JP2010121463A - Gas seal structure of centrifugal compressor with built-in speed increaser - Google Patents

Gas seal structure of centrifugal compressor with built-in speed increaser Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas seal structure of a centrifugal compressor with a built-in speed increaser capable of ensuring stability of a rotator while tolerating intensity even when thrust is large under high pressure operation. <P>SOLUTION: In the gas seal structure of the centrifugal compressor with the built-in speed increaser, a dry gas seal part 3 including a stationary-side dry gas seal body 3-1 fixed to a compressor casing 1 and a rotary-side dry gas seal body 3-2 fixed to an impeller rotary shaft 6a, and a barrier seal part 4 fixed to the compressor casing 1 are provided. While the barrier seal part 4 is integrally connected to the stationary-side dry gas seal body 3-1, an adjusting liner 5 for adjusting the axial position is provided between the compressor casing 1 and the stationary-side dry gas seal body 3-1. Due to the thickness of the adjusting liner 5, the axial relative position of the stationary-side dry gas seal body 3-1 and the rotary-side dry gas seal body 3-2 is adjustable. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造に関し、より詳しくは、高圧運転下の推力が大きな増速機内蔵型遠心圧縮機においても強度的に耐え得ると共に、回転体の安定性の確保が可能な増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造に関するものである。   The present invention relates to a gas seal structure of a centrifugal compressor with a built-in speed increaser. More specifically, the present invention can withstand the strength of a centrifugal compressor with a built-in speed increaser with a large thrust under a high-pressure operation, and can stabilize a rotating body. The present invention relates to a gas seal structure of a centrifugal compressor with a built-in speed increaser that can ensure safety.

増速機内蔵型遠心圧縮機は、歯車式増側装置のピニオン軸の一端あるいは両端にオーバーハングしてインペラを取り付けて、原動機回転数よりも増速可能な構成としたものであり、各インペラ周囲のケーシングは増速機ケーシングに直接取り付けられた構造となっている。   The centrifugal compressor with a built-in speed increaser has a configuration in which an impeller is attached to one end or both ends of a pinion shaft of a gear-type side-increasing device, and an impeller is attached so that the speed can be increased more than the rotational speed of the prime mover. The surrounding casing is directly attached to the gearbox casing.

増速機内蔵型遠心圧縮機は、前記増速機と中間冷却器、潤滑油装置等を一つにまとめたパッケージ型として構成することが可能なため、１本の回転軸に1枚または複数枚のインペラを取り付けた一軸型圧縮機に比べて非常にコンパクトで、据付工事を含めた圧縮機にかかわる総コストの低減を図ることが可能となる。そのため、この様な利点に着目し、これらを活かしつつ、空気や窒素以外のプロセスガスに適用可能な増速機内蔵型遠心圧縮機が従来より開発されて来ている。   The centrifugal compressor with built-in speed increaser can be configured as a package type in which the speed increaser, the intermediate cooler, the lubricating oil device, etc. are combined into one, so one or a plurality of them are provided on one rotating shaft. Compared to a single-shaft compressor equipped with a single impeller, it is very compact, and it is possible to reduce the total cost of the compressor including installation work. Therefore, paying attention to such advantages, a centrifugal compressor with a built-in speed increaser that can be applied to process gases other than air and nitrogen has been developed.

ガス用途の圧縮機では、特にハイドロカーボン等の可燃性・爆発性ガスや有毒ガス、腐食性ガス等に対してのシール技術が重要となってくる。増速機内蔵型遠心圧縮機における従来例に係るこの様なシール技術につき、以下添付図４，５を参照しながら説明する。図４は従来例１のシール技術に係り、増速機内蔵型遠心圧縮機の実施例の主要部を示す断面図、図５は従来例３のシール技術に係り、増速機内蔵型遠心圧縮機の要部を示す断面図である。   In compressors for gas applications, sealing technology against flammable / explosive gases such as hydrocarbons, toxic gases, corrosive gases and the like is particularly important. Such a sealing technique according to a conventional example in a centrifugal compressor with a built-in gearbox will be described below with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of an embodiment of a centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to the sealing technique of Conventional Example 1, and FIG. 5 is a centrifugal technique with a built-in speed increaser according to the sealing technique of Conventional Example 3. It is sectional drawing which shows the principal part of a machine.

先ず、従来例１に係るシール技術は、図４において、インペラ２８とこのインペラ２８側の軸受との間に、シールハウジング２６と軸シールラビリンス２７とからなる軸シール装置２５が介装されてなる増速機内蔵型遠心圧縮機において、ロータ２３には軸スリーブ２４が外嵌されると共に、インペラ２８の背面に前記ロータ２３が貫通され、先端が軸シール装置２５の内側の腐食性ガスが存在し得ない位置まで延びる円筒体２８ａの一端を気密可能に固着して構成されている。   First, in the sealing technique according to the conventional example 1, in FIG. 4, a shaft seal device 25 including a seal housing 26 and a shaft seal labyrinth 27 is interposed between an impeller 28 and a bearing on the impeller 28 side. In the centrifugal compressor with a built-in step-up gear, a shaft sleeve 24 is fitted on the rotor 23, the rotor 23 is passed through the back surface of the impeller 28, and a corrosive gas inside the shaft seal device 25 is present at the tip. One end of the cylindrical body 28a extending to a position where it cannot be fixed is fixed in an airtight manner.

