(57)【要約】【課題】低圧段吸い込み圧が１ｔｏｒｒ以上の真空下で１２以上の高圧力比が得られる１軸２段の遠心圧縮機を提供する。【解決手段】回転駆動手段２に設けられた回転軸６の一端側に低圧段圧縮機３の羽根車３ｂを接続し、他端側に高圧段圧縮機４の羽根車４ｂを接続すると共に、低圧段圧縮機３により昇圧された作動ガスを高圧段圧縮機４により再度昇圧する１軸２段の遠心圧縮機であって、高圧段圧縮機４より吐出された作動ガスの一部を低圧段圧縮機３側へ還流させて低圧段圧縮機３より吐出された作動ガスの主流に合流させることにより、高圧段圧縮機４の吸い込み流量を増加させたもので、低圧段圧縮機３より吐出される作動ガスの主流に合流させる作動ガスの流量を適宜選択することにより、最高効率の羽根車の設計が可能となるため、１軸２段の遠心圧縮機でも高圧力比が得られるようになる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動手段に設けられた回転軸の一端側に低圧段圧縮機の羽根車を接続し、他端側に高圧段圧縮機の羽根車を接続すると共に、前記低圧段圧縮機により昇圧された作動ガスを前記高圧段圧縮機により再度昇圧する１軸２段の遠心圧縮機であって、前記高圧段圧縮機より吐出された作動ガスの一部を前記低圧段圧縮機側へ還流させて前記低圧段圧縮機より吐出された作動ガスの主流に合流させることにより、前記高圧段圧縮機の吸い込み流量を増加させたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記低圧段圧縮機の吸い込み圧力が１ｔｏｒｒ以上の真空下において１２以上の高圧力比が得られるようにしてなる請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記低圧段圧縮機側へ還流させる作動ガスの流量を、流量制御弁により制御してなる請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として低圧段吸い込み圧力が１ｔｏｒｒ以上の真空下で使用する遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に圧力比（吸い込み圧力と吐出圧力の比）が最も高い遠心圧縮機としては、航空機用のガスエンジンに使用されているものが知られており、このガスエンジンに使用されている遠心圧縮機の圧力比は、単段で８から１１とされている。
これは回転軸と羽根車に使用されている材料の強度により羽根車の周速と回転軸の動力伝達力が制限されるためで、圧力比が１２以上の場合は、従来ではレシプロ式のガス圧縮機が使用されている。
また作動ガス分子量の大きい遠心圧縮機の場合、単段でも圧縮比が２２のものがターボ機械第２０巻第３号（社団法人ターボ機械協会，１９９２年３月発行）で報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしレシプロ式のガス圧縮機はターボ圧縮機に比べて大型となるため、設置するのに多くのスペースを必要とし、設置するスペースが確保できない場合は採用できない等の問題がある。
【０００４】
一方ターボ圧縮機、特に遠心力を利用した遠心圧縮機は小型化が容易な上、構造も比較的簡単である等の利点を有する反面、単段における圧力比は前述したように８から１１程度であるため、高圧力比の遠心圧縮機を得ようとした場合、多段化を図る必要がある。
例えば、いま圧力比１６を低圧段と高圧段の２段の羽根車で得ようとした場合、各段の羽根車の圧力比は約４となる。
羽根車特性を表わすパラメータとして、流量係数Φ１＝Ｑｓ／（π／４×Ｄ２×Ｕ２）（なお、Ｑｓ：吸い込み流量、Ｄ：羽根車出口径、Ｕ２：周速）があるが、高効率の遠心圧縮機を得るためには、流量係数をある一定値として羽根車を設計する必要があるため、Ｕ２は羽根車に使用する材料の応力制限から上限値が決まる。
【０００５】
また低圧段より吸い込まれた作動ガスは、低圧段で圧縮された後、吸い込み流量が１／４になって高圧段へ流入されるが、高圧段の羽根車出口径Ｄは低圧段の１／２となるため、回転数を２倍にしなければ最適な設計とならないことから、各羽根車毎に回転軸を設けた２軸２段の遠心圧縮機とせざるを得ない。
