JPWO2017168479A1 - 回転機械 - Google Patents

Abstract

本発明の遠心圧縮機１は、ガス流路として、インペラ４から径方向Ｄｒの外側に流出したプロセスガスが流入するディフューザ流路５４と、ディフューザ流路５４に連なり、プロセスガスの流通方向を径方向の外側から径方向Ｄｒの内側に向かう方向へと転向させる曲がり流路５５と、曲がり流路５５に連なり、曲がり流路５５を流通したプロセスガスをインペラ４に流入させるリターン流路５６と、を備える。本発明は、複数のガス流路の中の少なくとも一つのガス流路をなす曲がり流路５５は、ダイアフラム５１と、ダイアフラム５１と車室１０１の間に設けられる流路形成体６０と、の間に設けられる。

Description

本発明は、車室の温度分布を緩和できる回転機械、例えば遠心圧縮機に関する。

遠心圧縮機は、圧縮対象であるプロセスガスを吸込み、これを所望する圧力まで昇圧してから次工程に供給する。例えば、硝酸プラント用の遠心圧縮機は、５０℃程度のプロセスガスを吸い込むが、昇圧に伴ってプロセスガスは２００℃程度まで昇温される。
その際、分割された二つの車室のフランジをボルト締結している遠心圧縮機では、プロセスガスの入口から出口にかけての温度差に加えて、出口から軸受にかけての温度差によって熱変形が生じる。そうすると、二つの分割された車室の分割面が開口し、プロセスガスが車室外へ流出するおそれがある。
また、遠心圧縮機では、機内を洗浄するために運転中に洗浄水を注入することがあり、このウォータインジェクション（Water Injection）により供給される洗浄水によって車室が急速に冷却され、車室内の温度分布が非定常的に変化する。そうすると、車室の肉厚方向に急峻な温度差が生じ、その温度差によって分割面の周囲に、口開きの原因となる熱変形が生じる。

特許文献１は、分割面からの高圧ガスの漏洩を抑制する手段を提案している。特許文献１には、胴体部（１０ａ）に沿った直線部（２ａ）と、曲面部（１０ｂ）に沿った曲線部（２ｂ）と、頂部（１０ｃ）の近傍となる頂部近傍部（２ｃ）と、を有する水平フランジが記載されている。そして、特許文献１には、水平フランジの曲線部（２ｂ）の曲線部ボルト間隔（Ｌ２）を、直線部（２ａ）の直線部ボルト間隔（Ｌ１）および頂部近傍部（２ｃ）の頂部ボルト間隔（Ｌ３）よりも広くすることが開示されている。特許文献１によれば、頂部近傍部（２ｃ）における面圧減少量を小さくすることができ、頂部近傍部（２ｃ）の開口を抑制できる。

特開２０１３−２４９７７１号公報

ところが、特許文献１は、遠心圧縮機に生じる温度差に基づく分割面からのプロセスガスの漏洩について、配慮がなされていない。
以上より、本発明は、車室に生じる温度差を緩和することにより、分割面の開口を軽減できる回転機械、典型的には遠心圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の回転機械は、車室と、車室の内部に回転可能に支持される回転軸と、回転軸の外周に固定される複数段のインペラと、を有するロータと、それぞれのインペラを囲うダイアフラムと、圧縮対象であるプロセスガスが流通し、インペラに対応して設けられるガス流路と、を備える。
本発明におけるガス流路は、インペラから径方向の外側に流出したプロセスガスが流入するディフューザ流路と、ディフューザ流路に連なり、プロセスガスの流通方向を径方向の外側に向う方向から径方向の内側に向かう方向へと転向させる曲がり流路と、曲がり流路に連なり、曲がり流路を流通したプロセスガスをインペラに流入させるリターン流路と、を備える。
そして、本発明の回転機械は、複数のガス流路の中の少なくとも一つのガス流路をなす曲がり流路が、ダイアフラムと、ダイアフラムと車室の間に設けられる流路形成体と、の間に設けられることを特徴とする。

