JP2016500420A - 多段圧縮機および多段圧縮機の運転方法 - Google Patents

Abstract

複数の軸方向に積層されたインペラ（１２；１２Ｂ、１２）を有するロータ（１１）と、積層されたインペラを貫通して延びかつインペラをまとめて保持するタイロッド（１４）とを備える、多段圧縮機（１０）について説明する。ガス圧縮経路（Ｐ）は、圧縮機入口から圧縮機出口へインペラを貫通して延びる。流路（１７）は、タイロッド（１４）と積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）との間に設けられる。流路は、タイロッド（１４）の少なくとも一部に沿って延在する。高温ガスを圧縮経路（Ｐ）から分岐させ、高温ガスが流路を通って流れ、圧縮機の始動時にタイロッドを加熱する。【選択図】図３

Description

本明細書に開示される主題の実施形態は、一般に、多段圧縮機およびその運転方法に関する。より具体的には、本開示は、スタックロータ構成を有する多段圧縮機に関する。

多段圧縮機は、工業用冷凍、石油およびガス処理、ならびに低温プロセスおよび他の用途で広く使用されている。

既知のタイプの多数の多段圧縮機の中でも、タイロッドによりまとめて保持された積層されたインペラを備える多段圧縮機がよく知られている。スタックロータを備える多段圧縮機は、例えば、米国特許出願公開第２０１１／０２６２２８４号明細書に開示されている。

図１は、現行技術の多段圧縮機の軸方向断面図を示しており、図２は図１の細部の拡大図を示している。前記圧縮機は、符号１００が付与され、入口１１０Ａと、出口１１０Ｂと、複数の積層されたインペラ１１２で構成されたロータ１１１と、ロータ１１１を収容する固定ハウジング１１３とを備える。固定ハウジングは、各インペラが、ガス流を次のインペラに戻す前にガス流を放出してガス流の運動エネルギーを圧力回復に変換する、ダイヤフラム１１３Ａを備える。各インペラ／ダイヤフラムの組み合わせは通常、「段」と呼ばれる。ダイヤフラム１１３Ａおよびロータ１１１は、ケーシング１１３Ｂ内に収容される。圧縮機内では、圧縮機入口１１０Ａから圧縮機出口１１０Ｂへ前記複数のインペラ１１２とダイヤフラム１１３Ａを貫通して延びるガス圧縮経路Ｐ（破線で表す）が規定される。圧縮経路Ｐは、好適なシール（例えば、ドライガスシールＳ）を使用して、ケーシング、ダイヤフラムおよびロータに対して封止される。

インペラ１１２は、インペラ１１２を軸方向に貫通して延びるタイロッド１１４によりまとめて保持される。第１圧縮機段は第１インペラ１１２Ａを備え、その一方で、最終圧縮機段は最終インペラ１１２Ｂを備える。ロータ１１１はまた、複数のインペラ１１２の２つの対向する端部に設けられた２つの終端要素１１５Ａおよび１１５Ｂを備える。タイロッド１１４の２つの端部は、終端要素１１５Ａ、１１５Ｂに拘束される。

より詳細には、インペラ１１２のハブは、タイロッド１１４が通される貫通孔１１６を有する。孔１１６は、タイロッド１１４とインペラ１１２との間に隙間１１７を残すような寸法とされる。

特に図２を参照するに、各インペラ１１２は、２つのそれぞれの隣り合うインペラ１１２のそれぞれの歯付きフランジと噛み合うかまたは、インペラがインペラスタックの第１インペラまたは最終インペラである場合には、隣接するインペラ１１２の歯付きフランジおよび終端要素１１５Ａ、１１５Ｂのうちの１つの歯付きフランジ１１９とそれぞれ噛み合う２つの対向する歯付きフランジ１１８を備える。

圧縮経路Ｐから隙間１１７へのガス漏れを回避するために、歯の噛み合い領域１２１にシール１２０が設けられる。

ガス圧縮機は、ロータ軸受にかかるインペラの軸方向スラスト力を均衡させるための均衡ライン１２２（一点鎖線で表す）を備える。より詳細には、圧縮機は、終端要素１１５Ｂに形成された均衡ドラム１２３を備える。均衡ドラム１２３は、最終圧縮機段の出口と流体連通するゾーンと均衡ゾーン１２４とを隔てる。均衡ゾーン１２４は、第１インペラ１１２Ａの入口と流体接続され、その結果、均衡ゾーン１２４内の圧力が第１インペラ１１２Ａの入口の圧力と実質的に等しくなる。均衡ドラム１２３は、圧縮機ケーシング内に形成された円筒形ハウジング内に配設される。ハウジングとドラムとの間にラビリンスシール１２３Ａが設けられ、その結果、最終段から均衡ゾーン１２４に向かう校正ガス流の漏れＦが許容される。前記均衡ゾーン１２４と最終段インペラ１１２Ｂに面する均衡ドラムの対向面との間の圧力差が、均衡ドラムに対する軸方向スラスト力を発生させる。均衡ドラム１２３にかかる軸方向スラスト力は、圧縮機を通って流れる処理流体によりインペラに発生する軸方向スラスト力を相殺する。均衡ライン１２２は管路により形成され、この管路は通常、圧縮機のケーシングの外側にある。

