JP2016156282A - Compressor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮機システムに関する。 The present invention relates to a compressor system.
モータと圧縮機とが一体となっている圧縮機システムは、空気やガス等の気体を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動させるモータとを有している。圧縮機システムでは、圧縮機のケーシングから延在する回転軸と、モータのケーシングから同様に延在するモータの回転軸とが接続され、モータの回転が圧縮機に伝達される。このモータ及び圧縮機の回転軸は、複数の軸受により支持されることで安定して回転する。 A compressor system in which a motor and a compressor are integrated includes a compressor that compresses a gas such as air or gas, and a motor that drives the compressor. In the compressor system, a rotating shaft that extends from the casing of the compressor and a rotating shaft of the motor that similarly extends from the casing of the motor are connected, and the rotation of the motor is transmitted to the compressor. The rotating shafts of the motor and the compressor are stably rotated by being supported by a plurality of bearings.
このような圧縮機システムは、例えば、非特許文献1のような海底生産システム(Subsea Production System)や、非特許文献2のような浮体式海洋石油貯蔵設備(Floating Production Storage and Offloading、FPSO)に使用される。海底生産システムに使用される際には、圧縮機システムは、海底に設置され、海底から数千mの深さまで掘削した生産井から原油や天然ガス等が混在した生産流体を海上に送り出している。また、浮体式海洋石油貯蔵設備に使用される際には、圧縮機システムは、船舶等の海上設備に設置されている。
Such a compressor system is, for example, a subsea production system such as Non-Patent
ところで、圧縮機システムの圧縮機では、停止している場合と、定常運転している場合とでは、インペラやハウジング等の圧縮機を構成する各部の温度が異なる。特に、インペラとハウジングとでは、それぞれの部材の体積差が大きいために起動時や停止時の温度変化の度合いが異なっている。そのため、圧縮機システムの運転状況に応じて、インペラとハウジングとの温度差が大きくなることで熱伸び量が大きくずれて、インペラとハウジングとのクリアランスが変動してしまう。その結果、起動時や停止時に、インペラとハウジングとの間隔が狭くなり過ぎで、接触してしまうおそれがある。 By the way, in the compressor of a compressor system, the temperature of each part which comprises compressors, such as an impeller and a housing, differs in the case where it has stopped and the case where it is carrying out steady operation. Particularly, the impeller and the housing are different in the degree of temperature change when starting and stopping because the volume difference between the members is large. For this reason, depending on the operating condition of the compressor system, the temperature difference between the impeller and the housing becomes large, so that the amount of thermal expansion is greatly deviated and the clearance between the impeller and the housing varies. As a result, at the time of starting or stopping, the distance between the impeller and the housing becomes too narrow and may come into contact.
本発明は、上記要望を解決するためになされたものであって、インペラとハウジングとの間隔を狭くなりすぎてしまうことを抑制することが可能な圧縮機システムを提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described demand, and provides a compressor system capable of suppressing the interval between the impeller and the housing from becoming too narrow.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様に係る圧縮機システムは、軸線回りに回転するロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータとを有するモータと、前記ロータとともに回転することで作動流体を圧縮するインペラと、前記インペラを外周側から覆うハウジングと、を有する圧縮機と、前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間を流通した流体を流通させ、前記流体と前記ハウジングとの間で熱交換可能とする熱交換流路と、を備える。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
A compressor system according to a first aspect of the present invention compresses a working fluid by rotating with a rotor having a rotor that rotates about an axis, a stator that is disposed on an outer peripheral side of the rotor, and the rotor. A compressor having an impeller and a housing that covers the impeller from the outer peripheral side; and a fluid that flows through a gap in the stator or between the stator and the rotor, and between the fluid and the housing. And a heat exchange flow path that enables heat exchange.
このような構成によれば、ステータ内部、又はステータとロータとの間の隙間を流通した流体は、ステータ及びロータを冷却することで温度が上昇する。温度の上昇した流体を熱交換流路によってハウジングに対して熱交換を行わせることで、ハウジングを効率良く早く温めることができる。その結果、起動時や停止時におけるインペラの温度変化に合わせて、ハウジングを早く温めることができ、インペラの熱伸び量とハウジングの熱伸び量とのずれを低減することができる。 According to such a configuration, the temperature of the fluid flowing in the stator or in the gap between the stator and the rotor rises by cooling the stator and the rotor. The housing can be efficiently and quickly heated by causing the fluid whose temperature has risen to exchange heat with the housing through the heat exchange channel. As a result, the housing can be quickly warmed in accordance with the temperature change of the impeller at the time of start and stop, and the deviation between the thermal elongation amount of the impeller and the thermal elongation amount of the housing can be reduced.