そして、圧縮された腐食性ガスは、インペラ２８側から円筒体２８ａと軸シールラビリンス２７の間に侵入しようとするが、前記円筒体２８ａ及び軸スリーブ２４と軸シールラビリンス２７との間に、軸シール装置２５に設けられたインペラ側の蒸気吹込みポートＰｂからは蒸気が、また反蒸気吹込みポート側の空気吹込みポートＰａからは空気が夫々吹込まれる。そのため、これらの間に形成される環状空気並びに隙間ｔの間は蒸気と空気で満たされ、これらの間への腐食性ガスの侵入が阻止される。そのため、ロータ２３の外周面が従来の様に腐食される恐れがなくなる（特許文献１参照）。   The compressed corrosive gas tends to enter between the cylindrical body 28a and the shaft seal labyrinth 27 from the impeller 28 side, but between the cylindrical body 28a and the shaft sleeve 24 and the shaft seal labyrinth 27, the shaft Steam is injected from the impeller side steam injection port Pb provided in the sealing device 25, and air is injected from the air injection port Pa on the anti-steam injection port side. Therefore, the space between the annular air formed between them and the gap t is filled with steam and air, and the invasion of corrosive gas between them is prevented. Therefore, there is no possibility that the outer peripheral surface of the rotor 23 is corroded as in the prior art (see Patent Document 1).

しかしながら、この従来例１に係るシール技術は軸シールラビリンス２７を用いているため、対向する軸スリーブ２４との間の隙間は少なくとも０．１〜０．５ｍｍ程度である必要があり、理論上の漏れガス量は前記隙間の３乗に比例するため、漏れガス量を極少量化するのは非常に困難である。   However, since the sealing technique according to the conventional example 1 uses the shaft seal labyrinth 27, the clearance between the opposing shaft sleeves 24 needs to be at least about 0.1 to 0.5 mm. Since the amount of leaked gas is proportional to the cube of the gap, it is very difficult to minimize the amount of leaked gas.

次に、従来例２に係るシール技術について、以下図示省略して説明する。この従来例２に係るシール技術は、圧縮機の吐出ガス温度が高温になると、ガスシールの座金やＯリング及び非常に重要な部品が破壊されるため、有害ガスが流出してしまう。従って、ガスシールの温度をプロセスガス温度に到達させない様、ガスシールの周囲に流体熱交換器を配置してガスシールの温度を低下させるものである（特許文献２参照）。   Next, the sealing technique according to Conventional Example 2 will be described below with the illustration omitted. In the sealing technique according to the conventional example 2, when the discharge gas temperature of the compressor becomes high, the washer, the O-ring and the very important parts of the gas seal are destroyed, so that harmful gas flows out. Therefore, a fluid heat exchanger is disposed around the gas seal so that the temperature of the gas seal does not reach the process gas temperature (see Patent Document 2).

前記従来例２に係るガスシールは、次に述べる従来例３に係るシール技術と同様、図５に示された顎部３３−１ａに該当する部位によって圧縮機ケーシングへ取り付けられるが、プロセスガスが高圧になる場合ガスシールに作用する推力が高くなり、温度が上昇しなくともガスシール本体部が引張力により破壊され、その結果有害ガスが流出する恐れがある。   The gas seal according to Conventional Example 2 is attached to the compressor casing by a portion corresponding to the jaw portion 33-1a shown in FIG. 5 as in the sealing technique according to Conventional Example 3 described below. When the pressure becomes high, the thrust acting on the gas seal becomes high, and even if the temperature does not rise, the gas seal main body is destroyed by the tensile force, and as a result, harmful gas may flow out.

従来例３に係るシール技術は、図５に示す如く、圧縮したプロセスガスの機外への漏れを防止するための一次ドライガスシール部３３ａ及び二次ドライガスシール部３３ｂからなるドライガスシール部３３と、ドライガスシール部３３の保護のためのバリアシール部３４と、増速機ケーシング３２からの油漏れ防止を目的としたオイルシール部３８とが、個別に設けられたガスシール構造からなる。   As shown in FIG. 5, the sealing technique according to Conventional Example 3 is a dry gas seal portion including a primary dry gas seal portion 33 a and a secondary dry gas seal portion 33 b for preventing leakage of compressed process gas to the outside of the machine. 33, a barrier seal portion 34 for protecting the dry gas seal portion 33, and an oil seal portion 38 for preventing oil leakage from the gearbox casing 32 have a gas seal structure provided individually. .

通常、前記ドライガスシール部３３の静止側本体３３−１は、その顎部３３−１ａを圧縮機ケーシング３１にボルト３９で固定されると共に、ドライガスシール部３３の回転側本体３３−２は、回転軸３６ａに嵌挿して固定されている。また、バリアシール部３４は、ドライガスシール部３３と同様、圧縮機ケーシング３１にボルト４１で固定される一方、オイルシール部３８は、増速機ケーシング３２に固定されている。   Normally, the stationary side main body 33-1 of the dry gas seal portion 33 has its jaw portion 33-1a fixed to the compressor casing 31 with bolts 39, and the rotary side main body 33-2 of the dry gas seal portion 33 is The rotary shaft 36a is inserted and fixed. The barrier seal portion 34 is fixed to the compressor casing 31 with bolts 41, while the oil seal portion 38 is fixed to the speed increaser casing 32, similarly to the dry gas seal portion 33.

そして、ドライガスシール部３３の一次ドライガスシール部３３ａ及び二次ドライガスシール部３３ｂには、対向するシール面４０ａ，４０ｂが夫々形成され、バリアシール部３４には回転軸３６ａ外周に対向するラビリンス３４ａ，３４ｂが形成されると共に、オイルシール部３８には回転軸３６ａ外周に対向して、オイルシール３８ａが取り付けられて、夫々シール構造が形成されている。   The primary dry gas seal portion 33a and the secondary dry gas seal portion 33b of the dry gas seal portion 33 are formed with opposing seal surfaces 40a and 40b, respectively, and the barrier seal portion 34 is opposed to the outer periphery of the rotary shaft 36a. Labyrinths 34a and 34b are formed, and an oil seal 38a is attached to the oil seal portion 38 so as to face the outer periphery of the rotary shaft 36a, thereby forming a seal structure.

