WO2018142606A1 - インレットガイドベーン及び圧縮機 - Google Patents

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WO2018142606A1
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seal member
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guide vane
fluid
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貴士 小田
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三菱重工コンプレッサ株式会社
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Definitions

  • This invention relates to an inlet guide vane and a compressor.
  • a centrifugal compressor circulates a fluid inside a rotating impeller and compresses a fluid in a gaseous state using a centrifugal force generated when the impeller rotates.
  • a centrifugal compressor has a variable inlet guide vane (Inlet Guide Vane) that can adjust the flow rate of fluid introduced from the outside by changing the angle of the inlet guide vane (inlet guide vane) to widen the operating range. : IGV).
  • IGV inlet guide vane
  • the inlet guide vane is provided in an inlet channel for introducing fluid from the outside into the housing of the centrifugal compressor.
  • the inlet guide vane includes a vane case fixed to the inlet channel and a plurality of movable blades supported by the vane case and adjustable in opening.
  • Each movable wing has a wing body and a shaft portion formed integrally with the wing body.
  • the shaft part of the movable blade is rotatably supported by a shaft hole formed in the vane case via a bearing such as a bush.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a seal member is provided in order to suppress fluid leakage through the clearance of the shaft portion of the movable blade.
  • the present invention provides an inlet guide vane and a compressor capable of improving the sealing performance in the shaft portion of the movable blade.
  • An inlet guide vane includes a wing body, a movable wing having a shaft portion provided at an end of the wing body, and a frame in which an insertion hole into which the shaft portion is inserted is formed.
  • a plurality of bearings provided in the insertion hole at intervals in the direction of the central axis of the shaft, and supporting the shaft so as to be rotatable about the central axis with respect to the frame; and the insertion hole And a seal portion that is disposed between the plurality of bearing portions in the central axis direction and seals between the insertion hole and the shaft portion.
  • the seal portion disposed between the plurality of bearing portions suppresses leakage of the fluid in the flow path between the inner peripheral surface of the insertion hole and the outer peripheral surface of the shaft portion. . Only the fluid that has passed through the gap between the bearing portion and the outer peripheral surface of the shaft portion reaches the seal portion. For this reason, the seal portion is not easily exposed to the fluid, and is less susceptible to the influence of the fluid. Therefore, deterioration of the seal portion can be suppressed and high sealing performance can be continuously exhibited.
  • the seal portion in the first aspect, includes a first seal member and a second seal member that are arranged with an interval in the central axis direction. It may be.
  • the sealing performance can be enhanced by forming the seal portion with a double configuration by the first seal member and the second seal member.
  • the first seal member and the second seal member may have different seal structures.
  • the seal portion having a plurality of types of seal characteristics is configured by making the first seal member and the second seal member have different seal structures. As a result, high sealing performance is ensured.
  • the first seal member is disposed closer to the wing body than the second seal member, and the second seal member May have a high sealing property.
  • the second seal member function as a backup that seals only the fluid that has passed through the first seal member, it is possible to ensure the seal performance of the entire seal portion even if the seal performance of the second seal member is suppressed. As a result, the cost of the second seal member can be suppressed.
  • an inner periphery of the insertion hole is provided between the first seal member and the second seal member. At least one of a hole-side recess formed on the surface and recessed radially outward and a shaft-side recess formed on the outer peripheral surface of the shaft portion and recessed radially inward may be formed.
  • the inlet guide vane in any one of the second to fifth aspects, is provided between the first seal member and the second seal member, You may further provide the sensor which detects that the fluid penetrate
  • the senor can detect that fluid has leaked from the flow path side.
  • the inner periphery of the insertion hole is between the first seal member and the second seal member.
  • a sealing fluid supply unit that supplies a sealing fluid from the outside may be further provided in a gap between the surface and the outer peripheral surface of the shaft portion.
  • a sealing fluid is sent from the outside between the first seal member and the second seal member, so that the fluid in the flow path is between the first seal member and the second seal member. Suppresses flowing into the.
  • the seal portion has an annular shape that is continuous in the circumferential direction on the radially outer side of the shaft portion, An elastic ring portion formed with a groove that opens toward the side where the wing body is disposed with respect to the frame, and an inner circumferential surface of the elastic ring portion that faces the shaft portion. And an urging member that urges radially inward.
  • the sealing performance between the seal portion and the shaft portion can be enhanced by urging the inner peripheral surface of the elastic ring portion radially inward by the urging member.
  • the groove of the elastic ring portion is open to the side where the blade main body on the fluid flow path side is disposed, the fluid enters the groove when the fluid leaks from the flow path side.
  • the inner peripheral surface of the elastic ring portion is pressed radially inward, and the sealing performance between the seal portion and the shaft portion can be enhanced.
  • the compressor according to the ninth aspect of the present invention includes the inlet guide vane as described above.
  • the seal portion disposed between the plurality of bearing portions suppresses leakage of the fluid in the flow path between the inner peripheral surface of the insertion hole and the outer peripheral surface of the shaft portion. Accordingly, the inlet guide vane can be effectively applied even to a compressor that handles combustible gas or the like as a fluid.
  • FIG. 1 shows schematic structure of the compressor system in embodiment of this invention. It is the figure which looked at the inlet guide vane in embodiment of this invention from the central-axis direction. It is a half sectional view along the direction of the central axis of an inlet guide vane in an embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the principal part of the inlet guide vane in 1st embodiment of this invention. It is an expanded sectional view which shows a part of FIG. It is sectional drawing which shows the principal part of the inlet guide vane in 2nd embodiment. It is sectional drawing which shows the principal part of the inlet guide vane in 3rd embodiment.
  • the centrifugal compressor system 1 includes a drive source 19 that generates power, a drive shaft 2, a driven shaft 3, a compression unit 4, and a speed increaser 10.
  • the drive shaft 2 is driven to rotate around its central axis by a drive source 19.
  • a drive source 19 a steam turbine, a motor, etc. can be used, for example.
  • the driven shaft 3 is rotationally driven around its central axis by the power transmitted from the gearbox 10.
  • the driven shaft 3 is disposed on both sides of the drive shaft 2.
  • the driven shaft 3 has a first driven shaft 5 and a second driven shaft 6 that extend in parallel with the drive shaft 2.
  • the speed increaser 10 increases the rotation speed of the drive shaft 2 and transmits it to the first driven shaft 5 and the second driven shaft 6.
  • the speed increaser 10 includes a drive gear 11, a first driven gear 12 and a second driven gear 13, a first intermediate gear 14 and a second intermediate gear 15 in a casing 20.
  • the drive gear 11 is provided at the front end of the drive shaft 2 that passes through the casing 20 and is inserted into the casing 20, and rotates integrally with the drive shaft 2.
  • the drive shaft 2 is supported by the casing 20 via a bearing (not shown).
  • the first driven gear 12 is provided integrally with the first driven shaft 5 at an intermediate portion in the central axis direction of the first driven shaft 5.
  • the second driven gear 13 is provided integrally with the second driven shaft 6 at an intermediate portion in the central axis direction of the second driven shaft 6.
  • the first driven shaft 5 and the second driven shaft 6 are supported on the casing 20 via bearings (not shown).
  • the first driven gear 12 and the second driven gear 13 are arranged on both sides of the drive gear 11 with a space between each other.
  • the first intermediate gear 14 is disposed between the drive gear 11 and the first driven gear 12 and meshes with the drive gear 11 and the first driven gear 12.
  • the second intermediate gear 15 is disposed between the drive gear 11 and the second driven gear 13 and meshes with the drive gear 11 and the second driven gear 13.
  • the first intermediate gear 14 and the second intermediate gear 15 are so-called idle gears.
  • the first intermediate gear 14 is provided integrally with a first intermediate shaft 17 that is rotatably supported on the casing 20 via a bearing (not shown).
  • the second intermediate gear 15 is provided integrally with a second intermediate shaft 18 that is rotatably supported by the casing 20 via a bearing (not shown).
  • the compression unit 4 is driven by the power transmitted from the drive shaft 2 to the driven shaft 3 via the speed increaser 10.
  • the compression unit 4 includes two first-stage compression units (compressors) 7 a and 7 b, a second-stage compression unit 8, and a third-stage compression unit 9.
  • the first stage compression units 7a and 7b are compression units into which the fluid G first flows in the centrifugal compressor system 1.
  • the first stage compression portions 7 a and 7 b are provided at both ends of the first driven shaft 5 on both sides in the central axis direction.
  • the two first stage compression sections 7a and 7b have the same configuration.
  • the first stage compression units 7a and 7b of the present embodiment include a gas introduction unit 23, an inlet guide vane 24, and an impeller 25, respectively.
  • the gas introduction unit 23 is continuous in a cylindrical shape.
  • the gas introduction part 23 forms an inlet channel for introducing the fluid G to be compressed from the outside.
  • the impeller 25 is attached to the first driven shaft 5 and compresses the fluid G supplied from the gas introduction part 23.
  • the inlet guide vane 24 is provided in the gas introduction part 23.
  • the inlet guide vane 24 controls the flow rate of the fluid G passing through the gas introduction part 23.
  • the second stage compression unit 8 is provided at the end of the second driven shaft 6 opposite to the side where the drive source 19 is provided.
  • the second stage compression unit 8 includes an impeller 37 that compresses the fluid G.
