JP2022507717A - 複数の軸及び片持ち圧縮段階を有する圧縮機 - Google Patents

Abstract

複数の圧縮セクションを装備しているモータ駆動圧縮機であって、－少なくとも１つのハウジング（２）と、－少なくとも２つの軸受（８、９、１０、１１）によってハウジング内に回転可能に支持されている、少なくとも２つの駆動軸（５、６）と、－駆動軸を接続する可撓性連結装置（７）と、－少なくとも２つの駆動軸の第１の圧縮軸（５）上に装着された電気モータ（１２）と、－少なくとも２つの圧縮セクション（１３、１４）と、を含む、モータ駆動圧縮機。少なくとも２つの圧縮セクションの第１の圧縮セクション（１３）は、少なくとも２つの駆動軸の第１の圧縮軸の自由端に片持ちされており、第２の圧縮セクション（１４）は、少なくとも２つの駆動軸の第２の圧縮軸（６）の２つの軸受（１０、１１）の間に装着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の圧縮セクションを装備するモータ駆動圧縮機に関し、より具体的には圧縮セクションの配置に関する。

複数の圧縮セクションを装備するモータ駆動圧縮機は、駆動軸に装着されており、かつ、圧縮ラインを形成する少なくとも１つの圧縮セクションを駆動することが意図される電気モータ、を含むハウジングを含む。圧縮セクションは、ガスを圧縮するための、駆動軸上に装着された１つ以上の圧縮ホイールを含む。

駆動軸は、軸受によってハウジング内に保持される。

回転速度が高い場合、例えば毎分３００００回転のオーダであるとき、圧縮セクション及びモータは、軸が浮遊されるように、２つの能動型磁気軸受の間に概ね位置する。

圧縮軸の公称回転速度は、概して、その第１の曲げモードの回転速度よりも大きいため、電気モータの立ち上がりと立ち下げ時に、圧縮セクションと電気モータのロータがその上にある駆動軸が第１の曲げモードを通過して、軸の変形の原因となる。

軸の動的応答を減衰させるように、能動型磁気軸受をサイズ決定することが必要である。

しかしながら、これらの大磁気容量の軸受は、軸が過渡状態に対してサイズ決定される。これらは高価であり、高価な電子装置によって駆動される。

軸の各端部に電気モータ及び圧縮セクションが装着された圧縮軸を含む高回転速度のモータ駆動圧縮機が、当該技術の状態から知られている。能動型磁気軸受は、圧縮セクションと電気モータとの間に配置される。

圧縮セクションが片持ちされているのは、圧縮軸の臨界速度の値を増加させるためであり、これは、電気モータの公称速度の値よりも大きい。

能動型磁気軸受及び電子制御装置は、軸受の磁気容量、ひいては軸受のコストを低減するために、モータ駆動圧縮機の公称動作に関してサイズ決定される。

しかしながら、ガス吸入口及び吐出口の接続フランジは、プロペラ軸の軸方向に配置されている。

圧縮ホイール又は電気モータ上のいかなる介入も、フランジに接続されたパイプを解体することを伴う。

加えて、各セクションは、ホイール選択を制限する単一の圧縮ホイールを含む。

モータ駆動圧縮機の圧縮率及び速度の変動範囲は低い。

低圧用途では、例えば、モータ駆動圧縮機が、大気圧から圧力１０バールまで、１時間当たり２０００立方メートル程度の低流量でガスを圧縮する場合、圧縮ライン全体は、５つの圧縮ホイールを含み得る。

拡張ホイールが片持ちされているモータ駆動圧縮機について説明する国際公開第２０１７／１５３３８７号を参照することができる。

ガスは、単一の片持ちホイールに通過するときに膨張する。

２つの受軸の間にある圧縮軸に装着された圧縮セクションと、圧縮機側の片持ち軸の自由端に装着され、閉じ込められた軸受を含む圧縮ホイールと、を含む、遠心圧縮機について説明する、国際公開第２０１５／０３２７５６号もまた参照され得る。