しかしながら、圧縮対象とするプロセスガスの圧力が高くなってくると、回転側ドライガスシール本体３３−２を介して静止側ドライガスシール本体３３−１に負荷される推力が大きくなり、２個の部材からなる静止側ドライガスシール本体３３−１を連結したボルト３７の引張強度が不足し破壊する恐れがあるため、許容される推力以上になると推定される場合は、ドライガスシール本体３３−１，３３−２を機外側にて直接支持する構造にする必要がある。   However, when the pressure of the process gas to be compressed increases, the thrust applied to the stationary dry gas seal body 33-1 via the rotating dry gas seal body 33-2 increases, and the two If the bolt 37 connecting the stationary dry gas seal main body 33-1 made of a member is insufficient in tensile strength and may be broken, the dry gas seal main body 33-1 is estimated when it is estimated that the thrust exceeds an allowable thrust. , 33-2 must be directly supported outside the machine.

一方、増速機内蔵型遠心圧縮機では回転体の安定性を確保するため、当該シール構造の軸方向長さを極力短くする必要があり、特に、高圧用途の圧縮機ではその流体挙動のため一般的により不安定性が増大する傾向にあり、安定性の確保がより重要になってくる。
実開平５−７８９９８号公報 特表２００７−５０６０２１号公報 On the other hand, in order to ensure the stability of a rotating body in a centrifugal compressor with a built-in speed increaser, it is necessary to shorten the axial length of the seal structure as much as possible, especially in a high-pressure compressor because of its fluid behavior. In general, instability tends to increase, and ensuring stability is becoming more important.
Japanese Utility Model Publication No. 5-78998 Special table 2007-506021

従って、本発明の目的は、高圧運転下の推力が大きな場合においても、強度的に耐え得ると共に、回転体の安定性の確保が可能な増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas seal structure of a centrifugal compressor with a built-in speed increaser that can withstand strength even when the thrust under high-pressure operation is large and can ensure the stability of the rotating body. There is to do.

前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造が採用した手段は、増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造において、インペラ背面の圧縮機ケーシングに固定された静止側ドライガスシール本体及びインペラ回転軸に固定された回転側ドライガスシール本体からなるドライガスシール部と、このドライガスシール部より増速機側にあって前記圧縮機ケーシングに固定されたバリアシール部とが設けられ、このバリアシール部が、前記静止側ドライガスシール本体に一体的に連結される一方、前記圧縮機ケーシングと静止側ドライガスシール本体との間に、軸方向位置調整用の調整ライナーが装着されてなることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the gas seal structure of the centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to claim 1 of the present invention employs a gas seal structure of the centrifugal compressor with a built-in speed increaser, wherein A dry gas seal body composed of a stationary dry gas seal body fixed to the compressor casing and a rotary dry gas seal body fixed to the impeller rotating shaft, and the speed increasing device side from the dry gas seal section A barrier seal portion fixed to the compressor casing, and the barrier seal portion is integrally connected to the stationary dry gas seal body, while the compressor casing and the stationary dry gas seal body An adjustment liner for adjusting the axial position is mounted between them.

本発明の請求項２に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造が採用した手段は、請求項１に記載の増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造において、前記バリアシール部と静止側ドライガスシール本体とが一体的に連結される部位の近傍の前記圧縮機ケーシング内周側に、この内周に亘って突出した円周状突出部が設けられる一方、前記調整ライナーが、前記円周状突出部のインペラ背面側に形成された突出部円周面と、前記静止側ドライガスシール本体の増速機側に形成されたガスシール本体円周面との間に装着されてなることを特徴とするものである。   According to a second aspect of the present invention, the gas seal structure of the speed increasing device built-in centrifugal compressor employs the barrier seal portion in the gas sealing structure of the speed increasing device built-in type centrifugal compressor. And a circumferential protrusion that protrudes across the inner periphery of the compressor casing in the vicinity of a portion where the stationary dry gas seal body is integrally connected to the stationary dry gas seal body. A circumferential surface of the projecting portion formed on the rear surface of the impeller of the circumferential projecting portion, and a circumferential surface of the gas seal body formed on the speed increasing side of the stationary dry gas seal body. It is characterized by.

本発明の請求項３に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造が採用した手段は、請求項１または２に記載の増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造において、前記バリアシール部に、軸方向に離反して形成されたラビリンスシールと、これらラビリンスシール間にパージガスを導入するため形成されたパージガス導入流路とが設けられる一方、このバリアシール部と前記ドライガスシール部との間に形成された空間部にパージガス排出流路が設けられてなることを特徴とするものである。   According to a third aspect of the present invention, the gas seal structure of the step-up gear built-in type centrifugal compressor employs the barrier in the gas seal structure of the step-up gear built-in type centrifugal compressor according to the first or second aspect. The seal portion is provided with a labyrinth seal formed apart in the axial direction and a purge gas introduction passage formed for introducing a purge gas between the labyrinth seals. The barrier seal portion and the dry gas seal portion are provided. A purge gas discharge channel is provided in a space formed between the two.

本発明の請求項４に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造が採用した手段は、請求項１乃至３の何れか一つの項に記載の増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造において、前記調整ライナーが、その回転を防止するための止めピンにより固定されてなることを特徴とするものである。   The gas seal structure of the step-up gear built-in type centrifugal compressor according to claim 4 of the present invention employs the gas of the step-up gear built-in type centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3. In the seal structure, the adjustment liner is fixed by a stop pin for preventing rotation thereof.

本発明の請求項１に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造によれば、増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造において、インペラ背面の圧縮機ケーシングに固定された静止側ドライガスシール本体及びインペラ回転軸に固定された回転側ドライガスシール本体からなるドライガスシール部と、このドライガスシール部より増速機側にあって前記圧縮機ケーシングに固定されたバリアシール部とが設けられ、このバリアシール部が、前記静止側ドライガスシール本体に一体的に連結されている。   According to the gas seal structure of the centrifugal compressor with a built-in gearbox according to claim 1 of the present invention, in the gas seal structure of the centrifugal compressor with a built-in gearbox, the stationary side fixed to the compressor casing on the rear surface of the impeller. A dry gas seal portion comprising a dry gas seal main body and a rotation-side dry gas seal main body fixed to the impeller rotary shaft, and a barrier seal portion fixed to the compressor casing on the speed increaser side from the dry gas seal portion And the barrier seal portion is integrally connected to the stationary dry gas seal body.

