JP3999492B2 - 多段圧縮機のスワール防止装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種流体、特に高密度ガスの圧縮などに適用される多段圧縮機のスワール防止装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の多段遠心圧縮機を示すものである。同図における多段遠心圧縮機51は、主としてインペラ回転軸52と、このインペラ回転軸52に軸方向へ間隔を置いて同軸状に取付けられる複数のインペラ(羽根車)53と、インペラ回転軸52およびインペラ53から成るロータ(回転体)を収容するケーシング54と、このケーシング54に形成される吸込部および吐出部(図示せず)とをそれぞれ備えている。
上記ケーシング54内には、インペラ回転軸52に沿って互いに隣接するインペラ53間の領域に縦断面略U字状の戻り流路55がそれぞれ設けられており、これら戻り流路55は、インペラ回転軸52の周囲を取り囲むように形成され、前段のインペラ53によって圧縮された流体を後段のインペラ53に送る機能を有している。また、多段遠心圧縮機51の各段の入り口部には、インペラ53とケーシング54のダイヤフラム(仕切り壁)54aとの間に流入する圧力流体の通過を抑制するラビリンスシール56がそれぞれ設けられている。
【0003】
ところで、このような多段遠心圧縮機51においては、旋回流(スワール)となる周方向速度成分を持つ圧力流体がラビリンスシール56を通過する際に励振力を生じることから、ロータに不安定振動を発生させ、その結果、騒音が発生したり、あるいは周辺部品の接触によって圧縮機が破損するおそれがあった。この現象は、ラビリンスシール56前後の差圧が大きいもの、高密度ガス、運転時のクリアランスが狭く、ロータ側へフィンを有するタイプのラビリンスシールにおいて特に顕著に現れる。
そこで、従来の多段遠心圧縮機51では、最もシール前後の差圧の大きいバランスピストン57部でのみ旋回流を消去するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の多段遠心圧縮機51では、各段のラビリンスシール56を通過する圧力流体の旋回流は消去することができず、これを起因とするロータの不安定振動を防止することが困難であった。一方、各段のラビリンスシール56のクリアランスを大きく設定する場合、ラビリンスシール56のクリアランスを個々に調整するのが面倒である上、圧力流体の漏れが増大して効率が悪くなり、多段遠心圧縮機51の性能低下を招くという不具合を有していた。
【0005】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、各段のシール部を通過する流体が持つ旋回流を消去し、励振力の低減によるロータの不安定振動を防止し、安定した連続運転を行うことが可能な多段圧縮機のスワール防止装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、旋回流を持つ流体がシール部を通過する多段圧縮機において、各段の仕切り部に穿設される複数の連通孔と、各段のシール部に穿設される複数の貫通孔とによって、旋回流を打ち消す高圧流体を通す流体通路を構成し、前記連通孔および前記貫通孔は互いに連通し、前記連通孔の一端開口を高圧側に配置し、前記連通孔の他端開口を低圧側のシール部に配置するとともに、前記貫通孔をシール部の円周方向へ沿って一定の間隔を開けながら配置し、かつ前記貫通孔を、前記流体通路を通る高圧流体の供給方向がロータの回転方向と逆方向となるように、シール部の中心に対し傾斜して穿設し、各段の圧縮後の高圧流体が、前記流体通路を構成する連通孔を介してシール部に供給され、前記貫通孔を通って各段入り口の低圧のシール部に吐出されるように構成している。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。ここで、図1は本発明の実施形態に係る多段圧縮機のスワール防止装置の断面図、図2は図1のスワール防止装置の拡大断面図、図3はスワール防止装置を構成するラビリンスシールの断面図である。
【0008】