本発明の回転機械において、車室は、流路形成体が設けられる領域に対応して、径方向の外側に窪む円環状の収容溝を備え、流路形成体は、円環状の形態をなし、収容溝に嵌合される、ことが好ましい。

本発明の回転機械において、流路形成体は、プロセスガスの温度及びウォータインジェクションを行う範囲の何れか一方又は双方に基づいて、位置が決められる、ことが好ましい。

本発明の回転機械において、複数のガス流路の中の、少なくとも最も後段に位置するガス流路をなす曲がり流路が、ダイアフラムと流路形成体の間に形成される、ことが好ましい。
また、複数のガス流路の中の、ウォータインジェクションを行う範囲の全段に位置するガス流路をなす曲がり流路が、ダイアフラムと流路形成体の間に形成される、ことが好ましい。
さらに、本発明の回転機械において、複数のガス流路の中の、ウォータインジェクションを行う範囲の後段に位置するガス流路をなす曲がり流路が、ダイアフラムと流路形成体の間に形成される、ことが好ましい。

本発明の回転機械において、流路形成体は、複数の曲がり流路に対応する流路を備える、ことが好ましい。

本発明の回転機械において、車室が、下半車室と上半車室を備える水平分割型の車室である場合に、下半車室、及び、上半車室の一方又は双方に、ダイアフラムと流路形成体との間に設けられる曲がり流路を形成できる。

本発明の回転機械において、ダイアフラムと流路形成体との間に設けられる曲がり流路を除く、他の曲がり流路は、ダイアフラムと車室の間に設けられる、ことがある。

本発明の回転機械において、車室は、断熱材で覆われる、ことが好ましい。
また、車室は、回転軸を支持する一対の軸受を備える場合に、軸受を収容する軸受チャンバが遮熱体を備える、ことが好ましい。

本発明によれば、内部品である流路形成体が曲がり流路を担うことで、昇温したプロセスガス又は洗浄水が直接は車室に触れない領域を設けることにより、車室の特に分割面及びその近傍に急峻な温度差が生じるのを回避できる。したがって、本発明の回転機械、例えば遠心圧縮機によれば、車室の熱変形を低減して、分割面の開口を軽減できる。これと同時に、車室の熱応力も緩和できるので、熱応力に基づく塑性変形が車室に生ずるのを抑えることができる。

本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の実施形態における上半車室を軸に近い位置で破断して示す図である。 本発明の他の実施形態における上半車室を鉛直方向の下方から見た図である。

以下、本発明の回転機械の一実施形態に係る遠心圧縮機１について図１から図３を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態は、複数のインペラ４を備える一軸多段式の遠心圧縮機１に関するものである。遠心圧縮機１は、車室１０１の後段側の一部を内部品である流路形成体６０で代替し、この流路形成体６０が曲がり流路５５を担うことにより、車室１０１に生ずる温度差を緩和するところに特徴がある。
遠心圧縮機１は、ロータ２と、ダイアフラム群５と、シール装置６と、車室組立体１００と、を備えている。
ロータ２は、軸線Ｏを中心として回転する。ロータ２は、軸線Ｏに沿って延びているロータ本体をなす回転軸３と、回転軸３とともに回転する複数段のインペラ４と、を有している。

回転軸３には、モータ等の駆動源が連結されており、この駆動源によって回転駆動される。回転軸３は、軸線Ｏを中心とする円柱状をなしており、軸線Ｏの延びる軸線方向Ｄａに延在している。回転軸３は、車室１０１の内部で図示を省略する軸受によって軸線方向Ｄａの両端が回転可能に支持されている。

インペラ４は、回転軸３の外周面に固定されている。インペラ４は、回転軸３とともに回転することによって遠心力を利用して圧縮対象であるプロセスガスを圧縮する。インペラ４は、回転軸３に対して軸線方向Ｄａに複数段設けられている。インペラ４は、ディスク４ａと、ブレード４ｂと、カバー４ｃとを備えた、いわゆるクローズ型のインペラである。インペラ４は、ディスク４ａ、ブレード４ｂ及びカバー４ｃによって内部にプロセスガスが流通する流路を形成している。軸線方向Ｄａに沿って同じ方向を向いて配列された複数のインペラ４によってインペラ群が構成されている。

