JPS60166791A - 流体圧縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、異なった型式の複数の連続する圧縮段からな
る流体圧縮装置に関する。

（従来の技術） 毎時２，３百イから数万耐の流量の流体を、約１．０２
〜１．５３ｋｇ／ボ（１００〜１５０バール）から約３
．０６〜３．５７ｋｇ／ボ（３００〜３５０バール）の
範囲内の圧力で供給する場合に、遠心圧縮機と往復圧縮
機またはスクリュー圧縮機とを組み合わせ、流体を、ま
ず遠心圧縮機で圧縮した後、往復圧縮機またはスクリュ
ー圧縮機で圧縮する装置は、公知である。

この圧縮装置は、特に、原油の採収を補助する目的で、
地下または海底の油層内に注入される圧縮ガスを生成す
るために使用される。

この油田開発のための公知の手法は、特に、原油が汲み
上げられる際に、圧縮ガスの流量を減らす必要があると
いう点に特徴がある。

（発明が解決しようとする問題点） 遠心圧縮機と往復圧縮機またはスクリュー圧縮機とを組
合せた圧縮装置を用いて、圧縮ガスを供給する場合に、
このように圧縮ガスの流量を減らすと、大きな不都合が
ある。何故なら、「ポンピングの限界点Ｊ　（ｐｕｍρ
ｉｎｇｌｉｍｉｔ）に達する危険があるからであり、そ
れ以下では、非常に大きな振幅の圧力の変動が発生し、
その振動により、圧縮機を破壊しかねないからである。

この危険は、遠心圧縮機の段数を増加させることによっ
て、排除することができるが、段数の増加に応じて、資
本支出、及び保守と運転の費用が増加することになる。

さらに、遠心圧縮機と協動する往復圧縮機またはスクリ
ュー圧縮機は、本質的に、次のような欠点を有している
。

すなわち、価格が高く、かつ寸法が大きいこと、頻繁に
保守点検する必要があり、かつその費用が高くつくこと
、及び運転の際に振動し、かつ騒音が大きいこと等であ
る。また、前記遠心圧縮機を駆動する原動機で駆動でき
るようにするためには。

減速ギヤ装置を設ける必要がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、吐出量及び吐出圧力を、上述の範囲内
で運転することができ、かつ上述のような従来技術にお
ける欠点を、完全に、またはほぼ完全に排除した流体圧
縮装置を提供することができる。

この圧縮装置は、小型の１台にまとめられた装置からな
るので、大きな空間を占めない。

さらに、この圧縮装置は、同等の能力を有する従来装置
よりも、はるかに高い信頼性を有する。

本発明によれば、特に、毎時２，３百ｍ３から数万ボの
流量の流体を、約１．５３ｋｇ／　ｍ　（１５０バール
）から約３．０６ｋｇ　／　ｒｒｒ　（３００バール）
の範囲内の吐出圧力で供給するための流体圧縮装置が提
供されるが、この圧縮装置は、異なった型式の複数の連
続する圧縮段からなり、該装置への吸入側の第１段を構
成する少なくとも１台の遠心圧縮機と、該装置からの吐
出側の最終段を構成する少なくとも１台の周辺圧縮機と
が協動するようになっている。

（発明の効果） 衝動圧縮機（ｉｍρｕｌｓｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）
、回収圧縮機（ｒｅｃｕｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｒ
ｅｓｓｏｒ）、または摩擦圧縮機（ｆｒｉｃｔｉｏｎ　
ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）としても知られている周辺圧縮
機を、遠心圧縮機と協動させることによって、圧縮装置
全体を、特に小型にすることができる。この場合、周辺
圧縮機のロータの直径を、遠心圧縮機ロータの直径とほ
ぼ同一とし、かつそれと同一の回転速度で駆動されるよ
うにすることにより、全ての圧縮段を、１個の駆動軸」
二に取付けることができる。

従って、減速ギヤ装置を使用する必要はなくなる。

また、周辺圧縮機は、流体流量が減少しても、ボンピン
グ現象を起こすことがなく、かつ遠心圧縮機よりも数倍
高い圧力を得ることができる。

このように、一定の数の遠心圧縮機について言えば、本
発明による圧縮装置の遠心圧縮機にかかる負荷は、同等
の能力を有する従来装置の遠心圧縮機にかかる負荷より
も少なくなるので、ボンピング現象による影響も小さく
することができる。

