JP2011099389A

JP2011099389A - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP2011099389A
Application number: JP2009254858A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Narita; 光裕成田; Haruo Miura; 治雄三浦
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: JP5462593B2

Abstract

【課題】インレットガイドベーンに加わる流体力により駆動軸に偏心力が加わっても、流量調節装置の駆動軸のシールを損なうことの無い遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】回転軸に取り付けられた遠心羽根車と、この遠心羽根車の上流の流路を規定する１対のダイアフラムと、遠心羽根車とダイアフラムとを収容するケーシングとを有し、回転軸を回転駆動して、吸込まれた気体を圧縮する遠心圧縮機において、遠心羽根車の吸込み側上流に形成される円環状の前記流路内であって同一ピッチ円状に配置されたそれぞれが揺動可能な複数個のインレットガイドベーンと、インレットガイドベーンを揺動する第１ギアと、第１ギアにリングギアを介して揺動駆動力を伝える第２ギアと、一端に第２ギアが固定され、ケーシングを大気側に貫通した他端に前記ギアを駆動するギア駆動部が接続された駆動軸と、駆動軸の偏心に追随して駆動軸の大気貫通部をシールするシール部を設けたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は遠心圧縮機に係り、特に遠心圧縮機の吸込み側に配置するのに好適な流量調節機構に関する。

流量調節装置を備えた従来の遠心圧縮機の例が、特許文献１に記載されている。この例では、遠心圧縮機の耐久性を向上させるために、バレル型の一軸多段遠心機において、吸い込み側に設ける流量調節装置が有するギアの配置を従来とは異ならせている。すなわち、ケーシング内に、主軸と、主軸に取り付けられた羽根車と、主軸の周囲を取り囲んで圧縮対象の気体を主軸の径方向外側から羽根車に案内する流入路と、流入路内で主軸の周囲を取り囲むように複数配置されて、それぞれ主軸の軸線と平行な揺動軸線回りに揺動可能な吸込ベーン（インレットガイドベーン）と、各吸込ベーンを揺動させるベーン駆動装置とを設けている。そしてベーン駆動装置は、各吸込ベーンに設けられた従動ギア（第１ギア）と、これら従動ギアの揺動軸線方向に隣接配置される駆動ギア（第２ギア）と、駆動ギアを駆動するギア駆動装置と、各従動ギアとかみ合う第１歯車部と駆動ギアとかみ合う第２歯車部とが揺動軸線方向に隣接配置されたリングギアとを有している。また、駆動装置は圧縮機外部にあるため、駆動軸貫通部にはシール機構を設けている。

特開２００６−２３３９０１号公報

上記特許文献１に記載の流量調節装置では、インレットガイドベーンと第１ギアが、主軸に平行配置される取り付け軸に取り付けられている。そして各第１ギアは、環状に形成されたリングギアにかみ合っている。第１ギアと軸方向に隣り合って、リングギアとかみ合うように第２ギアが配置されており、第２ギアは駆動軸に取り付けられている。したがって、特許文献１に記載の流量調節装置では、第２ギア、リングギア、第１ギアの順に駆動部から動力が伝達され、第１ギアに取り付けられたインレットガイドベーンの向きが変えられる。

ところで、各インレットガイドベーンには、流路内を作動流体が流れることにより流体力が負荷される。この負荷は、取り付け軸と第１ギアを介してリングギアに伝達される。リングギアは全ての第１ギアとかみ合っているので、リングギアにはインレットガイドベーンの総数分の大きな負荷が加わる。また、リングギアの負荷は、リングギアとかみあう第２ギアで支持されるため、第２ギアには大きな接線力が加わる。これに伴い、第２ギアが取り付けられている駆動軸は接線力によって軸心が大きく偏心することとなるため、駆動軸のシールリングは偏心に追随できなければ、シールすることが不可能となる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、インレットガイドベーンに加わる流体力により駆動軸に偏心力が加わっても、流量調節装置の駆動軸のシールを損なうことの無い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の本発明は、回転軸と、この回転軸に取り付けられた遠心羽根車と、この遠心羽根車の上流の流路を規定する１対のダイアフラムと、これら回転軸と遠心羽根車とダイアフラムとを収容するケーシングとを有し、前記回転軸を駆動装置で回転駆動して、吸込まれた気体を圧縮する遠心圧縮機において、
前記遠心羽根車の吸込み側上流に形成される円環状の前記流路内であって同一ピッチ円状に配置されたそれぞれが揺動可能な複数個のインレットガイドベーンと、
前記インレットガイドベーンを揺動する第１ギアと、
前記第１ギアにリングギアを介して揺動駆動力を伝える第２ギアと、
一端に前記第２ギアが固定され、ケーシングを大気側に貫通した他端に前記ギアを駆動するギア駆動部が接続された駆動軸と、
前記駆動軸の偏心に追随して前記駆動軸の大気貫通部をシールするシール部を設けたことを特徴とする。