ダイアフラム群５は、ロータ２を外部から囲っている。ダイアフラム群５は、複数段のインペラ４のそれぞれに対応して軸線方向Ｄａに配列された複数のダイアフラム５１によって構成されている。ダイアフラム５１は、軸線方向Ｄａに積層されるように複数並んでいる。ダイアフラム５１は、軸線Ｏと交差する方向である回転軸３の径方向Ｄｒの内側にインペラ４を収容可能な空間が形成されている。ダイアフラム５１は、相互に接続された状態で車室１０１内に収容されることで、インペラ４の流路とともにプロセスガスを流通させる流路を形成している。

ここで、具体的に、ダイアフラム５１によって形成される流路について、軸線方向Ｄａの一方側である上流側から順に説明する。本実施形態では、ダイアフラム群５は、プロセスガスが流通する上流側から順に、吸込口５２、吸込流路５３、複数のディフューザ流路５４、複数の曲がり流路５５、複数のリターン流路５６、吐出流路５７及び吐出口５８を形成している。ディフューザ流路５４、曲がり流路５５及びリターン流路５６が連なり、本発明におけるガス流路を構成する。

吸込口５２は、外部から吸込流路５３にプロセスガスを流入させる。吸込口５２は、後述する車室１０１の外部から流入してきたプロセスガスをダイアフラム群５の内部に流入させる。吸込口５２は、径方向Ｄｒの外側から径方向Ｄｒの内側に向かって流路面積を徐々に減少させながら、吸込流路５３に接続されている。

吸込流路５３は、吸込口５２とともに、軸線方向Ｄａに複数並ぶインペラ４のうち最も上流側に配置されたインペラ４へ、外部からプロセスガスを流入させる。吸込流路５３は、吸込口５２から径方向Ｄｒの内側に延びている。吸込流路５３は、その向きを径方向Ｄｒから軸線方向Ｄａの他方側である下流側に変化させつつ、インペラ４の上流側を向く入口に接続されている。

ディフューザ流路５４は、インペラ４から径方向Ｄｒの外側に流出したプロセスガスが流入する。つまり、ガス流路は、インペラ４に対応して設けられる。ディフューザ流路５４は、インペラ４の径方向Ｄｒの外側を向く出口に接続されている。ディフューザ流路５４は、インペラ４の出口から径方向Ｄｒの外側に向かって延びて、曲がり流路５５に接続されている。

曲がり流路５５は、プロセスガスの流通方向を径方向Ｄｒの外側に向かう方向から径方向Ｄｒの内側に向かう方向へと転向させる。つまり、曲がり流路５５は、図１に示すように、Ｕ字状の縦断面をなす流路となっている。曲がり流路５５は、ダイアフラム群５の外周面と車室１０１の内周面とによって形成されている。つまり、曲がり流路５５は、車室１０１に到達しており、曲がり流路５５を流通するプロセスガスは車室１０１に触れる。

ただし、本実施形態の遠心圧縮機１は、図１及び図２に示すように、一部の曲がり流路５５が、ダイアフラム群５の外周面と流路形成体６０の内周面とによって形成されている。
流路形成体６０が設けられるのは、最終段の曲がり流路５５とその一つ手前の曲がり流路５５である。本実施形態では、水平分割型の車室１０１を構成する下半車室２００と上半車室３００の両方の最終段及びその一つ手前の曲がり流路５５の形成に流路形成体６０が関与している。
流路形成体６０は、上半車室３００の一部を代替するように、上半車室３００の内周側に円環状に形成される収容溝３０１に嵌合される。なお、この円環状は、半円環状を含む概念である。

流路形成体６０は、円環状に形成される本体６１と、本体６１の内周面から外周面に向けて窪む流路６３，６３と、を備えている。流路６３，６３は、本体６１の内周面の側に、周方向の一端から他端に連なって円環状に形成される。
また、流路形成体６０は、図１に示すように、下半車室２００の側にも設けられているが、上半車室３００に設けられる流路形成体６０と同じ構成を備えているので、その説明を省略する。