さらに、遠心圧縮機と周辺圧縮機とは、共通の駆動軸に
取付けて、共通のハウジング内に収容することができる
ので、前記駆動軸の一端を、前記ハウジング内の一方の
端部に設けた有底孔内に配置されているスラスト軸受を
もって支持することにより、該駆動軸に使用される密閉
形ころがり軸受の必要数を、１個だけで足りるようにす
ることができる。

遠心圧縮機及び周辺圧縮機が取付けられた前記駆動軸は
、適当な原動機、たとえばガスタービンと直接連結され
るので、有利である。

このように、本発明による圧縮装置は、流体を圧縮する
ために必要な全ての遠心圧縮機及び周辺圧縮機が、１個
のハウジング内で、駆動装置と直接連結された１個の駆
動軸に取付けられて、協動するようになっている。

（実施例） 以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して、詳細に
説明する。

第１図は１本発明を、原油の採取を補助するために応用
した場合の概略を例示するものである。

この手法は、公知であり、原油が、採油弁または導管（
１２）から、地表に汲み上げられるのを補助するために
、陸上または沖合の油田内に、圧縮したガス、たとえば
炭酸ガスを注入するようになっている。

この目的に使用されるガスは、適当なガス供給源（１４
）、たとえば天然ガス田から天然ガスの供給を受けてい
る燃焼装置、または尿素等を合成する工場等から供給さ
れる。

ガス供給源（１４）から供給される炭酸ガスの圧力は、
たとえば０．０１０２ｋｇ／イ（１バール）から０．２
０４ｋｇ／ｒｒ？（２０／＜−ル）の範囲内にある。こ
の圧力は、圧縮ステーシミン（１６）により、約１．５
３ｋｇ／　ｒｒｉ’（１５０バール）まで加圧され、加
圧されたガスは、パイプライン（１８）により、油田（
１０）に運搬される。

再圧縮ステーション（２０）が、水頭損失を補償するた
めに、パイプライン（１８）の途中に設けられて圧する
。最後の圧縮ステーション（２２）により、前記炭酸ガ
スの圧力は、油田（１０）内に注入するために、０．８
１６ｋｇ／イ（８０バール）から約２．５５乃至３．０
６ｋｇ　／　ｒｒｌ’　（２５０乃至３００バール）ま
で加圧される。

炭酸ガスの流量は、通常、１日当たり２，３百トンから
数千トンまでの範囲内であり、油田内に注入される炭酸
ガスの流量は、原油の汲み上げに応じて、漸次減少する
。

第２図に示す本発明による圧縮装置は、特に、各圧縮ス
テーション（１６）　（２０）　（２２）で使用するた
めのものである。

第２図示の圧縮装置は、中空円筒状の本体（２４）と、
本体（２４）の両端部を閉塞する２個の端板（２６）（
２８）とからなるハウジングを備えている。

本体（２４）の軸線上に、駆動軸（３０）が設けられて
おり、その一端は、ころがり軸受（３４）と軸方向スラ
スト軸受（３６）とによって、端板（２８）内の有底孔
（３２）内に軸支されている。駆動軸（３０）の他端は
、端板（２６）内の円筒状の通孔（３８）を通過して、
外部へ出している。

通孔（３８）は、シール環（４０）によりシールされ、
かつ駆動軸（３０）は、ころがり軸受（４２）により支
持されている。前記ハウジングの外部に突出する駆動軸
（３０）の端部は、適当な原動機、たとえばガスタービ
ンに直接連結され、それによって駆動軸（３０）は駆動
される。

ハウジング（２４）内において、駆動軸（３０）上には
、遠心圧縮機（Ｃｔ）（Ｃ：ｚ）−（Ｏｎ−２）のロー
タが固定されており、前記圧縮装置の吸入側の圧縮段を
構成している。同様に、圧縮装置の吐出側の圧縮段を構
成する周辺圧縮機用ロータ（Ｐｎ−＋）（Ｐｎ）も、ハ
ウジング（２４）内において、駆動軸（３０）上に固定
されており、これにより、全部でｎ個の圧縮段が連続す
ることになる。

遠心圧縮機（Ｏｘ）（ＣＪ−（Ｃｎ　２）のステータ（
図示せず）、及び周辺圧縮機のステータ（Ｓｎ−＋）’
（Ｓｎ）は、前記ハウジングの本体（２４）の内部に直
接取付けられている。