圧縮工程は、圧縮機を通って流れる被処理ガスの温度上昇を引き起こす。始動時において、機械部品は、通常は周囲温度であり、定常温度状態が達成されるまで被処理ガスにより加熱される。図１および図２を参照して説明したようなスタックロータを有する圧縮機において、インペラは、タイロッドよりも早く加熱される。これにより、始動の過渡的な段階ではタイロッド１１４とインペラ１１２との間の温度勾配が大きくなる。この大きい温度勾配に起因して、高い熱応力が発生し、この高い熱応力が、圧縮機の寿命を縮めるかまたは誤動作を引き起こす可能性がある。

米国特許出願公開第２００９／１６２１９０号明細書

従来技術の問題の１つまたは複数を少なくとも部分的に解消するために、圧縮機により処理される流体を圧縮することによる発熱が圧縮機ロータの積層されたインペラを保持するタイロッドを加熱するために利用される、多段圧縮機が提供される。多段圧縮機は、圧縮された処理ガスの一部がガス圧縮経路の下流側の位置から上流側の位置へ還流する還流経路を備える。還流経路はタイロッドに沿って流れ、その結果、圧縮されたまたは部分的に圧縮された被処理ガスにおける圧縮により発生した熱が、強制対流によりタイロッドに伝達される。このようにして、タイロッドは、現行技術の圧縮機におけるタイロッドよりも早く加熱される。

いくつかの実施形態によれば、複数の軸方向に積層されたインペラで構成された圧縮機ロータと、積層されたインペラを貫通して延びかつインペラをまとめて保持するタイロッドと、圧縮機入口から圧縮機出口へ複数のインペラを貫通して延びるガス圧縮経路とを備える多段圧縮機が提供される。圧縮機は更に、タイロッドと積層されたインペラとの間に流路を備える。流路は、タイロッドの少なくとも一部に沿って延びる。流路は、ガス圧縮経路に沿った第１位置および第２位置と流体連通する。正常運転状態の間、前記第１位置において圧縮機により処理されたガスの圧力は、第２位置におけるガスの圧力と異なる。圧縮経路内における第１位置と第２位置との間のガス圧差は、流路に沿ったガス流を発生させる。

圧縮機の始動時では、圧縮に起因するガスの温度上昇のため、第１位置から第２位置へ流れるガスの温度が一般にタイロッドの温度よりも高い。流路に沿って流れるガスがタイロッドを加熱し、これにより、インペラとタイロッドとの間の温度勾配が低減される。

いくつかの実施形態によれば、以下により詳しく説明するように、流路を、軸受にかかるインペラのスラスト力を均衡させるための「均衡ライン」として使用することができる。

いくつかの例示的な実施形態では、第１位置が第１圧縮機段に設けられ、第２位置が最終圧縮機段に設けられる。このように、高温ガス流がタイロッドの軸方向延在部全体に沿ってタイロッドに接触するので、タイロッドに対する熱的利点が最大化される。その上、タイロッドに接触する圧縮されたガスは、最終段（すなわち、ガス温度が最も高い）から取り出される。

例示的な実施形態によれば、各インペラは、２つの他の隣り合うインペラの表面に接触するかまたは隣接するインペラの表面および複数の積層されたインペラの一端部における終端要素の表面に接触する２つの対向する接触表面を備える。ガス圧縮機が第１通路と第２通路とを備える場合、前記通路の少なくとも１つが、２つの隣り合うインペラの接触表面の間に、または終端要素のうちの１つと隣接するインペラとの接触表面の間に規定される。この構成は、圧縮機の構造を簡素化する。いくつかの例示的な実施形態では、第１通路を第１インペラのハブの相互の接触および噛み合い表面と第１終端要素の対応する噛み合い表面との間に形成することができる。第２通路を最終インペラのハブの相互の接触および噛み合い表面と第２終端要素の対応する噛み合い表面との間に形成することができる。

