１０００で使用される場合がある。図２のターボコンプレッサ１００は、他の用途、たとえば、ガスタービン、発電所、及び／またはガス液化システムでも使用することができる。
【００３５】
少なくとも１つのインペラ１１２は、ロータアセンブリ１１０のシャフト１１１に固定されるか、一体に形成される場合がある。ロータアセンブリ１１０は、ターボコンプレッサのコンプレッサケーシング１０５内に回転可能に設置される場合がある。いくつかの実施形態では、ロータアセンブリ１１０は、複数のインペラ、たとえば、２、３、またはそれより多くのインペラを含む場合がある。これら複数のインペラは、複数のコンプレッサ段を形成する場合がある。
【００３６】
いくつかの実施形態では、ターボコンプレッサ１００は、水中での動作のために構成された海中用のコンプレッサとして構成されている場合がある。海中用のコンプレッサでは、ロータアセンブリ１１０は、シールされた耐圧ケーシング内に設置される場合がある。
【００３７】
ターボコンプレッサは、少なくとも１つのインペラ１１２の高圧側１１３でロータアセンブリ１１０を支持するための磁気ベアリング１２０を含んでいる。
【００３８】
磁気ベアリング１２０は、能動型磁気ベアリング（ＡＭＢ）である場合がある。磁気ベアリングは、ロータアセンブリ１１０のための軸方向及び／または径方向の回転可能なサポートとして、慣習的な油潤滑式ベアリングの代わりに使用される場合がある。磁気ベアリングは、ロータアセンブリの軸方向及び径方向の変位を制御するように、電磁的な原理に基づいて動作する。磁気ベアリング１２０は、出力増幅機によって駆動される少なくとも１つの電磁石を含む場合がある。出力増幅機は、電圧、そしてひいては、電磁石のコイル内の電流を、ケーシングの内側のロータアセンブリの変位を示すフィードバック信号の関数として、調整する。磁気ベアリングは、潤滑剤として油を必要とはしない場合があり、それにより、コンプレッサ全体の管理の手間を低減することができる。さらに、インペラとベアリングとの間のシールは、必要ではない場合がある。しかし、磁気ベアリングは、油潤滑式ベアリングほどは、軸方向のスラストを扱うことができない場合がある。
【００３９】
磁気ベアリング１２０は、少なくとも１つのインペラ１１２の高圧側１１３に配置されている場合がある。ターボコンプレッサが、シャフト１１１に、下流方向に連続して配置された複数のインペラを有する多段コンプレッサである場合、磁気ベアリング１２０は、もっとも下流側のインペラの高圧側１１３、すなわち、ロータアセンブリの、ガス流入部側とは反対側に配置されている場合がある。
【００４０】
インペラの「低圧側（ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｉｄｅ）」は、本明細書で使用される場合、入ってくるガス流１０６に向けられたインペラの上流側として理解され得る。インペラの「高圧側（ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｉｄｅ）」は、本明細書で使用される場合、上流側とは反対の、インペラの軸方向の側、すなわち、コンプレッサのガス流入部から離れた側として、理解される場合がある。たとえば、図１に示す実施形態では、磁気ベアリング１２０が配置された少なくとも１つのインペラ１１２の右側は、少なくとも１つのインペラ１１２の高圧側１１３であり、入ってくるガス流１０６に向けられた少なくとも１つのインペラ１１２の左側は、少なくとも１つのインペラ１１２の低圧側である。
【００４１】
いくつかの実施形態では、ターボコンプレッサのロータアセンブリ１１０は、少なくとも２つのベアリング、すなわち、少なくとも１つのインペラ１１２の高圧側１１３の磁気ベアリング１２０と、少なくとも１つのインペラ１１２の低圧側の第２のベアリング１００５とによって支持されている場合がある。第２のベアリング１００５の実施例が、図１に示されている。いくつかの実施形態では、第２のベアリング１００５も、磁気ベアリングである場合がある。図１に概略的に示すように、第３のベアリングまたはさらなるベアリング、たとえば、磁気ベアリングが、ロータアセンブリ１１０を支持するために設けられている場合がある。
【００４２】
いくつかの実施形態では、複数のインペラ（図示せず）は、磁気ベアリング１２０と第２のベアリング１００５との間に配置されている場合がある。磁気ベアリング１２０は高圧側に配置されており、第２のベアリング１００５は、複数のインペラの低圧側に配置されている。
【００４３】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、３つ以上の磁気ベアリング、たとえば、３つ以上の能動型磁気ベアリングが、ロータアセンブリを回転可能に支持するために設けられている場合がある。
