JP2003139089A - 単段オーバハング型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、系内圧力が高い場合も減圧するこ
となく起動可能となり、起動時の誤操作によるトラブル
を防止でき、各部のクリアランス調整を正確に行い、軸
受交換等のメンテナンス性および運転性能の向上を図る
ことが可能な単段オーバハング型圧縮機を提供すること
にある。 【解決手段】 本発明は、一対のジャーナル軸受７，８
によって回転自在に支持されるインペラ回転軸２と、イ
ンペラ回転軸２の先端に取付けられるインペラ３とを備
え、起動時に入力圧力がインペラ３およびインペラ回転
軸２から成るロータに作用する燃料流体Ｇ用の単段オー
バハング型圧縮機１において、インペラ３と反対側の箇
所にスラスト軸受９を設けると共に、ロータの重心が一
対のジャーナル軸受７，８間に設定される重さのウェイ
ト１０をインペラ回転軸２に取付けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガス等の燃料
流体の圧縮などに適用される単段オーバハング型圧縮機
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、ガスタービンなどの燃料供給に
使用される従来の単段オーバハング型圧縮機を示すもの
である。この単段オーバハング型圧縮機５１は、インペ
ラ（羽根車）５２がインペラ回転軸（主軸）５３の先端
に取付けられており、これらインペラ５２およびインペ
ラ回転軸５３によってロータ（回転体）が構成されてい
る。したがって、単段オーバハング型圧縮機５１では、
インペラ５２が片持ちとなるために、ロータの重心がイ
ンペラ５２側となり、単段オーバハング型圧縮機５１の
静止時、当該ロータがインペラ５２側へ傾いてインペラ
回転軸５３を支持するスラスト軸受（図示せず）が片当
たりを起こすことになる。また、上記ロータには、単段
オーバハング型圧縮機５１の静止中にもプロセス側から
矢印で示す方向へ燃料ガスＧに基づく約３０ｋｇ／ｃｍ
２の圧力が掛かっている。

【０００３】このような構造の単段オーバハング型圧縮
機５１においては、起動時の系内圧力が高い場合、スラ
スト軸受に高いスラスト荷重が作用することになる。そ
のため、スラスト軸受が片当たり状態（軸受全面で荷重
を受けることができない状態）で起動すると、局部的に
面圧が大きくなり、油膜形成ができずにスラスト軸受が
損傷するおそれがあった。また、ロータ組込時およびメ
ンテナンス時に、ロータ位置が傾くために、各部のクリ
アランス調整が正確に行うことができないという欠点が
あった。さらに、起動時の接触を防ぐため、特にオーバ
ハング側のインペラ５２とスクロールとのクリアランス
を大きくとる必要があり、これに伴って単段オーバハン
グ型圧縮機５１の性能が低下してしまうおそれがあっ
た。

【０００４】そこで、従来の単段オーバハング型圧縮機
５１では、図３に示すような圧力コントロールシステム
がプロセス側に設置されており、該コントロールシステ
ムによって、起動時のロータに対するスラスト荷重の低
減を行っている。このコントロールシステムには、燃料
ガスＧの供給路６１の途中にコントロールバルブ６２が
設けられ、該コントロールバルブ６２の上下流に減圧バ
ルブ６３を有するバイパス６４が接続されていると共
に、バイパス６４の接続箇所より上下流に位置する供給
路６１に圧力検出器６５，６６が配設されている。ま
た、コントロールバルブ６２には、バルブ開閉動作を制
御するコントローラ６７が電気的に接続されている。し
たがって、単段オーバハング型圧縮機５１の起動時に、
上流側圧力検出器６５での吸込圧力が機器側の許容圧力
を超える場合、減圧バルブ６３によって下流側圧力検出
器６６での圧力を許容値以下にする必要がある。このと
き、コントロールバルブ６２は起動時全閉であり、起動
後に種々条件が満足された時点で開動作が行われる。そ
のため、コントローラ６７には、インペラ５２の背圧や
圧縮機の運転条件等の各種情報が送られ、これら制御信
号に基づいてコントロールバルブ６２を制御するように
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の単段オーバハング型圧縮機５１では、圧力コン
トロールシステムを構成するコントロールバルブ６２や
減圧バルブ６３、コントロールバルブ６２を制御するコ
ントローラ６７等の設置が必要となる上、コントローラ
６７へ各種条件を入力するための付属の計器も必要とな
るので、設備費が嵩むという不具合を有していた。しか
も、圧力コントロールシステムは、単段オーバハング型
圧縮機５１の起動時の度に操作して圧力調整を行わなけ
ればならないので、作業が煩雑となるばかりか、生産性
の向上を図ることが困難であった。なお、従来の単段オ
ーバハング型圧縮機５１の中には、共振点の位置をずら
す等のためにインペラ回転軸５３の長さを短く設計した
ものもあるが、圧縮機全体のバランスが悪くなり、組立
工数、メンテナンス作業時間が増加し、コスト高を招く
という不具合を有していた。

