JP6763078B2 - 回転機械 - Google Patents

Description

この発明は、回転機械に関する。

遠心圧縮機等の回転機械は、ケーシングに回転可能に設けられた回転軸の回転を入力または出力するために、回転軸の端部がケーシングの外部に突出している場合がある。このような回転機械では、回転軸とケーシングとの隙間からケーシングの外部への作動流体の流出、および外部からケーシング内への異物等の侵入を防ぐ必要がある。そこで、回転機械では、回転軸とケーシングとの間にシール部を設ける構成が用いられている。特に、遠心圧縮機の場合、シール部として、ドライガスシールが用いられる。

ドライガスシールは、回転環と静止環とを備えている。回転環は、回転軸の外周部分に回転軸と一体に設けられている。静止環は、ケーシングに固定され、回転環に対して回転軸の軸方向において対向するよう設けられている。静止環は、コイルバネ等によって、回転環に向けて押圧されている。これにより、回転機械が停止している状態では、静止環と回転環とが互いに突き当たっている。

回転環の静止環に対向する表面には、螺旋状の溝が形成されている。回転機械が作動し、回転軸が回転すると、螺旋状の溝によって回転環と静止環との間にシールガスが導入される。このシールガスの圧力により、静止環が、コイルバネの付勢力に抗して回転軸の軸方向に沿って押圧される。これにより、回転環と静止環との間に微小な隙間が形成されることで、内部流体が機内側から機外側に漏れることを最少にしている。

特許文献１には、回転環と静止環とを有するドライガスシールを有する圧縮機が記載されている。この圧縮機は、シールガスを供給するシールガス流路と、ドレンを排出するドレンガス流路とを有している。このドレンガス流路は、回転環の下方でケーシングに接続され、圧縮機本体の吸込口に接続された吸込流路に繋がっている。この圧縮機では、ドレンガス流路によってドレンをシールガスとともに吸込流路に戻している。

特開２０１２−１０７６０９号公報

ところで、ケーシングにおいて、ドライガスシール部が設けられている部分には、シールガスを供給する配管、漏洩（リーク）ガスを排出する配管、及び、溜まったドレンを排出する配管のように複数の配管が接続されている。その結果、ケーシングの周辺の配管の経路が複雑になる可能性がある。そのため、ケーシングに直接接続される配管の数を低減したいという要望がある。

本発明は、ケーシングに直接接続される配管数を低減することが可能な回転機械を提供する。

本発明の第一態様の回転機械は、水平方向に延びる軸線回りに回転自在に設けられた回転軸と、前記回転軸の径方向の外側から前記回転軸を覆い、前記回転軸の周方向に延びるガス流路が形成されたケーシングと、前記回転軸と一体的に回転する回転環と、前記ケーシングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で突き当たり、前記回転軸の回転時に前記ガス流路を流通するシールガスによって前記回転環との間にシール隙間を形成する静止環と、前記ケーシングの鉛直方向の下部に接続され、前記ガス流路と連通しているドレン配管と、前記ドレン配管に設けられ、前記ドレン配管内の流体の流通状態を調整する調整弁と、前記調整弁よりも前記ケーシングと前記ドレン配管との接続部に近い位置で前記ドレン配管と接続され、前記シールガスが流通するガス流通配管とを備え、前記ガス流通配管は、前記ガス流路に供給する前記シールガスを流通させるシールガス供給管であり、前記シールガスは、前記ガス流通配管が接続された前記ドレン配管を介して前記ケーシングに供給される。

このような構成によれば、気体であるシールガスを流通させるガス流通配管が、液体であるドレンを流通させるドレン配管を介してケーシングに接続されている。そのため、シールガス及びドレンの流通状態を損なうことなく、ドレン配管とガス流通配管を一つの接続部でケーシングに接続させることができる。

本発明の第二態様の回転機械では、第一態様において、前記ガス流通配管は、前記ドレン配管から前記鉛直方向の上方を含む方向に延びていてもよい。

このような構成によれば、鉛直方向の下方に向かってドレン配管内を流れる液状のドレンは、ガス流通管との接続部に到達しても、鉛直方向の上方を含む方向に向かって流れることが無い。そのため、ガス流通配管の奥までドレンが流入してしまうことを防ぐことができる。

本発明の第三態様の回転機械では、第一態様又は第二態様において、前記ガス流通配管は、逆止弁が設けられていてもよい。

このような構成によれば、ガス流通配管における流体の流れ方向が逆止弁で制限される。そのため、ドレン配管内を流れる液状のドレンがガス流通管の奥まで流入してしまうことを高い精度で防ぐことができる。

本発明の第四態様の回転機械では、第一態様から第三態様のいずれか一つにおいて、前記ドレン配管は、内部を確認可能な窓部を有していてもよい。

このような構成によれば、ドレン配管内のドレンの量を窓部で容易に確認することができる。したがって、ドレン配管内のドレンを適切に排出させることができる。

本発明によれば、ケーシングに直接接続される配管数を低減することができる。

本実施形態における回転機械の一例としての圧縮機を備えた回転機械システムの概略構成を示す図である。 本実施形態における圧縮機に設けられたガスシール部の構成を示す図である。 本実施形態おける圧縮機とドレン配管とを軸方向から見た構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の回転機械システムの実施形態を説明する。
図１に示すように、回転機械システム１は、圧縮機（回転機械）１０と、圧縮機１０を駆動する駆動源としてのタービン２０と、を備えている。

