JP5498663B2 - 回転流体機械のためのアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜 - Google Patents

Description

本発明は、回転流体機械、それに限定されないが特に開放３Ｄインペラ及び一体形減速機を備えた遠心圧縮機のためのアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜に関する。

公知のように、圧縮機は、機械的エネルギーの使用により圧縮性流体（ガス）の圧力を上昇させることができる機械である。工業規模の加工プラントで用いられる様々なタイプの圧縮機の中で、いわゆる遠心圧縮機について言及することができ、この遠心圧縮機では、ガスに対するエネルギーは、一般的にロータ又はインペラと呼ばれる機構の駆動源（電気モータ又は蒸気タービン）によって駆動される回転により遠心加速度の形態で供給される。

遠心圧縮機は、いわゆる単段構成の単一ロータ、又は連続して配列された幾つかのインペラ（この場合には多段圧縮機と呼ばれる）を備えることができる。より具体的には、遠心圧縮機の各段は通常、加圧されるガス用の吸気ダクトと、ガスに対して運動エネルギーを与えることができるインペラと、その機能がインペラから出るガスの運動エネルギーを圧力エネルギーに変換するディフューザとからなる。

石油化学処理プラント内に据付けられた遠心圧縮機においては、しばしば多様な汚染物質を含む可能性があるガスが処理される。これら汚染物質は、圧縮機の性能に影響を及ぼす可能性があり、特に圧縮機自体の幾つかの部品上に施工された特定の金属ベース皮膜フィルムの存在下でエンクラステーション（堆積物付着）及び／又は腐食過程を生じるおそれがある。

特に圧縮機の始動フェーズ時におけるインペラと関連する固定ディフューザとの間の干渉発生の可能性を回避すると同時に、圧縮機自体のより良好な性能を得るように部品間の最小公差を維持するために、実際には、インペラのベーンと接触状態になるディフューザの部分上にアブレイダブル皮膜を施工することが想定される。しかしながら、多かれ少なかれ圧縮機の長期使用の後にはまたベーンの回転のためにガスによって引き起こされた摩耗の後には、通常アルミニウム粉末とポリエステルとからなるこの種の皮膜は粗面となり、この粗面により、汚染物質を含むガスの存在下でさらに明確にさえなりかつ拡散したエンクラステーションの形成が促進される。

さらに、ガス内に存在する一部の汚染物質はまた、アルミニウムベースフィルムの多孔内でのガス自体の結晶化過程の結果としてアブレイダブル皮膜フィルムの部分的又は完全な剥離を引き起こして、圧縮機の構成要素への損傷発生の可能性を引き起こしまたさらに深刻な損傷を生じる危険性を有するおそれがある。

従って、高い汚染物質含量を有するガスを処理する公知のタイプのアブレイダブルフィルムで被覆した圧縮機では、エンクラステーション（堆積物付着）の洗浄及び除去のための定期的保守作業を行うことが必要であり、また皮膜フィルムの修復を可能にするために、その上にフィルムを施工することになる一般的には金属である表面からフィルムが剥離された状態にしなければならない。

このことは、頻繁かつ長期的な機械の停止時間を必要とし、そのことにより、圧縮機及び該圧縮機が設置されるプラント全体の良好な機能が損なわれるおそれがある。

従って、本発明の目的は、回転流体機械、それに限定されないが特に汚染物質を含むガスを処理する遠心圧縮機のための、その表面上へのエンクラステーションの形成を可能な限り制限し、従って機械の性能を改善するアブレイダブル皮膜を提供することによって、公知の技術によるアブレイダブル皮膜の問題を解決することである。

本発明の別の目的は、回転流体機械のためのアブレイダブル皮膜を提供することであり、本アブレイダブル皮膜は、その上に皮膜を施工した機械の金属表面からのかつさらに特に侵食性の汚染物質の存在下での皮膜自体の剥離を部分的にも防止して、機械に対して行う保守介入の回数を減少させるようにする。

本発明のさらに別の目的は、現在採用されている公知のタイプの皮膜に対して、不変のアブレイダブル特性を維持する回転流体機械のための皮膜を提供することである。

本発明によるこれら目的は、請求項１に特定するような、回転流体機械、それに限定されないが特に汚染物質を含むガスを処理する遠心圧縮機のためのアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜を提供することによって達成される。

本発明のさらに別の特性は、後続の請求項に示している。

本発明による回転流体機械のためのアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜の特徴及び利点は、添付の概略図を参照して以下の例示的かつ非制限的な説明から一層明らかになるであろう。

図を参照すると、これらの図は、単段タイプの、その全体を参照符号１０で表した一般的遠心圧縮機を示す。圧縮機１０は、その中にシャフト１４が回転可能に組立てられたケーシング又はステータ１２を含み、シャフト１４の端部の１つにはロータ１６を備え、次にほぼ半径方向に展開した一連の円周方向ベーン１８を備える。