また、上記圧縮機システムでは、前記流体が、前記インペラによって圧縮された作動流体であってもよい。 In the compressor system, the fluid may be a working fluid compressed by the impeller.
このような構成によれば、インペラによって圧縮されることで温度の上昇した作動流体によってロータ及びステータを冷却することで、作動流体をさらに温めてからハウジングに供給することができる。したがって、ハウジングを効果的に温めることができる。 According to such a configuration, the working fluid can be further heated before being supplied to the housing by cooling the rotor and the stator with the working fluid whose temperature has been increased by being compressed by the impeller. Therefore, the housing can be effectively warmed.
また、上記圧縮機システムでは、前記ハウジングと前記インペラとの温度差が予め定めた基準を満たした場合に、前記熱交換流路を流通する前記流体の流量を調整する流量調整部を有していてもよい。 The compressor system further includes a flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the fluid flowing through the heat exchange flow path when a temperature difference between the housing and the impeller satisfies a predetermined criterion. May be.
このような構成によれば、流体調整部によって、ハウジングとインペラとの温度差が予め定めた基準を満たした場合に、流体の流量を調整することで、流体を必要な量だけ熱交換流路に流通させることができる。そのため、例えば、ハウジンググとインペラとの温度差が小さくなって、ハウジングを温める必要が無くなった場合に、熱交換流路に流体が流通し続けてしまうことを抑制することができる。したがって、流体を効率的に熱交換流路に流通させることができる。 According to such a configuration, when the temperature difference between the housing and the impeller satisfies a predetermined standard, the fluid adjustment unit adjusts the flow rate of the fluid so that the fluid is exchanged by a necessary amount. Can be distributed. Therefore, for example, when the temperature difference between the housing and the impeller becomes small and it is not necessary to heat the housing, it is possible to prevent the fluid from continuing to flow through the heat exchange flow path. Therefore, the fluid can be efficiently circulated through the heat exchange channel.
本発明の圧縮機システムによれば、ロータとステータとを冷却することで温度の上昇した流体を利用してハウジングを温めることができ、インペラとハウジングとの間隔を狭くなりすぎてしまうことを抑制することができる。 According to the compressor system of the present invention, the housing can be heated by using the fluid whose temperature has been increased by cooling the rotor and the stator, and the interval between the impeller and the housing is prevented from becoming too narrow. can do.
<第一実施形態>
以下、本発明に係る第一実施形態について図1を参照して説明する。
圧縮機システム10は、海洋油ガス田開発方式の一つである海底生産システム(Subsea Production System)に使用されて海底に設けられたり、浮体式海洋石油貯蔵設備(Floating Production Storage and Offloading、FPSO)に使用されて海上に設けられたりする。圧縮機システム10は、海底数百から数千mに存在する油ガス田の生産井から採取された油・ガス等の生産流体を作動流体として圧送する。
<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
The
