JPH1054398A - ターボ圧縮機および回転機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータケースに及ぼす圧縮段ケーシングから
の熱，変形の影響をなくし、かつモータケースを垂直方
向から設置できるようにして、組立、分解、メンテナン
ス性を向上させる。 【解決手段】 高速モータのロータ２をモータ部１の両
側に延長させ、ロータ２の両軸端に羽根車６，７を備
え、高速モータＭを収納するモータケース８と、羽根車
６，７をそれぞれ収納する圧縮段ケーシング１３，１４
とを有するターボ圧縮機において、モータケース８と、
その両側に位置する両圧縮段ケーシング１３，１４と
を、それぞれ独立に構成するとともに、クーラケース１
５を設け、クーラケース１５と圧縮段ケーシング１３の
下ケーシング１３ｂと圧縮段ケーシング１４の下ケーシ
ング１４ｂとを一体構造に形成し、圧縮段ケーシング１
３，１４を水平分割構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ圧縮機およ
び回転機械に係り、特に、圧縮段の温度上昇の影響をモ
ータがほとんど受けず、ロータの高速回転の安定性を良
くし、メンテナンス性を向上する高速モータ駆動のター
ボ圧縮機および回転機械に関するもので、主としてオイ
ルレスの圧縮空気供給用として利用される。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速モータのロータをオーバーハ
ングさせ、該ロータの両軸端に羽根車を備えたターボ圧
縮機が開発され、例えば、文献「ターボマシーナリー
インターナショナル」（Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ
ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭａｒｃｈ／Ａｐｒｉｌ
１９９４）、およびその製品紹介のカタログ「Ｓｕｌ
ｚｅｒ′ｓ ｃａｔａｌｏｇｕｅ」には、磁気軸受で支
持された高速モータロータに羽根車を装着したガス圧縮
機が開示されている。

【０００３】高速モータを用いた従来のターボ圧縮機に
ついて図３および図４を参照して説明する。図３は、従
来のターボ圧縮機の構成とガスの流れを示す略示構成
図、図４は、従来のターボ圧縮機の一例を示す縦断面図
である。図３における実線矢印はガスの流れを示す。図
３，４に示すように、高速モータのモータ部１で駆動さ
れるロータ２の両端には羽根車６および７が装着され、
ロータ２は、ラジアル軸受３，４、スラスト軸受５で支
持されている。モータ部１、ロータ２、および前記各軸
受は、モータケース８に納められている。また、羽根車
６を内蔵する圧縮段は圧縮段ケーシング９に、羽根車７
を内蔵する圧縮段は圧縮段ケーシング１０に納められて
いる。

【０００４】そして、モータケース８、圧縮段ケーシン
グ９，１０ともに円周方向には一体に形成されており、
したがって、軸方向から圧縮段ケーシング９，１０がモ
ータケース８に取り付けられている。すなわち、組立完
了後は、図４に示すように、モータケース８と圧縮段ケ
ーシング９，１０は、連結された一体構造となってい
る。

【０００５】いま、羽根車６を低圧段、羽根車７を高圧
段とすると、羽根車６で圧縮されたガスは、一度圧縮段
ケーシング９から吐出され、インタークーラ１１で冷却
されたのち、圧縮段ケーシング１０に吸い込まれ、羽根
車７で再び圧縮され、仕様の圧力まで圧縮され、アフタ
ークーラ１２で冷却されたのち需要先へ供給される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような圧縮機構成
においては、次のような問題点があった。すなわち、圧
縮機を組立てる場合に、必ずモータを設置したのち、軸
方向から圧縮段ケーシング９，１０を取付けなければな
らない。分解時には、圧縮段ケーシング９，１０を軸方
向に、ロータ２先端が外れる位置まで移動させなければ
ならない。したがって、分解、組立に時間がかかってし
まう。

【０００７】もう一つの問題点は、圧縮比が３を超える
ような羽根車段を必要とする場合、ケーシング壁面の温
度は１５０℃を超えるような高温になる。一方、軸受が
磁気軸受であれば、コイルの絶縁性保持のため、圧縮段
ケーシングの方から高温の熱が軸受に伝わることは好ま
しくない。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、本発明の目的は、モータケー
スに及ぼす圧縮段ケーシングからの熱，変形の影響をな
くし、かつモータケースを垂直方向から設置できるよう
にして、組立、分解、メンテナンス性を向上させたター
ボ圧縮機および回転機械を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るターボ圧縮機の最も基本的な構成は、
高速モータのロータをモータ部の両側に延長させ、当該
ロータの両軸端に羽根車を備え、前記高速モータを収納
するモータケーシングと、少なくとも前記ロータの両軸
端に位置する羽根車をそれぞれ収納する両圧縮段ケーシ
ングとを有するターボ圧縮機において、前記モータケー
シングと当該モータケーシングの両側に位置する前記両
圧縮段ケーシングとをそれぞれ独立に構成したものであ
る。