軸方向ダクト２２を形成したディフューザ２０は一般的に、切頭円錐形の形態を有し、ガスの吸入のためにロータ１６に対応してケーシング１２と一体形に作られる。ディフューザ２０上にはまた、トロイダル形態を有する、ロータ１６から出る加圧ガスのための供給チャンバ２４が設けられ、該供給チャンバ２４は、半径方向排出ダクト２６に向かって加圧ガスを送る。

この図示した実施形態では、ロータ１６のベーン１８は、図２に詳細に見ることができるように、ロータ１６自体と接触状態になったディフューザ２０の環状表面部分２８で得られる対応する湾曲輪郭に面した湾曲輪郭を備えた外縁部を有する。

可動ベーン１８と固定環状表面部分２８との間の間隔を、圧縮機１０のより良好な性能を得るような最小値にかつロータ１６とディフューザ２０との間の干渉現象を防止するように減少させる時に、該環状表面部分２８は、特に圧縮機１０の始動フェーズにおいて又は大きな入力の振動が存在する場合に、ベーン１８の外縁部の一部上で摩耗することができる材料で作られた皮膜で少なくとも部分的に被覆される。

本発明によると、このアブレイダブル材料の皮膜は、ディフューザ２０の環状部分２８の表面上に施工された第１の金属ベース皮膜層３０すなわち下部層と、第１の金属ベース皮膜層３０上に施工された第２のポリマーベース皮膜層３２すなわち上部層からなる。

上部ポリマーベース皮膜層３２の厚さは、１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあるのが好ましいが、特に好ましい厚さの値は約１．２ｍｍである。一方、第１の金属ベース皮膜層３０の厚さは、圧縮機１０の製作公差によって、すなわちロータ１６のベーン１８とディフューザ２０の環状部分２８との間の間隔に基づいて変化させることができる。所定の寸法を備えた構成要素を有する圧縮機で実施した実験に基づいて、この下部皮膜層用について１ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲にある平均厚さを定めることが可能であった。

それぞれ第１の皮膜層３０及び第２の皮膜層３２について多数の金属ベース及びポリマーベースの材料を用いることができるが、実験から、第１の皮膜層３０に特に好ましい材料は、ニッケル・アルミニウム（ＮｉＡｌ）合金によって金属基体に固定された９９％のアルミニウム粉末で構成することができることが判った。本明細書に示す具体的な実施形態としての実施例では、第１の皮膜層３０用の材料は、公知の皮膜にＳｕｌｚｅｒ Ｍｅｔｃｏによって製造された商品名「Ｍｅｔｃｏ ５４ＮＳ」及び「Ｍｅｔｃｏ ４５０」（アンカー剤）を組合せることによって得られた。

ディフューザ２０の環状部分２８の表面に施工された皮膜のアブレイダブル部分を形成する第２の皮膜層３２については、本明細書に示す具体的な実施形態としての実施例では、Ｓｏｌｖａｙによって製造された商品名「Ｈａｌａｒ（登録商標） ＥＣＴＦＥ６０１４」として公知の材料を選択した。この材料は、高性能熱可塑性フッ素重合体（エチレンクロロトリフルオロエチレン）であり、これは特に滑らかな皮膜として容易に施工することができる。この皮膜は、優れた断熱特性、大気物質耐性及び大気放射耐性を有する。この皮膜はまた、下層皮膜に対する優れた接着性を有し、洗浄が容易であり、またほとんどの酸、塩基及び工業用溶剤に対する化学的耐性を有する。同時に、この皮膜は、ロータ１６のベーン１８の部分の十分なアブレイダブル特性を保証する。

作業的には、その上に本発明によるアブレイダブル皮膜を施工することになるディフューザ２０の部分２８を定めかつ隔離した後に、公知の方法に基づいて、第１の金属ベース皮膜層３０の施工が行われる。施工した皮膜層３０の厚さを測定して、その厚さがロータ１６とディフューザ２０との間の公差に基づいて想定した厚さに一致することが確認されると、第２のポリマーベース皮膜層３２を施工する。

第２の皮膜層３２の施工に採用される方法は、例えば以下の手順、すなわち、
第１のアルミニウム皮膜３０を視覚制御して衝突及び損傷がないことを確認する段階と、
オーブン内で約３００℃の温度で約３０分間熱脱脂する段階と、
保護すべき領域をペーパ片で覆って、最大４バールの圧力で酸化アルミニウムを用いて、既に施工しているアルミニウム層３０をサンドブラストし、その後加圧空気でブローイングする段階と、
オーブン内で約２７０℃の温度で約３０分間予熱した部品上に流動層静電ガンを用いて、プライマを塗布した後に、アブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜（摩耗性・堆積物付着防止皮膜）３２の層を施工する段階と、
洗浄しまたそれぞれ非磁性ベースのスペシメータ及び直流５０００ボルトのシンチログラフを用いて厚さ及び多孔率を最終調整する段階と、
に対応する。

