WO2012053389A1 - 圧縮機 - Google Patents

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利樹 北野
靖士 天野
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Definitions

  • the present invention relates to a compressor, and more particularly to a compressor employing a so-called dry gas seal.
  • compressors are known, but in many cases, rotating bodies such as impellers, screw rotors, scroll rotors, and axial-flow impellers are rotated. , Which compresses fluid. For this reason, in the compressor, a compression space for accommodating the main part of the rotating body and compressing the fluid is formed, and a bearing portion for supporting the shaft of the rotating body is formed. Between the compression space and the bearing portion, between the compression space and the atmospheric space, leakage of the compressed fluid from the compression space, and lubricant (oil, grease, etc.) from the bearing portion to the compression space ( Various seals (shaft seals) are employed to prevent the inflow of air or the like (especially in compressors employing so-called process gas as the fluid to be compressed).
  • the dry gas seal is arranged at a position facing a rotary ring that rotates integrally with the axis of the rotating body, and a vertical end surface of the rotary ring that is substantially perpendicular to the axis, and a casing or the like and an elastic member. It is comprised by the stationary ring fixed via.
  • the dry gas seal is in contact with the rotating ring and forms a sealing surface to prevent outflow of gas to be compressed.
  • a spiral groove is formed on many of the vertical end faces of the rotating ring of the dry gas seal, that is, the faces facing the stationary ring.
  • the sealing gas flows into the spiral groove, forming a dynamic pressure, and a slight gap is formed between the rotating ring and the stationary ring. Thus, the outflow of gas to be compressed is prevented.
  • Patent Document 1 shows an example of a compressor seal using a dry gas seal.
  • the seal of Patent Document 1 includes a dry gas seal portion 104 and a barrier seal portion 105 between a compressor casing 102 on the back surface of the impeller 101 and the impeller rotary shaft 103.
  • the dry gas seal portion 104 includes a stationary dry gas seal body 106 fixed to the compressor casing 102 and a rotary dry gas seal body 107 fixed to the impeller rotating shaft 103.
  • the dry gas seal portion 104 includes a primary dry gas seal portion 108 and a secondary dry gas seal portion 109.
  • the primary dry gas seal portion 108 and the secondary dry gas seal portion 109 are respectively provided with rotating rings 110A and 110B fixed to the rotating side dry gas seal body 107, and springs 111A and 111B on the stationary side dry gas seal body 106, respectively.
  • the stationary rings 112 ⁇ / b> A and 112 ⁇ / b> B that are fixed to each other are arranged to face each other in the axial direction.
  • Helical grooves (not shown) are formed on the surfaces of the rotating rings 110A and 110B facing the stationary rings 112A and 112B.
  • the barrier seal portion 105 is fixed to the compressor casing 102 and is integrally connected to the stationary dry gas seal main body 106.
  • the present invention relates to a compressor that employs a dry gas seal as a shaft seal, and includes a seal system that can suppress the occurrence of problems associated with the penetration of liquid into the dry gas seal and liquefaction of the supplied seal gas.
  • the issue is to provide.
  • the compressor of the present invention is provided with a compression space for accommodating a rotor arranged so that the rotor shaft is substantially horizontal, and a suction port and a discharge port communicating with the compression space.
  • a compressor main body having a closed casing, a suction flow path connected to a suction port of the compressor main body, and a discharge flow path connected to a discharge port of the compressor main body, and the suction passage from the suction flow path
  • a compressor that sucks fluid through a port, compresses the fluid in the compression space, and discharges the fluid to the discharge channel through the discharge port, and is disposed between the casing and the rotor shaft.
  • Dry gas seal and said discharge flow A seal gas flow path having one end connected thereto and the other end connected to communicate with a space between the outer peripheral surface of the rotary ring of the dry gas seal and the casing, and a seal gas adjusting valve interposed therebetween, One end is connected so as to communicate with the space via a through hole formed in the casing below the rotating ring, and a drain gas flow path having the other end connected to the suction flow path.
  • an orifice is interposed in the drain gas flow path.
  • the fluid and the liquid (drain, etc.) compressed into the suction channel can be returned little by little while maintaining the pressures of the seal gas channel and the drain gas channel.
  • the consumption of the process gas, which is a compressed fluid, in the dry gas seal is relatively low, and the situation of high differential pressure (the supply pressure of the seal gas, which is part of the compressed fluid in the seal gas flow path,
  • hunting of the seal gas regulating valve may occur.
  • the selection of the seal gas regulating valve can be facilitated by allowing an appropriate amount of process gas and liquid to flow through the orifice.
  • a flow rate adjusting valve is interposed in the drain gas flow path. According to this configuration, the flow rate of the drain gas flow path can be adjusted over a wide range, and the selection of the seal gas adjustment valve can be further facilitated. Even if a gas whose molecular weight or pressure changes is used, the amount of gas returned to the suction side can be maintained at an optimum amount.
  • an emergency flow path having one end connected to the suction flow path and the other end connected to the seal gas flow path via a check valve.
  • the pressure in the seal gas flow path is at least the suction pressure. Therefore, it is possible to avoid the “back pressure condition”, that is, the state of “the pressure of the seal gas flow path ⁇ the suction pressure at the suction port”. Therefore, it is possible to maintain a state in which an appropriate pressure (minimum necessary pressure) is applied to the dry gas seal, and it is possible to eliminate the possibility of breakage.