  • the third stage compression unit 9 is provided on the same side as the side where the drive source 19 is provided in the second driven shaft 6.
  • the third stage compression unit 9 includes an impeller 38 that compresses the fluid G.
  • the two first stage compression parts 7 a and 7 b are connected to the second stage compression part 8 via the first stage pipe 30.
  • the first stage pipe 30 includes two first stage compression section discharge pipes 31 a and 31 b and a second stage compression section suction pipe 32.
  • a first-stage heat exchanger 27 is interposed between the first-stage compression section discharge pipes 31 a and 31 b and the second-stage compression section suction pipe 32.
  • the first stage heat exchanger 27 includes two inlet nozzles 27a and one outlet nozzle 27b.
  • the two inlet nozzles 27a are connected to the first-stage compression section discharge pipes 31a and 31b, respectively.
  • the outlet nozzle 27b is connected to the second-stage compression section suction pipe 32. That is, the first stage heat exchanger 27 cools two systems of fluid G discharged from the two first stage compressors 7a and 7b constituting the first stage compressors 7a and 7b, and also supplies two systems of fluids.
  • G has the function of joining the fluid G into a single system of fluid G.
  • the power required for driving the centrifugal compressor system 1 is reduced by cooling the fluid G in the compression process in the middle.
  • the second stage compression unit 8 is connected to the third stage compression unit 9 via the second stage pipe 33.
  • the second stage pipe 33 is composed of a second stage compression section discharge pipe 34 and a third stage compression section suction pipe 35.
  • a second stage heat exchanger 28 for cooling the fluid G discharged from the second stage compression section 8 is provided.
  • the power required for driving the centrifugal compressor system 1 is reduced by intermediately cooling the fluid G in the compression process.
  • the third stage compression section discharge pipe 36 is connected to the impeller 38 of the third stage compression section 9.
  • the third-stage compression section discharge pipe 36 is connected to a predetermined plant P that is a supply destination of the fluid G.
  • the fluid G to be compressed is introduced from the two gas introduction parts 23 and 23 constituting the first stage compression parts 7a and 7b, and the two first stage compression parts 7a. , 7b.
  • the fluid G compressed by the first stage compression sections 7a and 7b passes through the first stage compression section discharge pipes 31a and 31b, is introduced into the first stage heat exchanger 27, and merges.
  • the joined fluid G is intermediately cooled by the first stage heat exchanger 27 and then introduced into the second stage compression section 8 through the second stage compression section suction pipe 32.
  • the fluid G is compressed in the second stage compression unit 8 and then sent to the second stage heat exchanger 28 through the second stage compression unit discharge pipe 34.
  • the fed fluid G is subjected to intermediate cooling.
  • the intermediate-cooled fluid G is introduced into the third stage compression section 9 through the third stage compression section suction pipe 35.
  • the fluid G is compressed in the third stage compression unit 9 and then supplied to a predetermined plant P which is a demand destination of the compressed fluid G through the third stage compression unit discharge pipe 36.
  • the inlet guide vane 24 includes a frame 50, a plurality of movable blades 40, a bearing portion 60, and a seal portion 70.
  • the frame 50 is a vane case having a cylindrical shape as shown in FIG.
  • frame 50 is connected to the cylindrical body which comprises the gas introduction part 23 (refer FIG. 1). Thereby, a part of the flow path 100 of the fluid G flowing inside the gas introduction part 23 is formed.
  • the frame 50 has a blade holding part 51 on the outer periphery thereof.
  • a plurality of insertion holes 51 h penetrating in the radial direction Dr of the frame 50 are formed in the blade holding part 51.
  • the insertion holes 51h are formed at intervals in the circumferential direction.
  • the movable wing 40 can be attached to the insertion hole 51h. Specifically, the shaft hole 42 of the movable blade 40 described later can be inserted into the insertion hole 51h.
  • the movable wing 40 is provided so as to be rotatable with respect to the frame 50.
  • a plurality of movable blades 40 are provided at intervals in the circumferential direction.
  • Each movable blade 40 includes a blade body 41 and a shaft portion 42.
  • the blade body 41 is provided on the inner side (first side) in the radial direction Dr with respect to the frame 50.
  • the wing body 41 is arranged such that its wing length direction coincides with the radial direction Dr of the frame 50.
  • the blade body 41 rotates around the central axis Cs of the shaft portion 42 in a state in which the end portion 41b located inside the radial direction Dr is spaced from the center hub 44 provided at the center portion of the frame 50. It is possible.
  • the shaft portion 42 is provided integrally with an end portion 41 a in the blade length direction located on the outer side (second side) in the radial direction Dr with respect to the blade body 41.
  • the shaft portion 42 has a substantially cylindrical shape extending along the direction of the central axis Cs in which the central axis Cs extends.
  • the central axis Cs direction is the radial direction Dr and also the blade length direction.
  • the shaft portion 42 is inserted into an insertion hole 51h formed in the frame 50 in a rotatable state.
  • the shaft portion 42 has a tip portion 42 s protruding outward in the radial direction Dr from the blade holding portion 51.
  • An end portion 65a of the link plate 65 is fixed to the tip end portion 42s of the shaft portion 42 so as not to rotate around the central axis Cs.
  • a drive pin 66 is connected to the end portion 65 b of the link plate 65.
  • the drive pin 66 is provided on the outer side in the radial direction Dr of the frame 50, and is supported by a turning ring 67 that is turnable in the circumferential direction of the frame 50 so as to be rotatable around the center axis of the drive pin 66. .
  • the swivel ring 67 can be rotated around the central axis Cf (see FIG. 2) of the frame 50 by the actuator 26 (see FIG. 1).
  • the link plate 65 swings around the shaft portion 42, whereby the shaft portion 42 rotates around the center axis Cs.
  • the angle (opening degree) of the blade main body 41 changes during the flow of the fluid G in the flow path 100 inside the frame 50, and the flow rate of the fluid G passing through the gas inlet 23 is controlled.
  • the bearing portion 60 is provided inside the insertion hole 51 h in order to support each movable blade 40.
  • the bearing portion 60 supports the shaft portion 42 so as to be rotatable around its central axis Cs with respect to the insertion hole 51 h formed in the frame 50.
  • a plurality of the bearing portions 60 of the present embodiment are provided at intervals in the central axis Cs direction of the shaft portion 42.
  • the bearing portion 60 has a cylindrical shape. In the present embodiment, as the bearing portion 60, two of the first bearing portion 60A and the second bearing portion 60B are provided.
  • the blade holding part 51 that rotatably supports the shaft part 42 around the central axis Cs includes a base part 52, a plurality of seal holding members 55, an intermediate member 56, and a seal pressing member 57.
  • the base portion 52 is formed so as to protrude outward from the outer peripheral surface 50f of the frame 50 in the radial direction Dr.
  • the base portion 52 has an outer peripheral recess (recess) 53 that is recessed inward in the radial direction Dr on the outer peripheral surface 52f of the base portion 52 facing the outer side in the radial direction Dr of the frame 50.
  • the frame 50 has an inner peripheral concave portion 54 that is recessed from the inner peripheral surface 50g to the outer side in the radial direction Dr of the frame 50 at a portion where the base portion 52 is formed.
  • the inner circumferential recess 54 accommodates a part of the end 41 a of the blade body 41 of the movable blade 40.
  • the base portion 52 is formed with a base portion through hole 52h extending along the radial direction Dr of the frame 50.
  • the base portion through hole 52 h passes through the bottom surface 54 b of the inner peripheral recess 54 and the bottom surface 53 b of the outer peripheral recess 53.
  • the base through hole 52h forms a part of the insertion hole 51h.
  • the first bearing portion 60A is fitted into the base portion through hole 52h from the inside in the radial direction Dr of the frame 50 toward the outside.
  • the seal holding member 55 is accommodated in the outer peripheral concave portion 53 of the base portion 52 in a state of being laminated along the central axis Cs direction. As shown in FIG. 5, the seal holding member 55 has a holding member through hole 55 h that forms a part of the insertion hole 51 h in the central portion in the direction of the central axis Cs. Further, the seal holding member 55 has an accommodating portion 58 that accommodates a first seal member 71 described later.
  • the accommodating portion 58 is formed on the holding member first surface 55 f side in the central axis Cs direction of the seal holding member 55.
  • the accommodating portion 58 has an annular shape that is continuous in the circumferential direction outside the hole diameter direction Ds of the holding member through hole 55h, and is recessed toward the holding member second surface 55g side in the central axis Cs direction.
  • the holding member first surface 55 f is a surface facing the outside in the radial direction Dr in the seal holding member 55.
  • the holding member second surface 55g is a surface of the seal holding member 55 that faces the inside in the radial direction Dr.
  • the accommodating portion 58 includes an inner peripheral side step portion 58a facing the inner peripheral side of the holding member through hole 55h, and an outer peripheral side step portion 58b whose recess size toward the holding member second surface 55g side is smaller than the inner peripheral side step portion 58a. And have.
  • the outer peripheral side step portion 58b is formed to be continuous with the outer peripheral side of the inner peripheral side step portion 58a.
  • the seal holding member 55 has a holding member groove 59 that is continuously depressed in the circumferential direction on the holding member second surface 55g side and is recessed toward the holding member first surface 55f side.