圧縮機１０は、例えば遠心圧縮機である。圧縮機１０は、ケーシング１１と、回転軸１２と、シール部５０と、を備えている。

ケーシング１１は、回転軸１２の径方向Ｄｒの外側から回転軸１２を覆っている。回転軸１２は、ケーシング１１内で、水平方向に延びる軸線Ｃ回りに回転自在に設けられている。回転軸１２には、作動流体であるプロセスガスを圧縮するインペラ（図示無し）が固定されている。なお、本実施形態で軸線Ｃが延びる水平方向は、鉛直方向に対して完全に直交する方向のみだけに限定されるものではなく、圧縮機１０を設置させる際に許容可能な程度に僅かに傾いていてもよい。

なお、以下では、回転軸１２の軸線Ｃが延びている方向を軸方向Ｄａとする。軸線Ｃを基準にした回転軸１２の径方向を単に径方向Ｄｒとする。また、軸線Ｃを中心とする回転軸１２周りの方向を周方向Ｄｃとする。

シール部５０は、圧縮機１０の吸込側（軸方向Ｄａのタービン２０側）に設けられている。シール部５０は、回転軸１２のケーシング１１の端部を貫通して外側に突出している部分に設けられている。

図２に示すように、シール部５０は、複数のドライガスシール部５１と、複数のラビリンスシール部５２と、セパレーションシール部５３と、複数のドレン配管５４と、複数の調整弁５５と、複数のガス流通配管５７と、を備える。

ドライガスシール部５１は、シールガスが供給されることで、ケーシング１１の内部側である機内Ａ側と外部側である機外Ｂ側との間をシールしている。ドライガスシール部５１は、回転環５１１と、静止環５１３と、を備えている。

回転環５１１は、回転軸１２と一体的に回転する。回転環５１１は、回転軸１２の外周面に固定されている。回転軸１２の外周面には、筒状のシャフトスリーブ５１２が固定されている。回転環５１１は、円環状をなして、シャフトスリーブ５１２に嵌め込まれて保持されている。回転環５１１において、静止環５１３に対向する表面には、螺旋状の溝（図示無し）が設けられている。

静止環５１３は、ケーシング１１に設けられている。静止環５１３は、回転軸１２の停止時に回転環５１１と全周で突き当たり、回転軸１２の回転時にガス流路６０を流通するシールガスによって回転環５１１との間にシール隙間を形成する。

ケーシング１１には、回転軸１２の端部がケーシング１１の内外を貫通して挿通される軸挿通孔１１１が設けられている。この軸挿通孔１１１の内周面に、円環状のリテーナ５１４が設けられている。リテーナ５１４に形成された凹部には、回転軸１２の軸方向Ｄａにスライド移動可能に静止環５１３が設けられている。静止環５１３は、回転環５１１に向かって付勢するコイルバネ５１５を介してリテーナ５１４に接続されている。

回転環５１１と静止環５１３とは、回転軸１２の軸方向Ｄａにおいて互いに対向するよう設けられている。静止環５１３は、コイルバネ５１５によって、回転環５１１に向けて押圧されている。

本実施形態のドライガスシール部５１は、第一ドライガスシール部５１ａと、第二ドライガスシール部５１ｂと、を有している。第一ドライガスシール部５１ａは、第二ドライガスシール部５１ｂよりも回転軸１２の軸方向Ｄａに沿ってケーシング１１の機内Ａ側に配置されている。第一ドライガスシール部５１ａは、シールガスとして、圧縮機１０において圧縮されたプロセスガスの一部がフィルタに通して供給される。第二ドライガスシール部５１ｂは、シールガスとして、プロセスガスよりも圧力の低い窒素のような気体状態の不活性ガスが供給される。

ラビリンスシール部５２は、回転軸１２の外周面との間を複数のシールフィンによってシールしている。本実施形態のラビリンスシール部５２は、第一ラビリンスシール部５２ａと、第二ラビリンスシール部５２ｂと、を有している。第一ラビリンスシール部５２ａは、第二ドライガスシール部５１ｂよりも軸方向Ｄａの機内Ａ側に配置されている。第二ラビリンスシール部５２ｂは、軸方向Ｄａにおいて、第一ドライガスシール部５１ａと第二ドライガスシール部５１ｂとの間に配置されている。

セパレーションシール部５３は、シールガスとして、気体状態のセパレーションガスを供給することで、セパレーションシール部５３よりも機外Ｂ側にある軸受において使用される潤滑油がドライガスシール部５１に混入することを防いでいる。セパレーションガスは、窒素のような不活性ガスであればよい。

本実施形態のシール部５０では、第一ラビリンスシール部５２ａ、第一ドライガスシール部５１ａ、第二ラビリンスシール部５２ｂ、第二ドライガスシール部５１ｂ、及びセパレーションシール部５３が、軸方向Ｄａに沿ってケーシング１１の機内Ａ側から機外Ｂ側に順番に配列されている。