  • shut-off valve in the emergency flow path. According to this configuration, by opening the shut-off valve when the compressor is operating and closing the shut-off valve when the compressor is stopped, it is possible to prevent foreign matter and liquid from entering the seal gas flow path and thus the casing. .
  • seal gas supply source for supplying a seal gas to the seal gas flow path.
  • the seal gas can be reliably supplied from the seal gas supply source to the seal gas flow path. Therefore, it can be set as the structure which abbreviate
  • the gap between the rotating ring and the stationary ring formed by the dry gas seal is increased.
  • the liquid does not stay on the sealing surface of the gas and can be quickly discharged together with the sealing gas toward the suction channel by the drain gas channel. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of problems associated with the penetration of liquid into the dry gas seal and the liquefaction of the supplied seal gas.
  • FIG. 1 shows a compressor according to a first embodiment of the present invention.
  • the compressor according to the present invention includes a compressor body 1 in which a rotating body (rotor) (not shown) is accommodated in a compression space (not shown) formed in a casing 1a.
  • a rotating body rotor
  • a compression space not shown
  • a suction passage 3 is connected to the suction port 2 of the compressor body 1.
  • a discharge flow path 5 is connected to the discharge port 4 of the compressor body 1.
  • the compressor main body 1 sucks a fluid to be compressed, for example, a so-called process gas, from the suction port 2 through the suction flow path 3.
  • the compressor body 1 compresses the process gas in the above-described compression space, discharges it from the discharge port 4, and supplies it to a supply destination (not shown) through the discharge flow path 5.
  • seal gas channel 6 having one end connected to the discharge channel 5 and the other end connected to a dry gas seal 15 described later.
  • a part of the compressed process gas is supplied as a seal gas to the seal gas adjustment valve 8 through the seal gas flow path 6.
  • the seal gas regulating valve 8 has a function of referring to a gas pressure in a space 38 to be described later with a pressure reference unit 27 to be described later and supplying the seal gas with a seal gas pressure larger than the pressure of the gas. Have.
  • the filter 7, the seal gas adjustment valve 8, and the check valve 9 are interposed in the seal gas flow path 6 in order from the branch point with the discharge flow path 5.
  • the filter 7 captures an impure substance mixed in the process gas through the seal gas flow path 6 and cleans the process gas.
  • the seal gas adjusting valve 8 adjusts the flow rate of the process gas to a predetermined value so that a part of the process gas can be used as the seal gas.
  • the check valve 9 allows only a process gas flow from the branch point of the seal gas flow path 6 and the discharge flow path 5 toward the dry gas seal 15 and prevents the seal gas from flowing backward.
  • a rotor shaft 11 which is a rotating body (rotor) shaft constituting the compressor body 1, passes through a suction side of a casing 1 a constituting the compressor body 1, and a driver (driving machine) 12 via a coupling 13. This shaft is connected to the drive shaft 14.
  • a dry gas seal 15 is provided around the rotor shaft 11 so as to seal between the casing 1 a and the rotor shaft 11.
  • FIG. 2 shows the details of the dry gas seal 15.
  • the dry gas seal 15 includes a rotating ring 16 that rotates integrally with the rotor shaft 11, and stationary rings 19 and 20 that are fixed to the casing 1 a via elastic members 17 and 18 on both sides of the rotating ring 16.
  • a spiral groove 33 is formed on the vertical end surface of the rotating ring 16 of the dry gas seal 15, that is, on the surface facing the stationary rings 19 and 20.
  • the spiral groove 33 is formed so as to approach the center side from the outer periphery of the rotating ring 16 in the direction opposite to the rotation direction, and the end portion is located between the outer periphery and the inner periphery.
  • the spiral groove 33 opens on the outer peripheral surface 16 a of the rotating ring 16.
  • the stationary rings 19 and 20 are arranged by elastic members 17 and 18 so as to be in contact with the vertical end surface of the rotating ring 16 substantially perpendicular to the rotor shaft 11.
  • a nitrogen supply flow path 24 is connected to the space between the seal member 22 and the seal member 23 so that nitrogen can be supplied from a nitrogen supply source.
  • a flow rate adjusting valve 25 is interposed in the nitrogen supply flow path 24 in order to adjust the flow rate of nitrogen passing through the nitrogen supply flow channel 24 to a predetermined value.
  • the compressor according to the present invention includes a drain gas flow path 26 and a pressure reference portion 27.
  • One end of the drain gas flow channel 26 is connected to communicate with a space 37 between the outer peripheral surface 16a of the rotary ring 16 and the casing 1a via a through hole 35 formed in the casing 1a below the rotary ring 16. The end is connected to the suction flow path 3.
  • the drain gas flow path 26 is provided with a check valve 28 and an orifice 29 that allow only the flow from the dry gas seal 15 side toward the suction flow path 3 side.
  • the orifice 29 is disposed on the downstream side of the check valve 28.
  • the pressure reference portion 27 is provided in the casing 1 a so as to communicate with the space 38 between the casing 1 a on the compression space side of the dry gas seal 15 and the rotor shaft 11. Since the space 38 communicates with the inside of the suction port 2 and the compressor main body 1, the pressure is equalized with the suction pressure. Therefore, the pressure on the compression space side of the casing 1 a can be referred to through the pressure reference portion 27.
