JP5419615B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機に関し、特にブタジエンゴムの製造プロセスなどにおいてブタジエンガスを圧縮するための工程に用いて好適な圧縮機に関する。

従来、ブタジエンゴムの製造プロセスなどにおいてブタジエンガスを圧縮する工程において圧縮機が用いれられている（下記特許文献１参照）。ブタジエンガスは、有毒であるため取扱には極めて注意を要し、圧縮機から外部へ漏れることは厳禁であり、規定の放出部でのみ外部へ放出しなければならない。当然、運転員の出入りがある圧縮機周辺に漏れることが無いようにする必要がある。

一方、ブタジエンガスは、温度が８０℃を超えると重合反応を起して固着する。このため、９０℃程度の温度となる放出部につながる軸受部及びブタジエンガスの非浸入領域のガスシール部にブタジエンガスが浸入した場合、ブタジエンガスは重合反応を起こして固着してしまう。

遠心圧縮機では、ガスによるシール装置をメンテナンスフリーの目的に導入する事が多くなっているが、ブタジエンガス向けの設備では上記課題がある。そして、ガスシール部等の回転部にブタジエンガスが固着すると圧縮機は振動トラブル他により運転停止の原因となるため、ブタジエンガスの固着により突然運転停止とならないように管理するため、頻繁に開放点検を実施する必要がある。

ところで、一般に１次シールガスにはプロセスガスを利用する。これはブタジエンガスが製造プロセスにおいて異ガスの混入により製品劣化を引起すため、同一シールガスの利用を好むためである。しかし、圧縮機の運転停止時には圧力不足となるため別ラインからシールガスを供給する必要がある。

圧縮機の運転停止及び運転開始時には、供給するシールガスを変更するする必要があり、ブタジエンガスは固着しやすいため、別ラインのシールガスの供給を確実に行うことが望ましい。そして、圧縮機の運転停止は、圧縮機の回転軸に設置された速度センサ（タコメータ）を用い、速度センサ（タコメータ）の値に基づきシールガスの切替を実施している。

特開２００８−１５７０７７号公報

しかしながら、旧来の圧縮機本体の回転軸には、一般的には速度センサ（タコメータ）が設置されていないことが多く、新たに回転軸に速度センサ（タコメータ）を設置する場合、装置構成が複雑となり、製造コストが増大してしまうという問題がある。なお、安定的に運転した場合でもガスシール部には徐々にブタジエンガスが固着することが多いので、従来は、数カ月間隔で分解点検を行い、再運転迄に圧縮機をオーバホールする必要があった。

以上のことから、本発明は、速度センサ（タコメータ）が設置されていない場合であっても、定期点検のための停止・再起動によるシール部固着によるトラブルを未然防止し、オーバホール最小限或いは無しで再運転が可能な圧縮機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る圧縮機は、
ケーシングと、
前記ケーシングに軸受部を介して回転可能に支持される軸体と、
前記軸体に取り付けられ回転して被圧縮流体を圧縮する羽根車と、
前記ケーシング内に固定され前記軸体側に向かって突起状をなし前記被圧縮流体と同成分の流体が供給されて前記被圧縮流体を軸封する軸封部と、
前記ケーシングに接続され該ケーシング内に１次シールガスを供給する１次シールガス供給手段と、
前記軸受部への前記被圧縮流体の流入を抑制するシール手段と、
前記ケーシングに接続され該ケーシング内の前記シール手段に２次シールガスを供給する２次シールガス供給手段と、
前記ケーシングに接続され該ケーシング内の前記１次シールガス及び前記２次シールガスを排気する排気手段と、
前記軸体の回転方向における位置を検出して信号を出力する位置検知手段と、
前記位置検知手段からの信号に基づき前記軸体の停止時間を算出し、前記軸体の停止直前に、前記被圧縮流体が前記軸受部へ流入しないように前記シール手段に高圧の前記２次シールガスを供給するよう制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る圧縮機は、第１の発明に係る圧縮機において、
前記制御装置は、前記位置検知手段からの信号に基づき前記軸体の回転数を算出し、所定の回転数に達した時点から所定の時間が経過した時点で高圧の前記２次シールガスを供給するよう制御する
ことを特徴とする。