軸挿通孔１１１において、第一ラビリンスシール部５２ａと第一ドライガスシール部５１ａとの間には第一空間Ｓ１が形成されている。第一空間Ｓ１は、軸挿通孔１１１に回転軸１２が挿通されていることで、軸方向Ｄａから見た際に軸線Ｃを中心とする円周上に複数離間して形成されている。第一空間Ｓ１には、第一ドライガスシール部５１ａに流れ込むシールガスが流通する。

軸挿通孔１１１において、第一ドライガスシール部５１ａと第二ラビリンスシール部５２ｂとの間には、第二空間Ｓ２が形成されている。第二空間Ｓ２は、軸挿通孔１１１に回転軸１２が挿通されていることで、軸方向Ｄａから見た際に軸線Ｃを中心とする円周上に複数離間して形成されている。第二空間Ｓ２には、第一ドライガスシール部５１ａから流れ出たシールガスが流通する。

軸挿通孔１１１において、第二ラビリンスシール部５２ｂと第二ドライガスシール部５１ｂとの間には第三空間Ｓ３が形成されている。第三空間Ｓ３は、軸挿通孔１１１に回転軸１２が挿通されていることで、軸方向Ｄａから見た際に軸線Ｃを中心とする円周上に複数離間して形成されている。第三空間Ｓ３には、第二ドライガスシール部５１ｂに流れ込むシールガスが流通する。

軸挿通孔１１１において、第二ドライガスシール部５１ｂとセパレーションシール部５３の間には第四空間Ｓ４が形成されている。第四空間Ｓ４は、軸挿通孔１１１に回転軸１２が挿通されていることで、軸方向Ｄａから見た際に軸線Ｃを中心とする円周上に複数離間して形成されている。第四空間Ｓ４には、第二ドライガスシール部５１ｂから流れ出たシールガスが流通する。

また、ケーシング１１には、回転軸１２の周方向Ｄｃに延びるガス流路６０が形成されている。本実施形態のガス流路６０は、軸挿通孔１１１を径方向Ｄｒの外側から囲むように形成されている。ガス流路６０は、軸線Ｃを中心とする円環状をなしている。本実施形態では、ガス流路６０として、第一空間Ｓ１に連通する第一ガス流路６０ａと、第二空間Ｓ２に連通する第二ガス流路６０ｂと、第三空間Ｓ３に連通する第三ガス流路６０ｃと、第四空間Ｓ４に連通する第四ガス流路６０ｄと、セパレーションシール部５３に連通する第五ガス流路６０ｅとが、ケーシング１１に形成されている。

第一ガス流路６０ａは、第一空間Ｓ１を外周側から囲むように円環状をなしている。第一ガス流路６０ａは、軸挿通孔１１１の内周面の複数の箇所で開口している。即ち、第一ガス流路６０ａは、周方向Ｄｃの複数箇所で第一空間Ｓ１と連通している。

第二ガス流路６０ｂは、第一ガス流路６０ａよりも軸方向Ｄａの機外Ｂ側において、第二空間Ｓ２を外周側から囲むように円環状をなしている。第二ガス流路６０ｂは、軸挿通孔１１１の内周面の複数の箇所で開口している。即ち、第二ガス流路６０ｂは、周方向Ｄｃの複数箇所で第二空間Ｓ２と連通している。

第三ガス流路６０ｃは、第二ガス流路６０ｂよりも軸方向Ｄａの機外Ｂ側において、第三空間Ｓ３を外周側から囲むように円環状をなしている。第三ガス流路６０ｃは、軸挿通孔１１１の内周面の複数の箇所で開口している。即ち、第三ガス流路６０ｃは、周方向Ｄｃの複数箇所で第三空間Ｓ３と連通している。

第四ガス流路６０ｄは、第三ガス流路６０ｃよりも軸方向Ｄａの機外Ｂ側において、第四空間Ｓ４を外周側から囲むように円環状をなしている。第四ガス流路６０ｄは、軸挿通孔１１１の内周面の複数の箇所で開口している。即ち、第四ガス流路６０ｄは、周方向Ｄｃの複数箇所で第四空間Ｓ４と連通している。

第五ガス流路６０ｅは、第四ガス流路６０ｄよりも軸方向Ｄａの機外Ｂ側において、セパレーションシール部５３を外周側から囲むように円環状をなしている。第五ガス流路６０ｅは、軸挿通孔１１１の内周面の複数の箇所で開口している。即ち、第五ガス流路６０ｅは、周方向Ｄｃの複数箇所でセパレーションシール部５３と連通している。

ガス流路６０には、ドレン配管５４が接続されている。ドレン配管５４は、ガス流路６０内に溜まったドレンを外部に排出する。ドレンは、圧縮機１０の運転が停止され、軸挿通孔１１１内の温度や圧力が低下することでシールガスが液化して生じる可能性がある。ドレン配管５４は、図３に示すように、鉛直方向の下部でケーシング１１に接続されている。ドレン配管５４は、ケーシング１１内でガス流路６０と連通している。ドレン配管５４は、ケーシング１１に接続されていない側の端部が外部に繋がっている。ドレン配管５４は、ケーシング１１との接続部から鉛直方向の下方を含む方向に向かって真っすぐ延びている。ドレン配管５４は、ケーシング１１との接続部から水平方向よりも下方に延びていることが好ましい。ここで、鉛直方向の下部とは、鉛直方向の最下部のみではなく、鉛直方向の最下部を含む一定の領域である。なお、本実施形態のドレン配管５４は、鉛直方向の最下部でケーシング１１に接続されている。

