JP5524109B2

JP5524109B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP5524109B2
Application number: JP2011040721A
Authority: JP
Inventors: 仁志篠原; 光彦太田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: CN103228926B; CN103228926A; US20130272853A1; EP2679824A1; EP2679824B1; EP2679824A4; WO2012114554A1; JP2012177338A; US9556879B2

Description

本発明は、垂直分割型（バレル型）の圧縮機に関し、特に、シール構造に関するものである。

一般に、垂直分割型の圧縮機の圧縮機ケーシング（以下、「ケーシング」という。）は、その内部にローターや翼等の製品部品が内蔵されている。製品部品を内部に収容しているケーシング内部の軸方向の両端部には、ヘッドと呼ばれる端蓋が設けられている。ヘッドは、製品部品をケーシングの軸方向の両端部から挟むようにして設けられている。このヘッドの外周面とケーシングの内周面との間には、被圧縮体の漏れを防止するためにＯリングが設けられている（例えば、特許文献１）。

このＯリングによるシール構造として、特許文献１には、ヘッドの外周面に切り込み部を設けて、この切り込み部にリング状の薄肉のＯリング保持環を設け、このＯリング保持環の外周にＯリング溝を設けて、Ｏリングを設ける構造となっている。さらに、Ｏリング保持環の端面（圧縮機の軸方向に直交する面）にもＯリング溝を設けて、ヘッドの外周面に設けた切り込み部の側面（圧縮機の軸方向に直交する面）との間をシールするためにＯリングを設けている。

特公昭５８−６０７９号公報

しかし、特許文献１に記載の発明は、Ｏリング保持環に圧縮機の軸方向に圧力が作用して、Ｏリング保持環の端面に設けられているＯリングが切り込み部の側面に押し付けられた際には、Ｏリング保持環に作用する圧縮機の軸方向に押しつける力によって、Ｏリング保持環がヘッドの半径方向外側に動かなくなる恐れがある。

また、Ｏリング保持環が薄肉であるため、Ｏリング保持環の外周面や側面にＯリングが嵌まるＯリング溝を加工することが困難という問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、容易かつ効果的にシールすることが可能なシール構造を備えた圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る圧縮機によれば、略筒状の圧縮機ケーシングと、該圧縮機ケーシングの端面を塞ぐように該圧縮機ケーシングの内周に設けられる略円柱状の蓋部と、該蓋部と前記圧縮機ケーシングの内周面とによって囲まれて、翼が収容される空間部と、前記蓋部の前記空間部側の外周面の周方向に設けられるシール手段と、を備え、前記蓋部には、前記シール手段が設けられる外周面よりも半径方向内側に、前記蓋部の前記空間部側から軸方向に延在する切欠き部を設けることを特徴とする。

空間部を形成する蓋部の空間部側には、シール手段が設けられる外周面よりも半径方向内側に蓋部の軸方向に延在する切欠き部を設けることとした。これにより、空間部に内圧が生じた場合には、切欠き部内に内圧が作用し、シール手段と切欠き部とによって挟まれる蓋部の外周部分に圧縮機ケーシングの半径方向外側に向かって力が作用することとなる。そのため、内圧によってケーシングが半径方向外側に膨らんで圧縮機ケーシングの内径が大きくなった場合であっても、シール手段を圧縮機ケーシングの内周面に当接することができる。したがって、圧縮機ケーシングの内周面と蓋部の外周面との間からの漏れを防止することができる。
なお、切欠き部が設けられる外周面よりも半径方向内側の位置および軸方向に延在する寸法は、切欠き部に所定の内圧（例えば定格時の内圧）が作用した際に、シール手段と切欠き部とによって挟まれる蓋部の外周部分が、その半径方向外側に向かって撓むことが可能なように設定される。

空間部を形成する蓋部の空間部側には、シール手段が設けられる外周面よりも半径方向内側に蓋部の軸方向に延在する切欠き部を設けることとした。これにより、空間部に内圧が生じた場合には、切欠き部内に内圧が作用し、シール手段と切欠き部とによって挟まれる蓋部の外周部分に圧縮機ケーシングの半径方向外側に向かって力が作用することとなる。そのため、内圧によってケーシングが半径方向外側に膨らんで圧縮機ケーシングの内径が大きくなった場合であっても、シール手段を圧縮機ケーシングの内周面に当接することができる。したがって、圧縮機ケーシングの内周面と蓋部の外周面との間からの漏れを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る垂直分割型の圧縮機の縦断面概略構成図の上半部である。図１に示すヘッドとケーシングとの間の部分拡大図である。本発明の変形例１に係るヘッドとケーシングとの間の部分拡大図である。本発明の変形例２に係るヘッドとケーシングとの間の部分拡大図である。

