JP6120997B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

遠心圧縮機などの回転機械にあっては、回転するインペラの半径方向に通過させる際に発生する遠心力によって気体を圧縮するものである。遠心圧縮機としては、ガス等の気体を圧縮するインペラを一本の軸に取り付ける構造の一軸多段型遠心圧縮機と、複数のピニオン軸の軸端にインペラを取り付ける構造の増速機内蔵型遠心圧縮機（以下、ギアド圧縮機と称する）とが知られている。ギアド圧縮機は、複数のピニオン軸の軸端にそれぞれ設けられたインペラを備えた複数の圧縮部によって流体を圧縮する形態のものが知られている。

このようなギアド圧縮機として、例えば、特許文献１では、駆動軸の回転が伝達されるピニオン軸である従動軸の各々の両端に同じ構成の圧縮部を設けたダブルフローギアド圧縮機が開示されている。このギアド圧縮機は、一つの従動軸で二つの圧縮部を回転させ、両側から同時に気体を圧縮して一つの圧縮部のようにすることで、インペラの径を大きくすることなく、ギアド圧縮機全体として大容量化を図っている。

特開２０１３−０３６３７５号公報

上述したようなダブルフローギアド圧縮機では、両端の圧縮部から従動軸に対して働くスラスト力を相殺して、従動軸に中心軸方向のどちらか一方に偏ったスラスト力が働かない状態とすることが好ましい。ところが、ダブルフローギアド圧縮機の設置状況によっては、圧縮部の吐出口に接続される配管の長さの差に起因して流路抵抗が異なってしまう場合がある。そのため、両側の圧縮部の吐出圧力に差が生じて、スラスト力が生じ、圧縮部を支持する従動軸やそのスラスト軸受等に意図しない負荷がかかることがある。

本発明は、二つの圧縮部から生じるスラスト力の差によって生じる負荷を低減することが可能な遠心圧縮機を提供する。

本発明の第一の態様に係る遠心圧縮機は、回転駆動される駆動軸と、前記駆動軸に接続される駆動歯車と、前記駆動歯車の回転が伝達される従動歯車と、前記従動歯車の中心軸方向の両側へと延びる従動軸と、前記従動軸の中心軸方向の第一の端部側に設けられ、前記従動軸の回転によって流体を圧縮する第一圧縮部と、前記従動軸の中心軸方向の第二の端部側に設けられ、前記従動軸の回転によって流体を圧縮する第二圧縮部と、前記第一圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力と前記第二圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力とを均一に調整するための圧力調整部と、前記第一圧縮部及び前記第二圧縮部から吐出される流体の熱交換を行う熱交換器と、前記第一圧縮部の吐出口と前記熱交換器とを接続する第一接続路と、前記第二圧縮部の吐出口と前記熱交換器とを接続する第二接続路と、を備え、前記圧力調整部は、前記第一圧縮部の吐出口からの距離と、前記第二圧縮部の吐出口からの距離とが同じとなる位置で、前記第一接続路と前記第二接続路とを接続する。

このような遠心圧縮機によれば、第一圧縮部の吐出圧力と第二圧縮部の吐出圧力との差を軽減することができる。したがって、第一圧縮部と第二圧縮部との圧力差により生じるスラスト力を軽減できる。これにより、第一圧縮部及び第二圧縮部の二つの圧縮部から生じるスラスト力の差によって生じる負荷を低減することができる。

このような遠心圧縮機によれば、第一圧縮部における流体の吐出側の空間である第一接続路内の空間の圧力と、第二圧縮部における流体の吐出側の空間である第二接続路内の空間の圧力とを均一とすることができる。例えば、遠心圧縮機の設置場所等のレイアウトの都合上、第一接続路と第二接続路との長さに違いが出ることで、第一接続路及び第二接続路における圧力損失に差が生じてしまう場合であっても、第一圧縮部の吐出圧力と第二圧縮部の吐出圧力に生じる差を容易に軽減することができる。したがって、第一圧縮部と第二圧縮部との圧力差により生じるスラスト力を容易に軽減できる。これにより、第一圧縮部及び第二圧縮部の二つの圧縮部から生じるスラスト力の差による負荷を容易に低減することができる。

本発明の第二又は第三の態様に係る遠心圧縮機は、前記第一圧縮部は、前記従動軸に対して固定されて該従動軸とともに回転して流体を圧縮する第一インペラと、前記第一インペラの前記従動軸の中心軸方向の第二の端部側の面との間に第一空間を形成する第一ケーシングとを有し、前記第二圧縮部は、前記従動軸に対して固定されて該従動軸とともに回転して流体を圧縮する第二インペラと、前記第二インペラの前記従動軸の中心軸方向の第一の端部側の面との間に第二空間を形成する第二ケーシングとを有し、前記圧力調整部は、前記第一空間及び前記第二空間を連通させるように、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングを貫通して設けられてもよい。

