JPH0322559Y2

JPH0322559Y2 -

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Publication number: JPH0322559Y2
Application number: JP1985092283U
Authority: JP
Priority date: 1985-06-20
Filing date: 1985-06-20
Publication date: 1991-05-16
Also published as: US4708587A; FR2583824A1; DE3608289A1; IT1190237B; JPS62795U; CN86101439A; FR2583824B1; DE3608289C2; IT8647751A0

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は遠心圧縮機、特に、ガス合成プラント
等に好適な遠心圧縮機に関する。

（従来の技術）従来のガス合成プラントの略示的系統図が第２
図に示されている。

原料ガスは遠心圧縮機０１に吸入され、その複
数のインペラ０２，０３，０４，０５を順次流過
することによつて昇圧された後、プロセスリアク
タ０６に供給され、ここで所定の反応、合成処理
を施されることにより化学製品となつて取り出さ
れる。

一方、このプロセスリアクタ０６の系内で反応
しないで残つたガスは抽出されて遠心圧縮機０１
のインペラ０７で付勢した後再びプロセスリアク
タ０６の系に供給することによつてプロセスリア
クタ０６の系内を再循環させ、かつ、系内のガス
圧力を高圧に維持している。従つて、インペラ０
５の吐出圧力とインペラ０７の吐出圧力は等し
く、また、インペラ０７の吸込圧力はプロセスリ
アクタ０６の系内の圧力損失分だけ上記吐出圧力
より低くなつている。

インペラ０２，０３，０４，０５は低圧のガス
を高圧に昇圧する系統、即ち、第１の系統の圧縮
段ａを構成し、インペラ０７はガスを循環させる
系統、即ち、第２の系統の圧縮段ｂを構成してい
る。そして、第１の系統の圧縮段ａと第２の系統
の圧縮段ｂとの間に配設された仕切壁０８の内周
面に植設されたラビリンスシール０９を軸０１０
の外周面に近接させることによつて第１の系統の
圧縮段ａと第２の系統の圧縮段ｂとの連通を遮断
している。そして、これらインペラ０２，０３，
０４，０５，０７は同一の車室０１１内において
同一の軸０１０に固定されている。

第１の系統の圧縮段ａを構成するインペラ０
２，０３，０４，０５に発生する左方に向かう軸
推力及び第２の系統の圧縮段ｂを構成するインペ
ラ０７に発生する左方に向かう軸推力の和をバラ
ンスピストン０１２に発生する右方に向かう軸推
力で相殺できるようにバランスピストン０１２の
径を決めている。そして、相殺できない僅かな軸
推力は推力軸承０１３によつて支持される。バラ
ンス室０１４は均圧管０１５を介して原料ガスの
供給管に連通され、バランス室０１４内の圧力は
インペラ０２の吸入圧力と等しくされている。

なお、各インペラ０２，０３，０４，０５、イ
ンペラ０７のラビリンスライナの径は各インペラ
の形状を勘案して漏れ損失を最少にするように選
定されるので必ずしも同じではなく、また、これ
らの径はバランスピストン０１２の径とも一致し
ていない。

（考案が解決しようとする問題点）上記従来の遠心圧縮機においては、その定格運
転中は軸推力が釣合う。

しかし、その運転を停止した場合、第１の系統
の圧縮段ａのガス圧力は急速に低下するが、第２
の系統の圧縮段ｂの圧力は第２の系統のガス容量
が大きいので中々低下せず、従つて、過渡的に軸
推力の釣合が崩れ、過大な軸推力が推力軸受０１
３に負荷されるという不具合があつた。

また、プロセスリアクタ０６系内に介装されて
いる冷却器等の性能が変化した場合にも軸推力の
釣合が崩れることがある。

これに対処するため、推力軸受０１３を大きく
して余裕を持たせるようにしたものが提案された
が、これは軸受損失が増大するという不具合があ
つた。

また、第１の系統の圧縮段ａの圧力と第２の系
統の圧縮段ｂの圧力との差が所定値以上に達した
ときに警報を出すようにしたものが提案された
が、これは操業率が悪化するという不具合があつ
た。

本考案は上記問題に対処するために提案された
ものであつて、その目的とするところは、遠心圧
縮機の定格運転中のみならず起動、停止の過渡期
においても軸推力の釣合を維持させようとするに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、互いに異なる２つの系統の圧縮段
を有する遠心圧縮機において、第１の系統の圧縮
段を構成するインペラと、この第１の系統の圧縮
段による軸推力と釣り合う軸推力を発生させる第
１のバランスピストンと、第２の系統の圧縮段を
構成するインペラと、上記第１の系統の圧縮段と
上記第２の系統の圧縮段との間に配設された第２
のバランスピストンとをそれぞれ同一車室内にお
いて同一軸に固定するとともに上記第１のバラン
スピストンの径と上記第２のバランスピストンの
径及び上記第２の系統の圧縮段を構成するインペ
ラの吸込側に配設されたライナリングの径を実質
的に等しくすることによつて達成しうる。