  • the pressure reference unit 27 is connected to the seal gas regulating valve 8 through a flow path. Therefore, the opening degree of the seal gas regulating valve 8 can be adjusted according to the pressure of the pressure reference portion 27, that is, the pressure on the compression space side of the casing 1a.
  • the dry gas seal 15 is compressed by the springs (elastic members) 17 and 18 abutting the stationary rings 19 and 20 against the rotating ring 16 to form a sealing surface. Prevents outflow of gas to be compressed from the machine main body 1 side (compression space side) to the driver (driving machine) 12 side and the atmosphere side.
  • the process gas supplied to the dry gas seal 15 via the seal gas flow path 6 passes through a slight gap between the rotary ring 16 and the stationary ring 20 as a seal gas, and then has a lower pressure than the compression space side.
  • the air is discharged toward the flare through the discharge channel 21 on the atmosphere side.
  • the nitrogen supplied to the space between the seal member 22 and the seal member 23 via the nitrogen supply flow path 24 is a slight gap between the seal member 22 and the rotor shaft 11 or the seal member 23 and the rotor shaft 11. Through the slight gap between. Nitrogen then acts as a sealing gas. Then, the nitrogen that has reached the discharge passage 21 through a slight gap between the seal member 22 and the rotor shaft 11 is discharged toward the flare through the discharge passage 21. Further, nitrogen passing through a slight gap between the seal member 23 and the rotor shaft 11 is discharged to the atmosphere as it is.
  • the process gas and liquid are gradually returned to the suction flow path 3 while maintaining the pressures of the seal gas flow path 6 and the drain gas flow path 26. be able to.
  • the consumption of process gas is relatively small, and the pressure differential is high (the pressure difference between the supply pressure of the seal gas in the seal gas flow path 6 and the pressure at which the seal gas is discharged is high).
  • hunting of the seal gas regulating valve 8 may occur.
  • the selection of the seal gas regulating valve 8 can be facilitated by allowing an appropriate amount of process gas and liquid to flow through the orifice 29.
  • FIGS. 4 and 5 show a compressor according to a second embodiment of the present invention.
  • the compressor according to the second embodiment has almost the same configuration as the compressor according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but an emergency flow path 31 is provided in addition to the configuration of the first embodiment. It has been.
  • the emergency flow path 31 has one end connected to the suction flow path 3 and the other end connected to the seal gas flow path 6 downstream from the check valve 9.
  • the emergency flow path 31 is provided with a check valve 32 that allows only a flow from the suction flow path 3 side to the seal gas flow path 6 side.
  • the seal gas regulating valve 8 is configured to seal the seal gas (a part of the compressed process gas) in the seal gas flow path 6 downstream from the seal gas regulating valve 8 based on the pressure of the pressure reference unit 27.
  • the pressure in the seal gas flow path 6 is at least Since the pressure is maintained at the same magnitude as the suction pressure, the “reverse pressure condition”, that is, the state of “supply pressure PS of the seal gas flow path 6 ⁇ suction pressure PI at the suction port 2” can be avoided. Therefore, it is possible to maintain a state in which an appropriate pressure (minimum necessary pressure) is applied to the dry gas seal 15, and it is possible to eliminate the possibility of breakage.
  • a rotary ring 39 is provided between the casing 1a at the position where the nitrogen supply flow path 24 is connected and the rotor shaft 11, and a stationary ring 40 is arranged on the atmosphere side with respect to the rotary ring 39.
  • a gas seal 15 may be provided.
  • a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate may be provided instead of providing the orifice 29 in the drain gas flow path 26, a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate may be provided. According to this configuration, the flow rate of the drain gas passage 26 can be adjusted over a wide range, and the selection of the seal gas adjustment valve 8 can be further facilitated. Even if a gas whose molecular weight or pressure changes is used, the amount of gas returned to the suction side can be maintained at an optimum amount.
  • a shutoff valve 42 may be provided in the emergency flow path 31 between the suction flow path 3 and the check valve 32.
  • a filter 43 may be interposed in the emergency flow path 31 between the shutoff valve 42 and the check valve 32.
  • a seal gas supply source 45 that supplies nitrogen as a seal gas to the seal gas flow path 6 via a check valve 44. May be connected. According to this configuration, the seal gas can be reliably supplied from the seal gas supply source 45 to the seal gas flow path 6. Therefore, the emergency flow path 31 can be omitted. Both the sealing gas supply source 45 and the emergency flow path 31 can be provided. In this case, the seal gas can be reliably supplied from the seal gas channel 6 to the casing 1a.
  • the pressure value measured by the pressure reference unit 27 is controlled by a control device (You may make it adjust the opening degree of the seal gas regulating valve 8 indirectly via a control apparatus.
  • the space 38 may be equalized with the suction pressure through an external pipe.
  • the rotary ring 16 has been described as an example in which the rotation direction is only one direction. However, the rotation ring 16 is not limited to this, and can rotate in both directions where a groove having a sealing function as a dry gas seal is formed on the vertical end surface. A rotating ring may be used.
  • the seal gas regulating valve 8 may be any type of regulating valve such as a self-regulating regulating valve or an automatic regulating valve.
