JP7429541B2 - 圧縮機システム - Google Patents
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Description
以下、本実施形態に係る圧縮機システムについて、図1~図3を参照して説明する。
図1に示すように、圧縮機システム100は、圧縮機1と、モータ5と、連結軸9と、を備えている。本実施形態において、圧縮機1は、モータ5を挟んでその両側にそれぞれ配置されている。圧縮機1は、モータ5を挟んで後述する軸線方向Daの第一側(図1においてモータ5に対して左側)に配置された低圧側の第一圧縮機1Aと、モータ5を挟んで軸線方向Daの第二側(図2においてモータ5に対して右側)に配置された高圧側の第二圧縮機1Bと、を備えている。低圧側の第一圧縮機1Aは、外部から取り込んだ作動流体(プロセスガス)を圧縮し、高圧側の第二圧縮機1Bの入口側に送給する。高圧側の第二圧縮機1Bで圧縮した作動流体は、作動流体を使用するプロセス側へと供給される。
図1及び図2に示すように圧縮機1は、ケーシング2と、ダイヤフラム21と、圧縮機軸受3と、回転軸4と、インペラ6と、スラスト力調整部7と、を備えている。圧縮機1は、一対の圧縮部10を備えている。一対の圧縮部10は、低圧側の第一圧縮部11と、高圧側の第二圧縮部12とである。低圧側の第一圧縮部11、高圧の第二圧縮部12は、それぞれ3つのインペラ6を備えている。すなわち、この圧縮機1は、1軸6段の圧縮機として構成されている。
ケーシング2は、圧縮機1の外殻を形成している。ケーシング2は、回転軸4の軸線Oを中心として軸線方向Daに延びる筒状をなしている。ケーシング2には、ケーシング2内に作動流体を導く吸込口(不図示)やケーシング2内から作動流体を外部に排出する排出口(不図示)が形成されている。ケーシング2は、ダイヤフラム21ともに、圧縮機軸受3、回転軸4、及びインペラ6を覆っている。
ダイヤフラム21は、ケーシング2内に収容されている。ダイヤフラム21は、各インペラ6に対応するように軸線方向Daに複数並んで配置されている。ダイヤフラム21は、軸線Oを中心とする環状に形成されている。
圧縮機軸受3は、回転軸4を軸線O周りに回転可能に支持している。圧縮機軸受3は、ケーシング2内において、軸線Oの延びる軸線方向Daに間隔をあけて一対が配置されている。本実施形態において、圧縮機軸受3は、軸線方向Daの第一側の第一軸受3Aと、軸線方向Daの第二側の第二軸受3Bと、を備えている。本実施形態において、軸線方向Daの第一側は、モータ5から遠い側、軸線方向Daの第二側は、モータ5に近い側を示している。
回転軸4は、軸線Oを中心として回転可能とされている。回転軸4は、水平方向に延びている。この回転軸4の両端部は、一対の圧縮機軸受3に支持されている。つまり、回転軸4は、一対の圧縮機軸受3よりも、軸線方向Daの両側(外側)に突出していない。
図1及び図2に示すように、第二回転軸4Bにおいて、軸線方向Daの第二側、つまりモータ5に近い端部には、圧縮機接続ハブ45が配置されている。圧縮機接続ハブ45は、第二軸受3Bに対して軸線方向Daにおいて重なる位置に配置されている。圧縮機接続ハブ45は、軸線方向Daの第二側に配置された第二軸受3Bに対して、径方向Drの内側で回転軸4に固定されている。つまり、第二軸受3Bは、圧縮機接続ハブ45の外周面を回転可能に支持している。したがって、第二回転軸4Bは、圧縮機接続ハブ45を介して間接的に第二軸受3Bに支持されている。圧縮機接続ハブ45には、後述する連結軸9が着脱可能に接続される。図2に示すように、圧縮機接続ハブ45は、軸線方向Daに延びる円筒状に形成されている。圧縮機接続ハブ45の内側に、第二回転軸4Bの軸線方向Daの第二側の端部が連結されている。
インペラ6は、回転軸4に固定されている。インペラ6は、回転軸4と一体に回転する。本実施形態の圧縮機1は、第一圧縮部11に配置された第一インペラ群60Aと、第二圧縮部12に配置された第二インペラ群60Bと、が備えている。第一インペラ群60A、第二インペラ群60Bは、それぞれ、例えば三枚ずつのインペラ6を備えている。インペラ6は、第一インペラ群60Aに配置された第一インペラ6Aと、第二インペラ群60Bに配置された第二インペラ6Bと、を備えている。各第一インペラ6Aは、第一回転軸4Aに固定されている。各第二インペラ6Bは、第二回転軸4Bに固定されている。各第一インペラ6Aと、各第二インペラ6Bとは、軸線方向Daで互いに反対側を向いて配置されている。
