JP7842005B2

JP7842005B2 - 多段遠心圧縮機

Info

Publication number: JP7842005B2
Application number: JP2022192630A
Authority: JP
Inventors: 雅弘岡田; 竜一橋本; 澄賢平舘
Original assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2026-04-07
Anticipated expiration: 2042-12-01
Also published as: EP4628735A1; WO2024117200A1; JP2024079931A

Description

本発明は、多段遠心圧縮機に係り、特にアンモニア及びメタノール等の合成に使用される合成ガス多段遠心圧縮機の吸込ノズルの配置に関する。

合成ガス多段遠心圧縮機の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１のように、従来のアンモニアやメタノール等の合成ガス多段遠心圧縮機は、所定の圧力まで昇圧させたガスを反応炉へ送り込むラインにあるメークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）と、反応炉で合成しきれなかったガスを再度反応炉に送り出す再循環ラインにあるリサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）がある。

特許文献１では、リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）の吸込み流路内に固定翼と角度調整可能な静翼からなる２列の案内羽根を設置し、適した角度でガスが流入するように旋回成分を調節する構造が提案されている。

特表２００７－５１７１５９号公報

本発明者らは、メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）はガスの昇圧が目的で、リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）は高圧ガスの送り出しが目的であるので、リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）のヘッドをメークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）のヘッドよりも低ヘッドとして設計を行った。
具体的には、一つの多段遠心圧縮機の中に格納されたメークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）とリサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）は、それぞれの羽根車が共通の回転シャフトに組み込まれており、回転数は同一のまま各ラインのヘッドの違いを生み出す必要がある。そのため、羽根車の外径に差を設け、リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）の羽根車の外径をメークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）の羽根車の外径より小さくした。

しかしながら、リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）の羽根車の外径を小さくした結果、羽根車の羽根の流路長さを十分に確保できず取り込み効率が低下してしまった。

特許文献１のように、調節可能な案内羽根を吸込み流路に設置する構造は、ガス流れの角度を案内羽根で転向させることによる流体損失の増加を引き起こす虞がある。

そこで、本発明は、メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）とリサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）段を備え、信頼性を向上し得る多段遠心圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る多段遠心圧縮機は、メークアップ段及びリサイクル段が一つのケーシングに格納されている多段遠心圧縮機であって、前記リサイクル段の第２の吸込ノズルの中心線と回転シャフトの中心軸との第２のずれ量が、前記メークアップ段の第１の吸込ノズルの中心線と回転シャフトの中心軸との第１のずれ量より大きいことを特徴とする。

本発明によれば、メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）とリサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）段を備え、信頼性を向上し得る多段遠心圧縮機を提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る多段遠心圧縮機の全体構成の上半分を示す子午面断面図である。図１のＡ－Ａ’断面矢視図であって、多段遠心圧縮機のメークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）の吸込流路の断面図である。図１のＢ－Ｂ’断面矢視図であって、多段遠心圧縮機のリサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）の吸込流路の断面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
尚、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る多段遠心圧縮機の全体構成の上半分を示す子午面断面図である。本実施例では、多段遠心圧縮機の一例として、合成ガス多段遠心圧縮機を想定している。

図１に示すように、多段遠心圧縮機１００は、回転することで流体にエネルギーを付与するメークアップ（Ｍａｋｅｕｐ）段遠心羽根車１１、リサイクル（Ｒｅｃｙｃｌｅ）段遠心羽根車１２、これらメークアップ（Ｍａｋｅｕｐ）段遠心羽根車１１及びリサイクル（Ｒｅｃｙｃｌｅ）段遠心羽根車１２が取り付けられる回転シャフト２、及びケーシング３０から概略構成されている。

合成ガス多段遠心圧縮機では、所定の圧力まで昇圧させたガスを反応炉へ送り込むためのメークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）６１及び反応炉で合成しきれなかったガスを再度反応炉に送り出すためのリサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）６２がケーシング３０内に格納されている。メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）６１では、高ヘッド化が要求されるため複数のメークアップ（Ｍａｋｅｕｐ）段遠心羽根車１１で構成されている。一方、リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）６２では、必要とされるヘッドが低いため一つのリサイクル（Ｒｅｃｙｃｌｅ）段遠心羽根車１２で構成される。

ケーシング３０はフランジ３１ａ及びフランジ３１ｂにより支持されており、回転シャフト２を回転自在に支持するラジアル軸受３４ａ及びラジアル軸受３４ｂが回転シャフト２の両端側に配置されている。

このように構成された多段遠心圧縮機１００においては、メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）６１では、吸込ノズル３２ａ（第１の吸込ノズル）から吸引された流体が各段のメークアップ（Ｍａｋｅｕｐ）段遠心羽根車１１を通過するごとに昇圧され、所定圧力になって吐出ノズル３３ａ（第１の吐出ノズル）から吐出される。その一方で、リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）６２では、吸込ノズル３２ｂ（第２の吸込ノズル）から吸引された流体が、リサイクル（Ｒｅｃｙｃｌｅ）段遠心羽根車１２を通過した後、吐出ノズル３３ｂ（第２の吐出ノズル）から吐出される。

