JP2918773B2 - 遠心式圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠心式圧縮機に係り、
水のような蒸発可能な液体をガス流内に直接噴射して圧
縮機の機能を高めるのに好適な液注入ノズルを有する遠
心式圧縮機に関するものであり、エチレンプラント用分
解ガス圧縮機、ブタジエンプラント用プロセスガス圧縮
機、各種冷凍サイクル用圧縮機、空気圧縮機等に利用さ
れる。

【０００２】

【従来の技術】遠心式ガス圧縮機においては、蒸発可能
な液体を圧縮機のガス流中に噴射して該液体を蒸発させ
ながら圧縮を行う湿式圧縮が有利であることが知られて
いる。例えば、米国特許２７８６６２６号、特公平４−
３４０００号公報には、次の目的をもって、液注入ノズ
ルを設けたものが開示されている。取扱いガス中に含
まれるミスト、ダスト等の汚れがガス流路に付着または
堆積するのを防止するために、洗浄を目的として液を注
入する。取扱いガス中の組成の１部がスラッジを形成
し、回転体または静止体に付着または堆積するのを防止
するために洗浄液を注入する。

【０００３】取扱いガス中の組成の１部が温度上昇に
つれ、スラッジを形成しやすくなる場合、液の注入によ
りその液の気化を利用してガスの温度上昇を抑えるよう
に液注入を行う。ガスの温度を下げることにより圧縮
に要する動力を低減させるように液を注入する。冷凍
サイクル中において、冷媒を液状態にて圧縮ラインに戻
し再昇圧するとき、液からガスへの気化を圧縮系内にて
行うように、液を注入させる。

【０００４】液注入ノズルの例を図２、図３を参照して
説明する。図２は、米国特許２７８６６２６号に開示さ
れた従来の遠心式圧縮機の要部断面図、図３は、特公平
４−３４０００号公報に開示された従来の遠心式圧縮機
の要部断面図である。図２において、１は、１段目の羽
根車、４は次段羽根車、６は、羽根車１の後流部となる
ディフューザ、７は、ディフューザ６からのガス流を次
段羽根車４へ流入させるリターン流路のリターンベー
ン、８はディフューザベーン、１０は回転軸、Ｃは、回
転軸１の軸心である。

【０００５】図２に示す遠心式圧縮機では、液注入ノズ
ル２Ａは、ディフューザ６からリターンベーン７へ移行
する部分に１個のみ設けられている。この装置では、液
注入ノズル２Ａから噴射注入された液が、十分に全周一
様性をつくりだすことが困難であること、次段羽根車４
への流れ込みが直ぐにあることから、液が十分に気化し
きれず、したがって、ガス流を十分に冷やしきれないと
いう不具合があった。要するに、液注入ノズル２Ａから
注入されてから次段羽根車４へ至るまでの通路経路が短
く、昇温、気化又は霧状態には容易にならず、その注入
目的を十分に発揮できないものであった。

【０００６】上記欠点を補う技術として、図３に示す遠
心式圧縮機が知られている。図３において、図２と同一
符号のものは図３の例と同等部分を示す。図３に示す遠
心式圧縮機では、液注入ノズル２Ｂは、羽根車１の出口
部であるディフューザ部６に設け、かつ全周に分布して
配置してあることから図２の遠心式圧縮機の欠点を補う
ものである。しかし、図３に示すものは、ディフューザ
ベーンが無いことを前提とした発明であり、ディフュー
ザベーンがある場合には好ましくないものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】流体効率の向上を図る
ためには、ディフューザベーンが有効であることはよく
知られている。そこで、ディフューザベーンを設けた状
態で、効果的に液注入を行うことが本発明の課題となる
ものである。本発明が解決しようとする課題を具体的に
列記する。 （１）注入液を全周に対し一様にするためには、羽根車
から吐出されるガスがディフューザベーンに入る前に液
を注入することが効果的である。 （２）次段羽根車は圧縮により温度上昇しており、羽根
車の近傍では最も高温部分である、この高温部近傍を注
入された液が通過することにより、液注入口から入った
液は液注入ノズルに至る間に加温され、温度上昇する。
この間の温度上昇により、注入された液はガス通路部に
て気化されやすくなる。