この時点で、本発明によるアブレイダブル皮膜を備えたディフューザ２０を組立てることが可能である。

実施した実験では、この皮膜が、非常に低い表面粗さ（＜０．２μｍ）、従って上部ポリマーベース皮膜層３２上で測定した粗さを有することを示した。同時に、下部層３０は、４０ＭＰａを超える応力値に耐える、ディフューザ２０の基体への大きな接着力値を有する。

これら組合せ特徴は、本発明による皮膜のアンチエンクラステーション性を明確に示し、ロータベーンの一部上の想定摩耗後にも限られた表面粗さを維持する。さらに、上部層の汚染物質への耐性は、下層金属層の部分的剥離のあらゆる可能性を回避し、下層金属層を保護し、圧縮機の耐久性及び効率性に関する明らかな利点を有する。

従って、本発明による回転流体機械、特に汚染物質を含むガスを処理する遠心圧縮機のためのアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜は、上記に示した目的を達成することが分かるであろう。このように着想した本発明の遠心圧縮機のためのアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜は、いずれにせよ多数の修正及び変更を行うことができ、それらは全て、同一の発明概念に含まれる。従って、本発明の保護範囲は、提出した特許請求の範囲によって定まる。

本発明によるアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜を備えた遠心圧縮機の側面断面立図。 本発明によるアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜をその上に施工した、図１の圧縮機の一部分を詳細に示す拡大断面図。 本発明によるアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜をその上に施工した、図１の圧縮機の一部分の平面図。 本発明によるアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜の施工実施例の大きく拡大した断面図。

符号の説明

１０ 遠心圧縮機
１２ ケーシング又はステータ
１４ シャフト
１６ ロータ
１８ 円周方向ベーン
２０ ディフューザ
２２ 軸方向ダクト
２４ 供給チャンバ
２６ 半径方向排出ダクト
２８ 環状表面部分
３０ 第１の金属ベース皮膜層
３２ 第２のポリマーベース皮膜層

Claims (9)

1. 一連の円周方向ベーン（１８）を有する少なくとも１つのロータ（１６）を備えたシャフト（１４）がその中に回転可能に組立てられたケーシング（１２）と前記ケーシング（１２）と一体形になった少なくとも１つディフューザ（２０）とを含み、各前記円周方向ベーン（１８）の外縁部が前記ディフューザ（２０）の環状表面部分（２８）に面し、前記ディフューザ（２０）の環状表面部分（２８）が各前記円周方向ベーン（１８）の外縁部によって摩耗することができる皮膜で少なくとも部分的に覆われているタイプの回転流体機械（１０）のためのアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜であって、
   前記アブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜が、前記ディフューザ（２０）の環状表面部分（２８）上に施工された第１の下部金属ベース皮膜層（３０）と前記第１の下部金属ベース皮膜層（３０）上に施工された第２の上部ポリマーベース皮膜層（３２）とからなり、
   前記下部金属ベース皮膜層（３０）が、９９％の粉末アルミニウムの基材とニッケル・アルミニウム（ＮｉＡｌ）結合剤とからなること
   を特徴とする、アブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜。
2. 前記上部ポリマーベース皮膜層（３２）の厚さが、１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載のアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜。
3. 前記上部ポリマーベース皮膜層（３２）の厚さが、１．２ｍｍであることを特徴とする、請求項２に記載のアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜。
4. 前記下部金属ベース皮膜層（３０）の厚さが、１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜。
5. 前記上部ポリマーベース皮膜層（３２）が、熱可塑性フッ素重合体であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜。
6. 前記熱可塑性フッ素重合体が、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体であることを特徴とする、請求項５に記載のアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜。
7. 一連の円周方向ベーン（１８）を有する少なくとも１つのロータ（１６）を備えたシャフト（１４）がその中に回転可能に組立てられたケーシング（１２）と前記ケーシング（１２）と一体形になった少なくとも１つディフューザ（２０）とを含み、各前記円周方向ベーン（１８）の外縁部が前記ディフューザ（２０）の環状表面部分（２８）に面するタイプの回転流体機械（１０）上にアブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜を施工する方法であって、
   その上に前記アブレイダブル・アンチエンクラステーション皮膜を施工しようとする前記ディフューザ（２０）の環状表面部分（２８）を隔離する段階と、
   前記ディフューザ（２０）の環状表面部分上に第１の金属ベース皮膜層（３０）を施工する段階と、
   前記第１の金属ベース皮膜層（３０）の厚さを測定する段階と、
   前記第１の金属ベース皮膜層（３０）の厚さが、前記ロータ（１６）及びディフューザ（２０）間の公差に基づいて想定した厚さに一致することを確認する段階と、
   前記第１の金属ベース皮膜層（３０）上に第２のポリマーベース皮膜層（３２）を施工する段階と、
   を含み、
   前記下部金属ベース皮膜層（３０）が、９９％の粉末アルミニウムの基材とニッケル・アルミニウム（ＮｉＡｌ）結合剤とからなることを特徴とする、
   方法。
8. 前記上部ポリマーベース皮膜層（３２）が、熱可塑性フッ素重合体であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記熱可塑性フッ素重合体が、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
   

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