JP2016503856A

JP2016503856A - 大型圧縮機バンドル組立体

Info

Publication number: JP2016503856A
Application number: JP2015550032A
Authority: JP
Inventors: サッリ，フランコ; ググリエルモ，アルベルト
Original assignee: Nuovo Pignone SpA; Nuovo Pignone SRL
Current assignee: Nuovo Pignone SpA; Nuovo Pignone SRL
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2016-02-08
Also published as: MX2015008478A; BR112015015591A2; EP2938883A1; ITCO20120069A1; CN105026767A; WO2014102126A1; US20150330404A1; CA2895572A1; AU2013369435A1; KR20150103089A

Abstract

本発明は主に、バレルケーシングを備えた大型／超重量遠心圧縮機に適用可能であり、ダイアフラムバンドルの外周の都合の良いいくつかの場所、典型的には外側ガスケットに隣接する場所における摺動パッドの取付けを提供する。摺動パッドは、自己潤滑材料、鋳鉄または他のグラファイト充填材料よりなり、組立作業中、およびダイアフラムバンドルがバレルケーシング内で最終位置に達した後、バレルケーシング内面（６）とダイアフラムバンドル外面（７）との間でのいかなる直接接触をも防いで、ダイアフラムバンドルの全重量を支えている。このようにして、ダイアフラムバンドルをバレルケーシングに挿入／バレルケーシングから抜き出すときに、ダイアフラムバンドル（２）およびケーシングハウジングの表面に起こり得る損傷を防ぐことができる。【選択図】図６

Description

本明細書で開示する主題の実施形態は一般に回転機械に関し、詳細には、遠心圧縮機、ならびに遠心圧縮機を組み立てるための、特に、大型のダイアフラムバンドルをバレルケーシングに挿入する／バレルケーシングから引き抜くためのシステムおよび方法に関する。

遠心圧縮機は、円筒状のダイアフラムバンドルを収容する円筒状の空洞を内部に有する外側ケーシングによって構成される。ダイアフラムバンドルは、インペラ、シール、流体チャネル、およびバランスピストンを有するロータおよびステータを含む。いわゆるバレルケーシング、すなわち径方向分割のケーシングを有する圧縮機では、圧縮機の組立て、または分解中に、ダイアフラムバンドルは、開放端の一方を通ってバレルケーシングの円筒状の空洞内に軸方向に挿入される。大型の圧縮機を扱う際、バンドルをケーシングに挿入する、またはケーシングから引き抜くことは困難で複雑な仕事である。この作業中は、摩耗／摩損現象によって表面を損傷する危険性が非常に高いため、ダイアフラムバンドルとバレルケーシングは接触してはならない。典型的には約１０トンより重い大型のダイアフラムバンドルを組み立てるとき、バンドルがケーシング内の心出し部に入るときに生じる非常に高い接触圧、または、組立時に起こり得るケーシング／バンドルの位置合わせの不良によるケーシングおよびバンドルの両方の表面が損傷する確率は非常に高く、決して容認できるものではない。バンドルの外面とケーシングの内面との間の隙間は、圧縮流体が漏れるのを避けるために非常に狭くなっており、したがって、挿入および抜出中のバンドルのわずかな傾きでさえ、ケーシングの内面と干渉して、ひどく損傷して気密を損なう場合がある。一方、バンドルの重心の両側で垂直方向の外部の支持を用いることは、この重心が空洞内部にあるため、実際的でない、または非常に困難である。そのうえ、バンドルの外面とケーシングの内面には段付き部、すなわち、異なる直径の部分がある。したがって、空洞内を滑らせながら、ケーシングとバンドルとの間の接触による摩損または他の種類の損傷を避けるのは、解決するのが非常に困難な問題である。この問題を少なくとも部分的に解決する手法としては、ケーシング、またはダイアフラムバンドル、あるいは両方にローラを設けて、ローラ上をダイアフラムバンドルがケーシングの空洞内を滑ることができるようにすることである。ダイアフラムバンドルに取り付けられたローラの位置は、バンドルをケーシング内に組み込む前に、通常、シムまたは他の同様な手段で調節され、バンドルがひとたび中に入ると、もはや調節することはできない。ローラをケーシングに取り付けるときは、ローラの高さはねじまたは同様な装置によって調節することができ、傾きを補正する手段もまた設けることができる。この従来技術の手法によれば、バンドル組込中に起こり得る位置合わせ不良に対処できない上に、ひとたびバンドルがケーシング空洞内の最後の心出し域に達すると、これらの内部ローラはバンドルを支えることができず、したがって、バンドルの最後の動きにおいては、バンドルはケーシング表面を直接滑って、最終的にガスケット位置に着く。上記の内部ローラを付けることによっても軽減されないようなバンドルの位置合わせ不良が起こった場合の別の結果として、ダイアフラムバンドルとケーシング両方の広い範囲、それはガスケットが配置された心出し部とは異なる範囲でさえ、起こり得る激しい接触によって生じる高い接触力によって、焼付きが生じる。上記の焼付きの危険性を最小限にするため、バンドル／ケーシングの位置合わせを連続して監視して、取付け具で頻繁に調節する必要がある。また、この手法は時間がかかり、外部取付けローラの高さを調節するためにねじを回して正しいケーシング／バンドルの位置を保つには、非常に熟練した作業員が必要であり、さらに、損傷がすでに生じた後にねじを回してしまう確率も高い。そのうえ、この工程で損傷が残った場合に、ケーシングまたはバンドルを簡単に補修する方法は今のところ見つかっていない。ケーシング／バンドルの局所的な接触圧力を低減する方法も、ケーシングの内部シール面がダイアフラムバンドルの外面と直接接触することを防ぐ方法も知られていない。したがって、重いバンドルの重量を支えることができ、損傷を生じさせずにバンドルを確実にケーシングに対して制御可能にかつ正確に動かすことができる、ダイアフラムバンドルをケーシングに挿入する、またはケーシングから取り外す際に、ダイアフラムバンドルを支えるための確実なシステムが強く必要とされている。

