JP2015232302A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】腐食性ガスの液化を防止し、これによって腐食を防止した圧縮機を提供する。【解決手段】羽根車と、羽根車に取り付けられた回転軸と、羽根車を収容するケーシングと、を備える圧縮機であり、ケーシングに加熱機構を設けた。加熱機構は、ケーシング内に形成された流路と、流路中に加熱媒体を流通させる加熱媒体供給手段と、を有して構成されている。加熱媒体が水蒸気であることが好ましい。ケーシングに設けられた温度センサと、加熱媒体供給手段に設けられて流路に供給する加熱媒体の温度を調整する温度調整部と、温度センサの検出値に基づいて温度調整部による加熱媒体の温度調整を制御する制御部と、をさらに備えることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に関する。

圧縮機として、羽根車を備えるものが知られている。このような圧縮機は、例えば腐食性ガスの圧縮に適用される場合、羽根車等の部材についてはチタンやステンレスなどの耐腐食性の材質の金属を用いることで、腐食を防止している。しかし、回転軸（シャフト）に関しては、機能上、現状では耐腐食性の材質の金属を用いることができない。

そこで、特許文献１では、羽根車の背面に接触するように回転軸の外周面に内側スリーブを設け、この内側スリーブの外周面を覆うように外側スリーブを設けることで、回転軸の腐食を防止している。

ところで、圧縮に適用される腐食性ガスとしては種々のものがあるが、例えば酢酸エチルのように、腐食性が比較的低く、したがってガス状ではほとんど腐食性を呈さず、液化することで腐食性を呈する物質も知られている。したがって、このような腐食性が比較的低い物質のガスを作動ガスとして圧縮する場合には、前述したような二重のスリーブ構造を採用することなく、腐食性の物質が液化しない条件で運転することにより、回転軸の腐食を防止しているのが現状である。

特許第３６００４４３号公報

しかしながら、腐食性の物質が液化しない条件で運転し続けようとしても、例えばプラントが停止し、したがって圧縮機も運転を停止する場合などでは、前記の条件を維持することが困難である。そこで、プラントの停止時などでは圧縮機内を窒素等によってパージし、腐食を防止するといったことが考えられる。しかし、その場合には、再稼働時に再度窒素と作動ガス（腐食性ガス）とを置換する必要があり、効率が悪いといった問題がある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、腐食性ガスの液化を防止し、これによって腐食を防止した圧縮機を提供することにある。

本発明の圧縮機は、羽根車と、前記羽根車に取り付けられた回転軸と、前記羽根車を収容するケーシングと、を備える圧縮機であって、前記ケーシングに加熱機構を設けたことを特徴とする。

また、前記圧縮機において、前記加熱機構は、前記ケーシング内に形成された流路と、該流路中に加熱媒体を流通させる加熱媒体供給手段と、を有して構成されていることが好ましい。
また、前記圧縮機においては、前記加熱媒体が水蒸気であることが好ましい。
また、前記圧縮機においては、前記ケーシングに設けられた温度センサと、前記加熱媒体供給手段に設けられて前記流路に供給する加熱媒体の温度を調整する温度調整部と、前記温度センサの検出値に基づいて前記温度調整部による加熱媒体の温度調整を制御する制御部と、を備えることが好ましい。

また、本発明の圧縮機は、回転軸と、前記回転軸に締結された羽根車と、前記回転軸及び前記羽根車を収容すると共に、加熱媒体の供給配管に接続された流入路、前記流入路と接続された媒体流路、及び前記媒体流路と加熱媒体の排出配管に接続された流出路、が形成されているケーシングと、を有することを特徴とする。

また、前記圧縮機において、前記媒体流路は、前記回転軸を囲って円環状に形成されていることが好ましい。
また、前記圧縮機においては、前記流入路の近傍に温度センサが設けられていることが好ましい。

