JP3894115B2

JP3894115B2 - ターボ圧縮機

Info

Publication number: JP3894115B2
Application number: JP2002367529A
Authority: JP
Inventors: 晃士小谷; 和夫武田; 治雄三浦
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP2004197848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸封装置を備えるターボ圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠心羽根車、斜流羽根車もしくは軸流羽根車を備えるターボ圧縮機は羽根車を回転させることで、対象ガスの圧力を吸い込みガスよりも高める回転流体機械である。ターボ圧縮機は、回転部分すなわち回転軸を、非回転部分すなわちケーシングで支持しなければならない。回転軸が動作するためにはケーシングと適当な隙間を有する必要があるが、ターボ圧縮機では、隙間部分から圧力を高めた対象ガスが漏洩するためリング状のガスシールラビリンスを回転軸に取り付けて漏れを最小限に抑えている。
【０００３】
また、摩擦や摩耗を防ぐために軸受等の支持部と駆動部との間には潤滑油が適用されるが、潤滑油が対象ガスへ漏洩しない方が望ましい。この潤滑油の漏れを防ぐためには、リング状の油シールラビリンスを回転軸に装着することが有効である。軸受側（油雰囲気側）に油シールラビリンスを配置し、羽根車側（ガス雰囲気側）にガスシールラビリンスを配置することによって効果的に潤滑油と対象ガスの漏洩を防ぐことができる。
【０００４】
さらに、潤滑油と対象ガスとの漏洩を防ぎつつ円滑に回転軸を回転させるために、各ラビリンスの内外径およびケーシング内径、回転軸外径には厳格な加工精度が要求される。各ラビリンスの内側は回転軸と接触しないように隙間が必要とされ、各ラビリンス外側は漏れを防ぐために隙間は少ない方がよい。また回転軸外径、各ラビリンス外径、ケーシング内径が同心であることも重要である。
【０００５】
従来の技術では、油シールラビリンスとガスシールラビリンスとをケーシングに固定する軸封装置として、該油シールラビリンスもしくはガスシールラビリンスをボルトなどにより直接ケーシングと固定する構造や、ケーシングに各シールラビリンスに対応するインローが設けられ、シールラビリンスの軸方向の動きを拘束する構造のものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２８０３８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、シールラビリンスを固定するために、ボルトなどによりケーシングに直接固定するか、油シールラビリンスとガスシールラビリンスの外径を変え、各々のラビリンスがケーシングのインロー部分によって軸方向に拘束される構造が採用されている。しかし、こういった構造では組み立ての工程が増え、また、ケーシングに高い加工精度が必要とされる。
【０００８】
本発明の目的は、軸封装置の組み立てが容易なターボ圧縮機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る軸封装置を備えるターボ圧縮機は、羽根車と、吸込みケーシングと、前記羽根車を回転駆動する回転軸と、該回転軸を支持する軸受と、該軸受を支持する軸受ケーシングと、前記羽根車と前記軸受との間を軸封する軸封装置とを備えるターボ圧縮機において、前記吸込みケーシングは底部に前記羽根車の外径より小径の孔が形成され周方向に継ぎ目の無い有底の円筒形状をしており、前記回転軸は、一側端部が前記羽根車に取り付けられると共に、前記羽根車から前記吸込みケーシングの底部の孔を挿通して前記軸受ケーシング内に延びて前記軸受で支持されており、前記軸受ケーシングは、前記吸込みケーシングを取り付ける下方部材と該下方部材に取付けられる上方部材とに２分割されていると共に、該下方部材及び該上方部材の内周面に環状溝が形成されており、前記軸封装置は、前記羽根車側に配置されガスの漏洩を防止するガスシールラビリンスと、前記軸受側に配置され油の漏洩を防止する油シールラビリンスとから構成され、前記ガスシールラビリンスは、前記吸込みケーシングの底部の孔内に収納され、下方部材と上方部材とに２分割されると共に、該下方部材及び該上方部材の側面に環状溝が形成されており、前記油シールラビリンスは、下方部材と上方部材とに２分割され、該下方部材及び該上方部材の外周面に形成された環状突起が前記軸受ケーシングの下方部材及び上方部材の環状溝にそれぞれ周方向から嵌合されて該軸受ケーシングに支持されると共に、該下方部材及び該上方部材の側面に形成された環状突起が前記ガスシールラビリンスの下方部材及び上方部材の環状溝にそれぞれ周方向から嵌合されて当該ガスシールラビリンスに結合されている構成としたことにある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、遠心羽根車を備えるターボ圧縮機の例を示すもので、その縦断面図である。
【００１３】
まず、ターボ圧縮機の概略構造について説明する。
ターボ圧縮機は、ケーシング１、該ケーシング１内に螺旋状流路を形成するためのシュラウド２、該シュラウド２の中心に吸込口側が位置し、吐出口側が該シュラウド２に位置するように配置された遠心羽根車３、前記ケーシング１にボルトによって固定され、該ケーシング１を密閉して吸込流路４を形成する蓋６から構成されている。
【００１４】
上記構成において、遠心羽根車３が図示しない回転駆動源により回転されると吸込口側からガスが吸い込まれる。該吸い込まれたガスは遠心羽根車３により圧縮されて螺旋状流路に流入し、螺旋状流路を旋回しながら所定の圧力まで昇圧され、該昇圧したガスは、例えば多段ターボ圧縮機の場合には次段の圧縮機に吸い込まれる。
【００１５】
