JP5405910B2

JP5405910B2 - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP5405910B2
Application number: JP2009140191A
Authority: JP
Inventors: 治雄三浦; 哲也桑野; 光裕成田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: JP2010285927A

Description

本発明は、筒状の外の外ケーシングのプロセス遠心圧縮機に、容量調節のためインレットガイドベーンを装着する場合で、流体性能を向上できる最適ケーシング構造を提供する。

特許文献１には、インレットガイドベーンを備えた遠心式圧縮機が示されている。

インレットガイドベーンとは、遠心圧縮機の（一般的に）初段の羽根車入口上流に取り付け、該羽根車入口流れに回転方向の旋回を与えることによって、あまりヘッドを下げることなく、サージングラインを小流量側に移動させて、圧縮機の作動範囲を拡大する技術である。

特許文献１では、インレットガイドベーン２２は羽根車上流の半径方向静止流路２１に取り付けられる。吸込み口１２から外部ケーシング（筒状の外ケーシング）７に入った流れは、ある角度に設定されたインレットガイドベーン２２によって、整流及び周方向に傾き角（転向角）を付けられて、羽根車に至る。

筒状の外ケーシング７に流入した流れは、できるだけ、周方向均等にインレットガイドベーン２２に流入することが望ましいことは言うまでもない。このため、インレットガイドベーン２２入口と内ケーシング５の内周面の間に、環状流路を設ける必要がある。且つ、ある程度の断面積を有する環状流路でないと、環状流路を通らないで、十分に流れが周方向に回り込まないうちに羽根車に吸い込まれることになる。このような場合には、羽根車の流入流れに偏流が生じ、正規の羽根車仕事が得られないことにもなる。

特開２００１−１０７８８８号公報

十分な環状流路断面積を得るためには、内ケーシングの内径を大きくすれば良いことになる。しかしながら、内ケーシングを大きくすることは、圧縮機全体の大きさを大きくすることになり経済的でない。特許文献１に示されるものは、インレットガイドベーン２２の上流側の流路２１が十分な環状流路断面積が得られておらず、羽根車の流入流れに偏流が生じ易い。また、内ケーシング５の固定が明瞭に記載されておらず、ロータが回転して羽根車で流体を昇圧したときに、内ケーシング５に働く吐出口１２から吸込み口１１の方向へのスラスト力を支持できない。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、筒状の外の外ケーシングで内ケーシングを大きくすること無く、環状流路断面積を大きく確保でき、かつ内ケーシングに働く吐出口から吸込み口の方向へのスラスト力を確実に支持できる、遠心圧縮機を提供するものである。

本発明は、複数の羽根車を装着した回転軸と前段の羽根車を出た作動ガスの流れを後段の羽根車に導く流路を形成するダイヤフラムが組み込まれた内ケーシングと、この内ケーシングの外周を固定しかつ吸込口と吐出口を有する外ケーシングと、上記吸込口から初段の羽根車の入口への流路に設けられたインレットガイドベーンを備えた遠心圧縮機において、
上記外ケーシングの内周面に内周溝を設けるとともに、上記内周溝に対向するように上記内ケーシングの外周に段付部を設け、さらに上記内周溝と段付部とに嵌合して上記内ケーシングを上記外ケーシングの上記吸込み口より吐出口側に寄った位置に軸方向の移動がロックされた状態で固定するキー部を備え、上記内ケーシングの端面が上記吸込口からの流路より軸方向下流側に後退した位置となるように上記内ケーシングを上記外ケーシングに固定することにより、上記インレットガイドベーンの上流側に環状流路を形成したことを特徴とする。

また、上記記載の遠心圧縮機において、上記キー部は上記外ケーシングの内周溝と上記内ケーシングの段付部とに嵌合するキーと、このキーを上記内周溝に押圧するように上記段付部に嵌合して固定されるスペーサからなることを特徴とする。

また、上記記載の遠心圧縮機において、上記キーとスペーサとは、複数の円弧状部材からなり、上記外ケーシングの内周溝と上記内ケーシングの段付部とに部分的に嵌合されることを特徴とする。

すなわち、本発明は、該ロータを内蔵する内ケーシングを吸込口よりも吐出側（軸方向下流側）に寄った位置の外ケーシングの内周面に、軸方向へ移動しないように固定することにより、吸込口から羽根車入口までの流路を確保したものである。

複数枚の羽根車を装着したロータ（回転軸）があり、羽根車間の静止流路を形成するため、ダイヤフラムが備えられ、そのダイヤフラムは内ケーシングに系合して取り付けられている。即ち、内ケーシング内にロータ、ダイヤフラム、ラビリンスが組み込まれ、一つのまとめ品となっている。この内ケーシングまとめ品は、予め筒状の外ケーシング外で組立てられた後、筒状の外ケーシング内に軸方向から装着される。