本発明の実施形態の多段遠心圧縮機1は、特にラビリンスシール前後の差圧が大きいもの、ラビリンスシールのクリアランスが狭いもの、高密度のガス(例えば、CO2)などに対して有効な流体機械であり、図1に示す如く、水平方向に沿って回転可能に配設されるインペラ回転軸2と、このインペラ回転軸2に軸方向へ間隔を置いて同軸状に取付けられる複数のインペラ(羽根車)3と、インペラ回転軸2およびインペラ3から成るロータ(回転体)を収容するケーシング4と、このケーシング4に形成される吸込部および吐出部(図示せず)とをそれぞれ備えている。
そして、ケーシング4内には、インペラ回転軸2に沿って互いに隣接するインペラ3間の領域にダイヤフラム(仕切り部)5および縦断面略U字状の戻り流路6がそれぞれ設けられており、戻り流路6は、インペラ回転軸2の周囲を取り囲むように形成され、前段のインペラ3によって圧縮された流体を後段のインペラ3に送る機能を有している。
【0009】
また、上記多段遠心圧縮機1の各段には、回転するインペラ3と静止しているダイヤフラム5との接触を防止すべく、両者の間に隙間7が形成されている。そのため、各段の圧力差を有する入り口部(マウス部)には、インペラ3とダイヤフラム5との隙間7を通り、高圧HP側から低圧LP側へ向かって流れる圧力流体の通過を抑制するラビリンスシール8がそれぞれ設けられている。なお、多段遠心圧縮機1の最終段の位置には、従来と同様のバランスピストン9が設けられている。
【0010】
そして、本実施形態の多段遠心圧縮機1の全段のシール部には、図1〜図3に示す如く、各段で圧縮された高圧流体Gを導いて通す流体通路10が配設されており、本実施形態のスワール防止装置は、流体通路10を通る高圧流体Gが、隙間7を経てラビリンスシール8を通過する圧力流体の周方向速度成分である旋回流(スワール)を打ち消すように構成されている。
このため、上記流体通路10は、各段のダイヤフラム5に穿設される複数本(例えば、4本)の連通孔11と、各段のラビリンスシール8に穿設される複数個の貫通孔12とによって構成されており、これら連通孔11および貫通孔12は、互いに連通して設けられている。
【0011】
上記連通孔11は、インペラ回転軸2の軸方向へ延びる横孔部11aと、該横孔部11aに連通しインペラ回転軸2の軸方向に対して直交方向へ延びる縦孔部11bとにより形成されている。そして、横孔部11aの開口は高圧HP側に位置し、縦孔部10bの開口は低圧LP側のラビリンスシール8に位置すべくそれぞれ配設されている。すなわち、各段で圧縮された高圧流体Gは、流体通路10を構成する連通孔11の横孔部11aおよび縦孔部11bを介してラビリンスシール8に供給され、貫通孔12を通って各段入り口の低圧のシール部に吐出されるように構成されている。
しかも、ラビリンスシール8の貫通孔12は、図2および図3に示す如く、連通孔11と連通すべく内外周部を貫通して設けられ、かつ円周方向へ沿って一定の間隔を開けながら配置されている。また、これら貫通孔12は、流体通路10を通る高圧流体Gの供給方向がロータの回転方向(図3の矢印方向R)と逆方向となるように、ラビリンスシール8の中心に対し傾斜して穿設されている。
したがって、本実施形態のスワール防止装置は、ダイヤフラム5の連通孔11およびラビリンスシール8の貫通孔12から成る流体通路10と、この流体通路10を通る圧力流体Gとによって構成されることになる。
【0012】
次に、本実施形態に係る多段遠心圧縮機1のスワール防止装置の作用について説明する。
多段遠心圧縮機1が運転され、図外の吸込部から流体(高密度ガス)がケーシング4内に吸い込まれると、当該流体はインペラ回転軸2にて回転駆動する各段のインペラ3により順次圧縮され、戻り流路6を通って最終段の吐出路に送られ、図示しない吐出部から次のプラントなどへ排出される。
この間、各段で圧縮された流体の一部は、図2の矢印で示す如く、インペラ3とダイヤフラム5との間の隙間7を通って、ロータの回転方向と同じ方向の旋回流を持ったまま高圧HP側から低圧LP側へ向かって流れ、ラビリンスシール8を通過することになる。
【0013】
一方、高圧HP側の圧力流体の一部は、高圧流体Gとして流体通路10に導かれて連通孔11および貫通孔12を通り、ロータの回転方向と逆方向へ吐出しながら各段のラビリンスシール8に供給され、低圧LP側の入り口に戻されることになる。
したがって、圧力流体が隙間7を通ってラビリンスシール8を通過するに際し、流体の周方向速度成分である旋回流は、流体通路10を通って吐出され、ロータの回転方向と逆の速度成分を与えられた高圧流体Gに当たるなどして打ち消されることになる。