リターン流路５６は、曲がり流路５５を流通したプロセスガスをインペラ４に流入させる。リターン流路５６は、径方向Ｄｒの内側に向かって延びながら、その流路幅が徐々に拡がっている。リターン流路５６は、ダイアフラム群５の径方向Ｄｒの内側で軸線方向Ｄａの下流側に向かうようにプロセスガスの流通方向を変化させている。

シール装置６は、プロセスガスが車室１０１の内部から外部に漏れることを抑える。シール装置６は、回転軸３の外周面を全周にわたってシールしている。本実施形態のシール装置６は、例えば、ラビリンスシールが用いられる。

車室組立体１００は、図１及び図２に示すように、ロータ２、ダイアフラム群５及びシール装置６を内部に収容している。車室組立体１００は、下半車室２００と、上半車室３００と、固定部４００と、シールハウジングホルダ５００と、シール部材６００とを備えている。

下半車室２００は、例えば床面上に固定されている。下半車室２００には、鉛直方向Ｄｖの下方を向いて開口するように吸込口５２の一部が形成されている。下半車室２００には、鉛直方向Ｄｖの下方を向いて開口するように吐出口５８の一部が形成されている。下半車室２００は、上半車室３００と組み合わされることで、車室１０１を形成している。

車室１０１は、遠心圧縮機１の外装を形成している。車室１０１は、円筒状に形成されている。車室１０１は、中心軸が回転軸３の軸線Ｏに一致して形成されている。車室１０１は、ダイアフラム群５を内部に収容している。
以下、車室１０１についてより具体的な構成を説明するが、下半車室２００と上半車室３００は配置される位置が異なることを除けば、ほぼ同様の構成を備えているので、以下では上半車室３００を例にして説明する。

上半車室３００は、図２に示すように、上半フランジ面３１０と、上半収容凹部３５０とを有する。
上半フランジ面３１０は、鉛直方向Ｄｖの下方を向く水平面である。上半フランジ面３１０は、車室１０１が上下方向に分割される際の分割面の一つである。上半フランジ面３１０には、締結ボルトが挿通される貫通孔４０２が複数形成されている。貫通孔４０２は、上半フランジ面３１０から鉛直方向Ｄｖの上方に貫通している。貫通孔４０２は、上半フランジ面３１０に隣り合う締結ボルト同士の締結を阻害しない程度の間隔を空けて複数形成されている。貫通孔４０２は、上半車室３００が下半車室２００と組み合わされた場合に、下半車室２００の側の固定孔と位置が合うように形成されている。上半フランジ面３１０は、第一上半フランジ面３１１と、第二上半フランジ面３１２とを有する。

第一上半フランジ面３１１は、上半収容凹部３５０の中で、後述する上半大径凹部３５１と繋がっている。第一上半フランジ面３１１は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、軸線Ｏを挟んで、幅方向Ｄｗに離れて二つ形成されている。第一上半フランジ面３１１は、軸線方向Ｄａに長く延びる平面である。第一上半フランジ面３１１と同様のフランジ面が下半車室２００に設けられている。

第二上半フランジ面３１２は、上半収容凹部３５０うち、後述する上半軸受チャンバ３５２と繋がっている。第二上半フランジ面３１２は、第一上半フランジ面３１１の軸線方向Ｄａの両側に形成されている。第二上半フランジ面３１２は、第一上半フランジ面３１１と連続する平面である。第二上半フランジ面３１２は、鉛直方向Ｄｖの上方から見た場合に、第一上半フランジ面３１１よりも幅方向Ｄｗの内側に配置されている。第二上半フランジ面３１２と同様のフランジ面が下半車室２００に設けられている。

上半収容凹部３５０は、上半フランジ面３１０から鉛直方向Ｄｖの上方に凹んでいる。上半収容凹部３５０は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、上半車室３００の内面に覆われた空間である。そして、下半車室２００に形成される同様の凹部と上半収容凹部３５０とによって軸線Ｏを中心として延びている収容空間が車室１０１の内部に形成されている。この収容空間には、ダイアフラム群５やシール装置６等の部材が配置される。上半収容凹部３５０は、上半大径凹部３５１と、上半軸受チャンバ３５２と、上半段差面３５３と、を有する。

