JP2006234075A - Thrust bearing structure for fluid compressor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thrust bearing structure for a fluid compressor capable of canceling thrust force without requiring a special device, and capable of improving reliability. <P>SOLUTION: This structure is provided with a balance chamber 24 formed in a housing 5 storing a rotating body equipped with a rotating shaft 3 and an impeller, a disk-shaped balance piston 21 attached to the rotating shaft 3 and stored in the balance chamber 24, and a first labyrinth seal 22 arranged between an outer peripheral surface 21a of the balance piston 21 and an inner surface of the balance chamber 24, and a restriction part 25 of which flow passage area is varied by relative displacement of the rotating shaft 3 and the housing 5 is provided in a low pressure side outlet of the balance chamber 24. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、流体圧縮機、例えば、メタンリッチな天然ガスを圧送するのに用いられるパイプラインコンプレッサの回転軸に生じるスラスト力を支持するスラスト軸受構造に関するものである。   The present invention relates to a thrust bearing structure for supporting a thrust force generated in a rotating shaft of a fluid compressor, for example, a pipeline compressor used for pumping methane-rich natural gas.

流体圧縮機の回転軸に生じるスラスト荷重を支持するスラスト軸受構造としては、スラスト軸受の内径側に設けたバランス室の圧力を調整弁によりその都度調整するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２５９８５５号公報 As a thrust bearing structure for supporting a thrust load generated on a rotating shaft of a fluid compressor, one that adjusts the pressure of a balance chamber provided on the inner diameter side of the thrust bearing each time with an adjustment valve is known (for example, Patent Literature 1).
JP-A-7-259855

上述した特許文献１に開示されている発明のものは、全スラスト力の絶対値が最小となるように予め演算機により演算された制御信号が調整弁に出力され、この制御信号に基づいて調整弁が制御されることによりスラスト力の低減化が図られている。
しかし、上述した特許文献１に開示されている発明のものでは、演算機やこの演算機からの信号により制御される調整弁等の特別の装置が必要となり、製造コストが高騰してしまうといった問題点があった。
また、演算機や調整弁等にトラブル（故障）が生じた場合には、スラスト力を低減させることができなくなり、最悪の場合、装置自体を壊してしまうおそれもある。 In the invention disclosed in Patent Document 1 described above, a control signal calculated in advance by a calculator is output to the adjustment valve so that the absolute value of the total thrust force is minimized, and the control signal is adjusted based on this control signal. The thrust force is reduced by controlling the valve.
However, according to the invention disclosed in Patent Document 1 described above, a special device such as a calculator and a regulating valve controlled by a signal from this calculator is required, which increases the manufacturing cost. There was a point.
In addition, when trouble (failure) occurs in the arithmetic unit, the adjusting valve, etc., the thrust force cannot be reduced, and in the worst case, the device itself may be broken.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、特別な装置等を必要とすることなくスラスト力をキャンセルすることができ、かつ信頼性の向上を図ることができる流体圧縮機のスラスト軸受構造を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a thrust bearing for a fluid compressor capable of canceling a thrust force without requiring a special device or the like and improving reliability. Its purpose is to provide a structure.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による流体圧縮機のスラスト軸受構造は、回転軸および羽根車を備えてなる回転体を収容するハウジング内に形成されたバランス室と、前記回転軸に取り付けられるとともに、前記バランス室内に納められる円盤状のバランスピストンと、前記バランスピストンの外周面と前記バランス室の内面との間に設けられた第１のラビリンスシールとを備え、前記バランス室の低圧側出口には、前記回転軸と前記ハウジングとの相対変位によって流路面積が変化する絞り部が設けられていることを特徴とする。
このような流体圧縮機のスラスト軸受構造によれば、バランスピストンの高圧側面の側に形成された空間内には、例えば、羽根車により圧縮された流体の一部が導かれるようになっている。この空間内に導かれた流体は、バランスピストンの高圧側面に沿って半径方向内側から半径方向外側に流れた後、第１のラビリンスシールの上流側（高圧側）に達し、第１のラビリンスシールとバランスピストンの外周面との間を通過する際にその圧力が減圧され、バランスピストンの低圧側面の側に形成された空間内に導かれる。
第１のラビリンスシールにより減圧された流体は、絞り部の方へと流れ、この絞り部を通過する際にさらに減圧されながらバランス室から出ていくことになる。
回転体の移動によりこの絞り部の隙間（クリアランス）が狭くなっている場合には、バランス室からのリーク量が減少し、バランスピストンの低圧側面の側に形成された空間内の圧力が上がり、絞り部の隙間（クリアランス）が広がる方向に回転体が押し戻される。
逆に、回転体の移動によりこの絞り部の隙間（クリアランス）が広くなっている場合には、バランス室からのリーク量が増加し、バランスピストンの低圧側面の側に形成された空間内の圧力が下がり、絞り部の隙間（クリアランス）が狭まる方向に回転体が押し戻される。
すなわち、特別な装置等を必要とすることなくスラスト力をキャンセルすることができるようになっている。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
A thrust bearing structure for a fluid compressor according to the present invention includes a balance chamber formed in a housing that houses a rotating body including a rotating shaft and an impeller, and is attached to the rotating shaft and is housed in the balance chamber. A disc-shaped balance piston; and a first labyrinth seal provided between an outer peripheral surface of the balance piston and an inner surface of the balance chamber. A throttle part is provided in which the flow path area changes due to relative displacement with the housing.
According to the thrust bearing structure of such a fluid compressor, for example, a part of the fluid compressed by the impeller is guided into the space formed on the high pressure side surface of the balance piston. . The fluid guided into this space flows from the radially inner side to the radially outer side along the high pressure side surface of the balance piston, and then reaches the upstream side (high pressure side) of the first labyrinth seal, and the first labyrinth seal The pressure is reduced when passing between the outer peripheral surface of the balance piston and the balance piston, and is introduced into a space formed on the low pressure side surface of the balance piston.
The fluid depressurized by the first labyrinth seal flows toward the constricted portion and exits from the balance chamber while being further depressurized when passing through the constricted portion.
When the gap (clearance) of this throttle part is narrowed due to the movement of the rotating body, the amount of leakage from the balance chamber decreases, the pressure in the space formed on the low pressure side of the balance piston rises, The rotating body is pushed back in the direction in which the gap (clearance) of the throttle portion is widened.
On the contrary, when the clearance (clearance) of the throttle portion is widened by the movement of the rotating body, the amount of leakage from the balance chamber increases, and the pressure in the space formed on the low pressure side surface of the balance piston Is lowered, and the rotating body is pushed back in a direction in which the gap (clearance) of the throttle portion is reduced.
That is, the thrust force can be canceled without requiring a special device or the like.