圧縮機システム10は、図1に示すように、回転軸として軸線O方向(図1左右方向)に延在するシャフト21を有する圧縮機2と、シャフト21に直接的に接続されるロータ31を有するモータ3と、シャフト21を支持する軸受部4と、モータ3と圧縮機2とを収容するケーシング5と、内部を流通する流体と熱交換させることで圧縮機2のハウジング23を加熱する熱交換流路600と、熱交換流路600を流通する流体の流量を調整する流量調整部7とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
圧縮機2は、ケーシング5内に収容され、ロータ31とともにシャフト21が軸線O回りに回転することで作動流体を圧縮する。本実施形態の圧縮機2は、軸線O方向に延在するシャフト21と、シャフト21の外周面に固定されてロータ31とともに回転することで作動流体を圧縮するインペラ22と、インペラ22を外側から覆うハウジング23とを有している。
The
シャフト21は、軸線O方向に延在する回転軸であり、軸線O回りに回転可能にケーシング5に支持されている。シャフト21は、ハウジング23を軸線O方向に貫通しており、両端がハウジング23から延出している。シャフト21は、後述するケーシング5内において軸線O方向に延在している。
The
インペラ22は、シャフト21とともに回転し、インペラ22内部を通過する作動流体を圧縮して圧縮流体を生成する。インペラ22は、シャフト21の外周面に軸線O方向に間隔を空けて複数並んで固定されている。
The
ハウジング23は、圧縮機2の外装であり、インペラ22を内部に収容している。ハウジング23は、ケーシング5内に収容されている。ハウジング23は、縮径及び拡径を繰り返す内部空間23aが複数設けられている。この内部空間23aには、それぞれインペラ22が収容されている。内部空間23aでは、インペラ22がハウジング23に対して所定の間隔を隔てて配置されている。ハウジング23には、軸線O方向の一方側である上流側(図1紙面右側)に配置されたインペラ22から軸線O方向の他方側である下流側(図1紙面左側)に隣接するインペラ22に作動流体を流通させる流路(不図示)が形成されている。
The
モータ3は、圧縮機2に対して軸線O方向に間隔を空けてケーシング5内に収容されている。モータ3は、シャフト21と一体をなすように固定されたロータ31と、ロータ31の外周側に配置されるステータ32とを有している。
The
ロータ31は、シャフト21と一体となって軸線O回りに回転可能とされている。ロータ31は、圧縮機2のシャフト21に対してギア等を介さずに一体となって回転するように、軸線Oを基準とする周方向の外側であるシャフト21の外周側に直接的に接続されている。ロータ31は、例えば、ステータ32が回転磁界を生成することで誘導電流が流れる回転子鉄心(不図示)を有している。
The
ステータ32は、ロータ31を外周側から覆うように周方向に隙間33を空けて設けられている。ステータ32は、例えばロータ31の周方向に沿って複数配置された固定子鉄心(不図示)と、固定子鉄心に巻回された固定子巻線(不図示)とを有している。ステータ32は、外部から電流が流れることで回転磁場を生成してロータ31を回転させる。ステータ32は、ケーシング5内に固定されている。
The
軸受部4は、ケーシング5内に収容され、シャフト21を回転可能に支持する。本実施形態の軸受部4は、複数のジャーナル軸受41及びスラスト軸受42を備えている。
The
ジャーナル軸受41は、シャフト21に対して軸線Oを基準とする径方向に作用する荷重を支持する。ジャーナル軸受41は、軸線O方向からモータ3及び圧縮機2を挟み込むようにシャフト21の軸線O方向の両端に配置されている。ジャーナル軸受41は、圧縮機2が設けられた領域とモータ3が設けられた領域との間であって、後述するシール部材51よりもモータ3側にも配置されている。
The journal bearing 41 supports a load that acts on the
スラスト軸受42は、シャフト21に形成されたスラストカラー21aを介して、シャフト21に対して軸線O方向に作用する荷重を支持する。スラスト軸受42は、圧縮機2が設けられた領域とモータ3が設けられた領域との間であって、後述するシール部材51よりも圧縮機2側に配置されている。
The
ケーシング5は、圧縮機2とモータ3とを内部に収容している。ケーシング5は、軸線Oに沿った円筒形状をなしている。ケーシング5の内面は、軸線O方向の圧縮機2とモータ3との間でシャフト21に向かって突出している。ケーシング5は、圧縮機2が設けられた領域とモータ3が設けられた領域との間をシールするシール部材51が突出した部分に設けられている。
The
熱交換流路600は、内部に流体を流通させることで、流通させた流体とハウジング23との間で熱交換可能とする。本実施形態の熱交換流路600は、ステータ32内部に流体を流通させてロータ31及びステータ32を冷却する。熱交換流路600は、ロータ31及びステータ32を冷却することで温度の上昇した流体をハウジング23内部に流通させる。熱交換流路600は、ハウジング23内部を流通した流体を熱交換器601に供給して冷却し、ステータ32内部に再び流通させる。本実施形態の熱交換流路600は、流体をモータ3と圧縮機2との間で循環させる閉ループ流路である。
The heat
なお、本実施形態における流体としては、例えば、空気やヘリウム等の気体を用いた冷却媒体を使用されることが好ましい。空気やヘリウム等の気体を用いることで、液体や水蒸気のような液分を多く含む気体に比べて、熱交換流路600を構成する金属材料が酸化して強度が低下してしまうことを抑制することができる。