上半大径凹部３５１は、下半車室２００の同様の空間ととともに、ダイアフラム群５が収容される空間を形成する。上半大径凹部３５１は、軸線方向Ｄａに延びているとともに、第一上半フランジ面３１１から凹んで形成される、軸線Ｏを中心に形成された空間である。上半大径凹部３５１は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、二つの第一上半フランジ面３１１に挟まれるように幅方向Ｄｗの内側に形成されている。上半大径凹部３５１は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、略矩形状をなしている。上半大径凹部３５１は、幅方向Ｄｗの内側を向く上半車室３００の内面によって曲がり流路５５の一部を形成している。ただし、流路形成体６０が設けられる領域は除かれる。

上半軸受チャンバ３５２は、シール装置６が収容される空間である。上半軸受チャンバ３５２は、上半大径凹部３５１と軸線方向Ｄａに隣接し、軸線方向Ｄａに延びている。上半軸受チャンバ３５２は、上半大径凹部３５１を挟み込むように、上半大径凹部３５１の軸線方向Ｄａの両側にそれぞれ形成されている。上半軸受チャンバ３５２は、第二上半フランジ面３１２から凹んで形成されており、軸線Ｏを中心に形成された空間である。上半軸受チャンバ３５２は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、二つの第二上半フランジ面３１２に挟まるように幅方向Ｄｗの内側に形成されている。上半軸受チャンバ３５２は、上半大径凹部３５１よりも径方向Ｄｒの大きさが小さくなるように形成されている。つまり、上半軸受チャンバ３５２は、鉛直方向Ｄｖの下方から見た場合に、上半大径凹部３５１よりも小さな矩形状をなしている。

上半段差面３５３は、上半大径凹部３５１及び上半軸受チャンバ３５２との間に形成されて径方向Ｄｒに広がる面である。上半段差面３５３は、上半大径凹部３５１を形成する面の一部である。上半段差面３５３は、上半フランジ面３１０と直接繋がっており、軸線方向Ｄａの一方側の上半段差面３５３は、吸込口５２の一部を形成している。軸線方向Ｄａの他方側の上半段差面３５３は、吐出口５８の一部を形成している。

固定部４００は、図示を省略する下半フランジ面と上半フランジ面３１０とを当接させた状態で、収容空間を形成するように下半車室２００と上半車室３００とを固定する。本実施形態の固定部４００は、下半フランジ面に形成されている固定孔と、上半フランジ面３１０に形成されている貫通孔４０２と、貫通孔４０２に挿通された状態で固定孔に螺合される図示を省略する締結ボルトとを有する。

シールハウジングホルダ５００は、車室１０１の軸線方向Ｄａの一方側と他方側とにそれぞれ一つずつ設けられている。シールハウジングホルダ５００は、内部にシール装置６が固定されている。シールハウジングホルダ５００は、軸線Ｏを中心とする円筒状をなしている。シールハウジングホルダ５００は、シール装置６を内部に固定した状態で、回転軸３が挿通される。シールハウジングホルダ５００は、シール部材６００介して下半車室２００及び上半車室３００に固定されている。

シール部材６００は、下半車室２００及び上半車室３００とシールハウジングホルダ５００との間をシールしている。シール部材６００は、シールハウジングホルダ５００の外周面に設けられている。シール部材６００は、上半軸受チャンバ３５２の内周面と下半車室２００に設けられる同様の凹部の内周面に接触している。本実施形態のシール部材６００は、Ｏリングである。シール部材６００は、シールハウジングホルダ５００の外周面に対して軸線方向Ｄａに離間して三つ配置されている。シール部材６００は、シールハウジングホルダ５００の外周面に対して、軸線方向Ｄａの両端部に一つずつと、シールハウジングホルダ５００の外周面の軸線方向Ｄａの中央よりも外側に一つ設けられている。