電気モータは、軸に接続されることが意図される。

全ての要素が駆動軸上に装着されたとき、軸受は、軸に装着された全ての要素によって半田付けされており、第１の曲げモードの臨界速度の値を低減する。

加えて、閉じ込められた軸受により、圧縮機の保守が複雑になる。

したがって、第１の曲げモードの臨界速度未満の公称臨界速度での動作を可能にしながら、モータ駆動圧縮機の動作範囲を拡大することによって、ホイールの制限された選択に関連する不利な点を克服し、モータ駆動圧縮機の保守を容易にすることが提案される。

以上を考慮して、複数の圧縮セクションを有するモータ駆動圧縮機が提案され、当該モータ駆動圧縮機は、
－少なくとも１つのハウジングと、
－少なくとも２つの伝達軸であって、少なくとも２つの軸受によってハウジング内で回転して支持される、少なくとも２つの伝達軸と、
－駆動軸を接続する可撓性連結装置と、
－少なくとも２つの駆動軸の第１の圧縮軸上に装着された電気モータと、
－少なくとも２つの圧縮セクションと、を含む。

少なくとも２つの圧縮セクションの第１の圧縮セクションは、少なくとも２つの駆動軸の第１の圧縮軸の自由端に片持ちされており、第２の圧縮セクションは、少なくとも２つの駆動軸の第２の圧縮軸上の２つの軸受の間に装着される。

好ましくは、第１の圧縮軸は第１の自由端を有し、第１の軸受対によって回転可能に支持される。

有利には、第２の圧縮軸は第２の自由端を有し、第２の軸受対によって回転可能に支持される。

１つの特徴によれば、可撓性連結装置は、第１の圧縮軸及び第２の駆動軸に接続される。

好ましくは、第１の圧縮セクションは、第１の駆動軸の自由端に片持ちされている。

有利には、第２の圧縮セクションは、第２の駆動軸の第２の軸受対の間に装着される。

別の特徴によれば、モータ駆動圧縮機は、
－第２の圧縮軸に装着された１つ以上の追加の圧縮セクションと、
－追加の圧縮セクションを隣接する圧縮セクションから分離する軸受と、を更に含む。

好ましくは、モータ駆動圧縮機は、
－少なくとも２つの軸受によってハウジング内に回転可能に支持される第３の圧縮軸と、
－第３の軸を第２の圧縮軸の第２の自由端に接続する第２の可撓性連結装置と、
－２つの軸受の間で第３の軸に装着された、少なくとも１つの追加の圧縮セクションと、を更に含む。

有利には、第２の可撓性連結装置は、第２の圧縮軸及び第３の駆動軸に接続される。

別の特徴によれば、第３の圧縮軸は第３の自由端を含み、第３の軸受対によって回転可能に支持される。

好ましくは、各圧縮セクションは、少なくとも１つの圧縮ホイールを含む。

有利には、片持ちされる圧縮セクションは、２つの圧縮ホイールを含む。

好ましくは、各圧縮セクションは、
－吸入口フランジと、
－吐出口フランジと、を含み
フランジは、駆動軸に対して垂直に配置されている。

別の特徴によれば、２つの軸受間に装着された、少なくとも１つの圧縮セクションは、２つの圧縮半セクションを含んでおり、それにより、駆動軸の回転中に、半セクションによって生成されるスラストが、駆動軸によって生成されるスラストを補償する。他の半セクション。

好ましくは、各圧縮半セクションは、
－吸入口フランジと、
－出力フランジと、を含み
フランジは、駆動軸に対して垂直に配置されている。

有利には、軸受は、能動型磁気軸受を含む。

好ましくは、モータ駆動圧縮機は、圧縮セクション及び／又は電気モータによって加えられるスラスト力の結果として圧縮軸の軸方向の変位を制御するように、少なくとも１つの圧縮セクションを含む、各圧縮軸に装着された軸方向スラスト受部を更に含む。