また、上記記載の遠心圧縮機において、前記シール部は、前記駆動軸に接触してシールするシールリングと、このシールリングを前記駆動軸の偏心に追随して移動させるシールリングハウジングと、このシールリングハウジングを移動可能にケーシング内に支持するＯリングからなることを特徴とする。

本発明によれば、適用する遠心圧縮機は、流量調節装置駆動軸のシール性を著しく向上させることができる。

本発明実施例の流量調節機構を備える遠心圧縮機の側断面図である。流量調節機構の簡略斜視図である。本発明実施例にかかるシールリング周辺の側断面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

図１に示すように、遠心圧縮機１０は、主軸（回転軸）１１と、この主軸に取り付けた遠心羽根車１２とを有している。主軸１１には遠心羽根車１２の下流側に、羽根車が複数個（図示せず）取り付けられる場合もある。遠心圧縮機１０では、吸込み側端部に配置されるダイアフラム１３ａと、羽根車１２のシュラウド側に配置されるダイアフラム１３ｂとをケーシング１４内部に収容している。ダイアフラム１３ａ、１３ｂおよびケーシング１４は、羽根車１２へ導かれる気体が通過する流路３１を形成する。

主軸１１を回転させる図示しない駆動装置により、主軸１１とともに羽根車１２は回転する。羽根車１２が回転すると、流路３１を経た気体は、羽根車１２内で遠心力により圧縮される。圧縮された気体は、図示しない後段の羽根車に導かれてさらに圧縮され、図示しない吐出口を通過したあとに、遠心圧縮機１０の外部に吐き出される。

吸い込み端部のダイアフラム１３ａと、シュラウド側のダイアフラム１３ｂが形成する流路３１の途中に、主軸１１の周囲を取り囲むように、主軸１１と直交する面内を揺動する複数のインレットガイドベーン１５が、円周状（環状）に等間隔に配置されている。本実施例では、インレットガイドベーン１５の個数は１８個であるが、個数はこれに限らない。インレットガイドベーン１５は、後述する流量調節装置が有する第１ギア１７により、その角度が変えられ、羽根車１２へ流入する気体に予旋回を与えることで、低流量域側の作動範囲が拡大される。

インレットガイドベーン１５を含む流量調節装置３０の詳細を、図２も加えて以下に説明する。流量調節装置３０は、複数個のインレットガイドベーン１５を有しており、各インレットガイドベーン１５は、主軸１１に平行に配置される取り付け軸１６の一端部に取り付けられ、他端に上記第１ギア１７が取り付けられている。そして、リングギア１８の内歯に対し、第１ギア１７がそれぞれかみ合っており、外歯には第２ギア１９がかみ合っている。第２ギア１９は複数個あってもよいが、本実施例では１つであるため、リングギア１８の外歯は外周の一部のみ歯切りされている。

ダイアフラム１３ａ、１３ｂを収容するケーシング１４は、吸込み側の側部にヘッドフランジ１４ｂを有しており、ケーシング１４とヘッドフランジ１４ｂとは、袋ナット２５で締結されている。ダイアフラム１３ａの背面側に位置するヘッドフランジ１４ｂのダイアフラム１３ａと対向する部分には、第１ギア１７および第２ギア１９、リングギア１８を収容するためのリング状の空間１４ｃが形成されている。したがって、取り付け軸１６は流路３１からダイアフラム１３ａを貫通して、空間１４ｃまで延びており、ダイアフラム部に設けた軸受１３ｄで回転自在に支持されている。

ヘッドフランジ１４ｂには、第２ギア１９の位置に対応する位置に、主軸に平行に貫通孔が形成されており、この貫通孔には、第２ギア１９を一端軸に取り付けた駆動軸２０を保持する保持部材１４ｄが気密に嵌合している。保持部材１４ｄには大気側にベアリングカバー１４ｅが取付けられており、これら１４ｄ・１４ｅを連通した、空間１４ｃから大気側に貫ける大気貫通孔（大気貫通部）１４ｆが形成されている。そして駆動軸２０は、このケース１４側（１４ｄ、１４ｅに連通して）設けられた大気貫通部１４ｆに２ヶ所の軸受２４により、回転自在に支持されている。駆動軸２０の大気側の他端は、保持部材１４ｄとベアリングカバー１４ｅから大気側に延在し、ギア駆動部２１を介して図示しない駆動源に接続されている。

駆動軸２０は圧縮機内部（流路３１、空間１４ｃ）から外部（大気側）へと貫通するため、シールリング２２（図３参照）で構成されるシール部によって外部と内部が遮断され、漏れを防いでいる。

このように構成された流量調節装置３０では、ギア駆動部２１から動力が付与され、付与された動力は、第２ギア１９、リングギア１８、第１ギア１７の順に伝達されて、インレットガイドベーン１５の角度が変えられるようになっている。

