(57)【要約】【課題】軸封部のガスシールに対する異物の付着を防止するために、高圧のバッファガスを安定して供給する。【解決手段】遠心圧縮機１０を、シャフト１１に固定された１段以上のインペラ１２と、インペラ１２の外周にディフューザ２１を形成するケーシング２０と、ケーシング２０とシャフト１１との間を軸封するガスシール３１を有する軸封部３０とを備え、ディフューザ２１内とガスシール３１のバッファガス領域Ｂとを連通させるバッファガス供給路２２を有する構成とする。【選択図】　　図１
2004108170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに固定されたインペラと、該インペラの外周にディフューザを形成するケーシングと、該ケーシングと前記シャフトとの間を軸封するガスシールとを備えた遠心圧縮機であって、
前記ディフューザ内と前記ガスシールのバッファガス領域とを連通させるバッファガス供給路を有することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記ケーシングが水平分割形であって、該ケーシングには、前記ディフューザの最外周部近傍に連通し前記バッファガス供給路の一端をなす第１のバッファガス供給孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記ケーシングが垂直分割形であって、該ケーシングには、前記インペラの最終段外周に設けられた前記ディフューザの出口近傍に連通し前記バッファガス供給路の一端をなす第２のバッファガス供給孔が形成されていることを特徴とする請求項１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、ガスシールで軸封された遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体圧縮機の軸封装置には、シール性に優れ保守性の良好な非接触形のガスシールが多く採用されている。ガスシールは、高圧のバッファガスを微小なクリアランスを有するシール面間に供給されることにより軸封するものである。したがって、バッファガスに油分等の液状異物やスラッジ固体状異物が含有されると、高圧側から低圧側にバッファガスがリークする際に密封端面に異物が付着・堆積してシール機能が低下あるいは喪失する虞があるため、清浄な（異物等を含有しない）バッファガスをガスシールに供給する必要がある。
【０００３】
このため、まずラビリンスシールで軸封して、このラビリンスシールとガスシールとの間に清浄な窒素ガス等をバッファガスとして供給することにより、異物を含有する機内ガスをガスシールに到達させず、密封端面への異物付着を防止する技術がある。
【０００４】
さらに、ラビリンスシールの溝底部に異物回収路を設けるとともにガスシールとラビリンスシールとの間の領域に清浄なパージガスを供給して、異物回収路から異物を回収する手段を有する圧縮機も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
ところが近年、パイプラインやガスフィールドなど、バッファガスとしての窒素ガス等を供給する設備を設けることが困難な場所に、流体圧縮機を設置することが求められるようになっている。そこで、流体圧縮機で圧縮された高圧ガスの一部を吐出配管からバッファガスとして取り出し濾過して、ガスシールに供給する技術が利用されている（たとえば特許文献２参照）。
【０００６】
ところで、流体圧縮機は一般に、非常時または瞬停時等の過渡的な始動あるいは停止時に機内圧力が高くなる。ガスシールに静圧を与えるバッファガスは、常にこの機内圧力よりも高圧に保つ必要があるため、高圧のバッファガス供給設備の設置を要し、設備が複雑大型化してコスト高となることが問題となっている。
【０００７】
この問題に対しては、機内圧力が上限値となったときのみ高圧ガス源からの高圧ガスの供給を行うことにより、瞬停あるいは起動・発停時に要求される高圧のガス供給設備を小容量の容器でまかなうことも提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１３２６４０号公報（第２〜３頁、第７頁）
【特許文献２】
特開２００１−３５５５９４号公報（第３頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のような軸封構造では、バッファガスを供給するための低圧ガス供給装置を常に駆動させておく必要がある。また、瞬停時等の機内圧力上昇時に高圧のバッファガスを供給するための高圧ガス供給装置を設置する必要もある。さらに、機内圧力に応じてバッファガスの供給源を高圧ガス供給源と低圧ガス供給源とで切り替えたり、異物回収タンク内の異物を排出するためにバッファガス領域と圧縮機の吸入孔とを連通させる異物排出管を設けるなどするために、配管や制御系統が複雑になってしまい、装置の複雑化・大型化を免れていない。
【００１０】