本発明による流体圧縮機のスラスト軸受構造は、前記第１のラビリンスシール下流側で、かつ前記回転軸の外周面と前記ハウジングとの間に、第２のラビリンスシールが設けられている。
このような流体圧縮機のスラスト軸受構造によれば、第１のラビリンスシールを通過した流体の圧力が、第２のラビリンスシールを通過する際にさらに減圧されるとともに、第２のラビリンスシールにより、この第２のラビリンスシールの上流側の圧力と下流側の圧力との間に時間遅れを生じさせることができ、圧力ハンチングを防止することができる。 In the thrust bearing structure of the fluid compressor according to the present invention, a second labyrinth seal is provided on the downstream side of the first labyrinth seal and between the outer peripheral surface of the rotary shaft and the housing.
According to the thrust bearing structure of such a fluid compressor, the pressure of the fluid that has passed through the first labyrinth seal is further reduced when passing through the second labyrinth seal, and the second labyrinth seal A time delay can be generated between the pressure on the upstream side and the pressure on the downstream side of the second labyrinth seal, and pressure hunting can be prevented.

本発明による流体圧縮機のスラスト軸受構造は、前記ハウジング内の、前記バランスピストンの高圧側面および低圧側面と対向する位置にそれぞれ軸受パッドが設けられている。
このような流体圧縮機のスラスト軸受構造によれば、起動時や天然ガスの圧力が大きく変動して回転体が軸方向に大きく移動してしまった場合に、軸受パッドを座として使用することができるので、他の部分が接触する前にバランスピストンの高圧側面または低圧側面と、軸受パッドの軸受面とを接触させることができて、他の部分の損傷を防止することができる。 In the thrust bearing structure for a fluid compressor according to the present invention, bearing pads are respectively provided at positions facing the high-pressure side surface and the low-pressure side surface of the balance piston in the housing.
According to such a thrust bearing structure of a fluid compressor, the bearing pad can be used as a seat when starting up or when the pressure of natural gas fluctuates greatly and the rotating body moves greatly in the axial direction. As a result, the high pressure side or the low pressure side of the balance piston and the bearing surface of the bearing pad can be brought into contact with each other before the other parts come into contact with each other, and damage to the other parts can be prevented.