本発明の他の特徴及び利点は、単に非限定的な例としてのみ与えられる本発明の実施形態の以下の説明を読むこと、及び図面を参照することによって明らかとなろう。
モータ駆動圧縮機の第１の実施形態を示す。 モータ駆動圧縮機の第２の実施形態を示す。 モータ駆動圧縮機の第３の実施形態を示す。 モータ駆動圧縮機の第４の実施形態を示す。 モータ駆動圧縮機の第５の実施形態を示す。

例えば、ガス田からのガス又は石油田からの関連ガスを圧縮する、モータ駆動圧縮機１の第１の実施形態を説明する図１を参照する。

モータ駆動圧縮機１は、ハウジングを気密性にするように、中空の細長い本体３、及びその端部の各々にカバー４を含む、ハウジング２と、可撓性連結装置７によって互いに接続された２本の駆動軸５、６と、を含む。

可撓性連結装置７により、軸５及び６の曲げモードを分離して、各軸を動的にバランスさせ、軸の振動の挙動を独立させることができる。

第１の軸５は、２つの軸受８及び９によってハウジング２内で回転して支持されており、第２の軸６は、２つの軸受８及び９によってハウジング２内に回転可能に支持されている。

第１、第２、第３及び第４の軸受８、９、１０及び１１は同一であり、例えば、制御装置（図示せず）によって制御される能動型磁気軸受を含む。

モータ駆動圧縮機１は、第１の軸５及び第２の軸６を回転駆動する電気モータ１２を更に含み、ロータ１２ａは、第１及び第２の軸受８及び９の間で、第１の軸５に装着されている。

第１の圧縮セクション１３は、第１の軸５の自由端で片持ちされており、第２の圧縮セクション１４は、第２の軸６上の第３及び第４の軸受１０及び１１の間に装着されている。

各圧縮セクション１３及び１４は、ガス吸入口フランジ１３ａ及び１４ａと、ガス圧縮セクション１３及び１４によって圧縮されるガスの吐出口フランジ１３ｂ及び１４ｂと、吸入口及び吐出口フランジの第１の端部に接続されたカートリッジ１３ｃ及び１４ｃと、を含む。

吸入口及び吐出口フランジは、ガス処理装置、例えばガス冷却器、圧縮ガス貯蔵装置、大気圧におけるガス供給装置へ接続されることが意図されている。

各カートリッジ１３ｃ及び１４ｃは、吸入口フランジ１３ａ及び１４ａで受容されたガスを圧縮するように、ダイヤフラム（図示せず）と協働する圧縮ホイール１３ｄ、１３ｅ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ及び１４ｇを含む。

第１の軸方向スラスト受部１５は、第１の軸受８と可撓性連結装置７との間で第１の軸５に装着されており、第２の軸方向スラスト受部１６は、第３の軸受１０と第２の圧縮セクション１４．との間で第２の軸６に装着されている。

第１及び第２の軸方向スラスト受部１５及び１６は、ガスの圧縮中に、電気モータ及び軸上の圧縮セクションによってそれぞれ加えられる力を吸収する。それらは、モータ又は圧縮セクションによって加えられるスラスト力の結果として、軸５及び６の軸方向の変位を制御することを可能にする。

各軸に装着された軸方向スラスト受部の数及び場所は、少なくとも１つの圧縮セクションを含む各軸の軸方向の変位を制限するように決定される。

第１の圧縮セクション１３は、１つ以上の圧縮ホイール、好ましくは２つのホイール１３ｄ及び１３ｅを含んでもよい。

第２の圧縮セクション１４は、１つ以上の圧縮ホイール、好ましくは５つ以下のホイールを含んでもよい。

モータ駆動圧縮機１が動作する流量及び圧力の範囲内でモータ駆動圧縮機の効率を最適化するために、かつ軸受にかけられる応力を最小化するために、各圧縮セクションのホイール数及び各ホイール特徴が決定される。