In addition, as a fluid in this embodiment, it is preferable to use the cooling medium using gas, such as air and helium, for example. By using a gas such as air or helium, the metal material constituting the
第一実施形態の熱交換流路600は、ハウジング23内部を流通した後の流体を冷却する熱交換器601と、熱交換器601によって冷却された流体をステータ32内部に導入する導入流路602と、導入流路602に接続されてステータ32内部で流体を流通させるステータ内部流路603と、ステータ内部流路603に連結されてハウジング23まで流体を供給する第一連結流路604と、第一連結流路604に接続されてハウジング23内部に流体を流通させる第一ハウジング流路605と、第一ハウジング流路605に接続されてハウジング23内部から流体を排出して熱交換器601まで供給する第一排出流路606と、を有している。
The
熱交換器601は、ステータ32内部及びハウジング23内部を流通した流体を冷却する。本実施形態の熱交換器601は、ケーシング5外部に配置されている。熱交換器601は、周囲の二次冷却媒体と流体との間で熱交換することで、モータ3を冷却するために適した温度まで流体を冷却する。
The
二次冷却媒体としては、圧縮機システム10が海底生産システムに使用され、海底に設けられている場合には、周囲の海水が用いられることが好ましい。周囲の海水を用いることで、熱交換器601のために二次冷却媒体を新たに準備することなく、海底の低温の海水と熱交換させるだけで、モータ3を十分に冷却可能な温度まで流体を冷却することができる。
As the secondary cooling medium, when the
また、二次冷却媒体としては、圧縮機システム10がFPSOに使用され、船舶等の海上設備に設けられている場合には、周囲の空気や、海上設備に貯蔵されている真水が用いられることが好ましい。周囲の空気や真水を用いることで、熱交換器601のために二次冷却媒体を新たに準備する必要が無いだけでなく、配管が腐食してしまう等の影響を抑えながら、モータ3を十分に冷却可能な温度まで流体を冷却することができる。
Further, as the secondary cooling medium, when the
導入流路602は、軸線O方向の上流側で熱交換器601からステータ32内部に流体を導入する。導入流路602は、ステータ32の軸線O方向の上流側で熱交換器601からステータ32内部まで繋がれた配管である。導入流路602は、途中に流体を圧送するポンプ601aが設けられている。
The
ステータ内部流路603は、ステータ32内部に配置されることで、ステータ32内部に流体を流通させる。本実施形態のステータ内部流路603は、導入流路602に接続されて軸線O方向の上流側から下流側に向かって流体を流通させる。ステータ内部流路603は、ステータ32内部の径方向のロータ31に近い部分で軸線O方向に延在する配管である。ステータ内部流路603は、ステータ32内部において、ロータ31よりも軸線O方向の上流側の位置からロータ31よりも軸線O方向の下流側の位置まで延在している。ステータ内部流路603は、軸線O方向の上流側の端部が導入流路602に接続されている。
The stator
第一連結流路604は、ステータ内部流路603を流通して温度の上昇した流体をステータ32内部からケーシング5外部を流通させてハウジング23内部まで供給する。本実施形態の第一連結流路604は、ステータ32の軸線O方向の下流側からケーシング5外部まで延び、ハウジング23の軸線O方向の上流側に繋がれた配管である。第一連結流路604は、ステータ内部流路603の軸線O方向の下流側の端部に繋がれている。
The
第一ハウジング流路605は、ハウジング23内部に配置されることで、ハウジング23内部に流体を流通させる。本実施形態の第一ハウジング流路605は、第一連結流路604に接続されて軸線O方向の上流側から下流側に向かって流体を流通させる。第一ハウジング流路605は、ハウジング23内部のインペラ22が配置された内部空間23aよりも径方向外側で軸線O方向に延びている配管である。第一ハウジング流路605は、軸線O方向の上流側の端部が第一連結流路604に接続されている。
The
第一排出流路606は、第一ハウジング流路605を流通した流体をハウジング23内部からケーシング5外部に排出して熱交換器601まで供給する。第一排出流路606は、ハウジング23の軸線O方向の下流側でハウジング23内部から熱交換器601まで繋がれた配管である。第一排出流路606は、第一ハウジング流路605の軸線O方向の下流側の端部に繋がれている。
The first discharge channel 606 discharges the fluid flowing through the
流量調整部7は、ハウジング23とインペラ22との温度差が予め定めた基準を満たした場合に、熱交換流路600を流通する流体の流量を調整する。本実施形態の流量調整部7では、ハウジング23とインペラ22との温度差が予め定めた基準よりも小さくなった場合に、第一連結流路604を流通する流体の流量を絞る。流量調整部7では、ハウジング23及びインペラ22の温度を直接測定せずに、第一排出流路606を流通した流体の温度を測定して、ハウジング23とインペラ22との温度差を確認する。
The flow
本実施形態の流量調整部7は、第一排出流路606を流通した流体の温度を測定する温度測定部71と、第一連結流路604の途中に設けられている弁部72と、温度測定部71の測定結果に基づいて弁部72に対して開度を調整するよう信号を送る制御部73とを有している。
The flow