【０００６】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、系内圧力が高い場合も減圧
することなく起動可能となり、起動時の誤操作によるト
ラブルを防止でき、各部のクリアランス調整を正確に行
い、軸受交換等のメンテナンス性および運転性能の向上
を図ることが可能な単段オーバハング型圧縮機を提供す
ることにある。

【０００７】

【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、一対のジャーナル軸受
によって回転自在に支持されるインペラ回転軸と、該イ
ンペラ回転軸の先端に取付けられるインペラとを備え、
起動時に入力圧力が前記インペラおよびインペラ回転軸
から成るロータに作用する燃料流体用の単段オーバハン
グ型圧縮機において、前記インペラと反対側の箇所にス
ラスト軸受を設けると共に、前記ロータの重心が前記一
対のジャーナル軸受間に設定される重さのウェイトを前
記インペラ回転軸に取付けている。

【０００８】また、本発明において、前記ウェイトは、
前記スラスト軸受に対して前記インペラ回転軸の軸方向
外側に配置されている。さらに、本発明において、前記
スラスト軸受は起動時の入力圧力に耐え得るように構成
されている。そして、本発明において、前記スラスト軸
受は、ケーシングに取付けられ、かつ前記インペラ回転
軸の軸方向に間隔を置いて設けられる一対の軸受台と、
前記インペラ回転軸に取付けられ、かつ前記軸受台間に
配置されるスラストディスクと、前記軸受台の前記スラ
ストディスク側の面に取付けられる複数個のパッドとを
備えており、これらパッドは１点で支持され、その支持
点が各パッドの中心から前記ロータの回転方向にオフセ
ットされている。

【０００９】

【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
施形態に係る単段オーバハング型圧縮機の断面図、図２
は図１の単段オーバハング型圧縮機に設けられるスラス
ト軸受のパッドの拡大正面図である。

【００１０】本発明の実施形態の単段オーバハング型圧
縮機１は、特に天然ガスなどの燃料流体を圧縮してガス
タービン等に供給する燃料流体用の流体機械であり、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の軸方向先
端に同軸状に取付けられるインペラ（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
成される燃料流体Ｇの吸込口５および吐出口６とをそれ
ぞれ備えている。このロータには、単段オーバハング型
圧縮機１の静止中にもプロセス側から矢印で示す方向へ
燃料流体Ｇに基づく約３０ｋｇ／ｃｍ２の圧力（セット
リング圧力）が掛かっており、後述のスラスト軸受に大
きなスラスト荷重が作用する状態となっている。なお、
単段オーバハング型圧縮機１の起動後は、インペラ３の
背面圧力が上昇して、静止時とは反対方向にスラスト荷
重が作用し、後述のスラスト軸受は適度にバランスした
状態に保持されるようになっている。

【００１１】上記単段オーバハング型圧縮機１のインペ
ラ回転軸２は、図１に示す如く、左右一対のジャーナル
軸受７，８やスラスト軸受９などによってケーシング４
内に回転自在に支持されている。しかも、単段オーバハ
ング型圧縮機1では、インペラ３が片持ちとなりロータ
の重心がインペラ側に位置し、当該ロータがインペラ側
に傾くことから、本実施形態のインペラ回転軸２におい
ては、インペラ３と反対側の軸方向基端にウェイト１０
が取付けられ、該ウェイト１０によって左右両側の重量
バランスを保つ構造となっている。

【００１２】上記左右一対のジャーナル軸受７，８は、
インペラ回転軸２の軸方向中間を支持すべく、これと対
応するケーシング４内に間隔を置いて配設されている。
また、本実施形態のスラスト軸受９は、右側のジャーナ
ル軸受８に対してウェイト１０側寄りに配置されてお
り、単段オーバハング型圧縮機１の起動時の入力圧力
（約３０ｋｇ／ｃｍ２）に耐え得るような強度および剛
性を持たせて構成されている。そのため、スラスト軸受
９は、ケーシング４内に取付けられ、かつインペラ回転
軸２の軸方向に間隔を置いて設けられる左右一対の軸受
台（軸受ハウジング）８ａ，１１と、インペラ回転軸２
に一体的に取付けられ、かつ軸受台８ａ，１１間に配置
されるスラストディスク（スラストカラーともいう）１
２と、軸受台８ａ，１１のスラストディスク１２側の面
にそれぞれ取付けられる複数個のパッド１３とを備えて
いる。そして、スラスト軸受９の軸受台８ａ，１１は、
起動時の入力圧力に対して十分な肉厚と径を持って形成
されており、左側の軸受台８ａは、右側の軸受台１１よ
りも肉厚が厚く形成され、右側のジャーナル軸受８を兼
用している。