米国特許第５９７１７０２号明細書

したがって、バンドルおよび／またはケーシングの表面に損傷を生じさせずに、容易に、重い圧縮機のダイアフラムバンドルをバレルケーシングに挿入する、またはバレルケーシングから取り外すことができる構成を提供する一般的な必要性がある。

したがって、上記の目的に照らせば、本発明の第１の態様は回転機械、特に遠心圧縮機である。

本発明の実施形態によれば、回転機械は、円筒状の内面を有するバレルケーシングと、円筒状の外面を有するダイアフラムバンドルとを備え、圧縮機の組立中のダイアフラムバンドルは、その外面とバレルケーシングの内面とが対合関係にある状態で、ケーシング内に軸方向に挿入可能であり、圧縮機の組立中にもバンドルが作動位置にあるときにもケーシング内面とダイアフラム外面との間でのいかなる直接接触をも防ぎながら、バンドル外面に取り付けられてダイアフラムバンドルの全重量を支える摺動手段を、ダイアフラムバンドルは備える。

「摺動運動」は接触している２つの固体表面の横方向の運動であることに留意されたい。したがって、上記の「摺動手段」は、ダイアフラムバンドルの全重量を支えて、同時にダイアフラムバンドルがケーシング上を摺動運動することができるように設計される。

本発明によれば、摺動手段は典型的には摺動パッドであり、鋳鉄、青銅、または他の潤滑剤充填材料のような自己潤滑材料よりなるのが都合が良い。

本発明の別の特徴によれば、ケーシングハウジング内に内側の直径の段差が存在する場合、バンドルがその段差に近づくときにヘルツ接触圧を最小限にするために、摺動パッドは、ケーシング内側の段差と同様にブレンドされた表面部を有することができる。

本発明の第２の態様は、回転機械を組み立てるためのシステムである。

本発明の実施形態によれば、回転機械を組み立てるためのシステムは、円筒状の内面を有するバレルケーシングと、円筒状の外面を有するダイアフラムバンドルとを備え、圧縮機の組立中のダイアフラムバンドルは、その外面とバレルケーシングの内面とが対合関係にある状態で、バレルケーシング内に軸方向に挿入可能であり、遠心圧縮機の組立中にもダイアフラムバンドルが最終作動位置にあるときにもバレルケーシング内面とダイアフラム外面との間でのいかなる直接接触をも防ぎながら、バンドル外面に取り付けられてダイアフラムバンドルの全重量を支える摺動手段を、ダイアフラムバンドルは備える。