このような遠心圧縮機によれば、第一空間の圧力と第二空間との圧力を均一にすることができる。そのため、第一圧縮部及び第二圧縮部内の吐出口よりも吸込口側の流路の圧力を均一に近づけて圧力差を小さくすることができる。即ち、第一圧縮部における流体の吐出側の流路の空間の圧力と、第二圧縮部における流体の吐出側の流路の空間の圧力とを高い精度で均一に近づけるとすることができる。その結果、第一圧縮部の吐出圧力と第二圧縮部の吐出圧力とに生じる差をより一層軽減することができる。したがって、第一空間と第二空間とを圧力調整部で接続することで、第一圧縮部と第二圧縮部との圧力差により生じるスラスト力を容易により一層軽減できる。これにより、第一圧縮部及び第二圧縮部の二つの圧縮部から生じるスラスト力の差による負荷をより一層低減することができる。

本発明の第四の態様に係る遠心圧縮機は、前記圧力調整部によって均一に調整された前記第一圧縮部の吐出側の空間の圧力と前記第二圧縮部の吐出側の空間の圧力とを、所定の差圧となるよう調整する差圧調整部を備えていてもよい。

このような遠心圧縮機によれば、第一空間の圧力と第二空間の圧力との差を均一な状態から調整することができ、所定の差圧に高い精度で調整することができる。そのため、第一圧縮部及び第二圧縮部により従動軸に働くスラスト力を容易に調整することができる。したがって、第一圧縮部及び第二圧縮部の影響以外で従動軸や駆動軸等に働いたスラスト力を相殺することができる。これにより、従動軸や駆動軸に余計な負荷をかけることなく安定して運転することができる。

本発明の第五の態様に係る遠心圧縮機は、前記駆動歯車及び前記従動歯車がはすば歯車であり、前記差圧調整部は、前記駆動歯車と前記従動歯車とによって生じるスラスト力を相殺する差圧となるよう調整してもよい。

このような構成の遠心圧縮機によれば、はすば歯車で構成された駆動歯車や従動歯車により生じるスラスト力を相殺する差圧とすることで、はすば歯車による従動軸や駆動軸等に働いたスラスト力を相殺することができる。これにより、従動軸や駆動軸に余計な負荷をかけることなくより安定して運転することができる。

上記した遠心圧縮機によれば、第一圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力と第二圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力とを均一に調整することで、二つの圧縮部のスラスト力のずれによって生じる負荷を低減することができる。

本発明の第一実施形態に係る遠心圧縮機を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る遠心圧縮機の第一圧縮部及び第二圧縮部を示す拡大図である。 本発明の第二実施形態に係る遠心圧縮機の第一圧縮部及び第二圧縮部を示す拡大図である。 本発明の第三実施形態に係る遠心圧縮機の第一圧縮部及び第二圧縮部を示す拡大図である。

《第一実施形態》
以下、本発明における第一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の遠心圧縮機１は、増速機１０を内蔵したいわゆるギアド圧縮機である。第一実施形態の遠心圧縮機１は、動力を発生させる駆動源１９と、駆動源１９によって回転駆動される駆動軸２と、駆動軸２の回転駆動を変速、伝達させる増速機１０と、増速機１０によって伝達された動力が出力される従動軸３と、従動軸３に伝達された動力により駆動する複数の圧縮部４と、複数の圧縮部４で圧縮された流体を冷却する熱交換器５と、流体の流路である配管部６とを備える。

駆動軸２は、駆動源１９によって中心軸回りに回転する回転軸である。
増速機１０は、駆動軸２の中心軸方向の第二の端部側で接続される駆動歯車１１と、駆動歯車１１の回転がそれぞれ伝達される第一従動歯車１２及び第二従動歯車１３と、を有する。増速機１０は、第一従動歯車１２に対して駆動歯車１１の回転を伝達する第一中間歯車１４と、第二従動歯車１３に対して駆動歯車１１の回転を伝達する第二中間歯車１５とを有する。即ち、本実施形態の増速機１０の歯車群は、第二従動歯車１３から順に第二中間歯車１５、駆動歯車１１、第一中間歯車１４、第一従動歯車１２と互いに噛み合って配置されている。増速機１０を構成する歯車群は、ケーシング２０の内部に収められている。本実施形態における増速機１０を構成する歯車群は、平歯車である。

第一中間歯車１４は、第一中間軸１７によって回転可能に支持されている。また、第二中間歯車１５は、第二中間軸１８によって回転可能に支持されている。第一中間軸１７及び第二中間軸１８は、ケーシング２０に図示しない軸受を介して支持されている。

従動軸３は、第一従動歯車１２の中心軸方向の両側に延びる第一従動軸３１と、第二従動歯車１３の中心軸方向の両側に延びる第二従動軸３２とを有する。第一従動軸３１及び第二従動軸３２は、ケーシング２０に図示しない軸受を介して支持されている。

圧縮部４は、吸込口より吸い込まれたガス等の流体を、その内部に形成された流路を介して径方向外周側に向かって圧縮して吐出するものである。圧縮部４は、第一従動軸３１において駆動源１９が設けられた側である中心軸方向の第一の端部側に設けられる第一圧縮部４１と、第一従動軸３１において駆動源１９が設けられた側と反対側となる中心軸方向の第二の端部側に設けられる第二圧縮部４２と、第二従動軸３２において中心軸方向の第二の端部側に設けられる第三圧縮部４３、第二従動軸３２において中心軸方向の第一の端部側に設けられる第四圧縮部４４とを有する。

