JP2006152994A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、磁気軸受と軸封装置とを使用してコンパクト、かつ安価な遠心圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明にかかる遠心圧縮機１は、内部に空間を有するケーシング２と、ケーシング２内に複数段配置され、空間内に取り込まれた流体を圧縮する羽根車４と、羽根車４を駆動する回転軸３と、回転軸３を回転可能に支持する磁気軸受１０と、ケーシング２内に取り込まれた流体を閉じ込める軸封装置１１とを備え、磁気軸受１０は、ケーシング２内で回転軸３の両端を支持し、回転軸３の一端はケーシング２内に配置され、回転軸３の他端はケーシング２外に配置されるとともに、軸封装置１１が回転軸３の他端側に配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気軸受を備えた遠心圧縮機に関するものである。

図２は、従来の多段型の遠心圧縮機２０が示されている。この遠心圧縮機２０は、回転軸３を支持する軸受として、油軸受２１が使用されている。しかしながら、油軸受２１は、高圧のプロセスガス雰囲気中で使用すると、潤滑油がプロセスガス中に混入する等の問題があった。このため、油軸受２１は、通常大気圧雰囲気中で使用しなければならず、油軸受２１をケーシング２の外部に配置する必要があった。したがって、油軸受２１とケーシング２との間に、それぞれの油軸受２１ごとに軸封装置２２を少なくとも計２箇所配置する必要があった。
また、特許文献１に示すような磁気軸受を用いた多段型の遠心圧縮機が知られている。この圧縮機は、従来の圧縮機に対して、ケーシングの外部の回転軸両端部に、油軸受に代えて磁気軸受を配置している点で異なる。また、軸封装置として、乾燥ガスシールを用いており、これにより、プロセスガスの漏れ損失を抑制することができるものである。

特開平０６−２８８３８４号公報

しかしながら、上述した遠心圧縮機では、軸受装置をケーシングの外部に配置し、高価なガスシールを回転軸の両軸端２箇所、又はそれ以上に配置している。このため、回転軸の軸方向にケーシングを長くする必要があり、圧縮機をコンパクトに構成することができないという問題があった。また、高価なガスシールを２箇所以上設置することにより、コストがかかるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、磁気軸受と軸封装置とを使用してコンパクト、かつ安価な遠心圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる遠心圧縮機は、内部に空間を有するケーシングと、前記ケーシング内に複数段配置され、前記空間内に取り込まれた流体を圧縮する羽根車と、該羽根車を駆動する回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する磁気軸受と、前記ケーシング内に取り込まれた流体を閉じ込める軸封装置と、を備えた遠心圧縮機において、前記磁気軸受は、前記ケーシング内で前記回転軸の両端を支持し、前記回転軸の一端は前記ケーシング内に配置され、該回転軸の他端は該ケーシング外に配置されるとともに、前記軸封装置が該回転軸の他端側に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、高圧の流体（プロセスガス）雰囲気中に配置可能な磁気軸受、および回転軸の一端をそれぞれケーシング内に配置することにより、ケーシング外に配置された回転軸の他端側のみに軸封装置を配置することでシール性を保つことができる。このように、軸封装置を回転軸の一端側には設けずに、他端側のみに設けることにより、遠心圧縮機をコンパクト、かつ安価にすることができる。

また、本発明にかかる遠心圧縮機では、前記回転軸の他端側は、駆動側であることを特徴とする。

本発明によれば、回転軸を回転させるため、回転軸の駆動側をケーシングの外部に出す必要がある。したがって、軸封装置を回転軸の駆動側のみに設けることとした。

本発明の遠心圧縮機によれば、ケーシング内に磁気軸受が配置され、回転軸の一端側のみに軸封装置が配置される圧縮機としたことにより、プロセスガスに油が混入することがなく、圧縮機をコンパクト、かつ安価にすることができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる遠心圧縮機の断面図である。

図１において、本実施形態に示す遠心圧縮機１は、内部に空間が形成されたケーシング２と、ケーシング２内に設けられて図示せぬ駆動装置によって回転駆動される回転軸３と、回転軸３に対して同軸にして、かつ相対回転が規制されて設けられた羽根車４とを有する。