本発明の圧縮機によれば、ケーシングに加熱機構を設けたので、運転停止時など所望の条件で運転できない場合に、前記加熱機構によってケーシングを加熱することにより、ケーシング内の羽根車やこれに取り付けられた回転軸の雰囲気を加熱し、腐食性ガスの液化を防止することができる。したがって、腐食性ガスの液化による回転軸等の腐食を防止することができる。
また、本発明の別の圧縮機によれば、ケーシングに加熱媒体を流通させることができるようにしたので、ケーシング内の羽根車やこれに取り付けられた回転軸の雰囲気を加熱し、腐食性ガスの液化を防止することができる。したがって、腐食性ガスの液化による回転軸等の腐食を防止することができる。

本発明に係る圧縮機の一実施形態となる遠心圧縮機を備える圧縮機ユニットの概略構成を示す断面図である。 圧縮機ユニットとこれに接続する加熱媒体供給手段を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る圧縮機を詳しく説明する。なお、以下の説明においては、２つの遠心圧縮機を備える圧縮機ユニットについて説明する。

図１は、圧縮機ユニット１の概略構成を示す断面図であり、図２は、圧縮機ユニット１とこれに接続する加熱媒体供給手段を模式的に示す図である。図１に示すように本実施形態の圧縮機ユニット１は、歯車装置２と、本発明に係る圧縮機の一実施形態となる遠心圧縮機３と、を備えている。

歯車装置２は、歯車箱２ａと、入力軸２ｂと、歯車機構２ｃと、出力軸２ｄとを備えて構成されている。歯車箱２ａは、歯車機構２ｃを収容するとともに入力軸２ｂ及び出力軸２ｄを回転可能に支持する筐体である。この歯車箱２ａは、遠心圧縮機３が備えるケーシング１１に対向して配置されており、ボルト２ｅによって該ケーシング１１と締結されている。入力軸２ｂは、一端側が歯車箱２ａの外部に延出してモータ等の駆動源に連結され、回転させられるようになっている。また、中間部が歯車箱２ａの内部に収容された歯車機構２ｃに接続されている。

歯車機構２ｃは、複数の歯車から構成されており、入力軸２ｂから入力される回転動力の回転数を調節して出力軸２ｄに伝達するものである。出力軸２ｄは、本発明に係る回転軸となるもので、歯車機構２ｃに連結されて所定の回転数で回転するようになっている。この出力軸２ｄは、本実施形態では歯車機構２ｃに対して１本設けられており、その両端がそれぞれ歯車箱２ａの外部に延出して設けられている。

遠心圧縮機３は、歯車装置２の出力軸２ｄに接続し、したがってこの出力軸２ｄを回転軸として備えたもので、特に腐食性ガスを作動ガスとして、これを圧縮するために用いられている。本実施形態では、圧縮機ユニット１に２つの遠心圧縮機３が設けられている。つまり、歯車装置２が備える出力軸２ｄの一端側と他端側に、それぞれ遠心圧縮機３が設けられている。２つの遠心圧縮機３は、それぞれ容量が異なっており、出力軸２ｄの一端側に設けられた第１遠心圧縮機３Ａは、出力軸２ｄの他端側に設けられた第２遠心圧縮機３Ｂに比べて容量が大きくなっている。

これら第１遠心圧縮機３Ａと第２遠心圧縮機３Ｂとは、歯車装置２に対する取り付け位置と、容量を除き、基本的に同一の構成を有している。このため、以下の説明では、第１遠心圧縮機３Ａを用いて遠心圧縮機３の具体的な装置構成について説明する。第１遠心圧縮機３Ａは、羽根車１０と、ケーシング１１とを備えている。羽根車１０は、歯車装置２の出力軸２ｄ、すなわち回転軸に取付ボルト１０ａによって締結されており、出力軸２ｄから回転動力が伝達されることによって所定の回転数で回転する。

ケーシング１１は、その背面側にて歯車箱２ａに固定されたもので、羽根車１０を該羽根車１０の径方向外側から囲ってこれを収容したものであり、羽根車１０に腐食性の作動ガス、例えば酢酸エチルを供給するための吸入口１１ａと、羽根車１０を通過した空気を案内するためのスクロール流路１１ｂと、を内部に有している。