しかし２軸２段の遠心圧縮機は、１軸２段の遠心圧縮機に比べて構造が複雑となるため、高価になる上信頼性に欠ける等の問題がある。
【０００６】
本発明はかかる従来の問題を改善するためになされたもので、低圧段吸い込み圧が１ｔｏｒｒ以上の真空下で１２以上の高圧力比が得られる１軸２段の遠心圧縮機を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の遠心圧縮機は、回転駆動手段に設けられた回転軸の一端側に低圧段圧縮機の羽根車を接続し、他端側に高圧段圧縮機の羽根車を接続すると共に、低圧段圧縮機により昇圧された作動ガスを高圧段圧縮機により再度昇圧する１軸２段の遠心圧縮機であって、高圧段圧縮機より吐出された作動ガスの一部を低圧段圧縮機側へ還流させて低圧段圧縮機より吐出された作動ガスの主流に合流させることにより、高圧段圧縮機の吸い込み流量を増加させたものである。
【０００８】
前記構成により、高圧段圧縮機の回転速度が低圧段圧縮機と同一でも、低圧段圧縮機より吐出される作動ガスの主流に合流させる作動ガスの流量を適宜選択することにより、最高効率の羽根車の設計が可能となるため、１軸２段の遠心圧縮機でも高圧力比が得られるようになる。
これによって圧縮機全体の構成が簡素化されるため、小型化及びコストの削減が図れると共に、信頼性も向上する。
【０００９】
前記目的を達成するため本発明の遠心圧縮機は、低圧段圧縮機の吸い込み圧力が１ｔｏｒｒ以上の真空下において１２以上の高圧力比が得られるようにしたものである。
【００１０】
前記構成により、絶対に外部へ漏洩することが許されない例えば腐食性ガスや毒性ガスを、１ｔｏｒｒ以上の真空下で圧送する化学プラント等で使用するのに好適な遠心圧縮機が容易に得られるようになる。
【００１１】
前記目的を達成するため本発明の遠心圧縮機は、低圧段圧縮機側へ還流させる作動ガスの流量を、流量制御弁により制御するようにしたものである。
【００１２】
前記構成により、低圧段圧縮機より吐出される作動ガスの主流に合流させる作動ガスの流量を流量制御弁により制御することにより、最高効率で遠心圧縮機を運転することができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１を参照して詳述する。
図１はパッケージ型１軸２段の遠心圧縮機を示すもので、圧縮機本体１は、中央部１に設けられた電動機よりなる回転駆動手段２と、その両端側に設けられた低圧段圧縮機３及び高圧段圧縮機４より構成されている。
回転駆動手段２は、軸受け５より両端側が回転自在に支承された回転軸６が中心部を水平方向に貫通しており、回転軸６の両端は低圧段圧縮機３と高圧段圧縮機４のケーシング３ａ、４ａ内にそれぞれ突出されていて、回転軸６の一端側には、低圧段圧縮機３のケーシング３ａ内に設けられた羽根車３ｂが、そして他端側には、高圧段圧縮機４のケーシング４ａ内に設けられた羽根車４ｂがそれぞれ固着されている。
【００１４】
回転軸６の両端側を支承する軸受け５の一方はラジアル軸受け５ａにより構成され、他方はラジアル軸受け５ａとスラスト軸受け５ｂとの組み合わせにより構成されていると共に、各ラジアル軸受け５ａと羽根車３ａ、４ａの間には、ケーシング３ｂ、４ａ内の作動ガスが回転駆動手段２側へ漏洩するのを防止する軸封手段８が設けられている。
なお軸封手段８としては、ラビリンスシールや、オイルフィルムシール、メカニカルシール、ドライガスシール等が使用されている。
【００１５】
一方低圧段圧縮機３の吸い込み側には、ガスクーラ１０により冷却された作動ガスが管路１１を介して流入されており、低圧段圧縮機３により昇圧された作動ガスは、逆止弁１２を経て管路１３内へと流入され、管路１３の途中に設けられたガスクーラ１４により冷却された後、高圧段圧縮機４の吸い込み側へ流入されるようになっている。
そして高圧段圧縮機４により再度昇圧された作動ガスは、管路１５の途中に設けられたガスクーラ１６により冷却された後、図示しない化学プラント等へ供給されると共に、高圧段圧縮機４で昇圧された作動ガスの一部は、ガスクーラ１６の手前で管路１５より分岐された分岐管１７へ流入されるようになっている。
