JP6367660B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

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Description

本開示は遠心圧縮機に関する。
特許文献1には、入口及び出口を有するメインケーシングと、メインケーシングの内部に回転可能に配置されたインペラと、を備えた遠心圧縮機が開示されている。かかる遠心圧縮機は、インペラを洗浄対象とし、洗浄液を供給する供給配管と、メインケーシングの入口側に設けられ、供給配管から供給された洗浄液をインペラ表面に噴射する洗浄液噴射ノズルと、を備えている。かかる遠心圧縮機によれば、インペラ表面に付着したダストが洗浄液によって洗い流されるものとされている。
特開平8−338397号公報
特許文献1が開示する遠心圧縮機では、メインケーシングの入口付近に設けられた一つの洗浄液噴射ノズルから洗浄液が噴射されている。この場合、洗浄液噴射ノズルが一つしかなく、且つ、洗浄液噴射ノズルからインペラまでの距離が短いため、洗浄液噴射ノズルから噴射された洗浄液がインペラに到達するまでに十分に広がらない。このため、洗浄液が流路幅の全域に渡って均一に行き渡らず、インペラの表面を全体的にむらなく十分に洗浄することができない虞がある。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、洗浄液が流路幅の全域に渡って均一に行き渡り、インペラの表面を全体的にむらなく十分に洗浄することができる遠心圧縮機を提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、
回転軸と、
前記回転軸の少なくとも一部を囲むメインケーシングであって、前記回転軸の軸線方向にて相互に離間した入口および出口を有するとともに、前記入口側の前記回転軸の部分を囲み且つ前記入口に連通する環状空間を有するメインケーシングと、
前記メインケーシングの内部に前記回転軸に固定された状態で配置された少なくとも一つのインペラと、
前記環状空間内に配置された前記回転軸の軸線方向に沿って延在する整流部材と、
前記整流部材に沿って設けられ、前記回転軸の軸線方向に沿って相互に離間した複数の噴射孔と、
前記環状空間内を延び、前記複数の噴射孔に供給される洗浄液が流動可能な流路と
を備える。
上記(1)の構成によれば、以下に述べるように洗浄液が流路幅の全域に渡って均一に行き渡り、インペラの表面を全体的にむらなく十分に洗浄することができる。
インペラの前端縁は、メインケーシング内の回転軸の周りの円環形状の開口、即ちインペラ入口を通じて、回転軸の軸線方向に沿って環状空間に臨んでいる。メインケーシングの入口に流入した流体は、環状空間内を回転軸の周方向に沿って流れた後、回転軸の半径方向に沿ってインペラ入口に向かうように流れる。そして、流体の流動方向は、インペラ入口近傍で半径方向から軸線方向へと徐々に変化し、流体は、軸線方向に沿ってインペラ入口に流入する。
このような流動方向の変化に対応して、流体の流れの幅方向も変化する。具体的には、流れの幅方向は、環状空間内で流体が回転軸の周方向又は半径方向に沿って流れているときには回転軸の軸線方向に一致し、インペラ入口に流入後に軸線方向に沿って流れているときには回転軸の半径方向に一致する。
なお、環状空間内に配置された整流部材は、流体の流動方向が回転軸の周方向から半径方向に変化するのを補助する役割を有する。
ここで、上記(1)の構成によれば、整流部材に沿って設けられた複数の噴射孔から洗浄液が噴射されるので、噴射直後の洗浄液は、環状空間内を周方向又は半径方向に沿って流れる流体によって輸送される。また、複数の噴射孔が回転軸の軸線方向に沿って相互に離間しているので、噴射直後の洗浄液は、回転軸の軸線方向、即ち流体の流れの幅方向にて分散させられる。
このように噴射直後の洗浄液が流れの幅方向に分散させられることで、流体の流動方向が回転軸の半径方向から軸線方向に変化した後、即ち流体がインペラ入口に流入した後も、洗浄液は流れの幅方向、即ち回転軸の半径方向に分散させられた状態を維持する。これにより洗浄液がインペラに到達したとき、洗浄液が流路幅の全域に渡って均一に行き渡り、インペラの表面を全体的にむらなく十分に洗浄することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記整流部材は、前記回転軸の周方向にて前記入口と反対側に配置される。
上記(2)の構成によれば、整流部材が回転軸の周方向にて入口と反対側に配置されるので、噴射直後の洗浄液は、入口と反対側から回転軸の軸線方向、即ち、流体の流れの幅方向にて分散させられる。