本発明の第３の態様は、回転機械を組み立てるための方法である。

本発明の実施形態によれば、回転機械を組み立てるための方法は、円筒状の内面を有するバレルケーシングと、円筒状の外面を有するダイアフラムバンドルとを備え、圧縮機の組立中のダイアフラムバンドルは、その外面とバレルケーシングの内面とが対合関係にある状態で、バレルケーシング内に軸方向に挿入され、ダイアフラムバンドルは、その外面に取り付けられた摺動手段を備え、回転機械の組立中のダイアフラムバンドルは、バレルケーシング内に軸方向に挿入され、前記摺動手段は、回転機械の組立中にもダイアフラムバンドルが最終作動位置にあるときにもバレルケーシング内面とダイアフラム外面との間でのいかなる直接接触をも防ぎながらダイアフラムバンドルの全重量を支える。

本発明の他の目的、特徴、および利点は、添付の図面を参照して非限定的な例として示した、好ましいが排他的でない実施形態の詳細な説明によってより明らかになろう。

組立後のバレルケーシングおよびダイアフラムバンドルを示す圧縮機の長手方向断面図である。組付け構造体に据え付けられた圧縮機の斜視図である。組込段階でのバンドル位置の詳細である。最終組込位置でのバンドル／ケーシングの詳細である。バンドルの外面に取り付けられた摺動パッドの斜視図である。最終心出し位置でのケーシング内面、バンドル外面、および摺動パッドの詳細である。ダイアフラムバンドルの外面に沿って挿入された一連の摺動パッドを有するダイアフラムバンドルの詳細である。

例示的な実施形態の以下の説明は、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、同じまたは同様の要素とみなす。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。その代わり、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。

本明細書を通して「１つの実施形態」または「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な箇所で「１つの実施形態では」または「実施形態では」という表現が現れるが、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。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態においていかなる好適な様態でも組み合わせることができる。