  • the filter gas, the seal gas adjusting valve 8 and the check valve 9 are provided in the seal gas flow path 6 in the order from the branch point with the discharge flow path 5.
  • the present invention is not limited to this, and the order of arrangement of the filter 7, the seal gas adjustment valve 8, and the check valve 9 may be different.
  • the orifice 29 may be arranged on the upstream side of the check valve 28.

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Abstract

【課題】ドライガスシールへの液体の浸入、供給されるシールガスの液化に伴う不具合の発生を抑制しうるシールシステムを備えた圧縮機を提供する。【解決手段】ケーシング１ａとロータ軸１１の間に配設され、ロータ軸１１に周設された回転環１６と、ロータ軸１１と略垂直な回転環１６の垂直端面に当接可能となるように弾性部材１７，１８を介してケーシング１ａに設けられた静止環１９，２０とを有するドライガスシール１５と、吐出流路５と一端が接続されるとともにドライガスシール１５の回転環１６の外周面１６ａとケーシング１ａの間の空間３７と連通するように他端が接続され、シールガス調整弁８が介設されたシールガス流路６と、回転環１６の下方のケーシング１ａに形成された貫通孔３５を介して空間３７と連通するように一端が接続され、他端が吸込流路３に接続されたドレンガス流路２６とを備える。

Description

圧縮機
　本発明は、圧縮機に関し、より詳しくは、いわゆるドライガスシールを採用した圧縮機に関するものである。
　圧縮機には、種々の形式のものが知られているが、多くは、インペラやスクリュロータやスクロールロータや軸流式の羽根車等の回転体を回転し、この回転体の回転に伴って、流体を圧縮する形式のものである。このため、圧縮機には、回転体の主要部分を収容し、流体を圧縮するための圧縮空間が形成されるとともに、この回転体の軸を支持する軸受部が形成される。そして、それら圧縮空間と軸受部の間や、圧縮空間と大気空間の間には、圧縮空間からの圧縮流体の漏出、また、軸受部から圧縮空間への潤滑材（油、グリース等）や（特に圧縮する流体にいわゆるプロセスガスを採用している圧縮機などにおいては）空気などの流入を防止するために、種々のシール（軸封）が採用されている。
　特に、ハイドロカーボン等の可燃性・爆発性ガスや有毒ガス、腐食性ガス等のガスを圧縮すべき流体として取り扱う圧縮機については、このガスに対してのシールをどのように構成するかが重要となる。昨今では、油を全くシール用の材料として使用しない、ドライなシールとして、いわゆるドライガスシールが注目されている。
　ドライガスシールは、おおまかに言えば、回転体の軸と一体的に回転する回転環と、この回転環の、軸と略垂直な垂直端面と対向する位置に配置され、ケーシング等と弾性部材を介して固定された静止環とによって構成されている。ドライガスシールは、回転体が静止している状態では、回転環に静止環が当接し、シール面を形成して、圧縮されるべきガスの流出等を防止する。また、ドライガスシールの回転環の垂直端面、すなわち、静止環と対向する面の多くには、らせん状の溝が形成されている。そして、回転体が回転している状態では、らせん状の溝にシールガスが流れ込み、動圧を形成して、回転環と静止環との間にわずかな隙間が形成され、そこにシールガスでのシール面が構成され、やはり圧縮されるべきガスの流出等が防止される。
　特許文献１には、ドライガスシールによる圧縮機のシールの一例が示されている。この特許文献１のシールは、図９に示すように、インペラ１０１背面の圧縮機ケーシング１０２とインペラ回転軸１０３との間に、ドライガスシール部１０４とバリアシール部１０５とを備えている。ドライガスシール部１０４は、圧縮機ケーシング１０２に固定された静止側ドライガスシール本体１０６及びインペラ回転軸１０３に固定された回転側ドライガスシール本体１０７を備えている。そして、ドライガスシール部１０４は、一次ドライガスシール部１０８と二次ドライガスシール部１０９とで構成されている。一次ドライガスシール部１０８と二次ドライガスシール部１０９には、それぞれ、回転側ドライガスシール本体１０７に固定された回転環１１０Ａ，１１０Ｂと、静止側ドライガスシール本体１０６にバネ１１１Ａ，１１１Ｂを介して固定された静止環１１２Ａ，１１２Ｂとが軸方向に対向して配置されている。回転環１１０Ａ，１１０Ｂの静止環１１２Ａ，１１２Ｂと対向する面には、図示しないらせん状の溝が形成されている。バリアシール部１０５は、圧縮機ケーシング１０２に固定されるとともに、静止側ドライガスシール本体１０６に一体的に連結される。
　この特許文献１に開示のシールによれば、高圧運転下の推力が大きな場合においても、強度的に耐え得ると共に、回転体の安定性の確保が可能となる。