  • the holding member groove 59 is formed in an annular shape outside the accommodating portion 58 in the hole diameter direction Ds when viewed from the central axis Cs direction.
  • a third seal member 79 described later is accommodated in the holding member groove 59.
  • the intermediate member 56 integrally has a flange portion 56d extending toward the outer peripheral side on the intermediate member second surface 56b side in the central axis Cs direction.
  • the intermediate member 56 has the flange portion 56 d inserted into the outer peripheral recess 53 of the base portion 52.
  • the intermediate member 56 is provided so as to be stacked on the outer side in the radial direction Dr with respect to the seal holding member 55.
  • the outer peripheral part of the two seal holding members 55 and the intermediate member 56 are fastened to the base part 52 by bolts 61 and fixed together.
  • the intermediate member first surface 56a is a surface of the intermediate member 56 facing the outside in the radial direction Dr.
  • the intermediate member second surface 56b is a surface of the intermediate member 56 that faces inward in the radial direction Dr.
  • the intermediate member 56 has an intermediate recess 561 that is recessed toward the intermediate member second surface 56b side in the central axis Cs direction on the intermediate member first surface 56a side in the central axis Cs direction. Further, the intermediate member 56 has an intermediate member through-hole 56h penetrating through the intermediate concave portion 561 and the intermediate member second surface 56b at the central portion in the hole diameter direction Ds. The intermediate member through hole 56h forms a part of the insertion hole 51h.
  • the intermediate member 56 has a hole-side recess 562 that is recessed outward in the hole diameter direction Ds of the intermediate member through-hole 56h.
  • the hole-side recess 562 is continuous in the circumferential direction around the central axis Cs at the intermediate portion in the central axis Cs direction of the intermediate member through-hole 56h.
  • hole-side recess 562 may not be formed in the intermediate member 56, and the shaft-side recess that is recessed in the hole diameter direction Ds may be formed in the outer peripheral surface 42 f of the shaft 42. Therefore, it is sufficient that at least one of the hole-side recess 562 and the shaft-side recess is formed, and a space for expanding the space is formed between the first seal member 71 and the second seal member 72.
  • the intermediate member 56 has an intermediate member groove 563 that is continuously depressed in the circumferential direction and recessed toward the intermediate member first surface 56a side on the intermediate member second surface 56b side.
  • the intermediate member groove 563 is formed in an annular shape outside the housing portion 58 formed in the seal holding member 55 in the hole diameter direction Ds when viewed from the central axis Cs direction.
  • a third seal member 79 described later is accommodated in the intermediate member groove 563.
  • the seal pressing member 57 is disposed on the outer side in the radial direction Dr with respect to the intermediate member 56.
  • the seal pressing member 57 has a through hole 57h that forms a part of the insertion hole 51h in the center.
  • the second bearing portion 60 ⁇ / b> B is fitted into the seal pressing member 57 from the outside in the radial direction Dr of the frame 50 toward the inside.
  • the seal pressing member 57 has an insertion cylinder portion 571 that is inserted inside the intermediate recess 561 of the intermediate member 56 on the second surface 57b side in the central axis Cs direction.
  • the insertion tube portion 571 of the seal pressing member 57 sandwiches the second seal member 72 disposed inside the intermediate recess 561 with the bottom surface 561b of the intermediate recess 561.
  • the seal part 70 is arranged inside the insertion hole 51h of the blade holding part 51 as described above.
  • the seal part 70 is disposed between the plurality of bearing parts 60 in the central axis Cs direction.
  • the seal portion 70 seals between the insertion hole 51 h and the shaft portion 42, and prevents the fluid G from flowing out from the flow path 100 from the inside to the outside of the frame 50.
  • the seal portion 70 of the present embodiment is provided between the first bearing portion 60A and the second bearing portion 60B.
  • the seal portion 70 includes a first seal member 71 and a second seal member 72 that are arranged with an interval in the direction of the central axis Cs.
  • the first seal member 71 is accommodated in the accommodating portion 58 of the seal holding member 55.
  • the first seal member 71 is accommodated in each of the two seal holding members 55. That is, the first seal member 71 is provided twice in the direction of the central axis Cs.
  • the first seal member 71 has an annular seal portion main body 73 accommodated in the inner peripheral side step portion 58a of the accommodation portion 58, and a lip portion 76 extending outward from the seal portion main body 73 in the hole diameter direction Ds. is doing.
  • the seal part main body 73 is continuous in the circumferential direction outside the hole diameter direction Ds of the shaft part 42.
  • the seal portion main body 73 includes an elastic ring portion 74 and an urging member 75.
  • the lip portion 76 is accommodated in the outer peripheral side step portion 58b.
  • the elastic ring portion 74 has an annular shape that is continuous in the circumferential direction outside the hole diameter direction Ds of the shaft portion 42.
  • the elastic ring portion 74 is made of an elastic material such as a rubber-based material.
  • the elastic ring portion 74 has a ring groove 74 m that opens toward the inside of the frame 50 in the radial direction Dr.
  • the urging member 75 is made of a leaf spring material curved in an inverted U shape that opens toward the inside in the radial direction Dr.
  • the urging member 75 is accommodated in the ring groove 74 m of the elastic ring portion 74.
  • the urging member 75 urges the inner peripheral surface 74f of the elastic ring portion 74 toward the inner side in the hole diameter direction Ds of the insertion hole 51h.
  • the second seal member 72 is accommodated in the intermediate recess 561 of the intermediate member 56.
  • the second seal member 72 is disposed at a position farther from the wing body 41 than the first seal member 71. That is, the two first seal members 71 are disposed closer to the blade body 41 than the second seal member 72 in the insertion hole 51h.
  • the second seal member 72 includes a seal cap 77 and a seal ring 78.
  • the seal cap 77 has an annular shape and has a cap groove 77m that opens toward the outside in the hole diameter direction Ds of the insertion hole 51h.
  • the seal ring 78 is made of a rubber-based material.
  • the seal ring 78 is provided in the cap groove 77m. The seal ring 78 urges the seal cap 77 toward the inner side in the hole diameter direction Ds of the insertion hole 51h.
  • first seal member 71 and the second seal member 72 have different seal structures. Further, the first seal member 71 disposed on the inner side in the radial direction Dr than the second seal member 72 has a higher sealing performance than the second seal member 72.
  • first seal member 71 and the second seal member 72 are not limited to different seal structures, and may have the same seal structure.
  • the seal part 70 further includes a third seal member 79.
  • the third seal member 79 is an O-ring made of an annular rubber material.
  • the third seal member 79 is accommodated in the holding member groove 59 and the intermediate member groove 563, respectively.
  • the third seal member 79A housed in the holding member groove 59 seals between the seal holding member 55A and the bottom surface 53b of the outer peripheral recess 53 of the base portion 52 facing the seal holding member 55A.
  • the third seal member 79C housed in the intermediate member groove 563 seals between the intermediate member 56 and the seal holding member 55B.
  • the seal portion 70 includes a seal space 80 between the first seal member 71 and the second seal member 72.
  • This seal space 80 is formed between the first seal member 71 and the second seal member 72 by the cross-sectional area of the gap between the insertion hole 51 h and the shaft portion 42 being enlarged by the hole-side recess 562. Has been.
  • the insertion hole 51h and the shaft portion 42 are formed by the seal portion 70 disposed between the plurality of first bearing portions 60A and the second bearing portion 60B.
  • the fluid G in the flow channel 100 is prevented from leaking between the two. Only the fluid that has passed through the gap between the first bearing portion 60 ⁇ / b> A and the second bearing portion 60 ⁇ / b> B and the outer peripheral surface of the shaft portion 42 reaches the seal portion 70. Therefore, the seal portion 70 is less likely to be exposed to the fluid, and is less susceptible to the fluid as compared to the case where the seal portion 70 is provided in a state of being directly exposed to the fluid. Therefore, deterioration of the seal part 70 can be suppressed and high sealing performance can be continuously exhibited.
  • cylindrical first bearing portions 60A and second bearing portions 60B are provided on both sides of the shaft portion 42 in the central axis Cs direction with respect to the seal portion 70.
  • the outer peripheral surface 42f of the shaft portion 42, the first bearing portion 60A, and the second bearing portion 60B In place of the first bearing portion 60A and the second bearing portion 60B, for example, compared with a case where a ball bearing or the like is provided, the outer peripheral surface 42f of the shaft portion 42, the first bearing portion 60A, and the second bearing portion 60B. The gap between them is small. Accordingly, since only the fluid G that has passed through the gap between the first bearing portion 60A and the outer peripheral surface 42f of the shaft portion 42 reaches the first seal member 71, the first seal member 71 effectively exhibits the sealing performance. be able to. In this way, it is possible to improve the sealing performance at the shaft portion 42 of the movable blade 40.
  • the sealing performance can be enhanced by configuring the seal portion 70 with the first seal member 71 and the second seal member 72 to be double. Furthermore, since the first seal member 71 is provided twice, the sealing performance is further enhanced.
  • first seal member 71 and the second seal member 72 have different seal structures, a seal portion 70 having a plurality of types of seal characteristics is configured. As a result, high sealing performance is ensured.
  • the first seal member 71 has a higher sealing performance than the second seal member 72 disposed on the outer side in the radial direction Dr spaced apart from the blade body 41 with respect to the first seal member 71. According to such a configuration, the leakage of the fluid G from the flow channel 100 side can be effectively suppressed by the first seal member 71.