好ましくは、この実施形態では、選択は、一般に最大７つのホイールを含む。

可撓性連結装置７により第１及び第２の軸の曲げモードを分離することが可能になるので、第１及び第２の軸受８及び９は、主に第１の圧縮セクション１３及び電気モータ１２のロータ１２ａによって生成される動的応力に従ってサイズ決定され、軸に装着された他の要素によって発生する応力は無視できる。第３及び第４の軸受１０及び１１は、主に第２の圧縮セクション１４によって生成される動的応力に応じてサイズ決定され、軸上に装着された他の要素は無視できるものである。

吸入口フランジ１３ａ及び吐出口フランジ１３ｂは、圧縮軸５に対して垂直に配置されているため、第１の圧縮セクション１３の圧縮ホイールは、カバー４を分解することによって容易にアクセス可能であり、かつ、劣化した場合、又は、モータ駆動圧縮機１の圧縮比を変更しなければならない場合、例えば、受容されるガスの圧力が、ガス田の運用フェーズに従って変動する場合に、容易に交換することができる。

本体３を分解すること、及び、モータ駆動圧縮機１の吸入口及び吐出口フランジに接続されたガス処理装置を分解することは必要ない。

好ましくは、第１の圧縮セクション１３は、その吸入口フランジ１３ａにおいて、モータ駆動圧縮機１に初めて入る、圧縮ホイールの腐食及び浸食を概して湿気促進するガスを受容する。

他の実施形態によれば、ハウジング２は、互いに接続されたいくつかのハウジング、例えば、モータ１２及び第１の圧縮セクション１３を含むモータハウジングと、第２の圧縮セクション１４を含む圧縮機ハウジングと、を含んでもよい。

更に他の実施形態によれば、ハウジング２は、モータ１２を含むモータハウジングと、第２の圧縮セクション１４を含む第１の圧縮機ハウジングと、第１の圧縮セクション１３を含む第２の圧縮機ハウジングと、を含んでもよい。

以下では、前述した要素と同一の要素は、同じ参照符号によって識別される。

モータ駆動圧縮機１の第２の実施形態を説明する図２を参照する。

この実施形態は、第３の圧縮セクション１７が第２の軸６の自由端に片持ちされている点で、第１の実施形態とは異なる。

第３の圧縮セクション１７は、第１の圧縮セクション１３と構成が同一であり、好ましくは２つの圧縮ホイールを含む。

第１の圧縮セクション１３の場合と同様に、第３の圧縮セクション１７のホイールは、カバー４を分解することによって容易にアクセス可能である。

追加の圧縮セクションにより、ホイールの選択を増加させることができる。したがって、モータ駆動圧縮機１によって生成される圧力比は、図１で説明される実施形態よりも大きい。

モータ駆動圧縮機１の圧力及び動作流量の範囲は、第１の実施形態と比較して拡張される。

この実施形態では、第３及び第４の軸受１０及び１１は、主に第２及び第３の圧縮セクション１４及び１７によって生成される動的応力に応じてサイズ決定されており、軸上に装着された他の要素による動的応力は無視できるものである。

図３は、第２の圧縮セクション１４が２つの圧縮半セクション１８及び１９を含んでおり、各圧縮半セクションの構成が圧縮セクション１３及び１７と同一の構成である点で、第２の実施形態とは異なるモータ駆動圧縮機１の第３の実施形態を示す。

２つの半セクション１８及び１９は、第２の軸６に装着されており、それにより、軸の回転中に、第１の半セクション１８によって生成されたスラストが第２の半セクション１９によって生成されたスラストを補償し、したがって、第２の圧縮セクション１４によって生成されて第２の軸方向スラスト受部１６に伝達されるスラストを低減する。

このような構成は、「Ｂａｃｋ ｔｏ Ｂａｃｋ型」として知られている。

当然のことながら、片持ちでない任意の圧縮セクションは、２つの圧縮半セクションを含んでもよい。

図４は、第１、第２、及び第３の圧縮セクションと同一の構成の第４の圧縮セクションを更に含んでおり、好ましくは５つの圧縮ホイールを含む、モータ駆動圧縮機１の第４の実施形態を説明する。