そして同時に、前記圧縮機ケーシングと静止側ドライガスシール本体との間に、軸方向位置調整用の調整ライナーが装着されてなるので、前記従来例３に係るシール技術において説明したオイルシール部は、バリアシール部に一体的に連結して構成されたので、ガスシール構造の軸方向全長を前記従来例３に係るガスシール構造よりも短縮可能となり、回転体の安定性を確保することができる。また、これらガスシール構造を一体化することによって、組立作業の効率化も図ることができる。また、この調整ライナーの厚さによって、前記静止側ドライガスシール本体と回転側ドライガスシール本体の軸方向の相対位置が調整可能となる。   At the same time, since an adjustment liner for axial position adjustment is mounted between the compressor casing and the stationary dry gas seal body, the oil seal portion described in the sealing technique according to the conventional example 3 is Since it is configured to be integrally connected to the barrier seal portion, the total axial length of the gas seal structure can be shortened compared to the gas seal structure according to the conventional example 3, and the stability of the rotating body can be ensured. Further, by integrating these gas seal structures, it is possible to improve the efficiency of assembly work. Further, the relative position in the axial direction of the stationary dry gas seal body and the rotating dry gas seal body can be adjusted by the thickness of the adjustment liner.

また、本発明の請求項２に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造によれば、前記バリアシール部と静止側ドライガスシール本体とが一体的に連結される部位の近傍の前記圧縮機ケーシング内周側に、この内周に亘って突出した円周状突出部が設けられる一方、前記調整ライナーが、前記円周状突出部のインペラ背面側に形成された突出部円周面と、前記静止側ドライガスシール本体の増速機側に形成されたガスシール本体円周面との間に装着されてなるので、前記調整ライナーが、前記ドライガスシール部を介して圧縮機ケーシングに負荷される推力を受け、軸方向全長を従来例より短縮しても、高圧用途で推力が大きな場合にも強度的に耐え得る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造を達成できる。   According to the gas seal structure of the centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to claim 2 of the present invention, the vicinity of the portion where the barrier seal portion and the stationary-side dry gas seal body are integrally connected. On the inner peripheral side of the compressor casing, a circumferential protruding portion that protrudes over the inner periphery is provided, while the adjustment liner is formed on the impeller back side of the circumferential protruding portion. And the gas seal body circumferential surface formed on the speed increaser side of the stationary dry gas seal body, the adjustment liner is connected to the compressor casing via the dry gas seal portion. Even if the axial total length is shortened compared to the conventional example, the gas seal structure of the speed increasing built-in type centrifugal compressor that can withstand strength even when the thrust is large in high pressure applications can be achieved.

更に、本発明の請求項３に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造によれば、前記バリアシール部に、軸方向に離反して形成されたラビリンスシールと、これらラビリンスシール間にパージガスを導入するため形成されたパージガス導入流路とが設けられる一方、このバリアシール部と前記ドライガスシール部との間に形成された空間部にパージガス排出流路が設けられてなるので、増速機ケーシング側からの油分の侵入を防ぎつつ、ドライガスシール部側からプロセスガスが漏れ出たり、万が一増速機ケーシング側から油が漏れ出た場合には、そのプロセスガスや油を機外に排出して、ドライガスシール部への影響を排除可能である。   Furthermore, according to the gas seal structure of the centrifugal compressor with a built-in step-up gear according to claim 3 of the present invention, a labyrinth seal formed in the barrier seal portion so as to be separated in the axial direction, and between these labyrinth seals A purge gas introduction flow path formed for introducing the purge gas is provided, while a purge gas discharge flow path is provided in the space formed between the barrier seal portion and the dry gas seal portion. If process gas leaks from the dry gas seal side or oil leaks from the gearbox casing side while preventing the ingress of oil from the gearbox casing side, the process gas or oil will be removed from the machine. It is possible to eliminate the influence on the dry gas seal portion.

また更に、本発明の請求項４に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造によれば、前記調整ライナーが、その回転を防止するための止めピンにより固定されてなるので、前記調整ライナーが回転方向に拘束され、組立時の調整ライナーを挟み込むことにより、脱落防止に加え回転を防止することが可能となり作業の効率化を図ることができる。   Still further, according to the gas seal structure of the centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to claim 4 of the present invention, the adjustment liner is fixed by a stop pin for preventing its rotation, so that the adjustment When the liner is constrained in the rotation direction and the adjustment liner at the time of assembly is sandwiched, it is possible to prevent rotation in addition to prevention of falling off, and work efficiency can be improved.

先ず、本発明の実施の形態に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造について、添付図１〜図３を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施の形態に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造の要部を回転軸に軸対称な半断面として示した図、図２は図１のドライガスシール部を拡大して示した部分詳細図、図３は図１の回転環の矢視Ａ−Ａシール面を示す図である。   First, a gas seal structure of a centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a main part of a gas seal structure of a centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to an embodiment of the present invention as an axially symmetric half section about a rotation axis, and FIG. 2 is a dry gas seal part of FIG. FIG. 3 is a partial detail view showing an enlarged view of FIG. 3, and FIG. 3 is a view showing an AA seal surface of the rotary ring in FIG.

