JP2000303990A - 回転圧縮機の軸封システム - Google Patents
回転圧縮機の軸封システムInfo
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Abstract
中に要するシールガスのコストを低減すること。 【解決手段】 回転圧縮機10〜60と、回転圧縮機1
0〜60へ作動流体供給管路を介して所定の気体を作動
流体として比較的低圧にて供給する作動流体源とを備え
た気体圧縮システムで用いる回転圧縮機の軸封システム
100において、圧縮機のラビリンスシール12〜60
からシールガスを回収するためのシールガス回収管路1
10を、一方において作動流体供給管路210へ接続
し、他方において作動流体と同一の気体から成るシール
ガスを比較的高い圧力で供給可能なシールガス供給源1
02に接続すると共にシールガス回収管路110とシー
ルガス供給源102との間に第1の遮断弁150を設け
た。
Description
おける圧縮機の軸封システムに関する。
いた気体圧縮システムにおいて回転圧縮機の軸封装置と
してラビリンスシールが従来から用いられている。ラビ
リンスシールは、圧縮機が作動中において当該圧縮機に
より圧縮された作動流体が、ラビリンスシール内の曲折
する隘路を通過する間に圧力を低減し、以て、圧縮機か
らの気体の漏洩を防止する。圧縮機が作動中のラビリン
スシールからの漏洩気体は、その一部がシールガス回収
管路を通じて再び圧縮機に戻され回収され、残りの一部
が外気に放出される。
を圧縮する気体圧縮システムでは、圧縮機が停止中にラ
ビリンスシールを介して外部から圧縮機内に周囲気体、
特に空気が混入することを防止するために、圧縮機の停
止期間中ラビリンスシールにシールガスを供給しなけれ
ばならない。従来、圧縮機の停止中のラビリンスシール
へのシールガスの供給は、別途設けたシールガス供給装
置から前記シールガス回収管路を介して行われている。
そして、圧縮機の起動、停止シーケンスが実行される間
に圧縮機内には負圧が発生するために、前記シールガス
は比較的高い圧力にて供給される。
の停止期間中継続的にラビリンスシールに供給され続け
ることとなる。然しながら、高い圧力にてシールガスを
供給するためには圧縮動力を必要とするので、圧縮機の
停止期間中継続的に高い圧力のシールガスを供給するた
めにコストが高くなる問題がある。更には、シールガス
の圧力が高ければ、それだけラビリンスシールから外気
へ放出されるシールガス量が増加し更にコストが高くな
る。既述したように、圧縮機の停止期間中にシールガス
が必要となるのは、圧縮気体の純度を維持するために行
われるが、圧縮気体と同一の高純度のシールガスを多量
に製造しなければならなくなるために更にコストが高く
なる問題がある。
することを技術課題としており、気体圧縮システムにお
ける圧縮機の停止期間中に要するシールガスのコストを
低減した、回転圧縮機の軸封システムを提供することを
目的としている。
は、回転圧縮機と、該回転圧縮機へ作動流体供給管路を
介して所定の気体を作動流体として比較的低圧にて供給
する作動流体源とを備えた気体圧縮システムで用いる回
転圧縮機の軸封システムにおいて、前記圧縮機のラビリ
ンスシールからシールガスを回収するためのシールガス
回収管路を、一方において前記作動流体供給管路へ接続
し、他方において前記作動流体と同一の気体から成るシ
ールガスを比較的高い圧力で供給可能なシールガス供給
源に接続すると共に前記シールガス回収管路と前記シー
ルガス供給源との間に第1の遮断弁を設け、前記気体圧
縮システムの停止シーケンスを実行する間、吐出圧が所
定圧力よりも低下したときに、前記第1の遮断弁を開い
て前記シールガス供給源から比較的高圧のシールガスを
前記シールガス回収管路を介して前記圧縮機のラビリン
スシールに供給し、圧縮機の停止後は前記第1の遮断弁
を閉じて前記作動流体源から前記シールガス回収管路を
介して前記作動流体をシールガスとして供給するように
した回転圧縮機の軸封システムを要旨とする。
素ガス圧縮システムにおいて窒素ガスを圧縮する遠心圧
縮機のラビリンスシールに適用する場合について好まし
い実施形態を説明する。
システムの主系統200が示されている。主系統200
は、圧縮すべき作動流体たる窒素ガスの流れに関して直
列に配設された第1から第6の圧縮機10、20、3
0、40、50、60を具備している。第1から第6の