遠心羽根車３を回転駆動する回転軸７は、回転駆動源から伝わるトルクによってギヤー８、該ギヤー８と噛み合うピニオン９を介して回転駆動される。羽根車３とスラストカラー１６Ａ，１６Ｂとは、キーもしくは焼嵌めなどにより回転軸７と一体構造になっている。回転軸７に伝わったトルクは羽根車３へ伝達され、該羽根車３の回転によって対象ガスが圧縮される。対象ガスを圧縮する際に、羽根車３の吸込口側と吐出口側とで圧力差が生じ、該圧力差が主な原因となって回転軸７に左方向へスラスト力が発生する。該スラスト力は、前記スラストカラー１６Ａ，１６Ｂのうち、１６Ｂによって受け止められる。より詳しくは、該スラストカラー１６Ａ，１６Ｂはギヤー８の左右側面の端部に接触することによって左右方向のスラスト力が受け止められる構造になっている。またギヤー８は、ラジアル力及びスラスト力の両方を受け止める図示しない軸受によって支持されている。
【００１６】
次に軸封部について説明する。
羽根車３の背面部分のケーシング１には、該ケーシング１を貫通する孔内にガスシールラビリンス１１が挿入され、圧縮ガスが回転軸７とラビリンス１１Ｂ（図２参照）との間から軸受側（油雰囲気側）へ漏洩することを防止している。また、ピニオン９及び軸受１２（実施例では、すべり軸受）には、回転を円滑にするために潤滑油が図示しない方法によって噴射される。また、該潤滑油が回転軸７とラビリンス１３Ｂ（図２参照）との間から羽根車３側（ガス雰囲気側）へ漏洩することを防止するために油シールラビリンス１３が設けられる。該油シールラビリンス１３は、ガスシールラビリンス１１と軸受１２との間に配置される。これらガスシールラビリンス１１と油シールラビリンス１３とは、後述する方法により結合して軸封部が構成されている。
【００１７】
図２は、軸封部を構成するガスシールラビリンス１１及び油シールラビリンス１３の斜視図である。
ガスシールラビリンス１１は２分割され、その外周表面には断面がL字型の環状溝１１Ａが形成され、孔内周面には回転軸７との間の間隙が適正に維持され、ガスの漏洩を防止できるようにラビリンス１１Ｂが形成されている。同様に、油シールラビリンス１３も２分割され、ガスシールラビリンス１１と対面する外周表面にも断面がL字型の環状突起１３Ａが形成されており、前記環状溝１１Ａと嵌合するようになっている。また、油シールラビリンス１３の孔内周面にも回転軸７との間の間隙が適正に維持され、油の漏洩を防止できるようにラビリンス１３Ｂが形成されている。
【００１８】
さらに油シールラビリンス１３の外周表面には、環状突起１３Ｃが形成されている。該環状突起１３Ｃは、ケーシング１４（支持部材）の孔内周面に形成されている環状溝１４Ｂ（図１、後述する図３参照）に嵌合して、油シールラビリンス１３がケーシング１４に固定、支持されるためのものである。
【００１９】
図３は、ターボ圧縮機を一部要素のみ分解図で示したものであり、本実施例は複数個の圧縮機（図では１個）を配列し圧力を徐々に高める多段ターボ圧縮機の例である。
ケーシング１４の軸封部の内周表面には、油シールラビリンス１３の環状突起１３Ｃと嵌合するように環状溝１４Ｂが形成されている。ケーシング１４の箱内には、ギヤー８、ピニオン９などが収納されるギヤー室１４Ｃが形成されている。
【００２０】
上記構成において、ターボ圧縮機の組み立て方の例を説明する（ただし、この例にとらわれることはない）。
（１）ガスシールラビリンス１１及び油シールラビリンス１３が配置され
る部分の孔径が、同一もしくは略同一に加工されたケーシング１４が準備される。油シールラビリンス１３の配置部にはさらに環状溝１４Ｂが加工され、また、軸受１２が配置される部分の孔径も前記孔径と同一もしくは略同一に加工されている。ケーシング１４は、２分割構造であるので、上方，下方部材が準備される。またケーシング１は、ケーシング１４の下方部材に、すでに取り付けられている。
（２）ケーシング１４の下方部材に、回転軸７（すでに羽根車３、スラストカラー１６Ａ，１６Ｂ、ピニオン９が取り付けられた状態）が設置される（ただし、両端に羽根車を要する回転軸の場合には、片側の羽根車が後の工程で取り付けられる）。
（３）回転軸７を支持しながら、軸受１２の半割れ（下方部材）が設置される。その後、軸受１２の片割れ（上方部材）が設置される。
（４）ガスシールラビリンス１１の下方部材が所定の位置に設置され、油シールラビリンス１３の下方部材の環状突起１３Ａ及び環状突起１３Ｃが、該ガスシールラビリンス１１の環状溝１１Ａ及びケーシング１４の環状溝１４Ｂと嵌合するようにして、該油シールラビリンス１３の下方部材が設置される。
（５）同様に、ガスシールラビリンス１１及び油シールラビリンス１３の上方部材が設置される。
（６）回転軸両端に羽根車が取り付けられる場合には、残りの羽根車を取り付ける。
（７）ギヤー８及びその他回転駆動源の部材がケーシング１４に取り付けられる。
（８）シュラウド２、蓋６が取り付けられる。
（９）ケーシング１４の上方部材が、下方部材に取り付けられる。
【００２１】
以上に説明したように、ガスシールラビリンス１１と油シールラビリンス１３とをケーシング１４に固定する際に、及びガスシールラビリンス１１を油シールラビリンス１３に固定する際に、ボルトなどの固定具を用いる必要が全くない。このため、ガスシールラビリンス１１及び油シールラビリンス１３のケーシング１４（支持部材）への固定が容易な軸封装置が得られる。また、ケーシング１４の軸封部の孔径が同一もしくは略同一であるので加工工数が低減され、加工が容易になる。
したがって、上記軸封装置を備えるターボ圧縮機のケーシング１４への固定が容易になる。
なお、環状溝１４Ｂの加工も必要となるが、各ラビリンスシール外径とケーシング孔径に要求される加工精度ほど高精度が要求されない。そのため、ケーシング１４の加工工数が低減される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、軸封装置の組み立てが容易なターボ圧縮機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遠心羽根車を備えるターボ圧縮機の縦断面図である。
【図２】軸封部を構成するガスシールラビリンス及び油シールラビリンスの斜視図である。
【図３】ターボ圧縮機を分解図で、一部要素のみ示したものである。
【符号の説明】
１…ケーシング、２…シュラウド、３…羽根車、４…吸込流路、６…蓋、７…回転軸、ピニオン、８…ギヤー、９…ピニオン、１０Ａ，１０Ｂ…スラストカラー、１１…ガスシールラビリンス、１１Ａ…環状溝、１２…軸受、１３…油シールラビリンス、１３Ａ…環状突起、１３Ｂ…ラビリンス、１３Ｃ…環状突起、１４…ケーシング（支持部材）、１４Ｂ…溝、１４Ｃ…ギヤー室。