第一圧縮部４１は、第一従動軸３１の中心軸方向の第一の端部側の端部に設けられ、第一従動軸３１の回転によって流体を吸込口から径方向外側の吐出口に向かって圧縮して流通させる。第一圧縮部４１は、遠心圧縮機１における一段目の圧縮部４である。本実施形態の第一圧縮部４１は、第一従動軸３１に対して固定されて第一従動軸３１とともに回転して流体を圧縮する第一インペラ４１ａと、第一インペラ４１ａを覆って流体の流路を形成する第一ケーシング４１ｂとを有する。

第二圧縮部４２は、第一従動軸３１の中心軸方向の第二の端部側の端部に設けられ、第一従動軸３１の回転によって流体を吸込口から径方向外側の吐出口に向かって圧縮して流通させる。即ち、第二圧縮部４２は、第一圧縮部４１に対して第一従動軸３１を挟んで反対側の端部に配置されている。第二圧縮部４２は、第一圧縮部４１と同様の構成をしており、第一圧縮部４１と同じ流量の流体を第一従動軸３１の回転によって圧縮する。第二圧縮部４２は、第一圧縮部４１と同時に流体を圧縮することで遠心圧縮機１における一段目の圧縮部４となっている。本実施形態の第二圧縮部４２は、第一従動軸３１に対して固定されて第一従動軸３１とともに回転して流体を圧縮する第二インペラ４２ａと、第二インペラ４２ａを覆って流体の流路を形成する第二ケーシング４２ｂとを有する。

第三圧縮部４３は、第二従動軸３２の中心軸方向の第二の端部側の端部に設けられ、第二従動軸３２の回転によって流体を吸込口から径方向外側の吐出口に向かって圧縮して流通させる。第三圧縮部４３は、遠心圧縮機１における二段目の圧縮部４である。本実施形態の第三圧縮部４３は、第二従動軸３２に対して固定されて第二従動軸３２とともに回転して流体を圧縮する第三インペラ４３ａと、第三インペラ４３ａを覆って流体の流路を形成する第三ケーシング４３ｂとを有する。

第四圧縮部４４は、第二従動軸３２の中心軸方向の第二の端部側の端部に設けられ、第二従動軸３２の回転によって流体を吸込口から径方向外側の吐出口に向かって圧縮して流通させる。即ち、第四圧縮部４４は、第三圧縮部４３に対して第二従動軸３２を挟んで反対側の端部に配置されている。第四圧縮部４４は、遠心圧縮機１における三段目の圧縮部４である。本実施形態の第四圧縮部４４は、第二従動軸３２に対して固定されて第二従動軸３２とともに回転して流体を圧縮する第四インペラ４４ａと、第四インペラ４４ａを覆って流体の流路を形成する第四ケーシング４４ｂとを有する。

熱交換器５は、圧縮過程での流体を中間的に冷却することによって、遠心圧縮機１の駆動に必要とされる動力を低減させる。本実施形態の熱交換器５は、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２で圧縮された流体の熱交換を行うことで冷却を行う第一熱交換器５１と、第三圧縮部４３で圧縮された流体の冷却を行う第二熱交換器５２とを有する。

第一熱交換器５１は、二つの入口ノズルと一つの出口ノズルを備えている。第一段熱交換器５は、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２から吐出される二系統の流体を冷却するとともに、二系統の流体を合流させる。第一熱交換器５１は、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２と、第三圧縮部４３との間に配置されている。本実施形態の第一熱交換器５１は、第一圧縮部４１よりも第二圧縮部４２に近い位置である駆動軸２の中心軸方向の第二の端部側に配置されている。

第二熱交換器５２は、一つの入口ノズルと一つの出口ノズルを備えている。第二段熱交換器５は、第三圧縮部４３から吐出される流体を冷却し、第四圧縮部４４へ送り出す。

配管部６は、各圧縮部４で圧縮された流体を流通する流路を形成する配管である。配管部６は、第一圧縮部４１から第一熱交換器５１までを接続する第一圧縮部吐出配管６１と、第二圧縮部４２から第一熱交換器５１までを接続する第二圧縮部吐出配管６２と、第一熱交換器５１から第三圧縮部４３までを接続する第三圧縮部吸込配管６３とを有する。配管部６は、第三圧縮部４３から第二熱交換器５２までを接続する第三圧縮部吐出配管６４と、第二熱交換器５２から第四圧縮部４４までを接続する第四圧縮部吸込配管６５と、第四圧縮部４４から所定のプラントＰまでを接続する第四圧縮部吐出配管６６とを有する。配管部６は、第一圧縮部４１の吐出口の圧力と第二圧縮部４２の吐出口の圧力とを均一に調整するための圧力調整部７を有する。

第一圧縮部吐出配管６１は、第一圧縮部４１の吐出口と第一熱交換器５１とを接続する第一接続路であって、第一圧縮部４１で圧縮された流体を第一熱交換器５１まで流通させる。また、第一圧縮部吐出配管６１は、第一圧縮部４１の吐出口と第一熱交換器５１の入口ノズルの一つとを接続している。