  • the second seal member 72 can function as a backup that seals only the fluid G that has passed through the first seal member 71. Therefore, even if the sealing performance of the second sealing member 72 is suppressed, the sealing performance of the entire sealing portion 70 can be ensured. As a result, the cost of the second seal member 72 can be suppressed.
  • the first seal member 71 urges the inner peripheral surface 74f of the elastic ring portion 74 to the inside in the hole diameter direction Ds by the urging member 75, so that the sealing performance between the first seal member 71 and the shaft portion 42 is achieved. Can be increased.
  • the ring groove 74m of the elastic ring portion 74 opens to the inside of the radial direction Dr that is the flow path 100 side of the fluid G, when the fluid G leaks from the flow path 100 side, the fluid G It enters into the ring groove 74m.
  • the inner peripheral surface 74f of the elastic ring portion 74 is pressed inward in the hole diameter direction Ds, and the sealing performance between the first seal member 71 and the shaft portion 42 can be improved. .
  • the frame 50 includes a plurality of seal holding members 55 stacked along the central axis Cs direction.
  • the first seal member 71 can be accommodated in the accommodating portion 58 from the holding member first surface 55 f side of each seal holding member 55.
  • work can be performed easily.
  • the first seal member 71 has a lip portion 76 extending from the seal portion main body 73 to the outside in the hole diameter direction Ds between the seal holding member 55 in which the first seal member 71 is incorporated and another member. Therefore, it is suppressed that the first seal member 71 rotates with the shaft portion 42. Further, the fluid G is prevented from leaking from the gap between the seal holding member 55 and another member.
  • the third seal member 79 disposed outside the hole diameter direction Ds of the first seal member 71 further reliably prevents the fluid G from leaking from the gap between the plurality of stacked seal holding members 55 and other members. be able to.
  • a seal space 80 is formed between the first seal member 71 and the second seal member 72 by the hole-side recess 562.
  • the inlet guide vane 24 ⁇ / b> B of the second embodiment includes a frame 50 and a plurality of movable blades 40, similarly to the inlet guide vane 24 of the first embodiment.
  • the frame 50 has a wing holding part 51 on its outer peripheral part.
  • the blade holding part 51 has insertion holes 51 h formed so as to extend along the radial direction Dr of the frame 50 at a plurality of positions formed at intervals in the circumferential direction.
  • the movable blade 40 has a shaft portion 42 rotatably supported around the central axis Cs by a first bearing portion 60A and a second bearing portion 60B provided in the insertion hole 51h.
  • a seal portion 70B is provided between the first bearing portion 60A and the second bearing portion 60B.
  • a seal space 80 ⁇ / b> B is formed between the first seal member 71 and the second seal member 72 of the seal portion 70 ⁇ / b> B by a hole-side recess 562 formed in the intermediate member 56.
  • the seal portion 70B includes a sensor 90 that detects that the fluid G in the flow path 100 has entered the seal space 80B.
  • the sensor 90 detects that the fluid G has entered by detecting the pressure and temperature in the seal space 80B, the substance constituting the fluid G, and the like.
  • the sealing performance at the shaft portion 42 of the movable blade 40 can be improved as in the first embodiment.
  • the sensor 90 can detect that the fluid G has leaked from the flow path 100 into the gap between the insertion hole 51 h and the shaft portion 42. Thereby, when the leakage of the fluid G is detected by the sensor 90, the operation of the centrifugal compressor system 1 is stopped, and maintenance of the seal portion 70B and the like can be performed at an appropriate timing.
  • the inlet guide vane 24 ⁇ / b> C of the third embodiment includes a frame 50 and a plurality of movable blades 40, similarly to the inlet guide vane 24 of the first embodiment.
  • the frame 50 has a wing holding part 51 on its outer peripheral part.
  • the blade holding part 51 has insertion holes 51 h formed so as to extend along the radial direction Dr of the frame 50 at a plurality of positions formed at intervals in the circumferential direction.
  • the movable blade 40 has a shaft portion 42 rotatably supported around the central axis Cs by a first bearing portion 60A and a second bearing portion 60B provided in the insertion hole 51h.
  • a seal portion 70C is provided between the first bearing portion 60A and the second bearing portion 60B.
  • a seal space 80 ⁇ / b> C is formed between the first seal member 71 and the second seal member 72 of the seal portion 70 ⁇ / b> C by a hole-side recess 562 formed in the intermediate member 56.
