JP2008190487A - Centrifugal fluid machine - Google Patents
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Abstract
【課題】遠心型流体機械において、ラビリンスシールへ高圧流体を噴射するための流路を容易に形成できると共に、回転軸の励振を低減できるようにする。
【解決手段】遠心型流体機械50は、流体を昇圧する遠心羽根車2と、この遠心羽根車2を駆動する回転軸1と、遠心羽根車2によって昇圧された流体が回転部と静止部との隙間を通ることを抑制する複数条のシールフィン22aを有するラビリンスシール22とを備える。ラビリンスシール22を通過する漏れ流れの上流側における隣接したシールフィン22a間に高圧流体を噴出する噴出口22cを設けると共に、この噴出口22cから噴射された高圧流体が回転方向に流れるのを阻止するように噴出口22cの回転方向側に近接して仕切壁22dを設ける。
【選択図】図2In a centrifugal fluid machine, a flow path for injecting a high-pressure fluid to a labyrinth seal can be easily formed, and excitation of a rotating shaft can be reduced.
A centrifugal fluid machine 50 includes a centrifugal impeller 2 that pressurizes a fluid, a rotary shaft 1 that drives the centrifugal impeller 2, and a fluid that has been pressurized by the centrifugal impeller 2 with a rotating portion and a stationary portion. And a labyrinth seal 22 having a plurality of seal fins 22a that suppress passage through the gap. A jet port 22c for jetting high-pressure fluid is provided between adjacent seal fins 22a on the upstream side of the leak flow passing through the labyrinth seal 22, and the high-pressure fluid jetted from the jet port 22c is prevented from flowing in the rotation direction. Thus, the partition wall 22d is provided close to the rotational direction side of the jet nozzle 22c.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、ラビリンスシールを備えた遠心型流体機械に係り、特に、炭化水素ガスや炭酸ガスをはじめ各種ガスを取扱う遠心型流体機械、例えば石油化学や天然ガスのプラントに用いられている高圧用途の多段遠心圧縮機などに好適なものである。 The present invention relates to a centrifugal fluid machine provided with a labyrinth seal, and in particular, a centrifugal fluid machine that handles various gases including hydrocarbon gas and carbon dioxide gas, for example, high-pressure applications used in petrochemical and natural gas plants. It is suitable for a multistage centrifugal compressor.
石油化学や天然ガスのプラントに用いられている一般的な多段遠心圧縮機の最終段遠心羽根車まわりの構造を図5に示す。この多段遠心圧縮機は、回転による遠心力で流体を昇圧する流体機械である。 FIG. 5 shows the structure around the final stage centrifugal impeller of a general multistage centrifugal compressor used in a petrochemical or natural gas plant. This multistage centrifugal compressor is a fluid machine that pressurizes a fluid by centrifugal force caused by rotation.
外部から入力される駆動力によって回転軸1が回転すると、それに固定された遠心羽根車2が連続的に流体を昇圧する。遠心羽根車2で昇圧された流体は、その遠心羽根車2の入口側に逆流しようとするので、それを制限するためにマウスシール20が設けられる。多段遠心圧縮機では、段毎に流体圧力が増加するので、軸方向において段間に圧力差が発生する。昇圧された流体が前段へ逆流する量を制限するためにステージシール21が設けられる。最終段の遠心羽根車2の背面には、軸方向推力をバランスさせるために、バランスピストン3が回転軸1に固定される。最終段の遠心羽根車2で昇圧された流体がこのバランスピストン3を越えて低圧部へ流れ出る量を制限するためにバランスピストンシール22が設けられる。絶対圧力としても、差圧としても、このバランスピストンシール22にかかる圧力が他のシール20、21にかかる圧力と比べて最も大きい。遠心羽根車2のまわりに配置されるこれらのシール20〜22には、ラビリンスシールが用いられる。
When the rotating
高圧用途の多段遠心圧縮機では、これらのシール20〜22を通過する流体による流体力が大きくなり、回転軸1の安定性に影響を及ぼす。この流体力は、絶対圧力、差圧が最も大きいバランスピストンシール22において、最も大きくなる。バランスピストンシール22における流体力が回転軸1を不安定化するかどうかは、バランスピストンシール22を通過する流体の旋回成分が大きく関係する。即ち、羽根車側からバランスピストンシール22へ流れ込む流体は、回転方向の旋回成分を持っており、この旋回成分が回転軸1の固有振動モードの前回りモードを励振する。
In a multistage centrifugal compressor for high pressure applications, the fluid force by the fluid passing through these
ラビリンスシールを通過する流体の旋回成分の影響を減少させる従来の遠心型流体機械としては、実公昭63−16938号公報(特許文献1)に示されたものがある。この遠心型流体機械は、回転軸に沿う高圧部から低圧部への流体漏れを防止すべく、同回転軸の周面とこれに近接する静止部との間に、複数のシールフィンからなるラビリンスシールを備え、同ラビリンスシールの隣接するシールフィンの相互間におけるシール室内へ上記高圧部から導かれた流体を噴出するノズル孔が、上記静止部に設けられて、同ノズル孔の噴出方向が上記回転軸の回転方向と逆向きに形成されている。 A conventional centrifugal fluid machine that reduces the influence of the swirling component of the fluid passing through the labyrinth seal is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 63-16938 (Patent Document 1). This centrifugal fluid machine has a labyrinth composed of a plurality of seal fins between a peripheral surface of the rotating shaft and a stationary portion adjacent to the rotating shaft so as to prevent fluid leakage from the high pressure portion along the rotating shaft to the low pressure portion. A nozzle hole is provided in the stationary part, the nozzle hole for ejecting the fluid guided from the high pressure part into the seal chamber between adjacent seal fins of the labyrinth seal, and the ejection direction of the nozzle hole is It is formed in the direction opposite to the rotation direction of the rotation shaft.
