JP5585987B2

JP5585987B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP5585987B2
Application number: JP2011040722A
Authority: JP
Inventors: 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: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: EP2679825A1; US9488188B2; CN103228925A; CN103228925B; EP2679825A4; WO2012114556A1; JP2012177339A; US20130259665A1

Description

本発明は、垂直分割型（バレル型）の圧縮機に関し、特に、シール構造の冷却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収容されている。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ている。このＯリング保持環の外周には、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リングを設けた構造となっている。

特公昭５８−６０７９号公報

しかし、特許文献１に記載の発明は、ヘッドの端面とケーシングの内周面との間の被圧縮体が低温特性を有するエチレン等の場合には、この低温の熱がヘッドの端面からＯリングに熱伝達され、Ｏリングが低温環境下となる。このようにＯリングが低温環境下なった場合には、Ｏリングに損傷が生じて、ヘッドの外周面とケーシングの内周面との間のシール性が損なわれて被圧縮体の漏れが生じる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、低温環境下においても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、略筒状のケーシングと、該ケーシングの内周であって、該ケーシングの端面を塞ぐように設けられる略円柱状の蓋部と、該蓋部と前記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、前記翼は、前記シール手段が損傷する程度の低温である被圧縮体を前記空間部に吸引し、前記蓋部は、前記空間部から前記被圧縮体の低温の熱が伝熱され、前記シール手段と前記蓋部の前記空間部側の端面との間に、前記蓋部の外周面から半径方向内側に延在する切欠き部を設けることを特徴とする。

ケーシングの内周面との間に空間部を形成する蓋部には、空間部側の蓋部の端面と蓋部に設けられるシール手段との間であって、蓋部の外周面から半径方向内側に延在する切欠き部を設けることとした。これにより、空間部内が低温環境になった場合であっても、空間部側の蓋部からシール手段への熱伝導を切欠き部によって抑えることができる。したがって、空間部内の低温の熱によるシール手段の損傷を防止して、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。

また、本発明に係る圧縮機によれば、略筒状のケーシングと、該ケーシングの内周であって、該ケーシングの端面を塞ぐように設けられる略円柱状の蓋部と、該蓋部と前記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、前記翼は、前記シール手段が損傷する程度の低温である被圧縮体を前記空間部に吸引し、前記蓋部は、前記空間部から前記被圧縮体の低温の熱が伝熱され、外周面から前記蓋部の軸中心に向かう流路と、前記蓋部の軸中心に設けられて前記流路と連通する空洞部と、を備え、前記ケーシングの内周面の一部には、前記空洞部と略同心円状になるように窪み形状が設けられ、前記空洞部及び前記窪み形状には、前記翼によって圧縮された圧縮流体を導くことを特徴とする。

圧縮流体を蓋部に設けた流路から蓋部の軸中心に設けた空洞部へと導くこととした。ここで、翼によって圧縮されることにより、圧縮流体の温度は高温とされる。そのため、空間部内が低温環境になった場合であっても、シール手段には、蓋部の軸中心から高温の熱を伝熱させることができる。したがって、空間部内の低温の熱によるシール手段の損傷を防止して、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。

さらに、本発明に係る圧縮機によれば、前記蓋部は、外周面から前記蓋部の軸中心に向かう流路と、前記蓋部の軸中心に設けられて前記流路と連通する空洞部とを備え、該空洞部には、前記翼によって圧縮された圧縮流体を導くことを特徴とする。

空間部側の蓋部からシール手段への熱伝導を切欠き部により抑えると共に、蓋部の軸中心にある空洞部までの連通する流路から圧縮流体の熱伝導により、シール手段に対する低温の熱の影響をより一層低減することができる。したがって、空間部内の低温の熱によるシール手段の損傷を一層防止することができる。

本発明の第１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に示した圧縮機のヘッドとケーシングとの間の部分拡大図である。本発明の第２実施形態に係る垂直分割型の圧縮機のヘッドとケーシングとの概略構成図であり、（Ａ）は、その縦断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示したａ−ａ部の断面図である。

［第１実施形態］
図１には、本発明の第１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（以下、「バレル型」という。）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の内部に設けられている回転軸２やインペラ（翼）３等といった製品部品と、ケーシング５の内周であって、ケーシング５の端面を塞ぐようにして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、回転軸２やインペラ３が収容されている空間部１４（図２参照）と、ヘッド１０、２０の空間部１４側の外周面の周方向に設けられる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つ設けられている。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の内径と略同等とされている。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（圧縮流体）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リング溝２０ｃと空間部１４側の端面との間に、反駆動側ヘッド２０の外周面から半径方向内側に延在している切欠き部１３が設けられている。なお、切欠き部１３の半径方向内側へ延材する長さは、リング溝２０ｃよりも長く、切欠き部１３の幅（反駆動側ヘッド２０の軸方向の距離）は、空間部１４から反駆動側ヘッド２０の軸方向に伝達される低温の熱を抑制することが可能な幅とされている。

次に、図２に示した空間部１４が低温環境下の場合について説明する。
空間部１４内の圧縮流体が例えばエチレンの場合には、空間部１４が低温環境下となる(約−１００℃）。このように低温環境下の空間部１４からは、低温の熱が反駆動側ヘッド２０へと伝熱される。