本発明によれば、速度センサ（タコメータ）が設置されていない場合であっても、定期点検のための停止・再起動によるシール部固着によるトラブルを未然防止し、オーバホール最小限或いは無しで再運転が可能な圧縮機を提供することができる。

そして、上記特許文献１に係る圧縮機を用いることで安定運転時におけるブタジエンガスによる固着を防止することが可能となるので、本発明と上記特許文献１に記載の圧縮機とを併用することにより、簡易な設備によりメンテナンスフリーの圧縮機を実現することが可能となる。

本発明の実施例に係る圧縮機の構成を示した模式図である。 本発明の実施例に係る圧縮機の制御装置における制御の内容を示した図である。

以下、本発明に係る圧縮機を実施するための形態について、図を参照しながら説明する。

以下、本発明に係る圧縮機の実施例について説明する。
はじめに、本実施例に係る圧縮機の構成について説明する。
図１に示すように、本実施例に係る圧縮機１は、圧縮機１の外殻を形成するケーシング１１と、ケーシング１１内に軸受部１２，１３を介して回転可能に支持される軸体１４と、ケーシング１１の径大な箇所に位置する軸体１４に設置され回転することにより被圧縮流体を圧縮する羽根車１０と、軸体１４における羽根車１０の近傍に径方向に向かって突出する台座２４とを備えている。

本実施例に係る圧縮機１は、ケーシング１１に接続されケーシング１１内に被圧縮流体と同じ流体１６を供給する第１の供給通路２０と、ケーシング１１内に設置され軸体１４に向かって突起状をなし被圧縮流体を軸封する軸封部１７ａ〜１７ｄ，１８ａ〜１８ｄと、台座２４に向かって突起状をなし被圧縮流体の軸受部１２，１３側への流入を抑制する軸封部１７ｅとを備えている。

第１の供給通路１５は、具体的には、ケーシング１１における羽根車１０の近傍、すなわち、第３番目の軸封部１７ｃ，１８ｃと第４番目の軸封部１７ｄ，１８ｄとの間に接続されている。なお、本実施例においては、流体１６として、例として、ブタジエンガスを供給する。

軸封部１７ａ〜１７ｄ，１８ａ〜１８ｄは、ケーシング１１内の軸受部１２，１３と羽根車１０との間において軸体１４の軸方向と同一方向に亘り、軸受部１２，１３側から羽根車１０側に向かって第１番目の軸封部１７ａ，１８ａ、第２番目の軸封部１７ｂ，１８ｂ、第３番目の軸封部１７ｃ，１８ｃ、第４番目の軸封部１７ｄ，１８ｄがそれぞれ配置される。

本実施例に係る圧縮機１は、ケーシング１１に接続されケーシング１１内に１次シールガスとして不活性ガス１９を供給する第２の供給通路２０と、圧縮機１の運転停止時に被圧縮流体が軸受部１２，１３側への流入を抑制するガスシール部２９ａ，２９ｂと、ケーシング１１に接続されガスシール部２９ａとガスシール部２９ｂとの間に２次シールガスとしてシールガス２６を供給する第３の供給通路２７とを備えている。

第２の供給通路２０は、具体的には、ケーシング１１における軸受部１２，１３の近傍、すなわち、第１番目の軸封部１７ａ，１８ａよりも軸受部１２，１３側に接続されている。また、第３の供給通路２７は、具体的には、ケーシング１１におけるガスシール部２９ａ，２９ｂの近傍、すなわち、ガスシール部２９ａとガスシール部２９ｂに接続されている。

本実施例に係る圧縮機１は、ケーシング１１に接続されケーシング１１内の不活性ガス１９及びシールガス２６を排気通路２１を通じて排気する２台のポンプ２２，２３と、ポンプ２２，２３とケーシング１１との間に排気通路２１を流通するガスを貯蔵するタンク２５とを備えている。なお、本実施例においては、ポンプ２２，２３を並列に配置する。