図１には、本発明の一実施形態に係る垂直分割型の圧縮機の縦断面概略構成図の上半部が示めされており、図２には、図１に示すケーシングとヘッドとの間のシール構造を示す部分拡大図が示されている。

垂直分割型（バレル型）の圧縮機１は、略筒状の圧縮機ケーシング（以下、「ケーシング」という。）５と、ケーシング５の端面を塞ぐようにケーシング５の内周に設けられている略円柱状のヘッド（蓋部）１０、２０と、ヘッド１０、２０とケーシング５の内周面とによって囲まれて、インペラ（翼）３や回転軸２が収容されている空間部１４（図２参照）と、各ヘッド１０、２０の空間部１４側の外周面の周方向に設けられているＯリング（シール手段）１１ｃ（図２参照）とから主に構成されている。

ケーシング５は、略円筒状をなしており、その内部に回転軸２、インペラ３やヘッド１０、２０が収容可能とされている。ケーシング５の駆動側の端部（図１において右端）は、その半径方向内側に向かって突出している段差部５ａが設けられており、後述する駆動側ヘッド１０に設けられている段差部１０ａと係合可能となっている。また、ケーシング５の反駆動側の端部（図１において左端）は、その内周面の周方向にキー溝５ｂが設けられており、後述するシアリングキー９が嵌合可能となっている。

回転軸２は、その軸中心とケーシング５の軸中心と略同一軸となるように、ケーシング５の略中心部に設けられている。回転軸２は、駆動側の端部に駆動源である蒸気タービン（図示せず）などが接続されている。回転軸２は、駆動側の端部近傍および反駆動側の端部近傍をジャーナル軸受６によって回転可能に支持されている。

また、回転軸２の反駆動側の端部近傍に設けられているジャーナル軸受６と回転軸２の反駆動側の端部との間には、回転軸２の半径方向外側に向かって突出しているスラストカラー２ａが設けられている。このスラストカラー２ａと、スラストカラー２ａの側面（駆動側および反駆動側の面）に設けられているスラスト軸受７とによって、回転軸２の軸方向に働く力（スラスト）が支持されている。さらに、回転軸２上には、インペラ３が設けられている。

インペラ３は、例えば３枚設けられている。インペラ３は、回転軸２が回転駆動されることによって、例えばエチレンやプロピレン、メタンのガス（流体）を吸引、圧縮する。インペラ３に圧縮されたガスは、ダイヤフラム４に設けられている流路４ａから回転軸２の駆動側に設けられている下流側のインペラ３の入口へと導かれる。

ダイヤフラム４は、例えば３枚設けられている。各ダイヤフラム４は、各インペラ３の半径方向外側を囲むように設けられている。ダイヤフラム４は、その外径がケーシング５の内径と略同径とされている。ダイヤフラム４には、インペラ３によって圧縮されたガス（圧縮流体）を下流側のインペラ３の入口へ導く流路４ａが設けられている。

ヘッド１０、２０は、インペラ３およびダイヤフラム４をケーシング５の軸方向の両端から挟むようしてケーシング５の内部に設けられている。ヘッド１０、２０は、その内周側に回転軸２を回動可能とするジャーナル軸受６を各々有している。ヘッド１０、２０の外径は、ケーシング５の内径と略同径とされている。また、ヘッド１０、２０の内周側であって、ジャーナル軸受６よりもインペラ３側には、ガスシール８が各々設けられている。このガスシール８によって、インペラ３が圧縮したガスが回転軸２と各ヘッド１０、２０との間から洩れることを防止している。

ヘッド１０、２０は、駆動側ヘッド１０と反駆動側ヘッド２０とからなっている。駆動側ヘッド１０の駆動側の端部は、前述したケーシング５の段差部５ａと係合可能なように、半径方向内側に向かって窪んだ段差部１０ａとなっている。また、反駆動側ヘッド２０の反駆動側の外径端は、前述したケーシング５の内周面に設けられているキー溝５ｂにシアリングキー９が嵌合することによって、反駆動側ヘッド２０のケーシング５の軸方向への移動を規制する嵌合部２０ａが設けられている。

シアリングキー９は、リング状であり、ケーシング５の軸方向に直交する断面が略四角形状とされている。シアリングキー９は、前述したように、ケーシング５の内周面に設けられているキー溝５ｂおよび反駆動側ヘッド２０の外径端部に設けられている嵌合部２０ａを接続するように嵌合される。このようにシアリングキー９をキー溝５ｂおよび嵌合部２０ａに嵌合させることによって、反駆動側ヘッド２０のケーシング５の軸方向の移動を規制している。