　なお、ドライガスシールの形成するシール面に液体（ドレン等）が浸入すると、形成される動圧が不安定となり、回転環と静止環との間に隙間が安定的に形成されない。この事象は、シール面に非圧縮性の液体と圧縮性の液体とが混在することで、回転環と静止環との間に発生する力（浮上力）にばらつきが生じるために拠るものと考えられる。このため、シール面に液体が浸入すると、回転体の回転中に、回転環と静止環とが接触する事態が生じ、シール面が損傷する可能性がある。
特開２０１０－１２１４６３号公報
　本発明は、軸封としてドライガスシールを採用した圧縮機において、ドライガスシールへの液体の浸入、供給されるシールガスの液化に伴う不具合の発生を抑制しうるシールシステムを備えた圧縮機を提供することを課題とする。
　前記課題を解決する手段として、本発明の圧縮機は、ロータ軸が略水平になるように配置されたロータを収容する圧縮空間と、該圧縮空間と連通する吸込口および吐出口とが設けられたケーシングを有する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吸込口に接続された吸込流路と、前記圧縮機本体の吐出口に接続された吐出流路とを備え、前記吸込流路から前記吸込口を介して流体を吸い込み、該流体を前記圧縮空間で圧縮して、前記吐出口を介して前記吐出流路に吐出する圧縮機であって、前記ケーシングと前記ロータ軸の間に配設され、前記ロータ軸に周設された回転環と、前記ロータ軸と略垂直な前記回転環の垂直端面に当接可能となるように弾性部材を介して前記ケーシングに設けられた静止環とを有するドライガスシールと、前記吐出流路と一端が接続されるとともに前記ドライガスシールの回転環の外周面と前記ケーシングの間の空間と連通するように他端が接続され、シールガス調整弁が介設されたシールガス流路と、前記回転環の下方の前記ケーシングに形成された貫通孔を介して前記空間と連通するように一端が接続され、他端が前記吸込流路に接続されたドレンガス流路とを備えるようにした。
　この構成によれば、シールガスにドレン等の液体が浸入しても、あるいは、供給される流体のシールガスの液化が発生しても、ドライガスシールの形成する回転環と静止環との間のシール面に液体を滞留させることがなく、ドレンガス流路によって、速やかにシールガスとともに吸込流路に向けて排出することができる。このため、ドライガスシールへの液体の浸入、供給されるシールガスの液化に伴う不具合の発生を抑制することができる。
　前記ドレンガス流路にオリフィスが介設されることが好ましい。この構成によれば、シールガス流路、ドレンガス流路の圧力を保ちつつ、吸込流路へ圧縮された流体と液体（ドレン等）とを少しずつ戻すことができる。また、特に圧縮された流体であるプロセスガスのドライガスシールにおける消費量が比較的少なく、高差圧の状況（シールガス流路における圧縮された流体の一部であるシールガスの供給圧力と、シールガスが排出される側の圧力との差圧が高圧である状況）下で圧縮機を使用する場合においては、シールガス調整弁のハンチングが起こる可能性がある。しかし、オリフィスで適量のプロセスガスと液体を流すようにすることで、シールガス調整弁の選定を容易にすることができる。
　前記ドレンガス流路に流量調整弁が介設されることが好ましい。この構成によれば、ドレンガス流路の流量を広範囲に調整することが可能となり、シールガス調整弁の選定をさらに容易にすることができる。また、分子量や圧力が変化するガスを用いても、吸込側へのガス戻し量が最適な量となるように維持することができる。
　前記吸込流路と一端が接続され逆止弁を介して前記シールガス流路に他端が接続された緊急流路を備えることが好ましい。この構成によれば、緊急流路を備えることで、吸込圧力の急激な変動に伴うシールガス調整弁の吸込圧力への追従の不良が発生したとしても、シールガス流路の圧力は少なくとも吸込圧力に維持されるため、「逆圧条件」、すなわち「シールガス流路の圧力＜吸込口における吸込圧力」の状態を回避することができる。したがって、ドライガスシールに適切な圧力（最低限必要な圧力）が加えられた状態を維持することができ、破損の生じる可能性を排除することができる。
　前記緊急流路に遮断弁を設けることが好ましい。この構成によれば、圧縮機運転時に遮断弁を開弁し、停止時に遮断弁を閉弁することにより、停止時にシールガス流路、ひいてはケーシングの内部に異物、液体が侵入することを防止できる。
　前記シールガス流路にシールガスを供給するシールガス供給源を接続することが好ましい。この構成によれば、シールガス供給源からシールガス流路に確実にシールガスを供給できる。したがって、緊急流路を省略した構成とすることができる。
　本発明によれば、シールガスにドレン等の液体が浸入しても、あるいは、供給される流体のシールガスの液化が発生しても、ドライガスシールの形成する回転環と静止環との間のシール面に液体を滞留させることがなく、ドレンガス流路によって、速やかにシールガスとともに吸込流路に向けて排出することができる。このため、ドライガスシールへの液体の浸入、供給されるシールガスの液化に伴う不具合の発生を抑制することができる。
本発明の第１実施形態の圧縮機を示す概略図。 本発明の第１実施形態にかかる圧縮機のシール部分の拡大図。 回転環の垂直端面を示す図。 本発明の第２実施形態の圧縮機を示す概略図。 本発明の第２実施形態にかかる圧縮機のシール部分の拡大図。 シール部分の変形例を示す図。 本発明の変形例を示す図。 本発明の変形例を示す図。 従来の圧縮機のシール部分の拡大図。