ここで、作動ガス（腐食性ガス）は、図１中に矢印で示すように吸入口１１ａから流入して羽根車１０側に向かい、その後、羽根車１０の周囲に形成された環状流路を通ってスクロール流路１１ｂに流れる。その際、作動ガスの一部は羽根車１０の背面側に回り込み、出力軸２ｄの先端側、すなわち羽根車１０に接続する端部側にまで流れる。なお、出力軸２ｄの中間部側（羽根車１０に接続する端部より歯車箱２ａ側）は、窒素等のシールガスが図示しないシールガス循環機構によって供給循環されることにより、作動ガスが流れ込まないようにシールされている。また、この出力軸２ｄの中間部側は、公知のドライガスシール構造によって羽根車１０の停止時に出力軸２ｄがこれを外挿するシール部材に密着し、シールされるようになっている。

このように、作動ガスは出力軸２ｄの中間部側までは流れ込まないようにシールされているものの、出力軸２ｄの先端側（羽根車１０との連結部側）までは流れ込み、したがって液化した際にこの出力軸２ｄの先端側を腐食してしまうおそれがある。なお、腐食性ガス（作動ガス）として例えば酢酸エチルは、沸点が８０℃以下である。したがって、運転時にはケーシング１１内が８０℃より充分に高い温度（例えば１２０℃〜１３０℃）になることから、作動ガス（酢酸エチル）が液化することはない。すなわち、腐食性ガスが液化しない運転条件となっている。しかし、運転停止時には、特に停止時間が長くなると、ケーシング１１内は８０℃より低くなることもある。

前記ケーシング１１には、本実施形態ではスクロール流路１１ｂより背面側、すなわち歯車箱２ａ側に、媒体流路１２（流路）が形成されている。媒体流路１２は、後述する加熱媒体供給手段２０とともに本発明に係る加熱機構を構成するもので、出力軸２ｄ（回転軸）を囲ってその周方向に円環状に形成されている。また、ケーシング１１には、その外周面に開口し、媒体流路１２に連通する流入路１３と、同様に外面に開口し、媒体流路１２に連通する流出路１４（図２参照）とが形成されている。流入路１３は、後述するように加熱媒体を媒体流路１２内に流入させる流路であり、流出路１４は、媒体流路１２内から加熱媒体を流出させる流路である。

このような流入路１３や流出路１４は、図２に示すように加熱媒体供給手段２０に接続している。加熱媒体供給手段２０は、流入路１３に接続する供給配管２１と、流出路１４に接続する排出配管２２とを有している。供給配管２１は、加熱媒体として水蒸気を前記媒体流路１２に供給循環させるもので、一端側がボイラーやこれに接続する配管等の水蒸気源２３に接続し、さらに流路中に減圧弁２４と温度調整弁２５（温度調整部）とを有している。減圧弁２４は、水蒸気源２３から供給された水蒸気の圧を所望の圧に低下させる。この減圧弁２４の前後には、バイパス配管２６が設けられている。また、減圧弁２４より上流側には、水蒸気源２３から流れ出た水蒸気の温度を検出する温度検出部２７が設けられている。

温度調整弁２５は、後述する制御部４０からの制御信号によって作動し、供給配管２１を流れる水蒸気の温度を設定された温度に調整するもので、空気圧等による駆動部（アクチュエーター）を有した公知の構成のものである。

ケーシング１１には、その流入路１３近傍に熱電対からなる温度センサ２８が設けられている。温度センサ２８は、ケーシング１１の温度を検出し、電気信号によって検出値を制御部４０に送る。制御部４０は、予めケーシング１１の温度、すなわち温度センサ２８によるケーシング１１の温度検出値が設定した温度を下回ったら、前記温度調整弁２５によって水蒸気を所望の温度に上昇させる。また、必要に応じて、温度センサ２８による温度検出値が設定した温度を上回ったら、前記温度調整弁２５によって水蒸気を所望の温度に降下させるように構成してもよい。