第二圧縮部吐出配管６２は、第二圧縮部４２の吐出口と第一熱交換器５１とを接続する第二接続路であって、第二圧縮部４２で圧縮された流体を第一熱交換器５１まで流通させる。また、第二圧縮部吐出配管６２は、第二圧縮部４２の吐出口と第一熱交換器５１の第一圧縮部吐出配管６１が接続されていない側の入口ノズルの一つとを接続している。

第三圧縮部吸込配管６３は、第一熱交換器５１で冷却された第一圧縮部４１からの流体と第二圧縮部４２からの流体とを合流させて第三圧縮部４３まで流通させる配管であって、第一熱交換器５１の出口ノズルと第三圧縮部４３の吸込口とを接続している。

第三圧縮部吐出配管６４は、第三圧縮部４３で圧縮された流体を第二熱交換器５２まで流通させる流路であって、第三圧縮部４３の吐出口と第二熱交換器５２の入口ノズルとを接続している。

第四圧縮部吸込配管６５は、第二熱交換器５２で冷却された第三圧縮部４３からの流体を第四圧縮部４４まで流通させる配管であって、第二熱交換器５２の出口ノズルから第四圧縮部４４の吸込口に接続されている。

第四圧縮部吐出配管６６は、第四圧縮部４４で圧縮された流体を圧縮された流体の供給先である所定のプラントＰまで流通させる配管であって、第四圧縮部４４の吐出口からプラントＰの不図示の機器に接続されている。

圧力調整部７は、第一圧縮部４１の吐出側の空間の圧力と第二圧縮部４２の吐出側の空間の圧力とを均一に調整する。圧力調整部７は、図２に示すように。第一接続路である第一圧縮部吐出配管６１と第二接続路である第二圧縮部吐出配管６２とを接続している。本実施形態の圧力調整部７は、第一圧縮部吐出配管６１における第一圧縮部４１の吐出口からの距離ｌと第二圧縮部吐出配管６２における第二圧縮部４２の吐出口からの距離ｌとが同じとなる位置で連通させる。

次に、上記構成の第一実施形態の遠心圧縮機１の作用について説明する。
上記のような実施形態の遠心圧縮機１では、圧縮すべき流体が第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２の吸込口にそれぞれ同時に吸い込まれると、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２によって一段目の圧縮が行われる。

ここで、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２の吐出口からの距離ｌが同じとなる位置で、第一圧縮部吐出配管６１と第二圧縮部吐出配管６２とが圧力調整部７である配管によって接続されている。そのため、第一圧縮部吐出配管６１内の圧力調整部７が接続されている付近の圧力と第二圧縮部吐出配管６２内の圧力調整部７が接続されている付近の圧力とが均一になる。即ち、第一圧縮部４１における流体の吐出側の空間である第一圧縮部吐出配管６１内の空間の圧力と、第二圧縮部４２における流体の吐出側の空間である第二圧縮部吐出配管６２内の空間の圧力とが、圧力調整部７が接続されている部分でほぼ均一の状態となっている。
なお、ここでいう圧力が均一な状態とは、第一圧縮部４１側と第二圧縮部４２側とで実質的に第一従動軸３１等に影響を及ぼさないとみなせる程度の差しかない状態をいう。

この状態で、第一圧縮部４１によって圧縮された流体は、第一圧縮部吐出配管６１内を流れて、第一熱交換器５１の入口ノズルに流入する。同時に、第二圧縮部４２によって圧縮された流体も、第二圧縮部吐出配管６２内を流れて、第一熱交換器５１の入口ノズルに流入する。

第一圧縮部吐出配管６１と第二圧縮部吐出配管６２とから第一熱交換器５１の二つの入口ノズルに流入した流体は、第一熱交換器５１内で合流され、中間冷却される。その後、第三圧縮部吸込配管６３内を流通して第三圧縮部４３の吸込口に流入すると、第三圧縮部４３によって二段目の圧縮が行われる。第三圧縮部４３によって圧縮された流体は、第三圧縮部吐出配管６４内を流れて、第二熱交換器５２に流入する。第二熱交換器５２に流入した流体は、第二熱交換器５２内で中間冷却された後、第四圧縮部吸込配管６５内を流通して第四圧縮部４４の吸込口に流入する。その後、流体は第四圧縮部４４において三段目の圧縮が施された後、圧縮された流体の供給先である所定のプラントＰの機器に供給される。

上記のような遠心圧縮機１によれば、圧力調整部７により第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２における流体の吐出側の圧力を均一にすることで、第一圧縮部４１の吐出圧力と第二圧縮部４２の吐出圧力との差を軽減することができる。したがって、第一圧縮部４１と第二圧縮部４２との圧力差により生じるスラスト力を軽減できる。これにより、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２の二つの圧縮部４から生じるスラスト力の差によって生じる負荷を低減することができる。