空間部１４側から反駆動側ヘッド２０に熱伝導された低温の熱は、反駆動側ヘッド２０の空間部１４の端面から反対側の端面に向かって反駆動側ヘッド２０の軸方向（図２において右側から左側）へと向かって熱伝導する。空間部１４側から反駆動側ヘッド２０の軸方向に熱伝導した低温の熱は、反駆動側ヘッド２０に設けられている切欠き部１３に達する。

ここで、反駆動側ヘッド２０には切欠き部１３が設けられているので、切欠き部１３よりも下流側（図２において左側）への熱伝導が抑制される。そのため、切欠き部１３の下流側に設けられているＯリング１１ｃへの低温の熱伝導が抑制されることとなる。

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。
ケーシング５の内周面との間に空間部１４を形成している反駆動側ヘッド（蓋部）２０には、空間部１４側の反駆動側ヘッド２０の端面と反駆動側ヘッド２０に設けられているＯリング（シール手段）１１ｃとの間であって、反駆動側ヘッド２０の外周面から半径方向内側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内が−１００℃以下の低温環境になった場合であっても、反駆動側ヘッド２０の空間部１４側からＯリング１１ｃへの熱伝導を切欠き部１３によって抑えることができる。したがって、空間部１４内のエチレンガス等の流体の低温によってＯリング１１ｃが損傷することを防止して、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エチレンガスが漏れを防止することができる。

なお、本実施形態では、エチレンガスを用いるとして説明したが、その他プロピレンやメタンなどの沸点が−１００℃以下のガスにも適用可能である。

［第２実施形態］
本実施形態の圧縮機は、切欠き部を有せず、ヘッドの内部にホットガスが導かれる空洞部を有する点で、第１実施形態と相違しその他は同様である。したがって、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図３には、本実施形態のシール部が示されており、（Ａ）は、その縦断面概略構成図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示したａ−ａ部の断面図が示されている。

反駆動側ヘッド（蓋部）２０は、その略中心部にガスシール部（空洞部）３０が設けられている。ガスシール部３０は、略円柱状の部品であり、その長手方向が反駆動側ヘッド２０の軸方向とされており、図３（Ｂ）に示すように反駆動側ヘッド２０と略同心円状に設けられている。ガスシール部３０は、反駆動側ヘッド２０の長手方向において空間部１４側に偏芯している。

また、ガスシール部３０には、図３に示すように、ガスシール部３０の下方から反駆動側ヘッド２０の半径方向外側に向かって延在しており、反駆動側ヘッド２０の外周面に開口している連通路３１が設けられている。連通路３１は、反駆動側ヘッド２０の外周面であって、Ｏリング溝２０ｂとＯリング溝２０ｃとの間に開口している。

ケーシング５は、その内周面の一部が半径方向外側に向かって窪み形状５ｂを有している。窪み形状５ｂは、図３（Ｂ）に示すようにガスシール部３０と略同心円状になるように、ケーシング５の内周面の周方向に設けられている。また、反駆動側ヘッド２０の上方には、窪み形状５ｂに連通している流路５ｃが設けられている。流路５ｃは、窪み形状５ｂから半径方向外側に向かって延在しており、反駆動側ヘッド２０の外周面に開口している。

次に、図３（Ａ）に示した空間部１４が低温環境下の場合について説明する。
空間部１４内のガスがエチレンガス（流体）の場合には、空間部１４が低温環境下（約−１００℃程度）となる。このように低温環境下の空間部１４からは、低温の熱が空間部１４から反駆動側ヘッド２０へと伝熱される。

反駆動側ヘッド２０の空間部１４側から反駆動側ヘッド２０に熱伝導された低温の熱は、反駆動側ヘッド２０の空間部１４の端面から反対側の端面に向かって反駆動側ヘッド２０の軸方向（図３（Ａ）において右側から左側）へと向かって熱伝導する。

ここで、反駆動側ヘッド２０に設けられている流路５ｃには、インペラ３（図１参照）によって圧縮されたエチレンガス（圧縮流体）を導く。インペラ３によって圧縮されることによって、エチレンガスは、その温度が上昇する。このように温度の上昇した圧縮されたエチレンガス（以下、「ホットガス」という。）は、図３（Ｂ）の白抜きの矢印で示すように、ケーシング５の流路５ｃを経て、ケーシング５の内周面に設けられている窪み形状５ｂへと導出される。

ケーシング５の内周面に設けられている窪み形状５ｂと、反駆動側ヘッド３０の外周面との間には、図３（Ｂ）に示すようにリング状の流路３３が形成されているので、窪み形状５ｂに導出されたホットガスが、反駆動側ヘッド２０の上方からリング状の流路３３を経て反駆動側ヘッド２０の下方へと流れる。