本発明の実施の形態に係るガスシール構造は、図１に示す如く、ドライガスシール部３とバリアシール部４とを備えている。前記ドライガスシール部３と前記バリアシール部４は、インペラ回転軸（以下、単に回転軸とも言う）６ａの軸方向にはインペラ６背面と増速機ケーシング２との間に、半径方向には前記インペラ回転軸６ａの外周から圧縮機ケーシング１との間に配設されている。そして、前記ドライガスシール部３は、軸方向には一次ドライガスシール部３ａと二次ドライガスシール部３ｂとで構成されると共に、半径方向には、圧縮機ケーシング１に固定された静止側ドライガスシール本体３−１と、インペラ回転軸６ａに固定されこの回転軸６ａと共回転する回転側ドライガスシール本体３−２とで構成されている。   The gas seal structure according to the embodiment of the present invention includes a dry gas seal portion 3 and a barrier seal portion 4 as shown in FIG. The dry gas seal portion 3 and the barrier seal portion 4 are arranged between the rear surface of the impeller 6 and the gearbox casing 2 in the axial direction of an impeller rotating shaft (hereinafter also simply referred to as a rotating shaft) 6a. It is disposed between the outer periphery of the impeller rotary shaft 6a and the compressor casing 1. The dry gas seal portion 3 includes a primary dry gas seal portion 3a and a secondary dry gas seal portion 3b in the axial direction, and a stationary side fixed to the compressor casing 1 in the radial direction. The dry gas seal main body 3-1 and a rotation-side dry gas seal main body 3-2 that is fixed to the impeller rotary shaft 6a and rotates together with the rotary shaft 6a.

また、前記一次ドライガスシール部３ａと二次ドライガスシール部３ｂには、夫々静止側ドライガスシール本体３−１に固定された静止環（プライマリーリング）７ａ，７ｂと、回転側ドライガスシール本体３−２に固定された回転環（メイティングリング）８ａ，８ｂとが軸方向に対向して配置されている。前記静止環７ａ，７ｂは、夫々バネ９ａ，９ｂによって軸方向インペラ側に押付けられて、回転環８ａ，８ｂとの間にシール面１０ａ，１０ｂが形成されている。   The primary dry gas seal portion 3a and the secondary dry gas seal portion 3b include stationary rings (primary rings) 7a and 7b fixed to the stationary dry gas seal body 3-1, respectively, and a rotating dry gas seal. Rotating rings (mating rings) 8a and 8b fixed to the main body 3-2 are arranged to face each other in the axial direction. The stationary rings 7a and 7b are pressed against the axial impeller by springs 9a and 9b, respectively, and seal surfaces 10a and 10b are formed between the rotating rings 8a and 8b.

そして、前記一次ドライガスシール部３ａとインペラ６背面との間には、静止側ドライガスシール本体３−１とは別の部材で形成されたラビリンス１６が、ボルト１６ａによって圧縮機ケーシング１に固定される。このラビリンス１６により、インペラ６の背面からの異物の混入を防止する様構成されている。   A labyrinth 16 formed of a member different from the stationary dry gas seal body 3-1 is fixed to the compressor casing 1 by a bolt 16a between the primary dry gas seal portion 3a and the back surface of the impeller 6. Is done. The labyrinth 16 is configured to prevent foreign matters from entering from the back surface of the impeller 6.

更に、前記バリアシール部４が、前記静止側ドライガスシール本体３−１に、ボルト１７によって一体的に連結される一方、前記圧縮機ケーシング１と静止側ドライガスシール本体３−１との間に、軸方向位置調整用の調整ライナー５が装着され、この調整ライナー５の厚さによって、前記静止側ドライガスシール本体３−１に取り付けられた静止環７ａ，７ｂと、回転側ドライガスシール本体３−２に取り付けられた回転環８ａ，８ｂとからなる夫々のシール面１０ａ，１０ｂの軸方向の相対位置、ひいては静止側ドライガスシール本体３−１と回転側ドライガスシール本体３−２の軸方向の相対位置が調整可能に構成されている。   Further, the barrier seal portion 4 is integrally connected to the stationary dry gas seal body 3-1 by a bolt 17, while the compressor casing 1 and the stationary dry gas seal body 3-1 are connected. The adjustment liner 5 for adjusting the axial position is mounted, and depending on the thickness of the adjustment liner 5, the stationary rings 7a and 7b attached to the stationary dry gas seal main body 3-1, and the rotating dry gas seal. Relative positions in the axial direction of the respective seal surfaces 10a, 10b comprising the rotary rings 8a, 8b attached to the main body 3-2, and consequently the stationary dry gas seal main body 3-1, and the rotary dry gas seal main body 3-2. The relative position in the axial direction is adjustable.

前記静止側ドライガスシール本体３−１は、軸方向に分割された部材をボルト１８によって連結して構成されている。この静止側ドライガスシール本体３−１に負荷される推力は、調整ライナー５を介して圧縮機ケーシング１の円周状突出部１ａにて受ける様に構成されている。   The stationary dry gas seal body 3-1 is configured by connecting members divided in the axial direction with bolts 18. The thrust applied to the stationary dry gas seal main body 3-1 is configured to be received by the circumferential protrusion 1 a of the compressor casing 1 through the adjustment liner 5.

そして、回転環８ａ，８ｂのシール面１０ａ，１０ｂには、図３に示す如く夫々螺旋溝１２が形成され、回転環８ａ，８ｂが矢印方向（反時計回転方向）に回転すると、夫々の螺旋溝１２に周囲のガスが引き込まれ、静止環７ａ，７ｂとの間にガス膜が形成される。ここで、前記螺旋溝１２は、回転環８ａ，８ｂの外周から内周に連続して形成するのではなく、図３に示す如く、内周に至る途中までで中断することが肝要である。   Then, as shown in FIG. 3, spiral grooves 12 are formed on the seal surfaces 10a and 10b of the rotary rings 8a and 8b, respectively, and when the rotary rings 8a and 8b rotate in the direction of the arrow (counterclockwise direction), the respective spirals are formed. A surrounding gas is drawn into the groove 12, and a gas film is formed between the stationary rings 7a and 7b. Here, it is important that the spiral groove 12 is not formed continuously from the outer periphery to the inner periphery of the rotary rings 8a and 8b, but is interrupted halfway to the inner periphery as shown in FIG.