【００４４】
磁気ベアリング１２０は、ターボコンプレッサの動作の間、加熱される場合がある。したがって、磁気ベアリング１２０のベアリングギャップ１３２を通して冷却媒体を流すための冷却路を設けることが妥当である場合がある。磁気ベアリングのベアリングギャップ１３２は、ロータアセンブリ１１０の磁気ベアリングの層状構造１２５と、ロータアセンブリ１１０を囲んでいる場合があるベアリングハウジング１２６との間に位置する場合がある。層状構造１２５は、ターボコンプレッサの動作の間、ロータアセンブリ１１０とともに回転する場合があり、一方、ベアリングハウジング１２６は、固定されている場合がある。たとえば、ベアリングハウジング１２６は、コンプレッサケーシング１０５に接続されている場合がある。
【００４５】
磁気ベアリング１２０のベアリングギャップ１３２は、周方向に、ロータアセンブリ１１０を囲んでいる場合がある。ベアリングギャップ１３２は、薄いシリンダバレルの形状で、ロータアセンブリを囲んでいる場合がある。
【００４６】
冷却媒体は、磁気ベアリング１２０を冷却するために、ベアリングギャップ１３２を通してガイドされる場合がある。しかし、比較的低い温度で飽和したガスなどの冷却媒体を使用する場合、ベアリングギャップ１３２内におけるガスの凝縮のリスクが存在する。ベアリングギャップ１３２内における冷却媒体の凝縮は、ベアリングギャップに沿って、または、磁気ベアリングの底部においての、液体の蓄積に繋がる場合がある。この液体の蓄積は、磁気ベアリングに経時的に負の影響を与え、システムの安定性に影響し、ロータアセンブリの移動を生じる場合がある。
【００４７】
本明細書に開示される実施形態によれば、ターボコンプレッサは、磁気ベアリングの冷却のために、加圧ガスの第１の部分Ｐ１を、磁気ベアリング１２０のベアリングギャップ１３２を通して搬送するように構成された冷却路１３０を含んでいる。換言すると、通常は高温かつ高圧である加圧ガスが、磁気ベアリングのベアリングギャップ１３２における冷却媒体として使用される。ベアリングギャップ内における冷却媒体の、高いガス圧力及び高温に起因して、ベアリングギャップ内の冷却媒体の凝縮を低減できるか、全体的に避けることができる。ロータアセンブリの不安定性を低減するか避けることができる。
【００４８】
ベアリングギャップを通してガイドされる「加圧ガス（ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  ｇａｓ）」は、本明細書で使用される場合、複数のインペラのもっとも下流のインペラである場合がある少なくとも１つのインペラ１１２の、ガス排出エリアからのガスとして理解される場合がある。「もっとも下流のインペラ（ｍｏｓｔ  ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ  ｉｍｐｅｌｌｅｒ）」は、本明細書で使用される場合、ターボコンプレッサの搬送圧力または流出圧力に、ガスを加圧するために構成されたターボコンプレッサの、下流方向における最後のインペラとして理解される場合がある。換言すると、冷却路１３０を通るように向けられた加圧ガスは、搬送圧力で加圧されたターボコンプレッサの複数のインペラの最後のインペラより下流の、加圧ガスの第１の部分Ｐ１である場合がある。
【００４９】
「少なくとも１つのインペラのガス排出エリア（ｇａｓ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ａｒｅａ  ｏｆ  ｔｈｅ  ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｉｍｐｅｌｌｅｒ）」は、ターボコンプレッサを出る前に、加圧ガスのメインストリーム１０７が通過する少なくとも１つのインペラ１１２に直接隣接するか、下流にあるエリアとして理解される場合がある。
【００５０】
いくつかの実施形態では、冷却路１３０内の加圧ガスの第１の部分Ｐ１の圧力及び／または温度は、ターボコンプレッサを出る加圧ガスの搬送圧力及び／または搬送温度に基本的に対応する場合がある。たとえば、冷却路内の加圧ガスの第１の部分Ｐ１の（絶対値の）圧力は、ターボコンプレッサを出るガスの搬送圧力の７０％以上、具体的には、８０％以上、さらに具体的には、９０％以上である場合がある。
【００５１】
いくつかの実施形態では、冷却路１３０に沿ってベアリングギャップ１３２を通って伝播する間、加圧ガスの第１の部分Ｐ１の圧力低下及び／または温度低下が存在する場合がある。前述の圧力低下及び／または温度低下は、ベアリングギャップ内の冷却媒体の凝縮を基本的に避けるのに十分に小さい場合がある。