圧縮機10〜60は、各々独立した駆動モータ(図示せ
ず)により駆動しても、或いは、第1と第2の圧縮機1
0、20、第3と第4の圧縮機30、40、第5と第6
の圧縮機50、60を各々同軸に構成して全体として3
軸構成としてもよい。また、駆動モータと圧縮機の間に
減速装置または増速装置を適宜に配設することができる
ことは言うまでもない。また、本実施形態では回転圧縮
機として遠心圧縮機を一例に説明するが、軸流圧縮機と
することもできる。
窒素ガス供給管路210を介して窒素ガス供給源202
から比較的低圧の所定圧力、例えば2.9kPa-g (30
0mmAq-g)にて第1の圧縮機10に供給される。低圧窒
素ガス供給源202は、空気から窒素ガスを分離、製造
する窒素ガス製造装置、および、製造された窒素ガスを
受容する窒素タンク等を含むことができる。特に、本実
施形態の軸封システムは、高純度、例えば99.999
%の窒素ガスを圧縮する圧縮機で用いるのに適してお
り、低圧窒素ガス供給源202もまた高純度窒素ガスに
適合した設備とすることができる。また、低圧ガス供給
管路210において第1の圧縮機10への入口には流量
制御弁(IGV)212が配設されている。
れた窒素ガスは、第1と第2の圧縮機10、20の間の
連結管路220に配設された中間冷却器222により冷
却された後、連結管路220により第2の圧縮機20に
供給される。第2の圧縮機20により所定圧力に圧縮さ
れた窒素ガスは、第2と第3の圧縮機20、30の間の
連結管路230に配設された中間冷却器232により冷
却された後、連結管路230により第3の圧縮機30に
供給される。また、第2と第3の圧縮機20、30の間
の連結管路230において第3の圧縮機30への入口に
は流量制御弁(IGV)234が配設されている。
れた窒素ガスは、第3と第4の圧縮機30、40の間の
連結管路240に配設された中間冷却器242により冷
却された後、連結管路240により第4の圧縮機40に
供給される。第4の圧縮機40により所定圧力に圧縮さ
れた窒素ガスは、第4と第5の圧縮機40、50の間の
連結管路250に配設された中間冷却器252により冷
却された後、連結管路250により第5の圧縮機50に
供給される。
れた窒素ガスは、第5と第6の圧縮機50、60の間の
連結管路260に配設された中間冷却器262により冷
却された後、連結管路260により第6の圧縮機60に
供給される。第6の圧縮機60により所定圧力、例えば
1MPa-g に圧縮された窒素ガスは、高圧窒素ガス供給管
路270に配設された窒素ガス冷却器272により所定
温度に冷却された後、高圧窒素ガス供給管路270によ
り圧縮窒素ガスの需要設備204または受容プラントに
供給される。なお、高圧窒素ガス供給管路270におい
て、窒素ガス冷却器272の下流には吐出圧を検知する
ための圧力スイッチ274が配設されている。冷却器2
72、圧力スイッチ274の後流側にはバイパス管路2
80が接続されており、パイパス管路280にはバイパ
ス弁282が配設されている。
縮機10〜60を説明する。なお、図3において、中心
軸線Oに関して上側半分は本実施形態の窒素ガス圧縮シ
ステムが作動中のシールガスの流れを示し、下側半分は
窒素ガス圧縮システムが停止中のシールガスの流れを示
している。
ず)内に回転自在に支持された羽根車Ipと、羽根車I
pに連結された駆動軸Dsとを具備している。駆動軸D
sは、その右端において不図示の駆動モータ、増速機等
を含む駆動装置に連結されている。図3では駆動軸Ds
をケーシングに対して回転自在に支持するベアリングは
特に図示されていないが、適宜に設けられていることは
当業者の当然とするところである。更に、図3において
羽根車Ipは駆動軸Dsにより片持ちにて支持されてい
るが、羽根車Ipを両端支持してもよいことは言うまで
もない。
てラビリンスシール12、22、32、42、52、6
2を具備している。ラビリンスシール12〜62は、従
来公知の構成を有しており、高圧ポート12a、22
a、32a、42a、52a、62aと、低圧ポート1
2b、22b、32b、42b、52b、62bと、排
気ポートEとを有している。
ガス系統を説明する。シールガス系統100は第1のシ
ールガス回収管路110を具備しており、第1のシール
ガス回収管路110は、一方においてシールガス供給源
102に接続され、他方において窒素ガス供給管路21
0に接続されている。シールガス供給源102は、窒素
ガス圧縮システムの作動流体と同一の窒素ガスを比較的