相互に積層されたインペラと第１および第２終端要素との間に捩り拘束をもたらすために、捩り拘束部材を設けることができる。いくつかの実施形態では、接触表面には、それぞれの噛み合い表面を形成する前面歯付きフランジを設けることができる。相互に協働するフランジの歯は、ハースカップリングを形成する。代わりに、他の連結部材（カービック継手、ボルトまたは他の既知の機構など）を使用することもできる。

ガス流が必要とされない噛み合い表面にわたって（例えば、隣り合うインペラ間の中間の接触および噛み合い表面に）ガスが流れるのを防止するために、封止部材を噛み合い領域の周りに設けることができる。例えば、封止部材は、インペラハブにおける貫通孔の内側表面（タイロッドが配設される）上に丁度噛み合い領域に配設された環状シールとすることができる。

他の実施形態によれば、２つの通路の少なくとも１つは、（例えば、インペラのまたは終端要素のハブを貫通して設けられた）ダクトとすることができる。

いくつかの実施形態において、ガス圧縮機は、ロータ軸受にかかるインペラの軸方向スラスト力を均衡させるための均衡ラインを備える。より詳細には、圧縮機は、インペラに軸方向に拘束されかつインペラの軸方向スラスト力に相反する力を発揮する均衡ドラムを備える。ドラムは、最終圧縮機段に面する第１面と、第１圧縮機段の入口と流体接続された均衡ゾーンに面する第２対向面とを有し、その結果、均衡ゾーン内の圧力が第１圧縮機段の入口における圧力と実質的に等しくなる。均衡ドラムの２つの面おける圧力差は、圧縮機により処理されるガスによりインペラに発生した軸方向スラスト力に相反する軸方向スラスト力を発生させる。圧縮機は、均衡ドラムに関連付けられた均衡ゾーンと最終段の出口を流体接続する経路を備える。いくつかの実施形態では、流路と均衡ゾーンとを流体接続する少なくとも１つの通路が設けられる。この構成において、インペラとタイロッドとの間に形成された流路は、「均衡ライン」としての役割を果たすことができる。したがって、外部の均衡ラインは必要でない。

いくつかの実施形態によれば、流路と均衡ゾーンとを流体接続する通路が、均衡ドラムを貫通して設けられる。

更なる態様によれば、本開示は、複数の軸方向に積層されたインペラがタイロッドによりまとめて保持された圧縮機ロータと、タイロッドの少なくとも一部に沿って延びる流路とを備える、多段圧縮機の運転方法に関する。方法は、例えば、ガス圧縮経路から引き出された、圧縮された高温ガスを、インペラを貫通する流路に沿ってかつタイロッドに沿って流すことによりタイロッドを加熱するステップを含む。圧縮された高温ガスは、圧縮機の下流段から上流段へ流れる。

いくつかの例示的な実施形態において、方法は、最終インペラの出口から第１インペラの入口へ流れる圧縮されたガスの流れによってタイロッドを加熱することを提供する。

特徴および実施形態は、以下に開示され、更に、本説明の不可欠な部分を形成する添付の特許請求の範囲に明記される。上記の簡単な説明には、以下に続く詳細な説明をより良く理解できるように、また当技術分野に対する本発明の貢献をより良く認識できるように、本開示の種々の実施形態の特徴が明記される。当然ながら、本発明の他の特徴が以下で説明され、これらの特徴は添付の特許請求の範囲に明記される。この点に関して、本発明の複数の実施形態を詳細に解説する前に、本発明の種々の実施形態が、それらの用途において、以下の説明に明記されるかまたは図面に示される構造の詳細および部品の配置に限定されるものではないことが理解される。本発明は、他の実施形態も可能であり、種々の方法で実施および実行することが可能である。本明細書で用いられる表現および専門用語は、説明のためのものであって、限定するものと見なされるべきではないことを理解されたい。

そういうものとして、当業者であれば、本開示が基礎とする概念を、本発明の複数の目的を果たすための他の構造、方法および／またはシステムを設計する際の基礎として容易に利用できることを認識するであろう。それゆえ、特許請求の範囲は、それらが本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、そのような同等の構造を含むものと見なされることが重要である。

本発明の開示される実施形態および本発明に伴う利点が、添付の図面に関連して考察されたときに、以下の詳細な説明を参照することにより、より良く理解されるようになるにつれ、これら実施形態および利点のより完全な認識を容易に得ることができるであろう。

従来技術の多段圧縮機の主要部を示す軸方向断面図である。 図１の拡大部分を示す図である。 本開示の一実施形態による多段圧縮機の主要部を示す軸方向断面図である。 図３の拡大部分を示す図である。 図３に示す実施形態の第１変形例の一部を示す図である。 図３に示す実施形態の第２変形例の一部を示す図である。 図３に示す実施形態の第３変形例の一部を示す図である。 図３に示す実施形態の第４変形例の一部を示す図である。