【００１３】上記スラストディスク１２は、スラスト荷
重の負荷および解除によりインペラ回転軸２が軸方向へ
移動する際に軸受台８ａ，１１に当接して、インペラ回
転軸２の軸方向移動を阻止するものである。したがっ
て、スラストディスク１２の肉厚は、熱変形量および圧
力変形量を少なくするため、インペラ回転軸２の径など
に対して通常使用されるものよりも、約２５％程度増大
させて形成されている。

【００１４】上記パッド１３は、図１および図２に示す
如く、スラストディスク１２の側面に当接する突出厚さ
で、軸受台８ａ，１１の対向面に設けた凹部１４に収納
され、一定の間隔を開けながら円周方向に沿って複数個
（本実施形態では６個）配設されており、隣接するパッ
ド１３間には、ネジ止めされたストッパ１５が固定され
ている。また、パッド１３は、ピン１６により１点で支
持されており、その支持点が各パッド１３の中心Ｃから
Ｌ寸法（幅の約１０％程度）だけロータの回転方向Ｒに
向かってそれぞれオフセットされ、スラストディスク１
２との磨耗量を少なくし、またスラストディスク１２と
パッド１３との間に形成される潤滑油膜温度の上昇を少
なくするように配置されている。

【００１５】一方、上記ウェイト１０は、図１に示す如
く、スラスト軸受９に対してインペラ回転軸２の軸方向
外側に配置されている。しかも、ウェイト１０は、単段
オーバハング型圧縮機１の静止時、ロータの重心が左右
一対のジャーナル軸受７，８間の範囲Ｓ内に設定される
重さに調整され、この重さでインペラ回転軸２に取付け
られている。特に、ウェイト１０は、左右両側のバラン
ス上、ロータの重心が左右一対のジャーナル軸受７，８
間の中央に位置する重さのものを用いるのが好ましい。

【００１６】次に、本発明の実施形態に係る単段オーバ
ハング型圧縮機１の作用について説明する。燃料流体Ｇ
に基づく入力圧力がインペラ３およびインペラ回転軸２
から成るロータに作用している状態で単段オーバハング
型圧縮機１を起動すると、潤滑油が供給されていても、
スラスト軸受９は大きなスラスト荷重のために無潤滑状
態で回転し始める。しかし、本実施形態の単段オーバハ
ング型圧縮機１においては、ウェイト１０の存在によっ
て、起動時もスラストディスク１２が片当たりすること
なく軸受台１１に設けた複数個のパッド１３の全部に当
接し、バランスよくスラスト荷重をスラスト軸受９の全
面で受け、回転するスラストディスク１２と静止状態の
パッド１３との間に迅速に油膜が形成され、両者の磨耗
量が少ないことになる。したがって、単段オーバハング
型圧縮機１の系内圧力が高くても、圧力コントロールシ
ステムなどで減圧することなく、円滑に起動することが
可能となる。なお、単段オーバハング型圧縮機１の起動
後は、潤滑油がスラスト軸受９に供給されることにな
る。

【００１７】また、本実施形態の単段オーバハング型圧
縮機１においては、ロータ組込時およびメンテナンス時
にケーシング４の上半分を取外していても、ウェイト１
０の存在によって、ロータがインペラ側へ傾くことなく
水平状態に保持される。このため、各部のクリアランス
を精度良く計測しながら調整することが可能となり、軸
受交換等の作業が容易となり、メンテナンス性が向上す
る。特に、インペラ３とスクロールとのクリアランスを
最小に設定することが可能となり、単段オーバハング型
圧縮機１の性能向上が図れることになる。

