(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回流を持つ流体がシール部を通過する多段圧縮機において、各段の仕切り部に穿設される複数の連通孔と、各段のシール部に穿設される複数の貫通孔とによって、旋回流を打ち消す高圧流体を通す流体通路を構成し、前記連通孔および前記貫通孔は互いに連通し、前記連通孔の一端開口を高圧側に配置し、前記連通孔の他端開口を低圧側のシール部に配置するとともに、前記貫通孔をシール部の円周方向へ沿って一定の間隔を開けながら配置し、かつ前記貫通孔を、前記流体通路を通る高圧流体の供給方向がロータの回転方向と逆方向となるように、シール部の中心に対し傾斜して穿設し、各段の圧縮後の高圧流体が、前記流体通路を構成する連通孔を介してシール部に供給され、前記貫通孔を通って各段入り口の低圧のシール部に吐出されるように構成したことを特徴とする多段圧縮機のスワール防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種流体、特に高密度ガスの圧縮などに適用される多段圧縮機のスワール防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の多段遠心圧縮機を示すものである。同図における多段遠心圧縮機５１は、主としてインペラ回転軸５２と、このインペラ回転軸５２に軸方向へ間隔を置いて同軸状に取付けられる複数のインペラ（羽根車）５３と、インペラ回転軸５２およびインペラ５３から成るロータ（回転体）を収容するケーシング５４と、このケーシング５４に形成される吸込部および吐出部（図示せず）とをそれぞれ備えている。
上記ケーシング５４内には、インペラ回転軸５２に沿って互いに隣接するインペラ５３間の領域に縦断面略Ｕ字状の戻り流路５５がそれぞれ設けられており、これら戻り流路５５は、インペラ回転軸５２の周囲を取り囲むように形成され、前段のインペラ５３によって圧縮された流体を後段のインペラ５３に送る機能を有している。また、多段遠心圧縮機５１の各段の入り口部には、インペラ５３とケーシング５４のダイヤフラム（仕切り壁）５４ａとの間に流入する圧力流体の通過を抑制するラビリンスシール５６がそれぞれ設けられている。
【０００３】
ところで、このような多段遠心圧縮機５１においては、旋回流（スワール）となる周方向速度成分を持つ圧力流体がラビリンスシール５６を通過する際に励振力を生じることから、ロータに不安定振動を発生させ、その結果、騒音が発生したり、あるいは周辺部品の接触によって圧縮機が破損するおそれがあった。この現象は、ラビリンスシール５６前後の差圧が大きいもの、高密度ガス、運転時のクリアランスが狭く、ロータ側へフィンを有するタイプのラビリンスシールにおいて特に顕著に現れる。
そこで、従来の多段遠心圧縮機５１では、最もシール前後の差圧の大きいバランスピストン５７部でのみ旋回流を消去するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の多段遠心圧縮機５１では、各段のラビリンスシール５６を通過する圧力流体の旋回流は消去することができず、これを起因とするロータの不安定振動を防止することが困難であった。一方、各段のラビリンスシール５６のクリアランスを大きく設定する場合、ラビリンスシール５６のクリアランスを個々に調整するのが面倒である上、圧力流体の漏れが増大して効率が悪くなり、多段遠心圧縮機５１の性能低下を招くという不具合を有していた。
【０００５】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、各段のシール部を通過する流体が持つ旋回流を消去し、励振力の低減によるロータの不安定振動を防止し、安定した連続運転を行うことが可能な多段圧縮機のスワール防止装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、旋回流を持つ流体がシール部を通過する多段圧縮機において、各段の仕切り部に穿設される複数の連通孔と、各段のシール部に穿設される複数の貫通孔とによって、旋回流を打ち消す高圧流体を通す流体通路を構成し、前記連通孔および前記貫通孔は互いに連通し、前記連通孔の一端開口を高圧側に配置し、前記連通孔の他端開口を低圧側のシール部に配置するとともに、前記貫通孔をシール部の円周方向へ沿って一定の間隔を開けながら配置し、かつ前記貫通孔を、前記流体通路を通る高圧流体の供給方向がロータの回転方向と逆方向となるように、シール部の中心に対し傾斜して穿設し、各段の圧縮後の高圧流体が、前記流体通路を構成する連通孔を介してシール部に供給され、前記貫通孔を通って各段入り口の低圧のシール部に吐出されるように構成している。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は本発明の実施形態に係る多段圧縮機のスワール防止装置の断面図、図２は図１のスワール防止装置の拡大断面図、図３はスワール防止装置を構成するラビリンスシールの断面図である。