内ケーシングの軸方向位置は、次のように固定する。内ケーシングの圧縮機吸込み側端面は、初段羽根車の出口と吸込みとの間に位置するようにする。該内ケーシング内側には吸込みダイヤフラムが系合され、その内側には初段の羽根車があり、該羽根車はロータに装着されている。内ケーシングの吸込み端外周部には、筒状の外ケーシングに設けられた内周溝と相対する段付部を有するようにする。該筒状の外ケーシングの内周溝も初段羽根車の出口と吸込みとの間に形成されている。

該筒状の外ケーシングに設けられた内周溝と相対する段付部に装着可能なキー及びスペーサを次のように構成する。複数に分割したキーを設ける。このキーの外径は該筒状の外ケーシング溝底（底側が半径の大きい方になる）の径と同一か、僅かに小さくする。このキーの内径は、筒状の外ケーシング内径と内ケーシング段付部外径とのほぼ中間から少し大きめになるようにする。このとき、筒状の外ケーシング溝深さは、筒状の外ケーシング内径と内ケーシング段付部外径との差の半分よりも小さくする。スペーサの外径は、該キーの内径よりも僅かに小さくする。スペーサの内径は内ケーシング段付部の外径よりも僅かに大きくする。

スペーサには孔が設けてあり、この孔を通して、内ケーシング段付部端面に設けたねじ穴に固定できるようにする。

内ケーシングまとめ品を筒状の外ケーシングに軸方向から挿入し、上述した筒状の外ケーシングに設けられた内周溝と内ケーシングの吸込み端外周部の段付部が相対する位置で止める。

次に、上述した複数に分割したキーを筒状の外ケーシングの吸込み側開口部から、該筒状の外ケーシングの内周溝に契合する。溝に装着すると、キーの内周側と内ケーシング段付部外周面との間にスペーサを挿入する。このキーの装着とスペーサの装着を分割個数回実施する。スペーサは例えばボルトを用いて、内ケーシング段付部端面に設けたねじ穴に固定する。

上述の内ケーシングの吸込み側端面に設けられたつば部を筒状の外ケーシングの端面に系合させることによって行われている。

本発明によれば、内ケーシングを筒状の外ケーシングの吸込口まで延長しないで、筒状の外ケーシングに固定できるので、吸込口の筒状の外ケーシング内から羽根車入口へ向かっての吸込み流路部にスペースを確保できる。従って、半径方向吸込み流路部にインレットガイドベーンを取り付けたとき、筒状の外ケーシングとインレットガイドベーン入口間に、断面積を確保した環状流路を形成することができる。

本発明の一実施例の圧縮機吸込み近傍の断面図。図1のＡ-Ａ視図。

次に本発明の一実施例を図１及び図２を用いて説明する。

複数枚の羽根車1を装着したロータ２があり、前段の羽根車を出た作動ガスの流れを後段の羽根車に導く流路である羽根車間の静止流路を形成するため、ダイヤフラム3が備えられ、このダイヤフラム３は内ケーシング４に系合して取り付けられている。即ち、内ケーシング４内にロータ２、ダイヤフラム３、ラビリンス５が組み込まれ、一つのまとめ品となっている。この内ケーシングまとめ品は、予め筒状の外ケーシング6外で組立てられた後、筒状の外ケーシング6内に軸方向から（図１で左側から右に）装着される。

内ケーシング４の圧縮機吸込口１３側の端面４ａは、初段の羽根車１-１の出口１-１ｂと吸込み(入口)１-１ａとの間に位置するように配置される。言い換えれば、上記内ケーシング４の端面４ａは、上記吸込口１３からの流路の内壁１３ａより軸方向の下流側に後退した位置となるように内ケーシング４が配置される。該内ケーシング４の内側には吸込みダイヤフラム３-１を系合し、さらにその内側には初段の羽根車１-１を配置するようにする。該羽根車はロータ２に装着されている。

一方、筒状の外ケーシング６の内周の、初段の羽根車１-１の出口１-１ｂと吸込み１-１ａとの間に位置する部分に、環状の円周溝１７を形成する。内ケーシング４の吸込み口１３側の端面４ａの外周部には、環状の段付部１８を設ける。この段付部１８の軸方向位置は、筒状の外ケーシング６に設けられた内周溝１７と相対する位置（対向する位置）とする。

