JP2018132021A - Centrifugal compressor and method for using centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠心圧縮機及び遠心圧縮機の使用方法に関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor and a method of using the centrifugal compressor.
天然ガス(プロセスガス)を生産する生産プラントでは、地下の天然ガス田に向かう数千メートル長の井戸を掘り、天然ガスを採掘している。 In a production plant that produces natural gas (process gas), a natural gas is mined by digging a well that is several thousand meters long toward the underground natural gas field.
生産プラントの稼動当初は、天然ガス田が持つ自噴圧力によって、地下から地上に向けて天然ガスが井戸を通って噴出する。しかしながら、例えば稼働から暫くすると自噴圧力が減衰していくため、天然ガスの噴出速度が低下して生産性が低下していく。 When the production plant is in operation, natural gas is ejected from the underground through the well by the self-injection pressure of the natural gas field. However, for example, since the self-injection pressure attenuates after a while from operation, the natural gas ejection speed decreases and productivity decreases.
このため、井戸の中に遠心圧縮機を設置して、天然ガスを地上に圧送するという方法が知られている。 For this reason, a method of installing a centrifugal compressor in a well and pumping natural gas to the ground is known.
より天然ガス田に近い場所に遠心圧縮機を設置することが生産効率改善の観点からは好ましいが、天然ガスには水や油などの液体が混入しており、遠心圧縮機の効率向上や故障抑制等の観点から、液体を除去することが望まれている。 Although it is preferable to install a centrifugal compressor closer to the natural gas field from the viewpoint of improving production efficiency, liquids such as water and oil are mixed in natural gas. From the viewpoint of suppression and the like, it is desired to remove the liquid.
このような中、遠心圧縮機の液体を除去する技術として特許文献1が知られている。特許文献1は、羽根50,84から液滴を除去し、羽根自体の中に配置されるチャネル(不図示)に流体連通されているスロット62,82を含む小滴キャッチャ60,80を開示している(0020〜0023、図5〜7)。具体的には、チャネルの深さは、小滴がスロットアパーチャ62から離れてキャッチャ60に入って圧縮機から出るときに、流体が羽根車表面まで戻るように逆流することがないように小滴を運ぶことができるくらいの十分な深さである。また、チャネルは、旋回する羽根車の遠心力がチャネルに沿って小滴をスロット入口62から引き込んで圧縮機シュラウドの外に出すのに有効となるように、構成される。
Under such circumstances,
特許文献1は、羽根自体の中に配置されるチャネルを通って圧縮機外に液滴が誘導されるため、捕捉された液滴は、羽根のうち、外径側の領域を通って圧縮機外に排出されるものと考えられる。液滴が回転軸から遠く離れた位置を通過した後に排出されることから、特に、外径側の液滴を運動させるための軸動力までもが必要となるので、圧縮機の効率が低下してしまう。
In
上記事情に鑑みてなされた第1の発明は、ハブ壁と、シャフトを回転軸として回転可能な翼と、該翼に対して前記ハブ壁の反対側に位置するシュラウド壁とを有する遠心圧縮機であって、前記翼の圧力面及び負圧面を貫通する通孔を有することを特徴とする。 A first invention made in view of the above circumstances is a centrifugal compressor having a hub wall, a blade capable of rotating about a shaft as a rotating shaft, and a shroud wall located on the opposite side of the hub wall with respect to the blade. And it has a through-hole which penetrates the pressure surface and the suction surface of the wing.
また、上記事情に鑑みてなされた第2の発明は、ハブ壁と、シャフトを回転軸として回転可能な翼と、該翼に対して前記ハブ壁の反対側に位置するシュラウド壁とを有する遠心圧縮機の使用方法であって、ウェットガスに含まれる液体が、前記翼の圧力面及び負圧面を貫通する通孔を通過しつつ該通孔を閉塞する環境下で駆動させることを特徴とする。 A second invention made in view of the above circumstances is a centrifugal structure having a hub wall, a wing that is rotatable about a shaft as a rotation axis, and a shroud wall that is located on the opposite side of the hub wall with respect to the wing. A method of using a compressor, characterized in that the liquid contained in the wet gas is driven in an environment in which the through hole is closed while passing through the pressure surface and the negative pressure surface of the blade. .
