JP2004527693A - 遠心圧縮機及び電気モーターを備えた圧縮ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、一又は複数の圧縮機インペラーを備えたローターを有するガス圧縮用の遠心圧縮機と、圧縮機のローターを駆動するためのステーター及びローターを有する電気モーターとを備え、圧縮機と電気モーターとは、ガス取入口とガス排出口を備えた共通の気密性ハウジング内に収容され、圧縮機のローターと電気モーターのローターは、磁気軸受で支持される共通のローター軸上に配置されている圧縮ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
このタイプの圧縮ユニットは、例えば、WO-A-94/29597及びEP-A 1 074 746に開示されているものが知られている。
【0003】
WO-A 94/29597から知られている圧縮ユニットにおいては、圧縮機インペラーは、電気モーターの両側に配置されている。 ローター軸は、電気モーターと圧縮機インペラーとの間にそれぞれ配置される2つのラジアル磁気軸受と、同様に電気モーターと一方の圧縮機インペラーとの間に配置されているアキシャル磁気軸受とで支持されている。
【0004】
EP-A 1 074 746の特に図2から知られている圧縮ユニットにおいては、圧縮機インペラーは電気モーターの片側に配置されている。ローター軸は、連結器によって互いに連結される二つの部分から構成される。ローター軸は、ローター軸の両端部、及び電気モーターと遠心圧縮機との間に配置される3つのラジアル磁気軸受と、電気モーターと遠心圧縮機との間に配置される一つのアキシャル磁気軸受とで支持されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、小型設計とすることができ、かつ、軸受は圧縮ユニットのハウジングを取り外す必要なく容易にアクセス可能となるように、序文で述べられた圧縮ユニットに対して改良された圧縮ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この目的は、ローター軸が、シングルユニットから構成され、共通ローター軸の一端付近にそれぞれ配置される二つのラジアル磁気軸受、及び、一方のラジアル軸受の付近に配置される一つのアキシャル磁気軸受にて支持されることによって達成される。
【0007】
本発明に係る圧縮ユニットの好適な実施形態は従属項で明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下、添付図面を参照し、本発明に係る圧縮ユニットのいくつかの実施形態をより詳細に説明する。
【0009】
図1に示される圧縮ユニットは、例えば、プロセスガスなどのガスを圧縮するために、一又は複数(本実施形態では3つ)の圧縮機インペラー3を有する遠心圧縮機1と、圧縮機のローター2を駆動するためのステーター5とローター6を有する電気モーター4とから構成される。圧縮機1と電気モーター4は、ガス取入口8とガス排出口9とを備えた共通の気密性ハウジング7に収容されている。ハウジング7は、従来の方法で分割され、互いに固定して接続される複数の部分から成る。
【0010】
圧縮機1のローター2と電気モーター4のローター6はシングルユニットからなる共通のローター軸10上に配置される。ローター軸10は、ローター軸の端部付近13,14にそれぞれ配置されるラジアル磁気軸受11,12及びラジアル軸受11の付近に配置される一つのアキシャル磁気軸受15により支持される。ローター軸10は電気モーター4と遠心圧縮機1との間では支持されていない。磁気軸受11,12、15は、一般的に電磁気軸受である。
【0011】
シングルユニットからなるローター軸を備え、ローター軸の両端部付近にのみ軸受を配置する圧縮ユニットの設計は、圧縮ユニットが小型の構造のものにできること、及び軸受が圧縮ユニットのハウジングを取り外すことなく、容易に修理されることを意味する。
【0012】
圧縮ユニットは、直立して配置されるのが好ましい。これにより、ラジアル軸受11,12は単にローター軸の中心に配置する必要があるに過ぎないため、特にラジアル軸受11、12を比較的軽量な設計とすることができるという利点を有する。
【0013】
圧縮機インペラーによって作り出されるローター軸上の軸方向力が、重力と反対の方向に作用するようにできるのなら、アキシャル軸受も同様に、比較的軽量な設計とすることができる。
【0014】
ローター軸の直立した配置は、圧縮ユニットが水平方向において、比較的ほとんど場所を取らないという利点を更に有する。
【0015】
ローター軸を水平に配置することも可能であることは当然である。しかしながら、圧縮ユニットの設計や特に軸受の設計は、この配置に適合したものとする必要がある。
【0016】
圧縮機インペラー3は、ローター軸10の一体化された部分であることが有利である。このことは、例えば、熱収縮によって、個々の圧縮機インペラーが軸上に取り付けられている従来の設計と相違する。圧縮機インペラーとローター軸とが、シングルユニットから作られるのなら、ローター軸の一部分がすでに一体化されているインペラー素材の個々の部品(インペラーシャフトセグメント)は互いに溶接される。互いに堅く結びつけられたインペラーシャフトセグメントは、基本的な圧縮機ローターを形成し、最終的な圧縮機ローターを形成するためには、それをさらに処理する必要がある。同様に、電気モーター4のローター6は、ローター軸の一体化された部分であることが好ましい。
【0017】
圧縮ユニットは、磁気軸受11,12,15と電気モーター4とを冷却する冷却システムを備えている。この冷却システムは、圧縮機から延びるライン16、電気モーター4に向かって分岐するライン17、及び磁気軸受11,12,15へ延びるライン18,19からなる。フィルター20は、圧縮機から延びるライン16に組み込まれている。電気モーター4と磁気軸受11,12,15を冷却するため、圧縮機の中間段階において出された圧縮ガスが、ライン16とフィルター20を通過し、ライン17,18,19経由で電気モーター4のステーター5に、ライン18,19経由で磁気軸受11,15,12に定量的に供給される。冷却用ガスは圧縮ユニットの内部で再び集められ、圧縮機の吸気部へ導かれる。
