JP4897018B2 - 機械ユニットの配置システム - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機ユニットや膨張機ユニット等の機械ユニットの配置システムに関する。

あるプロセスガスを圧縮する圧縮機（ユニット）と処理された後の排気ガス等を利用して動力を回収する膨張機（ユニット）を同一軸で共通トレインとして配置する場合、従来ではギアドタイプ（増速歯車式）の圧縮機、膨張機が考えられ、例えば図２に示すように、１トレイン当たり、各１台の圧縮機、膨張機及び駆動機（ユニット）で構成される（特許文献１参照）。

図２に示す機械列（トレイン）はある化学プラントにおけるもので、１台の駆動機（蒸気タービン及び凝縮機）１００と１台のギアドタイプの（多段）圧縮機１０１と１台のモータ／発電機１０２と１台のギアドタイプの（多段）膨張機１０３とを有し、個々のユニットは互いに連結され、１つのベースフレーム、つまり機械テーブル１０４上に取付けられており、この機械テーブル１０４の下方に複数の冷却器、１つの凝縮器、施設の運転に不可欠なその他の機器がある。

この機械列は、蒸気が存在する限り、駆動機１００としての蒸気タービンで始動することができる。その場合、モータ／発電機１０２はモータの同期回転数以降に機械列の駆動を引き受ける。化学プロセスが開始され、プロセスからの排ガスまたは排蒸気が膨張機１０３を駆動して以降にはじめて、当該膨張機１０３は出力を発生する。こうしてエネルギーの一部を回収することができる。

また、機械列はモータ／発電機１０２で始動させることもできる。始動後に化学プロセスが経過する結果として蒸気がはじめて発生されると、蒸気タービンは駆動機１００として機械列をさらに駆動する。

特開２００６−２００５３１号公報（第４頁、図１）

しかしながら、図２に示すような機械列にあっては、各ユニットが１台ずつのトレイン構成のため、伝達動力が大きく、それを満足する軸剛性が必要となり、シャフトや回転機そのものが大きくなる。因みに、ギアドタイプはその構造から複数軸となり、その複雑性から２台に分けることは通常しないのである。

また、ギアドタイプは前述のとおり複数軸であり、また、圧縮機と膨張機の使用温度条件の違いから、軸アライメントの考慮は非常に難しくなる。

そのため、機械全体の信頼性のみならず、メンテナンス性の面からも不安があるという問題点があった。

そこで、本発明は、圧縮機ユニット及び膨張機ユニットの配置をより簡素化して機械全体の信頼性のみならず、メンテナンス性の面からも非常に有効な機械ユニットの配置システムを提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係る機械ユニットの配置システムは、
駆動機ユニットの両側に一軸多段構造で複数セクションからなる低圧側及び高圧側圧縮機ユニットを複数台に分けて配置し、これらの圧縮機ユニットの外側に一軸多段構造で複数セクションからなる低圧側及び高圧側膨張機ユニットを複数台に分けて配置すると共に、前記各ユニットをカップリングを介して単一軸からなるロータ軸で連結して各ロータ軸でのトルク配分を最適にしたことを特徴とする。
また、
前記低圧側及び高圧側圧縮機ユニットと前記低圧側及び高圧側膨張機ユニットのセクションは、ガス流れ方向がロータ軸の相反方向に二分されるように複数設けられることを特徴とする。

また、
前記駆動機ユニットと圧縮機ユニットと膨張機ユニットが載置された機械テーブルの下方に、各ユニットに対応する熱交換器をその対応するユニットの直下に位置してそれぞれ配置したことを特徴とする。

また、
前記少なくとも駆動機ユニットと圧縮機ユニットの熱交換器は、前記ロータ軸と直角な方向に配置されることを特徴とする。

本発明に係る機械ユニットの配置システムによれば、一軸多段構造の圧縮機ユニットと膨張機ユニットを適用することにより、当該圧縮機ユニットと膨張機ユニットを２台以上に分割することが容易となり、各ロータ軸でのトルク（伝達動力）配分を最適化でき、ロータ軸、回転機をコンパクトにできる。また、一軸多段の単一ケーシング構造では軸中心位置で簡単にサポートできる上、単一軸からなるロータ軸のため、軸アライメントの考慮も容易である。