上記のような遠心圧縮機１では、下半車室２００にロータ２やダイアフラム群５を載せた状態で、鉛直方向Ｄｖの上方から上半車室３００が載せられる。この状態で、締結ボルトを上半車室３００の貫通孔４０２に挿通させて、先端部分を下半車室２００の側の固定孔にねじ込む。これにより、車室組立体１００と、車室組立体１００の内部に配置されるロータ２とを有する遠心圧縮機１が組み立てられる。

［効 果］
以下、本実施形態の遠心圧縮機１により得られる効果を説明する。
遠心圧縮機１が運転されることで、高圧のプロセスガスが流通して、ダイアフラム群５等が配置されている空間に大きな圧力が生じる。このように大きな圧力が生じることで、下半車室２００及び上半車室３００の間の分割面からプロセスガスが漏れるおそれがある。

また、圧力の問題だけでなく、プロセスガスの昇圧に伴う昇温によっても、分割面が開口する問題が生じる。例えば、遠心圧縮機１が硝酸プラント用のものであれば、５０℃程度のプロセスガスが昇圧に伴って２００℃程度まで昇温される。したがって、車室１０１には、プロセスガスの上流側と下流側との間で温度差が生じ、この温度差によって熱変形が生じる。特に、この温度差はプロセスガスの昇圧の程度が大きい後段側で顕著になる。

また、遠心圧縮機１の内部を洗浄するために運転中に洗浄水を注入することがあるが、このウォータインジェクション（Water Injection）により供給される洗浄水によって、車室１０１が急速に冷却され、車室１０１内の温度分布が非定常的に変化する。そうすると、車室１０１の肉厚方向で急峻な温度差が生じ、その温度差によっても分割面及びその周囲で、開口の原因となる熱変形が生じる。特に、プロセスガスの昇圧の程度が大きい後段側で顕著になる。

ところが、遠心圧縮機１は、最終段の曲がり流路５５とその一つ手前の曲がり流路５５は、軸線Ｏに近い内側がダイアフラム５１の外周面から構成され、軸線Ｏから遠い外側が流路形成体６０の流路６３から構成される。したがって、これらの曲がり流路５５を流通するプロセスガス、又は、ウォータインジェクションの洗浄水は、車室１０１（下半車室２００，上半車室３００）に直接は触れることがない。つまり、流路形成体６０の周囲の下半車室２００及び上半車室３００は、プロセスガスが流れることによる温度上昇又はウォータインジェクションの洗浄水による温度差が緩和される。これにより、分割面が開口するのを抑えることができる。また、車室１０１の塑性変形の原因となる熱応力も緩和することができる。

本実施形態の遠心圧縮機１は、プロセスガスの温度が高くなる後段側の曲がり流路５５を、内部品であるダイアフラム５１と流路形成体６０で形成しているが、それよりも前段側の曲がり流路５５についてもダイアフラム５１と流路形成体６０で形成することもできるし、初段から最終段の全段をダイアフラム５１と流路形成体６０で形成することもできる。曲がり流路５５をダイアフラム５１と流路形成体６０で形成する位置を決める指針として、プロセスガスの温度と、ウォータインジェクションを行う範囲と、がある。ウォータインジェクションは、初段から最終段の全段に行うことができるし、また、初段から中間段まであるいは中間段から最終段までのように部分的に行うこともできる。

ここで、プロセスガスの温度を指針とする場合について言えば、プロセスガスの温度が高くなる後段側、特に最終段に、ダイアフラム５１と流路形成体６０で曲がり流路５５を形成するのが好ましい。
また、ウォータインジェクションを行う範囲を指針とする場合について言えば、上述したウォータインジェクションを行う範囲でダイアフラム５１と流路形成体６０で曲がり流路５５を形成することができるが、ウォータインジェクションを行う範囲の後段側、特に最終段に、ダイアフラム５１と流路形成体６０で曲がり流路５５を形成するのが好ましい。例えば、ウォータインジェクションを行う範囲が初段から中間段までの場合には、当該中間段に、ダイアフラム５１と流路形成体６０で曲がり流路５５を形成するということである。なお、当該範囲が中間段まで、とは、それ以降の段に洗浄水が流れないように、途中で水を抜くということである。また、ウォータインジェクションを行う範囲を初段から中間段としても、結果として、中間段より後段側に洗浄水が供給されることがあり、この洗浄水が供給される範囲を考慮して流路形成体６０を設けることもできる。
本発明は、プロセスガスの温度及びウォータインジェクションを行う範囲の双方の指針に基づいて、複数の流路形成体６０が設けられる場合を排除しない。

