JP5441002B2 - 遠心圧縮機用の軸シール固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、遠心圧縮機においてケーシングに軸シールを固定するための軸シール固定構造に関する。

遠心圧縮機において、圧縮ガスが遠心インペラの背面側を通って外部に漏れ出るのを抑制するために、回転軸とその周りを囲む静止部との間に、軸方向のガス流れを抑制する軸シールが配置される（例えば特許文献１，２参照）。

図１は、軸シールを備えた遠心圧縮機３０の第１の従来例を示す断面図である。遠心圧縮機３０において、遠心インペラ３１及び回転軸３２がケーシング３３に囲まれている。ケーシング３３には圧縮対象のガスを導入する入口流路を形成するインレット部材３４が固定されている。ケーシング３３の内周部にリング状の軸シール３５が配置されている。回転軸３２のうち軸シール３５に対向する外周部分には、軸方向に間隔をおいて複数のラビリンス群３９が支持されている。

軸シール３５において、内周部には環状のシール室３６が複数形成され、外周部には各シール室３６に対応した環状の均圧室３７が複数形成され、さらに、対応するシール室３６と均圧室３７を連通する通路３８が複数形成されている。またケーシング３３には、均圧室３７と外部とを連通するための図示しないガス通路が形成され、このガス通路を通して、シールガスを吹き込んだり、漏れガスの回収をしたり、パージしたりする。

図１の構成において、軸シール３５をケーシング３３に組み込む場合、軸シール３５をケーシング３３の内部側（遠心インペラ３１が配置される側）から挿入し、軸シール３５の端部に形成されたフランジ部３５ａをボルトで締結する。これにより、軸シール３５が軸方向に移動しないようにケーシング３３に固定される。

図１に示す第１の従来例では、軸シール３５のフランジ部３５ａをケーシング３３にボルトで直接固定するため、フランジ部３５ａとケーシング３３とが半径方向に拘束される。このため、軸シール３５とケーシング３３との熱膨張係数の差が大きい場合には、熱応力の発生が問題となることがある。このような問題に対処するための構造として、図２に示す第２の従来例がある。

図２に示す第２の従来例では、ケーシング３３の内部側において、軸シール３５のフランジ部３５ａをシール押え板４０とケーシング３３との間で挟み、さらにシール押え板４０を、ケーシング３３にボルトで固定された固定ピース４１で押さえることで、軸シール３５が軸方向に移動しないようにケーシング３３に固定される。
図２に示す構造は、軸シール３５のフランジ部３５ａとケーシング３３とが半径方向に互いに拘束されないため、軸シール３５とケーシング３３の材質の違いに起因する熱膨張差を吸収できる構造となっている。

特開平４−２０３５６５号公報 特開２００９−２２７７号公報

上述した第１の従来例（図１）及び第２の従来例（図２）では、軸シール３５を軸方向に拘束するために使用するボルトは圧縮機内のガスに曝される。このため、このボルトは、ガスの種類に応じて耐腐食性、耐摩耗性などの機能を有する特殊な材料を採用する必要がありコスト増の要因となる。
また、上述した第１及び第２の従来例では、ケーシング３３の内部側においてフランジ部３５ａをボルトで締結するため、作業スペースが狭く、軸シール３５の取付け・取外しの際の作業性が悪いという問題がある。
また、上述した第２の従来例では、部品数が多くなり、軸シール３５の取付け・取外しに手間がかかるという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、軸シールを固定するためのボルト等の締結部品の材料の選定の制約がなく、軸シールの取付け・取外しの際の作業性を改善できる遠心圧縮機用の軸シール固定構造を提供することを課題とする。