また、上記特許文献２のように吐出ラインからバッファガスを供給する場合、停止状態の流体圧縮機を起動する際に、吐出ガスが十分に昇圧されるまでの間、供給されるバッファガスが機内よりも低圧となってしまい、機内ガスがガスシールを通過してシール面に異物が付着・堆積する虞がある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ガスシールに対する異物の付着を防止するために、高圧のバッファガスを安定して供給することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の遠心圧縮機は、シャフトに固定されたインペラと、インペラの外周にディフューザを形成するケーシングと、ケーシングとシャフトとの間を軸封するガスシールとを備えた遠心圧縮機であって、ディフューザ内とガスシールのバッファガス領域とを接続するバッファガス供給路を有することを特徴としている。
【００１３】
上記請求項１に記載の遠心圧縮機によれば、起動とほぼ同時に昇圧されるディフューザから取り出した機内ガスをバッファガスとするので、バッファガス供給用の高圧ガス供給装置を設置しなくても、機内よりも高圧のバッファガスを安定して供給することができる。つまり、簡易な構成により非接触形ガスシールの機能の低下・喪失を防止し、良好なシール機能を長期間にわたり維持することができる。
【００１４】
請求項２に記載の遠心圧縮機は、請求項１に記載の遠心圧縮機において、ケーシングが水平分割形であって、このケーシングには、ディフューザの最外周部近傍に連通しバッファガス供給路の一端をなす第１のバッファガス供給孔が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
上記請求項２に記載のバッファガス供給方法によれば、昇圧されやすく機外領域に近いディフューザの最外径部分に第１のバッファガス供給孔を形成することにより、簡易な構成のバッファガス供給路を形成することができる。したがって、バッファガスを昇圧させるポンプ等を設置しなくても、ガスシールのバッファガスを供給することができ、装置を大型化させずに、簡易な構成によってガスシールの機能を良好に維持することができる。
【００１６】
請求項３に記載の遠心圧縮機は、請求項１に記載の遠心圧縮機において、ケーシングが垂直分割形であって、このケーシングには、インペラの最終段外周に設けられたディフューザの出口近傍に連通しバッファガス供給路の一端をなす第２のバッファガス供給孔が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
上記請求項３に記載の遠心圧縮機によれば、ケーシングに容易に流路を形成できるので、複雑な装置構成を必要とせず、昇圧された機内ガスを容易に取り出して、バッファガスとして供給することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による遠心圧縮機１０の全体構成を示す断面図である。この遠心圧縮機１０は、シャフト１１に固定された６段のインペラ１２と、インペラ１２の外周にディフューザ２１を形成するケーシング２０と、ケーシング２０とシャフト１１との間を軸封するガスシール３１を備えている。本実施形態の遠心圧縮機１０は、シャフト１１が水平方向に配置された横軸型であり、また、ケーシング２０が水平方向に分割されている水平分割形である。
【００１９】
この遠心圧縮機１０は、吸入口２０ａから吸入されたガスｇを圧縮してから吐出するものである。すなわち、吸入口２０ａから吸入されたガスｇは、インペラ１２の回転により遠心力を与えられ、速度および圧力を増してディフューザ２１に送り込まれて、ディフューザ２１の流路面積の変化に応じて圧縮される。ガスｇは、各段のインペラ１２を通過する毎にさらに圧縮され、高圧ガスとして吐出口２０ｂから吐出される。
【００２０】
インペラ１２は多数の翼が取り付けられた円板であって、翼と翼との間にインペラ流路１２ａが形成されている。インペラ流路１２ａに中心側から入ったガスｇは、インペラ１２の回転により飛ばされて速度と圧力を増して外周側から出て、ディフューザ２１に送り込まれる。
【００２１】
インペラ１２の外周に形成されたディフューザ２１は、流路の断面積を変化させることによってここを通過するガスｇを減速し圧力を増大させる装置であって、インペラ流路１２ａから出されたガスｇを後段のインペラ流路１２ａの入口に送り込む流路を形成している。このディフューザ２１は、インペラ１２が軸方向に連なって設けられているので、図１に示すように、インペラ流路１２ａの出口１２ｂから径方向外方へ向かい、最外周部で屈曲した後、径方向内方へ戻ってインペラ流路１２ａの入口１２ｃに連通するように形成されている。
【００２２】
インペラ１２を回転支持するシャフト１１は、軸受１１ａによって両端を支持されて、ケーシング２０に取り付けられている。このシャフト１１とケーシング２０との間は、軸封部３０によってシールされている。