【００５２】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、ターボコンプレッサ１００は、下流方向に連続して配置された複数のインペラ、たとえば、２、３、またはそれより多くのインペラを含む場合がある。すでに述べたように、少なくとも１つのインペラ１１２は、ターボコンプレッサ１００の搬送圧力にガスを加圧するために構成された複数のインペラのもっとも下流のインペラである場合がある。最後のインペラの下流の加圧ガスの部分Ｐ１が、磁気ベアリング１２０を冷却するために使用される場合、ベアリングギャップ１３２内の冷却媒体の凝縮は、複数のインペラの最後のインペラより下流の加圧ガスの、高い温度及び圧力に起因して、効果的に低減することができる。
【００５３】
たとえば、加圧ガスの第１の部分Ｐ１は、少なくとも１つのインペラ１１２より下流、たとえば、少なくとも１つのインペラ１１２のガス排出エリア１１５より下流で、加圧ガスのメインストリーム１０７から分枝している場合がある。加圧ガスの第１の部分Ｐ１は、少なくとも１つのインペラ１１２の高圧側１１３のベアリングギャップ１３２を通して、少なくとも部分的に軸方向で延びる場合がある、冷却路１３０を通るように向けられている場合がある。ベアリングギャップ１３２内の冷却媒体の凝縮は、低減することができるか避けることができる。
【００５４】
冷却路１３０を通るように向けられた加圧ガスの第１の部分Ｐ１は、ターボコンプレッサのガス流出部に向けられた加圧ガスのメインストリーム１０７の断片である場合があり、たとえば、メインストリーム１０７の１０％以下、具体的には、５％以下である。
【００５５】
本明細書に記載の実施形態によれば、ターボコンプレッサの排出側の磁気ベアリング１２０は、ターボコンプレッサの最後のインペラより下流の加圧ガス流の一部によって冷却される場合があり、それにより、ベアリングギャップ内の冷却ガス流の圧力及び温度を増大させる。磁気ベアリングのための冷却構成が、ターボコンプレッサのガス流に組み込まれており、冷却構成が簡略化される。
【００５６】
さらに、ベアリングギャップ１３２を通る冷却媒体の質量流量は、前に使用した冷却構成に比べ、増大させることができる。
【００５７】
図３は、本明細書に記載の実施形態に係るターボコンプレッサ２００を概略断面図で示している。図３の断面は、長手方向に、ターボコンプレッサ２００の軸に沿って延びている。ターボコンプレッサ２００は、図２のターボコンプレッサ１００に類似である場合があり、対応する特徴は、ここでは再度記載していない。
【００５８】
具体的には、ターボコンプレッサ２００は、軸方向Ａに延び、ガスを加圧するために構成された少なくとも１つのインペラ１１２または複数のインペラを含む、ロータアセンブリ１１０を含んでいる。
【００５９】
ターボコンプレッサは、コンプレッサ段にわたる差動圧力、及び、ガスのモーメントの変化によって生じる、ロータアセンブリ１１０の軸方向のスラストの影響を受ける場合がある。この軸方向のスラストは、少なくとも部分的に、バランスドラム及び／または軸方向のベアリングによって相殺することができる。軸方向のベアリングには、通常は、ロータアセンブリ１１０のスラスト全体によっては負荷を加えることができないことから、バランスドラムは、スラストの一部を相殺するように設計される場合があり、（任意選択の）軸方向のベアリングに、残りのあらゆるスラストを処理させる。いくつかの実施形態では、軸方向のベアリングが必要ない場合がある。バランスドラムは、ロータアセンブリ１１０にフィットしているか、ロータアセンブリ１１０と一体に形成された、回転するディスク、ステップ、または突起として実施される場合がある。バランスドラムの各側には、作動中、異なる圧力が与えられる場合がある。いくつかの実施形態では、バランスドラムの直径は、残留負荷によって軸方向のベアリングに過負荷が与えられることを防止するように、適切な軸方向の負荷を有するように選択される場合がある。バランスドラムを設けることは、ロータアセンブリ１１０の十分な軸方向の負荷を取ることが可能ではない場合がある、１つまたは複数の磁気ベアリングとの組合せにおいて、有益である場合がある。
【００６０】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、ターボコンプレッサ２００は、少なくとも１つのインペラ１１２の高圧側１１３に配置されたバランスドラム１４０を含む場合がある。バランスドラム１４０は、ロータアセンブリ１１０の軸方向のスラストを少なくとも部分的に相殺するために、構成されている場合がある。
【００６１】
いくつかの実施形態では、バランスドラム１４０は、ロータアセンブリ１１０のステップ、ディスク、またはバランスピストンとして設けられている場合がある。バランスドラムの形状は、バランスドラム１４０が、ロータアセンブリの軸方向のスラストを少なくとも部分的に相殺することが可能である限り、特に制限されない。バランスドラムの高圧側１１６と、バランスドラムの低圧側１１４との間では、圧力差が維持される場合がある。
