(57)【要約】【課題】着脱作業を簡単に行うことで、作業効率を向上させることができ、しかも遠心力に対する耐力を向上させることができる。【解決手段】駆動部によって軸線Ｏ回りに回転されることで軸方向から流入する作動流体を径方向外側に圧送する圧縮機のインペラの上流側に設けられて、モータによって軸線と同軸の回転軸２１Ａ回りに回転されることで、外部から供給される作動流体を旋回させながら前記インペラに向かって送り出す遠心分離機５の取付け構造であって、遠心分離機５には、回転軸２１Ａ側の基部５２から軸線Ｏ方向の両側に向けて突出する第一凸部５３、第二凸部５４が設けられ、第一凸部５３は回転軸２１Ａに一体的に設けられた押さえ部２１Ｂに設けられた押さえ凹部２１ｂによって外周側から押さえ付けられ、第二凸部５４は、回転軸２１Ａに対して着脱自在な嵌合ナット７によって外周側から押さえ付けられる構成の遠心分離機の取付け構造を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部によって軸線回りに回転されることで軸方向から流入する流体を径方向外側に圧送するインペラの上流側に設けられて、前記駆動部によって前記軸線と同軸の回転軸回りに回転されることで、外部から供給される流体を旋回させながら前記インペラに向かって送り出す遠心分離機の取付け構造であって、
前記遠心分離機には、前記回転軸側の基部から前記軸方向の両側に向けて突出する凸部が設けられ、
該凸部のうち一方の第一凸部は、前記回転軸に一体的に設けられた押さえ部に設けられた押え凹部によって外周側から押さえ付けられ、
他方の第二凸部は、前記回転軸に対して着脱自在な嵌合部材によって外周側から押さえ付けられていることを特徴とする遠心分離機の取付け構造。
【請求項２】
前記嵌合部材は、
前記回転軸に同軸に設けられ、かつ前記回転軸の外周面に螺着される雌ねじ部と、
前記第二凸部に対して外周側から嵌合する嵌合凹部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機の取付け構造。
【請求項３】
前記遠心分離機は、周方向に分割されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心分離機の取付け構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心分離機の取付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータと圧縮機とが一体となっているモータ圧縮機は、空気やガス等の気体を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動させるモータとを有している。モータ圧縮機では、圧縮機のケーシングから延在する回転軸と、モータのケーシングから同様に延在するモータの回転軸とが接続され、モータの回転が圧縮機に伝達される。このモータ及び圧縮機の回転軸は、複数の軸受により支持されることで安定して回転する。
【０００３】
このようなモータ圧縮機は、例えば、非特許文献１のような海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）や、非特許文献２のような浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用される。海底生産システムに使用される際には、モータ圧縮機は、海底に設置され、海底から数千ｍの深さまで掘削した生産井から原油や天然ガス等が混在した生産流体を海上に送り出している。また、浮体式海洋石油貯蔵設備に使用される際には、モータ圧縮機は、船舶等の海上設備に設置されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】三菱重工技報  Ｖｏｌ．３４  Ｎｏ．５
【非特許文献２】Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ／Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のコンプレッサシステムでは、原油や天然ガス等が混在した生産流体を気液分離してから圧縮機に供給するために、圧縮機の上流側に気液分離用の遠心ポンプを設けている。このような遠心ポンプは、圧縮機の上流側に設けられ、導入される流体中に異物が多く含まれるため、摩耗の進行が早く、交換頻度が多くなっている。従来の遠心ポンプはボルト締結により固定されているのが一般的であるが、制限されたスペース内でのボルトによる着脱作業となることから、作業効率を向上させることが求められており、その点で改善の余地があった。