本発明による流体圧縮機は、前述した特徴を有するスラスト軸受構造を具備してなる。
このような流体圧縮機によれば、この流体圧縮機に供給される流体の圧力が変動し、回転体に作用するスラスト力が変動して、回転体が軸方向に移動したとしても、特別な装置等を必要とすることなく回転体を元の位置に自動的に復帰させる（戻す）ことができ、さらにスラスト力を支持させることができる。 The fluid compressor according to the present invention includes a thrust bearing structure having the above-described characteristics.
According to such a fluid compressor, even if the pressure of the fluid supplied to the fluid compressor fluctuates, the thrust force acting on the rotating body fluctuates, and the rotating body moves in the axial direction, a special The rotating body can be automatically returned (returned) to the original position without the need for a device or the like, and the thrust force can be supported.

本発明による流体圧縮機は、前記自成絞りを通過した流体を大気中に逃がすための大気放出管およびバルブが設けられている。
このような流体圧縮機によれば、起動時にバルブを開状態とすることにより、ハウジング内に充填された起動用の高圧ガスの一部が、前述のスラスト軸受構造を通過した後に大気中に放出することになる。これにより、バランスピストンの高圧側面と低圧側面との間に差圧を生じさせることができて、ガスシールの背面にかかる貫通スラスト力をキャンセルすることができるとともに、流体圧縮機を安全に起動させることができる。 The fluid compressor according to the present invention is provided with an atmospheric discharge pipe and a valve for releasing the fluid that has passed through the self-contained throttle into the atmosphere.
According to such a fluid compressor, by opening the valve at the time of start-up, a part of the high-pressure gas for start-up filled in the housing is released into the atmosphere after passing through the thrust bearing structure described above. Will do. As a result, a differential pressure can be generated between the high pressure side surface and the low pressure side surface of the balance piston, and the through thrust force applied to the back surface of the gas seal can be canceled and the fluid compressor can be started safely. be able to.

本発明による流体圧縮機のスラスト軸受構造によれば、特別な装置等を必要とすることなくスラスト力をキャンセルすることができ、かつ信頼性の向上を図ることができるという効果を奏する。   According to the thrust bearing structure of the fluid compressor according to the present invention, it is possible to cancel the thrust force without requiring a special device or the like, and to improve the reliability.

以下、本発明による流体圧縮機のスラスト軸受構造の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明によるスラスト軸受構造１を具備した流体圧縮機、例えば、メタンリッチな天然ガス（流体）を圧送するのに用いられるパイプラインコンプレッサ２を示すものであって、図中の符号３はタービン等の駆動機に連結された回転軸、符号４はこの回転軸３に同軸状に取付けられた複数（本実施形態では２つ）の羽根車、符号５は回転軸３および複数の羽根車４からなる回転体（ロータ）を収容するハウジング、符号６，７は回転軸３をハウジング５内に回転自在の状態で支持するガスジャーナル軸受、符号８は回転軸３とハウジング５との間をシールするガスシールである。
また、ハウジング５には、複数の羽根車４をそれぞれ収容する室９、および隣接する室９を連通する連通路１０が設けられているとともに、羽根車４に天然ガス（圧力Ｐｓ）を供給する吸込部１１および圧縮された天然ガス（圧力Ｐｄ）を吐出する吐出部１２がそれぞれ設けられている。 Hereinafter, an embodiment of a thrust bearing structure for a fluid compressor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a fluid compressor equipped with a thrust bearing structure 1 according to the present invention, for example, a pipeline compressor 2 used for pumping methane-rich natural gas (fluid). Reference numeral 3 denotes a rotating shaft connected to a driving machine such as a turbine, reference numeral 4 denotes a plurality of (two in this embodiment) impellers coaxially attached to the rotating shaft 3, and reference numeral 5 denotes the rotating shaft 3 and the plurality of impellers. A housing for accommodating a rotating body (rotor) composed of an impeller 4, reference numerals 6 and 7 are gas journal bearings that support the rotating shaft 3 in a rotatable state in the housing 5, and reference numeral 8 is a rotating shaft 3 and housing 5. It is a gas seal that seals the gap.
The housing 5 is provided with a chamber 9 that accommodates each of the plurality of impellers 4 and a communication passage 10 that communicates with the adjacent chambers 9, and supplies natural gas (pressure Ps) to the impeller 4. The suction part 11 and the discharge part 12 which discharges the compressed natural gas (pressure Pd) are provided, respectively.