（作用）本考案においては、第１の系統の圧縮段による
軸推力は第１のバランスピストンによる軸推力と
釣合う。また、第１のバランスピストンの径と第
２のバランスピストンの径及び第２の系統の圧縮
段のインペラの吸込側に配設されたライナリング
の径を等しくしたので、第２の系統の圧縮段は第
１の系統の圧縮段から独立して軸推力のバランス
を保つ。

（実施例）本考案の１実施例が第１図に示されている。

第１図において、ａは低圧のガスを高圧に昇圧
させる第１の系統の圧縮段、ｂはプロセスリアク
タのガスを再循環させる第２の系統の圧縮段であ
る。第１の系統の圧縮段ａは通常多くの段を有す
るが、図には最終段及びその前の段のみが示され
ている。第２の系統の圧縮段ｂは通常１つの段を
有する。第１の系統の圧縮段ａの最終段のインペ
ラ１及びその前の段のインペラ２、第２の系統の
圧縮段ｂのインペラ３、第１のバランスピストン
５、第１の系統の圧縮段ａと第２の系統の圧縮段
ｂとの間に配設された第２のバランスピストン４
はそれぞれ同一の車室内において同一の軸６に嵌
挿され、ナツト７を締結することによつて軸６に
固定されている。

第１のバランスピストン５の径Ｄは第１のバラ
ンスピストン５による軸推力が第１の系統の圧縮
段ａによる軸推力と釣合うように定められ、か
つ、第２のバランスピストン４の径及び第２の系
統の圧縮段ｂのインペラ３の吸込側に配設された
ライナリング８の径は第１のバランスピストン５
の径Ｄと等しくされている。

第１の系統のガスはインペラ２を流過してデイ
フユーザー９を通つてインペラ１に吸入され、更
に、インペラ１を流過し、デイフユーザー１０を
通つて吐出され図示しないプロセスリアクタに供
給される。

プロセスリアクタから抽出されたガスは吸入口
１１を通り、インペラ３を流過して、デイフユー
ザー１２を経て吐出され、プロセスリアクタに供
給される。デイフユーザー１２から吐出されたガ
スの一部は通孔１３を経て第２のバランスピスト
ン４に供給され、第１の系統の圧縮段ａのガスが
第２の系統の圧縮段ｂに侵入するのを防止してい
る。第１のバランスピストン５の右側の室Ａは配
管１４を介して図示しない第１の系統の圧縮段ａ
の初段のインペラの吸入口に連結されている。１
５及び１７は第１の系統の圧縮段ａの最終段のラ
イナリング及びダイアフラムブツシユ、１６及び
１８は第１の系統の圧縮段ａの最終段の前の段の
ライナリング及びダイアフラムブツシユ、１９は
ラビリンスである。

ここでインペラ２の軸方向推力について考え
る。

インペラ２を右方に押す軸推力F₁は F₁＝１／４π（d₁ ²−d₂ ²）×P₁ で表される。

但し、d₁はライナリング１６の径 d₂はダイアフラムブツシユ１８の径 P₁は吸入圧力一方、インペラ２を左方に押す軸推力F₂は F₂＝１／４π（d₁ ²−d₂ ²）×P₂※ で表される。

但し、d₁はライナリング１６の径 d₂はダイアフラムブツシユ１７の径 P₂※はインペラ２の主板に作用する圧力で吐
出圧力P₂に近い圧力であるが、インペラ２の回
転の影響を受けるので若干異なる。

なお、径d₁より外径側ではインペラ２の主板の
背面に作用する圧力と側板の背面に作用する圧力
は略同一で方向が反対故、これら圧力に基づく軸
推力は作用しない。

次いで、インペラ３の軸推力について考える。
径Ｄより内径側では、インペラ３の吸入室Ｂと第
２のバランスピストン４の右側の室Ｃは通路２０
で連通しているので、室ＢとＣ内の圧力は吸入圧
力P₃で等しくなり、かつ、インペラ３のライナ
リング８の径Ｄと第２のバランスピストン４の径
Ｄは等しいので、吸入圧力P₃によりインペラ３
を右方に押推する軸推力と、第２のバランスピス
トン４を左方に押推する軸推力は互いに釣合う。
第１のバランスピストン５の左側の室内の圧力に
よつて第１のバランスピストン５を右方に押す軸
推力とインペラ３の主板の背面の径Ｄより内径側
に作用してこれを左方に押推する軸推力とが互い
に釣り合う。

また、径Ｄより外径側では、インペラ３の主板
の背面に作用する圧力と側板の背面に作用する圧
力が略同一で方向が反対であり、従つて、これら
圧力に基づく軸推力は作用しない。

