JP6810168B2 - インレットガイドベーン及び圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、インレットガイドベーン及び圧縮機に関する。

例えば、遠心圧縮機は、回転するインペラの内部に流体を流通させ、インペラが回転する際に発生する遠心力を利用してガス状態の流体を圧縮する。このような遠心圧縮機には運転範囲を広くするために入口案内翼(インレットガイドベーン)の角度を変え外部から導入する流体の流量を調整することができる可変式のインレットガイドベーン(Inlet Guide Vane:IGV)を備えたものがある。

インレットガイドベーンは、外部から遠心圧縮機のハウジング内に流体を導入する入口流路に設けられる。インレットガイドベーンは、入口流路に固定されるベーンケース(Vane case)と、ベーンケースに支持されて開度が調整可能な複数枚の可動翼を備えている。各可動翼は、翼本体と、翼本体と一体に形成される軸部と、を有している。可動翼は、軸部が、ベーンケースに形成された軸孔に、ブッシュ等の軸受を介して回動自在に支持されている。

ところで、可動翼の軸部が軸孔内で回動自在となるよう、軸受と軸部との間には微少なクリアランスが形成されている。この微少なクリアランスを通して、流体が外部に漏れ出てしまう。

そこで、例えば特許文献１には、可動翼の軸部のクリアランスを通しての流体の漏出を抑えるため、シール部材を設ける構成が開示されている。

特開２０１５−２１４７７号公報

しかしながら、流路内の流体が高圧で、流路外の雰囲気との差圧が大きい場合、その差圧によってシール部材におけるシール性が損なわれる場合が有る。そのため、可動翼の軸部におけるシール性を高めることが望まれている。

本発明は、可動翼の軸部におけるシール性を高めることが可能なインレットガイドベーン及び圧縮機を提供する。

本発明の第一の態様に係るインレットガイドベーンは、翼本体、及び前記翼本体の端部に設けられた軸部を有する可動翼と、前記軸部が挿入される挿入孔が形成されたフレームと、前記挿入孔の内部で前記軸部の中心軸方向に間隔をあけて複数設けられ、前記フレームに対して前記中心軸周りに回転可能に前記軸部を支持する軸受部と、前記挿入孔の内部で前記中心軸方向における複数の前記軸受部の間に配置され、前記挿入孔と前記軸部との間をシールするシール部と、を備え、前記シール部は、前記中心軸方向に間隔をあけて配置された第一シール部材と第二シール部材とを備え、前記第一シール部材と前記第二シール部材とは、互いに異なるシール構造を有し、前記シール部は、前記軸部の径方向外側で周方向に連続する環状をなし、前記フレームに対して前記翼本体が配置されている側に向かって開口する溝が形成された弾性リング部と、前記溝に設けられ、前記弾性リング部の内周面を前記軸部に向かって径方向内側に付勢する付勢部材と、を備える。

このような構成によれば、複数の軸受部の間に配置されたシール部によって、挿入孔の内周面と軸部の外周面との間を通って流路内の流体が漏れることを抑える。シール部には
、軸受部と軸部の外周面との間の隙間を通り抜けた流体のみが到達する。そのため、シール部は、流体に曝されにくくなり、流体の影響を受けにくくなる。したがって、シール部の劣化を抑えて、高いシール性を継続して発揮させることができる。
また、第一シール部材と第二シール部材とによってシール部を二重の構成とすることで、シール性を高めることができる。
また、第一シール部材と第二シール部材とでシール構造を互いに異ならせることで、複数種のシール特性を有したシール部が構成される。その結果、高いシール性が確保される。
また、付勢部材によって弾性リング部の内周面を径方向内側に付勢することで、シール部と軸部との間のシール性を高めることができる。また、弾性リング部の溝が、流体の流路側である翼本体が配置されている側に開口しているので、流路側から流体が漏れてきたときに、この流体が溝内に入り込む。流体が溝内に入り込むことによって、弾性リング部の内周面が径方向内側に押圧され、シール部と軸部との間のシール性を高めることができる。

本発明の第二の態様に係るインレットガイドベーンでは、第一の態様において、前記第一シール部材は、前記第二シール部材よりも前記翼本体に近い位置に配置され、前記第二シール部材よりも高いシール性を有していてもよい。

このような構成によれば、翼本体側からの流体の漏れを、シール性の高い第一シール部材によって有効に抑えることができる。さらに、第一シール部材を通り抜けた流体のみをシールするバックアップとして第二シール部材を機能させることで、第二シール部材のシール性を抑えても、シール部全体としてのシール性を確保できる。その結果、第二シール部材のコストを抑えることができる。

本発明の第三の態様に係るインレットガイドベーンでは、第一又は第二の態様において、前記第一シール部材と前記第二シール部材との間に、前記挿入孔の内周面に形成されて径方向外側に窪む孔側凹部、及び前記軸部の外周面に形成されて径方向内側に窪む軸側凹部の少なくとも一方が形成されていてもよい。

このような構成によれば、第一シール部材と第二シール部材との間に、孔側凹部及び軸側凹部の少なくとも一方によって、挿入孔の内周面と軸部の外周面との間の隙間の断面積が拡大された空間が形成される。そのため、仮に流路側から流体が漏れた場合であっても、この空間に流体が貯留され、流体の漏出を抑えることができる。これによって、例えば第一シール部材側から流体が流入してきて、第一シール部材におけるシール性が損なわれても、シール部としてのシール性が損なわれることが抑えられる。