排気通路２１は、具体的には、ケーシング１１における第１の供給通路１５からの流体１６の供給位置と第２の供給通路２０との間、すなわち、第２番目の軸封部１７ｂ，１８ｂと第３番目の軸封部１７ｃ，１８ｃとの間に接続されている。

上述したように第１の供給通路１５、第２の供給通路２０、第３の供給通路２７及び排気通路２１をケーシング１１にそれぞれ接続することにより、流体１６のケーシング１１内への供給位置と軸受部１２，１３との間に排気通路２１が配置されることになり、流体１６が軸受部１２，１３側へ流出する前にポンプ２２，２３により排気通路２１を通じてより確実にケーシング１１内から排気される。

さらに、軸受部１２，１３の近傍に不活性ガス１９を供給し、ガスシール部２９ａ，２９ｂの近傍にシールガス２６を供給することにより、流体１６の軸受部１２，１３への流入を防ぐことができる。

したがって、流体１６の軸受部１２，１３への流入をより確実に防ぐことができる。なお、軸封部１７，１８と軸体１４との隙間の大きさ、及び、ポンプ２２，２３の排気力の大きさはそれぞれ適宜調整されており、流体１６の排気通路２１への流入は抑制されている。

なお、本実施例においては、ポンプ２２，２３が並列に配置されるため、ポンプ２２，２３をそれぞれ個別に制御して、一方を運用機とし他方を予備機として用いることで圧縮機３０を連続的に運用することができる。

また、本実施例においては、例として、２台のポンプ２２，２３を備える構成について説明したが、１台のポンプのみを備える構成としてもよく、このような構成とした場合であっても本実施例に係る圧縮機１と同様な作用効果を奏する。

また、本実施例においては、ポンプ２２，２３としては、摺動部のない排気装置であるダイヤフラム式のポンプを用いることは有効である。このようなポンプを用いることにより、排気通路２１を通ってポンプ２２，２３内に流体１６が流入したとしても、流体１６とこのポンプ２２，２３の機外とを封止するための機構を別途設ける必要がないため、装置構成を簡略化することができるため、製造コストの増加を抑制することができる。

また、本実施例に係る圧縮機１は、タンク２５によりポンプ２２，２３の作動によるケーシング１１内の圧力変動を抑制することができるため、圧力変動に起因する軸受部１２，１３の潤滑油への混入、及び、流体１６の排気通路２１への混入を抑制することができる。これにより、流体１６の品質の劣化を防止することができる。

また、本実施例においては、例として、タンク２５を備える構成について説明したが、タンク２５を備えない構成としてもよく、このような構成とした場合であっても本実施例に係る圧縮機１と同様な作用効果を奏する。

また、本実施例においては、流体１６として、例として、ブタジエンガスを供給している。流体１６としてブタジエンガスを供給した場合に不活性ガス１９が供給され流体１６が軸受部１２，１３へ流入を防ぐことができる。よって、流体１６がブタジエンガスであっても、ブタジエンガスの重合反応によるポリマの発生に起因する軸受部１２，１３の性能が劣化することを防止することができる。

また、ケーシング１１における第２の供給通路２０よりも軸受部１２，１３近傍には、ガスシール部２９ａとガスシール部２９ｂとの間にシールガス２６を供給するための第３の供給通路２７が接続されている。なお、本実施例においては、シールガス２６に不活性ガスである窒素を用いたがこの他の不活性ガスを用いてもよい。これにより、軸受部１２，１３を潤滑する潤滑油の排気通路１９への流入を防止することができる。

すなわち、本実施例に係る圧縮機１では、軸受部１２，１３側から羽根車１０側に亘って、第３の供給通路２７、第２の供給通路２０、排気通路２１、の順にて、ケーシング１１に接続されている。なお、第１の供給通路１５、第２の供給通路２０、第３の供給通路２７及び排気通路２１とケーシング１１との間には逆止弁２８をそれぞれ設置する。