図２は、図１の円Ａで囲まれた部分を拡大するとともに、その構成を模式化した図である。図２に示すように、スラスト軸受構造１は、バランスピストン２１と、第１のラビリンスシール２２と、第２のラビリンスシール２３とを主たる要素として構成されたものであり、回転軸３の一端部（高圧側の端部）に設けられている。
バランスピストン２１は、その直径Ｄ２が回転軸３の直径Ｄ１よりも大きくなるよう、回転軸３の中心線Ｃから半径方向外側に向かって設けられた円盤状の部材であり、ハウジング５内に形成されたバランス室２４内に収められている。
第１のラビリンスシール２２は、軸受の剛性を確保するためのものであり、バランス室２４内で、かつバランスピストン２１の外周面２１ａと対向する位置に設けられている。
第２のラビリンスシール２３は、バランス室２４内で、かつその直径Ｄ３が回転軸３の直径Ｄ１よりも小さくなるように形成された回転軸３の末端部外周面３ａと対向する位置に設けられている。 FIG. 2 is an enlarged view of a portion surrounded by a circle A in FIG. 1 and a schematic diagram of the configuration. As shown in FIG. 2, the thrust bearing structure 1 is configured with a balance piston 21, a first labyrinth seal 22, and a second labyrinth seal 23 as main elements, and one end portion of the rotating shaft 3. (At the end of the high pressure side).
The balance piston 21 is a disk-shaped member provided radially outward from the center line C of the rotation shaft 3 so that the diameter D2 of the balance piston 21 is larger than the diameter D1 of the rotation shaft 3. The balance chamber 24 is housed.
The first labyrinth seal 22 is for ensuring the rigidity of the bearing, and is provided in the balance chamber 24 and at a position facing the outer peripheral surface 21 a of the balance piston 21.
The second labyrinth seal 23 is provided in the balance chamber 24 and at a position facing the distal end outer peripheral surface 3a of the rotating shaft 3 formed so that the diameter D3 thereof is smaller than the diameter D1 of the rotating shaft 3. ing.

また、空間Ｓ３を形成するハウジング５の一部は、回転軸３の端面３ｂに向かって延びる舌部５ａを構成し、舌部５ａの先端と回転軸３の端面３ｂとの間に絞り部２５が形成されるようになっている。この絞り部２５は、自らの動きによって絞りの大きさが変化するもの、すなわち、回転軸３（あるいは回転体）とハウジング５（あるいは舌部５ａ）との相対変位によって流路面積が変化する、いわゆる「自成絞り」と呼ばれるものである（以下、「絞り部」は「自成絞り」と称することにする）。この舌部５ａの外周面５ｂの直径Ｄ４は、回転軸３の末端部外周面３ａの直径Ｄ３よりも小さくなるように形成されている。舌部５ｂの先端面は、図２に示すように、半径方向外側から半径方向内側にかけてその直径が漸次小さくなるような（半径方向外側から半径方向内側にかけて回転軸３の末端部外周面３ａから徐々に遠ざかるような）傾斜面とされている。   Further, a part of the housing 5 forming the space S3 constitutes a tongue portion 5a extending toward the end surface 3b of the rotating shaft 3, and the throttle portion 25 is provided between the tip of the tongue portion 5a and the end surface 3b of the rotating shaft 3. Is to be formed. The restricting portion 25 changes the size of the restrictor by its own movement, that is, the flow passage area changes due to the relative displacement between the rotating shaft 3 (or the rotating body) and the housing 5 (or the tongue portion 5a). This is a so-called “self-contained diaphragm” (hereinafter, “throttle section” will be referred to as “self-comprised diaphragm”). A diameter D4 of the outer peripheral surface 5b of the tongue 5a is formed to be smaller than a diameter D3 of the outer peripheral surface 3a of the end portion of the rotating shaft 3. As shown in FIG. 2, the tip surface of the tongue 5b gradually decreases in diameter from the radially outer side to the radially inner side (from the outer peripheral surface 3a of the end portion of the rotating shaft 3 from the radially outer side to the radially inner side). It is an inclined surface that gradually moves away.