例示的な実施形態の以下の詳細な説明では、添付の図面を参照する。異なる図面における同じ参照符号は、同じかまたは類似の要素を示す。加えて、図面は必ずしも原寸に比例したものではない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により定義される。

本明細書全体を通して「一実施形態」または「ある実施形態」または「いくつかの実施形態」に対する言及は、ある実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して種々の箇所で「一実施形態において」または「ある実施形態において」または「いくつかの実施形態において」という表現が見られるが、必ずしも同じ実施形態について言及しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、または特性を、１つまたは複数の実施形態においてあらゆる好適な態様で組み合わせてもよい。

図３〜図８を参照すると、全体として参照符号１０が多段圧縮機を表している。多段圧縮機は、入口１０Ａと、出口１０Ｂと、複数の積層されたインペラ１２を備えたロータ１１と、ロータ１１を収容する固定ハウジング１３とを備える。

固定ハウジングは、各インペラ１２が、ガス流を次のインペラに戻す前にガス流を放出してガス流の運動エネルギーを圧力回復に変換する、複数のダイヤフラム１３Ａを備える。各インペラ／ダイヤフラムの組み合わせは、「段」と呼ばれる。圧縮機の第１段が第１インペラ１２Ａを備え、圧縮機の最終段が最終インペラ１２Ｂを備える。本明細書で使用される「第１」および「最終」という用語は、圧縮機により処理されるガスの流れの方向を指す。それゆえ、第１段および第１インペラは、圧縮機入口（すなわち最も上流側の入口）に最も近い段およびインペラであり、その一方で、最終段および最終インペラは、圧縮機出口（すなわち最も下流側の出口）に最も近い段およびインペラである。ダイヤフラム１３Ａおよびロータ１１は、ケーシング１３Ｂ内に収容される。「上流側」および「下流側」という用語は、圧縮機により処理されるガスの流れの方向を指す。

圧縮機１０内において、ガス圧縮経路Ｐ（破線で表す）は、圧縮機入口１０Ａから圧縮機出口１０Ｂへ前記複数のインペラ１２とダイヤフラム１３Ａを貫通して延びる。圧縮経路Ｐは、好適なシール（例えば、ドライガスシールＳ）を使用して、ケーシング、ダイヤフラムおよびロータに対して封止される。当技術分野で一般的に使用される他の種類のシールを使用することもできる。

インペラ１２は、積層され、タイロッド１４によりまとめて保持される。タイロッド１４は、インペラを軸方向に貫通して延びる。ロータ１１はまた、２つの終端要素（すなわち、第１インペラ１２Ａの近くの、複数のインペラの端部に設けられた最も上流側の第１終端要素１５Ａと、最終インペラ１２Ｂの近くの、複数のインペラの対向する端部に設けられた最も下流側の第２終端要素１５Ｂと）を備える。タイロッド１４の２つの端部は、終端要素１５Ａ、１５Ｂに拘束される。

インペラ１２のハブは、タイロッドが通される貫通孔１６を有する。孔１６は、タイロッドと孔１６の内側表面との間に空間または隙間１７を残すような寸法とされる。

各インペラ１２は、２つの他の隣り合うインペラ１２の表面とそれぞれ協働するかまたは隣接するインペラの表面および複数の積層されたインペラの一端部における終端要素１５Ａもしくは１５Ｂの表面とそれぞれ協働する２つの対向する接触表面を備える。その接触は、インペラが互いに捩り拘束されかつトルクがインペラの間に伝達されるような接触である。いくつかの実施形態において、各インペラ１２は、２つの他の隣り合うインペラ１２のそれぞれの歯付きフランジと噛み合うかまたは、インペラがスタックの第１インペラ１２Ａもしくは最終インペラ１２Ｂである場合には、隣接するインペラ１２の歯付きフランジ１８および終端要素１５Ａもしくは１５Ｂのうちの１つの歯付きフランジ１９Ａもしくは１９Ｂとそれぞれ噛み合う２つの対向する歯付きフランジ１８を備える。歯付きフランジは、ハースカップリングまたはハース継手を形成する。ハース型カップリングの代わりに、当業者に知られている他の種類の継手を使用することもできる。