高い圧力、例えば49kPa-g (5000mmAq-g)の圧力
にて供給する。
から第6の分岐管路112、114、116、118、
120、122を介して、第1から第6の圧縮機10〜
60のラビリンスシール12、22、32、42、5
2、62に接続されている。より詳細には、第1と第2
の分岐管路112、114は第1と第2の圧縮機10、
20のラビリンスシール12、22の高圧ポート12
a、22aに接続されており、第3から第4の分岐管路
116、118、120、122は、第3から第6の圧
縮機30〜60のラビリンスシール32〜62の低圧ポ
ート32b、42b、52b、62bに接続されてい
る。
は、第7の分岐管路124を介して第1の圧縮機10の
流量制御弁212、および、第8の分岐管路126を介
して第3の圧縮機30の流量制御弁234のシールガス
供給ポート(図示せず)に接続されている。更に、第1
のシールガス回収管路110においてシールガス供給源
102側には第1の遮断弁150が配設され、シールガ
ス供給源102からのシールガスの流れに関して第1の
遮断弁150の下流には圧力スイッチ152が配設され
ている。第1のシールガス回収管路110において窒素
ガス供給管路210側には第2の遮断弁154が配設さ
れている。
ールガス回収管路140を有している。第2のシールガ
ス回収管路140は、第9から第12の分岐管路14
2、144、146、148を介して第3から第6の圧
縮機30〜60のラビリンスシール32〜62の高圧ポ
ート32a、42a、52a、62aに接続されてい
る。
ず、本実施形態による窒素ガス圧縮システムが通常に作
動中、つまり定格値にて作動している間は、図1の第2
の遮断弁154は開き、反対に第1の遮断弁150は閉
じて、シールガス系統100は所謂自給形の軸封システ
ムを構成している。このとき、図3の中心軸線Oの上側
半分に示すように、圧縮された窒素ガスの一部が圧縮機
のケーシング内において車室から駆動軸Dsに沿って漏
洩し、ラビリンスシール12、22、32、42、5
2、62に到達する。この窒素ガスは、ラビリンスシー
ルにおいて圧力を下げつつ軸方向外方へ流動する。
この窒素ガスが高圧ポート12a、22aに達すると、
窒素ガスの一部が第1と第2の分岐管路112、11
4、第1のシールガス回収管路110、窒素ガス供給管
路210を介して第1の圧縮機10に供給、回収され
る。第1と第2の圧縮機10、20のラビリンスシール
12、22において、高圧ポート12a、22aから回
収されなかった残りの窒素ガスは低圧ポート12b、2
2bおよび排気ポートEから外部に排出される。低圧ポ
ート12b、22bは閉じておいても良い。
て、窒素ガスが高圧ポート32a、42a、52a、6
2aに達すると、その一部が第9から第12の分岐管路
142、144、146、148、第2のシールガス回
収管路140および第2と第3の圧縮機20、30の間
の連結管路230を介して第3の圧縮機30に供給、回
収される。第3から第6の圧縮機30〜60のラビリン
スシール32、42、52、62において高圧ポート3
2a、42a、52a、62aから回収されなかった残
りの窒素ガスの一部が、低圧ポート32b、42b、5
2b、62b、第3から第6の分岐管路116、11
8、120、122、第1のシールガス回収管路11
0、窒素ガス供給管路210を介して第1の圧縮機10
に供給、回収される。高圧ポートおよび低圧ポートから
回収されなかった残りの窒素ガスは排気ポートEから外
部に排出される。
形態による圧縮機の軸封システムの作用を窒素ガス圧縮
システムの停止および起動シーケンスと併せて説明す
る。先ず、図4を参照して窒素ガス圧縮システムの停止
シーケンスを説明する。
作動してる状態から、窒素ガス圧縮システムの停止シー
ケンスが開始されると、まず、第6の圧縮機60のバイ
パス弁282が漸次開く(ステップS10)。これによ
り第6の圧縮機60の吐出圧が漸減する。既述したよう
に、第6の圧縮機60の吐出圧は圧力スイッチ274が
常時監視しており(ステップS12)、圧力スイッチ2
74が検知した吐出圧pが所定圧力P0 、例えば1.0
MPa-g よりも低くなったとき、つまりステップS12に
おいてYes の場合に、第1の遮断弁150が開かれる。
第1の遮断弁150が開くことにより、シールガス供給
源102から第1のシールガス回収管路110および第
1から第6の分岐管路112、114、116、11