【０００８】（３）全周に対し液注入の一様性をきたす
には、液注入ノズルが、周方向にて均一分布で複数個配
置されていることが望ましい。 （４）注入液の多方向への一様分布、早期気化、液状に
て衝突することによるドレーンアタック、エロージョ
ン、コロージョンを防止する必要がある。 （５）回転体である羽根車に直接液が衝突せず、霧状に
て接触するようにして、振動、エロージョン、コロージ
ョンを防止する必要がある。

【０００９】上記各技術課題を総合して、本発明の目的
は、従来技術の問題点を解決し、内部洗浄、温度降下、
注封入によるガス補充等を行うために、圧縮機系内へ液
の注入を行うに際し、液注入の全周一様性を確保しつ
つ、かつ、液が早期に容易に気化しやすい構造を実現す
る遠心式圧縮機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し、特に
注入液を全周に対し一様に供給するために、本発明の遠
心式圧縮機に係る第一の発明の構成は、ケーシング内に
支持された回転軸と、この回転軸の軸心方向に配設され
た複数の圧縮段を構成する、回転軸とともに回転する羽
根車と、この羽根車の後流部となるディフューザベーン
を有したディフューザと、このディフューザからのガス
流を次段羽根車へ流入させるリターン流路とを有し、蒸
発可能な液体をガス流路に噴出するようにした遠心式圧
縮機において、上記蒸発可能な液体をガス流路に噴出す
る液注入ノズルを、少なくとも１段の羽根車の芯板側の
ケーシング壁面に設けたものである。

【００１１】また、上記目的を達成し、特に注入された
液をガス通路部にて気化されやすくするために、本発明
の遠心式圧縮機に係る第二の発明の構成は、上記第一の
発明の構成に加えて、液注入ノズルへ液体を導く液注入
経路を、次段羽根車の出口部近傍を通過するように配置
したものである。

【００１２】さらに、上記目的を達成し、特に注入液を
全周に対し一様に供給するために、本発明の遠心式圧縮
機に係る第三の発明の構成は、液注入ノズルは、羽根車
の芯板側のケーシング壁面に、周方向にて複数個配置し
たものである。

【００１３】

【作用】上記技術的手段による働きを図４を参照して説
明する。図４は、一般的な多段遠心式圧縮機におけるガ
スの流れを示す要部断面図である。図４の各部の符号
は、先の図２および後述する図１と同一部分は同一符号
で示している。ガスが羽根車１を出て、次段羽根車４に
至る間に、蒸発可能な液体を系内へ流入しようとすると
き、液ができるだけ全周一様性をもち、かつ、できるだ
け長い通路を通り、長期間にわたり主流を流れるガスに
混在し、かつ多くの通路面に接するようにするには、液
注入ノズルの位置は羽根車の芯板側のケーシング壁面が
最適である。

【００１４】図４に示す如く、主流のガス流れは、白抜
きの矢印に示す（イ）−（ロ）−（ハ）−（ニ）である
が、ステージラビリンス９と回転体１０との間の隙間を
通って流れる内部リサイクル流れとして、実線矢印に示
す（ホ）−（ヘ）−（ト）がある。この（ホ）−（ヘ）
−（ト）の流れにのせて液注入を行うように、本発明で
は、羽根車の芯板側のケーシング壁面に図１に示す液注
入ノズル２を設けている。液はディフューザベーン８に
流入する以前に、羽根車１を流出した主流の流れ（ロ）
と混合することになる。

【００１５】系内への液の注入の目的は、先に従来の技
術の欄に〜として記入したが、いずれの場合も液注
入された後は液玉状であるよりも、霧状、または早期に
気化してガス状である方が、液注入目的の達成に効果的
である。液注入に際し、吹出しする部分での圧力よりも
高い圧力となるよう液供給側にて昇圧することは当然な
がら、この注入源側にて加温を行うことは設備的に大変
であり、従来は加温，予温は行なわないことが多い。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図４を
参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係る多
段遠心式圧縮機の要部断面図である。図１では、１段の
羽根車と次段の羽根車を示しているが、本発明では段数
は限定されるものではなく、一軸多段であればよい。図
１において、１は、１段目の羽根車、１ａは、羽根車１
の芯板、１ｂは、羽根車１の側板である。

【００１７】２は、羽根車の芯板１ａ側のケーシング壁
面１３ａに設けた液注入ノズル、３は液注入口、４は次
段羽根車、５は次段羽根車ディフューザ壁、６は、羽根
車１の後流部となるディフューザ、７は、ディフューザ
６からのガス流を次段羽根車４へ流入させるリターン流
路のリターンベーン、８はディフューザベーン、９はス
テージラビリンス、１０は回転軸、Ｃは、回転軸１０の
軸心、１１は、ディフューザ６からのガス流を次段羽根
車４へ流入させるリターン流路のリターンコーナ、１２
はインペラアイラビリンスである。