温度測定部71は、第一排出流路606の途中に設けられている。温度測定部71は、第一排出流路606を流通する流体の温度を測定する温度計である。温度測定部71は、測定した流体の温度情報を測定結果として制御部73に送る。
The
弁部72は、第一連結流路604を流通する流体の流通状態を切り替える。本実施形態の弁部72は、制御部73からの信号を受けることで、第一連結流路604を絞るように閉じる電磁弁である。
The
制御部73は、温度測定部71した測定結果が予め定めた基準を満たした場合に、信号を送って弁部72を閉じさせる。
The
本実施形態における予め定めた基準とは、例えば、ハウジング23とインペラ22とが接触する恐れがないとみなせる温度差である。具体的には、ハウジング23とインペラ22とが接触する恐れがないとみなせる温度差とは、定常運転時のように、ハウジング23及びインペラ22が十分に温められた状態におけるハウジング23とインペラ22との温度差である。
The predetermined reference in the present embodiment is, for example, a temperature difference that can be considered that there is no possibility of contact between the
本実施形態の制御部73は、温度測定部71から測定結果が入力される入力部731と、入力部731に入力された結果に基づいて、測定した測定結果が予め定めた基準を満たしているか否かを判定する判定部732と、判定部732での判定結果に応じて弁部72に信号を送る出力部733とを有している。
The
上記のような圧縮機システム10によれば、図示しない発電機等の外部装置によって、ステータ32に電流に供給されると、供給された電流に基づいて回転磁界が生成され、モータ3のロータ31がシャフト21とともに回転を開始する。シャフト21が高速で回転することで、圧縮機2では、圧縮機2内に軸線O方向の上流側から流入する作動流体をシャフト21と共に回転するインペラ22が圧縮して軸線O方向の下流側から圧縮流体を排出する。
According to the
また、モータ3では、熱交換器601によって冷却された流体が導入流路602を介してステータ32内部に導入され、ステータ内部流路603を流通する。これにより、ステータ32のロータ31に近い部分が冷却される。そのため、ロータ31とステータ32との間に生じる発熱によって加熱されたロータ31及びステータ32を冷却することができる。
In the
また、ロータ31及びステータ32を冷却することで温度の上昇した流体は、ステータ内部流路603から第一連結流路604を介してケーシング5外部に一度排出され、第一ハウジング流路605に供給される。温度の上昇した流体が第一ハウジング流路605を流通することで、流体とハウジング23とで熱交換が行われ、ハウジング23が温められる。つまり、ロータ31とステータ32とを冷却した際の排熱を利用して、ハウジング23を効率良く早く温めることができる。その結果、圧縮機システム10の起動時や停止時におけるインペラ22の温度変化に合わせて、ハウジング23を早く温めることができ、インペラ22の熱伸び量とハウジング23の熱伸び量とのずれを低減することができる。これにより、起動時や停止時に、インペラとハウジングとの間隔を狭くなりすぎてしまうことを抑制することができる。
Further, the fluid whose temperature has been increased by cooling the
また、第一ハウジング流路605を流通した流体が第一排出流路606を介して熱交換器601に供給されて冷却され、再び導入流路602からステータ内部流路603まで供給される。このように熱交換流路600が閉ループ流路として形成されていることで、新たに流体を供給する必要が無いため、熱交換流路600を流通する流体の流量を抑えることができる。
In addition, the fluid that has flowed through the first
また、熱交換器601によって流体を冷却することで、ロータ31及びステータ32を十分に冷却可能な温度まで効率的に流体を冷却することができる。つまり、ステータ内部流路603や第一ハウジング流路605を流通することでロータ31及びステータ32を冷却するには温度が上がりすぎてしまった流体を熱交換器601で二次冷却媒体と熱交換させて冷却でき、流体の温度を効率よく低下させることができる。
Further, by cooling the fluid with the
また、熱交換器601によって十分に冷却された流体をステータ内部流路603に流通させることで、ロータ31及びステータ32を軸線O方向にわたって高い精度で冷却可能な流体をステータ32内部に流通させることができる。したがって、ロータ31が回転することで、ロータ31とステータ32との間に生じる発熱によって加熱されたロータ31及びステータ32を軸線O方向にわたって効率的に冷却することができる。これにより、ロータ31及びステータ32に局所的に温度の高い領域が生じてしまうことを抑制でき、モータ3の効率低下を抑制したり、寿命の向上を図ったりすることができる。
Further, by allowing the fluid sufficiently cooled by the
また、温度測定部71によって第一排出流路606を流通する流体の温度を測定し、制御部73の入力部731に測定結果を送る。制御部73では、入力部731から判定部732に入力された測定結果が送られる。判定部732では、測定した温度が予め定めた基準を満たしている否かを判定することで、ハウジング23とインペラ22とが接触する恐れがないとみなせる温度差になっているかを判定する。判定部732で基準を満たしていると判定した場合には、出力部733から弁部72に信号を送ることで、第一連結流路604を流通する流体の流量を絞るように弁部72を閉じさせる。
