JP7044611B2

JP7044611B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP7044611B2
Application number: JP2018072237A
Authority: JP
Inventors: ミヒャエル・ベシャート; クリストフ・アンドリス
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2038-04-04
Also published as: CN108869378A; CA3000253A1; US10690140B2; JP2018193991A; KR102353785B1; CH713776A2; US20180328375A1; CH713776B1; DE102017208128A1; FR3066236A1; FR3066236B1; KR20180125390A

Description

本発明は圧縮機に関する。

本発明に関する圧縮機は、特に工業プラント、例えば空気分離プラントにおいて使用される。圧縮機は、圧縮機ハウジングと、複数の圧縮機段を提供する圧縮機ハウジングに設置された圧縮機ローターとを備える。

圧縮されるべき媒体の所望の圧縮を圧縮機で提供するために、圧縮されるべき媒体の流れ方向に見たときに前後に配置された多数の圧縮機段が、ある条件の下で必要とされるが、これは、圧縮機ローターの軸の比較的長い設計の原因となる。しかしながら、圧縮機ローターの長い軸は、振動を生じる傾向があり、その結果、圧縮機の動特性は悪影響を受ける。しかしながら、振動の影響を受けにくい圧縮機ローターの比較的長い軸のを提供するためには、それにもかかわらず、より大きな直径の軸を具現化することが実際には普通であり、この結果、全体として、より大きく、より重い圧縮機の設計がもたらされる。代替的には、複数の圧縮機が直列に接続される。

より大きな直径を有する軸の実施形態および複数の圧縮機の直列接続の両方はコスト高を招き、したがって不利である。

特に圧縮機の動特性に悪影響を及ぼすことなく、多数の圧縮機段を保証するために、その圧縮機ローターが比較的小さい直径を有する軸を備える圧縮機においてさえ、軸の長い設計を可能にする必要がある。

このことを起点として、本発明は、新しいタイプの圧縮機を創出するという目的に基づいている。

この目的は、請求項１に記載の圧縮機によって解決される。本発明によれば、磁気ベアリングおよび安全ベアリングが二つの圧縮機段の間に配置され、これは、各場合に、一体型軸として形成された軸上にスプリットベアリングとして搭載される。

本発明では、二つの圧縮段の間に磁気ベアリングおよび安全ベアリングを形成することが提案され、磁気ベアリングおよび安全ベアリングは、圧縮機ローターの一体型軸に取り付けられた分割ベアリングとして具現化される。磁気ベアリングによって、圧縮機ローターの軸の振動を減衰させることができ、磁気ベアリングおよび安全ベアリングの分割された実施形態により、軸を一体的に具現化することができる。これは、圧縮機ローターの軸の小さな直径および軸の一体型実施形態と共に、長い設計の圧縮機ローターの軸を有する多数の圧縮機段を有する圧縮機を提供することを可能にする。

本発明のさらなる展開によれば、磁気ベアリングおよび安全ベアリングは共通のベアリングハウジング内に収容され、ベアリングハウジングは断面に関して二つの圧縮ステージ間の流路を画定し、その間に磁気ベアリングおよび安全ベアリングが配置される。このため、磁気ベアリングおよび安全ベアリングのユニットを特に有利に圧縮機に組み込むことができる。

好ましくは、磁気ベアリングのステータ側要素は磁気ベアリングキャリア上で、そして安全ベアリングのステータ側要素は安全ベアリングキャリア上で支持され、磁気ベアリングキャリアおよび安全ベアリングキャリアは互いに接続され、かつ、好ましくは、安全ベアリングキャリアを介して、または磁気ベアリングキャリアを介して、共通のベアリングハウジングに設けられる。好ましくは、調整可能な支持要素が安全ベアリングキャリアまたは磁気ベアリングキャリアに作用し、これを介して、磁気ベアリングおよび安全ベアリングのステータ側要素はベアリングハウジングに共同で搭載され、軸に対して共同で整列可能である。これにより、磁気ベアリングおよび安全ベアリングを共通のベアリングハウジングに簡単に組み付けることが可能となり、これに加えて、共通の支持部材を介した軸に対する磁気ベアリングおよび安全ベアリングの有利な位置合わせが可能になる。

好ましくは、磁気ベアリングは、能動磁気ベアリングであり、軸振動を検出するセンサーと、軸振動を減衰させるアクチュエータとを備える。能動磁気ベアリングの助けを借りて、圧縮機ローターの軸の軸振動を特に有利に減衰させることができる。