  • the intermediate member 56 has a communication hole 568 that communicates the outside with the hole-side recess 562.
  • a sealing fluid supply unit 95 is connected to the communication hole 568.
  • the sealing fluid supply unit 95 supplies the sealing fluid Gs from the outside to the sealing space 80 ⁇ / b> C in the gap between the insertion hole 51 h and the shaft portion 42.
  • the sealing fluid supply unit 95 pressurizes the seal space 80C by supplying the sealing fluid Gs.
  • the pressure in the pressurized seal space 80C is preferably lower than the pressure in the flow path 100 and higher than the pressure outside the frame 50 (atmospheric pressure).
  • the sealing performance at the shaft portion 42 of the movable blade 40 can be improved as in the first embodiment. Furthermore, the sealing fluid Gs is sent from the outside into the seal space 80C between the first seal member 71 and the second seal member 72, and the inside of the seal space 80C is pressurized. As a result, the differential pressure between the pressure of the fluid G in the flow path 100 and the pressure in the seal space 80C is reduced. As a result, the fluid G in the flow path 100 can be prevented from flowing between the first seal member 71 and the second seal member 72, and the sealing performance can be further improved. Thereby, it is suppressed that the 1st seal member 71 is damaged.
  • the inlet guide vanes 24, 24B, and 24C shown in the above embodiments are not limited to geared compressors that constitute the centrifugal compressor system 1, but can be applied to axial flow compressors, gas turbines, and the like.
  • the sealing performance of the shaft portion of the movable blade of the inlet guide vane can be improved.

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Abstract

このインレットガイドベーン(24)は、翼本体(41)、及び翼本体(41)の端部(41a)に設けられた軸部(42)を有する可動翼(40)と、軸部(42)が挿入される挿入孔(51h)が形成されたフレーム(50)と、挿入孔(51h)の内部で軸部(42)の中心軸(Cs)方向に間隔をあけて複数設けられ、フレーム(50に対して中心軸(Cs)周りに回転可能に軸部(42)を支持する軸受部(60)と、挿入孔(51h)の内部で中心軸(Cs)方向における複数の軸受部(60)の間に配置され、挿入孔(51h)と軸部(42)との間をシールするシール部(70)と、を備える。

Description

インレットガイドベーン及び圧縮機
 この発明は、インレットガイドベーン及び圧縮機に関する。
 例えば、遠心圧縮機は、回転するインペラの内部に流体を流通させ、インペラが回転する際に発生する遠心力を利用してガス状態の流体を圧縮する。このような遠心圧縮機には運転範囲を広くするために入口案内翼(インレットガイドベーン)の角度を変え外部から導入する流体の流量を調整することができる可変式のインレットガイドベーン(Inlet Guide Vane:IGV)を備えたものがある。
 インレットガイドベーンは、外部から遠心圧縮機のハウジング内に流体を導入する入口流路に設けられる。インレットガイドベーンは、入口流路に固定されるベーンケース(Vane case)と、ベーンケースに支持されて開度が調整可能な複数枚の可動翼を備えている。各可動翼は、翼本体と、翼本体と一体に形成される軸部と、を有している。可動翼は、軸部が、ベーンケースに形成された軸孔に、ブッシュ等の軸受を介して回動自在に支持されている。
 ところで、可動翼の軸部が軸孔内で回動自在となるよう、軸受と軸部との間には微少なクリアランスが形成されている。この微少なクリアランスを通して、流体が外部に漏れ出てしまう。
 そこで、例えば特許文献1には、可動翼の軸部のクリアランスを通しての流体の漏出を抑えるため、シール部材を設ける構成が開示されている。
特開2015-21477号公報
 しかしながら、流路内の流体が高圧で、流路外の雰囲気との差圧が大きい場合、その差圧によってシール部材におけるシール性が損なわれる場合が有る。そのため、可動翼の軸部におけるシール性を高めることが望まれている。
 本発明は、可動翼の軸部におけるシール性を高めることが可能なインレットガイドベーン及び圧縮機を提供する。
 本発明の第一の態様に係るインレットガイドベーンは、翼本体、及び前記翼本体の端部に設けられた軸部を有する可動翼と、前記軸部が挿入される挿入孔が形成されたフレームと、前記挿入孔の内部で前記軸部の中心軸方向に間隔をあけて複数設けられ、前記フレームに対して前記中心軸周りに回転可能に前記軸部を支持する軸受部と、前記挿入孔の内部で前記中心軸方向における複数の前記軸受部の間に配置され、前記挿入孔と前記軸部との間をシールするシール部と、を備える。
 このような構成によれば、複数の軸受部の間に配置されたシール部によって、挿入孔の内周面と軸部の外周面との間を通って流路内の流体が漏れることを抑える。シール部には、軸受部と軸部の外周面との間の隙間を通り抜けた流体のみが到達する。そのため、シール部は、流体に曝されにくくなり、流体の影響を受けにくくなる。したがって、シール部の劣化を抑えて、高いシール性を継続して発揮させることができる。
 本発明の第二の態様に係るインレットガイドベーンは、第一の態様において、前記シール部は、前記中心軸方向に間隔をあけて配置された第一シール部材と第二シール部材とを備えるようにしてもよい。
 このような構成によれば、第一シール部材と第二シール部材とによってシール部を二重の構成とすることで、シール性を高めることができる。
 本発明の第三の態様に係るインレットガイドベーンでは、第二の態様において、前記第一シール部材と前記第二シール部材とは、互いに異なるシール構造を有していてもよい。
 このような構成によれば、第一シール部材と第二シール部材とでシール構造を互いに異ならせることで、複数種のシール特性を有したシール部が構成される。その結果、高いシール性が確保される。
 本発明の第四の態様に係るインレットガイドベーンでは、第三の態様において、前記第一シール部材は、前記第二シール部材よりも前記翼本体に近い位置に配置され、前記第二シール部材よりも高いシール性を有していてもよい。
 このような構成によれば、翼本体側からの流体の漏れを、シール性の高い第一シール部材によって有効に抑えることができる。さらに、第一シール部材を通り抜けた流体のみをシールするバックアップとして第二シール部材を機能させることで、第二シール部材のシール性を抑えても、シール部全体としてのシール性を確保できる。その結果、第二シール部材のコストを抑えることができる。
 本発明の第五の態様に係るインレットガイドベーンでは、第二から第四の態様のいずれか一つにおいて、前記第一シール部材と前記第二シール部材との間に、前記挿入孔の内周面に形成されて径方向外側に窪む孔側凹部、及び前記軸部の外周面に形成されて径方向内側に窪む軸側凹部の少なくとも一方が形成されていてもよい。
 このような構成によれば、第一シール部材と第二シール部材との間に、孔側凹部及び軸側凹部の少なくとも一方によって、挿入孔の内周面と軸部の外周面との間の隙間の断面積が拡大された空間が形成される。そのため、仮に流路側から流体が漏れた場合であっても、この空間に流体が貯留され、流体の漏出を抑えることができる。これによって、例えば第一シール部材側から流体が流入してきて、第一シール部材におけるシール性が損なわれても、シール部としてのシール性が損なわれることが抑えられる。
 本発明の第六の態様に係るインレットガイドベーンでは、第二から第五の態様のいずれか一つにおいて、前記第一シール部材と前記第二シール部材との間に設けられ、前記挿入孔の内周面と前記軸部の外周面との隙間に流体が侵入したことを検知するセンサをさらに備えていてもよい。
 このような構成によれば、流路側から流体が漏れてきたことを、センサで検知することができる。
 本発明の第七の態様に係るインレットガイドベーンでは、第二から第六の態様のいずれか一つにおいて、前記第一シール部材と前記第二シール部材との間において、前記挿入孔の内周面と前記軸部の外周面との隙間に、外部からシール用流体を供給するシール用流体供給部をさらに備えていてもよい。
 このような構成によれば、第一シール部材と第二シール部材との間に外部からシール用流体が送り込まれることで、流路内の流体が第一シール部材と第二シール部材との間に流れ込むことを抑える。
 本発明の第八の態様に係るインレットガイドベーンでは、第一から第七の態様のいずれか一つにおいて、前記シール部は、前記軸部の径方向外側で周方向に連続する環状をなし、前記フレームに対して前記翼本体が配置されている側に向かって開口する溝が形成された弾性リング部と、前記溝に設けられ、前記弾性リング部の内周面を前記軸部に向かって径方向内側に付勢する付勢部材と、を備えていてもよい。
 このような構成によれば、付勢部材によって弾性リング部の内周面を径方向内側に付勢することで、シール部と軸部との間のシール性を高めることができる。また、弾性リング部の溝が、流体の流路側である翼本体が配置されている側に開口しているので、流路側から流体が漏れてきたときに、この流体が溝内に入り込む。流体が溝内に入り込むことによって、弾性リング部の内周面が径方向内側に押圧され、シール部と軸部との間のシール性を高めることができる。