この実施形態は、第２及び第３の圧縮セクション１４及び１７の間に、第２の軸６に第４の圧縮セクション２０が装着されている点で、第２の実施形態とは異なる。

第４の圧縮セクション２０は、第４の軸受１１によって第２の圧縮セクション１４及び１７から分離されており、第５の軸受２１によって第３の圧縮セクション１７から分離されている。

圧縮セクションのホイールの数及び特徴は、軸受に加えられる応力を制限するために、かつ所望の圧縮比に到達するために選択される。

少なくとも第４の圧縮セクションを追加することにより、モータ駆動圧縮機を、高い圧縮比での軽いガスの圧縮用途、例えば、１０超の圧力比で圧縮された純粋なメタンに適合させることができる。

更に、圧縮セクション又は圧縮半セクションの追加は、各圧縮工程後のガスの冷却を最適化する。

実際、圧縮セクションの吐出口フランジと、隣接する圧縮セクションの吸入口フランジとの間にガス冷却器を追加することは容易である。

モータ駆動圧縮機１の第５の第３の［ｓｉｃ］実施形態を示す図５を参照する。この実施形態は、第３及び第４の圧縮セクション１７及び２０の一方及び第５の軸受２１が、第２の軸６の自由端へ接続された第３の軸２２に、第２の可撓性連結装置２３によって装着される点で、第４の実施形態とは異なる。

第３の圧縮セクション１７は、第３の軸２２の自由端に片手持ちされており、第４の圧縮セクション２０は、第５の軸受２１と、第２の可撓性連結装置２３と第４の圧縮セクション２０との間に配置された第６の軸受２４との間に装着される。

第３の軸２２は、第３の圧縮セクション１７と第５の軸受２１との間に装着される第３の軸方向スラスト受部２５を更に備える。

第４の実施形態と比較して、同じ数の圧縮セクションに関して、第２の可撓性連結装置２３により、第２及び第３の軸の曲げモードを分離することができ、したがって、第２、第３、及び第４の圧縮セクション１４、１７、及び２０が装着されている駆動軸の第１の曲げモードの臨界速度の値が増加する。

この実施形態では、第３及び第４の軸受１０及び１１は、主に第２の圧縮セクション１４によって生成される動的応力に従ってサイズ決定されており、第５及び第６の軸受２１及び２４は、主に第３及び第４の圧縮セクション１７及び２０によって生成される動的応力に応じてサイズ決定されており、第２及び第３の軸６及び２２に装着された他の要素による動的応力は、無視できるものである。

有利には、少なくとも１つの圧縮セクションの片持ち配置及び可撓性連結装置の使用により、駆動軸の第１の曲げモードの臨界速度の値を、モータ駆動圧縮機の公称動作速度の値よりも大きい値に増加させることができる。

その結果として、軸を支持する軸受は、軸が第１の曲げモードを通ることを考慮することなくサイズ決定することができ、それによって軸受の磁気容量を低減することができる。

加えて、少なくとも１つの片持ちされる圧縮セクションを装着することによって、当該セクションに装着されたホイールの交換が容易になる。

Claims (17)