前記螺旋溝１２を、回転環８ａ，８ｂの外周から内周に至る途中までに形成すると、これらの回転環８ａ，８ｂの回転に伴って周囲のガスを回転軸９ａ側に引き込み、前記螺旋溝１２の形成されていない部位、即ち図３に示すシーリングダム１２ａが、ガスの流れの抵抗となって圧力を上昇させ、静止環７ａと回転環８ａ、静止環７ｂと回転環８ｂとの間に隙間を生じさせ、その隙間にいわば「流体膜」を形成することになるからである。   When the spiral groove 12 is formed halfway from the outer periphery to the inner periphery of the rotating rings 8a, 8b, the surrounding gas is drawn into the rotating shaft 9a side as the rotating rings 8a, 8b rotate, and the spiral groove 3, that is, the sealing dam 12 a shown in FIG. 3 acts as a resistance to gas flow to increase the pressure, and between the stationary ring 7 a and the rotating ring 8 a and between the stationary ring 7 b and the rotating ring 8 b. This is because a gap is formed and a “fluid film” is formed in the gap.

そして、前記バリアシール部４と静止側ドライガスシール本体３−１とが一体的に連結される部位の近傍の前記圧縮機ケーシング１内周側に、この内周に亘って突出した円周状突出部１ａが設けられる一方、前記調整ライナー５が、前記円周状突出部１ａのインペラ背面側に形成された突出部円周面１ｂと、前記静止側ドライガスシール本体３−１の増速機側に形成されたガスシール本体円周面３−１ａとの間に装着され、前記調整ライナー５が、前記ドライガスシール部３を介して前記圧縮機ケーシング１に負荷される推力を受ける構造をなしている。この様なドライガスシール構造によって、軸方向全長を従来例より短縮し、高圧用途で推力が大きな場合でも強度的に耐え得る構造としている。   And the circumference which protruded over this inner periphery side of the said compressor casing 1 of the vicinity of the site | part where the said barrier seal part 4 and the stationary-side dry gas seal main body 3-1 are connected integrally. While the protruding portion 1a is provided, the adjustment liner 5 has a protruding portion circumferential surface 1b formed on the impeller back side of the circumferential protruding portion 1a, and an acceleration of the stationary dry gas seal body 3-1. A structure that is mounted between the gas seal main body circumferential surface 3-1a formed on the machine side, and the adjustment liner 5 receives a thrust applied to the compressor casing 1 through the dry gas seal portion 3. I am doing. By such a dry gas seal structure, the total axial length is shorter than that of the conventional example, and the structure can withstand the strength even when the thrust is large in high pressure applications.

ここで、前記調整ライナー５は、その回転を防止するための止めピン１３により固定されるのが好ましい。即ち、前記ガスシール本体円周面３−１ａにピン穴が形成され、このピン穴に、ピン穴の深さと前記調整ライナー５の厚さとの和以下の長さを有する止めピン１３が差し込まれると共に、調整ライナー５の円周上の前記ピン穴同位置にも開孔５ａが形成され、前記止めピン１３がこれらの開孔５ａに嵌め込まれる構造をなしている。そのため、調整ライナー５が回転方向に拘束され、組立時の調整ライナー５の回転を防止可能となり作業の効率化を図ることができる。   Here, the adjustment liner 5 is preferably fixed by a stop pin 13 for preventing its rotation. That is, a pin hole is formed in the circumferential surface 3-1a of the gas seal main body, and a stop pin 13 having a length equal to or less than the sum of the depth of the pin hole and the thickness of the adjustment liner 5 is inserted into the pin hole. At the same time, an opening 5a is formed at the same position of the pin hole on the circumference of the adjustment liner 5, and the stopper pin 13 is fitted into these openings 5a. Therefore, the adjustment liner 5 is constrained in the rotation direction, so that the adjustment liner 5 can be prevented from rotating during assembly, and work efficiency can be improved.

また、前記バリアシール部４には、軸方向に離反して形成されたラビリンス４ａ，４ｂと、これらラビリンス４ａ，４ｂ間にパージガスを導入するため形成されたパージガス導入流路１４とが設けられる一方、このバリアシール部４と前記ドライガスシール部３との間に形成された空間部１５ａに連通するパージガス排出流路１５が設けられている。前記パージガスとしては空気や窒素等が用いられ、このパージガスの導入によって、増速機側からドライガスシール部３側へ向かおうとする油等の異物を堰き止め、ドライガスシール部３の損傷等の不具合を防止する。   The barrier seal portion 4 is provided with labyrinths 4a and 4b formed apart from each other in the axial direction and a purge gas introduction channel 14 formed for introducing purge gas between the labyrinths 4a and 4b. A purge gas discharge passage 15 communicating with a space portion 15a formed between the barrier seal portion 4 and the dry gas seal portion 3 is provided. As the purge gas, air, nitrogen, or the like is used. By introducing the purge gas, foreign matter such as oil going from the gearbox side to the dry gas seal portion 3 side is dammed, and the dry gas seal portion 3 is damaged. To prevent malfunctions.

同時に、前記パージガス排出流路１５によって、ドライガスシール部３側から漏れ出たプロセスガスや侵入した異物をベント配管等より機外に排出して、ドライガスシール部３への影響を排除可能な構造としている。   At the same time, the purge gas discharge passage 15 can discharge the process gas leaked from the dry gas seal portion 3 side and the invading foreign matter to the outside through the vent pipe or the like, thereby eliminating the influence on the dry gas seal portion 3. It has a structure.