【００６２】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのインペラが、バランスドラム１４０の高圧側１１６に配置され、バランスドラムの低圧側１１４が、反対側、すなわち、バランスドラム１４０の下流側である場合がある。低圧エリア１０１２が、バランスドラム１４０の低圧側に設けられている場合がある（図１を参照）。
【００６３】
本明細書に記載の他の態様と組み合わせられる場合がある、本開示の一態様によれば、磁気ベアリング１２０は、軸方向Ａにおいて、少なくとも１つのインペラ１１２と、バランスドラム１４０との間に配置されている場合がある。いくつかの実施形態では、磁気ベアリング１２０は、複数のインペラのもっとも下流のインペラと、バランスドラム１４０との間に配置されている場合がある。
【００６４】
したがって、磁気ベアリング１２０は、ロータアセンブリ１１０の高圧エリア、すなわち、最後のインペラとバランスドラム１４０との間に配置されている場合がある。したがって、冷却構成のセットアップは、簡略化することができ、最後のインペラの下流側からバランスドラム１４０の高圧側１１６に向かって延びるバランスドラムのガス流は、磁気ベアリング１２０を冷却するために使用される場合がある。
【００６５】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、冷却路１３０は、少なくとも１つのインペラ１１２のガス排出エリア１１５から下流の方向に、ベアリングギャップ１３２を通って延び、次いで、バランスドラム１４０の高圧側１１６からバランスドラム１４０を通って、バランスドラム１４０の低圧側１１４に通過する。
【００６６】
バランスドラムは、バランスドラムの高圧側１１６と低圧側１１４との間の圧力差を維持するように構成されたバランスドラムシール１４２を含む場合がある。いくつかの実施形態では、バランスドラムシール１４２は、ラビリンスシールである場合がある。冷却路１３０は、バランスドラムシール１４２、たとえば、バランスドラムシール１４２に設けられたラビリンス通路を通り、バランスドラム１４０の低圧側１１４に向かって延びる場合がある。
【００６７】
バランスドラムシール１４２は、ロータアセンブリ１１０に固定された回転構成要素である場合があるか、バランスドラムシール１４２は、代替的には、ターボコンプレッサの固定部分１４４、たとえば、ケーシング部分に固定された固定構成要素である場合がある。いくつかの実施形態では、バランスドラムシール１４２の第１の部分は、ロータアセンブリ１１０に固定されており、バランスドラムシール１４２の第２の部分は、ターボコンプレッサの固定部分１４４に固定されている。バランスドラムのギャップは、バランスドラムの外側表面と、固定部分１４４の嵌合する内側表面との間に設けられている場合がある。バランスドラムシール１４２は、バランスドラムのギャップに配置されている場合があり、また、バランスドラムのギャップを規定する場合がある。
【００６８】
したがって、いくつかの実施形態では、冷却路１３０は、少なくとも１つのインペラ１１２のガス排出エリア１１５からベアリングギャップ１３２を通り、さらに、バランスドラム１４０の高圧側１１６からバランスドラムシール１４２を通り、バランスドラム１４０の低圧側に向かって延びる場合がある。したがって、バランスドラムのガス流は、バランスドラム１４０の高圧側１１６に配置された磁気ベアリング１２０を冷却するために使用することができる。
【００６９】
バランスドラム１４０の低圧側１１４は、低圧に保持されている場合がある。たとえば、バランスドラムの低圧側１１４は、大気圧、または、ターボコンプレッサの入口のガス圧力に接続されている場合がある。たとえば、図１に概略的に示されているように、ターボコンプレッサのガス入口エリア１０１１は、バランスドラム１４０の低圧側１１４の低圧エリア１０１２と、バランスラインを介して流体接続されている場合がある。バランスラインは、バランスドラム１４０の低圧側１１４の低圧エリア１０１２における圧力を、ガス流入部１００３を介して入るプロセスガスの圧力とほぼ同じ圧力に維持する場合がある。ロータアセンブリ１１０の軸方向のスラストは、前述の圧力差を維持するために構成されたバランスドラム１４０により、効果的に相殺することができる。
【００７０】
いくつかの実施形態では、制御ユニット、たとえば制御バルブは、低圧エリア１０１２内の圧力を、たとえば、ベアリングの１つか、その近くで検知された軸方向の負荷に基づき、調整するために設けられている場合がある。