また、圧力調整部７である配管によって、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２の吐出口からの距離lが同じ位置で、第一圧縮部吐出配管６１と第二圧縮部吐出配管６２とが接続されている。そのため、第一圧縮部４１の吐出口と接続されて第一圧縮部４１における流体の吐出側の空間である第一圧縮部吐出配管６１内の空間の圧力と、第二圧縮部４２の吐出口と接続されて第二圧縮部４２における流体の吐出側の空間である第二圧縮部吐出配管６２内の空間の圧力とを均一とすることができる。例えば、遠心圧縮機１の設置場所等のレイアウトの都合上、第一圧縮部吐出配管６１と第二圧縮部吐出配管６２との配管の長さに違いが出ると、二つの配管における圧力損失に差が生じてしまう。即ち、この場合では第一圧縮部吐出配管６１内の圧力と第二圧縮部吐出配管６２内の圧力とに差が生じ、第一圧縮部４１の吐出圧力と第二圧縮部４２の吐出圧力とに差が生じる。ところが、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２の吐出口からの距離lが等しく同じ位置の空間の圧力が均一にされていることで、第一圧縮部４１の吐出圧力と第二圧縮部４２の吐出圧力に生じる差を容易に軽減することができる。したがって、第一圧縮部４１と第二圧縮部４２との圧力差により生じるスラスト力を容易に軽減できる。これにより、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２の二つの圧縮部４から生じるスラスト力の差によって生じる負荷を容易に低減することができる。

《第二実施形態》
次に、図３を参照して第二実施形態の遠心圧縮機１について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の遠心圧縮機１は、圧力調整部７の接続される位置について、第一実施形態と相違する。

即ち、第二実施形態の遠心圧縮機１は、図３に示すように、圧力調整部７に代わって、第一圧縮部４１の第一インペラ４１ａと第一ケーシング４１ｂとの間に形成される空間と、第二圧縮部４２の第二インペラ４２ａと第二ケーシング４２ｂとの間に形成される空間とを接続する空間圧力調整部７０とを備える。

第二実施形態の第一圧縮部４１では、第一インペラ４１ａの第一従動軸３１の中心軸方向の第二の端部側の面との間に第一空間Ａ１を形成するよう第一ケーシング４１ｂが配置されている。
第一空間Ａ１は、第一ケーシング４１ｂ内の空間であって、第一インペラ４１ａと第一ケーシング４１ｂの壁面とによって画成される空間である。第一空間Ａ１は、第一インペラ４１ａのディスクの第一従動軸３１の中心軸方向の第二の端部側の底面と、第一ケーシング４１ｂの底部とによって挟まれた空間である。

第二実施形態の第二圧縮機では、第二インペラ４２ａの第一従動軸３１の中心軸方向の第一の端部側の面との間に第二空間Ａ２を形成するよう第二ケーシング４２ｂが配置されている。
第二空間Ａ２は、第二ケーシング４２ｂ内の空間であって、第二インペラ４２ａと第二ケーシング４２ｂの壁面とによって画成される空間である。第二空間Ａ２は、第二インペラ４２ａのディスクの第一従動軸３１の中心軸方向の第一の端部側の底面と、第二ケーシング４２ｂの底部とによって挟まれた空間である。

空間圧力調整部７０は、第一空間Ａ１及び第二空間Ａ２を連通させるように、第一ケーシング４１ｂ及び第二ケーシング４２ｂを貫通して設けられる。本実施形態の空間圧力調整部７０は、第一ケーシング４１ｂにおける第一従動軸３１の中心軸方向の第二の端部側の面である第一ケーシング４１ｂの底面を貫通する第一貫通孔７１と、第二ケーシング４２ｂにおける第一従動軸３１の中心軸方向の第一の端部側の面である第二ケーシング４２ｂの底面を貫通する第二貫通孔７２と、第一貫通孔７１と第二貫通孔７２とを接続する５ｍｍ程度の小径の配管である空間圧力調整部本体７３とを有する。

次に、上記構成の第二実施形態の遠心圧縮機１の作用について説明する。
第一圧縮部４１の吸込口から吸い込まれた流体は、第一インペラ４１ａが回転することで圧縮される。そして、第一圧縮部４１の吐出口に向かって流体は流れていく。第一インペラ４１ａは第一ケーシング４１ｂに対して回転するために、第一ケーシング４１ｂと第一インペラ４１ａとの間には流体の流れを阻害しないような微小な隙間が形成されている。第一空間Ａ１はこの微小な隙間によって流体の吐出側の流路と連通している。そのため、第一空間Ａ１内の圧力は、圧縮された流体が流通する吐出側の流路に対応する圧力とほぼ同等となっている。

同様に、第二圧縮部４２の吸込口から吸い込まれた流体は、第二インペラ４２ａが回転することで圧縮される。そして、第二圧縮機の吐出口に向かって流体は流れていく。第二インペラ４２ａは第二ケーシング４２ｂに対して回転するために、第二ケーシング４２ｂと第二インペラ４２ａとの間には流体の流れを阻害しないような微小な隙間が形成されている。第二空間Ａ２はこの微小な隙間によって流体の吐出側の流路と連通している。そのため、第二空間Ａ２内の圧力は、圧縮された流体が流通する吐出側の流路に対応する圧力とはほぼ同等となっている。