本発明の第四の態様に係るインレットガイドベーンでは、第一から第三の態様のいずれか一つにおいて、前記第一シール部材と前記第二シール部材との間に設けられ、前記挿入孔の内周面と前記軸部の外周面との隙間に流体が侵入したことを検知するセンサをさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、流路側から流体が漏れてきたことを、センサで検知することができる。

本発明の第五の態様に係るインレットガイドベーンでは、第一から第四の態様のいずれか一つにおいて、前記第一シール部材と前記第二シール部材との間において、前記挿入孔の内周面と前記軸部の外周面との隙間に、外部からシール用流体を供給するシール用流体供給部をさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、第一シール部材と第二シール部材との間に外部からシール用流体が送り込まれることで、流路内の流体が第一シール部材と第二シール部材との間に流れ込むことを抑える。

このような構成によれば、付勢部材によって弾性リング部の内周面を径方向内側に付勢することで、シール部と軸部との間のシール性を高めることができる。また、弾性リング部の溝が、流体の流路側である翼本体が配置されている側に開口しているので、流路側から流体が漏れてきたときに、この流体が溝内に入り込む。流体が溝内に入り込むことによって、弾性リング部の内周面が径方向内側に押圧され、シール部と軸部との間のシール性を高めることができる。

本発明の第六の態様に係る圧縮機は、上記したようなインレットガイドベーンを備える。

このような構成によれば、複数の軸受部の間に配置されたシール部によって、挿入孔の内周面と軸部の外周面との間を通って流路内の流体が漏れることを抑える。これによって、流体として、可燃性ガス等を取り扱う圧縮機においても、インレットガイドベーンを有効に適用することが可能となる。

本発明によれば、可動翼の軸部におけるシール性を高めることが可能となる。

この発明の実施形態における圧縮機システムの概略構成を示す図である。 この発明の実施形態におけるインレットガイドベーンを中心軸方向から見た図である。 この発明の実施形態におけるインレットガイドベーンの中心軸方向に沿った半断面図である。 この発明の第一実施形態におけるインレットガイドベーンの要部を示す断面図である。 図５の一部を示す拡大断面図である。 第二実施形態におけるインレットガイドベーンの要部を示す断面図である。 第三実施形態におけるインレットガイドベーンの要部を示す断面図である。

《第一実施形態》
以下、図面を参照して、本発明のインレットガイドベーン及び圧縮機を説明する。図１に示すように、遠心圧縮機システム１は、動力を発生させる駆動源１９と、駆動軸２と、従動軸３と、圧縮部４と、増速機１０と、を備える。

駆動軸２は、駆動源１９によって、その中心軸回りに回転駆動される。駆動源１９としては、例えば、蒸気タービン、モータ等を用いることができる。

従動軸３は、増速機１０から伝達された動力により、その中心軸回りに回転駆動される。従動軸３は、駆動軸２を挟んで両側に配置されている。従動軸３は、それぞれ駆動軸２と平行に延びている第一従動軸５及び第二従動軸６を有する。

増速機１０は、駆動軸２の回転を増速し、第一従動軸５と第二従動軸６とに伝達させる。増速機１０は、ケーシング２０内に、駆動歯車１１と、第一従動歯車１２及び第二従動歯車１３と、第一中間歯車１４及び第二中間歯車１５と、を備える。

駆動歯車１１は、ケーシング２０を貫通してケーシング２０内に挿入された駆動軸２の先端部に設けられ、駆動軸２と一体に回転する。ここで、駆動軸２は、ケーシング２０に軸受（図示無し）を介して支持されている。

第一従動歯車１２は、第一従動軸５の中心軸方向の中間部に、第一従動軸５と一体に設けられている。第二従動歯車１３は、第二従動軸６の中心軸方向の中間部に、第二従動軸６と一体に設けられている。第一従動軸５及び第二従動軸６は、ケーシング２０に軸受（図示無し）を介して支持されている。これら第一従動歯車１２及び第二従動歯車１３は、駆動歯車１１を挟んだ両側に、それぞれ間隔を空けて配置されている。

第一中間歯車１４は、駆動歯車１１と第一従動歯車１２との間に配置され、駆動歯車１１と第一従動歯車１２とに噛み合っている。第二中間歯車１５は、駆動歯車１１と第二従動歯車１３との間に配置され、駆動歯車１１と第二従動歯車１３とに噛み合っている。これらの第一中間歯車１４及び第二中間歯車１５は、いわゆるアイドル歯車である。第一中間歯車１４は、ケーシング２０に軸受（図示無し）を介して回転自在に支持された第一中間軸１７と一体に設けられている。第二中間歯車１５は、ケーシング２０に軸受（図示無し）を介して回転自在に支持された第二中間軸１８と一体に設けられている。

このような増速機１０は、駆動源１９の駆動力によって駆動軸２が回転すると、駆動歯車１１が駆動軸２と一体に回転する。駆動歯車１１の回転は、第一中間歯車１４及び第二中間歯車１５を介して第一従動歯車１２及び第二従動歯車１３に伝達される。これにより、第一従動歯車１２及び第二従動歯車１３が回転する。この第一従動歯車１２の回転に伴って第一従動軸５が回転し、第二従動歯車１３の回転に伴って第二従動軸６が回転する。すなわち、駆動軸２が駆動されることによって、第一従動軸５及び第二従動軸６が回転する。

圧縮部４は、駆動軸２から増速機１０を介して従動軸３に伝達された動力により駆動される。圧縮部４は、二つの第一段圧縮部（圧縮機）７ａ，７ｂと、第二段圧縮部８と、第三段圧縮部９と、を備える。