この遠心圧縮機１は、吸入口５から吸入されたプロセスガスを圧縮してから吐出するものである。すなわち、吸入口５から吸入されたプロセスガスは、羽根車４の回転により遠心力を与えられ、速度および圧力を増してディフューザ６に送り込まれて圧力回復がなされる。プロセスガスは、各段の羽根車４を通過する毎にさらに圧縮され、高圧ガスとして吐出口７から吐出される。

羽根車４は、回転軸３に一体に固定される環状のハブ１６と、ハブ１６の表面に周方向に向かって所定の間隔ごとに一体に設けられる流線形状の複数の羽根８と、羽根８の先端に取り付けられたシュラウド１７とから構成されている。
この羽根車４の羽根８と羽根８との間には、ガス流路９が形成されている。ガス流路９の回転軸線の中心側から入ったプロセスガスは、羽根車４の回転により遠心力が与えられて速度と圧力を増し、ガス流路９の回転軸線の外周側から出てディフューザ６に送り込まれる。

羽根車４の下流側に形成されたディフューザ６は、図１に示すように、ガス流路９の出口から半径方向外側へ向けて形成される。最外周部で屈曲した後、半径方向内側へ戻る流路は、リターンベーン６ｂを備え、後段のガス流路９の入口に連通するように形成されている。ディフューザ６は、流路面積を変化させることにより、ここを通過するプロセスガスを減速させて圧力を回復させる。また、リターンベーン６ａは、旋回速度を減らし、圧力回復を図る。
なお、本実施形態における羽根車４は、軸線方向に連なって３段設けられているが、プロセスガスの圧縮率などにより適宜選択されるものである。

羽根車４を回転支持する回転軸３は、２つの磁気軸受１０によって両端を支持されて、ケーシング２内に取り付けられている。この回転軸３は、一端がケーシング２内に配置され、他端が軸封装置１１を介してケーシング２を貫通するよう配置されている。回転軸３の他端は、ケーシング２外に設けられた図示しない駆動装置に連結されており、回転駆動されるようになっている。
この回転軸３の他端とケーシング２との間には、軸封装置１１が設けられ、ケーシング２内とケーシング２外とがシールされている。軸封装置１１としては、ガスシールが好適に用いられる。ガスシール（軸封装置１１）は、ケーシング２と回転軸３とのクリアランスが、例えば数ミクロンで形成されるため、プロセスガスの漏洩が少ない。

磁気軸受１０は、回転軸３のラジアル方向の力を支持しており、ケーシング２内で回転軸３を磁気浮上させ完全非接触の状態で支持している。このため、磁気軸受１０は、摩擦や磨耗の問題がほとんどなく、騒音、振動、及び回転損失が小さいという特徴を持つ。さらに、潤滑が不要となるため、高圧雰囲気でも使用することができ、油軸受のようにプロセスガス中に油が混入することがない。 磁気軸受１０には、回転軸３のラジアル方向の浮上位置を検出するセンサ（図示省略）と、センサにより検出された信号に基づいて磁気軸受１０の磁力を変化させる制御装置（図示省略）と、電磁石に電流を供給する電力源（図示省略）とが設けられている。このセンサにより、回転軸３のラジアル方向の浮上位置を常に検出し、制御装置により電流を制御することで磁力を変化させ、回転軸３のラジアル方向の浮上位置を位置決めしている。
なお、磁気軸受１０の近傍には、ボールベアリング軸受１３が設けられているが、これは万が一、磁気軸受１０が故障した場合の緊急時に回転軸３を支持するためのものである。したがって、通常運転時には、ボールベアリング軸受１３を用いることなく、磁気軸受１０によって回転軸３の支持が良好に行われる。

回転軸３上の羽根車４の吐出口７側には、半径方向外側に張り出すバランスディスク１４が回転軸３と同軸となるように設けられている。バランスディスク１４のハブ１６側の面（図において右方）には、最下流部の羽根車４から吐出されたプロセスガスの圧力が加わるように設定されている。このため、バランスディスク１４のハブ１６側の面に対して吐出側（図において左方）へ作用するスラスト力（復元力）ＴＬＢが生じる。したがって、回転軸３に固定された羽根車４に加わる差圧により、回転軸３の吸入側方向（図において右方）へ作用するスラスト力ＴＬと、バランスディスク１４の吐出側へ作用するスラスト力ＴＬＢとがバランスされて、回転軸３のスラスト方向への過大荷重が抑制される。