第一空間Ａ１と第二空間Ａ２とを第一貫通孔７１と第二貫通孔７２とを介して空間圧力調整部本体７３である配管によって連通させることで、第一空間Ａ１の圧力と第二空間Ａ２との圧力が均一となっている。即ち、第一空間Ａ１と微小な隙間で連通する第一圧縮部４１における流体の吐出側の流路の空間の圧力と、第二空間Ａ２と微小な隙間で連通する第二圧縮部４２における流体の吐出側の流路の空間の圧力とが、ほとんど一定の状態となっている。この状態で第一圧縮部４１によって圧縮された流体は、第一圧縮部吐出配管６１内を流れて、第一熱交換器５１の入口ノズルに流入する。同時に、第二圧縮部４２によって圧縮された流体も、第二圧縮部吐出配管６２内を流れて、第一熱交換器５１の入口ノズルに流入する。

上記のような遠心圧縮機１によれば、空間圧力調整部本体７３である配管によって第一貫通孔７１と第二貫通孔７２とを介して、第一空間Ａ１と第二空間Ａ２とを接続することで、第一空間Ａ１の圧力と第二空間Ａ２との圧力を均一にすることができる。そのため、第一圧縮部４１内及び第二圧縮部４２内の吐出口よりも吸込口側の流路の圧力を均一に近づけて圧力差を小さくすることができる。即ち、第一圧縮部４１における流体の吐出側の流路の空間の圧力と、第二圧縮部４２における流体の吐出側の流路の空間の圧力とを高い精度で均一に近づけることができる。その結果、第一圧縮部４１の吐出圧力と第二圧縮部４２の吐出圧力とに生じる差をより一層軽減することができる。したがって、第一空間Ａ１と第二空間Ａ２とを空間圧力調整部本体７３で接続することで、第一圧縮部４１と第二圧縮部４２との圧力差により生じるスラスト力をより一層軽減することができる。これにより、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２の二つの圧縮部４から生じるスラスト力の差による負荷をより一層低減することができる。

また、第一空間Ａ１と第二空間Ａ２とがそれぞれ第一ケーシング４１ｂと第二ケーシング４２ｂとに面する空間であるため、各ケーシング２０に第一貫通孔７１及び第二貫通孔７２を設けるだけで第一空間Ａ１及び第二空間Ａ２を接続する空間圧力調整部７０を設けることができる。

《第三実施形態》
次に、図４を参照して第三実施形態の遠心圧縮機１について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の遠心圧縮機１は、圧力調整部７によって均一にされた圧力に再び差を生じさせる点について、第一実施形態と相違する。

即ち、第三実施形態の遠心圧縮機１は、図４に示すように、第二実施形態の空間圧力調整部７０に設けられる差圧調整部８を有する。また、本実施形態の遠心圧縮機１の増速機１０の歯車群は、はすば歯車で構成されている。即ち、駆動歯車１１ａ、第一従動歯車１２ａ、第二従動歯車１３ａ、第一中間歯車１４ａ、及び第二中間歯車１５ａはすべてはすば歯車である。

差圧調整部８は、空間圧力調整部７０が均一に調整した第一圧縮部４１の吐出側の空間の圧力と第二圧縮部４２の吐出側の空間の圧力との差圧が、所定の差圧となるよう調整する。本実施形態の差圧調整部８は、第一従動軸３１に生じるスラスト力に応じて、空間圧力調整部７０によって均一にされている第一空間Ａ１の圧力と第二空間Ａ２の圧力とに差が生じるように調整する。具体的には差圧調整部８は、第一従動軸３１の中心軸方向の変位を測定する変位測定部８１と、測定された第一従動軸３１の変位に基づいて所定の差圧を算出する差圧制御部８２と、差圧制御部８２の算出結果に基づいて空間圧力調整部本体７３の開放量を調整する弁部８３とを有する。

変位測定部８１は、ケーシング２０に設置された変位センサによって第一従動軸３１のケーシング２０に対する中心軸方向の相対変位量を測定する。変位測定部８１は、差圧制御部８２に測定結果を出力する。
差圧制御部８２は、変位測定部８１の測定結果が入力される変位入力部８２ａと、入力された変位に基づいて第一従動軸３１に働くスラスト力を算出するスラスト力算出部８２ｂと、スラスト力算出部８２ｂで算出したスラスト力に基づいて、第一空間Ａ１と第二空間Ａ２とにおける差圧を算出する差圧算出部８２ｃと、差圧算出部８２ｃの算出結果に基づいて弁部８３に開放量を指示する弁調整部８２ｄとを有する。

変位入力部８２ａは、変位測定部８１によって測定されたケーシング２０に対する第一従動軸３１の中心軸方向の相対変位量の情報が入力される。変位入力部８２ａは、入力された相対変位量の情報をスラスト力算出部８２ｂに送る。
スラスト力算出部８２ｂは、受け取った相対変位量の情報に基づいて、第一従動軸３１にどれだけのスラスト力が働いているかを算出する。スラスト力算出部８２ｂは、算出したスラスト力を差圧算出部８２ｃに送る。

差圧算出部８２ｃは、受け取ったスラスト力に基づいて、増速機１０の駆動歯車１１ａと第一中間歯車１４ａを介して接続される第一従動歯車１２ａによって第一従動軸３１に生じるスラスト力を相殺させるように第一空間Ａ１の圧力と第二空間Ａ２の圧力との差圧を算出する。差圧算出部８２ｃは、算出した差圧を所定の差圧として情報を弁調整部８２ｄに送る。
弁調整部８２ｄは、受け取った所定の差圧の情報に基づいて、弁部８３の開放量を算出し、算出した開放量となるように弁部８３に指示を信号として送る。