第一段圧縮部７ａ，７ｂは、遠心圧縮機システム１において、流体Ｇが最初に流入する圧縮部である。第一段圧縮部７ａ，７ｂは、第一従動軸５の中心軸方向両側の端部にそれぞれ設けられている。二つの第一段圧縮部７ａ，７ｂは、同一の構成を有している。本実施形態の第一段圧縮部７ａ，７ｂは、ガス導入部２３と、インレットガイドベーン２４と、インペラ２５と、それぞれを備えている。

ガス導入部２３は、筒状に連続をなしている。ガス導入部２３は、圧縮対象となる流体Ｇを外部から導入する入口流路を内部に形成している。

インペラ２５は、第一従動軸５に取り付けられ、ガス導入部２３から供給された流体Ｇを圧縮する。

インレットガイドベーン２４は、ガス導入部２３に設けられている。インレットガイドベーン２４は、ガス導入部２３を通過する流体Ｇの流量を制御する。

第二段圧縮部８は、第二従動軸６において駆動源１９が設けられた側とは反対側の端部に設けられている。第二段圧縮部８は、流体Ｇを圧縮するインペラ３７を有している。

第三段圧縮部９は、第二従動軸６において駆動源１９が設けられた側と同じ側に設けられている。第三段圧縮部９は、流体Ｇを圧縮するインペラ３８を有している。

次に、圧縮部同士の接続構成について説明する。
二つの第一段圧縮部７ａ，７ｂは、第一段配管３０を介して第二段圧縮部８と接続されている。第一段配管３０は、２つの第一段圧縮部吐出配管３１ａ，３１ｂと第二段圧縮部吸込配管３２とから構成されている。

第一段圧縮部吐出配管３１ａ，３１ｂと第二段圧縮部吸込配管３２との間には、第一段熱交換器２７が介設されている。第一段熱交換器２７は、２つの入口ノズル２７ａと１つの出口ノズル２７ｂを備えている。２つの入口ノズル２７ａは、それぞれ第一段圧縮部吐出配管３１ａ，３１ｂが接続されている。出口ノズル２７ｂは、第二段圧縮部吸込配管３２が接続されている。即ち、第一段熱交換器２７は、第一段圧縮部７ａ，７ｂを構成する二つの第一段圧縮部７ａ，７ｂから吐出される二系統の流体Ｇを冷却するとともに、二系統の流体Ｇを合流させ、一系統の流体Ｇとする機能を有している。第一段熱交換器２７で、圧縮過程での流体Ｇを中間的に冷却することによって、遠心圧縮機システム１の駆動に必要とされる動力が低減される。

第二段圧縮部８は、第二段配管３３を介して第三段圧縮部９と接続されている。第二段配管３３は、第二段圧縮部吐出配管３４と第三段圧縮部吸込配管３５とから構成されている。

第二段圧縮部吐出配管３４と第三段圧縮部吸込配管３５との間には、第二段圧縮部８から吐出される流体Ｇを冷却する第二段熱交換器２８が設けられている。第二段熱交換器２８で、圧縮過程での流体Ｇを中間的に冷却することによって、遠心圧縮機システム１の駆動に必要とされる動力が低減される。

第三段圧縮部９のインペラ３８には、第三段圧縮部吐出配管３６が接続されている。第三段圧縮部吐出配管３６は、流体Ｇの供給先である所定のプラントＰに接続されている。

上記したような遠心圧縮機システム１においては、圧縮すべき流体Ｇは、第一段圧縮部７ａ，７ｂを構成する二つのガス導入部２３，２３より導入され、二つの第一段圧縮部７ａ，７ｂにおいて圧縮される。

第一段圧縮部７ａ，７ｂで圧縮された流体Ｇは、第一段圧縮部吐出配管３１ａ，３１ｂを通り、第一段熱交換器２７に導入されて合流する。合流した流体Ｇは、第一段熱交換器２７で中間冷却された後、第二段圧縮部吸込配管３２を通って第二段圧縮部８に導入される。

流体Ｇは、第二段圧縮部８において圧縮された後、第二段圧縮部吐出配管３４を通して第二段熱交換器２８に送り込まれる。第二段熱交換器２８では、送り込まれた流体Ｇを中間冷却する。中間冷却された流体Ｇは、第三段圧縮部吸込配管３５を通して第三段圧縮部９に導入される。

流体Ｇは、第三段圧縮部９において圧縮された後、第三段圧縮部吐出配管３６を通し、圧縮された流体Ｇの需要先である所定のプラントＰに供給される。

次に、インレットガイドベーン２４について詳述する。
図２から図４に示すように、インレットガイドベーン２４は、フレーム５０と、複数の可動翼４０と、軸受部６０と、シール部７０とを備えている。

フレーム５０は、図２に示すように、円筒状をなしているベーンケースである。フレーム５０は、ガス導入部２３（図１参照）を構成する筒状体に接続される。これにより、ガス導入部２３の内側を流れる流体Ｇの流路１００の一部を形成する。フレーム５０は、その外周部に、翼保持部５１を有している。翼保持部５１には、フレーム５０の径方向Ｄｒに貫通する挿入孔５１ｈが複数形成されている。挿入孔５１ｈは、周方向に間隔をあけて形成されている。挿入孔５１ｈは、可動翼４０が取付可能とされている。具体的には、挿入孔５１ｈは、後述する可動翼４０の軸部４２が挿入可能とされている。

可動翼４０は、フレーム５０に対して回転可能に設けられている。可動翼４０は、周方向に間隔をあけて複数設けられている。各可動翼４０は、翼本体４１と、軸部４２と、を有する。