ドレン配管５４には、図２及び図３に示すように、調整弁５５とサイトグラス（窓部）５６とが設けられている。調整弁５５は、ドレン配管５４内の流体の流通状態を調整する。本実施形態の調整弁５５は、閉塞された状態から手動で開放されることで、調整弁５５よりも鉛直方向の下方である外部に向かうようにドレン配管５４内でドレンを流通させる。

サイトグラス５６は、ドレン配管５４の内部を確認可能とされている。サイトグラス５６は、調整弁５５よりもケーシング１１とドレン配管５４との接続部に近い位置に設けられている。サイトグラス５６は、調整弁５５の開閉状態が確認可能な位置に設けられていることが好ましい。

本実施形態のドレン配管５４は、図２に示すように、第一ドレン配管５４ａと、第二ドレン配管５４ｂと、第三ドレン配管５４ｃと、第四ドレン配管５４ｄと、第五ドレン配管５４ｅとを有している。

第一ドレン配管５４ａは、第一ガス流路６０ａに接続されている。第一ドレン配管５４ａは、ケーシング１１の鉛直方向の最下部で第一ガス流路６０ａと連通している。第一ドレン配管５４ａは、鉛直方向の下方に向かって真っすぐ延びている。第一ドレン配管５４ａには、調整弁５５として、第一調整弁５５ａが設けられている。第一ドレン配管５４ａには、サイトグラス５６として、第一サイトグラス５６ａが設けられている。第一サイトグラス５６ａは、第一調整弁５５ａよりもケーシング１１側に設けられている。

第二ドレン配管５４ｂは、第二ガス流路６０ｂに接続されている。第二ドレン配管５４ｂは、ケーシング１１の鉛直方向の最下部で第二ガス流路６０ｂと連通している。第二ドレン配管５４ｂは、鉛直方向の下方に向かって真っすぐ延びている。第二ドレン配管５４ｂには、調整弁５５として、第二調整弁５５ｂが設けられている。第二ドレン配管５４ｂには、サイトグラス５６として、第二サイトグラス５６ｂが設けられている。第二サイトグラス５６ｂは、第二調整弁５５ｂよりもケーシング１１側に設けられている。

第三ドレン配管５４ｃは、第三ガス流路６０ｃに接続されている。第三ドレン配管５４ｃは、ケーシング１１の鉛直方向の最下部で第三ガス流路６０ｃと連通している。第三ドレン配管５４ｃは、鉛直方向の下方に向かって真っすぐ延びている。第三ドレン配管５４ｃには、調整弁５５として、第三調整弁５５ｃが設けられている。第三ドレン配管５４ｃには、サイトグラス５６として、第三サイトグラス５６ｃが設けられている。第三サイトグラス５６ｃは、第三調整弁５５ｃよりもケーシング１１側に設けられている。

第四ドレン配管５４ｄは、第四ガス流路６０ｄに接続されている。第四ドレン配管５４ｄは、ケーシング１１の鉛直方向の最下部で第四ガス流路６０ｄと連通している。第四ドレン配管５４ｄは、鉛直方向の下方に向かって真っすぐ延びている。第四ドレン配管５４ｄには、調整弁５５として、第四調整弁５５ｄが設けられている。第四ドレン配管５４ｄには、サイトグラス５６として、第四サイトグラス５６ｄが設けられている。第四サイトグラス５６ｄは、第四調整弁５５ｄよりもケーシング１１側に設けられている。

第五ドレン配管５４ｅは、第五ガス流路６０ｅに接続されている。第五ドレン配管５４ｅは、ケーシング１１の鉛直方向の最下部で第五ガス流路６０ｅと連通している。第五ドレン配管５４ｅは、鉛直方向の下方に向かって真っすぐ延びている。第五ドレン配管５４ｅには、調整弁５５として、第五調整弁５５ｅが設けられている。第五ドレン配管５４ｅには、サイトグラス５６として、第五サイトグラス５６ｅが設けられている。第五サイトグラス５６ｅは、第五調整弁５５ｅよりもケーシング１１側に設けられている。

ドレン配管５４には、図３に示すように、シールガスが流通するガス流通配管５７が接続されている。ガス流通配管５７は、ガス流路６０に供給されるシールガス又はガス流路６０から排出されたシールガスを流通させるための配管である。ガス流通配管５７は、調整弁５５よりもケーシング１１とドレン配管５４との接続部に近い位置で、ドレン配管５４と接続されている。ガス流通配管５７は、ドレン配管５４から鉛直方向の上方を含む方向に延びている。具体的には、本実施形態のガス流通配管５７は、ドレン配管５４との接続部から水平方向よりも上方に向かうように傾斜して延びている。ガス流通配管５７は、内部を流通するシールガスの流通方向を一方のみに制限する逆止弁５８が設けられている。

本実施形態のシール部５０は、図２に示すように、ガス流通配管５７として、第一シールガス供給管５７ａと、第一シールガス排出管５７ｂと、第二シールガス供給管５７ｃと、第二シールガス排出管５７ｄと、セパレーションガス供給管５７ｅとを有している。