1. 複数の圧縮セクションを有するモータ駆動圧縮機であって、前記モータ駆動圧縮機が、
   －少なくとも１つのハウジング（２）と、
   －少なくとも２つの駆動軸（５、６）であって、
   少なくとも２つの軸受（８、９、１０、１１、２１、２４）によって前記ハウジング内に回転可能に支持されている、少なくとも２つの駆動軸（５、６）と、
   －前記駆動軸を接続する可撓性連結装置（７）と、
   －前記少なくとも２つの駆動軸の第１の圧縮軸（５）に装着されている電気モータ（１２）と、
   －少なくとも２つの圧縮セクション（１３、１４、１７、２０）と、
   を備えており、
   前記少なくとも２つの圧縮セクションの第１の圧縮セクション（１３、１７）が、前記少なくとも２つの駆動軸の第１の圧縮軸の自由端に片持ちされており、第２の圧縮セクション（１４、２０）が、前記少なくとも２つの駆動軸の第２の圧縮軸（６）の２つの軸受（１０、１１、２１）の間に装着されていることを特徴とする、モータ駆動圧縮機。
2. 前記第１の圧縮軸（５）が、第１の自由端を備えており、第１の軸受対（８、９）によって回転可能に支持されている、請求項１に記載のモータ駆動圧縮機。
3. 前記第２の圧縮軸（６）が、第２の自由端を備えており、第２の軸受対（１０、１１）によって回転可能に支持されている、請求項１及び２のいずれかに記載のモータ駆動圧縮機。
4. 前記可撓性連結装置（７）が、前記第１の圧縮軸（５）及び前記第２の圧縮軸（６）に接続されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
5. 第１の圧縮セクション（１３）が、前記第１の圧縮軸（５）の自由端に片持ち装着されている、請求項２～４のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
6. 第２の圧縮セクション１４が、前記第２の圧縮軸（６）の前記第２の軸受対（１０、１１）の間に装着されている、請求項３～５のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
7. －前記第２の圧縮軸（６）に装着された１つ以上の追加の圧縮セクション（２０）と、
   －前記追加の圧縮セクション（２０）を、隣接する圧縮セクションから分離する軸受（１１、２１）と、
   を更に備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
8. －少なくとも２つの軸受（２１、２４）によって、前記ハウジング内に回転可能に支持されている第３の圧縮軸（２２）と、
   －前記第３の軸を前記第２の圧縮軸（６）の前記第２の自由端に接続する第２の可撓性連結装置（２５）と、
   －前記２つの軸受（２１、２４）の間で前記第３の軸に装着された少なくとも１つの追加の圧縮セクション（２０）と、
   を更に備える、請求項３～７のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
9. 前記第２の可撓性連結装置（２５）が、前記第２の圧縮軸（６）及び前記第３の圧縮軸（２２）に接続されている、請求項８に記載のモータ駆動圧縮機。
10. 前記第３の圧縮軸（２２）が、第３の自由端を備えており、第３の軸受対（２１、２４）によって回転可能に支持されている、請求項８又は９に記載のモータ駆動圧縮機。
11. 各圧縮セクションが、少なくとも１つの圧縮ホイール（１３ｄ、１３ｅ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ）を備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
12. 前記片持ちされる圧縮セクション（１３、１７）が、２つの圧縮ホイール（１３ｄ、１３ｅ）を備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
13. 各圧縮セクション（１３、１４、１７、２０）が、
    －吸入口フランジ（１３ａ、１４ａ）と、
    －吐出口フランジ（１３ｂ、１４ｂ）と、を備えており、
    前記フランジが、前記駆動軸（５、６）に対して垂直に配置されている、請求項１～１２のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
14. ２つの軸受（１１、１６）の間に装着された少なくとも１つの圧縮セクション（１４）が、２つの圧縮半セクション（１８、１９）を備えており、それにより、駆動軸の回転中に、半セクションによって生成されるスラストが、前記他の半セクションによって生成されるスラストを補償する、請求項１～１３のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
15. 各圧縮半セクション（１８、１９）が、
    －吸入口フランジと、
    －吐出口フランジと、を備えており、
    前記フランジが、前記駆動軸（５、６）に対して垂直に配置されている、請求項１４に記載のモータ駆動圧縮機。
16. 前記軸受（８、９、１０、１１、２１、２４）が、能動型磁気軸受を備える、請求項１～１５のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。
17. 軸方向スラスト受部（１５、１６、２５）であって、各圧縮軸（５、６、２２）に装着されており、前記圧縮セクション及び／又は電気モータ（１２）によって加えられるスラスト力の結果としての前記圧縮軸の軸方向の変位を制御するように、少なくとも１つの圧縮セクション（１３、１４、１７、２０）を備える、軸方向スラスト受部（１５、１６、２５）を更に備える、請求項１～１６のいずれか一項に記載のモータ駆動圧縮機。

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