スラスト力調整部7は、第一インペラ群60Aの第一インペラ6A、及び第二インペラ群60Bの第二インペラ6Bのそれぞれに配置されている。本実施形態において、スラスト力調整部7は、第一インペラ群60Aの第一インペラ6Aのうち、軸線方向Daで最も第二側(最も複数の第二インペラ6Bに近い位置)に位置する最終段第一インペラ6Aeに配置されている。本実施形態において、スラスト力調整部7は、第二インペラ群60Bの第二インペラ6Bのうち、軸線方向Daで最も第一側(最も最終段第一インペラ6Aeに近い位置)に位置する最終段第二インペラ6Beに配置されている。
図1に示すように、モータ5は、軸線方向Daにおいて、第一圧縮機1Aと第二圧縮機1Bとの間に配置されている。モータ5は、モータケーシング53と、モータロータ51と、モータ軸受3Gと、ステータ52と、を有している。
連結軸9は、モータロータ51の回転を回転軸4に伝達可能なように、モータロータ51と回転軸4とを連結する。連結軸9は、モータロータ51及び回転軸4と同軸上に設けられている。連結軸9は、モータロータ51が回転することで、回転軸4とともに回転する。連結軸9は、圧縮機接続ハブ45とモータ接続ハブ55とに接続されている。つまり、連結軸9は、圧縮機接続ハブ45及びモータ接続ハブ55を介して、回転軸4とモータロータ51とを間接的に接続されている。
上記構成の圧縮機システム100では、圧縮機軸受3に対して軸線方向Daにおいて重なる位置かつ径方向Drの内側の位置に圧縮機接続ハブ45が配置され、連結軸9と接続されている。これにより、連結軸9は、回転軸4が固定される圧縮機接続ハブ45との間で、回転軸4やモータロータ51の熱伸び等によって相対変位が生じた場合に、この相対変位に応じて第一フランジ452及び第二フランジ453が弾性変形する。このようにして、連結軸9により、圧縮機接続ハブ45とのミスアライメントが緩和される。つまり、連結軸9により、回転軸4とのミスアライメントが圧縮機接続ハブ45を介して間接的に緩和される。さらに、圧縮機1の圧縮機軸受3よりも軸線方向Daの外側に、圧縮機接続ハブ45のような重量物が配置されることが抑えられる。したがって、回転軸4のロータダイナミクスを向上させ、回転軸4の高回転化を図ることが可能となる。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
実施形態に記載の圧縮機システム100は、例えば以下のように把握される。
圧縮機接続ハブ45、連結軸9の例としては、フレキシブルカップリング、ダイヤフラムカップリングが挙げられる。
1A…第一圧縮機
1B…第二圧縮機
2…ケーシング
3…圧縮機軸受
3A…第一軸受
3B…第二軸受
3G…モータ軸受
4…回転軸
4A…第一回転軸
4B…第二回転軸
5…モータ
6…インペラ
6A…第一インペラ
6Ae…最終段第一インペラ
6B…第二インペラ
6Be…最終段第二インペラ
6i…流入口
6o…流出口
7…スラスト力調整部
9…連結軸
10…圧縮部
11…第一圧縮部
12…第二圧縮部
21…ダイヤフラム
41…中間軸
42…端部スリーブ
45…圧縮機接続ハブ
51…モータロータ
52…ステータ
53…モータケーシング
55…モータ接続ハブ
60A…第一インペラ群
60B…第二インペラ群
61…ディスク部
62…ブレード部
63…カバー部
64…インペラ流路
65…凸部
66…外側凸部
67…内側凸部
71…外側シール部
72…内側シール部
73…絞り形成部
83…外部ガス導入部
100…圧縮機システム
451、551…硬質クロムメッキ表面処理
452…第一フランジ
453…第二フランジ
454…筒状部
611…前面
612…背面
613…貫通孔
661…外側シール面
662…外側受圧面
662a…外側傾斜受圧面
662b…外側垂直受圧面
