JPH0331917B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は遠心圧縮機及びその動作制御に関する
ものである。

（従来の技術及び解決すべき課題） 圧縮機の軸の一端が大気圧に他端が吸気圧にさ
らされる処理気体用の１段式圧縮機には圧力差に
より過大な推力負荷が軸に発生し得る。起動する
時又は停止する時のように運転速度が低い時、作
用する負荷の状態はスラスト軸受選定時に予定し
た負荷係数以上と成ることが知られている。従つ
て、過大な推力負荷が発生する時に低速運転を可
能とするために遠心圧縮機を改良することが必要
である。

前述の問題を解決しようとするための従来の対
策の１つは軸受に作用する負荷に十分耐えるよう
に軸受の負荷容量を増加させることであつた。こ
れは当然コストが増加し満足すべき対策ではな
い。別の対策は圧縮機から処理気体を漏洩させて
差圧を減少させ実質的に内圧を許容可能値にまで
減じることであつた。この対策も処理気体の大部
分を損失するため満足すべきものではなかつた。
更に別の対策は処理気体と同等な圧力を有する高
圧気体又は高圧油を適切な方向に作用させて差圧
を打消すことであつた。この対策は複雑で油封止
機構が大型化し、更に外部に高圧気体の発生源を
必要とする。前述の対策は推力負荷を許容限度内
に維持する目的を達成することは可能であるが、
長らく解決すべき問題として認識されているにも
かかわらず満足できる対策はなかつた。

（課題を解決するための手段） 本発明は圧縮機に関し、更に詳しくはスラスト
軸受の設計限度を越えるような推力負荷が作用す
る圧縮機の運転条件において推力負荷を低減する
装置及び方法に関する。本発明によると制御手段
を有する圧縮機の吸気口側の通気装置は軸受容量
を越える過大な圧力が作用する状態でのみ選択的
に作動する。大量の処理気体の損失を伴う従来技
術による通気技術と異なり、本発明は大気圧又は
低圧系と連通する流量制限された高圧漏洩流を利
用するので通気される気体の量は著しく低減され
る。

圧力スイツチ及び背圧弁が通気回路の開閉を制
御する。羽根車前方の間〓状の開口の内部の終端
に位置する迷路通路も通気回路を形成し、通気が
必要な時、間〓状の開口から流量制限された漏洩
を提供する。背圧弁は通気回路内の圧力を設定圧
力値に維持し、圧縮機の運転速度が上昇しスラス
ト軸受が全推力負荷に耐え得るようになつた時に
背圧弁は閉鎖され圧縮機は通常運転される。

従つて、本発明の目的は圧縮機のスラスト軸受
に対する負荷を制御する装置及び方法を提供する
ことにある。

更に前述の目的を達成するために過大な推力負
荷がスラスト軸受に作用するであろうような条件
でのみ選択的に作動する装置を提供することを目
的とする。

（実施例） 図面を参照すると、第１図は排気ノズル１２及
び吸気ノズル１４を有する圧縮機１０を図示す
る。両方のノズルの間に後述する差圧スイツチ１
８を含む圧力菅１６が伸長する。

第２図及び第３図は圧縮機１０は離間する頭部
２２，２４を支持するケーシング２０を含むこと
を示す。頭部２４の内部には軸受２８，３０に支
持される回転軸２６が含まれ駆動装置（図示せ
ず）に連結される時に回転駆動される。回転軸２
６の駆動装置と反対側の端部には固定式の円錐形
頭部３２を有し、吸気口３４にて流れを案内す
る。羽根車３６は回転軸固定ナツト３０と共に回
転軸に固定される。圧縮機の運転時、吸気口での
吸気圧Ｐ１と駆動装置側の軸端部での大気圧Ｐ２
の差圧により回転軸に図の右側に向かう軸方向の
負荷が作用し得る。前述の差圧により回転軸２６
に作用する推力負荷を支持するために、圧縮機の
想定運転速度に対して設計される許容負荷容量を
有するスラスト軸受３８が配置される。