【００１０】また、上記目的を達成するために、本発明
に係るターボ圧縮機のより具体的な構成は、高速モータ
のロータをモータ部の両側に延長させ、当該ロータの両
軸端に羽根車を備え、前記高速モータを収納するモータ
ケーシングと、少なくとも前記ロータの両軸端に位置す
る羽根車をそれぞれ収納する両圧縮段ケーシングとを有
し、前記両圧縮段ケーシング間を結ぶ流路にインターク
ーラを備え、前記両圧縮段ケーシングのうち高圧段側の
圧縮段ケーシングの後流にアウタークーラを備えてなる
ターボ圧縮機において、前記モータケーシングと、当該
モータケーシングの両側に位置する１段および２段の両
圧縮段ケーシングとを、それぞれ独立に構成するととも
に、前記インタークーラおよび前記アフタークーラを収
納するクーラケースを設け、１段圧縮段ケーシングの下
ケーシングと前記クーラケースと２段圧縮段ケーシング
の下ケーシングとを一体構造に形成したものである。

【００１１】すなわち、高速モータのロータをオーバー
ハングさせ、ロータの両軸端に羽根車を装着してなる２
段ターボ圧縮機において、圧縮段ケーシングは上下半割
構造とし、インタークーラケースとアフタークーラケー
スを１段圧縮段ケーシングの下半と２段圧縮段ケーシン
グの下半とを一体構造にする。圧縮段下ケーシングは、
吸込ノズルまたは吐出ノズル、あるいはその両方で、直
接クーラケースに接続される。下ケーシングとクーラケ
ースとの間には、フランジ継手等の接続部を設けないも
のである。

【００１２】クーラケースの上面には、高速モータ設置
のための座面を設ける。一方、モータケースは、円周方
向に一体構造とする。ただし、水平分割構造であっても
かまわない。モータケースには、ロータ駆動モータ部、
軸受、ロータが収納される。モータの組立、検査が終了
したら、羽根車をロータに装着する。次いで、モータユ
ニットとして完全であることを確認する。

【００１３】また、下ケーシング内側面間距離は、モー
タケース側面間寸法より僅かに長くする。または、その
条件が成立しない場合は、該部分のモータケース端部外
形が圧縮段ケーシングとの軸方向重なり部の内径よりも
大きくならないようにする。このようにして、モータユ
ニットを垂直方向上方から、クーラケース上面の座面に
設置すれば、モータと圧縮段との組合せができるように
なる。しかも、圧縮段ケーシングは、羽根車の圧縮仕事
により高温になるが、圧縮段ケーシングがモータと分離
されていることにより、その熱がモータケースに伝わり
にくくなり、軸受が保護される。

【００１４】また、圧縮段ケーシングが、クーラと一体
構造となっているため、ガス通路部のガス洩れの心配が
ない。圧縮段ケーシングとクーラとの間に接続面を設け
ると熱変形を吸収して、かつ接続面をシールする装置が
必要となるが、本発明では、そのようなものが不要であ
る。モータケースは、圧縮段ケーシングの自重や熱変形
による外力を受けないので、単独にロータを駆動すれば
よいことになる。なお、モータケースと圧縮段ケーシン
グとの組合せ部には、お互いの変形を拘束しない程度
に、Ｏリング等を使って、大気とのシールを行ってもよ
い。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図１およ
び図２を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形
態を示すターボ圧縮機の一部断面正面図、図２は、図１
のＡ−Ａ矢視側面図である。図中、図３，４と同一符号
のものは従来技術と同等部である。図１に示すように、
ロータ２、このロータ２を駆動するモータ部１、前記ロ
ータ２を支持するラジアル軸受３，４、スラスト軸受５
をモータケース８内に収納した高速モータＭが装置中央
部にある。

【００１６】高速モータＭのロータ２をモータ部１の両
側に延ばしてオーバーハングさせ、そのロータ２の両軸
端には羽根車６，７が装着されている。羽根車６を用い
る圧縮段は圧縮段ケーシング１３に内蔵され、羽根車７
を用いる圧縮段は圧縮段ケーシング１４に内蔵されてい
る。圧縮段ケーシング１３は、上ケーシング１３ａ、下
ケーシング１３ｂにロータ軸心から水平に分割されてお
り、圧縮段ケーシング１４は、上ケーシング１４ａ、下
ケーシング１４ｂにロータ軸心から水平にそれぞれ分割
されている。そして、下ケーシング１３ｂ，１４ｂは、
クーラケース１５に一体に接続している。

