JP3189239U

JP3189239U - ターボ機械

Info

Publication number: JP3189239U
Application number: JP2013007228U
Authority: JP
Inventors: 臣吾木村; 光裕成田; 涛胡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2023-12-19

Abstract

【課題】アウターケーシングとヘッドフランジとの嵌合部をシールするシール部材の交換を容易にするターボ機械を提供する。【解決手段】ターボ機械としての遠心圧縮機は、アウターケーシング１における突出部１１の軸方向外側に位置する端面である被当接面１５に当接する座面４１と、ヘッドフランジ３における段付き部３１の小径面３３に嵌合する内周面４２とを有する固定部材４を備えている。また、遠心圧縮機は、アウターケーシング１の被当接面１５と固定部材４の座面４１との間をシールする第１のシール部材５１と、段付き部３１の小径面３３と固定部材４の内周面４２との間をシールする第２のシール部材５２と、固定部材４をアウターケーシング１の被当接面１５に押し付けるボルト部材７１とを備えている。【選択図】図２

Description

本考案は、ポンプや圧縮機等のターボ機械に関する。

ターボ機械の背景技術として、一軸多段型の遠心圧縮機の例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の遠心圧縮機は、円筒形状のバレル型ケーシング（アウターケーシング）１と、回転軸２２と該回転軸２２に取り付けられるインペラ（羽根車）２１とを有する回転体と、アウターケーシング１の径方向内側に嵌合し回転体との間で作動流体の流路を形成するインナーケーシング２３と、インナーケーシング２３の軸方向の一端側に配置されるヘッドフランジと、インナーケーシング２３の軸方向の他端側に配置されるヘッドカバー２とを備えている。

特開２０１０−２５５４５９号公報

特許文献１に記載の遠心圧縮機は、アウターケーシング１に対して軸方向に、ヘッドフランジが入れ込まれた後、回転体とインナーケーシング２３とが一緒に入れ込まれ、それからヘッドカバー２で蓋をする構造とされている。ここで、ヘッドカバー２は、シェアキー５ａ，５ｂにより軸方向外方への移動が規制される。

図５は、従来のアウターケーシング１とヘッドフランジ３との嵌合部のシール構造を示す部分拡大断面図である。図５に示すように、ヘッドフランジ３の外周面の軸方向外側には段付き部３１が形成されており、この段付き部３１は、アウターケーシング１の内周面に形成された突出部１１の軸方向内側の端面に当接する側面と突出部１１の内周面に嵌合する小径面とを有している。ヘッドフランジ３は、アウターケーシング１の突出部１１に当接して軸方向外方への移動が規制される。そして、段付き部３１の小径面に形成された環状の溝に、Ｏリング等のシール部材５０が取り付けられており、これにより、アウターケーシング１とヘッドフランジ３との嵌合部がシールされ、高圧ガスが外部へ漏洩しないようになっている。

この場合、シール部材５０は、経年劣化が避けられず、シール性を良好に維持するために、定期的あるいは状況に応じて不定期に交換する必要がある。その際には、圧縮機を分解し、ヘッドカバーと、回転体を内包するインナーケーシングとを軸方向に抜き出した後、ヘッドフランジ３を抜き出して、ヘッドフランジ３に設置されているシール部材５０を交換しなければならない。そのため交換作業にコストと時間を要していた。

本考案は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、ターボ機械におけるアウターケーシングとヘッドフランジとの嵌合部をシールするシール部材の交換を容易にすることにある。

上記目的を達成すべく、本考案に係るターボ機械は、軸方向の一端側の内周面に半径方向内方に突出して一体に形成された環状の突出部を有する円筒形状のアウターケーシングと、回転軸と該回転軸に取り付けられる羽根車とを有する回転体と、前記アウターケーシングの径方向内側に嵌合し前記回転体との間で作動流体の流路を形成するインナーケーシングと、前記インナーケーシングの軸方向の一端側に配置され、前記突出部の軸方向内側の端面に当接する側面と前記突出部の内周面に嵌合する小径面とを有する段付き部が外周面の軸方向外側に形成されたヘッドフランジと、前記インナーケーシングの軸方向の他端側に配置されるヘッドカバーと、前記アウターケーシングにおける前記突出部の軸方向外側に位置する端面である被当接面に当接する座面と前記ヘッドフランジにおける前記段付き部の前記小径面に嵌合する内周面とを有する固定部材と、前記アウターケーシングの前記被当接面と前記固定部材の前記座面との間をシールする第１のシール部材と、前記段付き部の前記小径面と前記固定部材の前記内周面との間をシールする第２のシール部材と、前記固定部材を前記アウターケーシングの前記被当接面に押し付ける押付け部材と、を備える。