第一シールガス供給管５７ａは、第一ガス流路６０ａに供給するシールガスを流通させている。これにより、第一シールガス供給管５７ａは、シールガスを第一ドライガスシール部５１ａのシール隙間に供給している。第一シールガス供給管５７ａは、圧縮機１０において圧縮されたプロセスガスの一部を、シールガスとして供給している。第一シールガス供給管５７ａは、第一ドレン配管５４ａに接続されている。本実施形態の第一シールガス供給管５７ａは、第一サイトグラス５６ａ及び第一調整弁５５ａよりもケーシング１１と第一ドレン配管５４ａとの接続部に近い位置で第一ドレン配管５４ａと接続されている。第一シールガス供給管５７ａは、第一ドレン配管５４ａから斜め上方に向かって傾斜して延びている。第一シールガス供給管５７ａは、第一ドレン配管５４ａに向かうシールガスの流通のみを許容する第一逆止弁５８ａが設けられている。第一シールガス供給管５７ａは、第一ドレン配管５４ａ、第一ガス流路６０ａ、及び第一空間Ｓ１を介して、第一ドライガスシール部５１ａにシールガスを供給している。

第一シールガス排出管５７ｂは、第二ガス流路６０ｂから排出されたシールガスを流通させている。これにより、第一シールガス排出管５７ｂは、第一ドライガスシール部５１ａのシール隙間を流通したシールガスを排出している。第一シールガス排出管５７ｂは、フレアスタック（不図示）に接続されている。なお、フレアスタックでは、シールガスは焼却されて外部に放出されている。第一シールガス排出管５７ｂは、フレアスタックに接続されていない側の端部が第二ドレン配管５４ｂに接続されている。本実施形態の第一シールガス排出管５７ｂは、第二サイトグラス５６ｂ及び第二調整弁５５ｂよりもケーシング１１と第二ドレン配管５４ｂとの接続部に近い位置で第二ドレン配管５４ｂと接続されている。第一シールガス排出管５７ｂは、第二ドレン配管５４ｂから斜め上方に向かって傾斜して延びている。第一シールガス排出管５７ｂは、第二ドレン配管５４ｂからフレアスタックに向かうシールガスの流通のみを許容する第二逆止弁５８ｂが設けられている。即ち、第二逆止弁５８ｂは、第一逆止弁５８ａとは逆方向へのシールガスの流通を許容している。第一シールガス排出管５７ｂは、第一ドライガスシール部５１ａから流れ出たシールガスを第二空間Ｓ２、第二ガス流路６０ｂ、及び第二ドレン配管５４ｂを介して排出している。

第二シールガス供給管５７ｃは、第三ガス流路６０ｃに供給するシールガスを流通させている。これにより、第二シールガス供給管５７ｃは、シールガスを第二ドライガスシール部５１ｂのシール隙間に供給している。第二シールガス供給管５７ｃは、不活性ガスを、シールガスとして供給している。第二シールガス供給管５７ｃは、第三ドレン配管５４ｃに接続されている。本実施形態の第二シールガス供給管５７ｃは、第三サイトグラス５６ｃ及び第三調整弁５５ｃよりもケーシング１１と第三ドレン配管５４ｃとの接続部に近い位置で、第三ドレン配管５４ｃと接続されている。第二シールガス供給管５７ｃは、第三ドレン配管５４ｃから斜め上方に向かって傾斜して延びている。第二シールガス供給管５７ｃは、第三ドレン配管５４ｃに向かうシールガスの流通のみを許容する第三逆止弁５８ｃが設けられている。第三逆止弁５８ｃは、第一逆止弁５８ａと同方向へのシールガスの流通を許容している。第二シールガス供給管５７ｃは、第三ドレン配管５４ｃ、第三ガス流路６０ｃ、及び第三空間Ｓ３を介して、第二ドライガスシール部５１ｂにシールガスを供給している。

第二シールガス排出管５７ｄは、第四ガス流路６０ｄから排出されたシールガスを流通させている。これにより、第二シールガス排出管５７ｄは、第二ドライガスシール部５１ｂのシール隙間を流通したシールガスを排出している。第二シールガス排出管５７ｄは、ベントに接続されている。第二シールガス排出管５７ｄは、ベントに接続されていない側の端部が第四ドレン配管５４ｄに接続されている。本実施形態の第二シールガス排出管５７ｄは、第四サイトグラス５６ｄ及び第四調整弁５５ｄよりもケーシング１１と第四ドレン配管５４ｄとの接続部に近い位置で第四ドレン配管５４ｄと接続されている。第二シールガス排出管５７ｄは、第四ドレン配管５４ｄから斜め上方に向かって傾斜して延びている。第二シールガス排出管５７ｄは、第四ドレン配管５４ｄからベントに向かうシールガスの流通のみを許容する第四逆止弁５８ｄが設けられている。第四逆止弁５８ｄは、第二逆止弁５８ｂと同方向へのシールガスの流通を許容している。第二シールガス排出管５７ｄは、第二ドライガスシール部５１ｂから流れ出たシールガスを第四空間Ｓ４、第四ガス流路６０ｄ、及び第四ドレン配管５４ｄを介して排出している。