これらの結果、圧縮機ユニット及び膨張機ユニットの配置をより簡素化して機械全体の信頼性のみならず、メンテナンス性の面からも非常に有効な機械ユニットの配置システムが実現される。

本発明の一実施例を示す機械ユニットの配置システムの説明図である。 従来の機械ユニットの配置システムの説明図である。

以下、本発明に係る機械ユニットの配置システムを実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示す機械ユニットの配置システムの説明図である。

図１に示すように、機械テーブル２０上には、駆動機ユニットとしての蒸気タービン１０の両側に位置して一軸多段構造で２セクションからなる遠心式の圧縮機が低圧側の圧縮機（ユニット）１１Ａと高圧側の圧縮機（ユニット）１１Ｂとに２台に分かれて配置され、これらの圧縮機１１Ａ，１１Ｂの外側に位置して同じく一軸多段構造で２セクションからなる半径流式の膨張機が低圧側の膨張機（ユニット）１２Ａと高圧側の膨張機（ユニット）１２Ｂとに２台に分かれて配置される。

そして、前記蒸気タービン１０と低圧側及び高圧側圧縮機１１Ａ，１１Ｂと低圧側及び高圧側膨張機１２Ａ，１２Ｂとは、図示しない所要のカップリングを介して単一軸からなるロータ軸（図中鎖線参照）で連結され、前記各ロータ軸でトルク（伝達動力）配分が最適になるよう設定されている。

一方、機械テーブル２０の下方（厳密には機械テーブル内）には、蒸気タービン１０から排出された蒸気を水で冷却して復水するシェル＆チューブ型のコンデンサ（熱交換器）１３が蒸気タービン１０の直下に位置してロータ軸と直角な方向にそれぞれ配置されると共に、低圧側及び高圧側圧縮機１１Ａ，１１Ｂ用の２セクション分のシェル＆チューブ型のガスクーラ（熱交換器）１４ａ，１４ｂ及び１５ａ，１５ｂがそれぞれ対応する低圧側及び高圧側圧縮機１１Ａ，１１Ｂの直下に位置してロータ軸と直角な方向にそれぞれ配置される。

また、低圧側及び高圧側膨張機１２Ａ，１２Ｂ用の２セクション分の箱型の熱交換器（シェル＆チューブ型のガスクーラ（熱交換器）でも良い）１６ａ，１６ｂ及び１７ａ，１７ｂがそれぞれ対応する低圧側及び高圧側膨張機１２Ａ，１２Ｂの直下に位置してそれぞれ配置される。熱交換器１６ａ，１６ｂ及び１７ａ，１７ｂはロータ軸と直角な方向に縦列配置される。

このように構成されるため、蒸気タービン１０に図示しない蒸気源から蒸気が供給されると、この蒸気タービン１０に単一軸からなるロータ軸で連結した低圧側及び高圧側圧縮機１１Ａ，１１Ｂと低圧側及び高圧側膨張機１２Ａ，１２Ｂが回転駆動される。

そして、低圧側圧縮機１１Ａに供給されたプロセスガスは２つの圧縮機セクションにより圧縮されるが、この際圧縮ガスは各セクション毎にガスクーラ１４ａ，１４ｂで冷却される。低圧側圧縮機１１Ａを出たプロセスガスは高圧側圧縮機１１Ｂに供給され、この高圧側圧縮機１１Ｂにおいても２つの圧縮機セクションにより圧縮されると共にその圧縮ガスは各セクション毎にガスクーラ１５ａ，１５ｂで冷却される（以上図中の鎖線で示した配管参照）。高圧側圧縮機１１Ｂを出たプロセスガスは、所要の処理設備に供給される。