【0014】
本発明の実施形態に係る多段遠心圧縮機1のスワール防止装置では、各段のラビリンスシール8に対して、高圧流体Gを通す流体通路10が設けられているため、インペラ3とダイヤフラム5との間の隙間7を通ってラビリンスシール8を通過する際に圧力流体が持っている旋回流が、流体通路10を通ってラビリンスシール8に吐出される高圧流体Gによって確実に打ち消され、ラビリンスシール8での励振を低減させることができる。しかも、本実施形態の流体通路10は、ダイヤフラム5に穿設した連通孔11およびラビリンスシール8に穿設した貫通孔12によって形成されるため、構造が簡単であり、簡易な孔加工で容易に製作することができる。また、本実施形態の貫通孔12は、流体通路10を通る高圧流体Gの供給方向がロータの回転方向(図3の矢印方向R)と逆の向きとなるように傾斜して穿設されているため、圧力流体の旋回流を迅速かつ効果的に消去することができ、ロータの不安定振動を防止できる。
【0015】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【0016】
例えば、既述の実施形態では、多段遠心圧縮機1の全段のラビリンスシール8に対して高圧流体Gを通す流体通路10を設けたが、本発明の流体通路10は、全段のラビリンスシール8に設ける必要はなく、高密度ガスの種類や適用機種などに応じて、一つ置きに設置したり、あるいは後段側のみの複数段に設置したりすることも可能である。
【0017】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る多段圧縮機のスワール防止装置は、旋回流を持つ流体がシール部を通過する多段圧縮機において、各段の仕切り部に穿設される複数の連通孔と、各段のシール部に穿設される複数の貫通孔とによって、旋回流を打ち消す高圧流体を通す流体通路を構成し、前記連通孔および前記貫通孔は互いに連通し、前記連通孔の一端開口を高圧側に配置し、前記連通孔の他端開口を低圧側のシール部に配置するとともに、前記貫通孔をシール部の円周方向へ沿って一定の間隔を開けながら配置し、かつ前記貫通孔を、前記流体通路を通る高圧流体の供給方向がロータの回転方向と逆方向となるように、シール部の中心に対し傾斜して穿設し、各段の圧縮後の高圧流体が、前記流体通路を構成する連通孔を介してシール部に供給され、前記貫通孔を通って各段入り口の低圧のシール部に吐出されるように構成しているので、シール部を通過する流体が持つ旋回流が流体通路を介して供給した圧力流体により確実に消去でき、励振力を低減させてロータの不安定振動を防止できると共に、圧縮機の安定した連続運転を行うことが可能となり、ランニングコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る多段遠心圧縮機のスワール防止装置の配置構成を示す断面図である。
【図2】図1のスワール防止装置を拡大して示す断面図である。
【図3】図1のスワール防止装置を構成するラビリンスシールの断面図である。
【図4】従来の多段遠心圧縮機の配置構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 多段遠心圧縮機
2 インペラ回転軸
3 インペラ
4 ケーシング
5 ダイヤフラム(仕切り部)
6 戻り流路
7 隙間
8 ラビリンスシール
10 流体通路
11 連通孔
12 貫通孔
G 高圧流体
Claims (1)
- 旋回流を持つ流体がシール部を通過する多段圧縮機において、各段の仕切り部に穿設される複数の連通孔と、各段のシール部に穿設される複数の貫通孔とによって、旋回流を打ち消す高圧流体を通す流体通路を構成し、前記連通孔および前記貫通孔は互いに連通し、前記連通孔の一端開口を高圧側に配置し、前記連通孔の他端開口を低圧側のシール部に配置するとともに、前記貫通孔をシール部の円周方向へ沿って一定の間隔を開けながら配置し、かつ前記貫通孔を、前記流体通路を通る高圧流体の供給方向がロータの回転方向と逆方向となるように、シール部の中心に対し傾斜して穿設し、各段の圧縮後の高圧流体が、前記流体通路を構成する連通孔を介してシール部に供給され、前記貫通孔を通って各段入り口の低圧のシール部に吐出されるように構成したことを特徴とする多段圧縮機のスワール防止装置。
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