【０００８】
本発明の実施形態の多段遠心圧縮機１は、特にラビリンスシール前後の差圧が大きいもの、ラビリンスシールのクリアランスが狭いもの、高密度のガス（例えば、ＣＯ２）などに対して有効な流体機械であり、図１に示す如く、水平方向に沿って回転可能に配設されるインペラ回転軸２と、このインペラ回転軸２に軸方向へ間隔を置いて同軸状に取付けられる複数のインペラ（羽根車）３と、インペラ回転軸２およびインペラ３から成るロータ（回転体）を収容するケーシング４と、このケーシング４に形成される吸込部および吐出部（図示せず）とをそれぞれ備えている。
そして、ケーシング４内には、インペラ回転軸２に沿って互いに隣接するインペラ３間の領域にダイヤフラム（仕切り部）５および縦断面略Ｕ字状の戻り流路６がそれぞれ設けられており、戻り流路６は、インペラ回転軸２の周囲を取り囲むように形成され、前段のインペラ３によって圧縮された流体を後段のインペラ３に送る機能を有している。
【０００９】
また、上記多段遠心圧縮機１の各段には、回転するインペラ３と静止しているダイヤフラム５との接触を防止すべく、両者の間に隙間７が形成されている。そのため、各段の圧力差を有する入り口部（マウス部）には、インペラ３とダイヤフラム５との隙間７を通り、高圧ＨＰ側から低圧ＬＰ側へ向かって流れる圧力流体の通過を抑制するラビリンスシール８がそれぞれ設けられている。なお、多段遠心圧縮機１の最終段の位置には、従来と同様のバランスピストン９が設けられている。
【００１０】
そして、本実施形態の多段遠心圧縮機１の全段のシール部には、図１〜図３に示す如く、各段で圧縮された高圧流体Ｇを導いて通す流体通路１０が配設されており、本実施形態のスワール防止装置は、流体通路１０を通る高圧流体Ｇが、隙間７を経てラビリンスシール８を通過する圧力流体の周方向速度成分である旋回流（スワール）を打ち消すように構成されている。
このため、上記流体通路１０は、各段のダイヤフラム５に穿設される複数本（例えば、４本）の連通孔１１と、各段のラビリンスシール８に穿設される複数個の貫通孔１２とによって構成されており、これら連通孔１１および貫通孔１２は、互いに連通して設けられている。
【００１１】
上記連通孔１１は、インペラ回転軸２の軸方向へ延びる横孔部１１ａと、該横孔部１１ａに連通しインペラ回転軸２の軸方向に対して直交方向へ延びる縦孔部１１ｂとにより形成されている。そして、横孔部１１ａの開口は高圧ＨＰ側に位置し、縦孔部１０ｂの開口は低圧ＬＰ側のラビリンスシール８に位置すべくそれぞれ配設されている。すなわち、各段で圧縮された高圧流体Ｇは、流体通路１０を構成する連通孔１１の横孔部１１ａおよび縦孔部１１ｂを介してラビリンスシール８に供給され、貫通孔１２を通って各段入り口の低圧のシール部に吐出されるように構成されている。
しかも、ラビリンスシール８の貫通孔１２は、図２および図３に示す如く、連通孔１１と連通すべく内外周部を貫通して設けられ、かつ円周方向へ沿って一定の間隔を開けながら配置されている。また、これら貫通孔１２は、流体通路１０を通る高圧流体Ｇの供給方向がロータの回転方向（図３の矢印方向Ｒ）と逆方向となるように、ラビリンスシール８の中心に対し傾斜して穿設されている。
したがって、本実施形態のスワール防止装置は、ダイヤフラム５の連通孔１１およびラビリンスシール８の貫通孔１２から成る流体通路１０と、この流体通路１０を通る圧力流体Ｇとによって構成されることになる。
【００１２】
次に、本実施形態に係る多段遠心圧縮機１のスワール防止装置の作用について説明する。
多段遠心圧縮機１が運転され、図外の吸込部から流体（高密度ガス）がケーシング４内に吸い込まれると、当該流体はインペラ回転軸２にて回転駆動する各段のインペラ３により順次圧縮され、戻り流路６を通って最終段の吐出路に送られ、図示しない吐出部から次のプラントなどへ排出される。