ここで、この遠圧圧縮機の定格運転時における
軸推力のバランスについて考える。

第１のバランスピストン５にはその右側の室Ａ
内の圧力によつて左方に向かう軸推力が作用す
る。一方、第１のバランスピストン５の左側の室
内の圧力によつて第１のバランスピストン５を右
方に押推する軸推力はインペラ３の主板の背面の
径Ｄより内径側に作用してこれを左方に押推する
軸推力とが相殺され。

同様に、第２のバランスピストン４の右側の室
Ｃ内の圧力によつて第２のバランスピストン４を
左方に押推する軸推力とインペラ３を右方に押推
する軸推力とが相殺される。

第２のバランスピストン４の左側の室内の圧力
によつて第２のバランスピストン４を右方に押推
する軸推力とインペラ１の主板の背面の径Ｄより
内径側に作用してこれを左方に押推する軸推力と
が相殺される。

そして、第１の系統の圧縮段ａを構成する各イ
ンペラ１，２等に作用してこれを右方に押推する
軸推力を相殺するように第１のバランスピストン
５の径が定められているので、これらが釣り合う
ことによつて軸６に作用する軸推力の全てがバラ
ンスする。

即ち、第１の系統の圧縮段ａの軸推力は第２の
系統の圧縮段ｂとは無関係に第１のバランスピス
トン５に発生する軸推力と釣り合い、第１の系統
の圧縮段ａの運転条件が変わつても軸推力の変化
は僅かである。

一方、第２の系統の圧縮段ｂで発生する軸推力
は上述したように第１の系統の圧縮段ａとは無関
係に釣り合う。

次いで、この遠心圧縮機の運転を停止した場合
の軸推力のバランスについて考える。

遠心圧縮機を停止すると、第１の系統の圧縮段
ａの圧力は急速に低下するが、第２の系統の圧縮
段ｂの圧力は中々低下しない。しかし、第１のバ
ランスピストン５の径Ｄと第２のバランスピスト
ン４の径Ｄとが等しくされているため、第２のバ
ランスピストン４の左側の室内の圧力が第１のバ
ランスピストン５の右側の室Ａ内の圧力と等しく
なれば、第１のバランスピストン５に作用してこ
れを左方に押推する軸推力と第２のバランスピス
トン４に作用してこれを右方に押推する軸推力と
が釣り合い、軸６の全体に作用する軸推力をバラ
ンスさせることができる。

かくして、この遠心圧縮機を停止する場合、第
１の系統の圧縮段ａのガス圧力が急速に低下し、
第２の系統の圧縮段ｂ内のガス圧力が中々低下し
ない場合であつても、推力軸受に過大な軸推力が
掛かることがない。更に、この遠心圧縮機の運転
中において第１の系統又は第２の系統の操業条件
変化等により、第１の系統又は第２の系統の運転
点が互いに無関係に定格点によりずれた場合であ
つても、同様に推力軸受に過大な軸推力が掛かる
ことはない。

（考案の効果）本考案においては、第１の系統の圧縮段による
軸推力と釣り合う軸推力を発生させる第１のバラ
ンスピストンとを具えているため、第１の系統の
圧縮段による軸推力は第２の系統の圧縮段とは無
関係に第１のバランスピストンによる軸推力と釣
合う。

そして、第１のバランスピストンの径と第２の
バランスピストンの径と第２の系統の圧縮段を構
成するインペラの吸込側に配設されたライナリン
グの径を実質的に等しくしたため、第２の系統の
圧縮段の軸推力は第１の系統の圧縮段とは無関係
に釣合う。

この結果、第１の系統の操業条件の変化や遠心
圧縮機の始動時又は停止時等の過渡期においても
推力軸受に過大な軸推力が掛かるのを防止でき
る。そして、本考案の適用によるコストの上昇は
殆どなく、むしろ、警報装置等の廃止、操業率の
向上等によつてコストを低減することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例を示す部分的縦断面
図、第２図は従来のガス合成プラントの略示的系
統図である。ａ……第１の系統の圧縮段、ｂ……第２の系統の
圧縮段、５……第１のバランスピストン、１，２
……第１の系統の圧縮段のインペラ、３……第２
の系統の圧縮段のインペラ、４……第２のバラン
スピストン、６……軸、８……ライナリング。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

互いに異なる２つの系統の圧縮段を有する遠心
圧縮機において、第１の系統の圧縮段を構成する
インペラと、この第１の系統の圧縮段による軸推
力と釣り合う軸推力を発生させる第１のバランス
ピストンと、第２の系統の圧縮段を構成するイン
ペラと、上記第１の系統の圧縮段と上記第２の系
統の圧縮段との間に配設された第２のバランスピ
ストンとをそれぞれ同一車室内において同一軸に
固定するとともに上記第１のバランスピストンの
径と上記第２のバランスピストンの径及び上記第
２の系統の圧縮段を構成するインペラの吸込側に
配設されたライナリングの径を実質的に等しくし
たことを特徴とする遠心圧縮機。