弁部８３は、空間圧力調整部本体７３である配管の途中に設けられている。弁部８３は、弁調整部８２ｄから入力される信号に基づいて、弁を開閉することで配管の流量を調整する。

次に、上記構成の第三実施形態の遠心圧縮機１の作用について説明する。
第三実施形態の遠心圧縮機１は、増速機１０を構成する歯車群がはすば歯車で形成されているため、駆動軸２の回転が伝達される中で、第一中間歯車１４ａや第一従動歯車１２ａ等に中心軸方向のいずれか一方に向かってスラスト力が働く。即ち、第一従動歯車１２ａと接続されている第一従動軸３１にも中心軸方向のいずれか一方に向かってスラスト力が働く。その結果、第一従動軸３１は、ケーシング２０に対して中心軸方向の第一の端部側か第二の端部側のいずれかに移動する。

第一従動軸３１が移動すると、ケーシング２０に設けられた変位測定部８１によってケーシング２０に対する中心軸方向の相対変位量が測定される。変位測定部８１は、測定した相対変位量の情報を差圧制御部８２の変位入力部８２ａに対して出力する。相対変位量の情報が入力された変位入力部８２ａは、入力された情報をスラスト力算出部８２ｂに送る。スラスト力算出部８２ｂは、受け取った変位量の情報に基づいて、増速機１０の歯車群によって第一従動軸３１に働いているスラスト力を算出する。スラスト力算出部８２ｂは、算出したスラスト力の情報を差圧算出部８２ｃに送る。差圧算出部８２ｃは、受け取ったスラスト力の情報に基づいて、第一従動軸３１に働いているスラスト力を相殺するための差圧である第一空間Ａ１の圧力と第二空間Ａ２の圧力との差を所定の差圧として算出する。差圧算出部８２ｃは、算出した所定の差圧の情報を弁調整部８２ｄに送る。弁調整部８２ｄは、受け取った所定の差圧の情報に基づいて、弁部８３の開放量を算出して弁部８３に指示を信号として送る。信号を受けた弁部８３は、指示された開放量となるように、空間圧力調整部本体７３である配管を連通させる量を調整する。その結果、第一空間Ａ１と第二空間Ａ２との圧力が所定の差圧だけずれた状態となる。

この状態で、第一圧縮部４１によって圧縮された流体は、第一圧縮部吐出配管６１内を流れて、第一熱交換器５１の入口ノズルに流入する。同時に、第二圧縮部４２によって圧縮された流体も、第二圧縮部吐出配管６２内を流れて、第一熱交換器５１の入口ノズルに流入する。第一圧縮部４１から圧縮された流体が吐出される吐出圧力と第二圧縮部４２から圧縮された流体が吐出される吐出圧力とによって、第一圧縮部４１から第一従動軸３１に働くスラスト力と第二圧縮部４２から第一従動軸３１に働くスラスト力とに差が生じる。中心軸方向のスラスト力の小さい方に向かって第一従動軸３１が移動する。したがって、第一従動軸３１は、駆動軸２の回転が伝達される中で、はすば歯車で構成された増速機１０から働くスラスト力により移動する前の位置に戻される。

上記のような遠心圧縮機１によれば、空間圧力調整部７０によって均一に調整可能とされた第一空間Ａ１の圧力と第二空間Ａ２の圧力とを、差圧算出部８２ｃで算出した所定の差圧となるように弁部８３の開放量を調整する。その結果、第一空間Ａ１の圧力と第二空間Ａ２の圧力との差を均一な状態から調整することができ、所定の差圧に高い精度で調整することができる。そのため、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２により第一従動軸３１に働くスラスト力を容易に調整することができる。したがって、第一圧縮部４１及び第二圧縮部４２の影響以外で第一従動軸３１や第一従動軸３１に接続される駆動軸２等に働いたスラスト力を容易に相殺することができる。これにより、増速機１０である第一従動軸３１や駆動軸２に余計な負荷をかけることなく安定して運転することができる。

また、駆動歯車１１ａや第一従動歯車１２ａ等の歯車群が、はすば歯車である場合に、差圧算出部８２ｃで算出する所定の差圧を、これらの歯車群により生じるスラスト力を相殺する差圧とすることで、はすば歯車による第一従動軸３１や第一従動軸３１に接続される駆動軸２等に働いたスラスト力を相殺することができる。これにより、第一従動軸３１や駆動軸２に余計な負荷をかけることなくより安定して運転することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、圧縮部４は、本実施形態の遠心圧縮機１のように三段の構成であることに限定されるものではない。即ち、第四圧縮部４４がない二段の構成であってもよく、第五圧縮部や第六圧縮部を有して四段以上の構成としてもよい。

上記した遠心圧縮機によれば、第一圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力と第二圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力とを均一に調整することで、二つの圧縮部のスラスト力のずれによって生じる負荷を低減することができる。