ガス吸入用導管（４４）が、本体（２４）を気密状態で
貫通し、ガスを、第１遠心圧縮機（Ｃ□）の吸入側に供
給する。第１遠心圧縮機（Ｃ１）の吐出側は、本体（２
４）内部において、第２図に線（４６）で示すように、
第２遠心圧縮機（Ｃ２）の吸入側に接続される。このよ
うにして、第ｎ　−２番目の遠心圧縮機まで接続されて
いる。

圧縮ガスは、その温度が例えば２００℃に達するごとに
前記ハウジングの外側に設けられている熱交換器（４８
）を通過させて、冷却させる必要がある。

このために、熱交換器（４８）は、第２図において線（
５０）　（５２）で示すように１本体（２４）の壁部を
介して、前記圧縮機の中の１台の圧縮機の吐出側と、そ
の次の圧縮機の吸入側とに接続されている。

また、周辺圧縮機（Ｐｎ−＋）の吐出側は、第２図にお
いて線（５４）で示すように、周辺圧縮機（Ｐｎ）の吸
入側に接続されている。前記圧縮装置の最終圧縮段を構
成する周辺圧縮機（Ｐｎ）の吐出側は、本体（２４）の
壁部を介して、気密状態で該圧縮装置の吐出用導管（５
６）に接続されている。

遠心圧縮機の構造は、公知であるので、その詳細な説明
は省略することとする。

周辺圧縮機は、再生式圧縮機として公知の型式のもので
あって、圧縮機のステータにより形成される環状の圧縮
室内を回転するブレード（ａ）を有するロータ（Ｒ）を
備えている。

前記環状圧縮室内には、封止栓（０）が固定されており
、封止栓（０）には、前記ロータのブレードを通過させ
るために、該ブレードと正確に適合する切込みが設けら
れている。流体の吸入用導管及び吐出用導管は、それぞ
れ封止栓（０）で隔てられている前記環状圧縮室の両側
部内に開口している。

前記遠心圧縮機と周辺圧縮機とは、該遠心圧縮機の作用
により発生する軸方向の荷重Ｆ＋と、該周辺圧縮機の作
用により発生する軸方向Ｆ２とが。

互いに対向して作用するように、駆動軸（３０）上に取
付けておくと有利である。そのようにすると、駆動軸（
３０）によって前記ハウジングの端板（２８）にかかる
軸方向の実荷重は、相殺されるか、または少なくとも減
少することとなる。

上述の本発明による圧縮装置の構成に関する説明から、
その作用も、明確に理解されるもの・と思う。

遠心圧縮機（Ｃ□）（Ｃ２）・・・（Ｃｎ　−２）用ロ
ータと周辺圧縮機（Ｐｎ−＋）（Ｐｎ）用ロータとは、
ガスタービンまたはこれに類似の原動機と直接連結され
て駆動される共通の駆動軸（３０）により、同一の回転
速度で駆動される。

圧縮される流体は、ハウジング（２４）の壁部を貫通す
る導管（４４）を介して、前記圧縮装置内に送り込まれ
る。

前記流体は、遠心圧縮機及びそれに連続する周辺圧縮機
により構成される様々な圧縮段を通過して、一段毎に圧
縮され、約１．５３ｋｇ／ボ（１５０バール）から約３
．０６ｋｇ／ボ（３００バール）の範囲内の吐出圧力で
、前記圧縮装置から送り出される。

熱交換器（４８）は、連続する２圧縮段間において、圧
縮ガスの冷却が必要になると、加圧ガスを冷却する。

本発明による圧縮装置は、特に、圧縮ガスを、１日当た
り２，３百トンから数千トンの範囲内の吐出量をもって
時間をかけて漸次減少させながら供給するのに適してい
る。

周辺圧縮機を、前記圧縮装置の吐出側の圧縮数に使用す
ることにより、該圧縮装置の吸入側の遠心圧縮段へのボ
ンピング現象による影響を減らすことができ、また、全
ての圧縮段を、共通のハウジング内の共通の軸上で協動
させることができる。

このような特徴は、周辺圧縮機が、遠心圧縮機と同一の
回転速度で運転されるようになっているから得られるも
のである。

また本発明は、たとえば、ガスを遠心圧縮機内で圧縮し
、そのガスを圧縮装置の外部に設けられている熱交換器
内で液化させ、さらにその液化した流体を周辺圧縮機で
圧縮するようにして、圧縮した流体を供給する装置に応
用することができる。