Further, the temperature of the fluid flowing through the first discharge channel 606 is measured by the
したがって、定常運転時のように、ハウジング23及びインペラ22が十分に温められて温度差が小さくなっているか否かを判定部732で確認することができる。つまり、ハウジング23が十分に温められて、インペラ22の熱伸び量とハウジング23の熱伸び量とのずれが小さくなっているか否かを確認することができる。
Therefore, as in the steady operation, the
また、判定部732で基準を満たしていると判定した場合には、弁部72を閉じさせることで、流体を必要な量だけ熱交換流路600に流通させることができる。したがって、例えば、ハウジング23とインペラ22との温度差が十分に小さくなって、ハウジング23を温める必要が無くなった場合に、熱交換流路600に流体が流通し続けてしまうことを抑制することができる。したがって、流体を効率的に熱交換流路600に流通させることができる。
When the
<第二実施形態>
次に、図2を参照して第二実施形態の圧縮機システム12について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の圧縮機システム12は、熱交換流路620の構成について第一実施形態と相違する。
<Second embodiment>
Next, the
In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The
即ち、第二実施形態の圧縮機システム12の熱交換流路620では、流体としてインペラ22によって圧縮された作動流体である圧縮流体を用いて、ステータ32とロータ31との間の隙間33(以下、単に隙間33と称する。)に流体を流通させる。具体的には、第二実施形態の熱交換流路620は、図2に示すように、圧縮機2の中段から圧縮流体を抽気してモータ3の隙間33に導入する中段抽気導入流路622と、隙間33を流通した圧縮流体をハウジング23まで供給する第二連結流路624と、第二連結流路624に接続されてハウジング23内部に圧縮流体を流通させる第二ハウジング流路625と、第二ハウジング流路625に接続されてハウジング23内部から圧縮流体をケーシング5外部に排出する第二排出流路626と、を有している。
That is, in the heat
なお、本実施形態における隙間33とは、ステータ32とロータ31と間に形成された空間であって、ロータ31の径方向外側を向く外周面とステータ32の径方向内側を向く内周面との径方向に対向する面同士に挟まれた空間である。
The
中段抽気導入流路622は、圧縮機2の中段からインペラ22で圧縮された圧縮流体を抽気するとともに、隙間33の軸線O方向の上流側に供給する。本実施形態の中段抽気導入流路622は、圧縮機2の中段からケーシング5内部のモータ3の軸線O方向の上流側まで繋がれた配管である。中段抽気導入流路622は、ケーシング5内部においてロータ31及びステータ32よりも軸線O方向の上流側に繋がれている。つまり、中段抽気導入流路622は、隙間33に対して軸線O方向の上流側から圧縮流体を供給する。中段抽気導入流路622には、ケーシング5外部に位置する部分に弁部72が設けられる。
The middle stage
第二連結流路624は、軸線O方向の上流側から下流側に向かって隙間33を流通した圧縮流体を隙間33から抽気して第二ハウジング流路625まで供給する。第二連結流路624は、ハウジング23からケーシング5内部のモータ3の軸線O方向の下流側まで繋がれた配管である。第二連結流路624は、ケーシング5内部においてロータ31及びステータ32よりも軸線O方向の下流側に繋がれている。つまり、第二連結流路624は、隙間33の軸線O方向の下流側から圧縮流体を抽気する。
The
第二ハウジング流路625は、ハウジング23内部に配置されることで、ハウジング23内部に流体を流通させる。第二ハウジング流路625は、第二連結流路624に接続されて軸線O方向の上流側から下流側に向かって圧縮流体を流通させる。第二ハウジング流路625は、ハウジング23内部のインペラ22が配置された内部空間23aよりも径方向外側で軸線O方向に延びている配管である。第二ハウジング流路625は、軸線O方向の上流側の端部が第二連結流路624に接続されている。
The
第二排出流路626は、第二ハウジング流路625に接続されて軸線O方向の下流側からハウジング23内部を流通する圧縮流体をケーシング5外部に排出する。第二排出流路626は、ハウジング23の軸線O方向の下流側でハウジング23内部からケーシング5外部まで繋がれた配管である。第二排出流路626は、第二ハウジング流路625の軸線O方向の下流側の端部に繋がれている。第二排出流路626は、ケーシング5外部に位置する部分に温度測定部71が設けられている。
The
上記のような圧縮機システム12によれば、インペラ22によって圧縮された作動流体である圧縮流体が中段抽気導入流路622を介して圧縮機2の中段から抽気されて隙間33の軸線O方向の上流側に供給される。そのため、圧縮流体が隙間33を軸線O方向の上流側から下流側に向かって流通し、軸線O方向にわたって隙間33の周辺が冷却される。これにより、ロータ31が回転することで生じる発熱によって加熱されたロータ31及びステータ32を冷却することができる。
According to the