また、複数の噴射孔が入口と反対側に配置される整流部材に沿って設けられるので、複数の噴射孔から噴射された洗浄液は、メインケーシングの入口側の内壁面に付着するのを抑制できる。これにより、インペラの洗浄に用いられない洗浄液の無駄を少なくすることができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記整流部材は、前記回転軸の半径方向に沿って延在する整流体を有し、
前記複数の噴射孔の少なくとも一部は前記整流体の表面に配置される。
上記(3)の構成によれば、複数の噴射孔の少なくとも一部の噴射孔は回転軸の半径方向に沿って延在する整流体の表面に配置されるので、噴射直後の洗浄液は、整流体の表面に沿って流れる流体によって輸送される。また、複数の噴射孔が回転軸の軸線方向に沿って相互に離間しているので、噴射直後の洗浄液は、整流体の幅方向、即ち流体の流れの幅方向にて分散させられる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、
前記整流体は、前記環状空間に配置された入口案内翼列の一部を構成している。
上記(4)の構成によれば、整流体が環状空間に配置された入口案内翼列の一部を構成するので、噴射直後の洗浄液は、入口案内翼から回転軸の軸線方向、即ち、流体の流れの幅方向にて分散させられる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(3)又は(4)の構成において、
前記整流部材は、前記入口から前記整流体に向けて前記環状空間の流路断面積を徐々に縮小する翼体を有する。
上記(5)の構成によれば、整流部材は、入口から整流体に向けて環状空間の流路断面積を徐々に縮小する翼体を有するので、入口から整流体に向けて流れる流体の圧力低下が抑制される。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(5)の何れか一つにおいて、
前記複数の噴射孔の少なくとも一部は、前記回転軸の軸線方向に沿って一列に配置される。
上記(6)の構成によれば、複数の噴射孔の少なくとも一部の噴射孔は、回転軸の軸線方向に沿って一列に配置されるので、噴射直後の洗浄液は、環状空間内を周方向又は半径方向に沿って流れる流体に均一に分布される。このように噴射直後の洗浄液が流体に均一に分布されることで、噴射直後の洗浄液は、回転軸の軸線方向、即ち流体の流れの幅方向にて均一に分散させられる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(5)の何れか一つにおいて、
前記複数の噴射孔の少なくとも一部は、前記回転軸の軸線方向に沿って千鳥状に配置される。
上記(7)の構成によれば、複数の噴射孔の少なくとも一部の噴射孔は、回転軸の軸線方向に沿って千鳥状に配置されるので、噴射直後の洗浄液は、相互に干渉することなく、環状空間内を周方向又は半径方向に沿って流れる流体に均一且つ高密度に分布される。このように噴射直後の洗浄液が流体に均一且つ高密度に分布されることで、噴射直後の洗浄液は、回転軸の軸線方向、即ち流体の流れの幅方向にて均一に分散させられる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、洗浄液が流路幅の全域に渡って均一に行き渡り、インペラの表面を全体的にむらなく十分に洗浄することできる遠心圧縮機が提供される。
本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機の構成を概略的に示す縦断面図である。 一実施形態に係る遠心圧縮機を概略的に示す横断面図である。 一実施形態に係る遠心圧縮機を概略的に示す横断面図である。 図2に示した整流部材を概略的に示す断面図である。 図3に示した整流部材を概略的に示す断面図である。 整流部材からインペラに流れる洗浄液の流れを説明する図である。 一実施形態に係る整流部材を概略的に示す斜視図である。 一実施形態に係る整流部材を概略的に示す斜視図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機1の構成を概略的に示す縦断面図であり、図2及び図3は、一実施形態に係る整流部材を概略的に示す横断面図である。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機1は、一軸多段式の遠心圧縮機であり、回転軸37、メインケーシング2、少なくとも一つのインペラ3、吸込ケーシング41,42、吐出ケーシング51,52、入口案内翼列6、整流部材7、洗浄液噴射装置8、及び、洗浄液供給装置9を備えている。
回転軸37は、メインケーシング2を貫通して、回転可能に配置されている。具体的には、回転軸37はメインケーシング2の両側にそれぞれ配置されたジャーナルベアリング27A,27B及びスラストベアリング28A,28Bによって回転可能に支持されている。
