JP4107772B2

JP4107772B2 - 遠心式圧縮機

Info

Publication number: JP4107772B2
Application number: JP28688199A
Authority: JP
Inventors: 雅之北; 博美小谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: JP2001107888A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部ケーシングの外側に、外部ケーシングを設けたバレル形の遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、特開昭５５−７９１４号公報によって開示されたものが知られている。この公報には、中ケース（内部ケーシング）の外側に、外部ケーシングを設けた、いわゆるバレル形の遠心式圧縮機が記載されている。内部ケーシングの内部には、ダイヤフラムが取り付けられると共に、回転軸（主軸）に固定された複数の羽根車が収容されている。外部ケーシングは、筒状の胴部（ケース）と２体の側蓋とを結合させたものである。ケースには、吸込ノズル（吸込口）と吐出ノズル（吐出口）とが設けられている。また、羽根車が固定された主軸は、外部ケーシングを形成する２体の側蓋にそれぞれ設けられた軸受によって支持されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、様々な事情から、上述した構成を有する従来の遠心式圧縮機をモータによって駆動することが求められる場合がある。このような場合には、遠心式圧縮機の吸込口側に、吸込ベーンを配設すると共に、各吸込ベーンの取付角度を変化させるための変角機構を設けなければならない。しかしながら、バレル形の遠心式圧縮機では、変角機構と変角機構を駆動するための駆動源とを連結するための駆動ロッドを内部ケーシングや外部ケーシングの側部から抜き出すことは困難である。従って、従来、バレル形の遠心式圧縮機に対して、吸込ベーンを備えることは困難を極めており、特に、被圧縮流体が高圧の気体（例えば、ガスタービンの燃料ガス等）であるものは存在していなかった。
【０００４】
そこで、本発明は、吸込ベーンを備え、流量及びヘッドを効率よく制御可能なバレル形の遠心式圧縮機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による遠心式圧縮機は、主軸に取り付けられた羽根車を収容する内部ケーシングの外側に、吸込口と吐出口とを有する筒状の外部ケーシングを設けたバレル形の遠心圧縮機において、吸込口側に複数配設された吸込ベーンと、外部ケーシング内に配置されており、各吸込ベーンの取付角度を変化させる変角機構と、外部ケーシング外に配置されており、変角機構を駆動するための変角機構駆動部と、外部ケーシングを主軸と平行に貫通しており、変角機構と変角機構駆動部とを連結する駆動ロッドとを備えることを特徴とする。
【０００６】
この遠心式圧縮機では、外部ケーシング内の変角機構と、外部ケーシング外の変角機構駆動部とを連結する駆動ロッドが、外部ケーシングを主軸と平行に貫通するように配されている。これにより、駆動ロッドは、内部ケーシング及び外部ケーシングの側部を貫通することなく配置されるので、圧縮効率等を損なうことなく可変式の吸込ベーンを遠心式圧縮機に設けることが可能となる。従って、この遠心式圧縮機は、被圧縮流体の流量及びヘッドを効率よく制御可能であり、特に、高圧流体を圧縮するのに好適である。
【０００７】
また、外部ケーシング内に配置されると共に、吸込口から吸込まれた流体を羽根車に導入するための流入路を有する流入ノズル部を更に備えており、各吸込ベーンは、流入路内に配設されて円形翼列を形成すると好ましい。
【０００８】
一般に、遠心式圧縮機では、吸込口は、主軸と直交するように配置される。これを踏まえて、この場合は、湾曲させられた流入路をもった流入ノズル部を、外部ケーシングの内部に配置すると共に、内部ケーシングに接続する。主軸と直交する状態で吸込まれた流体は、流入路を通過して主軸と平行をなす状態で羽根車に流入する。これにより、吸込口と、最も吸込口側に位置する羽根車との間には、変角機構を配置するためのスペースを十分に確保することができる。
【０００９】
更に、変角機構は、流入ノズル部の外周に沿って主軸の周りに回動自在である環状部材と、各吸込ベーン及び駆動ロッドと環状部材とを連結するリンクとからなると好ましい。このような構成を採用すれば、円形翼列を形成する各吸込ベーンの取付角度を均一かつ確実に変化させることができる。
【００１０】
また、吐出口における流体の圧力を計測する圧力検出手段と、圧力検出手段の検出値に基づいて変角機構駆動部を制御する制御手段を更に備えると好ましい。このような構成を採用すれば、流体の吐出圧や流量を所望値に容易に設定することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による遠心式圧縮機の好適な実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明による遠心式圧縮機を示す断面図である。同図に示す遠心式圧縮機１は、高圧（例えば、３２ｋｇ／ｃｍ²程度）のガスタービン用燃料ガス等を圧縮（例えば、４０ｋｇ／ｃｍ²程度に）するために用いられる。遠心式圧縮機１は、いわゆるバレル形の一軸多段遠心式圧縮機として構成されており、主軸２に取り付けられた複数（この場合２体）のインペラ３（羽根車）を備える。また、主軸２の一端（図１における左側）は、一定回転数で回転するモータ４の回転軸に連結されている。
【００１２】
各インペラ３は、水平割形または輪切形に形成された内部ケーシング５の内部に収容される。また、内部ケーシング５の内部には、各インペラ３の周囲に流体の流通路を画成するダイヤフラム６が取り付けられている。一方、内部ケーシング５の外側には、外部ケーシング７が設けられている。外部ケーシング７は、筒状の胴部８と２体の側蓋９，１０とからなり、側蓋９は溶接により、側蓋１０は、ボルト等によって、それぞれ胴部８に対して強固に結合させられている。
【００１３】
外部ケーシング７の胴部８には、それぞれ、主軸２と直交する方向に延びる吸込口１１と吐出口１２とが設けられている。また、側蓋９，１０には、ガスシール方式の軸封部１４が設けられると共に、バッファガスを供給するための配管（図示せず）が配設されている。更に、側蓋９，１０には、主軸２を支持するジャーナル軸受１５が取り付けられたフレーム１６，１７が固定されている。図１において吸込口１１側（図１における右側）に位置するフレーム１７には、更に、スラスト軸受１８がジャーナル軸受１５の外方に位置するように配置されている。