バランスピストン２１の高圧側面２１ｂの側に形成された空間Ｓ１内には、吐出部１２に設けられた抽気ポート１３（図４参照）、この抽気ポート１３に接続された抽気管１４（図４参照）、および枝管１４ａ（図４参照）を介して羽根車４により圧縮された天然ガスＧ１（圧力Ｐｄ）の一部が導かれるようになっている。空間Ｓ１内に導かれた天然ガスＧ１は、バランスピストン２１の高圧側面２１ｂに沿って半径方向内側から半径方向外側に流れた後、第１のラビリンスシール２２の上流側（高圧側）に達し、第１のラビリンスシール２２とバランスピストン２１の外周面２１ａとの間を通過する際に圧力Ｐ１まで減圧されながら、バランスピストン２１の低圧側面２１ｃの側に形成された空間Ｓ２内に導かれる。   In the space S1 formed on the high pressure side surface 21b side of the balance piston 21, an extraction port 13 (see FIG. 4) provided in the discharge section 12 and an extraction pipe 14 connected to the extraction port 13 (see FIG. 4). ) And a part of the natural gas G1 (pressure Pd) compressed by the impeller 4 through the branch pipe 14a (see FIG. 4). The natural gas G1 guided into the space S1 flows from the radially inner side to the radially outer side along the high pressure side surface 21b of the balance piston 21, and then reaches the upstream side (high pressure side) of the first labyrinth seal 22; When passing between the first labyrinth seal 22 and the outer peripheral surface 21 a of the balance piston 21, the pressure is reduced to the pressure P <b> 1 while being guided into the space S <b> 2 formed on the low pressure side surface 21 c side of the balance piston 21.

空間Ｓ２内に導かれた圧力Ｐ１を有する天然ガスＧ２は、バランスピストン２１の低圧側面２１ｃに沿って半径方向外側から半径方向内側に流れた後、第２のラビリンスシール２３の上流側（高圧側）に達し、第２のラビリンスシール２３と回転軸３の末端部外周面３ａとの間を通過する際に圧力Ｐ２まで減圧されながら、回転軸３の端面３ｂの側に形成された空間Ｓ３に導かれる。
そして、空間Ｓ３内に導かれた天然ガスＧ３は、舌部５ａの先端と回転軸３の端面３ｂとの間に形成された自成絞り２５を通過する際に圧力Ｐｓまで減圧されながら回転軸３の中心線Ｃ側に導かれる。 The natural gas G2 having the pressure P1 guided into the space S2 flows from the radially outer side to the radially inner side along the low pressure side surface 21c of the balance piston 21, and then the upstream side (high pressure side) of the second labyrinth seal 23. In the space S3 formed on the end surface 3b side of the rotary shaft 3 while being reduced to the pressure P2 when passing between the second labyrinth seal 23 and the outer peripheral surface 3a of the end portion of the rotary shaft 3. Led.
The natural gas G3 introduced into the space S3 is rotated to the rotating shaft while being reduced to the pressure Ps when passing through the self-formed throttle 25 formed between the tip of the tongue 5a and the end surface 3b of the rotating shaft 3. 3 to the center line C side.

圧力Ｐｓに減圧された天然ガスは、図４に示すように、戻り管１５を介して吸込部１１に戻され、羽根車４により再び圧縮される。戻り管１５には大気放出管１６が接続されているとともに、この大気放出管１６には起動用大気放出バルブ１７が設けられている。これら大気放出管１６および起動用大気開放バルブ１７は、パイプラインコンプレッサ２を起動する際に使用されるものであり、起動時、起動用大気開放バルブ１７は、開状態とされる。
また、抽気ポート１３、抽気管１４、および枝管１４ａを介して空間Ｓ１に導かれる天然ガスＧ１の一部は、空間Ｓ２の上流側で分岐した後、ガスジャーナル軸受７に供給されるようになっている。一方、ガスジャーナル軸受６には、抽気ポート１３、抽気管１４、および枝管１４ｂを介して羽根車４により圧縮された天然ガスＧ１（圧力Ｐｄ）の一部が供給されるようになっている。
なお、図４において符号１８は圧力調整弁、符号１９はフィルタである。 As shown in FIG. 4, the natural gas reduced to the pressure Ps is returned to the suction unit 11 through the return pipe 15 and is compressed again by the impeller 4. An atmospheric discharge pipe 16 is connected to the return pipe 15, and an activation atmospheric discharge valve 17 is provided in the atmospheric discharge pipe 16. The atmospheric discharge pipe 16 and the start-up air release valve 17 are used when starting the pipeline compressor 2, and at the start-up, the start-up air release valve 17 is opened.
Further, a part of the natural gas G1 guided to the space S1 via the extraction port 13, the extraction pipe 14, and the branch pipe 14a is branched to the upstream side of the space S2, and then supplied to the gas journal bearing 7. It has become. On the other hand, the gas journal bearing 6 is supplied with a part of the natural gas G1 (pressure Pd) compressed by the impeller 4 through the extraction port 13, the extraction pipe 14, and the branch pipe 14b. .
In FIG. 4, reference numeral 18 denotes a pressure adjusting valve, and reference numeral 19 denotes a filter.