 本発明の第九の態様に係る圧縮機は、上記したようなインレットガイドベーンを備える。
 このような構成によれば、複数の軸受部の間に配置されたシール部によって、挿入孔の内周面と軸部の外周面との間を通って流路内の流体が漏れることを抑える。これによって、流体として、可燃性ガス等を取り扱う圧縮機においても、インレットガイドベーンを有効に適用することが可能となる。
 本発明によれば、可動翼の軸部におけるシール性を高めることが可能となる。
この発明の実施形態における圧縮機システムの概略構成を示す図である。 この発明の実施形態におけるインレットガイドベーンを中心軸方向から見た図である。 この発明の実施形態におけるインレットガイドベーンの中心軸方向に沿った半断面図である。 この発明の第一実施形態におけるインレットガイドベーンの要部を示す断面図である。 図5の一部を示す拡大断面図である。 第二実施形態におけるインレットガイドベーンの要部を示す断面図である。 第三実施形態におけるインレットガイドベーンの要部を示す断面図である。
《第一実施形態》
 以下、図面を参照して、本発明のインレットガイドベーン及び圧縮機を説明する。図1に示すように、遠心圧縮機システム1は、動力を発生させる駆動源19と、駆動軸2と、従動軸3と、圧縮部4と、増速機10と、を備える。
 駆動軸2は、駆動源19によって、その中心軸回りに回転駆動される。駆動源19としては、例えば、蒸気タービン、モータ等を用いることができる。
 従動軸3は、増速機10から伝達された動力により、その中心軸回りに回転駆動される。従動軸3は、駆動軸2を挟んで両側に配置されている。従動軸3は、それぞれ駆動軸2と平行に延びている第一従動軸5及び第二従動軸6を有する。
 増速機10は、駆動軸2の回転を増速し、第一従動軸5と第二従動軸6とに伝達させる。増速機10は、ケーシング20内に、駆動歯車11と、第一従動歯車12及び第二従動歯車13と、第一中間歯車14及び第二中間歯車15と、を備える。
 駆動歯車11は、ケーシング20を貫通してケーシング20内に挿入された駆動軸2の先端部に設けられ、駆動軸2と一体に回転する。ここで、駆動軸2は、ケーシング20に軸受(図示無し)を介して支持されている。
 第一従動歯車12は、第一従動軸5の中心軸方向の中間部に、第一従動軸5と一体に設けられている。第二従動歯車13は、第二従動軸6の中心軸方向の中間部に、第二従動軸6と一体に設けられている。第一従動軸5及び第二従動軸6は、ケーシング20に軸受(図示無し)を介して支持されている。これら第一従動歯車12及び第二従動歯車13は、駆動歯車11を挟んだ両側に、それぞれ間隔を空けて配置されている。
 第一中間歯車14は、駆動歯車11と第一従動歯車12との間に配置され、駆動歯車11と第一従動歯車12とに噛み合っている。第二中間歯車15は、駆動歯車11と第二従動歯車13との間に配置され、駆動歯車11と第二従動歯車13とに噛み合っている。これらの第一中間歯車14及び第二中間歯車15は、いわゆるアイドル歯車である。第一中間歯車14は、ケーシング20に軸受(図示無し)を介して回転自在に支持された第一中間軸17と一体に設けられている。第二中間歯車15は、ケーシング20に軸受(図示無し)を介して回転自在に支持された第二中間軸18と一体に設けられている。
 このような増速機10は、駆動源19の駆動力によって駆動軸2が回転すると、駆動歯車11が駆動軸2と一体に回転する。駆動歯車11の回転は、第一中間歯車14及び第二中間歯車15を介して第一従動歯車12及び第二従動歯車13に伝達される。これにより、第一従動歯車12及び第二従動歯車13が回転する。この第一従動歯車12の回転に伴って第一従動軸5が回転し、第二従動歯車13の回転に伴って第二従動軸6が回転する。すなわち、駆動軸2が駆動されることによって、第一従動軸5及び第二従動軸6が回転する。
 圧縮部4は、駆動軸2から増速機10を介して従動軸3に伝達された動力により駆動される。圧縮部4は、二つの第一段圧縮部(圧縮機)7a,7bと、第二段圧縮部8と、第三段圧縮部9と、を備える。
 第一段圧縮部7a,7bは、遠心圧縮機システム1において、流体Gが最初に流入する圧縮部である。第一段圧縮部7a,7bは、第一従動軸5の中心軸方向両側の端部にそれぞれ設けられている。二つの第一段圧縮部7a,7bは、同一の構成を有している。本実施形態の第一段圧縮部7a,7bは、ガス導入部23と、インレットガイドベーン24と、インペラ25と、それぞれを備えている。
 ガス導入部23は、筒状に連続をなしている。ガス導入部23は、圧縮対象となる流体Gを外部から導入する入口流路を内部に形成している。 
 インペラ25は、第一従動軸5に取り付けられ、ガス導入部23から供給された流体Gを圧縮する。
 インレットガイドベーン24は、ガス導入部23に設けられている。インレットガイドベーン24は、ガス導入部23を通過する流体Gの流量を制御する。
 第二段圧縮部8は、第二従動軸6において駆動源19が設けられた側とは反対側の端部に設けられている。第二段圧縮部8は、流体Gを圧縮するインペラ37を有している。
 第三段圧縮部9は、第二従動軸6において駆動源19が設けられた側と同じ側に設けられている。第三段圧縮部9は、流体Gを圧縮するインペラ38を有している。
 次に、圧縮部同士の接続構成について説明する。
 二つの第一段圧縮部7a,7bは、第一段配管30を介して第二段圧縮部8と接続されている。第一段配管30は、2つの第一段圧縮部吐出配管31a,31bと第二段圧縮部吸込配管32とから構成されている。
 第一段圧縮部吐出配管31a,31bと第二段圧縮部吸込配管32との間には、第一段熱交換器27が介設されている。第一段熱交換器27は、2つの入口ノズル27aと1つの出口ノズル27bを備えている。2つの入口ノズル27aは、それぞれ第一段圧縮部吐出配管31a,31bが接続されている。出口ノズル27bは、第二段圧縮部吸込配管32が接続されている。即ち、第一段熱交換器27は、第一段圧縮部7a,7bを構成する二つの第一段圧縮部7a,7bから吐出される二系統の流体Gを冷却するとともに、二系統の流体Gを合流させ、一系統の流体Gとする機能を有している。第一段熱交換器27で、圧縮過程での流体Gを中間的に冷却することによって、遠心圧縮機システム1の駆動に必要とされる動力が低減される。
 第二段圧縮部8は、第二段配管33を介して第三段圧縮部9と接続されている。第二段配管33は、第二段圧縮部吐出配管34と第三段圧縮部吸込配管35とから構成されている。
 第二段圧縮部吐出配管34と第三段圧縮部吸込配管35との間には、第二段圧縮部8から吐出される流体Gを冷却する第二段熱交換器28が設けられている。第二段熱交換器28で、圧縮過程での流体Gを中間的に冷却することによって、遠心圧縮機システム1の駆動に必要とされる動力が低減される。
 第三段圧縮部9のインペラ38には、第三段圧縮部吐出配管36が接続されている。第三段圧縮部吐出配管36は、流体Gの供給先である所定のプラントPに接続されている。
 上記したような遠心圧縮機システム1においては、圧縮すべき流体Gは、第一段圧縮部7a,7bを構成する二つのガス導入部23,23より導入され、二つの第一段圧縮部7a,7bにおいて圧縮される。
 第一段圧縮部7a,7bで圧縮された流体Gは、第一段圧縮部吐出配管31a,31bを通り、第一段熱交換器27に導入されて合流する。合流した流体Gは、第一段熱交換器27で中間冷却された後、第二段圧縮部吸込配管32を通って第二段圧縮部8に導入される。
 流体Gは、第二段圧縮部8において圧縮された後、第二段圧縮部吐出配管34を通して第二段熱交換器28に送り込まれる。第二段熱交換器28では、送り込まれた流体Gを中間冷却する。中間冷却された流体Gは、第三段圧縮部吸込配管35を通して第三段圧縮部9に導入される。
 流体Gは、第三段圧縮部9において圧縮された後、第三段圧縮部吐出配管36を通し、圧縮された流体Gの需要先である所定のプラントPに供給される。
 次に、インレットガイドベーン24について詳述する。
 図2から図4に示すように、インレットガイドベーン24は、フレーム50と、複数の可動翼40と、軸受部60と、シール部70とを備えている。
 フレーム50は、図2に示すように、円筒状をなしているベーンケースである。フレーム50は、ガス導入部23(図1参照)を構成する筒状体に接続される。これにより、ガス導入部23の内側を流れる流体Gの流路100の一部を形成する。フレーム50は、その外周部に、翼保持部51を有している。翼保持部51には、フレーム50の径方向Drに貫通する挿入孔51hが複数形成されている。挿入孔51hは、周方向に間隔をあけて形成されている。挿入孔51hは、可動翼40が取付可能とされている。具体的には、挿入孔51hは、後述する可動翼40の軸部42が挿入可能とされている。
 可動翼40は、フレーム50に対して回転可能に設けられている。可動翼40は、周方向に間隔をあけて複数設けられている。各可動翼40は、翼本体41と、軸部42と、を有する。
 翼本体41は、フレーム50に対して径方向Dr内側(第一側)に設けられている。翼本体41は、その翼長方向を、フレーム50の径方向Drと一致させて配置されている。翼本体41は、径方向Dr内側に位置する端部41bが、フレーム50の中央部に設けられたセンターハブ44に対して隙間を空けた状態で、軸部42の中心軸Cs周りに回動可能とされている。
 軸部42は、翼本体41に対して、径方向Dr外側(第二側)に位置する翼長方向の端部41aに一体に設けられている。軸部42は、その中心軸Csの延びる中心軸Cs方向に沿って延びる略円柱状をなしている。なお、本実施形態では、中心軸Cs方向は、径方向Drであり、翼長方向でもある。この軸部42は、フレーム50に形成された挿入孔51hに回転可能な状態で挿入されている。
 図3に示すように、軸部42は、その先端部42sが、翼保持部51よりも径方向Dr外側に向かって突出している。この軸部42の先端部42sには、リンクプレート65の端部65aが、中心軸Cs周りに回動不能に固定されている。リンクプレート65の端部65bには、ドライブピン66が連結されている。このドライブピン66は、フレーム50の径方向Dr外側に設けられ、フレーム50の周方向に旋回可能に設けられた旋回リング67に、ドライブピン66の中心軸周りに回動自在に支持されている。この旋回リング67は、アクチュエータ26(図1参照)によりフレーム50の中心軸Cf(図2参照)周りに回動可能とされている。旋回リング67が、アクチュエータ26によって、中心軸Cf周りに旋回されると、リンクプレート65が軸部42を中心として揺動し、これによって軸部42がその中心軸Cs周りに回転する。これによって、フレーム50の内側の流路100における流体Gの流れ中において、翼本体41の角度(開度)が変わり、ガス導入部23を通過する流体Gの流量を制御する。
 図4に示すように、軸受部60は、各可動翼40を支持するために、挿入孔51hの内部に設けられている。軸受部60は、フレーム50に形成された挿入孔51hに対して、その中心軸Cs周りに回転可能に軸部42を支持している。本実施形態の軸受部60は、軸部42の中心軸Cs方向に間隔をあけて複数設けられている。軸受部60は、筒状をなしている。本実施形態では、軸受部60として、第一軸受部60Aと第二軸受部60Bとの二つが設けられている。