また、本実施形態は、車室１０１、つまり上半車室３００には、流路形成体６０が設けられる領域に対応して、径方向Ｄｒの外側に窪む円環状の収容溝３０１が備えられ、円環状の流路形成体６０が収容溝３０１に嵌合される。したがって、以下の効果を奏しつつ、当該領域において、プロセスガスが上半車室３００に直接触れるのを避けることができる。つまり、各段で同程度のディフューザ径が必要となるとき、流路形成体６０が不要な段では車室１０１の側で曲がり流路５５を作成できるので、設計・加工・組立コストが低減できる。また、ダイアフラム５１の側の形状を変更して流路形成体６０を設ける場合には、流路の形状や寸法を変更する必要が出てしまい、流体力学的性能に影響を与える場合があるが、本実施形態によればそのような影響を受けることがない。本実施形態の場合、流路形成体６０が担う以外の他の曲がり流路５５は、ダイアフラム５１と車室１０１の間に設けられる。
なお、本発明は、車室１０１の側の形状を変更することなく、ダイアフラム５１の径方向の寸法を短くして、そこに流路形成体６０を設けることを包含する。ところが、この場合には、ディフューザ流路５４及びリターン流路５６の流路の長さが短くなり圧縮比を稼げないなど、流路の形状・寸法に制約が出てしまい、流体力学的性能に影響を与えることがある。

また、本実施形態は、一つの流路形成体６０が二つの流路６３，６３を備え、隣接する二つの曲がり流路５５，５５に対応している。したがって、二つの曲がり流路５５，５５のそれぞれに対応する二つの流路形成体を設けるのに比べて、設計・加工・組立てによるコストが低減できる。ここでは、二つを例にしているが、三つ以上の複数の曲がり流路５５に対応する流路を備える一つの流路形成体にすることもできる。なお、本発明は、一つの曲がり流路５５だけに対応する流路形成体を設ける場合を排除しない。
また、本実施形態の遠心圧縮機１は、下半車室２００と上半車室３００の双方に流路形成体６０を設けているが、いずれか一方だけに設けることもできる。

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。

本発明は、車室１０１の熱条件を変更して温度分布を一様に近づけ、熱変形を低減し分割面からのプロセスガスが漏れるのを軽減する手段を適用できる。具体的には、以下の通りである。

はじめに、図３に示すように、車室１０１（上半車室３００）の外周面を断熱材６５で覆うことにより、車室１０１の内部の温度分布を一様に近づけ、熱変形によるフランジ面の開口を防止することもできる。断熱材６５としては、グラスウール、セルロースファイバーなどの繊維系断熱材、ウレタンフォーム、フェノールフォームなどの発砲系断熱材を用いることができる。

また、図３に示すように、回転軸３を支持する一対の軸受６９，６９を備える場合に、軸受６９，６９を収容する上半軸受けチャンバ３５２，３５２が遮熱体６７を備えることで、軸受６９，６９による冷却の影響を制限し、車室１０１内の温度分布を一様に近づけ、熱変形による分割面の開口を防止することもできる。なお、図３には上半軸受けチャンバ３５２，３５２しか記載されていないが、軸受６９，６９は、下半車室２００に設けられる軸受チャンバにて保持される。

以上の構成を備えることにより、車室１０１内の温度分布が一様に近づき、吐出口５８及びその周囲と回転軸３の端部との間の温度差が小さく、かつ、熱変形量が小さくなるので、分割面の開口を軽減できる。また、車室１０１内で、吐出口５８及びその周囲と回転軸３との間や車室１０１の肉厚方向の温度差が小さくなることで、車室１０１に生じる熱応力も低減できる。

また、本実施形態では、回転機械として遠心圧縮機１を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、回転機械は、過給機やポンプであってもよい。