【００７１】
少なくとも１つのインペラ１１２は、たとえば、段間の圧力差、ガスのモーメントの変化などに起因して、ターボコンプレッサの低圧側の方向にロータアセンブリの軸方向の負荷を与える場合がある。ロータアセンブリ１１０を回転させる駆動ユニット１００１は、逆方向、すなわち、ターボコンプレッサの高圧側に向かって、ロータアセンブリに、実質的に一定の軸方向の負荷を与える場合がある。少なくとも１つのインペラ１１２の残りの軸方向の負荷に反作用するために、バランスドラム１４０は、ロータアセンブリに軸方向の力を加えるように設計されている場合があり、その力の大きさは、予期されるインペラの軸方向の負荷から駆動ユニットの軸方向の負荷を引いたものに基づく場合がある。このことは、たとえば、バランスドラムの低圧側のガス圧力が、バランスドラムの高圧側の圧力よりも低くなるようにシステムを設計すること、及び／または、適切なサイズ、たとえば、適切な直径のバランスドラムを選択して、バランスを取る適切な力を発生させることにより、達成される場合がある。圧力のアンバランスは、ターボコンプレッサの低圧側１１４とガス入口エリア１０１１との間のバランスラインを設けることによって維持される場合がある。
【００７２】
図４は、本明細書に記載の実施形態に係るターボコンプレッサ３００の上方部分を概略断面図で示している。図４の断面は、長手方向に、ターボコンプレッサ３００の軸に沿って延びている。ターボコンプレッサ３００は、図３のターボコンプレッサ２００に類似している場合があり、対応する特徴は、ここでは再度記載していない。
【００７３】
具体的には、ターボコンプレッサ３００は、バランスドラム１４０と、軸方向Ａにおいて、少なくとも１つのインペラ１１２と、バランスドラム１４０との間に配置された磁気ベアリング１２０とを含む場合がある。冷却路１３０は、少なくとも１つのインペラ１１２のガス排出エリア１１５から、磁気ベアリング１２０のベアリングギャップ１３２を通り、また、バランスドラムシール１４２を通って、バランスドラム１４０の低圧側１１４に延びる場合がある。
【００７４】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、ターボコンプレッサ３００は、加圧ガスの第２の部分Ｐ２を、少なくとも１つのインペラ１１２のガス排出エリア１１５から、冷却路１３０の、ベアリングギャップ１３２より下流の部分に搬送するように構成されたバイパス路１５０を含む場合がある。
【００７５】
バイパス路１５０は、少なくとも１つのインペラ１１２のガス排出エリア１１５と、冷却路１３０の、ベアリングギャップ１３２より下流の部分との間を流体接続する場合がある。バイパス路１５０を通るように向けられた加圧ガスの第２の部分Ｐ２は、ターボコンプレッサのガス流出部に向けられた加圧ガスのメインストリーム１０７の断片である場合があり、たとえば、メインストリーム１０７の１０％以下、具体的には、５％以下である。バイパス路１５０を通って流れる加圧ガスの第２の部分Ｐ２は、高圧及び／または高温である場合がある。たとえば、加圧ガスの第２の部分Ｐ２の圧力及び温度は、ターボコンプレッサの搬送圧力及び／または搬送温度に基本的に対応する場合がある。
【００７６】
たとえば、いくつかの実施形態では、加圧ガスの第１の部分Ｐ１は、もっとも下流のインペラより下流の冷却路１３０を通って流れる場合があり、加圧ガスの第２の部分Ｐ２は、もっとも下流のインペラより下流のバイパス路１５０を通って流れる場合がある。冷却路１３０とバイパス路１５０とは、ベアリングギャップ１３２より下流で合流する場合がある。
【００７７】
バイパス路１５０を設けることにより、ベアリングギャップ１３２にわたる冷却路１３０の圧力低下を、低減するか避けることができる。具体的には、軸方向Ａにおけるベアリングギャップ１３２の両側で、冷却路１３０内の基本的に同じ圧力、すなわち高圧が、ベアリングギャップの下流側を、最後のインペラのガス排出エリア１１５と直接接続する場合があるバイパス路１５０を設けることにより、保証され得る。ベアリングギャップ内の冷却流体の凝縮は、低減することができるか避けることができる。
【００７８】
冷却路１３０は、ロータアセンブリの外周を囲み、軸方向Ａに延びるシリンダジャケットの形状を、少なくとも部分的に有する場合がある。バイパス路１５０は、たとえば、軸方向Ａにおいて少なくとも部分的に、少なくとも部分的に互いから分離して延びる場合がある、１つまたは複数のチャネルとして設けられている場合がある。バイパス路１５０のチャネルの１つが、長手方向断面図で図４に示されている。たとえば、バイパス路１５０の１つまたは複数のチャネルは、１つまたは複数の異なる角度位置において、ベアリングハウジング１２６から径方向外側に延びている場合がある。