本考案によれば、ターボ機械におけるアウターケーシングとヘッドフランジとの嵌合部をシールするシール部材の交換を容易にすることができる。

本考案のターボ機械の一実施形態に係る遠心圧縮機を示す概略縦断面図である。図１に示すＡ部の拡大図である。図１の駆動機側から見た側面図である。第１のシール部材および第２のシール部材の交換作業を説明するための分解断面図である。従来のアウターケーシングとヘッドフランジとの嵌合部のシール構造を示す部分拡大断面図である。

本考案の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。

図１は、本考案のターボ機械の一実施形態に係る遠心圧縮機１０を示す概略縦断面図である。図２は、図１に示すＡ部の拡大図である。図３は、図１の駆動機側から見た側面図である。なお、図３では、吸入口１８と吐出口１９（図１参照）を形成する各ノズルの表示は省略してある。

図１に示すように、本考案のターボ機械の一実施形態に係る遠心圧縮機１０は、一軸多段型の遠心圧縮機である。遠心圧縮機１０は、円筒形状のアウターケーシング１と、回転軸２２と該回転軸２２に取り付けられるインペラ（羽根車）２１とを有する回転体２０と、アウターケーシング１の径方向内側に嵌合し回転体との間で作動ガス（流体）の流路を形成するインナーケーシング２３と、インナーケーシング２３の軸方向の一端側、すなわち駆動機側に配置されるヘッドフランジ３と、インナーケーシング２３の軸方向の他端側、すなわち反駆動機側に配置されるヘッドカバー２とを備えている。なお、ヘッドカバー２は、ヘッドフランジと呼称されることもある。

インナーケーシング２３は、半割れ形状の一対の部品を備えており、かかる一対の部品が回転体２０に対して半径方向の対向する両側から挟むように被せられてボルト締めにより結合されている。インペラ２１は、回転軸２２に焼き嵌め等により固定されている。インペラ２１の設置数は、ここでは４段であるが、これに限定されるものではなく、単数であってもよく、４段以外の複数段であってもよい。回転軸２２のヘッドフランジ３側の端部は、カップリング（図示せず）を介して、電動機等の駆動機（図示せず）に接続されている。

遠心圧縮機１０は、アウターケーシング１に対して軸方向に、ヘッドフランジ３が入れ込まれた後、回転体２０を内包するインナーケーシング２３が入れ込まれ、それからヘッドカバー２で蓋がされる構造となっている。すなわち、回転体２０とともにインナーケーシング２３を軸方向にアウターケーシング１内に入れ込むことから、アウターケーシング１の軸方向の少なくとも一方の端部は開放端となっている。この開放端にヘッドカバー２を入れ込んで蓋をした後に、ここではシェアキー２５を用いてヘッドカバー２を固定して開放端を封止する。

シェアキー２５は、環状体が周方向に分割された複数の部材を備えるキー部材を軸方向の内側と外側に一対並べて構成されており、ヘッドカバー２は、シェアキー２５により軸方向外方への移動が規制される。なお、ヘッドカバー２を固定する構造は、シェアキー２５を用いた構造に限定されるものではなく、例えばヘッドカバー２をアウターケーシング１にボルト締めする構造が採用されてもよい。

また、遠心圧縮機１０は、ガスを吸入する吸入口１８と、圧縮されたガスを吐出する吐出口１９とを備えている。吸入口１８と吐出口１９を形成する各ノズルは、アウターケーシング１の外周面に溶接によりそれぞれ接合されている。

図２に示すように、アウターケーシング１は、軸方向の一端側、すなわち駆動機側（図１参照）の内周面１２に半径方向内方に突出して一体に形成された環状の突出部１１を有している。一方、ヘッドフランジ３の外周面３５の軸方向外側、すなわち駆動機側には、アウターケーシング１における突出部１１の軸方向内側の端面１３に当接する側面３２と、突出部１１の内周面１４に嵌合する小径面３３とを有する段付き部３１が形成されている。ヘッドフランジ３は、段付き部３１の側面３２がアウターケーシング１の突出部１１の軸方向内側の端面１３に当接して軸方向外方への移動が規制される。

遠心圧縮機１０は、固定部材４を備えており、この固定部材４は、アウターケーシング１における突出部１１の軸方向外側に位置する端面である被当接面１５に当接する座面４１と、ヘッドフランジ３における段付き部３１の小径面３３に嵌合する内周面４２とを有している。

なお、小径面３３は、突出部１１の内周面１４に嵌合する第１小径面と、該第１小径面よりも外径が小さくされた固定部材４の内周面４２に嵌合する第２小径面とを備えるように段差を有する構成とされてもよい。