また、隙間33を流通した圧縮流体が第二連結流路624を介して隙間33の軸線O方向の下流側から抽気されて第二ハウジング流路625に供給されることで、ロータ31及びステータ32を冷却することで温度の上昇した圧縮流体によってハウジング23を温めることができる。つまり、ロータ31とステータ32とを冷却した際の排熱を利用して、ハウジング23を効率良く早く温めることができる。その結果、圧縮機システム10の起動時や停止時におけるインペラ22の温度変化に合わせて、ハウジング23を早く温めることができ、インペラ22の熱伸び量とハウジング23の熱伸び量とのずれを低減することができる。これにより、起動時や停止時に、インペラとハウジングとの間隔を狭くなりすぎてしまうことを抑制することができる。
Further, the compressed fluid that has flowed through the
また、圧縮機2で圧縮した作動流体の一部を抽気して熱交換流路620を流通する流体として利用することで、ポンプ601a等の流体を送り出す装置を用いずに熱交換流路620内に流通させることができる。さらに、インペラ22によって圧縮されることで温度の上昇した作動流体によってロータ31及びステータ32を冷却することで、作動流体をさらに温めてからハウジング23に供給することができる。したがって、簡易な構成でハウジング23を効果的に温めることができる。
In addition, by extracting a part of the working fluid compressed by the
<第三実施形態>
次に、図3を参照して第三実施形態の圧縮機システム13について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の圧縮機システム13は、熱交換流路630の構成について第一実施形態及び第二実施形態と相違する。
<Third embodiment>
Next, the
In 3rd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to 1st embodiment and 2nd embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted. The
即ち、第三実施形態の圧縮機システム13の熱交換流路630では、第二実施形態と異なり、流体として圧縮流体を用いつつ、モータ3側には流体を供給しない。具体的には、第三実施形態の熱交換流路630は、図3に示すように、圧縮機2の中段から圧縮された圧縮流体を抽気して第二ハウジング流路625に供給する第二中段抽気導入流路632を有している。また、第三実施形態の熱交換流路630は、第二実施形態と同様に、第二ハウジング流路625と、第二排出流路626とを有している。
That is, in the heat
第二中段抽気導入流路632は、圧縮機2の中段からインペラ22で圧縮された圧縮流体を抽気して第二ハウジング流路625に供給する。本実施形態の第二中段抽気導入流路632は、圧縮機2の中段からから第二ハウジング流路625の軸線O方向の上流側まで繋がれた配管である。第二中段抽気導入流路632には、ケーシング5外部に位置する部分に弁部72が設けられる。
The second middle stage bleed air
上記のような圧縮機システム13によれば、圧縮機2で圧縮した作動流体の一部を抽気して熱交換流路620を流通する流体として利用することで、ポンプ601a等の流体を送り出す装置を用いずに熱交換流路620内に流通させることができる。さらに、インペラ22によって圧縮されることで温度の上昇した作動流体をハウジング23に供給することができる。したがって、簡易な構成でハウジング23を効果的に温めることができる。
According to the
<第四実施形態>
次に、図4を参照して第四実施形態の圧縮機システム14について説明する。
第四実施形態においては第一実施形態から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第四実施形態の圧縮機システム14は、熱交換流路640の構成について第一実施形態から第三実施形態と相違する。
<Fourth embodiment>
Next, the
In the fourth embodiment, the same components as those in the first embodiment to the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The
熱交換流路640を流通する流体として圧縮流体を用いる場合、第二実施形態や第三実施形態のように、圧縮流体は圧縮機2の中段から抽気される構成に限定されるものではなく、インペラ22によって圧縮された作動流体を抽気することができればよい。したがって、例えば、圧縮流体は、圧縮機2の最後段から抽気されてもよい。
When a compressed fluid is used as the fluid flowing through the
即ち、第四実施形態の圧縮機システム14の熱交換流路640では、圧縮機2の最後段から圧縮流体を抽気する。具体的には、第四実施形態の熱交換流路640は、図4に示すように、圧縮機2の最後段から圧縮された圧縮流体を抽気して第二ハウジング流路625に供給する後段抽気導入流路642を有している。
That is, the compressed fluid is extracted from the last stage of the