【００７９】
たとえば、バイパス路１５０の２つのチャネルは、ロータアセンブリの軸の両側に設けられている場合がある。いくつかの実施形態では、バイパス路１５０は、４つの角度位置、たとえば、それぞれの隣接するチャネルに対して９０度の角度で設けられている場合がある４つのチャネルを含む場合がある。いくつかの実施形態では、バイパス路１５０は、５つ以上のチャネルを含む場合がある。バイパス路１５０のチャネルは、対称的に配置される場合がある。
【００８０】
バイパス路１５０は、バランスドラム１４０より上流の位置、すなわち、バランスドラム１４０の高圧側１１６で、冷却路１３０に合流する場合がある。このため、冷却路１３０にわたって圧力が低下するケースにおいてさえも、バイパス路１５０に起因して、バランスドラム１４０の高圧側１１６において、高圧を保証することができる。したがって、バランスドラム１４０の高圧側１１６と低圧側１１４との間の適切な圧力差を保証することができ、バランスドラム１４０のスラストの相殺は、冷却路にわたり、潜在的な圧力低下によって負の影響を受けることはない。
【００８１】
具体的には、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、バイパス路１５０は、少なくとも１つのインペラ１１２のガス排出エリア１１５と、バランスドラム１４０の高圧側１１６との間を直接接続する場合がある。動作条件に応じて、バイパス路１５０の開口の寸法は、熱的、及びロータの動的な作用を最適にするようなもの、たとえば、ガス流の０％から１００％に移行するものとすることができる。
【００８２】
バイパス路１５０と冷却路１３０とは、少なくとも１つのインペラ１１２のガス排出エリア１１５から、バランスドラム１４０の高圧側１１６への、加圧ガスの２つの平行な流れを提供する場合がある。冷却路１３０とバイパス路１５０とは、加圧ガスのメインストリーム１０７から分枝する場合がある。
【００８３】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、バランスドラム１４０は、ロータアセンブリ１１０の軸方向端部の近くに配置される場合がある。具体的には、バランスドラム１４０は、ロータアセンブリ１１０の軸方向端部と直接接触して配置することができるか、中間要素によってロータアセンブリ１１０の軸方向端部に間接的に接続することができる。中間要素は、５０ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、より好ましくは２ｃｍ未満の軸方向長さを有することができる。たとえば、バランスドラム１４０は、ロータアセンブリ１１０の軸方向端部を構成する場合がある。バランスドラム１４０の維持及び調整は、バランスドラム１４０がロータアセンブリの軸方向端部の近くに設けられている場合に、容易にすることができる。
【００８４】
具体的には、バランスドラム１４０の回転部分と、ターボコンプレッサの固定部分１４４との間のバランスドラムシール１４２の調整を簡略化することができる。たとえば、バランスドラムシール１４２及び／またはバランスドラムのギャップの位置合わせの不良は、側方の負荷の影響を生じ得る。この影響は、本明細書に記載の実施形態に従って避けることができる。いくつかの実施形態では、バランスドラムシール１４２は、ターボコンプレッサの固定部分１４４に固定されており、ロータアセンブリの軸方向端部の近くに配置されたバランスドラム１４０は、バランスドラムシール１４２に対して中心付けることができる。
【００８５】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、バランスドラム１４０は、ロータアセンブリ１１０のシャフト１１１、特に、シャフト１１１の軸方向端部に、取外し可能に接続される場合がある。バランスドラムの外側表面と、固定部分１４４の内側表面との間のバランスドラムのギャップを形成する、ターボコンプレッサの固定部分１４４に対するバランスドラム１４０の中心付けは、簡略化することができる。
【００８６】
図４に示す実施形態では、バランスドラム１４０が、固定デバイスを介して、たとえば、ネジまたはボルトを介して、シャフト１１１の軸方向端部に固定されている。いくつかの実施形態では、バランスドラム１４０の外側表面と嵌合する表面を形成する固定部分１４４も、固定デバイスを介して、たとえばネジを介して、ターボコンプレッサのケーシング部分に接続されている場合がある。固定部分１４４に対するバランスドラム１４０の中心付けは、さらに簡略化することができる。
【００８７】