本発明のさらなる展開によれば、ベアリングハウジングは圧縮機ハウジングのリセス内に収容されかつ圧縮機ハウジングに接続され、好ましくは、ベアリングハウジングの上流側にはハウジング側ディフューザブレードが、そしてベアリングハウジングの下流側にはハウジング側再循環ブレードが配置される。ディフューザブレードおよび再循環ブレードは支持力を吸収し、これらを圧縮機ハウジングへ課す。

本発明の好ましいさらなる発展は、従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態について、これに限定されることなく、図面を用いてより詳細に説明する。

本発明による圧縮機の細部、すなわち本発明による圧縮機の圧縮機ローターローターを示す図である。本発明による圧縮機のさらなる細部を示す図である。

ここで本発明は圧縮機に、例えば空気分離プラントのような工業プラント用の圧縮機に関する。

図１および図２は、本発明による圧縮機１０の細部を示しており、図１では、圧縮機１０の圧縮機ローター１１が示されている。圧縮機ローター１１は、ベアリング１２を介して、図１には示されていないが、抽出としての図２では認識可能な圧縮機ハウジング１３内に設置されている。

圧縮機１１は、軸１４と、軸１４に取り付けられた複数の動翼１５とを備え、動翼１５は複数の動翼リングを形成し、したがって複数の圧縮機段１６を形成する。図１に示す例示的な実施形態では、動翼１５は、軸１４の軸方向に見て、軸１４上に前後に配置された合計六つの圧縮機段１６を形成する。

本発明に関しては、磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８が二つの圧縮機段１６の間に、図示の実施形態では、二つの圧縮機段１６の間で軸１４の概ね軸方向中心に配置されている。磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８からなる装置は必ずしも軸１４の軸心の領域に配置される必要はないが、磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８からなるこの装置はまた、圧縮機ローター１１の軸１４の軸方向端部あるいは軸方向側の方向に移動させることができる。

磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８は、この場合、水平方向に分割された分割ベアリングとして具現化されており、したがって、それは、二つの圧縮機段１６の間で一体型軸１４として形成された圧縮機ローター１１の軸上に搭載することができる。

図２によれば、磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８は、共通のベアリングハウジング１９内に収容されている。ベアリングハウジング１９は圧縮機ハウジング１３のリセスに挿入され、ベアリングハウジング１９は、断面に関して、二つの圧縮機段１６の間に流路を画定し、二つの圧縮機段１６の間には、ベアリングハウジング１９が、したがって磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８が配置されている。

図２から、ベアリングハウジング１９の上流側にハウジング側ディフューザブレード２１が、そしてベアリングハウジング１９の下流側にハウジング側再循環ブレード２２が配置されており、これらは、ベアリングハウジング１９によって断面内に画定された通路２０内で一体化されていることは明らかである。磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８から生じて、ベアリングハウジング１９内に導入することができる支持力は、ハウジング側ディフューザブレード２１およびハウジング側再循環ブレード２２を介して、圧縮機ハウジング１３に課すことができる。

図示された好ましい例示的な実施形態では、磁気ベアリング１７は、軸１４の軸振動を検出するためのセンサー２３と、軸振動を減衰させるためのアクチュエータ２４とを備えた能動磁気ベアリングとして具現化される。磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８の両方はローター側要素およびステータ側要素を備え、ローター側要素は、軸ローター１１の軸１４に割り当てられて軸１４と共に回転し、磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８のステータ側要素はステータ側ベアリングハウジング上に搭載される。

磁気ベアリング１７のステータ側要素は磁気ベアリングキャリア２５上に、そして安全ベアリングキャリア１８のステータ側要素は安全ベアリングキャリア２６上に搭載される。磁気ベアリングキャリア２５および安全ベアリングキャリア２６は、この場合、好ましくは軸１４の軸方向に延びる固定要素２７を介して互いに結合されており、これらは、磁気ベアリング２５を介して、あるいは図示のように、好ましくは安全ベアリングキャリア２６を介して、支持要素２７の助けにより、ベアリングハウジング１９上に搭載されている。

調整可能な支持要素として設計されかつ図２において安全ベアリングキャリア２６に作用する共通の支持要素２７によって、安全ベアリングキャリア２６および磁気ベアリングキャリア２５は、したがって磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８のステータ側要素は、圧縮機ローター１１の軸１４に対して共同で位置合わせすることができる。

既に説明したように、好ましい例示的実施形態の磁気ベアリング１７は、センサー２３およびアクチュエータ２４を含む能動磁気ベアリングとして設計されている。センサー２３のステータセンブリは、この場合、磁気ベアリングキャリア２５のセンサーキャリア２８に対して固定され、そしてアクチュエータ２４のステータ側要素は磁気ベアリングキャリア２５のアクチュエータキャリア２９に固定され、安全ベアリングキャリア２６に作用する支持要素２７を介してベアリングハウジング１９に取り付けられるために、センサーキャリア２８はアクチュエータキャリア２９に、そしてアクチュエータキャリア２９は安全ベアリングキャリア２６に固定される。