しかし、特許文献1の遠心型流体機械では、ラビリンスシールの内周面に対して接線方向を向くような流路を形成する必要があり、その流路の形成が面倒であると共に、接線方向への必要な噴射力を得るために十分な流路長さを確保することが必要であり、その流路長さを確保することが難しい場合があった。
However, in the centrifugal fluid machine of
本発明の目的は、ラビリンスシールへ高圧流体を噴射するための流路を容易に形成できると共に、回転軸の励振を低減できる遠心型流体機械を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a centrifugal fluid machine that can easily form a flow path for injecting a high-pressure fluid to a labyrinth seal and can reduce excitation of a rotating shaft.
前述の目的を達成するために、本発明は、流体を昇圧する遠心羽根車と、前記遠心羽根車を駆動する回転軸と、前記遠心羽根車によって昇圧された流体が回転部と静止部との隙間を通ることを抑制する複数条のシールフィンを有するラビリンスシールと、を備え、前記ラビリンスシールを通過する漏れ流れの上流側における隣接した前記シールフィン間に高圧流体を噴出する噴出口を設けた遠心型流体機械において、前記噴出口から噴射された高圧流体が回転方向に流れるのを阻止するように前記噴出口の回転方向側に近接して仕切壁を設けたことにある。 In order to achieve the above-described object, the present invention provides a centrifugal impeller that pressurizes a fluid, a rotating shaft that drives the centrifugal impeller, and a fluid pressurized by the centrifugal impeller includes a rotating portion and a stationary portion. A labyrinth seal having a plurality of seal fins that suppress passage through the gap, and provided with a jet port for ejecting high-pressure fluid between the adjacent seal fins on the upstream side of the leakage flow passing through the labyrinth seal In the centrifugal fluid machine, a partition wall is provided adjacent to the rotation direction side of the jet port so as to prevent the high-pressure fluid jetted from the jet port from flowing in the rotation direction.
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
(1)前記高圧流体の噴出口及び前記仕切壁を周方向の複数箇所に均等に設けたこと。
(2)前記遠心羽根車を前記回転軸の軸方向に複数段に設け、前記遠心羽根車の最終段に設けられたディフーザの出口やスクロール部から抽出した高圧流体を前記高圧流体として用いること。
(3)前記最終段の遠心羽根車の背面に軸方向推力をバランスさせるバランスピストンを設け、前記バランスピストンの外周面に対向するケーシングの内周面に前記ラビリンスシールを装着し、前記遠心羽根車の最終段に設けられたディフーザの出口やスクロール部から抽出した高圧流体を前記ケーシング及び前記ラビリンスシールの中心方向に直線状の流路を通して噴射すること。
A more preferable specific configuration example of the present invention is as follows.
(1) The high-pressure fluid jets and the partition walls are provided evenly at a plurality of locations in the circumferential direction.
(2) The centrifugal impeller is provided in a plurality of stages in the axial direction of the rotating shaft, and a high-pressure fluid extracted from an outlet or a scroll portion of a diffuser provided in the final stage of the centrifugal impeller is used as the high-pressure fluid.
(3) A balance piston for balancing axial thrust is provided on the back surface of the final stage centrifugal impeller, and the labyrinth seal is mounted on the inner peripheral surface of the casing facing the outer peripheral surface of the balance piston. The high pressure fluid extracted from the outlet of the diffuser provided at the last stage and the scroll portion is sprayed through a linear flow path toward the center of the casing and the labyrinth seal.