圧力Ｐ１は、圧縮機の設計又は用途にもよる
が、一般的には絶対圧力が約108Kg／cm²（1500
psia）まで変化し得る。従つて、運転サイクルの
特定の段階におけるＰ１の圧力値によらず、スラ
スト軸受３８に作用する軸方向の負荷はＰ１とＰ
２の差圧に封止部の直径部分の面積４０を乗じた
値から羽根車３６による圧力上昇に羽根車の吸気
口側の面積を乗じた値を減じた値と等しい。著し
い低速運転では差圧により発生する推力負荷はほ
ぼスラスト軸受が支持するので羽根車の推力は無
視できる。同時に低速運転ではスラスト軸受は流
体動力学的な油膜を形成できないため、軸受の負
荷容量は設計速度での負荷容量より著しく低い。
従つて軸受の損傷を防止する必要があることは極
めて自明である。

本発明によると、起動時の圧力状態によるスラ
スト軸受の過負荷を防止するために、第１図、第
３図及び第４図に関して後述するように高吸気圧
及び低運転速度の時のみ作動する通気回路が提供
される。本発明による通気は、流路は円錐形頭部
３２と軸端のナツト３１の間の環状の間〓状の開
口４２を起点とする矢印４１に示される圧縮機内
部の流路を介して行われる。ナツト３１に隣接し
環状の封止迷路（labyrinth seal）４４が僅かな
〓間を有するように配置され、流量制限された所
定の漏洩を確保する。封止迷路４４の下流側にて
漏洩流は円錐形頭部内の内腔４６に入り、更に内
腔は吸気口側の支持腕５２の内部の円錐形頭部の
通気路５０に連通する通気路４８に連通する。通
気路５０の出口の環状部５４は導管５６を介して
吸気口側の頭部２２の排気孔５８に連通する。導
管５９は、排気孔５８の下流側に接続され、漏洩
流を適切な管路又は同じ処理気体を貯蔵する例え
ばゲージ圧力10.8Kg／cm²（150 psig）の低圧の収
容槽に案内する。導管５９には背圧調整弁６２及
びバイパス導管６６の強制停止用の電磁弁
（override solenoid valve）６４の上流側に圧力
スイツチ６０，６１が配置される。

使用において、圧力スイツチ６０又は圧力スイ
ツチ６１に検知される導管５９の圧力値が、運転
不可能な推力負荷がスラスト軸受３８に作用する
吸気圧Ｐ１に該当する所定の圧力値以上である時
には、圧縮機運転用の電気回路（第４図）が遮断
されて圧縮機１０は起動しない。それ以外の時に
は電磁弁６４は、圧縮機の運転速度に対応する圧
縮機の吸気圧と排気圧の所定の差圧値に応じて差
圧スイツチ１８により起動されて作動し、パイロ
ツト弁に制御される背圧調整弁６２を開放又は閉
鎖させる。即ち、電磁弁６４が開放されると、導
管圧力を所定の安全範囲内に制御するためにパイ
ロツト弁が背圧調整弁６２を開閉する。差圧スイ
ツチ１８が電磁弁６４を閉鎖すると、パイロツト
弁は自動的に背圧調整弁６２を閉鎖する。通常、
背圧調整弁６２は、漏洩流の導管圧力値が設定圧
力値より低い時、又は運転速度が高いことに対応
して差圧スイツチ１８が高い差圧値を示す場合に
は閉鎖される。他方、背圧調整弁６２は、漏洩流
の導管圧力値が高く調整を必要とし、同時に運転
速度が低いことに対応して差圧スイツチ１８が低
い差圧値を示す場合にのみ開放される。

用途によつては、圧縮機を起動する時又は停止
する時に吸気口側の支持腕５２の内腔を所定の最
低圧力値に維持することが必要な場合があり得る
ため、運転サイクルにおいて起動する時又は停止
する時に背圧調整弁６２は強制停止用の電磁弁６
４と共に圧力制御に利用される。背圧調整弁６２
が停止する時に圧縮機の運転速度が低下して所定
の最低回転数に到達すると背圧調整弁６２は前述
と同様に作動する。この場合電磁弁６４は、電力
供給されていない時は背圧調整弁６２を閉鎖し、
電力供給されている時は背圧調整弁６２を開放す
る。