翼本体４１は、フレーム５０に対して径方向Ｄｒ内側（第一側）に設けられている。翼本体４１は、その翼長方向を、フレーム５０の径方向Ｄｒと一致させて配置されている。翼本体４１は、径方向Ｄｒ内側に位置する端部４１ｂが、フレーム５０の中央部に設けられたセンターハブ４４に対して隙間を空けた状態で、軸部４２の中心軸Ｃｓ周りに回動可能とされている。

軸部４２は、翼本体４１に対して、径方向Ｄｒ外側（第二側）に位置する翼長方向の端部４１ａに一体に設けられている。軸部４２は、その中心軸Ｃｓの延びる中心軸Ｃｓ方向に沿って延びる略円柱状をなしている。なお、本実施形態では、中心軸Ｃｓ方向は、径方向Ｄｒであり、翼長方向でもある。この軸部４２は、フレーム５０に形成された挿入孔５１ｈに回転可能な状態で挿入されている。

図３に示すように、軸部４２は、その先端部４２ｓが、翼保持部５１よりも径方向Ｄｒ外側に向かって突出している。この軸部４２の先端部４２ｓには、リンクプレート６５の端部６５ａが、中心軸Ｃｓ周りに回動不能に固定されている。リンクプレート６５の端部６５ｂには、ドライブピン６６が連結されている。このドライブピン６６は、フレーム５０の径方向Ｄｒ外側に設けられ、フレーム５０の周方向に旋回可能に設けられた旋回リング６７に、ドライブピン６６の中心軸周りに回動自在に支持されている。この旋回リング６７は、アクチュエータ２６（図１参照）によりフレーム５０の中心軸Ｃｆ（図２参照）周りに回動可能とされている。旋回リング６７が、アクチュエータ２６によって、中心軸Ｃｆ周りに旋回されると、リンクプレート６５が軸部４２を中心として揺動し、これによって軸部４２がその中心軸Ｃｓ周りに回転する。これによって、フレーム５０の内側の流路１００における流体Ｇの流れ中において、翼本体４１の角度（開度）が変わり、ガス導入部２３を通過する流体Ｇの流量を制御する。

図４に示すように、軸受部６０は、各可動翼４０を支持するために、挿入孔５１ｈの内部に設けられている。軸受部６０は、フレーム５０に形成された挿入孔５１ｈに対して、その中心軸Ｃｓ周りに回転可能に軸部４２を支持している。本実施形態の軸受部６０は、軸部４２の中心軸Ｃｓ方向に間隔をあけて複数設けられている。軸受部６０は、筒状をなしている。本実施形態では、軸受部６０として、第一軸受部６０Ａと第二軸受部６０Ｂとの二つが設けられている。

軸部４２を中心軸Ｃｓ周りに回動自在に支持する翼保持部５１は、ベース部５２と、複数のシール保持部材５５と、中間部材５６と、シール押さえ部材５７と、を備える。

ベース部５２は、フレーム５０の外周面５０ｆから径方向Ｄｒ外側に突出するよう形成されている。ベース部５２は、フレーム５０の径方向Ｄｒ外側を向くベース部５２の外周面５２ｆに、径方向Ｄｒ内側に窪んだ外周凹部（凹部）５３を有している。また、フレーム５０は、ベース部５２が形成された部分に、その内周面５０ｇからフレーム５０の径方向Ｄｒ外側に窪んだ内周凹部５４を有している。この内周凹部５４は、可動翼４０の翼本体４１の端部４１ａの一部が収容される。

また、ベース部５２には、フレーム５０の径方向Ｄｒに沿って延びるベース部貫通孔５２ｈが形成されている。ベース部貫通孔５２ｈは、内周凹部５４の底面５４ｂと外周凹部５３の底面５３ｂとを貫通している。このベース部貫通孔５２ｈは、挿入孔５１ｈの一部を形成している。第一軸受部６０Ａは、このベース部貫通孔５２ｈに対し、フレーム５０の径方向Ｄｒ内側から外側に向かって嵌め込まれている。

本実形態のシール保持部材５５は、二つ設けられている。シール保持部材５５は、ベース部５２の外周凹部５３内に、中心軸Ｃｓ方向に沿って積層された状態で収容されている。図５に示すように、シール保持部材５５は、その中心軸Ｃｓ方向の中央部分に、挿入孔５１ｈの一部を形成する保持部材貫通孔５５ｈを有している。また、シール保持部材５５は、後述する第一シール部材７１を収容する収容部５８を有している。

収容部５８は、シール保持部材５５の中心軸Ｃｓ方向の保持部材第一面５５ｆ側に形成されている。収容部５８は、保持部材貫通孔５５ｈの孔径方向Ｄｓ外側で周方向に連続する環状で、中心軸Ｃｓ方向の保持部材第二面５５ｇ側に窪んで形成されている。ここで、保持部材第一面５５ｆは、シール保持部材５５において径方向Ｄｒ外側を向く面である。また、保持部材第二面５５ｇは、シール保持部材５５において径方向Ｄｒ内側を向く面である。収容部５８は、保持部材貫通孔５５ｈの内周側に臨む内周側段部５８ａと、内周側段部５８ａよりも保持部材第二面５５ｇ側への窪み寸法が小さい外周側段部５８ｂと、を有している。外周側段部５８ｂは、内周側段部５８ａの外周側と連続するように形成されている。