セパレーションガス供給管５７ｅは、第五ガス流路６０ｅに供給するシールガスを流通させている。これにより、セパレーションガス供給管５７ｅは、シールガスをセパレーションシール部５３に供給している。セパレーションガス供給管５７ｅは、不活性ガスを、シールガスとして供給している。セパレーションガス供給管５７ｅは、第五ドレン配管５４ｅに接続されている。本実施形態のセパレーションガス供給管５７ｅは、第五サイトグラス５６ｅ及び第五調整弁５５ｅよりもケーシング１１と第五ドレン配管５４ｅとの接続部に近い位置で、第五ドレン配管５４ｅと接続されている。セパレーションガス供給管５７ｅは、第五ドレン配管５４ｅから斜め上方に向かって傾斜して延びている。セパレーションガス供給管５７ｅは、第五ドレン配管５４ｅに向かうシールガスの流通のみを許容する第五逆止弁５８ｅが設けられている。第五逆止弁５８ｅは、第一逆止弁５８ａと同方向へのシールガスの流通を許容している。セパレーションガス供給管５７ｅは、第五ドレン配管５４ｅ及び第五ガス流路６０ｅを介して、セパレーションシール部５３にシールガスを供給している。

上述したような圧縮機１０では、第一ドライガスシール部５１ａ及び第二ドライガスシール部５１ｂにおいて、圧縮機１０が停止している状態では、静止環５１３と回転環５１１とが互いに突き当たっている。圧縮機１０が運転されることで、圧縮されたプロセスガスの一部がシールガスとして第一シールガス供給管５７ａに送られる。第一シールガス供給管５７ａを流通してきたシールガスは、第一調整弁５５ａが閉塞されていることで、第一ドレン配管５４ａを通って第一ガス流路６０ａに流入する。第一ガス流路６０ａに流入したシールガスは、第一空間Ｓ１を経由して第一ドライガスシール部５１ａに供給される。圧縮機１０が作動し、回転軸１２が回転すると、回転環５１１の表面に設けられた螺旋状の溝により、第一空間Ｓ１から回転環５１１と静止環５１３との間にシールガスが導入される。このシールガスの圧力により、静止環５１３が、コイルバネ５１５の付勢力に抗して回転軸１２の軸方向Ｄａに沿って機外Ｂ側に押圧される。これにより、回転環５１１と静止環５１３との間に微小なシール隙間が形成される。このように第一ドライガスシール部５１ａに微小な隙間が形成されることで、第一ドライガスシール部５１ａによって、回転軸１２とケーシング１１との間のシールがなされる。また、第一空間Ｓ１に流入したシールガスは、第一ラビンリンスシール部５２ａを通って機内Ａ側に流れるとともに、シールガスの一部が第一ドライガスシール部５１ａを通り、機外Ｂに向かって流れる。第一ドライガスシール部５１ａを通ったシールガスの一部は、第二空間Ｓ２を介して、第二ガス流路６０ｂに流入する。第二ガス流路６０ｂに流入したシールガスは、第二ドレン配管５４ｂに送られる。第二ドレン配管５４ｂを流通するシールガスは、第二調整弁５５ｂが閉塞されていることで、第一シールガス排出管５７ｂを通ってフレアスタックに送られる。

同様に、不図示の供給源から不活性ガスがシールガスとして第二シールガス供給管５７ｃに送られる。第二シールガス供給管５７ｃを流通してきたシールガスは、第三調整弁５５ｃが閉塞されていることで、第三ドレン配管５４ｃを通って第三ガス流路６０ｃに流入する。第三ガス流路６０ｃに流入したシールガスは、第三空間Ｓ３を経由して第二ドライガスシール部５１ｂに供給される。圧縮機１０が作動し、回転軸１２が回転すると、回転環５１１の表面に設けられた螺旋状の溝により、第三空間Ｓ３から回転環５１１と静止環５１３との間にシールガスが導入される。このシールガスの圧力により、静止環５１３が、コイルバネ５１５の付勢力に抗して回転軸１２の軸方向Ｄａに沿って機外Ｂ側に押圧される。これにより、回転環５１１と静止環５１３との間に微小なシール隙間が形成される。このようにて第二ドライガスシール部５１ｂに微小な隙間が形成されることで、第二ドライガスシール部５１ｂによって、回転軸１２とケーシング１１との間のシールがなされる。また、第三空間Ｓ３に流入したシールガスは、第二ラビンリンスシール部５２ｂを通って機内Ａ側出る第二空間Ｓ２に流れるとともに、シールガスの一部が第二ドライガスシール部５１ｂを通り、機外Ｂに向かって流れる。第二空間Ｓ２に流れ込んだシールガスは、第二ドレン配管５４ｂを介してフレアスタックに送られる。また、第二ドライガスシール部５１ｂを通ったシールガスは、第四空間Ｓ４を介して、第四ガス流路６０ｄに流入する。第四ガス流路６０ｄに流入したシールガスは、第四ドレン配管５４ｄに送られる。第四ドレン配管５４ｄを流通するシールガスは、第四調整弁５５ｄが閉塞されていることで、第二シールガス排出管５７ｄを通ってベントに送られる。

また、不図示の供給源から不活性ガスがシールガスとしてセパレーションガス供給管５７ｅに送られる。セパレーションガス供給管５７ｅを流通してきたシールガスは、第五調整弁５５ｅが閉塞されていることで、第五ドレン配管５４ｅを通って第五ガス流路６０ｅに流入する。第五ガス流路６０ｅに流入したシールガスは、セパレーションシール部５３に供給される。セパレーションシール部５３に供給されたシールガスは、回転軸１２とケーシング１１との間のシールに用いられた後に、第四空間Ｓ４や機外Ｂ側に流出する。