図２および図３に示すように、固定部材４は、円環形状を呈しており、アウターケーシング１の被当接面１５に、押付け部材としてのボルト部材７１がねじ込まれることにより締結されて押し付けられる。なお、固定部材４の、アウターケーシング１の被当接面１５への押付け構造は、前記したボルト締結構造に限定されるものではなく、例えばアウターケーシング１の一部と固定部材４の軸方向外側の端面４３とを挟持部材により軸方向に挟み込む構造が採用され得る。

また、遠心圧縮機１０は、アウターケーシング１の被当接面１５と固定部材４の座面４１との間をシールするＯリング等の第１のシール部材５１と、段付き部３１の小径面３３と固定部材４の内周面４２との間をシールするＯリング等の第２のシール部材５２とを備えている。なお、第１のシール部材５１および第２のシール部材５２の設置数は、図２では単数であるが、作動ガスが高圧の場合等には、複数であってもよい。

第１のシール部材５１は、アウターケーシング１の被当接面１５に形成された環状の第１の溝５３に取り付けられており、第２のシール部材５２は、段付き部３１の小径面３３に形成された環状の第２の溝５４に取り付けられている。ただし、第１のシール部材５１は、固定部材４の座面４１に形成された環状の溝に取り付けられてもよい。また、第２のシール部材５２は、固定部材４の内周面４２に形成された環状の溝に取り付けられてもよい。さらに、第１のシール部材５１として、シート状のパッキンを使用することも可能であり、この場合、環状の第１の溝５３の形成は省略される。

第２の溝５４内には、バックアップリング５５が取り付けられている。これにより、第２のシール部材５２が第２の溝５４からはみ出すことが確実に防止されるようになっている。ただし、バックアップリング５５の設置は省略可能である。

また、遠心圧縮機１０は、第２の固定部材６を備えており、この第２の固定部材６は、ヘッドフランジ３の軸方向外側の端面３４と固定部材４の軸方向外側の端面４３との両方に対向する対向面６１を有している。

第２の固定部材６は、円環形状を呈しており、ヘッドフランジ３の軸方向外側の端面３４に、第２の押付け部材としてのボルト部材７２がねじ込まれることにより締結されて押し付けられる。固定部材４の軸方向の長さＬ１は、アウターケーシング１の突出部１１の端面１３とヘッドフランジ３の段付き部３１の側面３２とが接触した場合における、アウターケーシング１の被当接面１５とヘッドフランジ３の軸方向外側の端面３４との間の軸方向の距離Ｌ２と、ほぼ等しくなるように設定されている。

次に、このように構成された遠心圧縮機１０の作用について説明する。
遠心圧縮機１０の運転が開始されると、駆動機（図示せず）の作動により、回転軸２２が回転駆動される。そして、遠心圧縮機１０は、吸入口１８からガスを吸入し、回転体２０のインペラ２１の回転によってガスを圧縮して、圧縮されたガスを吐出口１９から吐き出す。

このとき、アウターケーシング１の被当接面１５と固定部材４の座面４１との間、すなわちアウターケーシング１とヘッドフランジ３との嵌合部における径方向外方へのガスの漏れ流路は、第１のシール部材５１によってシールされる。また、段付き部３１の小径面３３と固定部材４の内周面４２との間、すなわちアウターケーシング１とヘッドフランジ３との嵌合部における軸方向外方へのガスの漏れ流路は、第２のシール部材５２によってシールされる。これにより、アウターケーシング１とヘッドフランジ３との嵌合部が、全体として確実にシールされ、圧縮後の高圧ガスが外部へ漏洩することはない。

一方、第１のシール部材５１および第２のシール部材５２のシール性を良好に維持するために、これらを交換する作業は、次のように行われる。図４は、第１のシール部材５１および第２のシール部材５２の交換作業を説明するための分解断面図である。

図４に示すように、第１のシール部材５１および第２のシール部材５２を交換する際には、まず、ボルト部材７２を緩めて第２の固定部材６をヘッドフランジ３の軸方向外側の端面３４から取り外す。続いて、ボルト部材７１を緩めて固定部材４をアウターケーシング１の被当接面１５から取り外す。これにより、第１の溝５３に取り付けられている第１のシール部材５１と、第２の溝５４に取り付けられている第２のシール部材５２とを外部に露出させることができ、第１のシール部材５１および第２のシール部材５２の交換が可能となる。