また、シール保持部材５５は、保持部材第二面５５ｇ側に、周方向に連続して保持部材第一面５５ｆ側に窪む保持部材溝５９を有している。この保持部材溝５９は、中心軸Ｃｓ方向から見たときに、収容部５８よりも孔径方向Ｄｓ外側に環状に形成されている。この保持部材溝５９には、後述する第三シール部材７９が収容される。

中間部材５６は、中心軸Ｃｓ方向の中間部材第二面５６ｂ側に、外周側に向かって延びるフランジ部５６ｄを一体に有している。中間部材５６は、このフランジ部５６ｄをベース部５２の外周凹部５３内に挿入させている。中間部材５６は、シール保持部材５５に対し、径方向Ｄｒの外側に積層して設けられている。２枚のシール保持部材５５と、中間部材５６とは、その外周部がボルト６１によってベース部５２に締結されて共に固定されている。

ここで、中間部材第一面５６ａは、中間部材５６において径方向Ｄｒ外側を向く面である。また、中間部材第二面５６ｂは、中間部材５６において径方向Ｄｒ内側を向く面である。

中間部材５６は、中心軸Ｃｓ方向の中間部材第一面５６ａ側に、中心軸Ｃｓ方向の中間部材第二面５６ｂ側に向かって窪んだ中間凹部５６１を有している。また、中間部材５６は、孔径方向Ｄｓの中央部分に、中間凹部５６１と中間部材第二面５６ｂとに貫通する中間部材貫通孔５６ｈを有している。この中間部材貫通孔５６ｈは、挿入孔５１ｈの一部を形成している。

中間部材５６は、中間部材貫通孔５６ｈの孔径方向Ｄｓ外側に窪んだ孔側凹部５６２が形成されている。孔側凹部５６２は、中間部材貫通孔５６ｈの中心軸Ｃｓ方向の中間部に、中心軸Ｃｓ周りの周方向に連続している。

なお、中間部材５６に孔側凹部５６２が形成されずに、軸部４２の外周面４２ｆに孔径方向Ｄｓ内側に窪む軸側凹部が形成されていてもよい。したがって、孔側凹部５６２及び軸側凹部の少なくとも一方が形成されて、第一シール部材７１と第二シール部材７２との間に空間を広げるスペースが形成されていればよい。

また、中間部材５６は、中間部材第二面５６ｂ側に、周方向に連続して中間部材第一面５６ａ側に窪む中間部材溝５６３を有している。この中間部材溝５６３は、中心軸Ｃｓ方向から見たときに、シール保持部材５５に形成された収容部５８よりも孔径方向Ｄｓ外側で環状に形成されている。この中間部材溝５６３には、後述する第三シール部材７９が収容される。

シール押さえ部材５７は、中間部材５６に対し、径方向Ｄｒ外側に配置されている。シール押さえ部材５７は、中央部に、挿入孔５１ｈの一部を形成する貫通孔５７ｈが形成されている。第二軸受部６０Ｂは、シール押さえ部材５７に対し、フレーム５０の径方向Ｄｒ外側から内側に向かって嵌め込まれている。シール押さえ部材５７は、中心軸Ｃｓ方向の第二面５７ｂ側に、中間部材５６の中間凹部５６１の内側に挿入される挿入筒部５７１を有している。シール押さえ部材５７の挿入筒部５７１は、中間凹部５６１の内側に配置される第二シール部材７２を、中間凹部５６１の底面５６１ｂとの間で挟み込む。

シール部７０は、上記したような翼保持部５１の挿入孔５１ｈの内部に配置されている。シール部７０は、中心軸Ｃｓ方向における複数の軸受部６０の間に配置されている。このシール部７０は、挿入孔５１ｈと軸部４２との間をシールし、フレーム５０の内側から外側に、流路１００から流体Ｇが流出することを抑えている。本実施形態のシール部７０は、第一軸受部６０Ａと第二軸受部６０Ｂとの間に設けられている。シール部７０は、中心軸Ｃｓ方向に間隔をあけて配置された第一シール部材７１と第二シール部材７２とを有している。

第一シール部材７１は、シール保持部材５５の収容部５８に収容されている。第一シール部材７１は、二つのシール保持部材５５にそれぞれ収容されている。つまり、第一シール部材７１は、中心軸Ｃｓ方向において二重に設けられている。

第一シール部材７１は、収容部５８の内周側段部５８ａに収容される環状のシール部本体７３と、シール部本体７３から孔径方向Ｄｓ外側に延出しているリップ部７６と、を有している。

シール部本体７３は、軸部４２の孔径方向Ｄｓ外側で周方向に連続している。シール部本体７３は、弾性リング部７４と、付勢部材７５と、を備えている。リップ部７６は、外周側段部５８ｂに収容されている。

弾性リング部７４は、軸部４２の孔径方向Ｄｓ外側で周方向に連続する環状をなしている。弾性リング部７４は、ゴム系材料等の弾性材料からなる。弾性リング部７４は、フレーム５０の径方向Ｄｒ内側に向かって開口するリング溝７４ｍを有している。

付勢部材７５は、径方向Ｄｒ内側に向かって開口する逆Ｕ字状に湾曲形成された板バネ材からなる。付勢部材７５は、弾性リング部７４のリング溝７４ｍ内に収容されている。付勢部材７５は、弾性リング部７４の内周面７４ｆを挿入孔５１ｈの孔径方向Ｄｓ内側に付勢している。

第二シール部材７２は、中間部材５６の中間凹部５６１に収容されている。第二シール部材７２は、第一シール部材７１よりも翼本体４１に遠い位置に配置されている。つまり、二つの第一シール部材７１は、挿入孔５１ｈにおいて、第二シール部材７２よりも翼本体４１に近い位置に配置されている。第二シール部材７２は、シールキャップ７７と、シールリング７８と、を備えている。