係る構成の本発明の遠心型流体機械によれば、ラビリンスシールへ高圧流体を噴射するための流路を容易に形成できると共に、回転軸の励振を低減できる。 According to the centrifugal fluid machine of the present invention having such a configuration, a flow path for injecting high-pressure fluid to the labyrinth seal can be easily formed, and excitation of the rotating shaft can be reduced.
以下、本発明の遠心型流体機械の一実施形態について図1から図4を用いて説明する。なお、図1から図4と図5における同一符号は同一物または相当物を示す。 Hereinafter, an embodiment of a centrifugal fluid machine according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. 1 to 4 and FIG. 5 indicate the same or equivalent components.
まず、図1を参照しながら本実施形態の遠心型流体機械50について説明する。図1は本実施形態の多段遠心圧縮機50の最終段遠心羽根車まわりの断面図である。本実施形態の多段遠心圧縮機50は、石油化学や天然ガスのプラントに用いられる高圧用途の多段遠心圧縮機である。
First, the
回転軸1は外部から入力される駆動力によって回転される。回転軸1が回転すると、それに固定された遠心羽根車2が連続的に流体を昇圧する。遠心羽根車2は、回転軸1に多段に装着されて回転軸1と共に回転され、格段毎に流体を中心部側面から吸込み昇圧して外周から吐出する。各段の遠心羽根車2の間には、スリーブ4が介在されている。
The rotating
遠心羽根車2で昇圧された流体は、その遠心羽根車2の入口側に逆流しようとするので、それを制限するためにマウスシール20が設けられている。マウスシール20は、ケーシングの吸込み部30aの内周面に装着され、ケーシングの吸込み部30aと遠心羽根車2の吸込み部2aとの隙間をシールする。マウスシール20には、軸方向に複数条のシールフィン20aが形成されたラビリンスシールが用いられている。
Since the fluid pressurized by the
多段遠心圧縮機では、段毎に流体圧力が増加するので、軸方向において段間に圧力差が発生する。昇圧された流体が前段へ逆流する量を制限するためにステージシール21が設けられている。ステージシール21は、ケーシングの各段を区画する区画部30bの内周面に装着され、ケーシングの仕切部30bとスリーブ4との隙間をシールする。ステージシール21には、軸方向に複数条のシールフィン21aが形成されたラビリンスシールが用いられている。
In a multistage centrifugal compressor, the fluid pressure increases from stage to stage, so that a pressure difference occurs between the stages in the axial direction. A
最終段の遠心羽根車2の背面には、軸方向推力をバランスさせるために、バランスピストン3が回転軸1に固定されている。バランスピストン3の低圧側は、ストレートスルー式の場合には初段遠心羽根車の吸込部、バックトゥーバック式の場合には低圧グループの最終段遠心羽根車出口に接続されている。そのため、バランスピストン3のシール部には大きな差圧が働くことになる。最終段の遠心羽根車2で昇圧された流体がこのバランスピストン3を越えて低圧部へ流れ出る量を制限するためにバランスピストンシール22が設けられている。バランスピストンシール22は、ケーシングの最終段背面部30cの内周面に装着され、ケーシングの最終段背面部30cとバランスピストン3との隙間をシールする。バランスピストンシール22には、軸方向に複数条のシールフィン22aが形成されたラビリンスシールが用いられている。このバランスピストンシール22にかかる圧力は、絶対圧力としても、差圧としても、他のシール20、21にかかる圧力と比べて最も大きい。
On the back surface of the
次に、図1から図4を参照しながら、高圧流体をバランスピストンシール22に噴射することに関して説明する。図2は図1のA−A断面図、図3は図2のB−B断面図、図3は図2のC方向矢視図である。なお、図2から図4では、構成要素を一部を省略して表すと共に、高圧流体の流れを実線の矢印で表してある。
Next, the injection of high-pressure fluid onto the
バランスピストンシール22を通過する漏れ流れの上流側における隣接したシールフィン22a間には、高圧流体を噴出する噴出口22cが設けられている。この隣接したシールフィン22aの間隔は、他のシールフィン22aの間隔よりも大きくなっている。これによって、高圧流体による励振防止機能をより有効に発揮させることができる。また、噴出口22bは周方向の複数箇所に均等に設けられている。
Between the
遠心羽根車2の最終段に設けられたディフーザの出口やスクロール部から抽出した高圧流体は、ケーシングの最終段の背面部30cの高圧流体通路30d及びバランスピストンシール22の高圧流体通路22bを通して噴出口22cに導かれる。これによって、容易に高圧流体を噴出口22cより噴射することができる。
The high pressure fluid extracted from the outlet of the diffuser provided at the final stage of the
高圧流体通路30d、22bは、ケーシングの最終段の背面部30c及びバランスピストンシール22の中心方向に向かう直線状の流路で形成されている。これによって、高圧流体通路30d、22bを簡単に形成することができる。また、仕切壁22cは噴出口22bと同様に周方向の複数箇所に均等に設けられている。これによって、高圧流体による励振防止機能をより有効に発揮させることができる。なお、仕切壁22cはバランスピストンシール22の内周面に一体に設けられている。