圧縮経路Ｐから空間または隙間１７へのガス漏れを回避するために、隣り合うそれぞれの中間インペラ１２の歯が協働する噛み合い領域２１にシール２０が設けられる。

圧縮機は、ロータ軸受にかかるインペラの軸方向スラスト力を均衡させるための均衡ライン２２（一点鎖線で表す）を備える。より詳細には、圧縮機は、均衡ゾーン２４と最終インペラ１２Ｂの出口と流体連通するゾーンとの境界を定める（終端要素１５Ｂに形成された）均衡ドラム２３を備える。均衡ゾーン２４は、均衡ライン２２を介して第１インペラ１２Ａの入口と流体接続され、その結果、均衡ゾーン２４内の圧力が第１インペラ１２Ａの入口の圧力と実質的に等しくなる。

均衡ドラム２３は、ケーシング１３Ｂ内の円筒形ハウジング内に配設される。ハウジングと均衡ドラム２３との間にラビリンスシール２３Ａが設けられ、その結果、最終インペラ１２Ｂの出口から均衡ゾーン２４に向かう校正ガス流の漏れが許容される。最終インペラに面する均衡ドラム２３の第１面２３’と均衡ゾーン２４に面する第２対向面２３’’との間の圧力差が、均衡ドラム２３にかかる軸方向スラスト力を発生させる。均衡ドラム２３にかかる軸方向スラスト力は、インペラが及ぼす軸方向スラスト力を相殺する。この実施形態において、均衡ライン２２は、圧縮機ケーシングの外側の管路により形成される。

空間または隙間１７は、タイロッド１４と積層されたインペラ１２との間に流路を形成する。（同じく符号１７が付与された）流路は、ガス圧縮経路Ｐに沿った第１位置ＰＡおよび第２位置ＰＢと流体連通する。第１位置ＰＡは、第２位置ＰＢよりも低圧である。以下により詳しく解説するように、第１位置ＰＡと第２位置ＰＢとの間の圧力差が、流路１７に沿ったガス流を発生させる。

いくつかの実施形態によれば、第１位置ＰＡは、第１インペラ１２Ａが位置する第１圧縮機段の入口に設けられ、第２位置ＰＢは、最終インペラ１２Ｂが位置する最終圧縮機段の出口に設けられる。このことにより、第１位置ＰＡと第２位置ＰＢとの間に最大の圧力差が生じる。

第１位置ＰＡと流路１７との間および流路１７と第２位置ＰＢとの間の流体接続は、それぞれの通路により確立される。

図３および図４の実施形態において、第１インペラ１２Ａの歯付きフランジ１８Ａが第１終端要素１５Ａの歯付きフランジ１９Ａと噛み合う噛み合い領域２１Ａには、少なくとも部分的にシール２０が欠けており、その結果、少なくとも第１ガス通路２５が、歯付きフランジ１８Ａ、１９Ａの協働する歯を通して、第１位置ＰＡと流路１７との間に確立される。

図５は、修正された実施形態を示している。同じ参照符号は、同じもしくは対応する部品または要素を表し、これらについて詳細な説明は繰り返さない。圧縮経路Ｐの第１位置ＰＡに流体接続する（先と同様に符号２５が付与された）第１通路は、第１インペラ１２Ａの本体またはハブを貫通して設けられる。噛み合い領域２１Ａを封止するシール２０Ａが設けられる。

図６において、更なる修正された実施形態は、第１終端要素１５Ａの本体を貫通して配設された第１通路２５を提供する。噛み合い領域２１Ａを封止するシール２０Ａが設けられる。他の実施形態では、第１通路を他の箇所にかつロータの他の本体または部品に貫通させて設けることができる。

図３および図４の実施形態において、最終インペラ１２Ｂの歯付きフランジ１８Ｂが第２終端要素１５Ｂの歯付きフランジ１９Ｂと噛み合う噛み合い領域２１Ｂには、少なくとも部分的にシール２０が欠けており、その結果、少なくとも第２ガス通路２６が、歯付きフランジ１８Ｂおよび１９Ｂの歯を通して、第２位置ＰＢと流路１７との間に確立される。

図７において、修正された実施形態は、最終インペラ１２Ｂの本体またはハブを貫通して配設された第２通路２６を提供する。噛み合い領域２１Ｂを封止するシール２０Ｂが設けられる。

図示しないが、更なる実施形態では、図６の第１通路２５の場合と同様に、第２通路２６を第２終端要素１５Ｂの本体に貫通させて設けることができる。

なお更なる実施形態では、第２通路２６を他の箇所にかつロータの他の本体または部品に貫通させて設けることができる。

圧縮機の始動時には、タイロッド１４を備えたロータ１１とインペラ１２が回転し始める。ガスは、圧縮機入口１０Ａから入り、連続して配設されたインペラ１２Ａ、１２、１２．．．．１２Ｂを貫通する圧縮経路Ｐに沿って流れ、最終的に圧縮機出口１０Ｂから出る。最終インペラ１２Ｂの出口（第２位置ＰＢ）では、ガスが最大圧力値および最大温度値に達し、その一方で、第１インペラ１２Ａの出口（すなわち、第１位置ＰＡ）では、ガスが最低温度値および最低圧力値を有する。第１段と最終段との間の圧力差が、第２位置ＰＢから流路１７内の第２通路２６を通り、流路１７から第１通路２５を介して第１位置ＰＡへ至る高温ガス流Ｆ（二点鎖線で表す）を発生させる。