この間、各段で圧縮された流体の一部は、図２の矢印で示す如く、インペラ３とダイヤフラム５との間の隙間７を通って、ロータの回転方向と同じ方向の旋回流を持ったまま高圧ＨＰ側から低圧ＬＰ側へ向かって流れ、ラビリンスシール８を通過することになる。
【００１３】
一方、高圧ＨＰ側の圧力流体の一部は、高圧流体Ｇとして流体通路１０に導かれて連通孔１１および貫通孔１２を通り、ロータの回転方向と逆方向へ吐出しながら各段のラビリンスシール８に供給され、低圧ＬＰ側の入り口に戻されることになる。
したがって、圧力流体が隙間７を通ってラビリンスシール８を通過するに際し、流体の周方向速度成分である旋回流は、流体通路１０を通って吐出され、ロータの回転方向と逆の速度成分を与えられた高圧流体Ｇに当たるなどして打ち消されることになる。
【００１４】
本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機１のスワール防止装置では、各段のラビリンスシール８に対して、高圧流体Ｇを通す流体通路１０が設けられているため、インペラ３とダイヤフラム５との間の隙間７を通ってラビリンスシール８を通過する際に圧力流体が持っている旋回流が、流体通路１０を通ってラビリンスシール８に吐出される高圧流体Ｇによって確実に打ち消され、ラビリンスシール８での励振を低減させることができる。しかも、本実施形態の流体通路１０は、ダイヤフラム５に穿設した連通孔１１およびラビリンスシール８に穿設した貫通孔１２によって形成されるため、構造が簡単であり、簡易な孔加工で容易に製作することができる。また、本実施形態の貫通孔１２は、流体通路１０を通る高圧流体Ｇの供給方向がロータの回転方向（図３の矢印方向Ｒ）と逆の向きとなるように傾斜して穿設されているため、圧力流体の旋回流を迅速かつ効果的に消去することができ、ロータの不安定振動を防止できる。
【００１５】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【００１６】
例えば、既述の実施形態では、多段遠心圧縮機１の全段のラビリンスシール８に対して高圧流体Ｇを通す流体通路１０を設けたが、本発明の流体通路１０は、全段のラビリンスシール８に設ける必要はなく、高密度ガスの種類や適用機種などに応じて、一つ置きに設置したり、あるいは後段側のみの複数段に設置したりすることも可能である。
【００１７】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る多段圧縮機のスワール防止装置は、旋回流を持つ流体がシール部を通過する多段圧縮機において、各段の仕切り部に穿設される複数の連通孔と、各段のシール部に穿設される複数の貫通孔とによって、旋回流を打ち消す高圧流体を通す流体通路を構成し、前記連通孔および前記貫通孔は互いに連通し、前記連通孔の一端開口を高圧側に配置し、前記連通孔の他端開口を低圧側のシール部に配置するとともに、前記貫通孔をシール部の円周方向へ沿って一定の間隔を開けながら配置し、かつ前記貫通孔を、前記流体通路を通る高圧流体の供給方向がロータの回転方向と逆方向となるように、シール部の中心に対し傾斜して穿設し、各段の圧縮後の高圧流体が、前記流体通路を構成する連通孔を介してシール部に供給され、前記貫通孔を通って各段入り口の低圧のシール部に吐出されるように構成しているので、シール部を通過する流体が持つ旋回流が流体通路を介して供給した圧力流体により確実に消去でき、励振力を低減させてロータの不安定振動を防止できると共に、圧縮機の安定した連続運転を行うことが可能となり、ランニングコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る多段遠心圧縮機のスワール防止装置の配置構成を示す断面図である。
【図２】図１のスワール防止装置を拡大して示す断面図である。
【図３】図１のスワール防止装置を構成するラビリンスシールの断面図である。
【図４】従来の多段遠心圧縮機の配置構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  多段遠心圧縮機
２  インペラ回転軸
３  インペラ
４  ケーシング
５  ダイヤフラム（仕切り部）
６  戻り流路
７  隙間
８  ラビリンスシール
１０  流体通路
１１  連通孔
１２  貫通孔
Ｇ  高圧流体
【図１】
0003999492.tif 000002
【図２】
0003999492.tif 000003
【図３】
0003999492.tif 000004
【図４】
0003999492.tif 000005