次に、この様なガスシール構造におけるシール機構とその作用について説明する。インペラ回転軸６ａが停止している場合は、そのシール面１０ａはバネ９ａのバネ力によって、静止環７ａと回転環８ａとは接触状態にあるため、ガス漏れは殆どない。   Next, the seal mechanism and its operation in such a gas seal structure will be described. When the impeller rotating shaft 6a is stopped, the sealing surface 10a is in contact with the stationary ring 7a and the rotating ring 8a due to the spring force of the spring 9a, so there is almost no gas leakage.

一方、前記回転軸６ａが回転している場合は、そのシール面１０ａには、回転環８ａに形成された螺旋溝１２によって周囲のガスが引き込まれ、静止環７ａとの間に３μｍ程度のガス膜（上述の「流体膜」）が形成されて非接触な平衡状態となって、シール面１０ａの摺動摩擦を生ずることなくガス漏れを極小量化することができる。前記シール面１０ａは、回転軸６ａに対して垂直であるため、回転軸６ａの半径方向振動の影響を殆ど受けない。そのため、このシール面１０ａに形成される隙間を数μｍの単位まで小さく設定できる。   On the other hand, when the rotating shaft 6a is rotating, the surrounding gas is drawn into the sealing surface 10a by the spiral groove 12 formed in the rotating ring 8a, and a gas of about 3 μm is formed between the rotating ring 6a and the stationary ring 7a. A film (the above-described “fluid film”) is formed to be in a non-contact equilibrium state, and gas leakage can be minimized without causing sliding friction of the seal surface 10a. Since the seal surface 10a is perpendicular to the rotating shaft 6a, it is hardly affected by the radial vibration of the rotating shaft 6a. Therefore, the gap formed on the seal surface 10a can be set small to a few μm.

そして、前記ガス膜厚さを小さくする様な外乱が与えられた場合は、周囲から引き込まれるガス量に対してガス膜空間容積が低減するため、旋回溝１２に発生するガス圧は直ちに急上昇してガス膜厚さが厚くなる一方、前記ガス膜厚さを厚くする様な外乱が与えられた場合は、周囲から引き込まれるガス量に対してガス膜空間容積が増加するため、旋回溝１２に発生するガス圧は直ちに急降下してガス膜厚さが小さくなる様作用して自己平衡状態が保持される。   When a disturbance that reduces the gas film thickness is applied, the gas film space volume is reduced with respect to the amount of gas drawn from the surroundings, so that the gas pressure generated in the swirling groove 12 increases rapidly. When the gas film thickness is increased and a disturbance such as increasing the gas film thickness is applied, the gas film space volume increases with respect to the amount of gas drawn from the surroundings. The generated gas pressure immediately drops and acts so as to reduce the gas film thickness, so that the self-equilibrium state is maintained.

それにも拘わらず、一次ドライガスシール部３ａを漏れ出したガスは、二次ドライガスシール部３ｂに至り、上述した一次ドライガスシール部３ａと同様なシール作用によって、この二次ドライガスシール部３ｂから漏れ出すことを妨げられる。   Nevertheless, the gas leaking from the primary dry gas seal portion 3a reaches the secondary dry gas seal portion 3b, and this secondary dry gas seal portion is caused by the same sealing action as the primary dry gas seal portion 3a described above. It is prevented from leaking out from 3b.

それにも拘わらず更に漏れ出したガスは、前記ドライガスシール部３とバリアシール部４との間に形成された空間部１５ａに至り、バリアシール部４に形成されたパージガス導入流路１４からパージガスが導入されると共に、前記空間部１５ａからパージガス排出流路１５を経て機外に排出される。   Nevertheless, the further leaked gas reaches the space portion 15a formed between the dry gas seal portion 3 and the barrier seal portion 4 and is purged from the purge gas introduction channel 14 formed in the barrier seal portion 4. Is introduced and discharged from the space 15a through the purge gas discharge passage 15 to the outside of the apparatus.

以上説明した通り、本発明に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造によれば、インペラ背面の圧縮機ケーシングに固定された静止側ドライガスシール本体及びインペラ回転軸に固定された回転側ドライガスシール本体からなるドライガスシール部と、このドライガスシール部より増速機側にあって前記圧縮機ケーシングに固定されたバリアシール部とが設けられ、このバリアシール部が、前記静止側ドライガスシール本体に一体的に連結されている。   As described above, according to the gas seal structure of the centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to the present invention, the stationary dry gas seal body fixed to the compressor casing on the back surface of the impeller and the rotation fixed to the impeller rotating shaft. A dry gas seal portion including a side dry gas seal main body, and a barrier seal portion fixed to the compressor casing on the speed increaser side from the dry gas seal portion. The barrier seal portion is fixed to the stationary casing. It is integrally connected to the side dry gas seal body.

そして同時に、前記圧縮機ケーシングと静止側ドライガスシール本体との間に、軸方向位置調整用の調整ライナーが装着されてなるので、従来例に係るオイルシール部はバリアシール部に機能一体化され、ガスシール部の軸方向全長を従来よりも短縮可能となり、回転体の安定性を確保することができる。また、このガスシール部を一体化することによって、組立作業の効率化も図ることができる。更に、この調整ライナーの厚さによって、前記静止側ドライガスシール本体と回転側ドライガスシール本体との軸方向の相対位置が調整可能となる。   At the same time, since an adjustment liner for adjusting the axial position is mounted between the compressor casing and the stationary dry gas seal main body, the oil seal portion according to the conventional example is functionally integrated with the barrier seal portion. The overall axial length of the gas seal portion can be shortened as compared with the prior art, and the stability of the rotating body can be ensured. Further, by integrating this gas seal portion, it is possible to improve the efficiency of the assembly work. Further, the relative position in the axial direction between the stationary dry gas seal body and the rotating dry gas seal body can be adjusted by the thickness of the adjustment liner.