１ 遠心圧縮機
２ ロータ
３ 回転軸
４ インペラ
４ａ ディスク
４ｂ ブレード
４ｃ カバー
５ ダイアフラム群
６ シール装置
５１ ダイアフラム
５２ 吸込口
５３ 吸込流路
５４ ディフューザ流路
５５ 曲がり流路
５６ リターン流路
５７ 吐出流路
５８ 吐出口
６０ 流路形成体
６１ 本体
６３ 流路
６５ 断熱材
６７ 遮熱体
６９ 軸受
１００ 車室組立体
１０１ 車室
２００ 下半車室
３００ 上半車室
３０１ 収容溝
３１０ 上半フランジ面
３１１ 第一上半フランジ面
３１２ 第二上半フランジ面
３５０ 上半収容凹部
３５１ 上半大径凹部
３５２ 上半軸受チャンバ
３５３ 上半段差面
４００ 固定部
４０２ 貫通孔
５００ シールハウジングホルダ
６００ シール部材

Claims (11)

1. 車室と、
   前記車室の内部に回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸の外周に固定される複数段のインペラと、を有するロータと、
   それぞれの前記インペラを囲うダイアフラムと、
   圧縮対象であるプロセスガスが流通し、前記インペラに対応して設けられるガス流路と、を備え、
   前記ガス流路は、
   前記インペラから径方向の外側に流出したプロセスガスが流入するディフューザ流路と、
   前記ディフューザ流路に連なり、前記プロセスガスの流通方向を前記径方向の外側に向う方向から前記径方向の内側に向かう方向へと転向させる曲がり流路と、
   前記曲がり流路に連なり、前記曲がり流路を流通した前記プロセスガスを前記インペラに流入させるリターン流路と、を備え、
   複数の前記ガス流路の中の少なくとも一つの前記ガス流路をなす前記曲がり流路は、
   前記ダイアフラムと、前記ダイアフラムと前記車室の間に設けられる流路形成体と、の間に設けられる、
   ことを特徴とする回転機械。
2. 前記車室は、
   前記流路形成体が設けられる領域に対応して、前記径方向の外側に窪む円環状の収容溝を備え、
   前記流路形成体は、
   円環状の形態をなし、前記収容溝に嵌合される、
   請求項１に記載の回転機械。
3. 前記流路形成体は、
   前記プロセスガスの温度及びウォータインジェクションを行う範囲の何れか一方又は双方に基づいて、位置が決められる、
   請求項１又は請求項２に記載の回転機械。
4. 複数の前記ガス流路の中の、少なくとも最も後段に位置する前記ガス流路をなす前記曲がり流路が、
   前記ダイアフラムと前記流路形成体の間に形成される、
   請求項３に記載の回転機械。
5. 複数の前記ガス流路の中の、前記ウォータインジェクションを行う範囲の全段に位置する前記ガス流路をなす前記曲がり流路が、
   前記ダイアフラムと前記流路形成体の間に形成される、
   請求項３に記載の回転機械。
6. 複数の前記ガス流路の中の、前記ウォータインジェクションを行う範囲の後段に位置する前記ガス流路をなす前記曲がり流路が、
   前記ダイアフラムと前記流路形成体の間に形成される、
   請求項３に記載の回転機械。
7. 前記流路形成体は、
   複数の前記曲がり流路に対応する流路を備える、
   請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の回転機械。
8. 前記車室は、
   下半車室と上半車室を備える水平分割型の車室であり、
   前記下半車室、及び、前記上半車室の一方又は双方に、
   前記ダイアフラムと前記流路形成体との間に設けられる前記曲がり流路が形成される、
   請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の回転機械。
9. 前記ダイアフラムと前記流路形成体との間に設けられる前記曲がり流路を除く、他の前記曲がり流路は、
   前記ダイアフラムと前記車室の間に設けられる、
   請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の回転機械。
10. 前記車室は、断熱材で覆われる、
    請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の回転機械。
11. 前記車室は、
    前記回転軸を支持する一対の軸受を備え、
    前記軸受を収容する軸受チャンバが遮熱体を備える、
    請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の回転機械。

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