メインケーシング2は、回転軸37の少なくとも一部を囲むメインケーシングであって、回転軸37の軸線方向にて相互に離間した入口21,22及び出口23,24を有するとともに、一方の入口21側の回転軸37の部分を囲み且つ入口21に連通する環状空間20を有する。
本実施形態に係るメインケーシング2は、入口21,22及び出口23,24をそれぞれ二箇所ずつ有する。
入口21,22及び出口23,24は、回転軸37に沿って配列され、図1において、左側から順に、入口21、出口23、出口24及び入口22が配置されている。隣り合う入口21と出口23が対をなし、隣り合う入口22と出口が対をなす。出口23と入口22が図示しない配管によって相互に接続される。
メインケーシング2の内部には、少なくとも一つのインペラ3として、インペラ31〜33及びインペラ34〜36が回転軸に固定された状態で配置されている。
インペラ31〜33及びインペラ34〜36の各々は、回転軸37に対し同心上に固定されている。具体的には、インペラ31〜33は、入口21と出口23との間を延びる回転軸37の部分に直列に固定され、インペラ34〜36は、入口22と出口24との間を延びる回転軸37の部分に直列に固定されている。
インペラ31〜33及びインペラ34〜36の各々は、メインケーシング2の内部に流路Rを形成している。メインケーシング2の内部には、インペラ31〜33及びインペラ34〜36の流路を直列に接続する静止流路として、ディフューザ25,26が設けられている。
吸込ケーシング41,42は、入口21,22に接続され、入口21,22から軸線方向、例えば下方に離隔した位置に吸込口41A,42Aを有する。吸込ケーシング41,42は、吸込口41A,42Aから入口21,22に向けて徐々に縮径され、吸込口41A,42Aから入口21,22に向けて流路断面積が徐々に減少する。本実施形態では、吸込ケーシング41,42は、吸込口41A,42A側の流路断面形状が円形形状となり入口21,22側の流路断面形状が矩形形状となるように、吸込口41A,42A側から入口21,22側に向けてその流路断面形状が円形形状から矩形形状に徐々に変形する。また、本実施形態では、吸込ケーシング41の内部に軸線方向に延びる隔壁41B(図2及び図3参照)を有し、吸込ケーシング41の内部が二つに区切られている。
吐出ケーシング51,52は、出口23,24に接続され、出口23,24から軸線方向、例えば下方に離隔した位置に吐出口51A,52Aを有する。
図2及び図3に示すように、本実施形態に係る入口案内翼列6は、メインケーシング2の軸線方向入口側に配置され、入口案内翼列6を構成する入口案内翼(IGV(Inlet Guide Vane))61は、それぞれ回転軸37の半径方向に沿って配置される。これにより、入口21から吸い込まれた流体は、入口案内翼列6の間を通り回転軸37の軸線方向に沿って流れ、流体の半径方向の流れは軸線方向の流れとなり、インペラ3に供給される。
本実施形態では、入口案内翼列6は、入口21の中心と軸線Oを通る面を境に左右対称に配置され、入口案内翼61は、入口21側から遠ざかるにつれて徐々に粗となるように配置される。
整流部材7は、環状空間何配置された軸線方向に沿って延在して配置される。本実施形態に係る整流部材7は、回転軸37の軸線方向に所定の翼幅(スパン)A(図7及び図8参照)を有している。
遠心圧縮機1では、回転軸37を回転させることにより、圧縮対象の流体が吸込口41Aから吸込ケーシング41内に流入する。圧縮対象の流体は、入口21を経て、回転するインペラ31〜33から吸込ケーシング41の流路R及びディフューザ25を通過し、一旦メインケーシング2の外に吐出される。
吐出ケーシング551から吐出された流体は、例えば図示しない冷却装置により冷却された後、吸込口42Aから吸込ケーシング42内に流入する。流入した流体は、入口22を経て、回転するインペラ34〜36の流路R及びディフューザ26を通過して圧縮される。この後、圧縮された流体は、出口24及び吐出ケーシング52を通過して、メインケーシングの外に吐出される。
洗浄液噴射装置8は、洗浄液供給管81、複数の噴射孔82、及び流路83を備える。
洗浄液供給管81は、複数の噴射孔82に洗浄液を供給するためのものである。複数の噴射孔82は、整流部材7に沿って設けられ、回転軸37の軸線方向に沿って相互に離間している。流路83は、環状空間内を延び、複数の噴射孔82に供給される洗浄液が流動可能である。流路83は、洗浄液供給管81から供給された洗浄液を複数の噴射孔82に供給するものであれば、整流部材7の内部に設けてもよいし(図4及び図5参照)、整流部材の外表面に沿って設けられるものでもよい。