【００２３】
この軸封部３０を図２に示す。この軸封部３０は、非接触形のガスシール３１と、バッファガスＧを供給されてこのガスシール３１に静圧を与えるバッファガス領域Ｂと機内領域Ａとを区画するラビリンスシール３２とを備えている。
【００２４】
ガスシール３１は、シャフト１１側に取り付けられてシャフト１１と一体に回転する回転シール部材３１Ａと、ケーシング２０側に取り付けられた静止シール部材３１Ｂとが、それぞれ回転側シール面３１ａおよび静止側シール面３１ｂを軸方向に対向させて配置された構成となっている。静止シール部材３１Ｂは、ケーシング２０側に備えられた付勢部材３１Ｃによって、静止側シール面３１ｂを回転側シール面３１ａに押しつけるように付勢されている。
【００２５】
このガスシール３１は、バッファガス領域Ｂに高圧のバッファガスＧを供給されて高圧となることにより、両シール面３１ａ，３１ｂ間に微小な間隙を生じさせ、回転シール部材３１Ａと静止シール部材３１Ｂとの間を非接触でシールすることができる。
【００２６】
ラビリンスシール３２は、シャフト１１側に取り付けられた回転側シール部材３２Ａと、ケーシング２０側に取り付けられた静止側シール部材３２Ｂとで構成され、静止側シール部材３２Ｂの内周面に形成されたシール溝３２ｂと回転側シール部材３２Ａの外周面３２ａとの間に微小な間隙を形成してシール機能を発揮し、バッファガス領域Ｂと機内領域Ａとを区画している。
【００２７】
すなわち、このラビリンスシール３２は、機内領域Ａとバッファガス領域Ｂとの間に配置され、両領域に圧力差があるときに高圧側から低圧側へと極微量のガスが流れるようになっており、機内領域Ａよりも高圧のバッファガスＧがバッファガス領域Ｂに供給されることにより、機内領域Ａの機内ガスの機外へ流出を防止することができる。
【００２８】
バッファガスＧは、図１に示すように、バッファガス供給路２２を通じて、中途に設けられたフィルタＦで濾過され清浄な（異物や油分を含有しない）状態でバッファガス領域Ｂに供給される。バッファガス供給路２２は、その一端をなす第１のバッファガス供給孔２３が、ディフューザ２１の最外周部近傍に連通するようにケーシング２０に径方向に形成されている。
【００２９】
この実施形態の遠心圧縮機１０では、ケーシング２０が水平に分割されているので、ケーシング２０に連通する穴を形成するだけで、第１のバッファガス供給孔２３を容易に形成することができる。したがって、既設の遠心圧縮機に対しても、容易にバッファガス供給孔を形成でき、ディフューザからガスを取り出してバッファガスとする構成を採用することができる。
【００３０】
なお、図１に示す遠心圧縮機１０では、ガスシール３１よりも機外側に、さらにラビリンスシール、メカニカルシール等の軸封機構が備えられている。この軸封機構は、軸受油の侵入を防止するものであり、かつ万一ガスシール３１が壊れた場合でもガスシール３１からリークしたバッファガスＧが機外領域に放出されるのを最小限に防止するための構成である。
【００３１】
次に、本実施形態の遠心圧縮機１０全体の機能について説明する。
遠心圧縮機１０が運転中であるとき、吸入口２０ａから機内に吸入されたガスｇは、各段のインペラ１２およびディフューザ２１を通過して圧縮され、吐出口２０ｂから機外へと吐出される。ディフューザ２１から抜き出されたガスｇは機内領域Ａで圧縮されて高圧となっており、バッファガス供給路２２を経由してフィルタＦで濾過された後、バッファガスＧとしてバッファガス領域Ｂに供給されている。
【００３２】
バッファガス領域Ｂ内のバッファガスＧは、その一部がラビリンスシール３２を通過して機内領域Ａへ循環され、残りがガスシール３１からリークする。このバッファガスＧがガスシール３１を通過するときに生じる静圧により、回転側シール面３１ａと静止側シール面３１ｂとの間が離間されて、非接触のシール状態が維持される。
【００３３】
遠心圧縮機１０を停止すると、吸入口２０ａからのガスｇの吸入および吐出口２０ｂからのガスｇの吐出がなくなり、ディフューザ２１内の圧力が低下するので、バッファガス領域Ｂに供給されるバッファガスＧの圧力も低下する。そして、停止している遠心圧縮機１０を起動するとき、インペラ１２の回転により、インペラ１２内のガスｇは速やかに加速され、ディフューザ２１内で圧縮状態となる。つまり、遠心圧縮機１０の起動とほぼ同時に、高圧のバッファガスＧがバッファガス領域Ｂに供給されるので、ガスシール３１はシール機能を発揮させることができる。
【００３４】
次に、第２の実施形態について図３を参照して説明する。なお、本実施形態の遠心圧縮機４０は、第１の実施形態の遠心圧縮機１０とは異なりケーシング４１が垂直方向に分割されている垂直分割形であるが、その他の構成はほぼ同一であるので、第１の実施形態と同じ構成部材については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