したがって、本実施例に係る圧縮機１によれば、被圧縮流体が流体１６により軸封される。また、本実施例に係る圧縮機１によれば、ケーシング１１内に不活性ガス１９が供給され、この不活性ガス１９がポンプ２２，２３により排気通路２１を通じてケーシング１１内から排気されるため、流体１６の軸受部１２，１３への流入を防ぐことができる。

さらに、本実施例に係る圧縮機１によれば、ポンプ２２，２３により流体１６もケーシング１１内から排気されるため、この流体１６の軸受部１２，１３への流入を防ぐことができる。また、本実施例に係る圧縮機１によれば、構造が簡易であるため、製造コストの増加を抑制することができる。

本実施例に係る圧縮機１は、軸体１４の端部に設置され、軸体１４の回転方向における位置を検出して信号を出力する位置検知手段である軸位置計（位相検知センサ）３０を備えている。軸位置計（位相検知センサ）３０は軸体１４の端部に設置された周面にキー溝が形成された被測定部３０ａと、この被測定部３０ａのキー溝を検出する測定部３０ｂとにより構成されている。なお、この軸位置計（位相検知センサ）３０は一般的に圧縮機１に設置されているものであり、速度センサ（タコメータ）が設置されていない圧縮機１であっても軸位置計（位相検知センサ）３０は設置されている。

本実施例に係る圧縮機１は、第３の供給通路２７の一部がシールガス２６を低圧に制御する低圧側通路３５と、シールガス２６を高圧に制御する高圧側通路３６とに分岐している。低圧側通路３５上には、シールガス２６を所定の低圧に調節する低圧側制御弁３１と、低圧側通路３５を閉鎖する低圧側閉鎖弁３３とを備えている。高圧側通路３６上には、シールガス２６を所定の高圧に調節する高圧側制御弁３２と、高圧側通路３６を閉鎖する高圧側閉鎖弁３４とを備えている。そして、本実施例に係る圧縮機１は、軸位置計（位相検知センサ）３０からの信号に応じ、低圧側閉鎖弁３３と高圧側閉鎖弁３４とを制御する制御装置２を備えている。

次に、本実施例に係る圧縮機１の制御装置２における制御の内容について説明する。
本実施例に係る圧縮機１の制御装置２は、軸位置計（位相検知センサ）３０からの信号に基づき軸体１４の回転数を算出し、所定の回転数に達した時点を基準時とし、さらに所定の時間が経過した時点で圧縮機１の運転が停止するものと判断し、圧縮機１が完全に停止する直前に低圧側閉鎖弁３３を閉じ高圧側閉鎖弁３４を開放して、ガスシール部２９ａとガスシール部２９ｂとの間に高圧のシールガス２６を供給するよう制御する。

具体的には、例えば、図２に示すように、軸体１４の回転数が５０［ｒｐｍ］となった時点から、さらに１［ｍｉｎ］が経過した時点で低圧側閉鎖弁３３を閉じ高圧側閉鎖弁３４を開放して、ガスシール部２９ａとガスシール部２９ｂとの間に高圧のシールガス２６を供給するよう制御する。

なお、本実施例に係る圧縮機１の制御装置２は、圧縮機１の運転時には高圧側閉鎖弁３４を閉じ低圧側閉鎖弁３３を開放して、ガスシール部２９ａとガスシール部２９ｂとの間に低圧のシールガス２６を供給するよう制御している。

これに対し、従来は、図２に示すように、軸体１４の回転数に基づくことなく、シャットダウンから圧縮機１の運転が停止するまでの時間を経験的に算出し、例えば、シャットダウンから５［ｍｉｎ］が経過した時点で低圧側閉鎖弁３３を閉じ高圧側閉鎖弁３４を開放するように制御していた。