例えば、図4及び図5に示す例では、整流部材7の内部に液溜まり831が設けられ、液溜まり831から複数の噴射孔82に供給するものとする。
また、噴射孔82は、整流部材7の片側に配置してもよいが、図4及び図5に示す例のように、整流部剤7の両側に配置してもよい。
洗浄液噴射装置8には洗浄液供給装置9から洗浄液が供給される。
洗浄液噴射装置8では、遠心圧縮機1を稼働した状態で間欠的に洗浄液供給装置9から洗浄液噴射装置8に洗浄液を供給する。洗浄液噴射装置8に供給された洗浄液は、整流部材7で整流される流体に噴射され、分散されて、流入した流体とともにインペラ31〜33の表面に到達する。インペラ31〜33の表面に到達した洗浄液は、インペラ31〜33の表面に付着したダストを洗い落として、インペラ31〜33の表面を洗浄する。
この構成によれば、以下に述べるように洗浄液が流路幅の全域に渡って均一に行き渡り、インペラ31から33の表面を全体的にむらなく十分に洗浄することができる。
インペラ31の前端縁31aは、メインケーシング2内の回転軸37の周りの円環形状の開口、即ちインペラ入口29を通じて、回転軸37の軸線方向に沿って環状空間20に臨んでいる。図6に示すように、メインケーシング2の入口21に流入した流体は、環状空間20内を回転軸37の周方向に沿って流れた後、回転軸37の半径方向に沿ってインペラ入口29に向かうように流れる。そして、流体の流動方向は、インペラ入口29の近傍で半径方向から軸線方向へと徐々に変化し、流体は、軸線方向に沿ってインペラ入口29に流入する。
このような流動方向の変化に対応して、流体の流れの幅方向も変化する。具体的には、流れの幅方向は、環状空間20内で流体が回転軸37の周方向又は半径方向に沿って流れているときには回転軸37の軸線方向に一致し、インペラ入口29に流入後に軸線方向に沿って流れているときには回転軸37の半径方向に一致する。
なお、環状空間内に配置された整流部材7は、流体の流動方向が回転軸の周方向から半径方向に変化するのを補助する役割を有する。
ここで、この構成によれば、整流部材7に沿って設けられた複数の噴射孔82から洗浄液が噴射されるので、噴射直後の洗浄液は、環状空間内を周方向又は半径方向に沿って流れる流体によって輸送される。また、複数の噴射孔82が回転軸37の軸線方向に沿って相互に離間しているので、噴射直後の洗浄液は、回転軸37の軸線方向、即ち流体の流れの幅方向にて分散させられる。
このように噴射直後の洗浄液が流れの幅方向に分散させられることで、流体の流動方向が回転軸37の半径方向から軸線方向に変化した後、即ち流体がインペラ入口29に流入した後も、洗浄液は流れの幅方向、即ち回転軸37の半径方向に分散させられた状態を維持する。これにより洗浄液がインペラ31に到達したとき、洗浄液が流路幅の全域に渡って均一に行き渡り、インペラ31の表面を全体的にむらなく十分に洗浄することができる。
また、図2及び図3に示すように、幾つかの実施形態では、整流部材7は、回転軸37の周方向にて入口21と反対側に配置される。
この構成によれば、整流部材7が回転軸37の周方向にて入口21と反対側に配置されるので、噴射直後の洗浄液は、入口21と反対側から回転軸37の軸線方向、即ち、流体の流れの幅方向にて分散させられる。
また、複数の噴射孔82が入口21と反対側に配置される整流部材7に沿って設けられるので、複数の噴射孔82から噴射された洗浄液は、メインケーシング2の入口側の内壁面に付着するのを抑制できる。これにより、インペラ31〜33の洗浄に用いられない洗浄液の無駄を少なくすることができる。
本実施形態では、入口21がメインケーシング2の下面に入口21が設けられ、整流部材7が周方向にて入口21と反対側となる重力方向上方に配置されるので、洗浄液が重力方向に噴射される。これにより、洗浄液に小さな圧力を付与すれば、洗浄液噴射装置8(噴射孔82)から洗浄液を噴射することができる。
また、図2及び図3に示すように、幾つかの実施形態では、整流部材7は、回転軸37の半径方向に沿って延在する整流体71を有し、複数の噴射孔82の少なくとも一部の噴射孔821は整流体71の表面に配置される。
この構成によれば、複数の噴射孔82の少なくとも一部の噴射孔821は回転軸37の半径方向に沿って延在する整流体71の表面に配置されるので、噴射直後の洗浄液は、整流体71の表面に沿って流れる流体によって輸送される。また、複数の噴射孔321が回転軸37の軸線方向に沿って相互に離間しているので、噴射直後の洗浄液は、整流体71の幅方向、即ち流体の流れの幅方向にて分散させられる。
また、図2に示すように、幾つかの実施形態では、整流体711は、環状空間に配置された入口案内翼列6の一部を構成している。
この構成によれば、整流体711が環状空間に配置された入口案内翼列6の一部を構成するので、噴射直後の洗浄液は、入口案内翼61から回転軸37の軸線方向、即ち、流体の流れの幅方向にて分散させられる。