以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照しつつ説明する。本発明の各種の構成要素は必ずしも互いに独立している必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素の一部と別の構成要素の一部とが互いに重複すること、等を許容する。また、同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The various components of the present invention do not necessarily have to be independent of each other. One component is composed of a plurality of members, a plurality of components are composed of one member, a part of a certain component, A part of another component is allowed to overlap each other. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the same description is not repeated.
図1は実施例1の遠心圧縮機1の全体構成を示す図、図2は図1のA部拡大図、図3は図2のB−B断面による軸方向視図である。A部は、羽根車11周辺である。
遠心圧縮機1は、プロセスガスを昇圧し圧送する圧縮部としての羽根車11、羽根車11の回転軸であるシャフト12、及びシャフト12に回転力を付与するステータ13を有する遠心圧縮機構部と、筒状の側壁15によって側周を囲まれた空間である吸込流路14を備える。吸込流路14は、シャフト12の回転に伴い、遠心圧縮機1雰囲気を吸引して遠心圧縮機構部に案内することができる。
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a
The
遠心圧縮機1は、例えばプロセスガス雰囲気中に設置することができる。本実施例におけるプロセスガスは、例えば水等の液体を一部に含む流体としてのウェットガスである。ウェットガスは、例えば略飽和蒸気圧の下で液体を含んでいてよい。吸込流路14の一部は、本実施例のように、遠心圧縮機構部を取り囲んでいても良い。また、遠心圧縮機1の設置方向は特に制限されず、本実施例のように吸込流路14を下側かつ羽根車11を上側とするようにして重力方向に略平行に設置してもよいし、その他の方向に設置してもよい。以下、シャフト12の軸方向を上下方向とも呼ぶが、上述のとおり、上下方向は重力方向に平行でなくともよい。また、軸方向に垂直な方向を径方向と呼び、軸方向及び径方向に垂直な方向を周方向と呼ぶ。
The
遠心圧縮機1は、シャフト12に固定されているハブ壁16と、ハブ壁16に対して空間を介して位置するシュラウド壁17を有する。ハブ壁16は、一部がシャフト12に固定された被固定部であり、他の一部又は残部がシャフト12に略垂直に設けられた板状部である。シュラウド壁17は、吸込流路14において、ハブ壁16の板状部よりも軸方向上流側に位置しているとともに、径方向内側の端部は、ハブ壁16の板状部の径方向内側の端部よりも径方向外側に位置している。そして、ハブ壁16及びシュラウド壁17の間には空間が形成されており、これが吸込流路14に連通している。これにより、吸込流路14を流れるプロセスガスは、ハブ壁16の板状部のうち径方向内側の部分に衝突するように構成される。このような構成は例えば、吸込流路14の或る部分における流路方向に略垂直となるように板状部の一部を形成することで実現できる。本実施例では、吸込流路14のうち、図2に例示する流路方向Dを持つ部分の下流側に、板状部が流路方向Dに対して略垂直な方向に設けられている。
The
また、ハブ壁16とシュラウド壁17の間には、翼18が放射状に配置されている。翼18は、シャフト12の周方向に略垂直な曲面にすることができる。翼18は、シャフト12の回転に伴いプロセスガスを押す面(翼18のうち、回転方向側の面)である圧力面19と、圧力面19の反対側の面である負圧面20とを有する。そして、翼18は、圧力面19及び負圧面20を貫通する通孔21を有する。
Further,
通孔21は、翼18のうち、軸方向について、ハブ壁16側に設けられている。また、通孔21は、翼18のうち、径方向について、径方向内側(プロセスガスの吸入側)に設けられている。これは、以下の理由による。
羽根車11が回転すると、吸込流路14を介して遠心圧縮機1の外部からプロセスガスが吸込まれて圧縮され、下流側に圧送される。その際、プロセスガスに含まれる液滴22がプロセスガスとともに圧送される。具体的な流れとしては、まず、流体(プロセスガス及び液滴22)は、吸込流路14上流側から羽根車11へと流入する。羽根車11に流入した流体は、羽根車11直前の吸込流路14の流路方向Dにおける投影面内にある領域、すなわち、ハブ壁16の比較的内径側の領域に衝突して進路を径方向外側に変える。翼18の回転に伴い、流体は外径側に移動し、翼18の外径側に位置する出口29から遠心圧縮機1外部に排出される。
The through
When the