図１の実施例では、内ケーシング４のまとめ品が、上述の筒状の外ケーシング６の内周溝１７と内ケーシング吸込口１３側の端面４ａに設けた段付部１８が相対する位置に組み込まれた状態を示している。この状態で、該筒状の外ケーシング６に設けられた内周溝１７と相対する段付部１８とに装着（嵌合）可能な複数の円弧状のキー９、及び複数の円弧状のスペーサ１０を次のように構成する。なお、キー９及びスペーサ１０でキー部を構成する。

この円弧状のキー９の外径は、該筒状の外ケーシング６の内周溝１７の底（底側が半径の大きい方を表す）の径と同一か、僅かに小さく設定する。そして、キー９の内径は、筒状の外ケーシング６の内径と、上記内ケーシング４の段付部１８の外径（段の低い方の外径）とのほぼ中間から少し大きめになるように設定する。この設定により、キー９が内周溝１７と段付部１８にまたがって嵌入することができる。
このとき、筒状の外ケーシング６の内周溝１７の深さは、筒状の外ケーシング６の内径と、内ケーシング４の段付部１８の外径との差の半分よりも小さくする。

次に、スペーサ１０の外径は、該キー９の内径よりも僅かに小さく設定し、スペーサ１０の内径は、内ケーシング段付部１８の外径よりも僅かに大きく設定する。この設定により、スペーサ１０が挿入されたとき、キー９を確実に内周溝１７に押圧することができる。

図２は、図1のＡ-Ａ視図で、キー９を分割して配置した例、スペーサ１０の配置例、及びこれらの装着例を示す。本実施例ではキー９は５分割され、スペーサ１０は夫々のキー９の両端に装着するため１０個となっている。

次に内ケーシングまとめ品の装着、位置決め要領について説明する。先ず、内ケーシング４のまとめ品を筒状の外ケーシング６の軸方向から挿入し、上述した筒状の外ケーシング６に設けられた内周溝１７と、内ケーシング４の吸込口１３側の端面の外周部の段付部１８が相対する位置で止める。

次に、上述した複数に分割したキー９の一つ９-１を筒状の外ケーシング６の吸込口１３側の開口部から、該筒状の外ケーシング６の内周溝１７に嵌合する。溝１７に装着すると、キー９-１の内周側と内ケーシング４の段付部１８外周面との間にスペーサ１０-１、１０-２を装着する。スペーサは孔が設けてあり、例えばボルト１６を用いて、内ケーシング６の段付部１８の端面に設けたねじ穴に固定される。このキー９の装着とスペーサ１０の装着・固定を、ケーシングの下側から上側に向かって順次、分割個数回だけ実施する。

固定された状態では、キー９とスペーサ１０の端面は、内ケーシング４の端面４ａと同一面となるように構成されている。

上記のようにして、キー９が筒状の外ケーシング６の内周溝に装着（嵌合）されると、運転中に羽根車によって取り扱いガスが昇圧され、吐出口側から吸込口１３側へ向かって昇圧ガスによる軸方向のスラスト力（図1に矢印で示す）が発生したとき、その荷重は内ケーシング４の吸込口側１３の段付部１８の端面からキー９を経由して筒状の外ケーシング６の内周溝１７の側面で支えられる。従って、内ケーシング４のまとめ品が、軸方向の移動がロックされた状態で、筒状の外ケーシング６に固定されることになる。

さらに、上記のように構成すると、次のことが可能になる。その一例を本発明実施例の図1を使って説明する。

図１は前述のように筒状の外ケーシング６を有する遠心圧縮機で、吸込口１３から初段の羽根車１-１の流路にインレットガイドベーン３３を装着したものである。羽根車１を装着したロータ２が軸受３５で支持され、軸受３５はヘッドフランジケーシング３４に取り付けられている。そのヘッドフランジケーシング３４は、筒状の外ケーシング６の中心、すなわち、ロータ２の回転中心と同軸になるように嵌合され、締め付けボルト１４で固定される。ヘッドフランジケーシング３４の機内側には、インレットガイドベーンカバー１５が設けられ、該カバー１５と上記吸込みダイヤフラム3-1の相対壁面とで、半径方向に平行な流路が形成される。

この平行流路にインレットガイドベーン３３が配置され、図示はしないが、該ベーン３３は周方向に複数枚配置される。該ベーン３３は回動軸を有し、ベーン３３の反対側の端部には、歯車（インレットガイドベーン軸歯車）３２を装着する。該歯車３２は、一つのリングギア２３に系合し、該リングギア２３の外周側歯車部には、駆動軸ギア２４が噛み合うようにする。該駆動軸ギア２４は駆動軸２５に固定されており、他端側には駆動軸２５を回転させるリンク機構２６が接続されている。