本発明の実施の形態に係る増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造の要部を、回転軸に軸対称な半断面として示した図である。It is the figure which showed the principal part of the gas seal structure of the step-up gear built-in type centrifugal compressor which concerns on embodiment of this invention as a half section axisymmetric with respect to a rotating shaft. 図１のドライガスシール部を拡大して示した部分詳細図である。FIG. 2 is a partial detail view illustrating an enlarged dry gas seal portion of FIG. 1. 図１の回転環の矢視Ａ−Ａシール面を示す図である。It is a figure which shows the arrow AA seal surface of the rotating ring of FIG. 従来例１のシール技術に係り、増速機内蔵型遠心圧縮機の実施例の主要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the Example of the speed increaser built-in type centrifugal compressor in connection with the sealing technique of the prior art example 1. FIG. 従来例３のシール技術に係り、増速機内蔵型遠心圧縮機の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which concerns on the sealing technique of the prior art example 3, and shows the principal part of the step-up gear built-in type centrifugal compressor.

符号の説明Explanation of symbols

１：圧縮機ケーシング， １ａ：円周状突出部， １ｂ：突出部円周面，
２：増速機ケーシング，
３：ドライガスシール部，
３ａ：一次ドライガスシール部， ３ｂ：二次ドライガスシール部，
３−１：静止側ドライガスシール部， ３−１ａ：ガスシール本体円周面，
３−２：回転側ドライガスシール部，
４：バリアシール部， ４ａ，４ｂ：ラビリンス，
５：調整ライナー， ５ａ：開孔，
６：インペラ， ６ａ：（インペラ）回転軸，
７ａ，７ｂ：静止環， ８ａ，８ｂ：回転環，
９ａ，９ｂ：バネ， １０ａ，１０ｂ：シール面，
１１ａ，１１ｂ：シールリング，
１２：螺旋溝， １２ａ：シーリングダム，
１３：止めピン， １４：パージガス導入流路，
１５：パージガス排出流路， １５ａ：空間部，
１６：ラビリンス， １６ａ：ボルト，
１７，１８：ボルト 1: compressor casing, 1a: circumferential projection, 1b: circumferential surface of projection,
2: gearbox casing,
3: Dry gas seal part,
3a: primary dry gas seal part, 3b: secondary dry gas seal part,
3-1: stationary side dry gas seal part, 3-1a: gas seal body circumferential surface,
3-2: Rotating side dry gas seal part,
4: Barrier seal part, 4a, 4b: Labyrinth,
5: Adjustment liner, 5a: Open hole,
6: impeller, 6a: (impeller) rotating shaft,
7a, 7b: stationary ring, 8a, 8b: rotating ring,
9a, 9b: spring, 10a, 10b: sealing surface,
11a, 11b: seal ring,
12: Spiral groove, 12a: Sealing dam,
13: Stop pin, 14: Purge gas introduction flow path,
15: purge gas discharge flow path, 15a: space portion,
16: Labyrinth, 16a: Bolt,
17, 18: Bolt

Claims (4)

増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造において、
インペラ背面の圧縮機ケーシングに固定された静止側ドライガスシール本体及びインペラ回転軸に固定された回転側ドライガスシール本体からなるドライガスシール部と、
このドライガスシール部より増速機側にあって前記圧縮機ケーシングに固定されたバリアシール部とが設けられ、
このバリアシール部が、前記静止側ドライガスシール本体に一体的に連結される一方、
前記圧縮機ケーシングと静止側ドライガスシール本体との間に、軸方向位置調整用の調整ライナーが装着されてなることを特徴とする増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造。 In the gas seal structure of the centrifugal compressor with built-in gearbox,
A dry gas seal portion comprising a stationary dry gas seal body fixed to the compressor casing on the back of the impeller and a rotary dry gas seal body fixed to the impeller rotation shaft;
A barrier seal portion fixed to the compressor casing on the speed increasing side from the dry gas seal portion,
While this barrier seal part is integrally connected to the stationary dry gas seal body,
A gas seal structure for a centrifugal compressor with a built-in speed increaser, wherein an adjustment liner for adjusting an axial position is mounted between the compressor casing and a stationary dry gas seal body. 前記バリアシール部と静止側ドライガスシール本体とが一体的に連結される部位の近傍の前記圧縮機ケーシング内周側に、この内周に亘って突出した円周状突出部が設けられる一方、前記調整ライナーが、前記円周状突出部のインペラ背面側に形成された突出部円周面と、前記静止側ドライガスシール本体の増速機側に形成されたガスシール本体円周面との間に装着されてなることを特徴とする請求項１に記載の増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造。   On the inner peripheral side of the compressor casing in the vicinity of the portion where the barrier seal part and the stationary dry gas seal main body are integrally connected, a circumferential protrusion protruding over the inner periphery is provided, The adjustment liner includes a protruding portion circumferential surface formed on the impeller back side of the circumferential protruding portion and a gas seal body circumferential surface formed on the speed increaser side of the stationary dry gas seal body. The gas seal structure of a centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to claim 1, wherein the gas seal structure is mounted between them. 前記バリアシール部に、軸方向に離反して形成されたラビリンスシールと、これらラビリンスシール間にパージガスを導入するため形成されたパージガス導入流路とが設けられる一方、このバリアシール部と前記ドライガスシール部との間に形成された空間部にパージガス排出流路が設けられてなることを特徴とする請求項１または２に記載の増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造。   The barrier seal portion is provided with a labyrinth seal formed apart in the axial direction, and a purge gas introduction passage formed for introducing a purge gas between the labyrinth seals, while the barrier seal portion and the dry gas are provided. The gas seal structure for a centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to claim 1 or 2, wherein a purge gas discharge passage is provided in a space formed between the seal portion and the seal portion. 前記調整ライナーが、その回転を防止するための止めピンにより固定されてなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つの項に記載の増速機内蔵型遠心圧縮機のガスシール構造。   The gas seal structure for a centrifugal compressor with a built-in speed increaser according to any one of claims 1 to 3, wherein the adjustment liner is fixed by a stop pin for preventing its rotation. .
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