また、圧縮機１０が停止して軸挿通孔１１１内の温度や圧力が低下することでシールガスが液化してドレンが生じる。具体的には、第一空間Ｓ１を例に挙げて説明する。第一空間Ｓ１内で生じたドレンは、第一ガス流路６０ａに入り込む。その後、液状のドレンは、第一ガス流路６０ａの鉛直方向の下方に向かって集まる。集まったドレンは、第一ガス流路６０ａと鉛直方向の最下部で繋がれた第一ドレン配管５４ａ内に流れ込む。第一ドレン配管５４ａ内を鉛直方向の下方に向かって流れたドレンは、第一調整弁５５ａが閉塞されていることで、第一調整弁５５ａ付近に溜まる。同様に、第二ガス流路６０ｂ、第三ガス流路６０ｃ、第四ガス流路６０ｄ、及び第五ガス流路６０ｅに集まったドレンは、第二ドレン配管５４ｂ、第三ドレン配管５４ｃ、第四ドレン配管５４ｄ、及び第五ドレン配管５４ｅにそれぞれ流れ込んで調整弁５５付近に溜まる。この状態で、各調整弁５５を開放されることで、ドレンが外部に排出されている。

上述したような圧縮機１０によれば、ガス流通配管５７がドレン配管５４を介してケーシング１１に接続されている。具体的には、第一シールガス供給管５７ａを例に挙げて説明する。気体であるシールガスを流通させる第一シールガス供給管５７ａが、液体であるドレンを流通させる第一ドレン配管５４ａを介してケーシング１１に接続されている。第一ドレン配管５４ａがケーシング１１の鉛直方向の下部に接続されていることで、第一ガス流路６０ａに溜まったドレンを、重力を利用して第一ドレン配管５４ａに流通させることができる。また、第一シールガス供給管５７ａを流通するシールガスは気体であるため、ケーシング１１の鉛直方向の下部から供給されても影響を受けない。そのため、第一ガス流路６０ａに対するシールガス及びドレンの流通状態を損なうことなく、第一ドレン配管５４ａと第一シールガス供給管５７ａとを一つの接続部でケーシング１１に接続させることができる。したがって、ケーシング１１に直接接続される配管数を低減することができる。つまり、第一ドレン配管５４ａと第一シールガス供給管５７ａとが異なる位置でケーシング１１にそれぞれ接続されて、ケーシング１１における配管の接続部が増えてしまうことを防ぐことができる。また、第一シールガス排出管５７ｂ、第二シールガス供給管５７ｃ、第二シールガス排出管５７ｄ、及びセパレーションガス供給管５７ｅでも同様の作用効果を奏する。

また、鉛直方向の下方に向かって延びているドレン配管５４に対して、ガス流通配管５７が水平方向よりも上方に向かって傾斜して延びている。具体的には、第一シールガス供給管５７ａを例に挙げて説明する。第一ドレン配管５４ａ内を第一調整弁５５ａに向かって鉛直方向の下方に流れるドレンが、第一シールガス供給管５７ａとの接続部に到達しても、液体であるドレンは、斜め上方に向かって流れることが無い。これに対して、第一シールガス供給管５７ａは、鉛直方向の下方に向かって延びる第一ドレン配管５４ａから斜め上方に向かって傾斜して延びている。そのため、第一シールガス供給管５７ａの奥までドレンが流入してしまうことを防ぐことができる。一方、気体であるシールガスは、第一シールガス供給管５７ａが上方に向かって延びていても、その流通状態には影響を受けにくい。したがって、シールガスの流通状態を損なうことなく、効果的にドレンを排出することができる。また、第一シールガス排出管５７ｂ、第二シールガス供給管５７ｃ、第二シールガス排出管５７ｄ、及びセパレーションガス供給管５７ｅでも同様の作用効果を奏する。これにより、シールガス及びドレンのいずれの流通状態も損なうことなく、ドレンがシールガスの供給源や排出先に流入してしまうことを防ぐことができる。

特に、シールガスを排出する第一シールガス排出管５７ｂと第一ドレン配管５４ａとのように、ドレン及びシールガスの流通方向の同じ配管を接続した場合には、第一シールガス排出管５７ｂが上方に向かって傾斜して延びていても、気体であるシールガスの流通は阻害されない。

また、ガス流通配管５７にはそれぞれ逆止弁５８が設けられている。具体的には、第一シールガス供給管５７ａを例に挙げて説明する。第一シールガス供給管５７ａには第一逆止弁５８ａが設けられている。そのため、仮に第一シールガス供給管５７ａ内にドレンが流れ込んでしまっても、第一逆止弁５８ａよりも奥に流れ込むことを防ぐことができる。一方、第一逆止弁５８ａでは、第一ドレン配管５４ａに向かうシールガスの流れを阻害しない。同様に、第一シールガス排出管５７ｂ、第二シールガス供給管５７ｃ、第二シールガス排出管５７ｄ、及びセパレーションガス供給管５７ｅでも同様の作用効果を奏する。したがって、シールガスの流通状態を阻害することなく、ドレン配管５４内を流れる液状のドレンがガス流通管の奥まで流入してしまうことを高い精度で防ぐことができる。