【００１４】
また、外部ケーシング７の内部には、流入ノズル部２０が主軸２の周りに配置されている。流入ノズル部２０は、吸込口１１側に位置する側蓋１０の内面と、内部ケーシング５に取り付けられたダイヤフラム６とに固定されている。流入ノズル部２０は、図１に示すように、湾曲させられた流入路２１を有し、この流入路２１は、吸込口１１及びダイヤフラム６により画成される流体の流通路と連通している。主軸２と直交する状態で吸込まれた流体は、流入路２１を通過して主軸２と平行をなす状態でインペラ３に流入する。
【００１５】
ここで、この遠心式圧縮機１は、上述したように一定回転数で回転するモータ４により駆動されるものであるので、吸込口１１側には、複数の吸込ベーン２２が配設されている。すなわち、図２及び３に示すように、吸込口１１と連通する流入ノズル部２０の流入路２１内には、複数（この場合、１２体）の吸込ベーン２２が円形翼列を形成するように配設されている。各吸込ベーン２２は、図２に示すように、取付ピン２３によって流入ノズル部２０に対して回転自在に支持されている。取付ピン２３は、リンク２４の一端に固定されており、リンク２４の他端には、先端にボール部２５ａをもった連結部材２５が固定されている。リンク２４は、連結部材２５を介して環状部材２７と連結される。
【００１６】
環状部材２７は、図２及び３に示すように、流入ノズル部２０の外周部に摺動自在に配されており、主軸２の周りに回動自在である。環状部材２７の外周部には、リンク２４に固定された連結部材２５のボール部を係合させるための穴部２７ａが吸込ベーン２２の数に対応する数だけ形成されている。すなわち、各連結部材２５のボール部２５ａを環状部材２７の各穴部２７ａに係合させた状態では、各連結部材２５と環状部材２７とは球面対偶を形成する。また、環状部材２７の外周からは、連結部２７ｂが外方に延出されている。環状部材２７の連結部２７ｂには、連結リンク２８の一端が連結されており、連結リンク２８の他端は、リンク２９を介して、駆動ロッド３０に接続されている。
【００１７】
これにより、駆動ロッド３０を回転させれば、環状部材２７が流入ノズル部２０の外周に沿って回動する。従って、環状部材２７と連結部材２５及びリンク２４を介して連結されている取付ピン２３が回転することになり、円形翼列を形成する各吸込ベーン２２の取付角度を均一かつ確実に変化させることができる。また、この遠心式圧縮機１では、外部ケーシング７内の内部ケーシング５と側蓋１０との間に、流入ノズル部２０を設けているので、外部ケーシング７内の吸込口１１と最も吸込口側に位置するインペラ３との間に、取付ピン２３、リンク２４、連結部材２５、環状部材２７、リンク２８，２９からなる変角機構を配置するためのスペースを十分に確保することができる。
【００１８】
環状部材２７等の変角機構を作動させるための駆動ロッド３０は、図１に示すように、流入ノズル部２０を介して、外部ケーシング７の吸込口１１側の側蓋１０を主軸２と平行に貫通する。すなわち、流入ノズル部２０には所定の孔部が形成されると共に、側蓋１０には貫通孔１０ａが形成されており、駆動ロッド３０は、これらの貫通孔１０ａ等を通過して、外部ケーシング７の外側に突出する。この際、側蓋１０には、１ヶ所だけ貫通孔１０ａを設ければよいので、軸封部１４にバッファガスを供給するための配管と、駆動ロッド３０との干渉は、必要最小限に押さえられる。駆動ロッド３０は、外部ケーシング７の外側に配置されており、環状部材２７等の変角機構を駆動するためのサーボモータ３３（変角機構駆動部）に接続されている（図４参照）。
【００１９】
このように、遠心式圧縮機１では、環状部材２７等からなる変角機構と変角機構駆動部としてのサーボモータ３３とを連結する駆動ロッド３０が、外部ケーシング７（側蓋１０）を主軸２と平行に貫通するように配されている。これにより、駆動ロッド３０は、内部ケーシング５及び外部ケーシング７の側部（胴部８の側部）を貫通することなく配置されるので、圧縮効率等を損なうことなく可変式の吸込ベーン２２を設けることが可能となる。従って、この遠心式圧縮機１は、被圧縮流体の流量及びヘッドを効率よく制御可能であり、特に、ガスタービン用燃料ガス等の高圧流体を圧縮するのに好適である。
【００２０】
また、側蓋１０の貫通孔１０ａには、２枚のＯリングを備えたキャップ３１が外側から装着されている。これにより、貫通孔１０ａから流体が漏洩することが防止される。なお、キャップ３１に設けられた２枚のＯリングの間とフレアスタック３２とを接続して漏洩する流体を処理するようにしてもよい。
【００２１】
図４は、上述した遠心式圧縮機１の制御ブロック図である。同図に示すように、遠心式圧縮機１の吐出口１２付近には、吐出口１２における被圧縮流体の圧力（吐出圧）を測定するための圧力計４１が配置されている。圧力計４１は、圧力トランスミッタ４２を介してプログラマブル集積回路等からなる制御部（ＰＩＣ又はＦＩＣ）４４に接続されている。また、制御部４４は、変角機構を駆動するためのサーボモータ３３と接続されており、圧力トランスミッタ４２を介して入力される圧力計４１の検出値に基づいてサーボモータ３３の回転を制御する。これにより、吸込ベーン２２の取付角度を任意に変化させることができるので、流体の吐出圧や流量を所望値に容易に設定することが可能となる。
【００２２】
また、吐出口１２付近にオリフィス４７を設けると共に、流量トランスミッタ４８を介して制御部４４に吐出口１２における流量を示す信号を入力するようにしてもよい。これにより、遠心式圧縮機を流量制御することが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明による遠心式圧縮機は、以上説明したように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、変角機構と変角機構駆動部とを連結する駆動ロッドを主軸と平行に外部ケーシングを貫通させることにより、吸込ベーンを備え、流量及びヘッドを効率よく制御可能なバレル形遠心式圧縮機の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による遠心式圧縮機を示す断面図である。
【図２】図１のII部を示す部分拡大図である。
【図３】図１の遠心式圧縮機に含まれる変角機構を示す模式図である。
【図４】図１に示す遠心式圧縮機の制御ブロック図である。
【符号の説明】
１…遠心式圧縮機、２…主軸、３…インペラ（羽根車）、５…内部ケーシング、７…外部ケーシング、１１…吸込口、１２…吐出口、２０…流入ノズル部、２１…流入路、２２…吸込ベーン、２７…環状部材（変角機構）、３０…駆動ロッド、３３…サーボモータ（変角機構駆動部）。