次に、図１に示した反駆動側ヘッド２０とケーシング５との間のシール構造について図２を用いて説明する。ここで、図２の右側は、インペラ３（図１参照）によって圧縮されたガスを有する空間部１４となっている。

反駆動側ヘッド２０の両端部近傍の外周面には、円周方向に３つのＯリング溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃが設けられている。Ｏリング溝２０ａ、２０ｂは、図２において左端部近傍の反駆動側ヘッド２０の外周面に設けられており、空間部１４側（図２の右側）の端部近傍の反駆動側ヘッド２０の外周面には、Ｏリング溝２０ｃが設けられている。
これらのＯリング溝２０ａ、２０ｂ、２０ｃには、各々Ｏリング１１ａ、１１ｂ、１１ｃが１本ずつ設けられている。

反駆動側ヘッド２０には、Ｏリング１１ｃが設けられている外周面よりも半径方向内側に、反駆動側ヘッド２０の空間部１４側から軸方向に延在している切欠き部１３が設けられている。切欠き部１３は、図２に示すように、反駆動側ヘッド２０の軸方向の断面がＬ字形状になるように形成されている。Ｌ字形状に形成されている切欠き部１３の長軸と反駆動側ヘッド２０の外周面とによって形成されている反駆動側ヘッド２０の外周部分（以下、「腕部」という。）２０ｄには、その外周面に前述したＯリング１１ｃを収容しているＯリング溝２０ｃが設けられている。

次に、図２に示した空間部１４に内圧が作用した場合について説明する。
空間部１４の内圧によって、ケーシング５の空間部１４側が半径方向外側に向かって膨らむ。また、反駆動側ヘッド２０には、空間部１４側の反駆動側ヘッド２０の端面に開口している切欠き部１３が設けられているので、内圧が切欠き部１３に作用する。そのため、腕部２０ｄには、反駆動側ヘッド２０の半径方向外側（図２において上方向）に向かって力が作用する。

このように、腕部２０ｄに作用している上方向の力によって、腕部２０ｄの上方（外周側）に設けられているＯリング１１ｃがケーシング５の内周面側に接する。したがって、空間部１４に内圧が作用してケーシング５が膨らんだ場合であっても、Ｏリング１１ｃをケーシング５の内周面に当接させて、Ｏリング１１ｃの潰し代を確保でき気密性を維持することができる。

以上の通り、本実施形態に係る圧縮機１によれば、以下の作用効果を奏する。
空間部１４を形成している反駆動側ヘッド（蓋部）２０の空間部１４側には、Ｏリング（シール手段）１１ｃが設けられている外周面よりも半径方向内側に反駆動側ヘッド２０の軸方向に延在している切欠き部１３を設けることとした。これにより、空間部１４に内圧が生じた場合には、切欠き部１３内に内圧が作用し、Ｏリング１１ｃと切欠き部１３とによって挟まれている腕部（反駆動側ヘッド２０の外周部分）２０ｄにケーシング（圧縮機ケーシング）５の半径方向外側に向かって力が作用することとなる。そのため、内圧によってケーシング５が半径方向外側に膨らんでケーシング５の内径が大きくなった場合であっても、Ｏリング１１ｃをケーシング５の内周面に当接することができる。したがって、ケーシング５の内周面と反駆動側ヘッド２０の外周面との間からのガスの漏れを防止することができる。

なお、本実施形態では、切欠き部１３が反駆動側ヘッド２０の空間部１４側の端面に開口して反駆動側ヘッド２０の軸方向に延在するとして説明したが、本発明の切欠き部１３は、これに限定されるものではなく、変形例１のように空間部１４側の近傍の反駆動側ヘッド２０の外周面に開口しているものとしても良い。
図３には、変形例１の切欠き部を有するヘッダとケーシングとによるシール構造の簡略図が示されている。

切欠き部２３は、空間部１４側近傍の反駆動側ヘッド２０の外周面に開口しており、反駆動側ヘッド２０に設けられているＯリング１１ｃが収められているＯリング溝２０ｃよりも反駆動側ヘッド２０の半径方向内側に向かって延在している。反駆動側ヘッド２０の外周面から反駆動側ヘッド２０の半径方向内側に向かって延在している切欠き部２３は、図３に示すように、反駆動側ヘッド２０の軸方向の断面がＬ字形状になるようにＯリング溝２０ｃの下方（反駆動側ヘッド２０の軸側）に、反駆動側ヘッド２０の軸方向に長軸を有するように延在している。