本発明は主に、バレルケーシングを備えた大型／超重量遠心圧縮機に適用可能であり、ダイアフラムバンドルの外周の都合の良いいくつかの場所、典型的には外側ガスケットに隣接する場所における摺動パッドの取付けを提供する。摺動パッドはダイアフラムバンドルの全重量を支え、バンドルがケーシング内部の最終位置に達した後にケーシング空洞に接触するのを防ぐ。摺動パッドはまた、組立中、バンドルがローラに支えられているとき、位置合わせ不良または他の起こり得る取付け不良によるケーシングとダイアフラムバンドルとの間で生じるいかなる直接接触をも防ぐ。本発明の別の利点は、機械が稼働しないことによるコストも考慮して、費用および時間のかかる重い圧縮機の部品の補修に対処することなく、損傷する可能性のあるパッドを容易に交換できることである。図１は、大型回転機械、特にバレルケーシング１およびダイアフラムバンドル２を有する符号１００で全体を示した大型バレル遠心圧縮機の詳細である。図２は、組付け構造体とともに台板に据え付けられた同じ圧縮機を示す。バレルケーシング１はおおむね円筒状の空洞を含み、空洞内にはダイアフラムバンドル２を収容することができ、ケーシング１の内面６は、おおむね円筒状のダイアフラムバンドル２の外面７と対合する円筒状の空洞を形成する。バレルケーシング１の内面６およびダイアフラムバンドル２の外面７は、段付きになっており、異なる直径を有する部分を成す。バレルケーシング１には、その端部にフランジ５が設けられ、他端はダイアフラムバンドル２を挿入するために開放されている。ダイアフラムバンドル２は公知の基本構造を有しており、ステータ、吸込チャネル１４〜１５および排出チャネル２１〜２２を有する流路１１、ならびに回転軸１７および複数のインペラ１８を有するロータ１６を含む。ロータ１６はモータによって高回転速度で駆動され、吸込ノズル１４〜１５を通って供給される流体は、ロータおよびステータ翼によって段階的に圧縮され、排出ノズル２１〜２２を通って排出される。バレルケーシング１は、内部に生成された非常に高い圧力を封じ込まなければならない。バレルケーシング空洞内に生じ得る異なる圧縮区域間は、通常、バレルケーシング１の空洞の内面６とダイアフラムバンドル外面７との間に配置された一連のガスケット８（図５）によってエアーシールされる。ガスケットがはみ出すのを防ぎながら、ダイアフラムバンドル２をケーシング１内に正確に心出しするために、ダイアフラムバンドル外面７とケーシング内面６との間には非常にわずかな隙間しか残されていない。ダイアフラムバンドル２は、ケーシング空洞の端部に設けられた開口を通ってケーシング１内へ滑らせて挿入される。図２に示すように、全体として符号２００で示した適切な装置が、ダイアフラムバンドル２を容易にバレルケーシング１に挿入する、および／またはバレルケーシング１から引き抜くために設けられる。装置２００は、挿入／引抜時にバレルケーシング１および（ケーシング１内にあるとき）バンドル２を支えるための部材２０１を含む。ケーシング１外側で、ダイアフラムバンドル２は、取付け具２０２を通じて外部ローラ２０３によって支えられる。ダイアフラムバンドル２の外面７とそれに対合するバレルケーシング１の内面６との間の公差が小さい場合、ダイアフラムバンドル２をバレルケーシング１に挿入する／バレルケーシング１から引き抜くときに、これらの２つの面の間の接触を避けることは非常に困難である。ダイアフラムバンドル２は、ガスケット８の位置でケーシング１内で直接心出しされる。図３ａは、組込時のダイアフラムバンドル２の位置を示す。この段階のバンドルは内部ローラ１９によって支えられる。図３ｂはダイアフラムバンドルの最終組込位置を示し、このときは、ダイアフラムバンドル２がケーシング１内の最終心出し位置に達して、ダイアフラムバンドル２に取り付けられた内部ローラ１９がもはやバンドルを支えていない。このとき、バンドル２が心出し位置に達し、外部ローラおよび内部ローラの両方の支持を失って、バレルケーシング１とダイアフラムバンドル２の表面間に非常に大きな接触力が生じるので、焼付きの危険性が非常に高い。この問題を解決するために、本発明によれば、いくつかの都合の良い位置、典型的には外側ガスケット８に隣接し、ダイアフラムバンドル２の外面７の周りの領域に摺動パッド９が設けられる。