【0018】
図2は、本発明に係る圧縮ユニットに若干の変更を加えた実施形態を示す。この実施形態は、電気モーター4のステーター5が専用冷却システムを有する点において、図1において示される実施形態と異なる。このことは、圧縮されたガス中において生じ得るいくつかの攻撃的要素によって、電気モーターのステーター5が受ける影響を防ぐ。
【0019】
磁気軸受11,12,15用の冷却システムは、他の点において、図1において示される実施形態の磁気軸受11,12,15用の冷却システムと同一である。
【0020】
電気モーター4のステーター5は、ステーター室21に組み込まれており、このステーター室21は、圧縮ユニット内部の残りの部分から隔離されており、ステーター5と仕切壁22とを取り囲む圧縮ユニットのハウジング7の壁のセクションによって区切られており、仕切壁22は、この壁のセクションに隣接し、ステーター5の両側で半径方向に延び、また、電気モーター4のステーター5とローター6との間にも延びている。この仕切壁22は缶としても知られている。ステーター室21は、ポンプ25によって冷却回路26の中において循環する別個の冷媒のための、供給部23および吐出部24を備えている。熱交換器27は、冷却回路26に組み込まれている。
【0021】
仕切壁(缶)22は二通りの方法で設計され得る。
【0022】
仕切壁22は、ステーター室21の壁が圧縮機の設計圧力に耐えることができるように設計され得る。
【0023】
仕切壁22のその他の実施形態では、少なくとも、電気モーター4のステーター5とローター6との間に伸びる仕切壁22の一部分は、薄肉の設計である。ステーター室は、電気モーター4のステーター5の冷却システムが圧縮ユニットの設計圧力に全体が耐えることができるように、冷却液で完全に満たされ閉じた冷却回路に組み込まれる。
この設計原理は、薄肉の仕切壁22及び低い圧縮率の冷媒に適合する組み合せに基づくものである。
【0024】
ステーター5とローター6との間の領域において、仕切壁22が薄肉設計である後者の実施形態の利点は、渦電流損失を減じつつ、モーターの単位面積当たりについて、より大きな出力を得ることができるということである。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明に係る圧縮ユニットの第1の実施形態を示す概略図である。
【図2】本発明に係る圧縮ユニットの第2の実施形態を示す概略図である。
Claims (12)
- 一又は複数の圧縮機インペラーを備えたローターを有するガス圧縮用の遠心圧縮機と、前記圧縮機のローターを駆動するためのステーター及びローターを有する電気モーターとを備え、前記圧縮機及び前記電気モーターは、ガス取入口とガス排出口とを備えた共通の気密性ハウジング内に収容され、前記圧縮機のローター及び前記電気モーターのローターは、磁気軸受で支持される共通のローター軸上に配置されている圧縮ユニットであって、
前記ローター軸は、シングルユニットで構成され、前記共通のローター軸の端部付近のそれぞれにおいて配置される二つのラジアル磁気軸受、及び前記ラジアル軸受の一方付近に配置される一つのアキシャル磁気軸受により支持されていることを特徴とする圧縮ユニット。 - 前記ローター軸が直立して配置されている請求項1に記載の圧縮ユニット。
- 一又は複数の前記圧縮機インペラーが、前記ローター軸の一体化された部分である請求項1又は2に記載の圧縮ユニット。
- 前記磁気軸受と前記電気モーターとを冷却する冷却システムを備えている請求項1から3のいずれかに記載の圧縮ユニット。
- 前記磁気軸受を冷却するために、前記圧縮機から前記磁気軸受へガスを移送することを目的として、前記圧縮機から前記磁気軸受へ延びるラインを備えている請求項4に記載の圧縮ユニット。
- 前記電気モーターを冷却するために、前記圧縮機から前記電気モーターへガスを移送することを目的として、前記圧縮機から前記電気モーターへ延びるラインを備えている請求項4又は5に記載の圧縮ユニット。
- 前記圧縮機から前記磁気軸受および/または前記電気モーターにつながる一又は複数のラインに、フィルタが組み込まれている請求項5又は6に記載の圧縮ユニット。
- 前記電気モーターの前記ステーターは、別個の冷媒によって前記ステーターを冷却するための専用の冷却システムを備えている請求項4又は5に記載の圧縮ユニット。
- 前記電気モーターの前記ステーターは、ステーター室に収容されており、前記ステーター室は、圧縮ユニットの内側の残りの部分から隔離されており、前記ステーター及び仕切壁を取り囲む圧縮ユニットの前記ハウジングの壁のセクションによって区切られており、前記仕切壁は、前記壁のセクションに隣接し、前記ステーターの両側で半径方向に延び、また、前記電気モーターの前記ステーターと前記ローターとの間にも延びている請求項8に記載の圧縮ユニット。
- 前記ステーター室は、前記別個の冷媒を供給及び吐出するための接合部を備えている請求項9に記載の圧縮ユニット。
- 前記ステーター室の壁は、圧縮ユニットの設計圧力に耐えることができるように設計されている請求項9又は10に記載の圧縮ユニット。
- 少なくとも、前記電気モーターの前記ステーターと前記ローターとの間に延びる前記ステーター室の前記仕切壁の一部分は薄肉の設計であり、前記ステーター室は、前記電気モーターの前記ステーターの前記冷却システムが前記圧縮ユニットの設計圧力に全体が耐えることができるように、冷却液で完全に満たされ閉じた冷却回路に組み込まれている請求項9又は10に記載の圧縮ユニット。
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