１ 遠心圧縮機
１９ 駆動源
２ 駆動軸
１０ 増速機
１１、１１ａ 駆動歯車
１２、１２ａ 第一従動歯車
１３、１３ａ 第二従動歯車
１４、１４ａ 第一中間歯車
１５、１５６ａ 第二中間歯車
１７ 第一中間軸
１８ 第二中間軸
２０ ケーシング
３ 従動軸
３１ 第一従動軸
３２ 第二従動軸
４ 圧縮部
４１ 第一圧縮部
４１ａ 第一インペラ
４１ｂ 第一ケーシング
４２ 第二圧縮部
４２ａ 第二インペラ
４２ｂ 第二ケーシング
４３ 第三圧縮部
４３ａ 第三インペラ
４３ｂ 第三ケーシング
４４ 第四圧縮部
４４ａ 第四インペラ
４４ｂ 第四ケーシング
５ 熱交換器
５１ 第一熱交換器
５２ 第二熱交換器
６ 配管部
６１ 第一圧縮部吐出配管
６２ 第二圧縮部吐出配管
６３ 第三圧縮部吸込配管
６４ 第三圧縮部吐出配管
６５ 第四圧縮部吸込配管
６６ 第四圧縮部吐出配管
７ 圧力調整部
ｌ （吐出口からの）距離
７０ 空間圧力調整部
７１ 第一貫通孔
７２ 第二貫通孔
７３ 空間圧力調整部本体
Ａ１ 第一空間
Ａ２ 第二空間
８ 差圧調整部
８１ 変位測定部
８２ 差圧制御部
８２ａ 変位入力部
８２ｂ スラスト力算出部
８２ｃ 差圧算出部
８２ｄ 弁調整部
８３ 弁部
Ｐ プラント

Claims (5)

1. 回転駆動される駆動軸と、
   前記駆動軸に接続される駆動歯車と、
   前記駆動歯車の回転が伝達される従動歯車と、
   前記従動歯車の中心軸方向の両端側へと延びる従動軸と、
   前記従動軸の中心軸方向の第一の端部側に設けられ、前記従動軸の回転によって流体を圧縮する第一圧縮部と、
   前記従動軸の中心軸方向の第二の端部側に設けられ、前記従動軸の回転によって流体を圧縮する第二圧縮部と、
   前記第一圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力と前記第二圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力とを均一に調整するための圧力調整部と、
   前記第一圧縮部及び前記第二圧縮部から吐出される流体の熱交換を行う熱交換器と、
   前記第一圧縮部の吐出口と前記熱交換器とを接続する第一接続路と、
   前記第二圧縮部の吐出口と前記熱交換器とを接続する第二接続路と、を備え、
   前記圧力調整部は、前記第一圧縮部の吐出口からの距離と、前記第二圧縮部の吐出口からの距離とが同じとなる位置で、前記第一接続路と前記第二接続路とを接続する遠心圧縮機。
2. 回転駆動される駆動軸と、
   前記駆動軸に接続される駆動歯車と、
   前記駆動歯車の回転が伝達される従動歯車と、
   前記従動歯車の中心軸方向の両端側へと延びる従動軸と、
   前記従動軸の中心軸方向の第一の端部側に設けられ、前記従動軸の回転によって流体を圧縮する第一圧縮部と、
   前記従動軸の中心軸方向の第二の端部側に設けられ、前記従動軸の回転によって流体を圧縮する第二圧縮部と、
   前記第一圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力と前記第二圧縮部における流体の吐出側の空間の圧力とを均一に調整するための圧力調整部とを備え、
   前記第一圧縮部は、
   前記従動軸に対して固定されて該従動軸とともに回転して流体を圧縮する第一インペラと、前記第一インペラの前記従動軸の中心軸方向の第二の端部側の面との間に第一空間を形成する第一ケーシングとを有し、
   前記第二圧縮部は、
   前記従動軸に対して固定されて該従動軸とともに回転して流体を圧縮する第二インペラと、前記第二インペラの前記従動軸の中心軸方向の第一の端部側の面との間に第二空間を形成する第二ケーシングとを有し、
   前記圧力調整部は、前記第一空間及び前記第二空間を連通させるように、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングを貫通して設けられる遠心圧縮機。
3. 前記第一圧縮部は、
   前記従動軸に対して固定されて該従動軸とともに回転して流体を圧縮する第一インペラと、前記第一インペラの前記従動軸の中心軸方向の第二の端部側の面との間に第一空間を形成する第一ケーシングとを有し、
   前記第二圧縮部は、
   前記従動軸に対して固定されて該従動軸とともに回転して流体を圧縮する第二インペラと、前記第二インペラの前記従動軸の中心軸方向の第一の端部側の面との間に第二空間を形成する第二ケーシングとを有し、
   前記圧力調整部は、前記第一空間及び前記第二空間を連通させるように、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングを貫通して設けられる請求項１に記載の遠心圧縮機。
4. 前記圧力調整部によって均一に調整された前記第一圧縮部の吐出側の空間の圧力と前記第二圧縮部の吐出側の空間の圧力とを、所定の差圧となるよう調整する差圧調整部を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
5. 前記駆動歯車及び前記従動歯車がはすば歯車であり、
   前記差圧調整部は、前記駆動歯車と前記従動歯車とによって生じるスラスト力を相殺する差圧となるよう調整する請求項４に記載の遠心圧縮機。

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