上記の問題を解決するため、本発明の遠心圧縮機用の軸シール固定構造は、上半部を取り外すことができる箱に固定された軸受によって回転軸が回転可能に支持される遠心圧縮機用の軸シール固定構造であって、
該軸シール固定構造は、遠心インペラ及び水平方向一方側から水平方向他方側へ延びる前記回転軸を囲むケーシングと、前記回転軸との間に配置され、ケーシングと回転軸との間の軸方向のガスの流れを抑制するためにケーシングの内周部に取り付けられるリング状の軸シールを前記ケーシングに固定するための構造であり、
前記軸シールの一端側である遠心インペラ側の端部において半径方向外側に突出するように形成されたフランジ部と、
前記軸シールの他端側に、軸シールから半径方向外側に突出するように固定されたシール固定部材とを備え、
前記フランジ部と前記シール固定部材の間にケーシングが挟まれることで、ケーシングに対する軸シールの軸方向移動が拘束され、
前記シール固定部材は、前記回転軸の軸方向に関して前記軸シールと前記箱との間に位置し、
前記シール固定部材は、軸シールの前記他端側端面の周縁に設けられた少なくとも一つの固定ピース又はリング状部材であり、
前記シール固定部材が前記固定ピースである場合には、前記固定ピースは、前記上半部を取り外したときに取り付け又は取り外しができるように、前記軸シールの中心と同じ高さ位置又はそれより高い位置に設けられており、
前記シール固定部材が前記リング状部材である場合には、締結部品による、前記軸シールへの前記リング状部材の締結位置は、前記上半部を取り外したときに前記リング状部材を取り付け又は取り外しができるように、前記軸シールの中心と同じ高さ位置又はそれより高い位置に設定されている、ことを特徴とする。

上記の本発明の構成によれば、フランジ部とシール固定部材の間にケーシングが挟まれることで、ケーシングに対する軸シールの軸方向移動が拘束されるようになっているので、シール固定部材は、ケーシングの内部側ではなく、ケーシングの外部側に設けられる。
したがって、シール固定部材を軸シールに固定するためのボルト等の締結部品は、ケーシングの外部側に設けられるので、圧縮機内のガスに曝されることがなく、材料選定に制約を受けない。

また、軸シールをケーシングに固定する際には、ケーシングの外部側からボルト等の締結部品を締結するので、作業性を大幅に改善できる。
また、フランジ部及びシール固定部材はケーシングに対してボルトなどで直接固定されないので、フランジ部とシール固定部材のケーシングに対する半径方向の相対移動がある程度許容される。したがって、本発明によれば、部品点数の増大を最小限に抑えつつ、熱応力を吸収できる構造にできる。

軸シールを備えた遠心圧縮機の第１の従来例を示す断面図である。 軸シールを備えた遠心圧縮機の第２の従来例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る軸シール固定構造を備えた遠心圧縮機の構成を示す断面図である。 （Ａ）は、図３における４Ａ−４Ａ線断面図である。（Ｂ）はシール固定部材の別の構成例を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図３は、本発明の実施形態に係る軸シール固定構造を備えた遠心圧縮機１の構成を示す断面図である。
図３において、回転軸２が歯車箱１６に固定された軸受１５によって回転可能に支持されている。歯車箱１６は、上半部１６ａと下半部１６ｂとを有し、上半部１６ａはメンテナンス時には破線で示すように取り外すことができるようになっている。

回転軸２の先端には遠心インペラ３が一体的に連結されており、図示しない駆動装置によって回転軸２が回転駆動されることにより、遠心インペラ３が回転させられる。なお、回転軸２と遠心インペラ３は一体成形されたものでも、別部品として製作された後、適宜の連結手段により連結固定されたものであってもよい。

回転軸２と遠心インペラ３はケーシング４によって囲まれている。ケーシング４は、歯車箱１６の下半部１６ｂにボルト等の固定手段によって固定される。またケーシング４には、ガスＧを導入するための入口通路を形成するインレット部材５がボルト等の固定手段によって固定される。遠心インペラ３により吸入されたガスＧは、半径方向外側に送り出される過程で減速加圧された後、環状のスクロール室６に導入され、図示しない排出口から排出される。