シールキャップ７７は、円環状で、挿入孔５１ｈの孔径方向Ｄｓ外側に向かって開口するキャップ溝７７ｍを有している。シールリング７８は、ゴム系材料からなる。シールリング７８は、キャップ溝７７ｍ内に設けられている。シールリング７８は、シールキャップ７７を挿入孔５１ｈの孔径方向Ｄｓ内側に向かって付勢している。

このようにして、第一シール部材７１と、第二シール部材７２とは、互いに異なるシール構造を有している。また、第二シール部材７２よりも径方向Ｄｒ内側に配置される第一シール部材７１は、第二シール部材７２よりも高いシール性を有している。

なお、第一シール部材７１と、第二シール部材７２とは、互いに異なるシール構造であることに限定されるものではなく、同じシール構造であってもよい。

シール部７０は、さらに、第三シール部材７９を備える。第三シール部材７９は、環状のゴム系材料からなるＯリングである。第三シール部材７９は、保持部材溝５９と、中間部材溝５６３とに、それぞれ収容されている。保持部材溝５９に収容された第三シール部材７９Ａは、シール保持部材５５Ａとこのシール保持部材５５Ａと対向するベース部５２の外周凹部５３の底面５３ｂとの間をシールしている。中間部材溝５６３に収容された第三シール部材７９Ｃは、この中間部材５６とシール保持部材５５Ｂとの間をシールする。

また、シール部７０は、第一シール部材７１と第二シール部材７２との間に、シール空間８０を備えている。このシール空間８０は、第一シール部材７１と第二シール部材７２との間において、孔側凹部５６２によって、挿入孔５１ｈと軸部４２との間の隙間の断面積が拡大されることで形成されている。

上述した実施形態のインレットガイドベーン２４、遠心圧縮機システム１によれば、複数の第一軸受部６０Ａ及び第二軸受部６０Ｂの間に配置されたシール部７０によって、挿入孔５１ｈと軸部４２との間を通って流路１００内の流体Ｇが漏れることを抑える。シール部７０には、第一軸受部６０Ａ及び第二軸受部６０Ｂと軸部４２の外周面との間の隙間を通り抜けた流体のみが到達する。そのため、シール部７０が流体に曝されにくくなり、流体に直接曝された状態で設けられている場合に比べて、流体の影響を受けにくくなる。したがって、シール部７０の劣化を抑えて、高いシール性を継続して発揮させることができる。

また、シール部７０に対して軸部４２の中心軸Ｃｓ方向両側には、筒状の第一軸受部６０Ａ及び第二軸受部６０Ｂが設けられている。この第一軸受部６０Ａ及び第二軸受部６０Ｂに代えて、例えばボールベアリング等を設けた場合に比較し、軸部４２の外周面４２ｆと、第一軸受部６０Ａ及び第二軸受部６０Ｂとの間の隙間は小さい。したがって、第一シール部材７１には、第一軸受部６０Ａと軸部４２の外周面４２ｆとの隙間を通った流体Ｇのみが到達するので、第一シール部材７１においてシール性を有効に発揮することができる。このようにして、可動翼４０の軸部４２におけるシール性を高めることが可能となる。

また、シール部７０を、第一シール部材７１と第二シール部材７２とによって二重の構成することで、シール性を高めることができる。さらに、第一シール部材７１が二重に設けられているので、そのシール性がさらに高まる。

また、第一シール部材７１と第二シール部材７２とでシール構造を互いに異ならせることで、複数種のシール特性を有したシール部７０が構成される。その結果、高いシール性が確保される。

また、第一シール部材７１は、第一シール部材７１に対して翼本体４１から離間する径方向Ｄｒ外側に配置される第二シール部材７２よりも高いシール性を有している。このような構成によれば、流路１００側からの流体Ｇの漏れを、第一シール部材７１によって有効に抑えることができる。また、第二シール部材７２は、第一シール部材７１を通り抜けた流体Ｇのみをシールするバックアップとして機能させることができる。そのため、第二シール部材７２のシール性を抑えても、シール部７０全体としてのシール性を確保できる。その結果、第二シール部材７２のコストを抑えることができる。

また、第一シール部材７１は、付勢部材７５によって弾性リング部７４の内周面７４ｆを孔径方向Ｄｓ内側に付勢することで、第一シール部材７１と軸部４２との間のシール性を高めることができる。

また、弾性リング部７４のリング溝７４ｍが、流体Ｇの流路１００側である径方向Ｄｒ内側に開口しているので、流路１００側から流体Ｇが漏れてきたときに、この流体Ｇがリング溝７４ｍ内に入り込む。流体Ｇがリング溝７４ｍ内に入り込むことによって、弾性リング部７４の内周面７４ｆが孔径方向Ｄｓ内側に押圧され、第一シール部材７１と軸部４２との間のシール性を高めることができる。

また、フレーム５０は、中心軸Ｃｓ方向に沿って積層される複数のシール保持部材５５を備えている。第一シール部材７１は、各シール保持部材５５の保持部材第一面５５ｆ側から収容部５８に収容することができる。これにより、保持部材貫通孔５５ｈの孔径方向Ｄｓ内側から外側に向かって第一シール部材７１を組み付ける場合に比較すると、組付作業を容易に行うことができる。