具体的に数値を用いて説明すると、本発明による圧縮装
置は、油田（ｌＯ）内に圧縮した炭酸ガスを注入する直
前の最後のポンプ場（２２）に配置され、数メガワット
の出力を有し、かつ駆動軸（３０）を毎秒１６７乃至２
００回転（毎分１０，０００乃至１２，０００回転）の
速度で駆動するガスタービンと連結される。駆動軸（３
０）の直径は２００　ｍｍとし、遠心圧縮機及び周辺圧
縮機の外径は４００乃至５００　ｒｔｔｎとする。

前記圧縮装置には、１日当たり１．０００１−ン乃至８
００トンの炭酸ガスが、吸入圧力約０．８１６ｋｇ／イ
（８０バール）で供給され、かつ約２．５５乃至３．０
６ｋｇ／ｒｆ（２５０乃至３００バール）の吐出圧力で
送り出される。

使用条件及び価格によって、炭酸ガス以外の気体、たと
えば窒素を用いて、炭酸ガスを推すこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明による圧縮装置を、油田における原油
の採取に応用した場合の概略を示す線図である。 第２図は、本発明による圧縮装置の実施例を、一部線図
でかつ一部省略して示す縦断面図である。 （１０）油　１）　（１２）採油弁、導管（１４）ガス
供給源　（１６）圧縮ステーション（１８）パイプライ
ン　（２０）　（２２）圧縮ステーション（２４）本体
　（２６）（２８）端板 （３０）駆動軸　（３２）有底孔 （３４）ころがり軸受　（３６）スラスト軸受（３８）
通　孔　（４０）シール環 （４２）ころがり軸受線（４４）導　管（４６）線　（
４８）熱交換器 （５０）（５２）（５４）線　（５６）導管（Ｃｘ）（
Ｃ２１・・（Ｃｎ　２）遠心圧縮機用（Ｆ、）（Ｆ、）
荷　重　（０）封止栓（Ｐｎ−＋）（Ｐｎ）周辺圧縮機 （Ｒ）　ロータ　（Ｓｎ−＋）（Ｓｎ）ステータ（ａ）
ブレード

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）特に、毎時２または３百Ｍから数万ボの流量の流
   体を、約１．５３ｋｇ／ポ（１５０バール）から約３．
   ０６）ｃｇ／　ｎｆ　（３００バール）の範囲内の吐出
   圧力で送り出すための流体圧縮装置であって、 ・異なった型式の複数の連続する圧縮数からなり、該圧
   縮装置の吸込側の圧縮段が、少なくとも１台の遠心圧縮
   機からなり、かつ 該圧縮装置の吐出側の圧縮段が、少なくとも１台の周辺
   圧縮機からなるとともに、 前記遠心圧縮機と前記周辺圧縮機とが協動するようにな
   っていることを特徴とする流体圧縮装置。
2. （２）複数の連続する圧縮段を構成する各圧縮機が、共
   通の１個の駆動軸により、同一の速度で駆動されるよう
   になっていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項に記載の流体圧縮装置。
3. （３）各圧縮機が、遠心圧縮機により発生する軸方向の
   荷重と、周辺圧縮機により発生する軸方向の荷重とが、
   反対方向に作用するようにして、駆動軸に取付けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載
   の流体圧縮装置。
4. （４）全ての圧縮機が、共通の１個のハウジング内に収
   容されていることを特徴とする特許請求の範囲第（２）
   項に記載の流体圧縮装置。
5. （５）駆動軸の一端が、ハウジングの一方の端壁部に設
   けた有底孔内のスラスト軸受により支持されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第（４）項に記載の流体圧
   縮装置。
6. （６）　ｆｆｌ動軸がガスタービンのような駆動装置の
   出力軸に直接に連結されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第（２）項に記載の流体圧縮装置。
7. （７）少なくとも、互いに隣接する１対の圧縮段の間に
   おいて、圧縮流体を冷却するために、ハウジングの外側
   に、熱交換器が設けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第（４）項に記載の流体圧縮装置。
8. （８）圧縮流体が戻酸ガスであることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項に記載の流体圧縮装置。
9. （９）原油の採取を補助するために、地下または海底の
   油田内に注入されるガスを輸送し、かつ圧縮しつるよう
   に連結することができるようになっていることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項に記載の流体圧縮装置。