従来では、ヘッドフランジ３に設置されているシール部材の交換は、アウターケーシング１からヘッドカバー２、回転体２０を内包するインナーケーシング２３、およびヘッドフランジ３を順次軸方向の反駆動側（図１参照）に抜き出した後に実施せざるを得なかった（図５参照）。このため、シール部材の交換作業にコストと時間を要していたが、本実施形態では、かかる煩雑な作業を解消することができる。

前記したように、本実施形態に係る遠心圧縮機１０は、アウターケーシング１における突出部１１の軸方向外側に位置する端面である被当接面１５に当接する座面４１と、ヘッドフランジ３における段付き部３１の小径面３３に嵌合する内周面４２とを有する固定部材４を備えている。また、遠心圧縮機１０は、アウターケーシング１の被当接面１５と固定部材４の座面４１との間をシールする第１のシール部材５１と、段付き部３１の小径面３３と固定部材４の内周面４２との間をシールする第２のシール部材５２と、固定部材４をアウターケーシング１の被当接面１５に押し付けるボルト部材７１とを備えている。

したがって、本実施形態によれば、ターボ機械としての遠心圧縮機１０におけるアウターケーシング１とヘッドフランジ３との嵌合部をシールするシール部材５１，５２の交換を容易にすることができる。

また、本実施形態では、第１のシール部材５１は、アウターケーシング１の被当接面１５に形成された環状の第１の溝５３に取り付けられ、第２のシール部材５２は、段付き部３１の小径面３３に形成された環状の第２の溝５４に取り付けられる。このような構成によれば、遠心圧縮機１０の組立の際に、シール部材５１，５２が溝５３，５４から脱落しにくくなり、組立作業性が向上する。

また、本実施形態では、ヘッドフランジ３の軸方向外側の端面３４と固定部材４の軸方向外側の端面４３との両方に対向する対向面６１を有する第２の固定部材６と、第２の固定部材６をヘッドフランジ３の軸方向外側の端面３４に押し付けるボルト部材７２とをさらに備えている。このような構成によれば、遠心圧縮機１０の組立時や例えば内部を真空にする試験時等の非運転時に、ヘッドフランジ３が軸方向内方へ移動することを規制することができる。

以上、本考案について実施形態に基づいて説明したが、本考案は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本考案を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。前記した実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、前記実施形態では、遠心圧縮機１０について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばポンプ等の他のターボ機械にも適用可能である。

１アウターケーシング
２ヘッドカバー
３ヘッドフランジ
４固定部材
６第２の固定部材
１０遠心圧縮機
１１突出部
１２内周面
１３端面
１４内周面
１５被当接面
２０回転体
２１インペラ（羽根車）
２２回転軸
２３インナーケーシング
３１段付き部
３２側面
３３小径面
３４端面
３５外周面
４１座面
４２内周面
４３端面
５１第１のシール部材
５２第２のシール部材
５３第１の溝
５４第２の溝
６１対向面
７１ボルト部材（押付け部材）
７２ボルト部材（第２の押付け部材）

Claims

軸方向の一端側の内周面に半径方向内方に突出して一体に形成された環状の突出部を有する円筒形状のアウターケーシングと、
回転軸と該回転軸に取り付けられる羽根車とを有する回転体と、
前記アウターケーシングの径方向内側に嵌合し前記回転体との間で作動流体の流路を形成するインナーケーシングと、
前記インナーケーシングの軸方向の一端側に配置され、前記突出部の軸方向内側の端面に当接する側面と前記突出部の内周面に嵌合する小径面とを有する段付き部が外周面の軸方向外側に形成されたヘッドフランジと、
前記インナーケーシングの軸方向の他端側に配置されるヘッドカバーと、
前記アウターケーシングにおける前記突出部の軸方向外側に位置する端面である被当接面に当接する座面と前記ヘッドフランジにおける前記段付き部の前記小径面に嵌合する内周面とを有する固定部材と、
前記アウターケーシングの前記被当接面と前記固定部材の前記座面との間をシールする第１のシール部材と、
前記段付き部の前記小径面と前記固定部材の前記内周面との間をシールする第２のシール部材と、
前記固定部材を前記アウターケーシングの前記被当接面に押し付ける押付け部材と、
を備えることを特徴とするターボ機械。
前記第１のシール部材は、前記アウターケーシングの前記被当接面に形成された環状の第１の溝に取り付けられ、前記第２のシール部材は、前記段付き部の前記小径面に形成された環状の第２の溝に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のターボ機械。
前記ヘッドフランジの軸方向外側の端面と前記固定部材の軸方向外側の端面との両方に対向する対向面を有する第２の固定部材と、
前記第２の固定部材を前記ヘッドフランジの軸方向外側の前記端面に押し付ける第２の押付け部材と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボ機械。