図５は、本明細書に記載の実施形態に係るターボコンプレッサ４００を概略断面図で示している。図５の断面は、長手方向に、ターボコンプレッサ４００の軸に沿って延びている。ターボコンプレッサ４００は、図４のターボコンプレッサ３００に類似している場合があり、対応する特徴は、ここでは再度記載していない。
【００８８】
具体的には、ターボコンプレッサ３００は、バランスドラム１４０と、軸方向Ａにおいて、少なくとも１つのインペラ１１２と、バランスドラム１４０との間に配置された磁気ベアリング１２０とを含む場合がある。冷却路１３０は、少なくとも１つのインペラ１１２から、磁気ベアリング１２０のベアリングギャップ１３２を通り、また、バランスドラムシール１４２を通って、バランスドラム１４０の低圧側１１４に延びる場合がある。さらに、バイパス路１５０が設けられる場合がある。
【００８９】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、ターボコンプレッサは、特にバルブを備え、バイパス路１５０を通る加圧ガスの第２の部分Ｐ２の流れを調整するために構成された制御ユニット１５５をさらに含む場合がある。たとえば、バイパス路１５０を通る加圧ガスの第２の部分Ｐ２の流れは、制御ユニット１５５を介して調整される場合がある。
【００９０】
バイパス路を通る加圧ガスの第２の部分Ｐ２の流れを調整することにより、冷却路１３０内の加圧ガスの第１の部分Ｐ１の圧力及び／または流れを変化させることができる。冷却ガスの流れは、いくつかの実施形態では調整される場合がある。代替的または追加的に、バランスドラムの高圧側とバランスドラムの低圧側との間の圧力差は、制御ユニット１５５を介して調整することができる。
【００９１】
いくつかの実施形態では、バイパス路１５０と冷却路１３０とは、バランスドラムシール１４２、たとえば、ラビリンスシールの通路の位置において、結合するか合流する場合がある。バランスドラムシール１４２内のガスの渦巻きは、ラビリンスシールである場合がある、バランスドラムシールのある位置において冷却路内に流れ込む加圧ガスの第２の部分Ｐ２によって低減されるか防止される場合がある。たとえば、図５に概略的に示すように、加圧ガスの第１の部分Ｐ１は、基本的に軸方向に、バランスドラムシール１４２を通ってガイドされる場合があり、加圧ガスの第２の部分Ｐ２は、少なくとも部分的に径方向から、バランスドラムシールの通路に流れ込む場合がある。
【００９２】
いくつかの実施形態では、バイパス路１５０は、基本的に等間隔の方向から、バランスドラムのシール内に、加圧ガスを向けるために構成された１つまたは複数のチャネルを有する場合がある。前述のチャネルが１つのみ、図５に示されている。したがって、対称的なガスの負荷が、バランスドラム１４０に作用する場合があり、加圧ガスの第２の部分Ｐ２に起因するロータアセンブリの不安定を防止することができる。さらに、バランスドラムのギャップ内のガスの渦巻きは、効果的に崩すことができる。
【００９３】
たとえば、バイパス路１５０の少なくとも１つのチャネルは、ターボコンプレッサの固定部分１４４を通ってバランスドラムのギャップに、たとえば、基本的に径方向に延びる分路穴として構成される場合がある。たとえば、分路穴は、バランスドラムシール１４２の通路、たとえば、軸方向Ａにおけるバランスドラムシールの中心の通路で、終端する場合がある。
【００９４】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、ターボコンプレッサは、遠心コンプレッサとして構成される場合があり、少なくとも１つのインペラは、ロータアセンブリから離れる径方向に加圧ガスを向けるために構成された遠心インペラである場合がある。具体的には、ターボコンプレッサの複数のインペラの各インペラは、遠心インペラとして構成される場合がある。他の実施形態では、ターボコンプレッサの少なくとも１つまたは複数のインペラは、軸方向のインペラとして構成される場合がある。
【００９５】
いくつかの実施形態では、ターボコンプレッサは、カンで囲まれたターボコンプレッサとして構成される場合がある。ターボコンプレッサは、ガスを漏洩させない、密閉してシールされたケーシング内に配置されている場合がある。
【００９６】
図６は、本明細書に記載の実施形態に係る、ターボコンプレッサの動作方法を示すためのフロー図である。ボックス５１０では、本方法は、ロータアセンブリ１１０の少なくとも１つの回転するインペラを越えてガスを向けることにより、ガスを加圧することを含んでいる。少なくとも１つのインペラは、ロータアセンブリに取り付けられた複数のインペラのもっとも下流のインペラである場合があり、また、ターボコンプレッサの搬送圧力にガスを加圧するように構成された最後のコンプレッサ段の一部である場合がある。
【００９７】