ケーシング１１についての設定した温度とは、ケーシング１１内、具体的には出力軸２ｄの先端側の雰囲気が、作動ガス（腐食性ガス）の沸点より充分に高い温度となるような温度とされる。このような設定温度は、予め実験やシミュレーションによって出力軸２ｄの先端側雰囲気の温度と温度センサ２８による温度検出値との相関を調べておくことで、決定される。

排出配管２２は、流出路１４に接続して媒体流路１２を循環してきた水蒸気を排出するもので、配管中にて液化した水蒸気（水）をトラップするスチームトラップ２９を有している。また、このスチームトラップ２９より下流側には、水蒸気の温度を検出する温度検出部３０が設けられている。そして、排出配管２２の流出路１４と反対の側は、水蒸気を必要とする他の装置に供給される。

このような構成からなる加熱媒体供給手段２０と、この加熱媒体供給手段２０によって供給された水蒸気を流通させる前記ケーシング１１の媒体流路１２とにより、前述したように本発明の加熱機構が構成されている。

なお、本実施形態では、加熱媒体供給手段２０を第１遠心圧縮機３Ａと第２遠心圧縮機３Ｂとで兼用している。すなわち、供給配管２１を温度調整弁２５より下流側で分岐させ、一方を第１遠心圧縮機３Ａの流入路１３に接続し、他方を第２遠心圧縮機３Ｂの流入路１３に接続している。また、排出配管２２もスチームトラップ２９の上流側で分岐させ、一方を第１遠心圧縮機３Ａの流出路１４に接続し、他方を第２遠心圧縮機３Ｂの流出路１４に接続している。

このように加熱媒体供給手段２０を第１遠心圧縮機３Ａと第２遠心圧縮機３Ｂとで兼用しているため、ケーシング１１の温度を検出する温度センサ２８は第１遠心圧縮機３Ａのみに配置される。したがって、制御部４０は、第１遠心圧縮機３Ａのケーシング１１の温度のみに基づいて温度調整弁２５を制御する。しかし、第１遠心圧縮機３Ａと第２遠心圧縮機３Ｂとではその運転条件に大きな差は無く、また、温度調整弁２５によって調整する水蒸気の温度も作動ガスの沸点より充分に高い温度に設定されるため、第１遠心圧縮機３Ａのケーシング１１の温度に基づいてこの第１遠心圧縮機３Ａとともに第２遠心圧縮機３Ｂのケーシング１１の温度を制御しても、何等支障はない。むしろ、装置構成を簡略化できるため、コストを低くできるといった利点がある。ただし、より精度の高い温度調整（温度制御）を行い場合などでは、加熱媒体供給手段２０を第１遠心圧縮機３Ａと第２遠心圧縮機３Ｂとで兼用することなく、それぞれに独立して設けるようにしてもよい。

このような加熱機構を有する遠心圧縮機３にあっては、通常運転時にはケーシング１１内の温度が例えば１２０℃〜１３０℃程度の高温雰囲気とされるため、例えば酢酸エチルからなる作動ガス（腐食性ガス）は液化せず、ガス状を維持したまま圧縮される。したがって、たとえその一部が羽根車１０の背面側に回り込み、出力軸２ｄの先端側に流れ込んでも、出力軸２ｄの先端側が腐食されることはない。よって、通常運転時には、加熱媒体供給手段２０による媒体流路１２への水蒸気の供給を行う必要はない。

また、運転停止時には、ケーシング１１内の温度が徐々に低下するため、水蒸気源２３から水蒸気を供給する。そして、制御部４０によって温度調整弁２５を制御し、水蒸気の温度を設定温度に調整して媒体流路１２に供給する。このようにして設定温度に調整された水蒸気が媒体流路１２内を流れることにより、ケーシング１１は設定温度に加熱され、したがってケーシング１１内の出力軸２ｄの先端側の雰囲気も、作動ガス（腐食性ガス）の沸点より充分に高い温度に調整される。