8、120、122を介して、ラビリンスシール12、
22、32、42、52、62へ、そして第7と第8の
分岐管路124、126を介して第1と第3の圧縮機1
0、30の流量制御弁212、234へ比較的高圧、例
えば49kPa-g (5000mmAq-g)のシールガスが供給
される。この間、第2の遮断弁154は開いたままの状
態を維持している。こうして、バイパス弁282が開く
ことにより主系統200の系内圧力が低下し、従って、
自給式に供給されているシールガスの圧力が低下して軸
封が不十分となることが防止される。また、窒素ガス圧
縮システムが通常状態で作動してる間に何らかの不具合
により吐出圧が低下した場合でも、圧力スイッチ274
が、この異常圧力低下を検出して、第1の遮断弁150
を開くために、軸封の崩壊を未然に防止することが可能
となる。
停止指令が発せられると(ステップS16Yes )、第1
と第3の圧縮機10、30の流量制御弁212、234
が漸次閉じられる。流量制御弁212、234が最小開
度まで閉じられると、圧縮機10〜60が停止される。
圧縮機が停止した後、第1の遮断弁150が閉じられ
る。
路210と第1のシールガス回収管路110の間の第2
の遮断弁154は常時開いており、第1の遮断弁150
が閉じた後には窒素ガス供給源202から第1のシール
ガス回収管路110および第1から第6の分岐管路11
2、114、116、118、120、122を介して
ラビリンスシール12、22、32、42、52、62
へ、そして第7と第8の分岐管路124、126を介し
て第1と第3の圧縮機10、30の流量制御弁212、
234へ比較的低圧、例えば2.9kPa-g (300mmAq
-g)のシールガスが供給される。
出圧が所定圧力よりも低下したときにシールガス管路内
の圧力が低下するため、自給式に供給されているシール
ガスの圧力が低下して軸封が不十分となり、ラビリンス
シールおよび流量制御弁から空気を吸い込んで窒素ガス
の純度を低下させてしまう虞がある。そこで、本実施形
態では、既述のように第1の遮断弁150を開いてシー
ルガス供給源102から比較的高い圧力のシールガスを
供給してこれを防止している。第1の遮断弁150を開
いてシールガス供給源102から比較的高圧のシールガ
スを供給するために、こうした問題が解決される。一
方、比較的高圧のシールガスは高価であるが、これを用
いるのは停止シーケンス中の限られた時間のみであるの
で、窒素ガス圧縮システムが停止している間継続的にこ
れを用いていた従来技術と比較して格段に停止中に圧縮
機の軸封のために要するコストを削減することが可能と
なる。
テムの起動シーケンスを説明する。先ず、窒素ガス圧縮
システムの起動シーケンスが開始されると、第1の遮断
弁150が開かれると共に、第2の遮断弁154が閉じ
られる(ステップS30)。次いで、圧縮機の起動(ス
テップS32)後、第2の遮断弁154が開かれる(ス
テップS34)。次いで、バイパス弁282が漸次閉じ
られる(ステップS36)と共に、第1と第3の圧縮機
10、30の流量制御弁212、234が最小開度から
漸次開かれ(ステップS38)主系統200の系内圧力
が次第に上昇する。第6の圧縮機60の吐出圧pが所定
圧力P1、例えば1.0MPa-g よりも高くなると、つま
りステップS40においてYes の場合、第1の遮断弁1
50が閉じられ(ステップS42)、既述した通常作動
状態となる。
に第1と第3の圧縮機10、30が急激に負圧を生じる
ことがある。この圧縮機に生じる負圧により軸封が無効
となり、ラビリンスシールおよび流量制御弁から空気を
吸い込んで窒素ガスの純度を低下させてしまうことを防
止するために、本実施形態では、圧縮機の起動に先立っ
て第1の遮断弁150を開き、シールガス供給源102
から比較的高い圧力のシールガスを供給するようにして
いる。一方、本実施形態では、窒素ガス圧縮システムの
停止中は高価な比較的高圧のシールガスの供給を停止し
て、その消費を低減している。
本発明がこれに限定されず本発明の精神と範囲とを逸脱
することなく種々の変更、改良が可能であることは当業
者の当然とするところである。
純度の窒素ガスの圧縮システムに適用した場合を一例と
して説明したが、本発明は高純度の窒素ガスに限定され
ず、他の気体、例えば水素、酸素等の圧縮システムに適
用することが可能である。
する窒素ガス圧縮システムは第1から第6の圧縮機10
〜60を含む6段圧縮システムを構成しているが、本発