本実施形態によるスラスト軸受構造１によれば、バランスピストン２１、第１のラビリンスシール２２、およびバランス室２４により静圧型のガススラスト軸受が構成されているとともに、例えば、回転体が舌部５ｂの側（図２において左側）に移動した場合には、自成絞り２５のクリアランスが減少し、空間Ｓ３からのリーク量が減少し、空間Ｓ３および空間Ｓ２内の天然ガスの圧力が上がり、回転体が舌部５ｂから遠ざかる側（図２において右側）に押し戻されるようになっている。
逆に、回転体が舌部５ｂから遠ざかる側（図２において右側）に移動した場合には、自成絞り２４のクリアランスが増加し、空間Ｓ３からのリーク量が増加するとともに、空間Ｓ３および空間Ｓ２内の天然ガスの圧力が下がり、回転体が舌部５ｂの側（図２において左側）に押し戻されるようになっている。
すなわち、吸込部１１に供給される天然ガスの圧力が変動し、回転体に作用するスラスト力が変動して、回転体が軸方向に移動したとしても、特別な装置等を必要とすることなく回転体を元の位置に自動的に復帰させる（戻す）ことができ、さらにスラスト力を支持させることができる。また、信頼性の向上を図ることもできる。
このようなスラスト軸受構造１は、吸込部１１に供給される流体の圧力が変動し易く、巾広い運転範囲が要求される、例えば、天然ガスを圧送するパイプラインコンプレッサ２に特に適している。 According to the thrust bearing structure 1 according to the present embodiment, the balance piston 21, the first labyrinth seal 22, and the balance chamber 24 constitute a static pressure type gas thrust bearing, and for example, the rotating body has a tongue 5b. When moving to the side (left side in FIG. 2), the clearance of the self-contained throttle 25 decreases, the amount of leakage from the space S3 decreases, the pressure of the natural gas in the space S3 and the space S2 increases, and the rotating body Is pushed back to the side away from the tongue 5b (right side in FIG. 2).
Conversely, when the rotating body moves to the side away from the tongue portion 5b (right side in FIG. 2), the clearance of the self-contained diaphragm 24 increases, the amount of leakage from the space S3 increases, and the space S3 and the space The pressure of the natural gas in S2 falls, and the rotating body is pushed back to the tongue 5b side (left side in FIG. 2).
That is, even if the pressure of the natural gas supplied to the suction unit 11 fluctuates, the thrust force acting on the rotating body fluctuates, and the rotating body moves in the axial direction, no special device or the like is required. The rotating body can be automatically returned (returned) to the original position, and the thrust force can be supported. In addition, the reliability can be improved.
Such a thrust bearing structure 1 is particularly suitable for, for example, a pipeline compressor 2 that pumps natural gas, for example, where the pressure of the fluid supplied to the suction portion 11 is likely to fluctuate and a wide operating range is required.

また、第２のラビリンスシール２３により、この第２のラビリンスシール２３の上流側の圧力Ｐ１と下流側の圧力Ｐ２との間に時間遅れを生じさせることができるので、圧力ハンチングを防止することができ、回転体を元の位置に迅速に復帰させる（戻す）ことができる。
なお、この時間遅れは、第１のラビリンスシール２２におけるリーク量と圧力の関係を表す微分方程式、第２のラビリンスシール２３におけるリーク量と圧力の関係を表す微分方程式、および自成絞り２５におけるリーク量と圧力の関係を表す微分方程式（簡単な絞りのリークの式）を連立方程式として解くことによって得ることができる。 Further, the second labyrinth seal 23 can cause a time lag between the upstream pressure P1 and the downstream pressure P2 of the second labyrinth seal 23, thereby preventing pressure hunting. The rotating body can be quickly returned (returned) to the original position.
This time delay is caused by a differential equation representing the relationship between the leak amount and pressure in the first labyrinth seal 22, a differential equation representing the relationship between the leak amount and pressure in the second labyrinth seal 23, and a leak in the self-contained throttle 25. It can be obtained by solving a differential equation (simple throttle leak equation) representing the relationship between quantity and pressure as simultaneous equations.