このように、ホットガスが反駆動側ヘッド２０の外周面をリング状に流れることによって、リング状の流路３３を通過するホットガスの熱が反駆動側ヘッド２０に伝達される。

反駆動側ヘッド２０の下方へと流れたホットガスは、反駆動側ヘッド２０の下方に開口している連通路３１から反駆動側ヘッド２０の内部へと導かれる。連通路３１は、反駆動側ヘッド２０の外周面からガスシール部３０へと連通しているため、ホットガスは、ガスシール部３０に導かれて、ガスシール部３０に供給される。

ホットガスが反駆動側ヘッド２０の内部に設けられているガスシール部３０へ供給される過程において反駆動側ヘッド２０へとホットガスの熱が伝達される。

このように、リング状の流路３３から反駆動側ヘッド２０へと伝達されたホットガスの高温の熱によって、低温環境下の空間部１４から反駆動側ヘッド２０に設けられているＯリング（シール手段）１１ｃに伝熱される低温の熱の影響を緩和することができる。

以上の通り、本実施形態に係る圧縮機によれば、以下の作用効果を奏する。
ホットガス（圧縮流体）を反駆動側ヘッド（蓋部）２０に設けられている貫通部（流路）３１から反駆動側ヘッド２０の軸中心に設けられているガスシール部３０へと導くこととした。ここで、インペラ３（図１参照）によって圧縮されることにより、ホットガス（エチレンガス）の温度は高温とされる。そのため、空間部１４内が低温環境になった場合であっても、Ｏリング（シール手段）１１ｃには、反駆動側ヘッド２０の軸中心から高温の熱を伝熱させることができる。したがって、空間部１４内の低温の熱によるＯリング１１ｃの損傷を防止して、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エチレンガスが漏れを防止することができる。

［第３実施形態］
本実施形態の圧縮機は、ヘッドの内部にホットガスが導かれる流路部を有する点で、第１実施形態と相違しその他は同様である。したがって、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

反駆動側ヘッド（蓋部）２０（図１参照）は、その略中心部にガスシール部が設けられている。ガスシール部の長手方向が反駆動側ヘッド２０の軸方向とされており、反駆動側ヘッド２０と略同心円状に設けられている。ガスシール部は、反駆動側ヘッド２０の長手方向において空間部側に偏芯している。

またガスシール部には、その下方から反駆動側ヘッド２０の半径方向外側に向かって延在しており、反駆動側ヘッド２０の外周面に開口している連通路が設けられている。連通路は、反駆動側ヘッド２０の外周面であって、Ｏリング溝２０ｂとＯリング溝２０ｃとの間に開口している。

ケーシング５は、その内周面の一部が半径方向外側に向かって窪み形状を有している。窪み形状は、ガスシール部と略同心円状になるように、ケーシング５の内周面の周方向に設けられている。また、反駆動側ヘッド２０の上方には、窪み形状に連通している流路が設けられている。流路は、窪み形状から半径方向外側に向かって延在しており、反駆動側ヘッド２０の外周面に開口している。

以上の通り、本実施形態に係る圧縮機によれば、以下の作用効果を奏する。
空間部１４側の反駆動側ヘッド（蓋部）２０からＯリング（シール手段）１１ｃへの熱伝導を切欠き部１３により抑えると共に、反駆動側ヘッド２０の軸中心に設けられているガスシール部（空洞部）内のホットガス（圧縮流体）の熱伝導により、Ｏリング１１ｃに対する低温の熱の影響をより一層低減することができる。したがって、空間部１４内の低温の熱によるＯリング１１ｃの損傷を一層防止することができる。

また、第１〜第３実施形態は、反駆動側ヘッド２０に切欠き部１３やガスシール部３０（図３参照）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やガスシール部３０を設けるとしても良い。

１圧縮機
３インペラ（翼）
５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
３０ガスシール部
３１流路（連通路）

Claims

略筒状のケーシングと、
該ケーシングの内周であって、該ケーシングの端面を塞ぐように設けられる略円柱状の蓋部と、
該蓋部と前記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、
前記翼は、前記シール手段が損傷する程度の低温である被圧縮体を前記空間部に吸引し、
前記蓋部は、前記空間部から前記被圧縮体の低温の熱が伝熱され、前記シール手段と前記蓋部の前記空間部側の端面との間に、前記蓋部の外周面から半径方向内側に延在する切欠き部を設けることを特徴とする圧縮機。
略筒状のケーシングと、
該ケーシングの内周であって、該ケーシングの端面を塞ぐように設けられる略円柱状の蓋部と、
該蓋部と前記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、
前記翼は、前記シール手段が損傷する程度の低温である被圧縮体を前記空間部に吸引し、
前記蓋部は、前記空間部から前記被圧縮体の低温の熱が伝熱され、外周面から前記蓋部の軸中心に向かう流路と、前記蓋部の軸中心に設けられて前記流路と連通する空洞部と、を備え、
前記ケーシングの内周面の一部には、前記空洞部と略同心円状になるように窪み形状が設けられ、
前記空洞部及び前記窪み形状には、前記翼によって圧縮された圧縮流体を導くことを特徴とする圧縮機。
前記蓋部は、外周面から前記蓋部の軸中心に向かう流路と、前記蓋部の軸中心に設けられて前記流路と連通する空洞部とを備え、
該空洞部には、前記翼によって圧縮された圧縮流体を導くことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。