一方、高圧側膨張機１２Ｂに供給された処理済みの高圧のガスは２つの膨張機セクションにより吸込・膨張されて動力を回収するが、この際膨張ガスは各セクション毎に熱交換器１７ａ，１７ｂで熱源として利用される。高圧側膨張機１２Ｂを出た膨張ガスは低圧側膨張機１２Ａに供給され、この低圧側膨張機１２Ａにおいても２つの膨張機セクションにより吸入・膨張されて動力を回収すると共にその膨張ガスは各セクション毎に熱交換器１７ａ，１７ｂで冷却される（以上図中の破線で示した配管参照）。

このように本実施例では、一軸多段構造の圧縮機ユニットと膨張機ユニットを適用することにより、低圧側及び高圧側圧縮機１１Ａ，１１Ｂや低圧側及び高圧側膨張機１２Ａ，１２Ｂを２台以上（図示例では２台）に分割することが容易となり、各ロータ軸でのトルク（伝達動力）配分を最適化でき、ロータ軸や回転機をコンパクトにできる。また、各ユニットは一軸多段の単一ケーシング構造を実現でき、これにより軸中心位置で簡単にサポートできる上、単一軸からなるロータ軸のため、軸アライメントの考慮も容易となる。

また、低圧側及び高圧側圧縮機１１Ａ，１１Ｂ用のガスクーラ１４ａ，１４ｂ及び１５ａ，１５ｂや低圧側及び高圧側膨張機１２Ａ，１２Ｂ用の熱交換器１６ａ，１６ｂ及び１７ａ，１７ｂもコンパクトとなるため、これらは全て回転機の直下に効果的に配置することが可能となる。

これらの結果、圧縮機ユニット及び膨張機ユニットの配置をより簡素化して機械全体の信頼性のみならず、メンテナンス性の面からも非常に有効な機械ユニットの配置システムが実現される。

尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で圧縮機及び膨張機の台数変更（３台以上）や各圧縮機及び膨張機におけるセクション数変更等各種変更が可能であることはいうまでもない。

本発明に係る機械ユニットの配置システムは、あるプロセスガスを圧縮する圧縮機と処理された後の排気ガス等を利用して動力を回収する膨張機を備えた化学プラント等に適用することができる。

１０ 蒸気タービン
１１Ａ，１１Ｂ 低圧側及び高圧側圧縮機
１２Ａ，１２Ｂ 低圧側及び高圧側膨張機
１３ 凝縮器
１４ａ，１４ｂ 低圧側圧縮機用ガスクーラ
１５ａ，１５ｂ 高圧側圧縮機用ガスクーラ
１６ａ，１６ｂ 低圧側膨張機用熱交換器
１７ａ，１７ｂ 高圧側膨張機用熱交換器
２０ 機械テーブル

Claims (4)

1. 駆動機ユニットの両側に一軸多段構造で複数セクションからなる低圧側及び高圧側圧縮機ユニットを複数台に分けて配置し、これらの圧縮機ユニットの外側に一軸多段構造で複数セクションからなる低圧側及び高圧側膨張機ユニットを複数台に分けて配置すると共に、前記各ユニットをカップリングを介して単一軸からなるロータ軸で連結して各ロータ軸でのトルク配分を最適にしたことを特徴とする機械ユニットの配置システム。
2. 前記低圧側及び高圧側圧縮機ユニットと前記低圧側及び高圧側膨張機ユニットのセクションは、ガス流れ方向がロータ軸の相反方向に二分されるように複数設けられることを特徴とする請求項１記載の機械ユニットの配置システム。
3. 前記駆動機ユニットと圧縮機ユニットと膨張機ユニットが載置された機械テーブルの下方に、各ユニットに対応する熱交換器をその対応するユニットの直下に位置してそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の機械ユニットの配置システム。
4. 前記少なくとも駆動機ユニットと圧縮機ユニットの熱交換器は、前記ロータ軸と直角な方向に配置されることを特徴とする請求項３記載の機械ユニットの配置システム。

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