図１では、摺動パッド９は、ダイアフラムバンドル２の長手方向の先端２箇所で、一般にガスケット８によって占められる位置の近くに配置されているのが示される。同図では、他の摺動パッド９が、ガスケットとガスケットの中間位置に取り付けられる。挿入時、バンドルは最初に、バンドルの軸線がケーシング１に平行になるように外部取付けローラ２０３によってケーシングと位置合わせされ、それから内部ローラ１９および外部ローラ２０３の両方の組に支えられながらケーシング１の空洞内部に押される。この段階では終始、摺動パッド９によって、ケーシングとバンドルとの間のバンドルの起こり得る傾きによる接触が生じないことが保証される。バンドルがその最終位置に達っした後で、これらのパッド９によって、ガスケット位置でのダイアフラムバンドル外面７とバレルケーシング１の心出し部との間には１００ミクロン程度の小さな隙間がどうにかして保たれ、どんなときにもケーシングとダイアフラムバンドルが接触することを防ぐ。従来技術によれば、通常２つの対合面は直接接触している。図４は、好ましい実施形態による摺動パッドを示す。パッド９は、ダイアフラムバンドル２が最終位置に達しているときに接触圧を最小限にするために、比較的大きな接触面を有することができる。同じ理由で、パッドの形状はケーシング面の曲率に合わされている。パッドの形状は、実質的に、対合するバレルケーシング１の内面６と同一の円筒の一区間の形状であり、長手方向寸法はバンドルの周囲に平行で横寸法より長い。本発明によるパッド９の典型的な寸法は、ケーシング１内の最終位置でのバンドル２の詳細を示す図５に示すように、
− 長手方向長さはＤ／３５とＤ／１５の間で、ここで、Ｄはバレルケーシング１の内径
− 厚さはＤ／１２０とＤ／６０の間
図６は、バンドル外面７の周囲に沿ってパッドが取り付けられているのを示す。パッド９は、バンドルの表面の周囲に分散して配置される。周囲に沿うパッドの数は、１０個程度とすることができる。図４、５、６を参照して、パッドは、ダイアフラムバンドル２の表面７から数ｍｍ、より具体的には、２から１０ｍｍ突出できるように、ダイアフラムバンドル２の表面７に形成された凹所２０に挿入され、ねじ１０によって定位置に保持される。そのうえ、パッド９の表面１２は（図４および５を参照して）、ケーシング内に挿入中のバンドルが、ケーシングハウジング内側の直径の段差に近づくとき、ヘルツ接触圧を最小限にするためにケーシング内側の段差と同様にブレンドされており、図５を参照すると、心出し位置におけるケーシング内面形状およびダイアフラムバンドル２外面形状が非常に詳細に示されている。最後に、容易で正確にパッドを取り付けることを保証することが必要であることを考慮して、シムパック９ａ（図４および５参照）が摺動パッド設計に組み込まれた。摺動パッドが機能しやすくするために、摺動パッドは、鋳鉄あるいはグラファイト充填ニッケルのようなグラファイトまたは他の潤滑剤が充填された他の材料などの自己潤滑材料よりなる。パッドのバンドル７外面でのバンドルの長手方向軸線方向の配置およびバンドル７の外周の周りにおける配置は、どんなときでもバンドルとケーシングとが接触しないように選ばれる。本発明によって、バレルケーシング１とダイアフラムバンドル２との接触を、組込段階、またはバンドル組立完了後において防がれる。本発明によって、心出しの際にケーシングとダイアフラムバンドルとの間で激しく接触する機会を完全に避けることができるので、１０トンより重いダイアフラムバンドルに頻繁に生じ、非常に費用と時間がかかる補修作業を必要とすることが多い焼付き現象は除かれる。別の重要な考慮すべき点は、たとえ損傷が生じたとしても、本発明を適用した場合、損傷はパッドにのみ関連し、容易に交換することができる。本発明は、ダイアフラムバンドルをケーシングに組み込む、またはケーシングから取り外すときに、圧縮機性能に大きな損失をもたらす、ケーシングおよびバンドルの直径シール面への損傷が発生しないことを保証する。この問題は、圧縮機のサイズが大きくなればなるほど起こりやすく、機械が現地に設置されると特に厳しい。特にケーシング内部に生じる損傷は補修が非常に難しく、機械を設置場所から取り外すことが必要となる場合があり、これはユーザにとっては大きな生産損失を伴う。予備の摺動パッドもまた、損傷したパッドを迅速に交換するために利用できる。