さらに、パイプラインコンプレッサ２の起動時に起動用大気開放バルブ１７を開状態とすることにより、ハウジング５内に充填された起動用の高圧ガス（例えば、５ＭＰａ〜６ＭＰａに昇圧された天然ガス）の一部を、スラスト軸受構造１を通過させた後に大気中に放出させることができる。これにより、バランスピストン２１の高圧側面２１ｂと低圧側面２１ｃとの間に差圧を生じさせることができて、ガスシール８の背面にかかる貫通スラスト力をキャンセルすることができるとともに、パイプラインコンプレッサ２を安全に起動させることができる。
なお、大気放出管１６および起動用大気開放バルブ１７が設けられていない場合には、バランスピストン２１の高圧側面２１ｂと低圧側面２１ｃとの間に差圧を生じさせることができず、ガスシール８の背面に過大な貫通スラスト力がかかってしまい、パイプラインコンプレッサ２を損傷させてしまうおそれがある。 Further, by opening the startup atmosphere release valve 17 at the startup of the pipeline compressor 2, one of the startup high-pressure gases (for example, natural gas pressurized to 5 MPa to 6 MPa) filled in the housing 5 is provided. The part can be released into the atmosphere after passing through the thrust bearing structure 1. As a result, a differential pressure can be generated between the high pressure side surface 21b and the low pressure side surface 21c of the balance piston 21, so that the penetrating thrust force applied to the back surface of the gas seal 8 can be canceled, and the pipeline compressor 2 Can be activated safely.
If the atmospheric discharge pipe 16 and the starting atmospheric release valve 17 are not provided, a differential pressure cannot be generated between the high pressure side surface 21b and the low pressure side surface 21c of the balance piston 21, and the gas seal 8 Excessive penetrating thrust force is applied to the rear surface of the compressor, which may damage the pipeline compressor 2.

さらにまた、スラスト軸受構造１には、プロセスガスと同じガスが軸受ガスとして用いられているので、軸受ガスが仮にプロセス側に浸入したとしてもプロセスガスを汚染するおそれがなく、また軸受損失も小さく、動力の低減化を図ることができる。
また、油軸受に比べて給油装置等が不要となり、システムを簡略化することができる。 さらに、磁気軸受に比べて制御装置等が不要となり、システムを簡略化することができるとともに、潜在的な信頼性の向上を図ることができる。 Furthermore, in the thrust bearing structure 1, since the same gas as the process gas is used as the bearing gas, even if the bearing gas enters the process side, there is no possibility of contaminating the process gas, and the bearing loss is small. The power can be reduced.
Further, an oil supply device or the like is not required as compared with the oil bearing, and the system can be simplified. Furthermore, a control device or the like is not required as compared with the magnetic bearing, the system can be simplified, and potential reliability can be improved.

本発明による流体圧縮機のスラスト軸受構造の他の実施形態を、図３を用いて説明する。
本実施形態による流体圧縮機のスラスト軸受構造３１は、ハウジング５内の、バランスピストン２１の高圧側面２１ｂおよび低圧側面２１ｃと対向する位置にそれぞれ軸受パッド３２が設けられているという点で前述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。 Another embodiment of the thrust bearing structure of the fluid compressor according to the present invention will be described with reference to FIG.
The thrust bearing structure 31 of the fluid compressor according to the present embodiment is described above in that the bearing pads 32 are provided in the housing 5 at positions facing the high pressure side surface 21b and the low pressure side surface 21c of the balance piston 21, respectively. Different from that of form. Since other components are the same as those in the above-described embodiment, description of these components is omitted here.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as embodiment mentioned above.