図３は駆動軸２０および軸受２４の周辺を拡大したシール部周辺の詳細図である。
シール部は次のように構成される。ベアリングカバー１４ｅの駆動軸２０の貫通孔１４ｆの内周には、保持部材１４ｄに接して、軸半径方向に環状に掘り込まれたシールリング２２の収納室４５が形成されている。収納室４５には、外径部に環状のシールリングハウジング４０が、ギア駆動部２１側に環状のシールカバー４１が、シールリングハウジング４０の内径部とシールカバーに挟まれるように環状のシールリング２２がそれぞれ収納されている。また、シールリングハウジング４０の外径部（外周面）と収納室４５の内周面（ベアリングカバー１４ｅの内径部）との間には、ゴム製のＯリング４２が隙間４４を確保するようにして組みつけられている。なお、４６は、シールリング２２の熱変形を抑えるために内蔵された、金属製のリングである。

上記構成で、Ｏリング４２はシールリングハウジング４０を収納室４５内で移動可能にケーシング内に支持し、シールリングハウジング４０は、上記駆動軸２０の偏心に追随して軸の径方向に移動でき、これに伴い、シールリング２２も上記駆動軸２０の偏心に追随して軸の径方向に移動できる。

ここで、シールリング２２は駆動軸２０の外周と接触して摺動するため、摩擦低減の目的からPTFE（フッ化炭素樹脂）製のような低摩擦係数材料を選定するのが望ましい。一般にPTFE（ヤング率３９２ＭＰａ）はゴム製のＯリング（ヤング率４０ＭＰａ）などに比べ硬いため、駆動軸２０の軸心とシールリング２２の軸心が偏心していると、シールリング２２がこの変形に追随せず、駆動軸２０とシールリング２２の摺動面に隙間が生じ、漏れが発生することとなる。

そこで、本実施例では、上記構成により隙間４４を確保することで、シールリング２２を駆動軸２０の偏心に追随して移動させる構造としている。隙間４４は駆動軸２０の予想される偏心量以上の寸法に設定され、Ｏリング４２はゴム性のため、隙間４４の隙間の増減を十分に吸収することができる。したがって、駆動軸２０の外周面とシールリング２２の摺動面は常に接触してその間に隙間が生じることが無く、漏れが発生しない。また、内蔵された金属製のリングによって、シールリング２２の熱変形を抑えるため、熱変化に対しても、駆動軸２０の外周面とシールリング２２の摺動面は安定した接触が保たれる。

また、Ｏリング４２は、シールリングハウジング４０の外径面と収納室４５の内周面とに常時圧接しているので、シールリングハウジング４０の外径面と収納室４５との隙間を通る漏れガスが阻止され、シール性を確保することができる。

なお、本実施例の軸受２４は、機械的強度が高く耐摩耗性の良い硬質のＰＥＥＫ樹脂を用いている。しかし、樹脂は線膨張係数などの物性値のばらつきが大きいため、駆動軸とのギャップをあまり小さく設計できず、ギャップを０．２〜０．３ｍｍ程度許容することが必要である。このギャップの大きさに伴い、軸の偏心量が大きくなるため軸貫通部からのシール性の低下が懸念されるが、本実施例では、隙間４４をこの偏心量を超える隙間に設定しており、シールリング２２が軸に追随できる構造となっているため、駆動軸の軸貫通部からのシール性を著しく改善することができる。

１０…遠心圧縮機、１１…主軸、１２…羽根車、１３ａ…ダイアフラム、１３ｂ…ダイアフラム、１３ｄ…軸受、１４…ケーシング、１４ｂ…ヘッドフランジ、１４ｃ…空間、１４ｄ…保持部材、１４ｅ…ベアリングカバー、１４ｆ…大気貫通部、１５…インレットガイドベーン、１６…取り付け軸、１７…第１ギア、１８…リングギア、１９…第２ギア、２０…駆動軸、２１…ギア駆動部、２２…シールリング、２４…軸受、２５…袋ナット、３０…流量調節機構、３１…流路、４０…シールリングハウジング、４１…シールカバー、４２…Ｏリング、４４…隙間、４５…収納室、４６…金属製リング。

Claims

回転軸と、この回転軸に取り付けられた遠心羽根車と、この遠心羽根車の上流の流路を規定する１対のダイアフラムと、これら回転軸と遠心羽根車とダイアフラムとを収容するケーシングとを有し、前記回転軸を駆動装置で回転駆動して、吸込まれた気体を圧縮する遠心圧縮機において、
前記遠心羽根車の吸込み側上流に形成される円環状の前記流路内であって同一ピッチ円状に配置されたそれぞれが揺動可能な複数個のインレットガイドベーンと、
前記インレットガイドベーンを揺動する第１ギアと、
前記第１ギアにリングギアを介して揺動駆動力を伝える第２ギアと、
一端に前記第２ギアが固定され、ケーシングを大気側に貫通した他端に前記ギアを駆動するギア駆動部が接続された駆動軸と、
前記駆動軸の偏心に追随して前記駆動軸の大気貫通部をシールするシール部を設けたことを特徴とする遠心圧縮機。
請求項１記載の遠心圧縮機において、前記シール部は、前記駆動軸に接触してシールするシールリングと、このシールリングを前記駆動軸の偏心に追随して移動させるシールリングハウジングと、このシールリングハウジングを移動可能にケーシング内に支持するＯリングからなることを特徴とする遠心圧縮機。