明はこれに限定されず、より少ない或いは多い段数の気
体圧縮システムに適用することが可能である。更には、
既述の実施形態において各圧縮機のラビリンスシール
は、シールガス回収用に高圧ポートと低圧ポートとを備
えているが、1つのシールガス回収用ポートまたは3以
上のポートを含むラビリンスシールを用いても良い。
ける圧縮機の停止期間中に要するシールガスのコストが
低減される。
ムのシールガス系統を示す系統図である。
ステムの主系統図である。
である。
ーチャートである。
ーチャートである。
Claims (5)
- 【請求項1】 回転圧縮機と、該回転圧縮機へ作動流体
供給管路を介して所定の気体を作動流体として比較的低
圧にて供給する作動流体源とを備えた気体圧縮システム
で用いる回転圧縮機の軸封システムにおいて、 前記圧縮機のラビリンスシールからシールガスを回収す
るためのシールガス回収管路を、一方において前記作動
流体供給管路へ接続し、他方において前記作動流体と同
一の気体から成るシールガスを比較的高い圧力で供給可
能なシールガス供給源に接続すると共に、前記シールガ
ス回収管路と前記シールガス供給源との間に第1の遮断
弁を設け、 前記気体圧縮システムの停止シーケンスを実行する間、
吐出圧が所定圧力よりも低下したときに、前記第1の遮
断弁を開いて前記シールガス供給源から比較的高圧のシ
ールガスを前記シールガス回収管路を介して前記圧縮機
のラビリンスシールに供給し、圧縮機の停止後は前記第
1の遮断弁を閉じて前記作動流体源から前記シールガス
回収管路を介して前記作動流体をシールガスとして供給
するようにした回転圧縮機の軸封システム。 - 【請求項2】 前記気体圧縮システムの起動シーケンス
の間、前記圧縮機が起動する前に前記第1の遮断弁を開
いて前記シールガス供給源から比較的高圧のシールガス
を前記シールガス回収管路を介して前記圧縮機のラビリ
ンスシールに供給し、前記圧縮機の吐出圧力が所定圧力
よりも高くなったときに前記第1の遮断弁を閉じ、前記
圧縮機の通常作動時には前記ラビリンスシールから漏出
する作動流体を前記シールガス回収管路および前記シ-
ルガス供給管路にて回収し、前記圧縮機に供給するよう
にした請求項1に記載の軸封システム。 - 【請求項3】 更に、前記シールガス回収管路において
前記作動流体管路への接続部の手前に第2の遮断弁を設
け、前記気体圧縮システムの起動シーケンスに際して少
なくとも前記圧縮機が起動するまで前記第2の遮断弁を
閉じておくようにした請求項2に記載の軸封システム。 - 【請求項4】 前記気体圧縮システムは複数の回転圧縮
機を含む請求項1から3の何れか1項に記載の軸封シス
テム。 - 【請求項5】 前記作動流体が窒素である請求項1から
4の何れか1項に記載の軸封システム。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11631899A JP4008151B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 回転圧縮機の軸封システム |
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---|---|---|---|
JP11631899A JP4008151B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 回転圧縮機の軸封システム |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2000303990A true JP2000303990A (ja) | 2000-10-31 |
JP4008151B2 JP4008151B2 (ja) | 2007-11-14 |
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JP11631899A Expired - Lifetime JP4008151B2 (ja) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | 回転圧縮機の軸封システム |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP4008151B2 (ja) |
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