【０００６】
また、大きな遠心力を発生させる遠心ポンプに対してボルトの耐力が不足した場合に、遠心ポンプが安定した状態を維持することができないおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、着脱作業を簡単に行うことで、作業効率を向上させることができ、しかも遠心力に対する耐力を向上させることができる遠心分離機の取付け構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る遠心分離機の取付け構造は、駆動部によって軸線回りに回転されることで軸方向から流入する流体を径方向外側に圧送するインペラの上流側に設けられて、前記駆動部によって前記軸線と同軸の回転軸回りに回転されることで、外部から供給される流体を旋回させながら前記インペラに向かって送り出す遠心分離機の取付け構造であって、前記遠心分離機には、前記回転軸側の基部から前記軸方向の両側に向けて突出する凸部が設けられ、該凸部のうち一方の第一凸部は、前記回転軸に一体的に設けられた押さえ部に設けられた押さえ凹部によって外周側から押さえ付けられ、他方の第二凸部は、前記回転軸に対して着脱自在な嵌合部材によって外周側から押さえ付けられていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、遠心分離機は、その基部から軸方向の両側に突出する凸部がそれぞれ押さえ部、嵌合部材によって外周側から押さえ付けられた状態で回転軸に取り付けられる。つまり、遠心分離機の基部が径方向外側に作用する遠心力とは反対の方向に押え付けられるので、遠心力に対する耐力を高めることができる。しかも、一方の第一凸部は、例えば回転軸に一体的に設けられた押さえ部が駆動部のロータである場合には、ロータによって全周で押さえ付けられるので安定、かつ高い強度を確保することができる。
【００１０】
また、他方の第二凸部を外周側から押さえ付ける嵌合部材は、回転軸に対して着脱自在であるので、回転軸に対する嵌合部材の嵌合を解除することで、第二凸部の押さえ付けを解放することができ、容易に遠心分離機を回転軸から離脱させることができる。
このように遠心分離機の着脱にかかる作業効率を向上させることが可能となるので、遠心分離機の交換、あるいは清掃などのメンテナンスを効率よく行うことができる利点がある。
【００１１】
また、本発明に係る遠心分離機の取付け構造は、前記嵌合部材は、前記回転軸に同軸に設けられ、かつ前記回転軸の外周面に螺着される雌ねじ部と、前記第二凸部に対して外周側から嵌合する嵌合凹部と、を備えていることが好ましい。
【００１２】
この場合には、遠心分離機を回転軸から取り外す際に、ナット形式の嵌合部材をねじが緩む方向に回転させて回転軸に対する螺着を解除することで、第二凸部に対する嵌合凹部による押さえ付けを開放することができる。
【００１３】
また、本発明に係る遠心分離機の取付け構造は、前記遠心分離機は、周方向に分割されていてもよい。
【００１４】
この場合には、嵌合部材の第二凸部に対する嵌合を解除することだけで、周方向に分割された遠心分離機を回転軸から取り外すことができる。つまり、回転軸に接続されるロータを回転軸から開放する作業を行わずに、遠心分離機を交換することができる。とくに、嵌合部材が上述したナット形式のものである場合には、嵌合部材を回転軸から完全に取り外す作業も不要になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の遠心分離機の取付け構造によれば、着脱作業を簡単に行うことで、作業効率を向上させることができ、しかも遠心力に対する耐力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態におけるコンプレッサシステムを説明する模式図である。
【図２】図１に示す圧縮機及び遠心分離機の詳細を示す縦断面図であって、図１に対して左右反対に向けた図である。