次に、本実施例に係る吸込ノズル３２ａ（第１の吸込ノズル）及び吸込ノズル３２ｂ（第２の吸込ノズル）の配置方法について図２及び図３を用いて説明する。

図２は、図１のＡ－Ａ’断面矢視図であって、多段遠心圧縮機のメークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）の吸込流路の断面図である。図２において、矢印はガス流れの向きを表し、白抜き矢印は回転シャフト２の回転方向を表している。
図２では、メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）６１の吸込ノズル３２ａ（第１の吸込ノズル）及び吸込流路４ａ（第１の吸込流路）を示している。図２に示すように、吸込流路４ａ（第１の吸込流路）は、吸込ノズル３２ａ（第１の吸込ノズル）から遠心羽根車入口５ａまでをつなぐ流路である。また、回転シャフト２は時計回りに回転している。吸込ノズル３２ａ（第１の吸込ノズル）の中心線は、回転シャフト２の中心軸を通る、若しくは、吸込ノズル３２ａ（第１の吸込ノズル）の中心線からわずかな量ｈ_Ｍだけずれている。ｈ_Ｍが小さいほど吸込流路４ａ（第１の吸込流路）を通るガスが左右に均一に流れ、遠心羽根車入口５aに旋回成分の少ない一様流れを導くことができ、高ヘッド化が可能となる。
すなわち、吸込ノズル３２ａ（第１の吸込ノズル）の中心線は、回転シャフト２と重なる。換言すれば、吸込ノズル３２ａ（第１の吸込ノズル）の中心線は、回転シャフト２と交差する。

図３は、図１のＢ－Ｂ’断面矢視図であって、多段遠心圧縮機のリサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）の吸込流路の断面図である。図３において、矢印はガス流れの向きを表し、白抜き矢印は回転シャフト２の回転方向を表している。
図３では、リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）６２の吸込ノズル３２ｂ（第２の吸込ノズル）及び吸込流路４ｂ（第２の吸込流路）を示している。図３に示すように、吸込流路４ｂ（第２の吸込流路）は、吸込ノズル３２ｂ（第２の吸込ノズル）から遠心羽根車入口５ｂまでをつなぐ流路である。また、回転シャフト２は反時計回りに回転している。吸込ノズル３２ｂ（第２の吸込ノズル）の中心線は、回転シャフト２の中心から大きな量ｈ_Ｒずれている。ｈ_Ｒが大きいほど吸込流路４ｂ（第２の吸込流路）を通るガスが、左若しくは右に偏ってガスが流れ、遠心羽根車入口５ｂに強い旋回成分を持ったガスが流入する。このとき旋回方向と遠心羽根車５ｂの回転方向は同じになるように吸込ノズル３２ｂ（第２の吸込ノズル）を配置することで低ヘッド化が可能となる。すなわち、吸込ノズル３２ｂ（第２の吸込ノズル）の中心線が、回転シャフト２と重ならない位置に配されている。換言すれば、吸込ノズル３２ｂ（第２の吸込ノズル）の中心線が、回転シャフト２と交差しない位置に配されている。

従って、メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）６１の吸込ノズル３２ａ（第１の吸込ノズル）及びリサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）６２の吸込ノズル３２ｂ（第２の吸込ノズル）がｈ_Ｒ＞＞ｈ_Ｍ≒０を満たすように配置されている。これにより、メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）６１の高ヘッド化・リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）６２の低ヘッド化の実現と効率低下の回避を両立できる。また、案内羽根を使用していないので、可動部の故障や羽根車と案内羽根の動静翼干渉による振動が発生せず、かつ、流路損失の増加も抑えることができる。

上述の通り本実施例によれば、メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）とリサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）段を備え、信頼性を向上し得る多段遠心圧縮機を提供することが可能となる。
また、メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）の高ヘッド化・リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）の低ヘッド化の実現と効率低下の回避を両立できる。
さらにまた、本実施例では案内羽根を使用していないので、可動部の故障や羽根車と案内羽根の動静翼干渉による振動が発生せず、かつ、流路損失の増加も抑えることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１００…多段遠心圧縮機
１１…メークアップ（Ｍａｋｅｕｐ）段遠心羽根車
１２…リサイクル（Ｒｅｃｙｃｌｅ）段遠心羽根車
２…回転シャフト
３０…ケーシング
３１，３１ａ，３１ｂ…フランジ
３２…吸込ノズル
３２ａ…吸込ノズル（第１の吸込ノズル）
３２ｂ…吸込ノズル（第２の吸込ノズル）
３３…吐出ノズル
３３ａ…吐出ノズル（第１の吐出ノズル）
３３ｂ…吐出ノズル（第２の吐出ノズル）
３４…軸受
３４ａ，３４ｂ…ラジアル軸受
４…吸込流路
４ａ…吸込流路（第１の吸込流路）
４ｂ…吸込流路（第２の吸込流路）
５，５ａ，５ｂ…遠心羽根車入口
６１…メークアップ段（Ｍａｋｅｕｐ段）
６２…リサイクル段（Ｒｅｃｙｃｌｅ段）

Claims

メークアップ段及びリサイクル段が一つのケーシングに格納されている多段遠心圧縮機であって、
前記リサイクル段の第２の吸込ノズルの中心線と回転シャフトの中心軸との第２のずれ量が、前記メークアップ段の第１の吸込ノズルの中心線と回転シャフトの中心軸との第１のずれ量より大きいことを特徴とする多段遠心圧縮機。
請求項１に記載の多段遠心圧縮機において、
前記第２の吸込ノズルの中心線が、前記回転シャフトと重ならない位置に配されていることを特徴とする多段遠心圧縮機。
請求項１に記載の多段遠心圧縮機において、
前記第２の吸込ノズルの中心線が、前記回転シャフトと交差しない位置に配されていることを特徴とする多段遠心圧縮機。
請求項２に記載の多段遠心圧縮機において、
前記第１の吸込ノズルの中心線は、前記回転シャフトと重なることを特徴とする多段遠心圧縮機。
請求項３に記載の多段遠心圧縮機において、
前記第１の吸込ノズルの中心線は、前記回転シャフトと交差することを特徴とする多段遠心圧縮機。
請求項４又は請求項５に記載の多段遠心圧縮機において、
前記第１の吸込ノズルの中心線は、前記回転シャフトの中心軸を通ることを特徴とする多段遠心圧縮機。