　図１は、本発明の第１実施形態の圧縮機を示す。本発明に係る圧縮機は、回転体（ロータ）（図示せず）がケーシング１ａに形成された圧縮空間（図示せず）に収容されてなる圧縮機本体１を備えている。
　圧縮機本体１の吸込口２には吸込流路３が接続されている。また、圧縮機本体１の吐出口４には吐出流路５が接続されている。
　圧縮機本体１は、圧縮されるべき流体、例えばいわゆるプロセスガスを、吸込流路３を通じて吸込口２から吸い込む。そして、圧縮機本体１は、上述の圧縮空間にてプロセスガスを圧縮した後、吐出口４から吐出し、吐出流路５を通じて、図示しない供給先に供給する。
　また、一端が吐出流路５に接続され、他端が後述するドライガスシール１５に接続されたシールガス流路６が設けられている。シールガス流路６を通じてシールガス調整弁８に対して、シールガスとして圧縮後のプロセスガスの一部が供給される。なお、シールガス調整弁８は、後述する圧力参照部２７にて、後述する空間３８におけるガスの圧力を参照し、そのガスの圧力より大のシールガス圧にて、シールガスを供給する機能を有する。
　シールガス流路６には、吐出流路５との分岐点から近い順に、フィルター７、シールガス調整弁８、逆止弁９が介設されている。
　フィルター７は、シールガス流路６を通じるプロセスガスに混在する不純な物質を捕捉し、プロセスガスを清浄化する。シールガス調整弁８は、プロセスガスの一部をシールガスとして流用可能なように、プロセスガスの流量を所定の値に調整する。逆止弁９は、シールガス流路６と吐出流路５との分岐点から、ドライガスシール１５に向かうプロセスガスの流れのみを許容し、シールガスの逆流を防止する役割を担う。
　圧縮機本体１を構成する回転体（ロータ）の軸であるロータ軸１１は、圧縮機本体１を構成するケーシング１ａの吸込側を貫通し、カップリング１３を介して、ドライバ（駆動機）１２の軸、駆動軸１４と接続されている。そして、ケーシング１ａとロータ軸１１の間で軸封するように、ドライガスシール１５がロータ軸１１に周設されている。
　図２は、ドライガスシール１５の詳細を示す。ドライガスシール１５は、ロータ軸１１と一体的に回転する回転環１６と、回転環１６の両側で弾性部材１７，１８を介してケーシング１ａに固定された静止環１９，２０とを備える。図３に示すように、ドライガスシール１５の回転環１６の垂直端面、すなわち、静止環１９，２０と対向する面には、らせん状の溝３３が形成されている。らせん状の溝３３は、回転環１６の外周から回転方向と反対方向に向かうにしたがって中心側に近づくように形成され、端部は外周と内周の間に位置している。らせん状の溝３３は、回転環１６の外周面１６ａに開口している。静止環１９，２０は、弾性部材１７，１８により、ロータ軸１１と略垂直な回転環１６の垂直端面に当接可能に配置されている。
　また、ドライガスシール１５の構成の一部、静止環２０よりドライバ（駆動機）１２側、すなわち、大気側のロータ軸１１の周囲には、ケーシング１ａとロータ軸１１との間にラビリンスシール等のシール部材２２，２３が周設されている。
　そして、シール部材２２とシール部材２３との間の空間には、窒素供給源から窒素を供給可能なように、窒素供給流路２４が接続されている。窒素供給流路２４には、これを通じる窒素の流量を所定の値に調整するために、流量調整弁２５が介設されている。
　また、本発明にかかる圧縮機は、ドレンガス流路２６と圧力参照部２７とを備えている。
　ドレンガス流路２６は、回転環１６の下方のケーシング１ａに形成された貫通孔３５を介して回転環１６の外周面１６ａとケーシング１ａの間の空間３７と連通するように一端が接続され、他端が吸込流路３と接続されている。ドレンガス流路２６には、ドライガスシール１５側から吸込流路３側に向かう流れのみを許容する逆止弁２８、オリフィス２９が介設されている。オリフィス２９は、逆止弁２８より下流側に配置されている。
　圧力参照部２７は、ドライガスシール１５の圧縮空間側のケーシング１ａとロータ軸１１の間の空間３８と連通するようにケーシング１ａに設けられている。空間３８は、吸込口２と圧縮機本体１の内部で連通しているため、吸込圧力と均圧されている。そのため、圧力参照部２７を通じて、ケーシング１ａの圧縮空間側の圧力が参照できるようになっている。圧力参照部２７は、流路を介してシールガス調整弁８と接続されている。したがって、圧力参照部２７の圧力、すなわちケーシング１ａの圧縮空間側の圧力に応じて、シールガス調整弁８の開度を調整できるようになっている。
　次に、以上の構成からなるドライガスシール１５を備えた圧縮機の動作について説明する。ドライガスシール１５は、回転体たるロータ軸１１が静止している状態では、バネ（弾性部材）１７，１８により静止環１９，２０が回転環１６に当接し、シール面を形成して、圧縮機本体１側(圧縮空間側）からドライバ（駆動機）１２側・大気側への圧縮されるべきガスの流出等を防止する。
　一方、ロータ軸１１が回転している状態では、ケーシング１ａの貫通孔３６を介して回転環１６の外周面１６ａとケーシング１ａとの間の空間３７へとシールガスが流れ込む。そして、回転環１６の外周面１６ａの開口部分かららせん状の溝３３の中へとシールガスが広がっていく。そして、動圧を形成して、回転環１６と静止環１９，２０との間にわずかな隙間が形成され、そこにシールガスでのシール面が構成され、やはり、圧縮機本体１側からドライバ（駆動機）１２側・大気側への、圧縮されるべきガスの流出等が防止される。