本実施形態によるスラスト軸受構造３１によれば、バランスピストン２１、第１のラビリンスシール２２、バランス室２４、および軸受パッド３２により動圧型のガススラスト軸受が構成されていることになる。
したがって、起動時や天然ガスの圧力が大きく変動して回転体が軸方向に大きく移動してしまった場合に、軸受パッド３２を座として使用することができるので、他の部分が接触する前にバランスピストン２１の高圧側面２１ｂまたは低圧側面２１ｃと、軸受パッド３２の軸受面とを接触させることができて、他の部分の損傷を防止することができる。
その他の作用効果は、前述した実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。 According to the thrust bearing structure 31 according to the present embodiment, the balance piston 21, the first labyrinth seal 22, the balance chamber 24, and the bearing pad 32 constitute a dynamic pressure type gas thrust bearing.
Therefore, the bearing pad 32 can be used as a seat at the time of start-up or when the pressure of the natural gas fluctuates greatly and the rotating body moves greatly in the axial direction. The high pressure side surface 21b or the low pressure side surface 21c of the balance piston 21 and the bearing surface of the bearing pad 32 can be brought into contact with each other, and damage to other parts can be prevented.
Other functions and effects are the same as those of the above-described embodiment, and thus description thereof is omitted here.

本発明によるスラスト軸受構造を具備した流体圧縮機の断面図である。It is sectional drawing of the fluid compressor provided with the thrust bearing structure by this invention. 図１の円Ａで囲まれた部分を拡大するとともに、その構成を模式化した図である。It is the figure which expanded the part enclosed by the circle | round | yen A of FIG. 1, and modeled the structure. 本発明によるスラスト軸受構造の他の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows other embodiment of the thrust bearing structure by this invention. 本発明によるスラスト軸受構造を具備した流体圧縮機の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fluid compressor provided with the thrust bearing structure by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ スラスト軸受構造
２ 流体圧縮機
３ 回転軸
３ｂ 一端面
４ 羽根車
５ ハウジング
１６ 大気放出管
１７ 起動用大気開放バルブ
２１ バランスピストン
２１ａ 外周面
２１ｂ 高圧側面
２１ｃ 低圧側面
２２ 第１のラビリンスシール
２３ 第２のラビリンスシール
２４ バランス室
２５ 自成絞り（絞り部）
３１ スラスト軸受構造
３２ 軸受パッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thrust bearing structure 2 Fluid compressor 3 Rotating shaft 3b One end surface 4 Impeller 5 Housing 16 Atmospheric discharge pipe 17 Starting air release valve 21 Balance piston 21a Outer peripheral surface 21b High pressure side surface 21c Low pressure side surface 22 First labyrinth seal 23 Second Labyrinth seal 24 Balance chamber 25 Self-drawing throttle (squeezing part)
31 Thrust bearing structure 32 Bearing pad

Claims (5)

回転軸および羽根車を備えてなる回転体を収容するハウジング内に形成されたバランス室と、
前記回転軸に取り付けられるとともに、前記バランス室内に納められる円盤状のバランスピストンと、
前記バランスピストンの外周面と前記バランス室の内面との間に設けられた第１のラビリンスシールとを備え、
前記バランス室の低圧側出口には、前記回転軸と前記ハウジングとの相対変位によって流路面積が変化する絞り部が設けられていることを特徴とする流体圧縮機のスラスト軸受構造。 A balance chamber formed in a housing for accommodating a rotating body comprising a rotating shaft and an impeller;
A disc-shaped balance piston that is attached to the rotary shaft and is housed in the balance chamber;
A first labyrinth seal provided between an outer peripheral surface of the balance piston and an inner surface of the balance chamber;
A thrust bearing structure for a fluid compressor, characterized in that, at the low-pressure side outlet of the balance chamber, a throttle portion whose flow path area is changed by relative displacement between the rotating shaft and the housing is provided. 前記第１のラビリンスシール下流側で、かつ前記回転軸の外周面と前記ハウジングとの間に、第２のラビリンスシールが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体圧縮機のスラスト軸受構造。   2. The fluid compressor according to claim 1, wherein a second labyrinth seal is provided downstream of the first labyrinth seal and between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the housing. Thrust bearing structure. 前記ハウジング内の、前記バランスピストンの高圧側面および低圧側面と対向する位置にそれぞれ軸受パッドが設けられていることを特徴とする流体圧縮機のスラスト軸受構造。   A thrust bearing structure for a fluid compressor, wherein bearing pads are respectively provided in the housing at positions facing the high-pressure side surface and the low-pressure side surface of the balance piston. 請求項１から３のいずれか一項に記載のスラスト軸受構造を具備してなることを特徴とする流体圧縮機。   A fluid compressor comprising the thrust bearing structure according to any one of claims 1 to 3. 前記自成絞りを通過した流体を大気中に逃がすための大気放出管およびバルブが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の流体圧縮機。   The fluid compressor according to claim 4, further comprising an atmospheric discharge pipe and a valve for releasing the fluid that has passed through the self-contained throttle into the atmosphere.
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