ボックス５２０では、少なくとも１つのインペラ１１２を越えて流れた後に、加圧ガスの第１の部分Ｐ１が、磁気ベアリング１２０を冷却するために、冷却路１３０に沿って、磁気ベアリング１２０のベアリングギャップ１３２を通して搬送される場合がある。
【００９８】
加圧ガスの第１の部分Ｐ１は、ターボコンプレッサのガス流出部に向けられた加圧ガスのメインストリーム１０７から分枝される場合がある。
【００９９】
いくつかの実施形態では、本方法は、バランスドラム１４０の高圧側１１６と低圧側１１４との間に圧力差を与えることにより、ロータアセンブリ１１０の軸方向のスラストを相殺することをさらに含む場合があり、ここで、磁気ベアリング１２０は、少なくとも１つのインペラとバランスドラムとの間に配置されている場合がある。
【０１００】
任意選択のボックス５３０では、本方法は、ベアリングギャップ１３２の下流で、加圧ガスの第１の部分Ｐ１をバランスドラム１４０に搬送することをさらに含む場合がある。具体的には、加圧ガスの第１の部分は、バランスドラムの高圧側をバランスドラムの低圧側から分離するバランスドラムシール１４２に向けられている場合がある。
【０１０１】
任意選択的には、本方法は、加圧ガスの第２の部分Ｐ２を、少なくとも１つのインペラのガス排出エリアから延びるバイパス路１５０を通し、ベアリングギャップ１３２の下流に位置する冷却路１３０の部分に搬送することをさらに含む場合がある。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、バイパス路１５０を通って流れる加圧ガスの第２の部分Ｐ２と、冷却路１３０を通って流れる加圧ガスの第１の部分Ｐ１とは、バランスドラムの上流の位置、たとえば、バランスドラムの直接上流、すなわち、バランスドラムの高圧側において、ともに流れる場合がある。
【０１０３】
加圧ガスの第１の部分Ｐ１及び／または加圧ガスの第２の部分Ｐ２は、ターボコンプレッサのガス流出部に向けられた加圧ガスのメインストリーム１０７から分枝される場合がある。加圧ガスの第２の部分Ｐ２は、バイパス路を通るように向けられ、次いで、バランスドラムを越えて、バランスドラムの低圧側に向けられる場合がある。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、加圧ガスの第１の部分Ｐ１と、加圧ガスの第２の部分Ｐ２とは、バランスドラムの高圧側で、バランスドラムの上流の位置において、ともに流れる場合がある。
【０１０５】
代替的には、加圧ガスの第１の部分Ｐ１と、加圧ガスの第２の部分Ｐ２とは、バランスドラムシール１４２内の位置、たとえば、ラビリンスシールの通路において、ともに流れる場合がある。これにより、バランスドラムシール内のガスの渦巻きを崩すことを補助する場合がある。
【０１０６】
たとえば、加圧ガスの第２の部分Ｐ２は、バランスドラムシール内のガスの渦巻きを崩すために、バランスドラムシールの中心部で、加圧ガスの第１の部分Ｐ１に流れ込む場合がある。
【０１０７】
加圧ガスの第１の部分Ｐ１の流量または圧力は、たとえば、バイパス路１５０に設けられた制御ユニット１５５を介して、バイパス路１５０内の加圧ガスの第２の部分Ｐ２の流量または圧力を調整することによって制御される場合がある。
【０１０８】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせられる場合があるいくつかの実施形態では、ガスは、第１の圧力及び第１の温度でターボコンプレッサに入る場合があり、加圧ガスの第１の部分Ｐ１は、第１の圧力及び第１の温度よりもそれぞれ高い第２の圧力及び第２の温度で、ベアリングギャップ１３２を通るように向けられる場合がある。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、第２の圧力は、第１の圧力の２倍以上である場合があり、及び／または、第２の温度は、第１の温度よりも１０℃を超えて高いか、特に、２０℃を超えて高いか、３０℃を超えて高い場合がある。ベアリングギャップ内の加圧ガスの凝縮を低減することができ、ターボコンプレッサの耐久性を向上させることができる。
【０１１０】
上の記載は、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態が、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく創造される場合があり、また、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によって判定される。
【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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