また、図2に示すように、幾つかの実施形態では、整流部材7は、入口21から整流体71に向けて環状空間の流路断面積を徐々に縮小する翼体72を有する。
この構成によれば、整流部材7は、入口21から整流体71に向けて環状空間の流路断面積を徐々に縮小する翼体72を有するので、入口21から整流体71に向けて流れる流体の圧力低下が抑制される。
図7は、一実施形態に係る整流部材を概略的に示す斜視図である。
図7に示すように、幾つかの実施形態では、複数の噴射孔82の少なくとも一部823は、回転軸37の軸線方向に沿って一列に配置される。
この構成によれば、複数の噴射孔82の少なくとも一部の噴射孔823は、回転軸37の軸線方向に沿って一列に配置されるので、噴射直後の洗浄液は、環状空間内を周方向又は半径方向に沿って流れる流体に均一に分布される。このように噴射直後の洗浄液が流体に均一に分布されることで、噴射直後の洗浄液は、回転軸37の軸線方向、即ち流体の流れの幅方向にて均一に分散させられる。
図8は、一実施形態に係る整流部材を概略的に示す斜視図である。
図8に示すように、幾つかの実施形態では、複数の噴射孔82の少なくとも一部の噴射孔824は、回転軸37の軸線方向に沿って千鳥状に配置される。
この構成によれば、複数の噴射孔82の少なくとも一部の噴射孔824は、回転軸37の軸線方向に沿って千鳥状に配置されるので、噴射直後の洗浄液は、相互に干渉することなく、環状空間内を周方向又は半径方向に沿って流れる流体に均一且つ高密度に分布される。このように噴射直後の洗浄液が流体に均一且つ高密度に分布されることで、噴射直後の洗浄液は、回転軸37の軸線方向、即ち流体の流れの幅方向にて均一に分散させられる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含まれる。
1 遠心圧縮機
2 メインケーシング
20 環状空間
21,22 入口
23,24 出口
25,26 ディフューザ
27A,27B ジャーナルベアリング
28A,28B スラストベアリング
29 インペラ入口
3,31〜36 インペラ
31a 前端縁
37 回転軸
41,42 吸込ケーシング
41A,42A 吸込口
41B 隔壁
51,52 吐出ケーシング
51A,52A 吐出口
6 入口案内翼列
61 入口案内翼
7 整流部材
71,711 整流体
72 翼体
8 洗浄液噴射装置
81 パイプ
82,821,822,823,824 噴射孔
9 洗浄液供給装置
O 軸線
R 流路

Claims (7)

  1. 回転軸と、
    前記回転軸の少なくとも一部を囲むメインケーシングであって、前記回転軸の軸線方向にて相互に離間した入口および出口を有するとともに、前記入口側の前記回転軸の部分を囲み且つ前記入口に連通する環状空間を有するメインケーシングと、
    前記メインケーシングの内部に前記回転軸に固定された状態で配置された少なくとも一つのインペラと、
    前記環状空間内に配置された前記回転軸の軸線方向に沿って延在する整流部材と、
    前記整流部材に沿って設けられ、前記回転軸の軸線方向に沿って相互に離間した複数の噴射孔と、
    前記環状空間内を延び、前記複数の噴射孔に供給される洗浄液が流動可能な流路と
    を備えることを特徴とする遠心圧縮機。
  2. 前記整流部材は、前記回転軸の周方向にて前記入口と反対側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。
  3. 前記整流部材は、前記回転軸の半径方向に沿って延在する整流体を有し、
    前記複数の噴射孔の少なくとも一部は前記整流体の表面に配置される
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の遠心圧縮機。
  4. 前記整流体は、前記環状空間に配置された入口案内翼列の一部を構成していることを特徴とする請求項3に記載の遠心圧縮機。
  5. 前記整流部材は、前記入口から前記整流体に向けて前記環状空間の流路断面積を徐々に縮小する翼体を有することを特徴とする請求項3又は4に記載の遠心圧縮機。
  6. 前記複数の噴射孔の少なくとも一部は、前記回転軸の軸線方向に沿って一列に配置されることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の遠心圧縮機。
  7. 前記複数の噴射孔の少なくとも一部は、前記回転軸の軸線方向に沿って千鳥状に配置されることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の遠心圧縮機。
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