また、第一シール部材７１は、シール部本体７３から孔径方向Ｄｓ外側に延出するリップ部７６が、この第一シール部材７１が組み込まれたシール保持部材５５と他の部材との間に挟み込まれるので、第一シール部材７１が軸部４２とともに連れ回ることを抑える。また、シール保持部材５５と他の部材との隙間から流体Ｇが漏れることを抑える。

また、第一シール部材７１の孔径方向Ｄｓ外側に配置した第三シール部材７９によって、複数が積層されるシール保持部材５５と他の部材との隙間から流体Ｇが漏出するのをさらに確実に抑えることができる。

また、第一シール部材７１と第二シール部材７２との間に、孔側凹部５６２によって、シール空間８０が形成されている。流路１００側から流体Ｇが漏れてきたときに、この流体Ｇが、シール空間８０に流れ込むことで、流体Ｇの漏出を抑えることができる。

《第二実施形態》
次に、図６を参照して第二実施形態のインレットガイドベーンについて説明する。第二実施形態においては第一実施形態と同様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インレットガイドベーンは、シール部の構成について第一実施形態と相違する。

即ち、図６に示すように、第二実施形態のインレットガイドベーン２４Ｂは、上記第一実施形態のインレットガイドベーン２４と同様に、フレーム５０と、複数の可動翼４０と、を備えている。

フレーム５０は、その外周部に、翼保持部５１を有している。翼保持部５１は、周方向に間隔をあけて形成された複数個所に、フレーム５０の径方向Ｄｒに沿って延びるよう形成された挿入孔５１ｈを有している。

可動翼４０は、挿入孔５１ｈに設けられた第一軸受部６０Ａ及び第二軸受部６０Ｂによって、軸部４２が中心軸Ｃｓ周りに回動自在に支持されている。

第一軸受部６０Ａ及び第二軸受部６０Ｂの間には、シール部７０Ｂが設けられている。シール部７０Ｂの第一シール部材７１と第二シール部材７２との間には、中間部材５６に形成された孔側凹部５６２によって、シール空間８０Ｂが形成されている。

シール部７０Ｂは、シール空間８０Ｂに流路１００内の流体Ｇが侵入したことを検知するセンサ９０を備えている。センサ９０は、流体Ｇが侵入したことを、シール空間８０Ｂ内の圧力、温度、流体Ｇを構成する物質の検出等によって検知する。

上述したような構成によれば、上記第一実施形態と同様、可動翼４０の軸部４２におけるシール性を高めることができる。さらに、センサ９０により、挿入孔５１ｈと軸部４２との隙間に流路１００内から流体Ｇが漏れてきたことを検知することができる。これにより、センサ９０で流体Ｇの漏出を検知した場合には、遠心圧縮機システム１の作動を停止させ、シール部７０Ｂのメンテナンス等を適切なタイミングで行うことが可能となる。

《第三実施形態》
次に、図７を参照して第三実施形態のインレットガイドベーンについて説明する。第三実施形態においては、第一、第二実施形態と同様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インレットガイドベーンは、シール部の構成について第一、第二実施形態と相違する。

即ち、図７に示すように、第三実施形態のインレットガイドベーン２４Ｃは、上記第一実施形態のインレットガイドベーン２４と同様に、フレーム５０と、複数の可動翼４０と、を備えている。

フレーム５０は、その外周部に、翼保持部５１を有している。翼保持部５１は、周方向に間隔をあけて形成された複数個所に、フレーム５０の径方向Ｄｒに沿って延びるよう形成された挿入孔５１ｈを有している。

可動翼４０は、挿入孔５１ｈに設けられた第一軸受部６０Ａ及び第二軸受部６０Ｂによって、軸部４２が中心軸Ｃｓ周りに回動自在に支持されている。

第一軸受部６０Ａ及び第二軸受部６０Ｂの間には、シール部７０Ｃが設けられている。シール部７０Ｃの第一シール部材７１と第二シール部材７２との間には、中間部材５６に形成された孔側凹部５６２によって、シール空間８０Ｃが形成されている。

中間部材５６には、その外部と孔側凹部５６２とを連通する連通孔５６８が形成されている。この連通孔５６８には、シール用流体供給部９５が接続されている。シール用流体供給部９５は、挿入孔５１ｈと軸部４２との隙間のシール空間８０Ｃに、外部からシール用流体Ｇｓを供給する。

シール用流体供給部９５は、シール用流体Ｇｓを供給することで、シール空間８０Ｃ内を加圧する。加圧されたシール空間８０Ｃ内の圧力は、流路１００内の圧力よりも低く、フレーム５０の外部の圧力（大気圧）よりも高くなるようにするのが好ましい。

上述したような構成によれば、上記第一実施形態と同様、可動翼４０の軸部４２におけるシール性を高めることができる。さらに、第一シール部材７１と第二シール部材７２との間のシール空間８０Ｃに、外部からシール用流体Ｇｓを送り込み、シール空間８０Ｃ内を加圧する。これによって、流路１００内の流体Ｇの圧力と、シール空間８０Ｃ内の圧力との差圧が小さくなる。その結果、流路１００内の流体Ｇが第一シール部材７１と第二シール部材７２との間に流れ込むことを抑え、シール性をさらに高めることができる。これにより、第一シール部材７１が損傷することを抑える。

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。

例えば、上記各実施形態で示したインレットガイドベーン２４，２４Ｂ、２４Ｃは、遠心圧縮機システム１を構成するギアド圧縮機に限らず、軸流圧縮機等、ガスタービン等に適用することができる。