さらに、図２は、ケーブル３０，３１を示しており、第１のケーブル３０がアクチュエータ２４につながり、第２のケーブル３１が磁気ベアリング１７のセンサー２３につながっている。両方のケーブル３０，３１は、図示していない制御デバイスにコネクター３２，３３を介して接続できるが、当該制御デバイスは、センサー２３によって検出された軸振動を評価し、これに応じて、軸振動を減衰させるために磁気ベアリング１７のアクチュエータ２４を作動させる。

本発明によれば、圧縮機ローター１１の動特性に不利な影響を及ぼすことなく、設計に関して小型の圧縮機を備えた多数の圧縮機段１６を提供するために、その圧縮機ローター１１が軸方向に比較的長くかつ半径方向に比較的細い軸１４を有する圧縮機を提供することが可能である。このために、磁気ベアリング１７および安全ベアリング１８が、二つの圧縮機段１６の間で圧縮機ローター１１の一体型軸１４に取り付けられており、これらは、各場合に、二つの圧縮機段１６の間にそれを容易に取り付けることができるよう分割ベアリングとして具現化されている。

１０圧縮機
１１圧縮機ローター
１２ベアリング
１３圧縮機ハウジング
１４軸
１５動翼
１６圧縮機段
１７磁気ベアリング
１８安全ベアリング
１９ベアリングハウジング
２０流路
２１ディフューザブレード
２２再循環ブレード
２３センサー
２４アクチュエータ
２５磁気ベアリングキャリア
２６安全ベアリングキャリア
２７固定手段
２７センサーキャリア
２９アクチュエータキャリア
３０ケーブル
３１ケーブル
３２コネクター
３３コネクター

Claims

圧縮機（１０）であって、
圧縮機ハウジング（１３）と、
前記圧縮機ハウジング（１３）内の圧縮機ローター（１１）と、を備え、
前記圧縮機ローター（１１）は、軸（１４）と、複数の圧縮機段（１６）を形成する動翼（１５）と、を備え、
二つの圧縮機段（１６）の間には、磁気ベアリング（１７）および安全ベアリング（１８）が配置されており、これらは、ぞれぞれ、一体型軸（１４）として形成された前記軸上に、分割ベアリングとして搭載されており、
前記磁気ベアリング（１７）および前記安全ベアリング（１８）は共通のベアリングハウジング（１９）内に収容されており、前記ベアリングハウジング（１９）は、断面において、二つの前記圧縮機段（１６）の間に流路（２０）を画定することを特徴とする圧縮機（１０）。
前記ベアリングハウジング（１９）は、前記圧縮機ハウジング（１３）のリセス内に収容され、かつ、前記圧縮機ハウジング（１３）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記ベアリングハウジング（１９）の上流側にはハウジング側ディフューザブレード（２１）が、そして前記ベアリングハウジング（１９）の下流側にはハウジング側再循環ブレード（２２）が配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮機。
前記磁気ベアリング（１７）のステータ側要素が磁気ベアリングキャリア（２５）上で、そして前記安全ベアリング（１８）のステータ側要素が安全ベアリングキャリア（２６）上で支持され、前記磁気ベアリングキャリア（２５）および前記安全ベアリングキャリア（２６）は互いに接続され、前記磁気ベアリングキャリア（２５）および前記安全ベアリングキャリア（２６）は、前記磁気ベアリングキャリア（２５）および前記安全ベアリングキャリア（２６）の一方を介して前記共通のベアリングハウジング（１９）内に設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧縮機。
調整可能な支持要素（２７）が前記磁気ベアリングキャリア（２５）または前記安全ベアリングキャリア（２６）に作用し、前記支持要素（２７）を介して、磁気ベアリング（１７）および安全ベアリング（１８）の前記ステータ側要素は、前記ベアリングハウジング（１９）に共同で搭載され、かつ、前記軸（１４）に対して共同で位置合わせされることが可能であることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
前記磁気ベアリング（１７）は、軸の振動を検出するためのセンサー（２３）と、軸の振動を減衰させるためのアクチュエータ（２４）と、を備えた能動磁気ベアリングであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧縮機。
前記磁気ベアリングキャリア（２５）は、アクチュエータキャリア（２９）およびセンサーキャリア（２８）を備え、前記センサーキャリア（２８）は、前記アクチュエータキャリア（２９）に接続されており、前記アクチュエータキャリア（２９）は前記安全ベアリングキャリア（２６）に接続されていることを特徴とする請求項４を引用する場合の請求項６に記載の圧縮機。