よって、本実施形態の遠心圧縮機３にあっては、ケーシング１１に設けた加熱機構によってケーシング１１を予め設定した温度に加熱することにより、運転停止時など所望の条件で運転できない場合に、前記加熱機構によってケーシング１１を加熱することでケーシング１１内の羽根車１０やこれに取り付けられた出力軸２ｄの雰囲気を加熱することができる。したがって、作動ガス（腐食性ガス）の液化を防止してこの作動ガスの液化による出力軸２ｄ等の腐食を防止することができる。よって、出力軸２ｄの腐食に起因してメンテナンス時などに出力軸２ｄから羽根車１０が外せなくなるなどの不都合を防止することができる。

また、加熱機構を、ケーシング１１内に形成された媒体流路１２と、該媒体流路１２中に水蒸気（加熱媒体）を流通させる加熱媒体供給手段２０とによって構成しているので、例えば遠心圧縮機３やこれを備える圧縮機ユニット１が防爆仕様である場合にも、支障なくケーシング１１の加熱を行うことができる。

また、加熱媒体として水蒸気を用いているので、圧縮機ユニット１が用いられるプラントなどにおいてスチーム配管がある場合には、これを加熱媒体供給手段２０の水蒸気源２３としてそのまま用いることができる。

また、ケーシング１１に設けられた温度センサ２８と、加熱媒体供給手段２０に設けられて媒体流路１２に供給する水蒸気（加熱媒体）の温度を調整する温度調整弁２５と、温度センサ２８の検出値に基づいて温度調整弁２５による水蒸気の温度調整を制御する制御部４０と、を備えているので、ケーシング１１の温度を制御することでケーシング１１内、特に出力軸２ｄの先端側の雰囲気温度を間接的に制御することができ、したがって作動ガスの液化による出力軸２ｄ等の腐食を確実に防止することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では加熱機構を媒体流路１２（流路）と加熱媒体供給手段２０とによって構成したが、遠心圧縮機３が防爆仕様でない場合には、加熱機構として例えば電気ヒーターを用いることができる。

また、前記実施形態では、本発明に係る圧縮機（遠心圧縮機３）を圧縮機ユニット１に搭載する構成について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、本発明に係る圧縮機を過給機に搭載することも可能である。

また、前記実施形態においては、２つの遠心圧縮機３を備える圧縮機ユニット１について説明したが、圧縮機ユニットが備える遠心圧縮機の数は、１つでもよく、３つ以上であってもよい。

１…圧縮機ユニット、２ｄ…出力軸（回転軸）、３…遠心圧縮機（圧縮機）、３Ａ…第１遠心圧縮機（圧縮機）、３Ｂ…第２遠心圧縮機（圧縮機）、１０…羽根車、１１…ケーシング、１２…媒体流路（流路）、１３…流入路、１４…流出路、２１…供給配管、２２…排出配管、２０…加熱媒体供給手段、２５…温度調整弁（温度調整部）、２８…温度センサ、４０…制御部

Claims (7)

1. 羽根車と、前記羽根車に取り付けられた回転軸と、前記羽根車を収容するケーシングと、を備える圧縮機であって、
   前記ケーシングに加熱機構を設けたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記加熱機構は、前記ケーシング内に形成された流路と、該流路中に加熱媒体を流通させる加熱媒体供給手段と、を有して構成されていることを特徴とする請求項１記載の圧縮機。
3. 前記加熱媒体が水蒸気であることを特徴とする請求項２記載の圧縮機。
4. 前記ケーシングに設けられた温度センサと、前記加熱媒体供給手段に設けられて前記流路に供給する加熱媒体の温度を調整する温度調整部と、前記温度センサの検出値に基づいて前記温度調整部による加熱媒体の温度調整を制御する制御部と、を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧縮機。
5. 回転軸と、
   前記回転軸に締結された羽根車と、
   前記回転軸及び前記羽根車を収容すると共に、加熱媒体の供給配管に接続された流入路、前記流入路と接続された媒体流路、及び前記媒体流路と加熱媒体の排出配管に接続された流出路、が形成されているケーシングと、
   を有することを特徴とする圧縮機。
6. 前記媒体流路は、前記回転軸を囲って円環状に形成されていることを特徴とする請求項５記載の圧縮機。
7. 前記流入路の近傍に温度センサが設けられていることを特徴とする請求項５記載の圧縮機。
   

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