 軸部42を中心軸Cs周りに回動自在に支持する翼保持部51は、ベース部52と、複数のシール保持部材55と、中間部材56と、シール押さえ部材57と、を備える。
 ベース部52は、フレーム50の外周面50fから径方向Dr外側に突出するよう形成されている。ベース部52は、フレーム50の径方向Dr外側を向くベース部52の外周面52fに、径方向Dr内側に窪んだ外周凹部(凹部)53を有している。また、フレーム50は、ベース部52が形成された部分に、その内周面50gからフレーム50の径方向Dr外側に窪んだ内周凹部54を有している。この内周凹部54は、可動翼40の翼本体41の端部41aの一部が収容される。
 また、ベース部52には、フレーム50の径方向Drに沿って延びるベース部貫通孔52hが形成されている。ベース部貫通孔52hは、内周凹部54の底面54bと外周凹部53の底面53bとを貫通している。このベース部貫通孔52hは、挿入孔51hの一部を形成している。第一軸受部60Aは、このベース部貫通孔52hに対し、フレーム50の径方向Dr内側から外側に向かって嵌め込まれている。
 本実形態のシール保持部材55は、二つ設けられている。シール保持部材55は、ベース部52の外周凹部53内に、中心軸Cs方向に沿って積層された状態で収容されている。図5に示すように、シール保持部材55は、その中心軸Cs方向の中央部分に、挿入孔51hの一部を形成する保持部材貫通孔55hを有している。また、シール保持部材55は、後述する第一シール部材71を収容する収容部58を有している。
 収容部58は、シール保持部材55の中心軸Cs方向の保持部材第一面55f側に形成されている。収容部58は、保持部材貫通孔55hの孔径方向Ds外側で周方向に連続する環状で、中心軸Cs方向の保持部材第二面55g側に窪んで形成されている。ここで、保持部材第一面55fは、シール保持部材55において径方向Dr外側を向く面である。また、保持部材第二面55gは、シール保持部材55において径方向Dr内側を向く面である。収容部58は、保持部材貫通孔55hの内周側に臨む内周側段部58aと、内周側段部58aよりも保持部材第二面55g側への窪み寸法が小さい外周側段部58bと、を有している。外周側段部58bは、内周側段部58aの外周側と連続するように形成されている。
 また、シール保持部材55は、保持部材第二面55g側に、周方向に連続して保持部材第一面55f側に窪む保持部材溝59を有している。この保持部材溝59は、中心軸Cs方向から見たときに、収容部58よりも孔径方向Ds外側に環状に形成されている。この保持部材溝59には、後述する第三シール部材79が収容される。
 中間部材56は、中心軸Cs方向の中間部材第二面56b側に、外周側に向かって延びるフランジ部56dを一体に有している。中間部材56は、このフランジ部56dをベース部52の外周凹部53内に挿入させている。中間部材56は、シール保持部材55に対し、径方向Drの外側に積層して設けられている。2枚のシール保持部材55と、中間部材56とは、その外周部がボルト61によってベース部52に締結されて共に固定されている。
 ここで、中間部材第一面56aは、中間部材56において径方向Dr外側を向く面である。また、中間部材第二面56bは、中間部材56において径方向Dr内側を向く面である。
 中間部材56は、中心軸Cs方向の中間部材第一面56a側に、中心軸Cs方向の中間部材第二面56b側に向かって窪んだ中間凹部561を有している。また、中間部材56は、孔径方向Dsの中央部分に、中間凹部561と中間部材第二面56bとに貫通する中間部材貫通孔56hを有している。この中間部材貫通孔56hは、挿入孔51hの一部を形成している。
 中間部材56は、中間部材貫通孔56hの孔径方向Ds外側に窪んだ孔側凹部562が形成されている。孔側凹部562は、中間部材貫通孔56hの中心軸Cs方向の中間部に、中心軸Cs周りの周方向に連続している。
 なお、中間部材56に孔側凹部562が形成されずに、軸部42の外周面42fに孔径方向Ds内側に窪む軸側凹部が形成されていてもよい。したがって、孔側凹部562及び軸側凹部の少なくとも一方が形成されて、第一シール部材71と第二シール部材72との間に空間を広げるスペースが形成されていればよい。
 また、中間部材56は、中間部材第二面56b側に、周方向に連続して中間部材第一面56a側に窪む中間部材溝563を有している。この中間部材溝563は、中心軸Cs方向から見たときに、シール保持部材55に形成された収容部58よりも孔径方向Ds外側で環状に形成されている。この中間部材溝563には、後述する第三シール部材79が収容される。
 シール押さえ部材57は、中間部材56に対し、径方向Dr外側に配置されている。シール押さえ部材57は、中央部に、挿入孔51hの一部を形成する貫通孔57hが形成されている。第二軸受部60Bは、シール押さえ部材57に対し、フレーム50の径方向Dr外側から内側に向かって嵌め込まれている。シール押さえ部材57は、中心軸Cs方向の第二面57b側に、中間部材56の中間凹部561の内側に挿入される挿入筒部571を有している。シール押さえ部材57の挿入筒部571は、中間凹部561の内側に配置される第二シール部材72を、中間凹部561の底面561bとの間で挟み込む。
 シール部70は、上記したような翼保持部51の挿入孔51hの内部に配置されている。シール部70は、中心軸Cs方向における複数の軸受部60の間に配置されている。このシール部70は、挿入孔51hと軸部42との間をシールし、フレーム50の内側から外側に、流路100から流体Gが流出することを抑えている。本実施形態のシール部70は、第一軸受部60Aと第二軸受部60Bとの間に設けられている。シール部70は、中心軸Cs方向に間隔をあけて配置された第一シール部材71と第二シール部材72とを有している。
 第一シール部材71は、シール保持部材55の収容部58に収容されている。第一シール部材71は、二つのシール保持部材55にそれぞれ収容されている。つまり、第一シール部材71は、中心軸Cs方向において二重に設けられている。
 第一シール部材71は、収容部58の内周側段部58aに収容される環状のシール部本体73と、シール部本体73から孔径方向Ds外側に延出しているリップ部76と、を有している。
 シール部本体73は、軸部42の孔径方向Ds外側で周方向に連続している。シール部本体73は、弾性リング部74と、付勢部材75と、を備えている。リップ部76は、外周側段部58bに収容されている。
 弾性リング部74は、軸部42の孔径方向Ds外側で周方向に連続する環状をなしている。弾性リング部74は、ゴム系材料等の弾性材料からなる。弾性リング部74は、フレーム50の径方向Dr内側に向かって開口するリング溝74mを有している。
 付勢部材75は、径方向Dr内側に向かって開口する逆U字状に湾曲形成された板バネ材からなる。付勢部材75は、弾性リング部74のリング溝74m内に収容されている。付勢部材75は、弾性リング部74の内周面74fを挿入孔51hの孔径方向Ds内側に付勢している。
 第二シール部材72は、中間部材56の中間凹部561に収容されている。第二シール部材72は、第一シール部材71よりも翼本体41に遠い位置に配置されている。つまり、二つの第一シール部材71は、挿入孔51hにおいて、第二シール部材72よりも翼本体41に近い位置に配置されている。第二シール部材72は、シールキャップ77と、シールリング78と、を備えている。
 シールキャップ77は、円環状で、挿入孔51hの孔径方向Ds外側に向かって開口するキャップ溝77mを有している。シールリング78は、ゴム系材料からなる。シールリング78は、キャップ溝77m内に設けられている。シールリング78は、シールキャップ77を挿入孔51hの孔径方向Ds内側に向かって付勢している。
 このようにして、第一シール部材71と、第二シール部材72とは、互いに異なるシール構造を有している。また、第二シール部材72よりも径方向Dr内側に配置される第一シール部材71は、第二シール部材72よりも高いシール性を有している。
 なお、第一シール部材71と、第二シール部材72とは、互いに異なるシール構造であることに限定されるものではなく、同じシール構造であってもよい。
 シール部70は、さらに、第三シール部材79を備える。第三シール部材79は、環状のゴム系材料からなるOリングである。第三シール部材79は、保持部材溝59と、中間部材溝563とに、それぞれ収容されている。保持部材溝59に収容された第三シール部材79Aは、シール保持部材55Aとこのシール保持部材55Aと対向するベース部52の外周凹部53の底面53bとの間をシールしている。中間部材溝563に収容された第三シール部材79Cは、この中間部材56とシール保持部材55Bとの間をシールする。
 また、シール部70は、第一シール部材71と第二シール部材72との間に、シール空間80を備えている。このシール空間80は、第一シール部材71と第二シール部材72との間において、孔側凹部562によって、挿入孔51hと軸部42との間の隙間の断面積が拡大されることで形成されている。
 上述した実施形態のインレットガイドベーン24、遠心圧縮機システム1によれば、複数の第一軸受部60A及び第二軸受部60Bの間に配置されたシール部70によって、挿入孔51hと軸部42との間を通って流路100内の流体Gが漏れることを抑える。シール部70には、第一軸受部60A及び第二軸受部60Bと軸部42の外周面との間の隙間を通り抜けた流体のみが到達する。そのため、シール部70が流体に曝されにくくなり、流体に直接曝された状態で設けられている場合に比べて、流体の影響を受けにくくなる。したがって、シール部70の劣化を抑えて、高いシール性を継続して発揮させることができる。
 また、シール部70に対して軸部42の中心軸Cs方向両側には、筒状の第一軸受部60A及び第二軸受部60Bが設けられている。この第一軸受部60A及び第二軸受部60Bに代えて、例えばボールベアリング等を設けた場合に比較し、軸部42の外周面42fと、第一軸受部60A及び第二軸受部60Bとの間の隙間は小さい。したがって、第一シール部材71には、第一軸受部60Aと軸部42の外周面42fとの隙間を通った流体Gのみが到達するので、第一シール部材71においてシール性を有効に発揮することができる。このようにして、可動翼40の軸部42におけるシール性を高めることが可能となる。
 また、シール部70を、第一シール部材71と第二シール部材72とによって二重の構成することで、シール性を高めることができる。さらに、第一シール部材71が二重に設けられているので、そのシール性がさらに高まる。
 また、第一シール部材71と第二シール部材72とでシール構造を互いに異ならせることで、複数種のシール特性を有したシール部70が構成される。その結果、高いシール性が確保される。
 また、第一シール部材71は、第一シール部材71に対して翼本体41から離間する径方向Dr外側に配置される第二シール部材72よりも高いシール性を有している。このような構成によれば、流路100側からの流体Gの漏れを、第一シール部材71によって有効に抑えることができる。また、第二シール部材72は、第一シール部材71を通り抜けた流体Gのみをシールするバックアップとして機能させることができる。そのため、第二シール部材72のシール性を抑えても、シール部70全体としてのシール性を確保できる。その結果、第二シール部材72のコストを抑えることができる。
 また、第一シール部材71は、付勢部材75によって弾性リング部74の内周面74fを孔径方向Ds内側に付勢することで、第一シール部材71と軸部42との間のシール性を高めることができる。