【００１７】図２は、図１のＡ−Ａ矢視図で、圧縮段ケ
ーシングの水平分割構造および下ケーシングとクーラの
一体構造を示している。図２において、１５ａはインタ
ークーラケース、１５ｂはアフタークーラケース、１１
ａは、インタークーラケース１５ａ内を流通する冷却水
管（チューブ）、１２ａは、アフタークーラケース１５
ｂ内を流通する冷却水管（チューブ）、太い矢印で示す
１９は、アフタークーラから需要側へ供給されるガス流
れを示したものである。

【００１８】クーラケース１５は、インタークーラ１１
（図３参照）を収納するインタークーラケース１５ａ、
およびアフタークーラ１２（図３参照）を収納するアフ
タークーラケース１５ｂからなるものである。そして、
ここに詳細は図示しないが、インタークーラ１１は、冷
却水管１１ａとプレートフィンよりなる、所謂プレート
フィンチューブタイプのものであり、アフタークーラ１
２は、冷却水管１２ａとプレートフィンよりなる、所謂
プレートフィンチューブタイプのものである。

【００１９】圧縮段ケーシング１３の下ケーシング１３
ｂとクーラケース１５のインタークーラケース１５ａと
の接続は、１段（低圧段）吐出しノズルを形成する部分
によってなされる。また、圧縮段ケーシング１４の下ケ
ーシング１４ｂとクーラケース１５のインタークーラケ
ース１５ａおよびアフタークーラケース１５ｂとの接続
は、２段（高圧段）吸込みノズルを形成する部分および
２段吐出しノズルを形成する部分によってなされる。す
なわち、圧縮段下ケーシング１３ｂ，１４ｂは、その吸
込ノズルまたは吐出ノズル、あるいはその両方で、直接
クーラケース１５に接続される。下ケーシング１３ｂ，
１４ｂとクーラケース１５との間には、フランジ継手等
の接続部を設けない。

【００２０】図１に示すように、圧縮段ケーシング１
３，１４とロータ２との間にはシール装置１６，１７が
設けてあり、圧縮されたガスの漏れが最小になるように
構成されている。高速モータＭのモータケース８は、ク
ーラケース１５上面に形成された座面１８に設置され
る。

【００２１】このようにすることにより、モータケース
８と圧縮段ケーシング１３，１４はそれぞれ独立に構成
されるので、圧縮仕事によって圧縮段ケーシング１３，
１４の温度が上昇しても、モータケース８には伝わりに
くく、したがって、高速モータＭ側の軸受の保護が可能
である。また、ガスの温度上昇に伴って発生するケーシ
ングの熱変形、アライメントの変化の影響をモータケー
ス８が直接受けることがないので、ロ−タ２の高速回転
に悪影響を及ぼすことはない。

【００２２】また、圧縮段ケーシング１３，１４の内側
側面間距離は、モータの側面間寸法より僅かに長くして
おく。または、図１のように、その関係が作れない場
合、圧縮段ケーシング１３，１４とモータケース８との
軸方向の重なり部は、モータケース８の外径が、圧縮段
ケーシングの内径よりも小さくなるように構成する。こ
のように構成することにより、高速モータＭは単独で組
立試験を行い、さらに羽根車６，７を装着したのち、垂
直方向上方から、圧縮段下ケーシング１３ｂ，１４ｂ間
にあるクーラケース１５上の座面１８へ設置することが
できる。

【００２３】その後、圧縮段下ケーシング１３ｂ，１４
ｂ上に、圧縮段上ケーシング１３ａ，１４ａを組み付け
る。なお、さらに圧縮段ケーシング１３，１４とモータ
ケース８との間は、Ｏリング等で密封し、圧縮段ケーシ
ング１３，１４のラビリンス（図示せず）の漏れ流れが
直接大気へ放出されないようにする。

【００２４】このようなターボ圧縮機の作用を説明す
る。いま、羽根車６を低圧段、羽根車７を高圧段とする
と、羽根車６で圧縮されたガスは、一度圧縮段ケーシン
グ１３からインタークーラケース１５ａへ吐出され、イ
ンタークーラ１１で冷却水管１１ａを流通する冷却水と
熱交換して冷却されたのち、圧縮段ケーシング１４に吸
い込まれる。そして、ガスは再び羽根車７で仕様の圧力
まで圧縮され、アフタークーラケース１５ｂへ吐出さ
れ、アフタークーラ１２で冷却水管１２ａを流通する冷
却水と熱交換して冷却され、１９に示すガス流れのよう
に需要先へ供給される。