分岐管１７の途中には流量調整弁１８が設けられていて、この流量調整弁１８により流量調整された作動ガスは、分岐管１７によりガスクーラ１４の手前で、管路１３内を流れる作動ガスの主流に合流されるようになっている。
次に前記構成された遠心圧縮機の作用を説明する。
【００１６】
本発明の実施の形態になる遠心圧縮機は、絶対に外部へ漏洩することが許されない例えば腐食性ガスや毒性ガスを、１３３ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の真空下で圧送する化学プラント等において使用するのに適しているが、化学プラント以外の用途にも勿論使用できるものである。
なお１３３ｐａ以上の真空下とは、これ以下の真空下では通常の羽根車の設計法が成立しない下限値を示している。
【００１７】
管路１１の途中に設けられたガスクーラ１０で冷却された作動ガスは、低圧段圧縮機３のケーシング３ａ内に流入され、回転駆動手段２により回転される羽根車３ｂにより昇圧された後、逆止弁１２を経て管路１３へ流入され、管路１３の途中に設けられたガスクーラ１４により冷却される。
その後高圧段圧縮機４のケーシング４ａ内に流入されて、回転駆動手段２により回転される羽根車４ｂにより再度昇圧されると共に、高圧段圧縮機４により昇圧された作動ガスは、管路１５の途中に設けられたガスクーラ１６により冷却された後図示しない化学プラント等へと供給される。
【００１８】
一方高圧段圧縮機４により昇圧された作動ガスの一部は、分岐管路１７の途中に設けられた流量制御弁１８により流量制御された後、ガスクーラ１４の上流側で低圧段圧縮機３より吐出された作動ガスの主流に合流され、主流とともに高圧段圧縮機４へ流入されて再度昇圧されるため、流量制御弁１８により主流側へ還流する作動ガスの流量を制御することにより、高圧段圧縮機４への吸い込み流量を増加することができる。
これによって高圧段圧縮機４の回転速度が低圧段圧縮機３と同一でも、低圧段圧縮機３より吐出される作動ガスの主流に合流させる作動ガスの流量を適宜選択することにより、最高効率の羽根車の設計が可能となるため、１軸２段の遠心圧縮機でも１２以上の高圧力比が得られるようになる。
【００１９】
なお流量制御弁１８により主流側へ還流する作動ガスの流量は一定でもよいが、低圧段圧縮機３に吸い込まれる作動ガスの圧力と高圧段圧縮機４より吐出される作動ガスの圧力を検出し、得られたデータを基に流量制御弁１８を自動制御して、圧力比が常に１２以上となるよう主流側へ還流する作動ガスの流量を調整してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、高圧段圧縮機より吐出された作動ガスの一部を低圧段圧縮機側へ還流させて低圧段圧縮機より吐出された作動ガスの主流に合流させることにより、高圧段圧縮機の吸い込み流量を増加させたことから、高圧段圧縮機の回転速度が低圧段圧縮機と同一でも、低圧段圧縮機より吐出される作動ガスの主流に合流させる作動ガスの流量を適宜選択することにより、最高効率の羽根車の設計が可能となるため、１軸２段の遠心圧縮機でも高圧力比が得られるようになる。
【００２１】
これによって圧縮機全体の構成が簡素化されるため、小型化及びコストの削減が図れる上、信頼性も向上すると共に、低圧段圧縮機の吸い込み圧力が１ｔｏｒｒ以上の真空下において１２以上の高圧力比が得られるようにしたことから、絶対に外部へ漏洩することが許されない例えば腐食性ガスや毒性ガスを、１ｔｏｒｒ以上の真空下で圧送する化学プラント等で使用するのに好適な遠心圧縮機が容易に得られるようになる。
【００２２】
また低圧段圧縮機側へ還流させる作動ガスの流量を、流量制御弁により制御するようにしたことから、低圧段圧縮機より吐出される作動ガスの主流に合流させる作動ガスの流量を流量制御弁により制御することにより、常に最高効率で遠心圧縮機を運転することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態になる遠心圧縮機の構成図である。
【符号の説明】
１　圧縮機本体
２　回転駆動手段
３　低圧段圧縮機
３ａ　羽根車
４　高圧段圧縮機
４ａ　羽根車
６　回転軸
１８　流量制御弁
【図１】
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