この実施形態のバッファガス供給路４２は、第１のバッファガス供給孔２３がディフューザ２１の最外周部近傍に連通するように径方向に設けられている第１の実施形態とは異なり、その一端をなす第２のバッファガス供給孔４３が、インペラ１２の最終段外周に設けられたディフューザ２１の出口２１ａ近傍に形成されている。
【００３６】
この実施形態の遠心圧縮機４０では、ケーシング４１が垂直に分割されているので、吐出口２０ｂ側（最終段）のケーシング４１（ケーシング構成部材４４）のみに貫通孔を形成することにより、第２のバッファガス供給孔４３を形成することができる。したがって、既設の遠心圧縮機に対しても、容易にバッファガス供給孔を形成でき、ディフューザからガスを取り出してバッファガスとする構成を採用することができる。
【００３７】
以上説明したように、この遠心圧縮機１０，４０は、圧縮機の起動とほぼ同時に速やかに高圧となるディフューザ２１内のガスｇがバッファガスＧとしてバッファガス領域Ｂに供給されるので、バッファガスとして窒素ガス等を供給するタンクやポンプ等の設備が別に設ける必要がなく、小型で簡易な構成でありながら、ガスシール３１を確実に駆動させることができる。
【００３８】
なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。上記実施形態では水平分割形および垂直分割形のケーシングを有する遠心圧縮機についてそれぞれ本発明を適用したが、たとえばバックトゥバックタイプの装置にも本発明を適用可能であることはもちろんである。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の遠心圧縮機は、シャフトに固定されたインペラと、インペラの外周にディフューザを形成するケーシングと、ケーシングとシャフトとの間を軸封するガスシールとを備えた遠心圧縮機であって、ディフューザ内とガスシールのバッファガス領域とを接続するバッファガス供給路を有する構成を採用した。
【００４０】
この構成によれば、起動とほぼ同時に昇圧されるディフューザから取り出した機内ガスをバッファガスとするので、バッファガス供給用の高圧ガス供給装置を設置しなくても、機内よりも高圧のバッファガスを安定して供給することができる。つまり、簡易な構成により非接触形ガスシールの機能の低下・喪失を防止し、良好なシール機能を長期間にわたり維持することができるので、パイプラインやガスフィールド等、高圧ガス供給装置を設置できない環境においても安定して使用が可能な遠心圧縮機が実現できる。
【００４１】
本発明の請求項２に記載の遠心圧縮機は、ケーシングが水平分割形であって、このケーシングには、ディフューザの最外周部近傍に連通しバッファガス供給路の一端をなす第１のバッファガス供給孔が形成されている構成を採用した。
【００４２】
この構成によれば、昇圧されやすく機外領域に近いディフューザの最外径部分に第１のバッファガス供給孔を形成することにより、またケーシングの分割面に溝を形成するだけで、簡易な構成のバッファガス供給路を形成することができる。したがって、バッファガスを昇圧させるポンプ等を設置しなくても、機内ガスがラビリンスシールを通じてシールガス空間へ流出するのを防ぐことができ、装置を大型化させずに、簡易な構成によってガスシールの機能を良好に維持することができる。
【００４３】
本発明の請求項３に記載の遠心圧縮機は、ケーシングが垂直分割形であって、このケーシングには、インペラの最終段外周に設けられたディフューザの出口近傍に連通しバッファガス供給路の一端をなす第２のバッファガス供給孔が形成されている構成を採用した。
【００４４】
この構成によれば、ケーシングに容易に流路を形成できるので、複雑な装置構成を必要とせず、昇圧された機内ガスを容易に取り出して、バッファガスとして供給することができる。したがって、バッファガスを昇圧させるポンプ等を設置しなくても、機内ガスがラビリンスシールを通じてシールガス空間へ流出するのを防ぐことができ、装置を大型化させずに、簡易な構成によってガスシールの機能を良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遠心圧縮機の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す遠心圧縮機の軸封部近傍を示す断面図である。
【図３】本発明に係る遠心圧縮機の他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，４０・・・遠心圧縮機
１１・・・シャフト
１２・・・インペラ
２０，４１・・・ケーシング
２１・・・ディフューザ
２２，４２・・・バッファガス供給路
２３・・・第１のバッファガス供給孔
３０・・・軸封部
３１・・・ガスシール
４３・・・第２のバッファガス供給孔
Ｂ・・・バッファガス領域
Ｇ・・・バッファガス
【図１】
2004108170.tif 000003
【図２】
2004108170.tif 000004
【図３】
2004108170.tif 000005