後段抽気導入流路642は、圧縮機2の最後段からインペラ22で最も圧縮された状態の圧縮流体を抽気して第二ハウジング流路625に供給する。本実施形態の後段抽気導入流路642は、圧縮機2の最後段から第二ハウジング流路625の軸線O方向の上流側まで繋がれた配管である。後段抽気導入流路642は、圧縮機2の最後段に設けられた圧縮流体をハウジング23の外部に吐出する吐出口(不図示)に繋がれている。後段抽気導入流路642には、ケーシング5外部に位置する部分に弁部72が設けられる。
The rear stage bleed air introduction flow path 642 bleeds the compressed fluid that has been most compressed by the
上記のような圧縮機システム14によれば、第三実施形態よりも温度の高い圧縮流体によってハウジング23を温めることができる。
According to the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and the addition and omission of configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. , Substitutions, and other changes are possible. Further, the present invention is not limited by the embodiments, and is limited only by the scope of the claims.
なお、熱交換器601は、第一実施形態のようにケーシング5外部に配置されることに限定されるものではなく、流体を冷却することができればよい。例えば、熱交換器601は、ケーシング5の内部に配置されていてもよい。また、熱交換器601は、本実施形態のように一つであることに限定されるものではなく、複数設けられていてもよい。
Note that the
また、ハウジング23とインペラとの温度差は、本実施形態のように第一ハウジング流路605や第二ハウジング流路625を流通した流体の温度を測定して確認することに限定されるものではなく、ハウジング23及びインペラ22の温度を直接測定して確認してもよく、予めハウジング23とインペラ22との温度差とシャフト21の回転数との関係を定めておき、シャフト21の回転数によって確認してもよい。
Further, the temperature difference between the
また、ハウジング23に流体を供給する第一ハウジング流路605や第二ハウジング流路625は本実施形態のように、ハウジング23内部で軸線O方向に延びる構造に限定されるものではなく、内部を流通させる流体とハウジング23との間で熱交換可能な構成であればよい。例えば、第一ハウジング流路605や第二ハウジング流路625は、ハウジング23とケーシング5との間で設けられていてもよい。この場合、第一ハウジング流路605や第二ハウジング流路625は、ハウジング23の外周に螺旋状に巻き付けられていてもよく、軸線O方向に沿って直線状に延びて配置されていてもよい。
Further, the first
10、12、13、14…圧縮機システム O…軸線 2…圧縮機 21…シャフト 21a…スラストカラー 22…インペラ 23…ハウジング 23a…内部空間 3…モータ 31…ロータ 32…ステータ 33…隙間 4…軸受部 41…ジャーナル軸受 42…スラスト軸受 5…ケーシング 51…シール部材 600、620、630、640…熱交換流路 601…熱交換器 601a…ポンプ 602…導入流路 603…ステータ内部流路 604…第一連結流路 605…第一ハウジング流路 606…第一排出流路 7…流量調整部 71…温度測定部 72…弁部 73…制御部 731…入力部 732…判定部 733…出力部 622…中段抽気導入流路 624…第二連結流路 625…第二ハウジング流路 626…第二排出流路 632…第二中段抽気導入流路 642…後段抽気導入流路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ロータとともに回転することで作動流体を圧縮するインペラと、前記インペラを外周側から覆うハウジングと、を有する圧縮機と、
前記ステータ内部、又は前記ステータと前記ロータとの間の隙間を流通した流体を流通させ、前記流体と前記ハウジングとの間で熱交換可能とする熱交換流路と、
を備える圧縮機システム。 A motor having a rotor that rotates about an axis, and a stator that is disposed on an outer peripheral side of the rotor;
A compressor having an impeller that compresses the working fluid by rotating together with the rotor, and a housing that covers the impeller from an outer peripheral side;
A heat exchange flow path that allows a fluid that has flowed through the gap between the stator or the rotor and the stator to exchange heat between the fluid and the housing;
A compressor system comprising:
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