671…内側シール面
672…内側受圧面
672a…内側傾斜受圧面
672b…内側垂直受圧面
731…突出部
731a…突出部傾斜面
Da…軸線方向
Dr…径方向
O…軸線
S1…外側空間
S2…内側空間
S3…絞り部
Claims (8)
- 軸線を中心として回転可能な回転軸、前記回転軸とともに回転するインペラ、及び前記回転軸と前記インペラとを覆うケーシング、を備えた圧縮機と、
前記回転軸と同軸上に配置されたモータロータ、及び前記モータロータの径方向の外側に配置されたステータを備え、前記回転軸を回転駆動するモータと、
前記モータロータの回転を前記回転軸に伝達可能なように前記モータロータと前記回転軸とを連結する連結軸と、を備え、
前記圧縮機は、
前記回転軸を前記軸線周りに回転自在に支持する圧縮機軸受と、
前記圧縮機軸受に対して前記軸線が延びる軸線方向において重なる位置かつ前記径方向の内側の位置で前記回転軸に固定され、前記連結軸が着脱可能に接続される圧縮機接続ハブと、を備え、
前記連結軸は、前記圧縮機接続ハブとのミスアライメントを緩和可能とされ、
前記圧縮機軸受は、前記圧縮機接続ハブの外周面を回転可能に支持し、
前記連結軸は、
前記軸線方向に延びる中空の筒状部と、
前記軸線方向における前記圧縮機に近い前記筒状部の端部に接続され、前記圧縮機接続ハブに着脱可能に接続される第一フランジと、を備え、
前記第一フランジは、前記筒状部よりも剛性が低い圧縮機システム。 - 前記圧縮機接続ハブの前記圧縮機軸受で支持される箇所に相当する表面に硬質表面処理を備える請求項1に記載の圧縮機システム。
- 前記モータは、
前記モータロータを前記軸線周りに回転自在に支持するモータ軸受と、
前記モータ軸受に対して前記軸線方向において重なる位置かつ前記径方向の内側の位置で前記モータロータに固定され、前記連結軸が着脱可能に接続されるモータ接続ハブと、を備え、
前記連結軸は、前記モータ接続ハブとのミスアライメントを緩和可能とされ、
前記モータ軸受は、前記モータ接続ハブの外周面を回転可能に支持している請求項1又は2に記載の圧縮機システム。 - 前記モータ接続ハブの前記モータ軸受で支持される箇所に相当する表面に硬質表面処理を備える請求項3に記載の圧縮機システム。
- 前記インペラのディスク部の前記軸線方向の一方側を向く背面と前記ケーシングとの間で前記軸線方向のスラスト力を調整するスラスト力調整部、をさらに備え、
前記スラスト力調整部は、
前記背面と前記ケーシングとの間を封止する外側シール部と、
前記外側シール部から前記径方向の内側に離れた位置に配置され、前記背面と前記ケーシングとの間を封止する内側シール部と、
前記内側シール部から前記径方向の内側に離れた位置で、前記軸線方向における前記背面と前記ケーシングとの間隔が狭められた絞り部を形成する絞り形成部とを有し、
前記背面と前記ケーシングとの間には、前記外側シール部と前記内側シール部とで挟まれた外側空間と、前記内側シール部と前記絞り部とで挟まれた内側空間が形成され、前記絞り部の前記軸線方向の幅は、前記内側空間の前記軸線方向の幅よりも狭くされている請求項1から4の何れか一項に記載の圧縮機システム。 - 前記インペラとして、第一インペラと、前記第一インペラと前記軸線方向の反対側を向いて配置されて前記第一インペラで圧縮された作動流体を圧縮する第二インペラとを有し、
前記スラスト力調整部は、前記第一インペラ及び前記第二インペラの両方に設けられている請求項5に記載の圧縮機システム。 - 前記第一インペラ及び前記第二インペラは、それぞれ前記軸線方向に複数が配置され、
前記スラスト力調整部は、複数の前記第一インペラの中で前記軸線方向において最も複数の前記第二インペラに近い位置に配置された最終段第一インペラと、複数の前記第二インペラの中で前記軸線方向において最も前記最終段第一インペラに近い位置に配置された最終段第二インペラとにそれぞれ配置されている請求項6に記載の圧縮機システム。 - 前記回転軸及び前記モータロータを支持する軸受が全てガス軸受である請求項1から7の何れか一項に記載の圧縮機システム。
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