以上の記述により、回転軸を支持するスラスト
軸受に高推力負荷が作用する場合の圧縮機の吸気
口側の支持腕の通気に関する装置及び方法が開示
された。吸気圧を低圧に誘導する圧力調整によ
り、スラスト軸受の過負荷を防止するために通気
が必要な圧力値である時には、封止迷路に連通す
る間〓状の開口から導管へ流れる吸入気体の流量
制限された通気が実施される。差圧がスラスト軸
受の許容範囲に入つた後、通気管路は自動的に閉
鎖されて圧縮機は通気を必要としない通常運転に
入る。処理気体の通気量を制限することにより、
処理気体が有するエネルギー及び処理気体自身は
ほぼ保存されて従来技術と異なり失われない。

本発明の構成は多様な変更が可能であり、発明
の目的と範囲を離れることなく本発明による多様
な実施例が考えられ、添付図面及び本明細書に記
載される総ての事項は１例と解釈されるべきであ
つて発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による漏洩回路の概略を示す
フロー図、第２図は、吊下げ型（overhung）の
１段式圧縮機の断面図、第３図は、本発明による
通気装置を有する１段式圧縮機の部分的に拡大さ
れた断面図、第４図は、本発明による通気回路を
運転する電気回路のブロツク図である。 １０：遠心圧縮機、１２：排気ノズル、１４：
吸気ノズル、１８：差圧スイツチ（検知手段）、
２０：ケーシング、２６：回転軸、３２：円錐形
頭部、３６：羽根車、３８：スラスト軸受、４
２：開口、４４：封止迷路（迷路手段）、４６：
内腔（導管手段）、４８，５０：通気路（導管手
段）、５２：支持腕、５６，５９：導管（導管手
段）、６０，６１：圧力スイツチ（第２検知手
段）、６２：背圧調整弁（制御手段）、６４：電磁
弁（強制停止手段）、６６：バイパス導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸、該回転軸に装着される羽根車、及び
   推力負荷に抗して前記回転軸を支持するスラスト
   軸受を含む遠心圧縮機における、吸気口側の通気
   装置にして、 通気装置が、開口、迷路手段、導管手段、及び
   制御手段を含み、 開口は遠心圧縮機の吸気口側から遠心圧縮機の
   壁を貫通して設けられ、 迷路手段は前記開口からの流れをほぼ遮断して
   所定量の漏洩のみを通過させ、 導管手段は前記開口からの漏洩を比較的低圧の
   収容槽まで案内し、 制御手段は、導管手段内の圧力値がスラスト軸
   受の許容推力負荷容量の設計値と相関する設定圧
   力値より大きいときは漏洩の流れに対して前記導
   管手段を開放し、設定圧力値より小さいときは前
   記導管手段を閉鎖することを特徴とする通気装
   置。 ２ 請求項１に記載の通気装置にして、遠心圧縮
   機の所定の最低運転速度で前記導管手段を閉鎖す
   るために前記制御手段を不動作状態にする強制停
   止手段を含むことを特徴とする通気装置。 ３ 請求項２に記載の通気装置において、前記制
   御手段は導管手段内の圧力を所定の最高圧力値以
   下に維持する背圧調整弁を含むことを特徴とする
   通気装置。 ４ 請求項３に記載の通気装置において、前記強
   制停止手段は検知手段を含み、検知手段は、遠心
   圧縮機の運転速度を検知し、運転速度が高いとき
   前記導管手段を閉鎖するために前記制御手段を不
   動作状態にすることを特徴とする通気装置。 ５ 請求項４に記載の通気装置において、前記検
   知手段は圧縮機の吸気圧と排気圧の圧力差に応答
   する差圧検知器を含むことを特徴とする通気装
   置。 ６ 請求項５に記載の通気装置において、前記迷
   路手段は開口の出口に隣接する位置に配置される
   封止迷路を含むことを特徴とする通気装置。 ７ 請求項５に記載の通気装置にして、第２検知
   手段を含み、第２検知手段は、前記導管手段内の
   圧力値に応答し、前記導管手段内の圧力値が所定
   の最高圧力値以上であるとき遠心圧縮装置を起動
   させないことを特徴とする通気装置。