【図３】図２に示す遠心分離機の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態による遠心分離機の取付け構造について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【００１８】
コンプレッサシステム１は、海洋油ガス田開発方式の一つである海底生産システム（Ｓｕｂｓｅａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に使用されて海底に設けられたり、浮体式海洋石油貯蔵設備（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  ａｎｄ  Ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ、ＦＰＳＯ）に使用されて海上に設けられたりする。コンプレッサシステム１は、海底数百から数千ｍに存在する油ガス田の生産井から採取された油・ガス等の生産流体を作動流体として圧送する。
【００１９】
コンプレッサシステム１は、図１に示すように、回転軸として軸線Ｏ方向（図１左右方向）に延在するシャフト２１を有する圧縮機２と、シャフト２１に直接的に接続されるロータ３１を有するモータ３（駆動部）と、シャフト２１を支持する軸受部４（駆動部）と、圧縮機２の第一インペラ２２の上流側に設けられる遠心分離機５と、モータ３、圧縮機２、及び遠心分離機５を収容するケーシング６と、を備えている。
【００２０】
圧縮機２は、ケーシング６内に収容され、ロータ３１とともにシャフト２１が軸線Ｏ回りに回転することで作動流体を圧縮する。本実施形態の圧縮機２は、軸線Ｏ方向に延在するシャフト２１と、シャフト２１の外周面に固定された第一インペラ２２と、第一インペラ２２を収容するハウジング２３とを有している。
【００２１】
シャフト２１は、軸線Ｏ方向に延在する回転軸であり、軸線Ｏ回りに回転可能にケーシング６に支持されている。シャフト２１は、ハウジング２３を貫通しており、両端がハウジング２３から延出している。シャフト２１は、後述するケーシング６内において軸線Ｏ方向に延在している。
【００２２】
第一インペラ２２は、シャフト２１とともに軸線Ｏ回りに回転し、第一インペラ２２内部を通過する作動流体を圧縮して圧縮流体を生成する。つまり、第一インペラ２２は、軸線Ｏ方向から流入する作動流体を径方向外側に圧送する。
ハウジング２３は、圧縮機２の外装であり、第一インペラ２２を内部に収容している。ハウジング２３は、ケーシング６内に収容されている。
【００２３】
モータ３は、圧縮機２に対して軸線Ｏ方向に間隔を空けてケーシング６内に収容されている。モータ３は、シャフト２１と一体をなすように固定されたロータ３１と、ロータ３１の外周側に配置されるステータ３２とを有している。
【００２４】
ロータ３１は、シャフト２１と一体となって軸線Ｏ回りに回転可能とされている。ロータ３１は、圧縮機２のシャフト２１に対してギア等を介さずに一体となって回転するように、軸線Ｏを基準とする周方向の外側であるシャフト２１の外周側に直接的に接続されている。ロータ３１は、例えば、ステータ３２が回転磁界を生成することで誘導電流が流れる回転子鉄心（不図示）を有している。
【００２５】
ステータ３２は、ロータ３１を外周側から覆うように周方向に隙間３３を空けて設けられている。ステータ３２は、例えばロータ３１の周方向に沿って複数配置された固定子鉄心（不図示）と、固定子鉄心に巻回された固定子巻線（不図示）とを有している。ステータ３２は、外部から電流が流れることで回転磁場を生成してロータ３１を回転させる。ステータ３２は、ケーシング６内に固定されている。
【００２６】
軸受部４は、ケーシング６内に収容され、シャフト２１を回転可能に支持する。本実施形態の軸受部４は、複数のジャーナル軸受４１及びスラスト軸受４２を備えている。
【００２７】
ジャーナル軸受４１は、シャフト２１に対して軸線Ｏを基準とする径方向に作用する荷重を支持する。ジャーナル軸受４１は、軸線Ｏ方向からモータ３及び圧縮機２を挟み込むようにシャフト２１の軸線Ｏ方向の両端に配置されている。ジャーナル軸受４１は、圧縮機２が設けられた領域とモータ３が設けられた領域との間であって、後述するシール部材６０よりもモータ３側にも配置されている。
【００２８】
スラスト軸受４２は、シャフト２１に形成されたスラストカラー２１ａを介して、シャフト２１に対して軸線Ｏ方向に作用する荷重を支持する。スラスト軸受４２は、圧縮機２が設けられた領域とモータ３が設けられた領域との間であって、後述するシール部材６０よりも圧縮機２側に配置されている。