上記したインレットガイドベーン、圧縮機によれば、インレットガイドベーンの可動翼の軸部におけるシール性を高めることができる。

１ 遠心圧縮機システム
２ 駆動軸
３ 従動軸
４ 圧縮部
５ 第一従動軸
６ 第二従動軸
７ａ、７ｂ 第一段圧縮部（圧縮機）
８ 第二段圧縮部
９ 第三段圧縮部
１０ 増速機
１１ 駆動歯車
１２ 第一従動歯車
１３ 第二従動歯車
１４ 第一中間歯車
１５ 第二中間歯車
１７ 第一中間軸
１８ 第二中間軸
１９ 駆動源
２０ ケーシング
２３ ガス導入部
２４、２４Ｂ，２４Ｃ インレットガイドベーン
２５、３７、３８ インペラ
２６ アクチュエータ
２７ 第一段熱交換器
２７ａ 入口ノズル
２７ｂ 出口ノズル
２８ 第二段熱交換器
３０ 第一段配管
３１ａ、３１ｂ 第一段圧縮部吐出配管
３２ 第二段圧縮部吸込配管
３３ 第二段配管
３４ 第二段圧縮部吐出配管
３５ 第三段圧縮部吸込配管
３６ 第三段圧縮部吐出配管
４０ 可動翼
４１ 翼本体
４１ａ、４１ｂ 端部
４２ 軸部
４２ｆ 外周面
４２ｓ 先端部
４４ センターハブ
５０ フレーム
５０ｆ 外周面
５０ｇ 内周面
５１ 翼保持部
５１ｆ 内周面
５１ｈ 挿入孔
５２ ベース部
５２ｆ 外周面
５２ｈ ベース部貫通孔
５３ 外周凹部
５３ｂ 底面
５４ 内周凹部
５４ｂ 底面
５５、５５Ａ、５５Ｂ シール保持部材
５５ｆ 保持部材第一面
５５ｇ 保持部材第二面
５５ｈ 保持部材貫通孔
５６ 中間部材
５６ａ 中間部材第一面
５６ｂ 中間部材第二面
５６ｄ フランジ部
５６ｈ 中間部材貫通孔
５６１ 中間凹部
５６１ｂ 底面
５６２ 孔側凹部
５６３ 中間部材溝
５６８ 連通孔
５７ シール押さえ部材
５７ｂ 第二面
５７ｈ 貫通孔
５７１ 挿入筒部
５８ 収容部
５８ａ 内周側段部
５８ｂ 外周側段部
５９ 保持部材溝
６０ 軸受部
６０Ａ 第一軸受部
６０Ｂ 第二軸受部
６１ ボルト
６５ リンクプレート
６５ａ、６５ｂ 端部
６６ ドライブピン
６７ 旋回リング
７０、７０Ｂ、７０Ｃ シール部
７１ 第一シール部材
７２ 第二シール部材
７３ シール部本体
７４ 弾性リング部
７４ｆ 内周面
７４ｍ リング溝
７５ 付勢部材
７６ リップ部
７７ シールキャップ
７７ｍ キャップ溝
７８ シールリング
７９、７９Ａ、７９Ｂ、７９Ｃ 第三シール部材
８０、８０Ｂ、８０Ｃ シール空間
９０ センサ
９５ シール用流体供給部
１００ 流路
Ｃｓ 中心軸
Ｄｒ 径方向
Ｄｓ 孔径方向
Ｇ 流体
Ｇｓ シール用流体
Ｐ プラント

Claims (6)

1. 翼本体、及び前記翼本体の端部に設けられた軸部を有する可動翼と、
   前記軸部が挿入される挿入孔が形成されたフレームと、
   前記挿入孔の内部で前記軸部の中心軸方向に間隔をあけて複数設けられ、前記フレームに対して前記中心軸周りに回転可能に前記軸部を支持する軸受部と、
   前記挿入孔の内部で前記中心軸方向における複数の前記軸受部の間に配置され、前記挿入孔と前記軸部との間をシールするシール部と、を備え、
   前記シール部は、前記中心軸方向に間隔をあけて配置された第一シール部材と第二シール部材とを備え、
   前記第一シール部材と前記第二シール部材とは、互いに異なるシール構造を有し、
   前記シール部は、
   前記軸部の径方向外側で周方向に連続する環状をなし、前記フレームに対して前記翼本体が配置されている側に向かって開口する溝が形成された弾性リング部と、
   前記溝に設けられ、前記弾性リング部の内周面を前記軸部に向かって径方向内側に付勢する付勢部材と、を備えるインレットガイドベーン。
2. 前記第一シール部材は、
   前記第二シール部材よりも前記翼本体に近い位置に配置され、
   前記第二シール部材よりも高いシール性を有する請求項１に記載のインレットガイドベーン。
3. 前記第一シール部材と前記第二シール部材との間に、前記挿入孔の内周面に形成されて径方向外側に窪む孔側凹部、及び前記軸部の外周面に形成されて径方向内側に窪む軸側凹部の少なくとも一方が形成されている請求項１又は２に記載のインレットガイドベーン。
4. 前記第一シール部材と前記第二シール部材との間に設けられ、前記挿入孔の内周面と前記軸部の外周面との隙間に流体が侵入したことを検知するセンサをさらに備える請求項１から３の何れか一項に記載のインレットガイドベーン。
5. 前記第一シール部材と前記第二シール部材との間において、前記挿入孔の内周面と前記軸部の外周面との隙間に、外部からシール用流体を供給するシール用流体供給部をさらに備える請求項１から４の何れか一項に記載のインレットガイドベーン。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載のインレットガイドベーンを備える圧縮機。

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