また、ケーシング２には、スラスト軸受としての磁気軸受１５が設けられており、回転軸３のスラスト力を受け止めるよう、回転軸３と非接触の状態で回転軸３を支持している。 磁気軸受１５には、回転軸３の浮上位置を検出するセンサ（図示省略）と、センサにより検出された信号に基づいて磁気軸受１５の磁力を変化させる制御装置（図示省略）と、電磁石に電流を供給する電力源（図示省略）とが設けられている。このセンサにより、回転軸３のスラスト方向の浮上位置を常に検出し、制御装置により電流を制御することで磁力を変化させ、回転軸３のスラスト位置を位置決めしている。

このように構成される遠心圧縮機１では、ケーシング２内には、羽根車４とケーシング２との間からプロセスガスが漏洩するか、または羽根車４の後段から意図的に供給されることにより、遠心圧縮機１の動作中は、ケーシング２内の内圧がケーシング２外よりも高圧に保たれる。
そして、この遠心圧縮機１では、ケーシング２内のプロセスガスは、ケーシング２と回転軸３との間に形成される排気路１３を通じてケーシング２外に排出される。

なお、遠心圧縮機１及びケーシング２内に供給されるプロセスガスとしては、例えば天然ガス、エチレンガス、プロピレンガス、または水素等が用いられる。

以上説明した本実施形態にかかる遠心圧縮機１の作用について、図１を用いて説明する。
遠心圧縮機１が運転中であるとき、図示しない駆動装置により回転軸３が回転駆動されることにより、羽根車４が回転軸３とともに回転駆動される。吸入口５から遠心圧縮機１内に吸入されたプロセスガスは、羽根車４の回転により遠心力を与えられ、速度および圧力を増してディフューザ６に送り込まれ、ディフューザベーン６ａ及びリターンベーン６ｂの流路面積の変化によって圧力回復がなされる。各段の羽根車４及びディフューザ６を通過して圧縮されたプロセスガスは、吐出口７から遠心圧縮機１外へと吐出される。

回転軸３をケーシング２に支持する磁気軸受７は、プロセスガス雰囲気中で使用することができるため、ケーシング２内に配置されている。しかしながら、回転軸３を回転駆動するために、回転軸３の他端側は、ケーシング２外部へ露出することとなる。このため、ケーシング２の回転軸３の駆動側のみに軸封装置１１を配置することにより、プロセスガスの漏洩を防止することができる構成となっている。これにより、遠心圧縮機１の用途が限定されるこがなく、多種多様に適用することができる。

このように、ケーシング２内に磁気軸受１０を配置し、回転軸３の駆動側のみに軸封装置１１を配置した構成とすることにより、高価なガスシール（軸封装置１１）を複数設置する必要がなく、コストを低減できる。
また、軸封装置１１を他端（駆動側）のみに配置したことにより、回転軸線方向の長さを短縮することができ、遠心圧縮機１をコンパクトにすることができる。

本実施形態における遠心圧縮機の構成を示す断面図である。 従来の遠心圧縮機の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 遠心圧縮機
２ ケーシング
３ 回転軸
４ 羽根車
６ ディフューザ
１０ 磁気軸受
１１ 軸封装置

Claims (2)

1. 内部に空間を有するケーシングと、前記ケーシング内に複数段配置され、前記空間内に取り込まれた流体を圧縮する羽根車と、該羽根車を駆動する回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する磁気軸受と、前記ケーシング内に取り込まれた流体を閉じ込める軸封装置と、を備えた遠心圧縮機において、
   前記磁気軸受は、前記ケーシング内で前記回転軸の両端を支持し、前記回転軸の一端は前記ケーシング内に配置され、該回転軸の他端は該ケーシング外に配置されるとともに、前記軸封装置が該回転軸の他端側に配置されていることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記軸封装置は、前記羽根車の駆動側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。

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