【００２９】
遠心分離機５は、図２に示すように、圧縮機２の上流側に設けられて、圧縮機２の第一インペラ２２の入口の外径よりも大きく形成されており、モータ３とともにシャフト２１によって軸線Ｏ回りに回転されることで、外部から供給される作動流体を旋回させながら第一インペラ２２に向かって送り出す構成となっている。
【００３０】
遠心分離機５は、図３に示すように、圧縮機２の第一インペラ２２とは別体で設けられ、ケーシング６内に収容されている。遠心分離機５は、軸線Ｏ方向に延在する圧縮機２のシャフト２１の外周面に固定された第二インペラ５１を備えた分離機である。
なお、遠心分離機５の回転軸は、圧縮機２のシャフト２１と共通のものであるが、別体で設けられていてもよい。ここで、必要に応じて、シャフト２１のうち遠心分離機５が取り付けられる部分を回転軸２１Ａとして以下説明する。
【００３１】
第二インペラ５１は、シャフト２１（回転軸２１Ａ）とともに軸線Ｏ回りに回転し、軸線Ｏ方向から流入し第二インペラ５１内部を通過する作動流体を遠心力により軸線Ｏ方向および径方向外側に向けて圧送する。
【００３２】
ケーシング６は、図３に示すように、軸線Ｏに沿った円筒形状をなし、圧縮機２、モータ３、および遠心分離機５を内部に収容している。ケーシング６の内面は、軸線Ｏ方向の圧縮機２とモータ３との間でシャフト２１に向かって突出している。ケーシング６の突出した部分には、圧縮機２が設けられた領域、遠心分離機５が設けられた領域、およびモータ３が設けられた領域の間をシールするシール部材６０が設けられている。
【００３３】
ケーシング６は、作動流体を外部から遠心分離機５に導く流入流路６１と、流入流路６１の下流側に配置されて遠心分離機５を収容する第一収容空間６２と、第一収容空間６２の下流側に接続されて圧縮機２の第一インペラ２２を収容する第二収容空間６３と、第一収容空間６２から径方向外側に延びて遠心分離機５により外周側に導かれた作動流体中の異物を排出する異物排出流路６４と、異物排出流路６４に連通する異物回収用チャンバー６５と、を画成している。
【００３４】
第一収容空間６２は、一端側に流入流路６１が連通し、他端側に第二収容空間６３が連通し、流入流路６１から外部の作動流体を取り込み、遠心分離機５の第二インペラ５１を回転可能に収容するようにケーシング６内に形成された内部空間である。
異物排出流路６４は、第一収容空間６２の軸方向の中間部に取り付けられ、軸線Ｏ回りに周回する周方向に１箇所（紙面で上側）配置されている。異物排出流路６４は、孔状をなし、流路断面は入口から出口まで同一断面となっている。
異物回収用チャンバー６５は、ケーシング６に形成され、軸線Ｏ回りに周回する周方向に沿って全周にわたって延在し、異物排出流路６４の下流側の端部が接続されている。
【００３５】
遠心分離機５には、回転軸２１Ａ側の基部５２から軸線Ｏ方向の両側に向けて突出する凸部５３、５４が設けられている。凸部５３、５４は周方向全周にわたってフランジ状に設けられている。これら凸部のうち一方の第一凸部５３は、回転軸２１Ａに設けられた押さえ凹部２１ｂによって外周側から押さえ付けられている。他方の第二凸部５４は、回転軸２１Ａに対して着脱自在な嵌合ナット７（嵌合部材）によって外周側から押さえ付けられている。
【００３６】
ここで、シャフト２１のうち回転軸２１Ａは、他のシャフト２１の部分（図３に示す押さえ部２１Ｂ）よりも小径に形成されている。押さえ凹部２１ｂは、回転軸２１Ａと押さえ部２１Ｂとの接続部分に形成される段部に軸線Ｏ方向で上流側（遠心分離機５側）に開口し、周方向全周にわたって形成されている。
【００３７】
嵌合ナット７は、回転軸２１Ａに同軸に設けられ、かつ回転軸２１Ａの外周面に形成されている雄ねじ部２１ｃに螺着される雌ねじ部７１と、第二凸部５４に対して外周側から嵌合する嵌合凹部７２と、を備えている。嵌合ナット７は、軸線Ｏ回りに回転させて締め込むと、上流側から下流側へ矢印Ｅ１方向に移動し、嵌合凹部７２が遠心分離機５の第二凸部５４の外周側に嵌合するようになっている。
嵌合凹部７２の内周面７２ａは、上流側から下流側に向かうに従い漸次、径方向外側に拡大するテーパ面が形成されている。このようにテーパ面とすることで、嵌合凹部７２の内周面７２ａと第二凸部５４の外周面５４ａとが密接した状態で嵌合される。