【００２５】本実施形態によれば、圧縮機段の温度上昇
の影響を、高速モータＭがほとんど受けないので、ロー
タ２の高速回転の安定性が向上する。そして、高速モー
タＭをユニットとして単独にまとめ、圧縮機ユニットに
組付けることができるので、作業性が良くなる。高速モ
ータＭのメンテナンス時にも配管の取外し等がほとんど
不要となり、メンテナンス作業工程の時間を短縮でき
る。さらに、圧縮機段ケーシング１３，１４とクーラケ
ース１５とが一体なので、ガス漏れの危険性がない。

【００２６】なお、上記実施形態は、高速モータのロー
タをモータ部の両側に延長させ、当該ロータの両軸端に
羽根車を備え、前記高速モータを収納するモータケーシ
ングと、少なくとも前記ロータの両軸端に位置する羽根
車をそれぞれ収納する両圧縮段ケーシングとを有するタ
ーボ圧縮機の例について説明したが、本発明はターボ圧
縮機に限らず、高速モータのロータをモータ部の両側に
延長させ、当該ロータの両軸端に羽根車を備え、前記高
速モータを収納するモータケーシングと、少なくとも前
記ロータの両軸端に位置する羽根車をそれぞれ収納する
両羽根車段ケーシングとを有する回転機械に汎用的に適
用できるものである。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、モータケースに及ぼす圧縮段ケーシングからの
熱，変形の影響をなくし、かつモータケースを垂直方向
から設置できるようにして、組立、分解、メンテナンス
性を向上させるターボ圧縮機および回転機械を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すターボ圧縮機の一部
断面正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視側面図である。

【図３】従来のターボ圧縮機の構成とガスの流れを示す
略示構成図である。

【図４】従来のターボ圧縮機の一例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】 １…モータ部、２…ロータ、３，４…ラジアル軸受、５
…スラスト軸受、６，７…羽根車、８…モータケース、
１３，１４…圧縮段ケーシング、１３ａ，１４ａ…上ケ
ーシング、１３ｂ，１４ｂ…下ケーシング、１５…クー
ラケース、１５ａ…インタークーラケース、１５ｂ…ア
フタークーラケース、１６，１７…シール装置、１８…
座面。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速モータのロータをモータ部の両側に
   延長させ、当該ロータの両軸端に羽根車を備え、前記高
   速モータを収納するモータケーシングと、少なくとも前
   記ロータの両軸端に位置する羽根車をそれぞれ収納する
   両圧縮段ケーシングとを有するターボ圧縮機において、 前記モータケーシングと当該モータケーシングの両側に
   位置する前記両圧縮段ケーシングとをそれぞれ独立に構
   成したことを特徴とするターボ圧縮機。
2. 【請求項２】 高速モータのロータをモータ部の両側に
   延長させ、当該ロータの両軸端に羽根車を備え、前記高
   速モータを収納するモータケーシングと、少なくとも前
   記ロータの両軸端に位置する羽根車をそれぞれ収納する
   両圧縮段ケーシングとを有し、前記両圧縮段ケーシング
   間を結ぶ流路にインタークーラを備え、前記両圧縮段ケ
   ーシングのうち高圧段側の圧縮段ケーシングの後流にア
   フタークーラを備えてなるターボ圧縮機において、 前記モータケーシングと、当該モータケーシングの両側
   に位置する１段および２段の両圧縮段ケーシングとを、
   それぞれ独立に構成するとともに、 前記インタークーラおよび前記アフタークーラを収納す
   るクーラケースを設け、１段圧縮段ケーシングの下ケー
   シングと前記クーラケースと２段圧縮段ケーシングの下
   ケーシングとを一体構造に形成したことを特徴とするタ
   ーボ圧縮機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のもののいずれか
   において、モータケーシングは円周方向に一体形に形成
   し、圧縮段ケーシングは水平分割形に形成したことを特
   徴とするターボ圧縮機。
4. 【請求項４】 請求項１または３記載のもののいずれか
   において、クーラケースの上面にモータケーシングの取
   付け座面を設けたことを特徴とするターボ圧縮機。
5. 【請求項５】 高速モータのロータをモータ部の両側に
   延長させ、当該ロータの両軸端に羽根車を備え、前記高
   速モータを収納するモータケーシングと、少なくとも前
   記ロータの両軸端に位置する羽根車をそれぞれ収納する
   両羽根車段ケーシングとを有する回転機械において、 前記モータケーシングと当該モータケーシングの両側に
   位置する前記両羽根車段ケーシングとをそれぞれ独立に
   構成したことを特徴とする回転機械。
6. 【請求項６】 請求項５記載のものにおいて、モータケ
   ーシングは円周方向に一体形に形成し、羽根車段ケーシ
   ングは水平分割形に形成したことを特徴とする回転機
   械。