ケーシング４と回転軸２との間にはリング状の軸シール８が配置されている。軸シール８は、ケーシング４と回転軸２との間の軸方向のガスの流れを抑制するためにケーシング４の内周部に取り付けられた部品である。軸シール８は、一体型の円筒状でも、周方向に複数に分割できるもの（例えば上下二分割型）でもよい。

回転軸２のうち軸シール８に対向する外周部分には、軸方向に間隔をおいて複数のラビリンス群７が支持されている。各ラビリンス群７は、複数のフィンの集合体である。図３に示す構成例では、ラビリンス群７が６群設けられている。なお、ラビリンス群７は、回転軸２の外周部でなく、軸シール８の内周部に支持されてもよい。

軸シール８の内周部においてラビリンス群７の間の部位には、環状のシール室９が軸方向に間隔をおいて形成されている。軸シール８の外周部には、複数のラビリンス群７の間の空間（上記のシール室９）の各々に対応付けられた環状の均圧室１０が軸方向に間隔をおいて複数形成されている。なお、均圧室１０はケーシング４の内周部に設けられてもよい。

軸シール８には、対応するシール室９と均圧室１０とを連通する通路１１が形成されている。この通路１１は、各軸方向位置において、周方向に複数設けられている。

ケーシング４の内周面と軸シール８の外周面との間には、Ｏリング等の適宜のシール部材１７が配置されており、隣接する均圧室１０同士の気密性が保持される。
またケーシング４には、各均圧室１０と外部とを連通する図示しないガス通路が形成されている。このガス通路を通して、ケーシング４にシールガスを吹き込んだり、漏れガスの回収をしたり、パージしたりする。ケーシング４の外部には、シールガスの供給または漏れガスの排出を行なうための図示しない配管が接続されている。

図３に示すように、本発明の軸シール固定構造は、軸シール８の一端側（図３では左側）である遠心インペラ３側の端部において半径方向外側に突出するように形成されたフランジ部８ａを備える。フランジ部８ａは、軸シールにボルト等で取り付けられたものではなく、軸シールの一部として一体形成された部分である。

また軸シール固定構造は、軸シール８の他端側（図３では右側）に、軸シール８から半径方向外側に突出するように固定されたシール固定部材１２を備える。シール固定部材１２は、ボルト等の締結部材１３により軸シール８の他端側に固定される。

また本発明の軸シール固定構造において、フランジ部８ａとシール固定部材１２の間にケーシング４が挟まれることで、ケーシング４に対する軸シール８の軸方向移動が拘束される。

上述のようにケーシング４はフランジ部８ａとシール固定部材１２との間に挟まれるが、ケーシング４とフランジ部８ａ、及びケーシング４とシール固定部材１２は、互いに半径方向の相対移動がある程度許容されるようにしておくのがよい。これにより、ケーシング４と軸シール８の熱膨張係数に大きな差がある場合でも、遠心圧縮機１の運転時においてケーシング４と軸シール８が熱膨張したときに、接触する部位同士での半径方向の相対移動を許容することで熱応力の発生を防ぐことができる。

図４Ａは、図３における４Ａ−４Ａ線断面図である。シール固定部材１２は、図４Ａに示すように、軸シール８の他端側端面の周縁に設けられた固定ピース１２Ａとして構成することができる。固定ピース１２Ａはボルト等の締結部品１３により軸シール８に固定されている。このような固定ピース１２Ａは、図４Ａに示すように、軸シール８の他端側端面の周縁において周方向の一箇所に設けられてもよく、あるいは周方向の複数箇所に設けられてもよい。

また固定ピース１２Ａは、歯車箱１６の上半部１６ａ（図３参照）を取り外したときに容易に取付け・取外しができるように、軸シール８の中心と同じ高さ位置あるいはそれより高い位置（軸シール８のうち上半分）に設けられるのが良い。