 また、弾性リング部74のリング溝74mが、流体Gの流路100側である径方向Dr内側に開口しているので、流路100側から流体Gが漏れてきたときに、この流体Gがリング溝74m内に入り込む。流体Gがリング溝74m内に入り込むことによって、弾性リング部74の内周面74fが孔径方向Ds内側に押圧され、第一シール部材71と軸部42との間のシール性を高めることができる。
 また、フレーム50は、中心軸Cs方向に沿って積層される複数のシール保持部材55を備えている。第一シール部材71は、各シール保持部材55の保持部材第一面55f側から収容部58に収容することができる。これにより、保持部材貫通孔55hの孔径方向Ds内側から外側に向かって第一シール部材71を組み付ける場合に比較すると、組付作業を容易に行うことができる。
 また、第一シール部材71は、シール部本体73から孔径方向Ds外側に延出するリップ部76が、この第一シール部材71が組み込まれたシール保持部材55と他の部材との間に挟み込まれるので、第一シール部材71が軸部42とともに連れ回ることを抑える。また、シール保持部材55と他の部材との隙間から流体Gが漏れることを抑える。
 また、第一シール部材71の孔径方向Ds外側に配置した第三シール部材79によって、複数が積層されるシール保持部材55と他の部材との隙間から流体Gが漏出するのをさらに確実に抑えることができる。
 また、第一シール部材71と第二シール部材72との間に、孔側凹部562によって、シール空間80が形成されている。流路100側から流体Gが漏れてきたときに、この流体Gが、シール空間80に流れ込むことで、流体Gの漏出を抑えることができる。
《第二実施形態》
 次に、図6を参照して第二実施形態のインレットガイドベーンについて説明する。第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態のインレットガイドベーンは、シール部の構成について第一実施形態と相違する。
 即ち、図6に示すように、第二実施形態のインレットガイドベーン24Bは、上記第一実施形態のインレットガイドベーン24と同様に、フレーム50と、複数の可動翼40と、を備えている。
 フレーム50は、その外周部に、翼保持部51を有している。翼保持部51は、周方向に間隔をあけて形成された複数個所に、フレーム50の径方向Drに沿って延びるよう形成された挿入孔51hを有している。
 可動翼40は、挿入孔51hに設けられた第一軸受部60A及び第二軸受部60Bによって、軸部42が中心軸Cs周りに回動自在に支持されている。
 第一軸受部60A及び第二軸受部60Bの間には、シール部70Bが設けられている。シール部70Bの第一シール部材71と第二シール部材72との間には、中間部材56に形成された孔側凹部562によって、シール空間80Bが形成されている。
 シール部70Bは、シール空間80Bに流路100内の流体Gが侵入したことを検知するセンサ90を備えている。センサ90は、流体Gが侵入したことを、シール空間80B内の圧力、温度、流体Gを構成する物質の検出等によって検知する。
 上述したような構成によれば、上記第一実施形態と同様、可動翼40の軸部42におけるシール性を高めることができる。さらに、センサ90により、挿入孔51hと軸部42との隙間に流路100内から流体Gが漏れてきたことを検知することができる。これにより、センサ90で流体Gの漏出を検知した場合には、遠心圧縮機システム1の作動を停止させ、シール部70Bのメンテナンス等を適切なタイミングで行うことが可能となる。
《第三実施形態》
 次に、図7を参照して第三実施形態のインレットガイドベーンについて説明する。第三実施形態においては、第一、第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態のインレットガイドベーンは、シール部の構成について第一、第二実施形態と相違する。
 即ち、図7に示すように、第三実施形態のインレットガイドベーン24Cは、上記第一実施形態のインレットガイドベーン24と同様に、フレーム50と、複数の可動翼40と、を備えている。
 フレーム50は、その外周部に、翼保持部51を有している。翼保持部51は、周方向に間隔をあけて形成された複数個所に、フレーム50の径方向Drに沿って延びるよう形成された挿入孔51hを有している。
 可動翼40は、挿入孔51hに設けられた第一軸受部60A及び第二軸受部60Bによって、軸部42が中心軸Cs周りに回動自在に支持されている。
 第一軸受部60A及び第二軸受部60Bの間には、シール部70Cが設けられている。シール部70Cの第一シール部材71と第二シール部材72との間には、中間部材56に形成された孔側凹部562によって、シール空間80Cが形成されている。
 中間部材56には、その外部と孔側凹部562とを連通する連通孔568が形成されている。この連通孔568には、シール用流体供給部95が接続されている。シール用流体供給部95は、挿入孔51hと軸部42との隙間のシール空間80Cに、外部からシール用流体Gsを供給する。
 シール用流体供給部95は、シール用流体Gsを供給することで、シール空間80C内を加圧する。加圧されたシール空間80C内の圧力は、流路100内の圧力よりも低く、フレーム50の外部の圧力(大気圧)よりも高くなるようにするのが好ましい。
 上述したような構成によれば、上記第一実施形態と同様、可動翼40の軸部42におけるシール性を高めることができる。さらに、第一シール部材71と第二シール部材72との間のシール空間80Cに、外部からシール用流体Gsを送り込み、シール空間80C内を加圧する。これによって、流路100内の流体Gの圧力と、シール空間80C内の圧力との差圧が小さくなる。その結果、流路100内の流体Gが第一シール部材71と第二シール部材72との間に流れ込むことを抑え、シール性をさらに高めることができる。これにより、第一シール部材71が損傷することを抑える。
 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。
 例えば、上記各実施形態で示したインレットガイドベーン24,24B、24Cは、遠心圧縮機システム1を構成するギアド圧縮機に限らず、軸流圧縮機等、ガスタービン等に適用することができる。
 上記したインレットガイドベーン、圧縮機によれば、インレットガイドベーンの可動翼の軸部におけるシール性を高めることができる。
1 遠心圧縮機システム
2 駆動軸
3 従動軸
4 圧縮部
5 第一従動軸
6 第二従動軸
7a、7b 第一段圧縮部(圧縮機)
8 第二段圧縮部
9 第三段圧縮部
10 増速機
11 駆動歯車
12 第一従動歯車
13 第二従動歯車
14 第一中間歯車
15 第二中間歯車
17 第一中間軸
18 第二中間軸
19 駆動源
20 ケーシング
23 ガス導入部
24、24B,24C インレットガイドベーン
25、37、38 インペラ
26 アクチュエータ
27 第一段熱交換器
27a 入口ノズル
27b 出口ノズル
28 第二段熱交換器
30 第一段配管
31a、31b 第一段圧縮部吐出配管
32 第二段圧縮部吸込配管
33 第二段配管
34 第二段圧縮部吐出配管
35 第三段圧縮部吸込配管
36 第三段圧縮部吐出配管
40 可動翼
41 翼本体
41a、41b 端部
42 軸部
42f 外周面
42s 先端部
44 センターハブ
50 フレーム
50f 外周面
50g 内周面
51 翼保持部
51f 内周面
51h 挿入孔
52 ベース部
52f 外周面
52h ベース部貫通孔
53 外周凹部
53b 底面
54 内周凹部
54b 底面
55、55A、55B シール保持部材
55f 保持部材第一面
55g 保持部材第二面
55h 保持部材貫通孔
56 中間部材
56a 中間部材第一面
56b 中間部材第二面
56d フランジ部
56h 中間部材貫通孔
561 中間凹部
561b 底面
562 孔側凹部
563 中間部材溝
568 連通孔
57 シール押さえ部材
57b 第二面
57h 貫通孔
571 挿入筒部
58 収容部
58a 内周側段部
58b 外周側段部
59 保持部材溝
60 軸受部
60A 第一軸受部
60B 第二軸受部
61 ボルト
65 リンクプレート
65a、65b 端部
66 ドライブピン
67 旋回リング
70、70B、70C シール部
71 第一シール部材
72 第二シール部材
73 シール部本体
74 弾性リング部
74f 内周面
74m リング溝
75 付勢部材
76 リップ部
77 シールキャップ
77m キャップ溝
78 シールリング
79、79A、79B、79C 第三シール部材
80、80B、80C シール空間
90 センサ
95 シール用流体供給部
100 流路
Cs 中心軸
Dr 径方向
Ds 孔径方向
G 流体
Gs シール用流体
P プラント

Claims (9)

  1.  翼本体、及び前記翼本体の端部に設けられた軸部を有する可動翼と、
     前記軸部が挿入される挿入孔が形成されたフレームと、
     前記挿入孔の内部で前記軸部の中心軸方向に間隔をあけて複数設けられ、前記フレームに対して前記中心軸周りに回転可能に前記軸部を支持する軸受部と、
     前記挿入孔の内部で前記中心軸方向における複数の前記軸受部の間に配置され、前記挿入孔と前記軸部との間をシールするシール部と、を備えるインレットガイドベーン。
  2.  前記シール部は、前記中心軸方向に間隔をあけて配置された第一シール部材と第二シール部材とを備える請求項1に記載のインレットガイドベーン。
  3.  前記第一シール部材と前記第二シール部材とは、互いに異なるシール構造を有する請求項2に記載のインレットガイドベーン。
  4.  前記第一シール部材は、
     前記第二シール部材よりも前記翼本体に近い位置に配置され、
     前記第二シール部材よりも高いシール性を有する請求項3に記載のインレットガイドベーン。
  5.  前記第一シール部材と前記第二シール部材との間に、前記挿入孔の内周面に形成されて径方向外側に窪む孔側凹部、及び前記軸部の外周面に形成されて径方向内側に窪む軸側凹部の少なくとも一方が形成されている請求項2から4の何れか一項に記載のインレットガイドベーン。
  6.  前記第一シール部材と前記第二シール部材との間に設けられ、前記挿入孔の内周面と前記軸部の外周面との隙間に流体が侵入したことを検知するセンサをさらに備える請求項2から5の何れか一項に記載のインレットガイドベーン。
  7.  前記第一シール部材と前記第二シール部材との間において、前記挿入孔の内周面と前記軸部の外周面との隙間に、外部からシール用流体を供給するシール用流体供給部をさらに備える請求項2から6の何れか一項に記載のインレットガイドベーン。
  8.  前記シール部は、
     前記軸部の径方向外側で周方向に連続する環状をなし、前記フレームに対して前記翼本体が配置されている側に向かって開口する溝が形成された弾性リング部と、
     前記溝に設けられ、前記弾性リング部の内周面を前記軸部に向かって径方向内側に付勢する付勢部材と、を備える請求項1から7の何れか一項に記載のインレットガイドベーン。
  9.  請求項1から8の何れか一項に記載のインレットガイドベーンを備える圧縮機。
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