液体(液膜23又は液滴22)の流れに注目すると、ハブ壁16の比較的内径側の領域に衝突した液体は、ハブ壁16に薄く広がって液膜23を形成する。液体は、圧送されるプロセスガスの流れに従って内径側から外径側に向かって力を受けて移動していく。その途中、液膜23は翼18の回転移動によって翼18に付着する。すると、液体は質量を有するため、翼18に付着すると遠心圧縮機1の軸動力を増加させてしまう。これは特に、翼18の圧力面19側や翼18の外径側に存在する場合に顕著である。設計軸動力を超過すると、遠心圧縮機1の運転が停止するといった虞があるため、軸動力の増加を抑制することが望まれる。このため、液体を翼18の圧力面19側から負圧面20側に移動させることが好ましく、また、その移動を内径側の領域で行うことが好ましい。
Paying attention to the flow of the liquid (
本実施例では、通孔21を上記のように設けているため、液体は、圧力面19から負圧面20に連通した通孔21を通り、負圧面20側に移動する。負圧面20側に移動した液体は、自らの表面張力によって負圧面20から球状に突出して、液滴22を形成しようとする。すると、この液体は、遠心圧縮機1の駆動に伴うプロセスガスのせん断力により、負圧面20から離脱させられて、プロセスガスの流れに追従する液滴22となり、径方向外側に向かい、羽根車11より圧送される。
In the present embodiment, since the through
このようなメカニズムにより、通孔21を用いてプロセスガス(ウェットガス)中の液体による軸動力の増加を抑制できる。通孔21の位置は、ハブ壁16に形成される液膜23の膜厚の期待される厚みに鑑みて設定し得る。例えば、軸方向における位置については、翼18の径方向外端位置におけるハブ壁16側からシュラウド壁17側に向かって1/2又は1/3の距離に相当する位置よりもハブ壁16に近い範囲に設けることができる。また、径方向については、翼18の径方向道のりの1/2又は1/3の位置よりも内径側にすることができる。
With such a mechanism, an increase in shaft power due to the liquid in the process gas (wet gas) can be suppressed using the through
通孔21の形状、貫通方向又は個数は、翼18の圧力面19側から負圧面20にかけて貫通する態様であれば、特に制限されない。例えば形状としては、円孔、楕円孔、多角形孔にすることができるが、円孔や楕円孔のように丸みのある形状が好ましい。これは、液体が表面張力によって例えば負圧面20側で球状になろうとする場合に、比較的大きな球状になりやすいため、プロセスガスによるせん断を行いやすいからである。
The shape, the penetrating direction, or the number of the through
また、貫通方向は、翼18に略垂直に設けてもよいし、内径側から外径側に向かうように設けてもよい。また、個数は1つ以上であればよい。
Further, the penetrating direction may be provided substantially perpendicular to the
通孔21の面積もまた特に制限されないが、好ましくは、遠心圧縮機1の使用環境下の温度、この環境下におけるウェットガス中の液体の動粘度や表面張力係数を考慮して、液体が通孔21を通過でき、かつ通孔21を液体で塞ぐことができるものにすることが好ましい。遠心圧縮機1の駆動中、通孔21が液体で塞がれずに開放されていると、通孔21を介してプロセスガスが圧力面19側から負圧面20側に通り抜けてしまい、遠心圧縮機1の効率が低下する虞がある。このため、液体を通過させつつ、液体によって通孔21を塞ぐことでプロセスガスが通孔21を通過しないまたはし難い状態にすることが好ましい。
The area of the through
本実施例の構成は、次の点を除き実施例1と同様にできる。図4は本実施例における遠心圧縮機1のA分拡大図である。
本実施例における翼180の一部の領域は、シュラウド壁17の内径側端部よりも内径側に設けられている。そして、翼180のうち、吸込流路14における流路方向Dに平行な投影面内に通孔210の少なくとも一部が設けられている。これにより、吸込流路14を流れる液滴22は、ハブ壁14に衝突して間もなく通孔210に進入できる。したがって、液体をさらに内径側で通孔210に案内できるため、より軸動力の増加を抑制できる。
The configuration of the present embodiment can be the same as that of the first embodiment except for the following points. FIG. 4 is an enlarged view of portion A of the
A partial region of the
本実施例の構成は、次の点を除き実施例1又は2と同様にできる。図5は本実施例の遠心圧縮機のB−B断面による軸方向視図である。
本実施例における通孔2100は、圧力面19から負圧面20に向かうにつれて外径側に向かう方向に設けられている。また、通孔2100は、翼18のうち、通孔2100が設けられている位置において、翼18に略垂直な方向よりも外径側を向いている。
The configuration of this embodiment can be the same as that of
The through
このような通孔2100によれば、翼18に付着した液体を負圧面20側に案内しやすいため、好ましい。
Such a through
1:遠心圧縮機
11:羽根車
12:シャフト
13:ロータ
14:吸込流路
15:側壁
16:ハブ壁
17:シュラウド壁
18:翼
19:圧力面
20:負圧面
21:通孔
22:液滴
23:液膜