従って、圧縮機運転中に流量を変化させたい場合、駆動軸２５を回転させると、リングギア２３が回転し、その回転に伴って、インレットガイドベーン軸が回転し、インレットガイドベーン３３の取付け角（半径方向とのなす角度）が変化し、インレットガイドベーン３３の出口流れに回転方向の旋回成分を生じさせることができる。インレットガイドベーン３３の出口流れに与えられた旋回成分は、羽根車入口流れに旋回成分を与えることとなり、羽根車の流入量及び仕事量を調節することになる。このようにして、インレットガイドベーン３３により、圧縮機の容量調節が可能となる。

ここで、本実施例では、内ケーシング４の端面４ａを初段の羽根車１-１の入口１-１ａより下流側、即ち、吸込口１３よりも軸方向の下流側に後退した位置とすることができるので、該内ケーシング４吸込口側の端面４ａとヘッドフランジケーシング３４との間の、筒状の外ケーシング６の内径（１３ｂ）を、内ケーシング４の径に制約されること無く、自由に大きくすることができる。図１で、吸込口１３部分の筒状の外ケーシング６の内周面１３ｂが内ケーシング４の外径よりも大きく設定されている。

上記のようにすることによって、インレットガイドベーン３３の外側の環状流路（断面）３１の面積を十分大きくすることができ、このことは、インレットガイドベーン３３に流入する流れを円周方向に一様化（均一化）できるようになり、インレットガイドベーンの圧力損失や羽根車への偏流発生を防止でき、引いてはインレットガイドベーンを有する遠心圧縮機の流体性能を向上できる効果がある。

これにより、筒状の外ケーシングを有する圧縮機にインレットガイドベーンを装着するとき、ケーシング径を大きくする必要がなくなる。或いは、より十分な環状流路断面積が必要な場合は、内ケーシングからの制約が無いので自由に吸込口が付く部分の筒状の外ケーシング内径を大きくすることができる。これらにより、経済的な影響を小さくした、効率の良いインレットガイドベーン装置付き遠心圧縮機を提供できる。

１…羽根車、１-１…初段羽根車、２…回転軸（ロータ）、３…ダイヤフラム、３-１…吸込みダイヤフラム、４…内ケーシング、４ａ…上記内ケーシングの端面、５…ラビリンス、６…外ケーシング（筒状の外ケーシング）、１７…外ケーシングの内周溝、１８…内ケーシングの吸込口端の段付部、９…キー、１０…スペーサ、９、１０…キー部、１３…吸込口、１４、１６…ボルト、１５…インレットガイドベーンカバー、３３…インレットガイドベーン、３２…インレットガイドベーン軸歯車、２３…リングギア、２４…駆動軸ギア、２５…駆動軸、２６…リンク機構、３１…環状流路（断面）、３５…軸受、３４…吸込み側ヘッドフランジ、４１…羽根車、４２…ロータ、４３…ダイヤフラム、４４…内ケーシング、４５…筒状の外ケーシング、４６…吸込みノズル、４７…吐出ノズル、４８…ヘッドフランジ、４９…軸受。

Claims

複数の羽根車を装着した回転軸と前段の羽根車を出た作動ガスの流れを後段の羽根車に導く流路を形成するダイヤフラムが組み込まれた内ケーシングと、この内ケーシングの外周を固定しかつ吸込口と吐出口を有する外ケーシングと、上記吸込口から初段の羽根車の入口への流路に設けられたインレットガイドベーンを備えた遠心圧縮機において、
上記外ケーシングの内周面に内周溝を設けるとともに、上記内周溝に対向するように上記内ケーシングの外周に段付部を設け、さらに上記内周溝と段付部とに嵌合して上記内ケーシングを上記外ケーシングの上記吸込み口より吐出口側に寄った位置に軸方向の移動がロックされた状態で固定するキー部を備え、上記内ケーシングの端面が上記吸込口からの流路より軸方向下流側に後退した位置となるように上記内ケーシングを上記外ケーシングに固定することにより、上記インレットガイドベーンの上流側に環状流路を形成したことを特徴とする遠心圧縮機。
請求項１に記載の遠心圧縮機において、上記キー部は上記外ケーシングの内周溝と上記内ケーシングの段付部とに嵌合するキーと、このキーを上記内周溝に押圧するように上記段付部に嵌合して固定されるスペーサからなることを特徴とする遠心圧縮機。
請求項１に記載の遠心圧縮機において、上記キーとスペーサとは、複数の円弧状部材からなり、上記外ケーシングの内周溝と上記内ケーシングの段付部とに部分的に嵌合されることを特徴とする遠心圧縮機。