　シールガス流路６を介してドライガスシール１５に供給されたプロセスガスは、シールガスとして、回転環１６と静止環２０との間のわずかな隙間を通じた後、圧縮空間側と比較して低圧となっている大気側の排出流路２１を通じて、フレアに向けて排出される。
　また、ドライガスシール１５に供給されたプロセスガスが圧縮空間側に移動した場合、圧縮空間に戻り、吸込口２から吸い込まれたプロセスガスとともに圧縮される。
　窒素供給流路２４を介して、シール部材２２とシール部材２３との間の空間に供給された窒素は、シール部材２２とロータ軸１１の間の僅かな隙間、あるいはシール部材２３とロータ軸１１の間の僅かな隙間を通じる。窒素は、そこでシールガスとして作用する。そして、シール部材２２とロータ軸１１の間の僅かな隙間を通じて、排出流路２１に到達した窒素は、排出流路２１を通じて、フレアに向けて排出される。また、シール部材２３とロータ軸１１の間の僅かな隙間を通じた窒素は、そのまま大気に排出される。
　シールガスにドレン等の液体が浸入しても、あるいは、供給される流体のシールガスの液化が発生しても、ドライガスシール１５の形成する回転環１６と静止環１９，２０との間のシール面に液体を滞留させることがなく、ドレンガス流路２６によって、速やかにシールガスとともに吸込流路３に向けて排出することができる。このため、ドライガスシール１５への液体の浸入、供給されるシールガスの液化に伴う不具合の発生を抑制することができる。なお、シールガス、特に本実施形態のようにプロセスガスをシールガスに流用している場合には、その温度や圧力等の変化に伴ってドレンとして出現する（液化する）ものが多く含まれている場合が多い。そのような場合でも、上述のとおり、本発明であれば、シールガスの液化に伴う不具合を抑制できる。
　また、ドレンガス流路２６にオリフィス２９を介設することにより、シールガス流路６、ドレンガス流路２６の圧力を保ちつつ、吸込流路３へプロセスガスと液体（ドレン等）とを少しずつ戻すことができる。また、特にプロセスガスの消費量が比較的少なく、高差圧の状況（シールガス流路６におけるシールガスの供給圧力と、シールガスが排出される側の圧力との差圧が高圧である状況）下で圧縮機を使用する場合においては、シールガス調整弁８のハンチングが起こる可能性がある。しかし、オリフィス２９で適量のプロセスガスと液体を流すようにすることで、シールガス調整弁８の選定を容易にすることができる。
　図４，図５は、本発明の第２実施形態の圧縮機を示す。この第２実施形態の圧縮機においては、図１，図２で示した第１実施形態の圧縮機とほとんどの構成を共通するが、第１実施形態の構成に加え、緊急流路３１が設けられている。
　緊急流路３１は、吸込流路３と一端が接続され逆止弁９より下流のシールガス流路６で他端が接続されている。緊急流路３１には、吸込流路３側からシールガス流路６側に向かう流れのみを許容する逆止弁３２が介設されている。
　シールガス流路６におけるシールガスの供給圧力と、シールガスが排出される側の圧力との差圧が高圧となると、シールガスとしてプロセスガスの一部を消費する量が多くなる。その量が過多とならないよう、シールガス調整弁８は、圧力参照部２７の圧力に基づいて、シールガス調整弁８より下流のシールガス流路６におけるシールガス（圧縮後のプロセスガスの一部）の供給圧力ＰＳを、参照圧力（＝吸込圧力）ＰＩ＋α（例えば、Ｍａｘ．４ｂａｒ程度）となるように調整している。しかしながら、参照圧力（＝吸込圧力）ＰＩの急激な変動が生じた場合で、且つ、緊急流路３１が設けられていない場合においては、シールガス調整弁８の吸込圧力ＰＩへの追従の不良が発生し、ドライガスシール１５の破損が生じる可能性がある「逆圧条件」、すなわち「シールガス流路６の供給圧力ＰＳ＜吸込口２における参照圧力（＝吸込圧力）ＰＩ」の状態が発生しうる。
　「逆圧条件」となると、ドライガスシール１５の回転環１６と静止環１９，２０との間に発生する力（浮上力）が不十分となり、回転体１１の回転中に、回転環１６と静止環１９，２０とが接触する事態が生じ、シール面が損傷する可能性がある。
　緊急流路３１を備えることで、吸込圧力の急激な変動に伴うシールガス調整弁８の参照圧力（＝吸込圧力）への追従の不良が発生したとしても、シールガス流路６の圧力は少なくとも吸込圧力と同じ大きさの圧力に維持されるため、「逆圧条件」、すなわち「シールガス流路６の供給圧力ＰＳ＜吸込口２における吸込圧力ＰＩ」の状態を回避することができる。したがって、ドライガスシール１５に適切な圧力（最低限必要な圧力）が加えられた状態を維持することができ、破損の生じる可能性を排除することができる。
　本発明は実施形態のものに限定されず、以下に例示するように種々の変形が可能である。
　図６に示すように、窒素供給流路２４が接続された位置のケーシング１ａとロータ軸１１との間に回転環３９を設け、回転環３９に対して大気側に静止環４０を配置したドライガスシール１５を設けてもよい。これにより、大気側におけるケーシング１ａとロータ軸１１との間からの窒素の漏れ量を減少させることができ窒素使用量を減らすことができる。
　ドレンガス流路２６にオリフィス２９を介設する代わりに、流量を調整する流量調整弁を介設してもよい。この構成によれば、ドレンガス流路２６の流量を広範囲に調整することが可能となり、シールガス調整弁８の選定をさらに容易にすることができる。また、分子量や圧力が変化するガスを用いても、吸込側へのガス戻し量が最適な量となるように維持することができる。