流路１７に沿って流れる高温ガスは、タイロッド１４を加熱する（始動前、タイロッドは通常、室温である）。それゆえ、この過渡的な段階では、タイロッド１４とインペラ１２Ａ、１２、１２．．．１２Ｂとの間の温度勾配が減少する。

加熱効果を最大にするために、上で説明したように、高温ガスは、最終段から引き出され、第１段におけるガス圧縮経路内に再導入される。他の実施形態では、位置ＰＡおよびＰＢを圧縮経路に沿った異なる箇所に配設することができる。

図８には、別の実施形態が示されている。この場合、インペラの軸方向スラスト力を均衡させるために使用される均衡ラインが、流路１７により有利に提供され、外部ダクトが除去される。経路２６’は、均衡ドラム２３の均衡ゾーン２４を、最終インペラ１２Ｂの出口に配設された圧縮経路の第２位置ＰＢに流体接続する。経路２６’は、例えば、ラビリンスシール２３Ａにより形成され、その結果、最終インペラ１２Ｂの出口から均衡ゾーン２４に向かう校正ガス流の漏れが発生する。

第２終端要素１５Ｂ内に設けられた第２通路２６”を通して、均衡ゾーン２４は、流路１７と流体接続される。それゆえ、ガス流Ｆは、圧力降下に伴って、第２位置ＰＢから均衡ゾーン２４へ、かつ均衡ゾーン２４から第２通路２６”を介して流路１７へ流れる。実際には、第２位置ＰＢと流路１７との間の流体連通路は、経路２６’、均衡ゾーン２４および第２通路２６”により形成される。ガスは、流路１７から、第１圧縮機段における第１位置ＰＡに向かって、例えば、噛み合い領域２１Ａに形成された、第１通路２５を通って、インペラ１２Ａのフランジ１８Ａの歯と第１終端要素１５Ａのフランジ１９Ａの歯との間を流れる（噛み合い領域２１Ａにシールは設けられない）。

タイロッド１４に沿ったガス流がタイロッド１４を加熱し、始動時のインペラとタイロッドとの間の温度勾配が低減される。同時に、ガス流は、均衡流として作用し、ロータ軸受にかかるインペラのスラスト力を均衡させる。この結果は、インペラ１２Ａ、１２、１２、．．．．１２Ｂとタイロッド１４との間の空間または隙間１７を圧縮機の第１段と最終段とを接続する流路として使用して達成される。

本開示はまた、複数の軸方向に積層されたインペラ１２がタイロッド１４によりまとめて保持された圧縮機ロータ１１と、タイロッド１４に沿って延びる流路１７とを備える多段圧縮機の運転方法に関する。方法は、インペラ１２を貫通する流路１７に沿ってかつ前記タイロッド１４に沿って、少なくとも２つの異なる段にわたって高温ガスＦを流すことによりタイロッド１４を加熱するステップを含む。より具体的には、いくつかの実施形態では、方法は、ガス圧縮経路の高圧位置から流路１７を通して圧縮経路の低圧位置に向けて、圧縮機により処理された少なくとも部分的に圧縮されたガスの一部を分岐させることを含む。

いくつかの実施形態において、タイロッド１４を加熱するために使用される圧縮されたガスは、最終インペラ１２Ｂの出口から第１インペラ１２Ａの入口へ流れる。

加熱ガスは、最終段から、最終インペラ１２Ｂと第２終端要素１５Ｂとの間を通って（図３および図４）または最終インペラ１２Ｂのもしくは第２終端要素１５Ｂのハブもしくは本体を通過して（図７または図８）流路１７内を流れる。

加熱ガスは、流路１７から、第１インペラ１２Ａと第１終端要素１５Ａとの間を通って（図３および図４）または第１インペラ１２Ａのもしくは第１終端要素１５Ａのハブもしくは本体を通過して（図５または図６）第１段内を流れる。