またシール固定部材１２は、図４Ｂに示すように、軸シール８の他端側端面の周縁に設けられたリング状部材１２Ｂとして構成されてもよい。このリング状部材１２Ｂは、周方向に間隔をおいた複数のボルト等の締結部品１３により、軸シール８に固定されている。図４Ｂの構成の場合、締結部品１３による締結位置は、歯車箱１６の上半部１６ａ（図３参照）を取り外したときに容易にリング状部材１２Ｂの取付け・取外しができるように、軸シール８の中心と同じ高さかそれより高い位置（軸シール８のうち上半分）に設定するのが良い。

上述した本発明の軸シール固定構造によれば、フランジ部８ａとシール固定部材１２の間にケーシング４が挟まれることで、ケーシング４に対する軸シール８の軸方向移動が拘束されるようになっているので、シール固定部材１２は、ケーシング４の内部側ではなく、ケーシング４の外部側に設けられる。
したがって、シール固定部材１２を軸シール８に固定するためのボルト等の締結部品１３は、ケーシング４の外部側に設けられるので、圧縮機内のガスに曝されることがない。このため、ガスの種類に応じて耐腐食性、耐摩耗性などの機能を有する特殊な材料を選定する必要がないので、材料選定に制約を受けない。

また、軸シール８をケーシング４に固定する際には、軸シール８をケーシング４の内部側から挿入した後、ケーシング４の外部側から、ボルト等の締結部品１３によりシール固定部材１２を軸シール８に固定する。このように、シール固定部材１２の固定作業（締結部品１３の締結）をケーシング４の外部側で行うことができるので、作業性を大幅に改善できる。

また、フランジ部８ａ及びシール固定部材１２はケーシング４に対してボルトなどで直接固定されないので、フランジ部８ａとシール固定部材１２のケーシング４に対する半径方向の相対移動がある程度許容される。したがって、本発明の支持シール固定構造によれば、部品点数の増大を最小限に抑えつつ、熱応力を吸収できる構造にできる。

なお、上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 遠心圧縮機
２ 回転軸
３ 遠心インペラ
４ ケーシング
５ インレット部材
６ スクロール室
７ ラビリンス群
８ 軸シール
８ａ フランジ部
９ シール室
１０ 均圧室
１１ 通路
１２ シール固定部材
１２Ａ 固定ピース
１２Ｂ リング状部材
１３ 締結部品
１５ 軸受
１６ 歯車箱
１６ａ 上半部
１６ｂ 下半部
１７ シール部材

Claims (1)

1. 上半部を取り外すことができる箱に固定された軸受によって回転軸が回転可能に支持される遠心圧縮機用の軸シール固定構造であって、
   該軸シール固定構造は、遠心インペラ及び水平方向一方側から水平方向他方側へ延びる前記回転軸を囲むケーシングと、前記回転軸との間に配置され、ケーシングと回転軸との間の軸方向のガスの流れを抑制するためにケーシングの内周部に取り付けられるリング状の軸シールを前記ケーシングに固定するための構造であり、
   前記軸シールの一端側である遠心インペラ側の端部において半径方向外側に突出するように形成されたフランジ部と、
   前記軸シールの他端側に、軸シールから半径方向外側に突出するように固定されたシール固定部材とを備え、
   前記フランジ部と前記シール固定部材の間にケーシングが挟まれることで、ケーシングに対する軸シールの軸方向移動が拘束され、
   前記シール固定部材は、前記回転軸の軸方向に関して前記軸シールと前記箱との間に位置し、
   前記シール固定部材は、軸シールの前記他端側端面の周縁に設けられた少なくとも一つの固定ピース又はリング状部材であり、
   前記シール固定部材が前記固定ピースである場合には、前記固定ピースは、前記上半部を取り外したときに取り付け又は取り外しができるように、前記軸シールの中心と同じ高さ位置又はそれより高い位置に設けられており、
   前記シール固定部材が前記リング状部材である場合には、締結部品による、前記軸シールへの前記リング状部材の締結位置は、前記上半部を取り外したときに前記リング状部材を取り付け又は取り外しができるように、前記軸シールの中心と同じ高さ位置又はそれより高い位置に設定されている、ことを特徴とする遠心圧縮機用の軸シール固定構造。

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