【００１８】本実施例の一軸多段遠心式圧縮機は、ケー
シング１３内に支持された回転軸１０の軸心Ｃの方向に
複数の圧縮段を構成するもので、回転軸１０とともに回
転する羽根車１と、この羽根車１の後流部となるディフ
ューザ６と、このディフューザ６からのガス流を次段羽
根車４へ流入させるリターンコーナ１１，リターンベー
ン７を有し、水などの蒸発可能な液体をガス流路に噴出
する液注入ノズル２を、羽根車１の芯板１ａ側のケーシ
ング壁面１３ａに設け、この液注入ノズル２へ液体を導
く液注入経路を、液注入口３から次段羽根車４の出口部
近傍である次段羽根車ディフューザ壁５近傍を通過する
ように設けている。

【００１９】液注入ノズル２は、前記ケーシング壁面１
３ａに、周方向にて複数個配置している。なお、図１で
は、液注入ノズル２と液注入口３とが一経路のものを示
しているが、複数個の液注入ノズル２に対して液注入口
３は同一個数であっても良いし、液注入口３を集合させ
液注入ノズル２よりも少ない数としても良い。

【００２０】羽根車１で昇圧され吐出されたガスの流れ
はディフューザ部６に流入し、このディフューザ部６に
はディフューザベーン８が設けられている。次に、流れ
はリターンコーナ１１を通り、リターンベーン７に流入
する。このリターンベーン７にて次段羽根車４に流入す
るに最適な流れに整流されている。また、この静止部で
の流れ変化は、速度エネルギーを圧力エネルギーに変え
るものである。

【００２１】図４は上記ガスの流れを矢印で示したもの
である。ガスの流れの主流は、白抜き矢印の如く（イ）
−（ロ）−（ハ）−（ニ）と流れる。また、ディフュー
ザ部６、リターンベーン７にて圧力上昇することにより
ステージラビリンス９を通る内部流れは、実線矢印のよ
うに（ホ）−（ヘ）−（ト）が生じる。一方、インペラ
アイラビリンス１２を通る内部流れ（チ）−（リ）が生
じる。

【００２２】この遠心式圧縮機において、下記のような
目的をもつ液注入が行われる。取扱いガス中に含まれ
るミスト、ダスト等の汚れが付着または堆積するのを防
止するために洗浄を目的に液を注入する。取扱いガス
中の組成の１部がスラッジを形成し回転体または静止体
に付着または堆積するの防止するために洗浄液を注入す
る。取扱いガス中の組成の１部が温度上昇につれスラ
ッジを形成しやすくなる場合、液の注入によりその液の
気化を利用してガスの温度上昇を抑える目的で注入す
る。

【００２３】ガスの温度を下げることにより、圧縮に
要する動力を低減させるべく液を注入する。冷凍サイ
クル中において、冷媒を液状態にて圧縮ラインに戻し再
昇圧するとき、液からガスへの気化を圧縮機系内にて効
率良く行うべく液を注入させる。いずれの場合において
も、系内へ注入される液は流れ全体に分散して注入さ
れ、かつ、可能な限り細かいいわゆる霧状になり、かつ
気化しやすいように予温されている方が、その目的を達
成するのに効果的である。

【００２４】羽根車１を流出したガスは、ディスーザベ
ーン８、リターンベーン７にて流れが規制されているこ
とから、全周一様性をもった液注入を行うには、もし、
このベーン部分で行うとするとベーンに規制された区間
毎に液注ノズルを設け、かつ各ノズル同量の注入を行う
ことが必要となり、これを実現させるには制御を含め、
多大な設備が必要となる。

【００２５】従来例を図２，３に示したが、いずれもベ
ーンの無い区間に注入しているので、特殊な制御注入設
備を必要としていない。しかし、先に従来技術として説
明したように、図２の場合には注入されてから次段羽根
車４へ至るまでの通路経路が短く、昇温、気化または霧
状態には容易にならず、液注入の目的を十分に発揮でき
ない。これを改善したのが図３であるが、ディフューザ
ベーンが無いことを前提としたアイデアであり、ディフ
ューザベーンがある場合には好ましくない。