Claims

主軸に取り付けられた羽根車を収容する内部ケーシングの外側に、吸込口と吐出口とを有する筒状の外部ケーシングを設けたバレル形の遠心圧縮機において、
前記吸込口側に複数配設された吸込ベーンと、
前記外部ケーシング内に配置されており、前記各吸込ベーンの取付角度を変化させる変角機構と、
前記外部ケーシング外に配置されており、前記変角機構を駆動するための変角機構駆動部と、
前記外部ケーシングを前記主軸と平行に貫通しており、前記変角機構と前記変角機構駆動部とを連結する駆動ロッドと、
前記外部ケーシング内に配置されると共に、前記吸込口から吸込まれた流体を前記羽根車に導入するための流入路を有する流入ノズル部とを備え、
前記各吸込ベーンは、前記流入路内に配設されて円形翼列を形成すると共に、前記変角機構は、前記流入ノズル部の外周に沿って前記主軸の周りに回動自在である環状部材と、前記各吸込ベーン及び前記駆動ロッドと前記環状部材とを連結するリンクとからなり、更に、前記各吸込ベーンと前記環状部材とを連結する前記リンクは、先端にボール部をもった連結部材を介して、前記環状部材と連結されることを特徴とする遠心式圧縮機。
前記吐出口における流体の圧力を計測する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出値に基づいて前記変角機構駆動部を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の遠心式圧縮機。