【００３８】
次に、上述した構成の遠心分離機の取付け構造の作用について、図面に基づいて具体的に説明する。
図３に示すように、上記のような遠心分離機５の取付け構造によれば、遠心分離機５は、その基部５２から軸線Ｏ方向の両側に突出する第一凸部５３および第二凸部５４がそれぞれシャフト２１の押さえ部２１Ｂ、嵌合ナット７によって外周側から押さえ付けられた状態で回転軸２１Ａに取り付けられる。つまり、遠心分離機５の基部５２が径方向外側に作用する遠心力とは反対の方向に押え付けられるので、遠心力に対する耐力を高めることができる。
【００３９】
また、他方の第二凸部５４を外周側から押さえ付ける嵌合ナット７は、回転軸２１Ａに対して着脱自在であるので、ねじが緩む方向（矢印Ｅ２方向）に回転させることで嵌合ナット７を上流側（矢印Ｅ２方向）に移動させ、回転軸２１Ａに対する嵌合ナット７の嵌合を解除する。これにより第二凸部５４の押さえ付けを解放することができ、容易に遠心分離機５を回転軸２１Ａから離脱させることができる。
このように遠心分離機５の着脱にかかる作業効率を向上させることが可能となるので、遠心分離機５の交換、あるいは清掃などのメンテナンスを効率よく行うことができる。
【００４０】
上述した本実施の形態による遠心分離機の取付け構造では、着脱作業を簡単に行うことで、作業効率を向上させることができ、しかも遠心力に対する耐力を向上させることができる。
【００４１】
以上、本発明による遠心分離機の取付け構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４２】
例えば、本実施の形態では、回転軸２１Ａに一体に設けられる押さえ部としてシャフト２１の一部である押さえ部２１Ｂを対象としているが、この部位であることに限定されることはない。例えば、回転軸２１Ａに一体的に設けられる押さえ部として、ロータ３１とすることも可能である。この場合には、ロータ３１によって一方の第一凸部５３に対して全周で押さえ付けることができるので、安定、かつ高い強度を確保することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、嵌合部材（嵌合ナット７）による嵌合される位置として、軸線Ｏ方向で遠心分離機５の上流側としているが、下流側の凸部に対して嵌合部材で外周側から押さえ付けて嵌合し、上流側の凸部に対して回転軸２１Ａに一体に設けられる押さえ部によって押さえ付けるようにしてもよい。
【００４４】
また、遠心分離機５は周方向に分割されていてもよい。この場合には、嵌合部材の第二凸部５４に対する嵌合を解除することだけで、周方向に分割された遠心分離機５を回転軸２１Ａから取り外すことができる。つまり、回転軸２１Ａに接続されるロータ３１をシャフト２１から開放する作業を行わずに、遠心分離機５を交換することができる。とくに、嵌合部材が上述したようなナット形式の嵌合ナット７である場合には、嵌合部材を回転軸から完全に取り外す作業も不要になる。
【００４５】
また、嵌合部材として、本実施の形態のような嵌合ナット７の形状、寸法であることに制限されることはなく、他の形状、形態のものを採用することも可能である。
さらに、遠心分離機５、異物排出流路６４、および異物回収用チャンバー６５などの形状、大きさ、位置、数量などの構成は適宜設定することができる。
【００４６】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  コンプレッサシステム
Ｏ  軸線
２  圧縮機
２１  シャフト
２１Ａ  回転軸
２１Ｂ  押さえ部
２１ｂ  押さえ凹部
２１ｃ  雄ねじ部
２２  第一インペラ
２３  ハウジング
３  モータ
３１  ロータ
３２  ステータ
３３  隙間
４  軸受部
４１  ジャーナル軸受
４２  スラスト軸受
５  遠心分離機
５１  第二インペラ
５２  基部
５３  第一凸部
５４  第二凸部
６  ケーシング
６０  シール部材
６１  流入流路
６２  第一収容空間
６３  第二収容空間
６４  異物排出流路
６５  異物回収用チャンバー
７  嵌合ナット
７１  雌ねじ部
７２  嵌合凹部
【図１】
2016176448.tif 000003
【図２】
2016176448.tif 000004
【図３】
2016176448.tif 000005