また、ドレン配管５４にはそれぞれサイトグラス５６が設けられている。具体的には、第一ドレン配管５４ａを例に挙げて説明する。第一ドレン配管５４ａには第一サイトグラス５６ａが第一調整弁５５ａの近くに設けられている。そのため、第一調整弁５５ａ付近に溜まる第一ドレン配管５４ａ内のドレンの量をサイトグラス５６によって視認し、容易に確認することができる。これにより、第一ドレン配管５４ａ内のドレンの一定量溜まった状態で、第一調整弁５５ａを開放させることができる。また、第二ドレン配管５４ｂ、第三ドレン配管５４ｃ、第四ドレン配管５４ｄ、及び第五ドレン配管５４ｅにもサイトグラス５６が設けられており、同様の作用効果を奏する。したがって、ドレン配管５４内のドレンを適切に排出することができる。

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、およ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。

また、上記実施形態では、回転機械として、圧縮機１０を例示したが、本発明の回転機械はこれに限られるものではない。例えば、回転機械は、各種のタービン２０や電動機であってもよい。

また、ドレン配管５４は、ケーシング１１の鉛直方向の最下部からまっすぐに伸びていることに限定されるものではない。ドレン配管５４は、ケーシング１１の鉛直方向の最下部からわずかにずれた位置から、水平方向及び鉛直方向に対して下方に向かって傾斜して延びていてもよい。

上記した圧縮機１０によれば、ケーシング１１に直接接続される配管数を低減することができる。

１ 回転機械システム
１０ 圧縮機
１１ ケーシング
１１１ 軸挿通孔
６０ ガス流路
６０ａ 第一ガス流路
６０ｂ 第二ガス流路
６０ｃ 第三ガス流路
６０ｄ 第四ガス流路
６０ｅ 第五ガス流路
１２ 回転軸
Ｃ 軸線
５０ シール部
５１ ドライガスシール部
５１１ 回転環
５１２ シャフトスリーブ
５１３ 静止環
５１４ リテーナ
５１５ コイルバネ
５１ａ 第一ドライガスシール部
５１ｂ 第二ドライガスシール部
５２ ラビリンスシール部
５２ａ 第一ラビリンスシール部
５２ｂ 第二ラビリンスシール部
５３ セパレーションシール部
Ｓ１ 第一空間
Ｓ２ 第二空間
Ｓ３ 第三空間
Ｓ４ 第四空間
５４ ドレン配管
５４ａ 第一ドレン配管
５４ｂ 第二ドレン配管
５４ｃ 第三ドレン配管
５４ｄ 第四ドレン配管
５４ｅ 第五ドレン配管
５５ 調整弁
５５ａ 第一調整弁
５５ｂ 第二調整弁
５５ｃ 第三調整弁
５５ｄ 第四調整弁
５５ｅ 第五調整弁
５６ サイトグラス
５６ａ 第一サイトグラス
５６ｂ 第二サイトグラス
５６ｃ 第三サイトグラス
５６ｄ 第四サイトグラス
５６ｅ 第五サイトグラス
５７ ガス流通配管
５８ 逆止弁
５７ａ 第一シールガス供給管
５８ａ 第一逆止弁
５７ｂ 第一シールガス排出管
５８ｂ 第二逆止弁
５７ｃ 第二シールガス供給管
５８ｃ 第三逆止弁
５７ｄ 第二シールガス排出管
５８ｄ 第四逆止弁
５７ｅ セパレーションガス供給管
５８ｅ 第五逆止弁
２０ タービン
Ｄａ 軸方向
Ｄｒ 径方向
Ｄｃ 周方向
Ａ 機内
Ｂ 機外

Claims (4)

1. 水平方向に延びる軸線回りに回転自在に設けられた回転軸と、
   前記回転軸の径方向の外側から前記回転軸を覆い、前記回転軸の周方向に延びるガス流路が形成されたケーシングと、
   前記回転軸と一体的に回転する回転環と、
   前記ケーシングに設けられ、前記回転軸の停止時に前記回転環と全周で突き当たり、前記回転軸の回転時に前記ガス流路を流通するシールガスによって前記回転環との間にシール隙間を形成する静止環と、
   前記ケーシングの鉛直方向の下部に接続され、前記ガス流路と連通しているドレン配管と、
   前記ドレン配管に設けられ、前記ドレン配管内の流体の流通状態を調整する調整弁と、
   前記調整弁よりも前記ケーシングと前記ドレン配管との接続部に近い位置で前記ドレン配管と接続され、前記シールガスが流通するガス流通配管とを備え、
   前記ガス流通配管は、前記ガス流路に供給する前記シールガスを流通させるシールガス供給管であり、
   前記シールガスは、前記ガス流通配管が接続された前記ドレン配管を介して前記ケーシングに供給される回転機械。
2. 前記ガス流通配管は、前記ドレン配管から前記鉛直方向の上方を含む方向に延びている請求項１に記載の回転機械。
3. 前記ガス流通配管は、逆止弁が設けられている請求項１又は請求項２に記載の回転機械。
4. 前記ドレン配管は、内部を確認可能な窓部を有する請求項１から請求項３の何れか一項に記載の回転機械。

Images