次に、図３に示した空間部１４に内圧が作用した場合について説明する。
空間部１４の内圧によって、ケーシング５の空間部１４側が半径方向外側に向かって膨らむ。そのため、ケーシング５の空間部１４側の内周面と、反駆動側ヘッド２０の空間部１４側の外周面との間に隙間が生じる。

しかし、反駆動側ヘッド２０の空間部１４側の外周面には、切欠き部２３が開口しているため、ケーシング５の空間部１４側の内周面と反駆動側ヘッド２０の空間部１４側の外周面との間に生じた隙間に入った内圧が切欠き部２３に作用する。そのため、腕部２０ｄには、反駆動側ヘッド２０の半径方向外側（図３において上方向）に向かって力が作用する。

このように、腕部２０ｄに作用している上方向の力によって、腕部２０ｄの上方に設けられているＯリング１１ｃがケーシング５の内周面側に接する。したがって、空間部１４に内圧が作用してケーシング５が膨らんだ場合であっても、腕部２０ｄに設けられているＯリング１１ｃをケーシング５の内周面に当接させて、Ｏリング１１ｃの潰し代を確保でき気密性を維持することができる。

また、本発明の変形例２として、Ｏリング保持環３２と貫通路３１とを用いて図４のようにしてもよい。
反駆動側ヘッド２０の空間部１４側の外周面の周方向には、反駆動側ヘッド２０の半径方向内側に向かって窪んでいる溝部２０ｅが設けられている。溝部２０ｅには、リング状のＯリング保持環３２が収められている。溝部２０ｅの反駆動側ヘッド２０の半径方向内側に向かう深さは、Ｏリング保持環３２の厚みよりも深いものとされている。

反駆動側ヘッド２０は、空間部１４側の端面に開口している貫通路３１を有している。貫通路３１は、その反対端が反駆動側ヘッド２０に設けられている溝部２０ｅの底部に開口するように溝部２０ｅに向かって斜め左上方に延在している。

Ｏリング保持環３２は、その外周面にＯリング１１ｃを保持することができるＯリング溝２０ｃが設けられている。Ｏリング保持部材３２は、その幅方向（反駆動側ヘッド２０の長軸方向）の両端面が反駆動側ヘッド２０の溝部２０ｅの側面と溶接によって、Ｏリング保持部材３２の外周面と反駆動側ヘッド２０の外周面とが段差のない面一になるように接続されている。そのため、Ｏリング保持環３２の内周面と、溝部２０ｅの底部との間に空間部３３が形成されることとなる。

次に、図４に示した空間部１４に内圧が作用した場合について説明する。
空間部１４の内圧によって、ケーシング５の空間部１４側が半径方向外側に向かって膨らむ。また、反駆動側ヘッド２０の空間部１４側の端面には、貫通部３１が開口しており、貫通部３１の他端部が空間部３３に開口しているので、内圧が空間部３３に作用する。そのため、Ｏリング保持環３２には、反駆動側ヘッド２０の半径方向外側（図４において上方向）に向かって力が作用する。

ここで、Ｏリング保持環３２の両端面は、反駆動側ヘッド２０の溝部２０ｅの側面に溶接によって接続されているため、Ｏリング保持環３２に作用する上方向の力によってＯリング保持環３２の略中央部に設けられているＯリング１１ｃがケーシング５の内周面側に接する。したがって、空間部１４に内圧が作用してケーシング５が膨らんだ場合であっても、Ｏリング１１ｃをケーシング５の内周面に当接させて、Ｏリング１１ｃの潰し代を確保でき気密性を維持することができる。

また、本実施形態および各変形例では、反駆動側ヘッド２０に切欠き部１３、２３や、Ｏリング保持環３２と貫通路３１とを設けるとして説明したが、駆動側ヘッド１０の空間部側１４に同様に切欠き部１３、２３や、Ｏリング保持環３２と貫通路３１を設けるとしても良い。

１圧縮機
３翼（インペラ）
５圧縮機ケーシング（ケーシング）
１０、２０蓋部（ヘッド、駆動側ヘッド、反駆動側ヘッド）
１１ｃシール手段（Ｏリング）
１３切欠き部
１４空間部

Claims

略筒状の圧縮機ケーシングと、
該圧縮機ケーシングの端面を塞ぐように該圧縮機ケーシングの内周に設けられる略円柱状の蓋部と、
該蓋部と前記圧縮機ケーシングの内周面とによって囲まれて、翼が収容される空間部と、
前記蓋部の前記空間部側の外周面の周方向に設けられるシール手段と、
を備え、
前記蓋部には、前記シール手段が設けられる外周面よりも半径方向内側に、前記蓋部の前記空間部側から軸方向に延在する切欠き部を設けることを特徴とする圧縮機。