流路と流体連通する段が第１段または最終段と異なる場合、加熱ガスは、２つの隣り合うインペラ１２をまたはインペラのハブ／本体を通過して流れることができる。

方法はまた、ロータの軸受に対するインペラのスラスト力の均衡をもたらす。ガスは、前記入口内の圧力が均衡ドラムの前記均衡ゾーンの圧力と実質的に等しくなるように、最終インペラ１２Ｂの出口から、ドラム２３に対して前記最終段インペラに対向する箇所において均衡ドラム上に規定された均衡ゾーン２４へ通され、そして前記均衡ゾーン２４から第１インペラ１２Ａの入口へと、タイロッド１４上をタイロッド１４に沿って通り、前記インペラを通過する。

本明細書で説明した主題の開示された実施形態を、図面に示すとともに、具体的かつ詳細に複数の例示的な実施形態に関連して上で十分に説明してきたが、多くの修正、変更および省略が、本明細書に明記した新規の教示、原理および概念、ならびに添付の特許請求の範囲に列挙した主題の利点から実質的に逸脱することなく、可能であることは当業者には明らかであろう。よって、開示された技術革新の適切な範囲は、かかる修正、変更および省略の全てを包含するように、添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定されるべきである。その上、任意の工程または方法ステップの順番または順序を、代替実施形態に従って変更するかまたは並べ替えてもよい。

１０ 圧縮機
１０Ａ 圧縮機入口、入口
１０Ｂ 圧縮機出口、出口
１１ 圧縮機ロータ、ロータ
１２ インペラ
１２Ａ 第１インペラ
１２Ｂ 最終インペラ
１３ 固定ハウジング
１３Ａ ダイヤフラム
１３Ｂ ケーシング
１４ タイロッド
１５Ａ 第１終端要素
１５Ｂ 第２終端要素
１６ 貫通孔、孔
１７ 流路、空間または隙間
１８ 歯付きフランジ
１８Ａ 歯付きフランジ
１８Ｂ 歯付きフランジ
１９Ａ 歯付きフランジ
１９Ｂ 歯付きフランジ
２０ シール
２０Ａ 噛み合い領域２１Ａを封止するシール
２０Ｂ 噛み合い領域２１Ｂを封止するシール
２１ 噛み合い領域
２１Ａ 噛み合い領域
２１Ｂ 噛み合い領域
２２ 均衡ライン
２３ 均衡ドラム
２３’ 均衡ドラム２３の第１面
２３’’ 第２対向面
２３Ａ ラビリンスシール
２４ 均衡ゾーン
２５ 第１通路、第１ガス通路
２６ 第２通路、第２ガス通路
２６’ 経路
２６’’ 第２通路
１１０Ａ 圧縮機入口、入口
１１０Ｂ 圧縮機出口、出口
１１１ ロータ
１１２ インペラ
１１２Ａ 第１インペラ
１１２Ｂ 最終インペラ、最終段インペラ
１１３ 固定ハウジング
１１３Ａ ダイヤフラム
１１３Ｂ ケーシング
１１４ タイロッド
１１５Ａ 終端要素
１１５Ｂ 終端要素
１１６ 貫通孔、孔
１１７ 隙間
１１８ 歯付きフランジ
１１９ 歯付きフランジ
１２０ シール
１２１ 噛み合い領域
１２２ 均衡ライン
１２３ 均衡ドラム
１２３Ａ ラビリンスシール
１２４ 均衡ゾーン
Ｆ ガス流、高温ガス
Ｐ ガス圧縮経路
ＰＡ 第１位置
ＰＢ 第２位置
Ｓ ドライガスシール

Claims (16)