　図７に示すように、吸込流路３と逆止弁３２との間の緊急流路３１に遮断弁４２を介設してもよい。そして、遮断弁４２と逆止弁３２との間の緊急流路３１にフィルター４３を介設してもよい。この構成によれば、圧縮機運転時に遮断弁４２を開弁し、停止時に遮断弁４２を閉弁することにより、停止時にシールガス流路６、ひいてはケーシング１ａの内部に異物、液体が侵入することを防止できる。
　図８に示すように、第２実施形態の圧縮機に緊急流路３１を設ける代わりに、シールガス流路６に逆止弁４４を介してシールガスとしての窒素を供給するシールガス供給源４５を接続してもよい。この構成によれば、シールガス供給源４５からシールガス流路６に確実にシールガスを供給できる。したがって、緊急流路３１を省略した構成とすることができる。なお、シールガス供給源４５、および、緊急流路３１の両方を設けることもできる。この場合、シールガス流路６からケーシング１ａに確実にシールガスを供給できる。
　圧力参照部２７とシールガス調整弁８とを流路を介して接続して直接的にシールガス調整弁８の開度を調整する代わりに、圧力参照部２７で測定した圧力値を制御装置（図示せず）に送信し、制御装置を介して間接的にシールガス調整弁８の開度を調整するようにしてもよい。
　空間３８は、外部配管を通じて、吸込圧力と均圧してもよい。
　回転環１６は、回転方向が一方向のみとなっているものを例として説明したが、これに限定されず、ドライガスシールとしてのシール機能を有する溝が垂直端面に形成された両方向に回転可能な回転環を採用してもよい。
　シールガス調整弁８は、自力式調整弁、自動式調整弁等、いかなるタイプの調整弁であってもよい。また、上述の実施形態では、シールガス流路６に、吐出流路５との分岐点から近い順に、フィルター７、シールガス調整弁８、逆止弁９が介設されているものを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、フィルター７、シールガス調整弁８、逆止弁９の配置の順が異なるものでも良い。また、オリフィス２９は、逆止弁２８より上流側に配置されていても良い。
　１　圧縮機本体
　１ａ　ケーシング
　２　吸込口
　３　吸込流路
　４　吐出口
　５　吐出流路
　６　シールガス流路
　７　フィルター
　８　シールガス調整弁
　９　逆止弁
　１１　ロータ軸
　１２　ドライバ（駆動機）
　１３　カップリング
　１４　駆動軸
　１５　ドライガスシール
　１６，３９　回転環
　１７，１８　バネ（弾性部材）
　１９，２０，４０　静止環
　２１　排出流路
　２２，２３　シール部材
　２４　窒素供給流路
　２５　流量調整弁
　２６　ドレンガス流路
　２７　圧力参照部
　２８　逆止弁
　２９　オリフィス
　３１　緊急流路
　３２　逆止弁
　３３　溝
　３５　貫通孔
　３６　貫通孔
　３７　空間
　３８　空間
　４２　遮断弁
　４３　フィルター
　４５　シールガス供給源

Claims (6)

  1. 　ロータ軸が略水平になるように配置されたロータを収容する圧縮空間と、該圧縮空間と連通する吸込口および吐出口とが設けられたケーシングを有する圧縮機本体と、
    　前記圧縮機本体の吸込口に接続された吸込流路と、
    　前記圧縮機本体の吐出口に接続された吐出流路とを備え、
    　前記吸込流路から前記吸込口を介して流体を吸い込み、該流体を前記圧縮空間で圧縮して、前記吐出口を介して前記吐出流路に吐出する圧縮機であって、
    　前記ケーシングと前記ロータ軸の間に配設され、前記ロータ軸に周設された回転環と、前記ロータ軸と略垂直な前記回転環の垂直端面に当接可能となるように弾性部材を介して前記ケーシングに設けられた静止環とを有するドライガスシールと、
    　前記吐出流路と一端が接続されるとともに前記ドライガスシールの回転環の外周面と前記ケーシングの間の空間と連通するように他端が接続され、シールガス調整弁が介設されたシールガス流路と、
    　前記回転環の下方の前記ケーシングに形成された貫通孔を介して前記空間と連通するように一端が接続され、他端が前記吸込流路に接続されたドレンガス流路と
    　を備えることを特徴とする圧縮機。
  2. 　前記ドレンガス流路にオリフィスが介設されたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
  3. 　前記ドレンガス流路に流量調整弁が介設されたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
  4. 　前記吸込流路と一端が接続され逆止弁を介して前記シールガス流路に他端が接続された緊急流路を備えることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
  5. 　前記緊急流路に遮断弁を設けたことを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
  6. 　前記シールガス流路にシールガスを供給するシールガス供給源を接続したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
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