The high-
噴出口22cから噴射された高圧流体が回転方向に流れるのを阻止するように噴出口22cの回転方向側に近接して仕切壁22dが設けられている。これによって、噴出口22cから噴射された高圧流体は、図2及び図4の実線矢印に示すように、バランスピストン3の外周面に衝突すると共に、仕切壁22dによってバランスピストン3の回転方向に流れることが妨げられ、バランスピストン3の回転方向とは逆の方向に流れて行く。この逆旋回する流れは、シール差圧のために次第にシールフィン22aを通過して、低圧側へ流れて行く。
A
この高圧流体の大部分は低圧側へ流れて行くが、一部は羽根車側からシール部に入り込む流れを抑制するために羽根車側へ流れて行く。高圧流体が羽根車側からの流れに打ち勝って、羽根車側へ流れて行くためには、高圧流体の圧力は、最終段遠心羽根車1の出口圧力より、高くなければならない。このために、上述したように高圧流体に用いる流体を最終段のディフユーザ出口やスクロール部などから抽出するようにしている。
Most of the high-pressure fluid flows to the low-pressure side, but a part flows to the impeller side in order to suppress the flow entering the seal portion from the impeller side. In order for the high pressure fluid to overcome the flow from the impeller side and flow to the impeller side, the pressure of the high pressure fluid must be higher than the outlet pressure of the final stage
バランスピストンシール22におけるシール隙間を流れる流体が回転軸1の回転方向と同じ方向の旋回成分を有すると、回転軸1が振れたときに、その振れの方向だけではなく、それとは直交する方向にも流体力が発生する。これはクロスカップリング剛性と呼ばれ、回転軸1が前回りに振れ回るとき、それを助長するような作用をする。従って、バランスピストンシール22におけるシール隙間を流れる流体は旋回成分を持たないことが望まれる。しかしながら、遠心羽根車2の出口からバランスピストン3の外側に設けられたバランスピストンシール22に流れ込む流体は、遠心羽根車2の回転によって旋回成分を持っており、そのままシールに流れ込むと、このクロスカップリング剛性によりロータ振れ回りの不安定化が起こる。
If the fluid flowing through the seal gap in the
本実施形態では、噴出口22cから噴射された高圧流体が回転方向に流れるのを阻止するように噴出口22cの回転方向側に近接して仕切壁22dが設けられているので、第一に、高圧流体によって遠心羽根車2側からの旋回流のバランスピストンシール22への流入を抑制し、クロスカッブリング剛性を低減することができる。第二に、高圧流体の噴出口22c付近に設けられた仕切壁22dにより、高圧流体自体が回転軸1の回転方向とは反対方向の旋回成分を持って吹き込まれることになり、クロスカップリング剛性のさらなる低減に寄与することができる。本実施形態では、このように高圧流体への逆旋回成分の付与は仕切壁22dによって実現されるので、従来のように高圧流体流路を径方向に対して傾ける必要がなく、十分な長さの高圧流体流路が確保できない場合でも適用可能である。
In the present embodiment, the
1…回転軸、2…遠心羽根車、3…バランスピストン、4…スリーブ、20…マウスシール、21…ステージシール、22バランスピストンシール(ラビリンスシール)、22a…シールフィン、22c…噴出口、30a…ケーシングの吸込み部、30b…ケーシングの仕切部、30c…ケーシングの最終段背面部、30d…高圧流体通路。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記噴出口から噴射された高圧流体が回転方向に流れるのを阻止するように前記噴出口の回転方向側に近接して仕切壁を設けた
ことを特徴とする遠心型流体機械。 A centrifugal impeller that pressurizes the fluid, a rotating shaft that drives the centrifugal impeller, and a plurality of seal fins that suppress the fluid pressurized by the centrifugal impeller from passing through the gap between the rotating portion and the stationary portion. A centrifugal fluid machine including a labyrinth seal, and provided with an outlet for ejecting a high-pressure fluid between the adjacent seal fins on the upstream side of a leakage flow passing through the labyrinth seal.
A centrifugal fluid machine characterized in that a partition wall is provided adjacent to the rotational direction side of the ejection port so as to prevent the high-pressure fluid ejected from the ejection port from flowing in the rotational direction.
Priority Applications (1)
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-
2007
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