1. 多段圧縮機（１０）であって
   複数の軸方向に積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）を備えるロータ（１１）と、
   前記積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）を貫通して延びかつ前記インペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）をまとめて保持するタイロッド（１４）と、
   圧縮機入口（１０Ａ）から圧縮機出口（１０Ｂ）へ前記複数のインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）を貫通して延びるガス圧縮経路（Ｐ）と、
   前記タイロッド（１４）と前記積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）との間の流路（１７）であって、前記タイロッド（１４）の少なくとも一部に沿って延在する前記流路（１７）とを備え、
   前記流路（１７）が前記ガス圧縮経路（Ｐ）に沿った第１位置および前記ガス圧縮経路（Ｐ）に沿った第２位置と流体連通し、かつ、前記第１位置と前記第２位置との間の圧力差が、前記流路（１７）に沿ったガス流を発生させる、
   多段圧縮機（１０）。
2. 前記第１位置が第１圧縮機段の入口に設けられ、前記第２位置が最終圧縮機段の出口に設けられる、請求項１に記載のガス圧縮機（１０）。
3. 前記流路（１７）と前記第１位置を流体接続する少なくとも第１通路（２５）と、前記流路（１７）と前記第２位置を流体接続する少なくとも第２通路（２６）とを備える、請求項１乃至２の１項以上に記載のガス圧縮機（１０）。
4. 各インペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）が、２つの隣り合うインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）のそれぞれの表面と協働するかまたは隣接するインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）の表面および複数の積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）の一端部における終端要素（１５Ａ、１５Ｂ）の表面と協働する２つの対向する接触表面を備える、請求項１乃至３の１項以上に記載のガス圧縮機（１０）。
5. 前記通路の少なくとも１つが、２つの隣り合うインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）の前記接触表面の間に、または前記終端要素（１５Ａ、１５Ｂ）と隣接するインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）との前記接触表面の間に規定される、請求項３または４に記載のガス圧縮機（１０）。
6. ２つの隣り合うインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）、またはインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）と終端要素（１５Ａ、１５Ｂ）が、相互に噛み合うそれぞれの歯付きフランジ（１８、１８Ａ、１８Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ）によって互いに接触し、封止部材が、前記噛み合う歯付きフランジ（１８、１８Ａ、１８Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ）のうちの少なくともいくつかの前記噛み合う歯付きフランジ（１８、１８Ａ、１８Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ）間のガス漏れを低減または防止するように配設および構成される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス圧縮機（１０）。
7. 前記２つの通路の少なくとも１つが、相互に噛み合う２つの歯付きフランジ（１８、１８Ａ、１８Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ）の間に設けられる、請求項３または６に記載のガス圧縮機（１０）。
8. 前記２つの通路の少なくとも１つが、インペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）のハブを貫通してまたは前記複数の積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）の一端部における終端要素（１５Ａ、１５Ｂ）を貫通して設けられたダクトである、請求項３乃至７の１項以上に記載のガス圧縮機（１０）。
9. 最も下流側のインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）に面する第１面と、最も上流側の圧縮機段と流体接続された均衡ゾーン（２４）に面する第２対向面とを有する均衡ドラム（２３）を備える、請求項１乃至８の１項以上に記載のガス圧縮機（１０）。
10. 前記均衡ドラム（２３）の前記均衡ゾーン（２４）と前記最も下流側のインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）を流体接続する経路であって、前記最も下流側のインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）の前記出口と前記均衡ゾーン（２４）との間に圧力降下を生じさせる前記経路を備える、請求項９に記載のガス圧縮機ロータ（１１）。
11. 前記流路（１７）と前記均衡ゾーン（２４）とを流体接続する少なくとも１つの通路が、前記均衡ドラム（２３）を貫通して設けられる、請求項１０に記載のガス圧縮機ロータ（１１）。
12. 多段圧縮機段であって、
    複数の積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）と、
    前記積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）をまとめて保持するタイロッド（１４）と、
    前記多段圧縮機（１０）の吸入側から吐出側へ前記積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）を貫通して延びるガス圧縮経路（Ｐ）と、
    前記ガス圧縮経路（Ｐ）に沿って流れる圧縮された処理ガスの一部が前記ガス圧縮経路（Ｐ）の下流側の位置から上流側の位置へ還流する還流経路であって、前記タイロッド（１４）に沿って延び、その結果、圧縮された被処理ガスにおける圧縮により発生した熱が、強制対流によりタイロッド（１４）に伝達される、前記還流経路と
    を備える多段圧縮機（１０）。
13. 複数の軸方向に積層されたインペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）がタイロッド（１４）によりまとめて保持された圧縮機ロータと、前記タイロッド（１４）の少なくとも一部に沿って延びる流路（１７）とを備える多段圧縮機（１０）の運転方法であって、前記流路（１７）に沿ってかつ前記タイロッド（１４）に沿って高温ガスを流すことにより前記タイロッド（１４）を加熱するステップを含む、多段圧縮機（１０）の運転方法。
14. 前記圧縮機（１０）にわたって延びる圧縮経路（Ｐ）に沿った高圧位置から前記圧縮機（１０）により処理されたガス流の一部を分岐させ、前記ガス流の前記一部を前記流路（１７）に沿って前記圧縮経路（Ｐ）に沿った低圧位置に向けて流すことを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記高温ガスが、最も下流側の圧縮機段から最も上流側の圧縮機段へ流れる、請求項１３または１４に記載の方法。
16. 最も下流側の圧縮機段から、前記最も下流側の圧縮機段に対向する箇所において均衡ドラム（２３）上に規定された均衡ゾーン（２４）へ前記高温ガスを流し、前記均衡ゾーン（２４）から最も上流側の圧縮機段の入口へと、前記タイロッド（１４）上を前記タイロッド（１４）に沿って通り、前記インペラ（１２、１２Ａ、１２Ｂ）を通過することを含む、請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の方法。