1: Centrifugal compressor 11: Impeller 12: Shaft 13: Rotor 14: Suction channel 15: Side wall 16: Hub wall 17: Shroud wall 18: Blade 19: Pressure surface 20: Negative pressure surface 21: Through hole 22: Droplet 23: Liquid film
Claims (8)
前記翼の圧力面及び負圧面を貫通する通孔を有することを特徴とする遠心圧縮機。 A centrifugal compressor having a hub wall, a wing rotatable about a shaft as a rotation axis, and a shroud wall located on the opposite side of the hub wall with respect to the wing;
A centrifugal compressor comprising a through hole penetrating the pressure surface and the suction surface of the blade.
前記通孔は、前記吸込流路の流路方向における投影面内に位置することを特徴とする請求項2に記載の遠心圧縮機。 A suction flow path communicating with a region between the hub wall and the shroud wall;
The centrifugal compressor according to claim 2, wherein the through hole is located in a projection plane in the flow channel direction of the suction flow channel.
前記ハブ壁の一部の領域は、前記吸込流路の流路方向における投影面内に位置し、
前記シャフトの軸方向について、前記通孔は、前記ハブ壁と前記シュラウド壁とのうち、前記ハブ壁側に位置していることを特徴とする請求項1乃至3何れか一項に記載の遠心圧縮機。 A suction flow path communicating with a region between the hub wall and the shroud wall;
A region of the hub wall is located in a projection plane in the flow channel direction of the suction flow channel,
The centrifuge according to any one of claims 1 to 3, wherein the through hole is located on the hub wall side of the hub wall and the shroud wall in the axial direction of the shaft. Compressor.
ウェットガスに含まれる液体が、前記翼の圧力面及び負圧面を貫通する通孔を通過しつつ該通孔を閉塞する環境下で駆動させることを特徴とする遠心圧縮機の使用方法。 A method of using a centrifugal compressor, comprising: a hub wall; a blade capable of rotating about a shaft as a rotation axis; and a shroud wall located on the opposite side of the hub wall with respect to the blade.
A method of using a centrifugal compressor, wherein a liquid contained in a wet gas is driven in an environment in which the through hole is blocked while passing through a through hole penetrating the pressure surface and the negative pressure surface of the blade.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017027455A JP2018132021A (en) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Centrifugal compressor and method for using centrifugal compressor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116752915A (en) * | 2023-08-15 | 2023-09-15 | 东北石油大学三亚海洋油气研究院 | Power rotor device for hydraulic-magnetic transmission borehole cleaning tool |
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2017
- 2017-02-17 JP JP2017027455A patent/JP2018132021A/en active Pending
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