１バレルケーシング
２ダイアフラムバンドル
５フランジ
６バレルケーシング内面
７ダイアフラムバンドル外面
８ガスケット
９摺動パッド
９ａシムパック
１０ねじ
１１流路
１２パッドの表面
１４吸込チャネル
１５吸込チャネル
１６ロータ
１７回転軸
１９内部ローラ
２０凹所
２１排出チャネル
２２排出チャネル
１００圧縮機
２００装置
２０１支持部材
２０２取付け具
２０３外部ローラ

Claims

円筒状の内面（６）を有するバレルケーシング（１）と、円筒状の外面（７）を有するダイアフラムバンドル（２）とを備える回転機械であって、前記圧縮機（１００）の組立中の前記ダイアフラムバンドル（２）が、その外面（７）と前記バレルケーシング（１）の前記内面（６）とが対合関係にある状態で、前記バレルケーシング（１）内に軸方向に挿入可能であり、前記遠心圧縮機（１００）の組立中にも前記ダイアフラムバンドル（２）が最終作動位置にあるときにも前記バレルケーシング内面（６）と前記ダイアフラムバンドル外面（７）との間でのいかなる直接接触をも防ぎながら、前記ダイアフラムバンドル外面（７）に取り付けられて前記ダイアフラムバンドル（２）の全重量を支える摺動手段を、前記ダイアフラムバンドル（２）が備える、回転機械。
前記摺動手段が、単独の摺動手段として、または通常のローラ（１９）の組に加えて取り付けられて、自己潤滑材料よりなる摺動パッド（９）から構成される、請求項１に記載の回転機械。
前記摺動パッド（９）が鋳鉄、グラファイト充填青銅、グラファイト充填ニッケルまたはプラスチック材料、もしくは複合材料よりなる、請求項２に記載の回転機械。
どんなときにも前記バレルケーシング（１）と前記ダイアフラムバンドル（２）の対合面間での接触を避けるように選ばれた、前記ダイアフラムバンドル外面（７）のいくつかの都合の良い場所に、前記摺動パッド（９）が配置される、請求項２または３に記載の回転機械。
前記摺動パッド（９）が、前記ダイアフラムバンドル（２）の周囲に沿って分散して取り付けられる、請求項２から４のいずれか１項に記載の回転機械。
前記摺動パッド（９）が、前記バンドル（２）の前記表面（７）から２から１０ｍｍ突出することができるように、前記ダイアフラムバンドル外面（７）の凹所（２０）内に取り付けられ、そこにねじ（１０）で固定される、請求項２から５のいずれか１項に記載の回転機械。
前記摺動パッド（９）の形状が、実質的に、対合する前記バレルケーシング内面（６）と同一の円筒の一区間の形状であり、長手方向寸法は前記ダイアフラムバンドル（２）の周囲に平行で横寸法より長い、請求項５に記載の回転機械。
前記摺動パッド（９）が、前記バンドル（２）がその最終位置に達するときに接触圧を最小限にするような寸法の接触面を提供する、請求項２から７のいずれか１項に記載の回転機械。
前記バレルケーシング（１）の前記円筒状の内面（６）および前記ダイアフラムバンドル（２）の前記円筒状の外面（７）が段付きで、異なる直径の外周面を提供する、請求項１から８のいずれか１項に記載の回転機械。
前記バンドル（２）が前記ケーシングハウジング内の直径の段差に近づくときに、ヘルツ接触圧を最小限にするようにブレンドされた接触面を前記摺動パッド（９）が有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の回転機械。
前記摺動パッド（９）の長手方向長さがＤ／３５とＤ／１５の間で、厚さがＤ／１２０とＤ／６０の間で、Ｄが前記バレルケーシング（１）の内径である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の回転機械。
遠心圧縮機として構成される請求項１から１１のいずれか１項に記載の回転機械。
円筒状の内面（６）を有するバレルケーシング（１）と、円筒状の外面（７）を有するダイアフラムバンドル（２）とを備える回転機械を組み立てるためのシステムであって、前記圧縮機（１００）の組立中の前記ダイアフラムバンドル（２）が、その外面（７）と前記バレルケーシング（１）の前記内面（６）とが対合関係にある状態で、前記バレルケーシング（１）内に軸方向に挿入可能であり、前記遠心圧縮機（１００）の組立中にも前記ダイアフラムバンドル（２）が最終作動位置にあるときにも前記バレルケーシング内面（６）と前記ダイアフラムバンドル外面（７）との間でのいかなる直接接触をも防ぎながら、前記ダイアフラムバンドル外面（７）に取り付けられて前記ダイアフラムバンドル（２）の全重量を支える摺動手段を、前記ダイアフラムバンドル（２）が備える、システム。
円筒状の内面（６）を有するバレルケーシング（１）と、円筒状の外面（７）を有するダイアフラムバンドル（２）とを備える回転機械を組み立てるための方法であって、前記圧縮機（１００）の組立中の前記ダイアフラムバンドル（２）が、その外面（７）と前記バレルケーシング（１）の前記内面（６）とが対合関係にある状態で、前記バレルケーシング（１）内に軸方向に挿入され、前記ダイアフラムバンドル（２）が、その外面（７）に取り付けられた摺動手段を備え、
前記回転機械の組立中の前記ダイアフラムバンドル（２）が、前記バレルケーシング（１）内に軸方向に挿入され、前記摺動手段が、前記回転機械の組立中にも前記ダイアフラムバンドル（２）が最終作動位置にあるときにも前記バレルケーシング内面（６）と前記ダイアフラム外面（７）との間でのいかなる直接接触をも防ぎながら前記ダイアフラムバンドル（２）の全重量を支える、方法。