【００２６】本実施例においては、羽根車１の芯板１ａ
側の壁ケーシング壁面１３ａから液注入することによ
り、注入液は羽根車１側面にて全周に飛散され、霧状と
なり、かつ、全周一様性をもってディフューザ部６、リ
ターン部へと流れる。これは図４に示す如く内部流れ
（ホ）−（ヘ）−（ト）に乗る流れがあるので、効果的
である。

【００２７】側板１ｂ側のケーシング壁面も羽根車に対
しては、同様な位置にあるが、この側板１ｂ側壁面の流
れは（チ）−（リ）と流れており、この流れに液を注入
するとインペラアイラビリンス１２に液が注入されるこ
とになり、狭い隙間内での液を含んでの流れはエロージ
ョン、コロージョンのみならず、振動発生原因ともなり
うる。したがって、液注入場所としては側板１ｂ側は不
適当である。

【００２８】圧縮機内部においては、圧縮されることか
ら、次段羽根車の出口が前段羽根車の出口温度よりも必
ず高い。したがって、次段羽根車ディフューザ壁面５に
近接させて通る経路によって注入された液は、この間で
予温されることとなり、気化に必要なエネルギーを与え
られることから、より液注入の効果を発揮してくれる。

【００２９】特に、本実施例では、液注入ノズル２は、
羽根車１の芯板１ａ側のケーシング壁面１３ａに、周方
向にて複数個配置しているので、液注入の全周一様性
に、より効果的である。また、液注入ノズル２の噴射部
先端は、噴出する液体が噴霧状となるようにノズル形状
を設定しているので、液が液状にて羽根車１に衝突する
ことによるドレーンアタック、エロージョン、コロージ
ョンを防止することができる。

【００３０】さらに、液注入ノズル２の出口方向は、噴
出する液滴が羽根車１の芯板１ａに直接衝突しない向き
としているので、羽根車に直接液が衝突せず、霧状にし
て接触させることができ、より効果的に振動、エロージ
ョン、コロージョンを防止することができる。

【００３１】なお、上記実施例では、液注入ノズルを、
１段の羽根車の芯板側のケーシング壁面に、周方向にて
複数個設けた例を説明したが、本発明はこれに限定され
るものではない。たとえば、１段の羽根車の芯板側のケ
ーシング壁面に１個設けても相応の効果をもたらすこと
ができる。また、液注入ノズルを、複数段の羽根車の芯
板側のケーシング壁面に設けても差し支えない。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、内部洗浄、温度降下、注封入によるガス補充等を
行うために、圧縮機系内へ液の注入を行うに際し、液注
入の全周一様性を確保しつつ、かつ、液が早期に容易に
気化しやすい構造を実現する遠心式圧縮機を提供するこ
とができる。注入する場所をクレーム１〜３の形とする
ことにより、全周一様性を有しかつ、気化しやすく、安
易な、安価な吸込、注入装置となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る多段遠心式圧縮機の要
部断面図である。

【図２】従来の遠心式圧縮機の要部断面図である。

【図３】従来の他の遠心式圧縮機の要部断面図である。

【図４】一般的な多段遠心式圧縮機におけるガスの流れ
を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１…羽根車、１ａ…芯板、２…液注入ノズル、３…液注
入口、４…次段羽根車、５…次段羽根車ディフューザ
壁、６…ディフューザ部、７…リターンベーン、８ディ
フューザベーン、１０…軸、１３…ケーシング、１３ａ
…ケーシング壁面。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内に支持された回転軸と、こ
   の回転軸の軸心方向に配設された複数の圧縮段を構成す
   る、回転軸とともに回転する羽根車と、この羽根車の後
   流部となるディフューザベーンを有したディフューザ
   と、このディフューザからのガス流を次段羽根車へ流入
   させるリターン流路とを有し、蒸発可能な液体をガス流
   路に噴出するようにした遠心式圧縮機において、 上記蒸発可能な液体をガス流路に噴出する液注入ノズル
   を、少なくとも１段の羽根車の芯板側のケーシング壁面
   に設けたことを特徴とする遠心式圧縮機。
2. 【請求項２】 液注入ノズルへ液体を導く液注入経路
   を、次段羽根車の出口部近傍を通過するように配置した
   ことを特徴とする請求項１記載の遠心式圧縮機。
3. 【請求項３】 液注入ノズルは、羽根車の芯板側のケー
   シング壁面に、周方向にて複数個配置したことを特徴と
   する請求項１もしくは２記載のいずれかの遠心式圧縮
   機。