しかし、従来は、シャットダウンから実際に圧縮機１の運転が停止するまでの時間と予測した停止時間との誤差が大きいため、圧縮機１のガスシール部２９ａ，２９ｂ等の破損を防止するためには早目にシールガス２６を供給する必要があるため、大量のシールガス２６が無駄になってしまっていた。また、圧縮機１の運転中に高圧のシールガス２６を供給してしまうとガスシール部２９ａ，２９ｂのシール性能が高圧ガスと回転軸による浮上力によりガスシール部のシール性能が劣化してしまうという問題もあった。

しかしながら、本実施例に係る圧縮機１においては、軸体１４の回転数に基づき、圧縮機１が実際に停止するまでの時間により近い時点を基準時として判断するため、圧縮機１が実際に停止するまでの時間と予測した停止時間との誤差をより小さくすることができ、的確な時点でシールガス２６を供給することができる。

このため、本実施例に係る圧縮機１によれば、必要なシールガス２６の量を最小限に抑制しながら、流体１がガスシール部２９ａ，２９ｂ等に固着することを確実に防ぐことができる。なお、基準時を判断する所定の回転数は低いほど誤差をより小さくすることができるため、軸位置計（位相検知センサ）３０の計測精度の範囲内で基準時を判断する所定の回転数を低く設定することにより、より誤差を小さくすることができる。

以上説明したように、本実施例に係る圧縮機１によれば、速度センサ（タコメータ）３０が設置されていない場合であっても、定期点検のための停止・再起動によるシール部固着によるトラブルを未然防止し、オーバホール最小限或いは無しで再運転が可能な圧縮機を提供することができる。

そして、上記特許文献１に係る圧縮機を用いることで安定運転時におけるブタジエンガスによる固着を防止することが可能となるので、本実施例に係る構成と上記特許文献１に記載の圧縮機とを併用することにより、簡易な設備によりメンテナンスフリーの圧縮機１を実現することが可能となる。

本発明は、例えば、被圧縮流体を軸封して当該流体の軸受部への流入を防止する圧縮機に利用することができ、特に、所定環境下で重合反応してポリマを生じさせるブタジエンガスなどを圧縮する圧縮機に利用することができる。

１ 圧縮機
２ 制御装置
１０ 羽根車
１１ ケーシング
１２，１３ 軸受部
１４ 軸体
１５ 第１の供給通路
１６ 流体
１７，１８ 軸封部
１９ 不活性ガス
２０ 第２の供給通路
２１ 排気通路
２２，２３ ポンプ
２４ 台座
２５ タンク
２６ シールガス
２７ 第３の供給通路
２８ 逆止弁
２９ ガスシール部
３０ 軸位置計（位相検知センサ）
３１ 低圧側制御弁
３２ 高圧側制御弁
３３ 低圧側閉鎖弁
３４ 高圧側閉鎖弁
３５ 低圧側通路
３６ 高圧側通路

Claims (2)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングに軸受部を介して回転可能に支持される軸体と、
   前記軸体に取り付けられ回転して被圧縮流体を圧縮する羽根車と、
   前記ケーシング内に固定され前記軸体側に向かって突起状をなし前記被圧縮流体と同成分の流体が供給されて前記被圧縮流体を軸封する軸封部と、
   前記ケーシングに接続され該ケーシング内に１次シールガスを供給する１次シールガス供給手段と、
   前記軸受部への前記被圧縮流体の流入を抑制するシール手段と、
   前記ケーシングに接続され該ケーシング内の前記シール手段に２次シールガスを供給する２次シールガス供給手段と、
   前記ケーシングに接続され該ケーシング内の前記１次シールガス及び前記２次シールガスを排気する排気手段と、
   前記軸体の回転方向における位置を検出して信号を出力する位置検知手段と、
   前記位置検知手段からの信号に基づき前記軸体の停止時間を算出し、前記軸体の停止直前に、前記被圧縮流体が前記軸受部へ流入しないように前記シール手段に高圧の前記２次シールガスを供給するよう制御する制御装置と
   を備えた
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 前記制御装置は、前記位置検知手段からの信号に基づき前記軸体の回転数を算出し、所定の回転数に達した時点から所定の時間が経過した時点で高圧の前記２次シールガスを供給するよう制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。

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