【００１８】このように、本発明の実施形態に係る単段
オーバハング型圧縮機１では、インペラ回転軸２の軸方
向先端のインペラ３に対して反対側箇所のケーシング４
にスラスト軸受９が設けられ、かつロータの重心が左右
一対のジャーナル軸受７，８間の範囲Ｓに設定される重
さのウェイト１０がインペラ回転軸２の軸方向基端に取
付けられているため、単段オーバハング型圧縮機１の起
動時の系内圧力が高くて、スラスト軸受９が大きなスラ
スト荷重を受けても、このスラスト荷重を軸受全面で受
けることができ、軸受の片当たりに基づく起動時の誤操
作によるトラブル発生を防止できる。しかも、本実施形
態のスラスト軸受９は、ケーシング４に取付けられ、か
つインペラ回転軸２の軸方向に間隔を置いて設けられる
一対の軸受台８ａ，１１と、インペラ回転軸２に取付け
られ、かつ軸受台８ａ，１１間に配置されるスラストデ
ィスク１２と、軸受台８ａ，１１のスラストディスク１
２側の凹部１４に取付けられる複数個のパッド１３とを
備えており、これらパッド１３がピン１６により１点で
支持され、その支持点が各パッド１３の中心Ｃからロー
タの回転方向にオフセットされて配置されているため、
簡単な構造でスラストディスク１２とパッド１３との磨
耗量を低減させ、単段オーバハング型圧縮機１を円滑に
起動させることができる。

【００１９】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。

【００２０】例えば、既述の実施形態では、特殊な構造
のスラスト軸受９を使用したが、本発明の単段オーバハ
ング型圧縮機１は、起動時の入力圧力に耐え得るように
構成されていれば、市販されている一般的なスラスト軸
受を使用したりすることも可能である。

【００２１】

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る単段オーバハ
ング型圧縮機は、一対のジャーナル軸受によって回転自
在に支持されるインペラ回転軸と、該インペラ回転軸の
先端に取付けられるインペラとを備え、起動時に入力圧
力が前記インペラおよびインペラ回転軸から成るロータ
に作用する燃料流体用の流体機械であって、前記インペ
ラと反対側の箇所にスラスト軸受を設けると共に、前記
ロータの重心が前記一対のジャーナル軸受間に設定され
る重さのウェイトを前記インペラ回転軸に取付けている
ので、系内圧力が高い場合も、圧力コントロールシステ
ムなどにより減圧することなく円滑に起動でき、起動時
の誤操作によるトラブルを防止できると共に、コントロ
ールシステムの廃止などによりコストダウンを図ること
ができる。また、本発明に係る単段オーバハング型圧縮
機によれば、ロータ組込時およびメンテナンス時にロー
タがインペラ側に傾くことがなくなり、各部のクリアラ
ンス計測の精度が増し、クリアランス調整を迅速かつ正
確に行えるため、軸受交換等のメンテナンス性を高める
ことができる上、インペラとスクロールのクリアランス
を最小にすることにより運転性能を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る単段オーバハング型
圧縮機を示す断面図である。

【図２】図１の単段オーバハング型圧縮機に設けられる
スラスト軸受のパッドを示す拡大正面図である。

【図３】従来の単段オーバハング型圧縮機を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 単段オーバハング型圧縮機 ２ インペラ回転軸 ３ インペラ ４ ケーシング ５ 吸込口 ６ 吐出口 ７，８ ジャーナル軸受 ８ａ 軸受台 ９ スラスト軸受 １０ ウェイト １１ 軸受台 １２ スラストディスク １３ パッド １４ 凹部 １５ ストッパ １６ ピン Ｇ 燃料流体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対のジャーナル軸受によって回転自在
   に支持されるインペラ回転軸と、該インペラ回転軸の先
   端に取付けられるインペラとを備え、起動時に入力圧力
   が前記インペラおよびインペラ回転軸から成るロータに
   作用する燃料流体用の単段オーバハング型圧縮機におい
   て、前記インペラと反対側の箇所にスラスト軸受を設け
   ると共に、前記ロータの重心が前記一対のジャーナル軸
   受間に設定される重さのウェイトを前記インペラ回転軸
   に取付けたことを特徴とする単段オーバハング型圧縮
   機。
2. 【請求項２】 前記ウェイトは、前記スラスト軸受に対
   して前記インペラ回転軸の軸方向外側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の単段オーバハング型
   圧縮機。
3. 【請求項３】 前記スラスト軸受は、起動時の入力圧力
   に耐え得るように構成されていることを特徴とする請求
   項１又は２に記載の単段オーバハング型圧縮機。
4. 【請求項４】 前記スラスト軸受は、ケーシングに取付
   けられ、かつ前記インペラ回転軸の軸方向に間隔を置い
   て設けられる一対の軸受台と、前記インペラ回転軸に取
   付けられ、かつ前記軸受台間に配置されるスラストディ
   スクと、前記軸受台の前記スラストディスク側の面に取
   付けられる複数個のパッドとを備えており、これらパッ
   ドは１点で支持され、その支持点が各パッドの中心から
   前記ロータの回転方向にオフセットされていることを特
   徴とする請求項３に記載の単段オーバハング型圧縮機。