Claims

羽根車と、吸込みケーシングと、前記羽根車を回転駆動する回転軸と、該回転軸を支持する軸受と、該軸受を支持する軸受ケーシングと、前記羽根車と前記軸受との間を軸封する軸封装置とを備えるターボ圧縮機において、
前記吸込みケーシングは底部に前記羽根車の外径より小径の孔が形成され周方向に継ぎ目の無い有底の円筒形状をしており、
前記回転軸は、一側端部が前記羽根車に取り付けられると共に、前記羽根車から前記吸込みケーシングの底部の孔を挿通して前記軸受ケーシング内に延びて前記軸受で支持されており、
前記軸受ケーシングは、前記吸込みケーシングを取り付ける下方部材と該下方部材に取付けられる上方部材とに２分割されていると共に、該下方部材及び該上方部材の内周面に環状溝が形成されており、
前記軸封装置は、前記羽根車側に配置されガスの漏洩を防止するガスシールラビリンスと、前記軸受側に配置され油の漏洩を防止する油シールラビリンスとから構成され、
前記ガスシールラビリンスは、前記吸込みケーシングの底部の孔内に収納され、下方部材と上方部材とに２分割されると共に、該下方部材及び該上方部材の側面に環状溝が形成されており、
前記油シールラビリンスは、下方部材と上方部材とに２分割され、該下方部材及び該上方部材の外周面に形成された環状突起が前記軸受ケーシングの下方部材及び上方部材の環状溝にそれぞれ周方向から嵌合されて該軸受ケーシングに支持されると共に、該下方部材及び該上方部材の側面に形成された環状突起が前記ガスシールラビリンスの下方部材及び上方部材の環状溝にそれぞれ周方向から嵌合されて当該ガスシールラビリンスに結合されている
ことを特徴とするターボ圧縮機。