特許 7646905 遠心圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-07

(45)【発行日】2025-03-17

(54)【発明の名称】遠心圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 17/12 20060101AFI20250310BHJP

【ＦＩ】

F04D17/12

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024037523

(22)【出願日】2024-03-11

【審査請求日】2024-08-23

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110004303

【氏名又は名称】弁理士法人三協国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 輝明

【審査官】岩田 健一

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５１９８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－１１７９１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ １７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分子量が４０以上である対象ガスを処理する多段式の遠心圧縮機であって、
前記対象ガスを段階的に昇圧する５段以上の圧縮部と、
動力源により駆動されるブルギアと、
前記ブルギアと直接的又はアイドラギアを介して噛み合い、前記５段以上の圧縮部に動力を伝達する３本以上のピニオンシャフトと、
を備え、
前記５段以上の圧縮部がそれぞれ、
インペラと、
前記インペラを通過したガスを回収するスクロールと、
を備え、
前記５段以上の圧縮部のうちの最終段の圧縮部を駆動するピニオンシャフトの外径は、前記５段以上の圧縮部のうちの１段目の圧縮部を駆動するピニオンシャフトの外径よりも小さく、
前記最終段の圧縮部のインペラの外径は、前記１段目の圧縮部のインペラの外径よりも小さく、
前記１段目の圧縮部において、前記インペラの周速マッハ数は１以上１．５以下であり、かつ、比速度は４００以上５００以下であって、前記１段目の圧縮部における前記周速マッハ数および前記比速度は、前記５段以上の圧縮部のうちの前記周速マッハ数および前記比速度の中で最も大きく、
前記最終段の圧縮部において、前記インペラの周速マッハ数は０．５以上１未満であり、かつ、比速度は１５０以上３５０以下である、遠心圧縮機。

【請求項2】

前記最終段の圧縮部における前記周速マッハ数および前記比速度は、前記５段以上の圧縮部のうちの前記周速マッハ数および前記比速度の中で最も小さい、請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項3】

前記５段以上の圧縮部のうちの２段目の圧縮部は、前記１段目の圧縮部と共通のピニオンシャフトに接続されており、
前記２段目の圧縮部において、
前記インペラの周速マッハ数は、前記１段目の圧縮部における前記インペラの周速マッハ数と前記最終段の圧縮部における前記インペラの周速マッハ数との間の値であり、かつ、
比速度は、前記１段目の圧縮部の比速度と前記最終段の圧縮部の比速度との間の値である、請求項１または２に記載の遠心圧縮機。

【請求項4】

前記５段以上の圧縮部のうちの最終段の１つ前の圧縮部は、前記最終段の圧縮部と共通のピニオンシャフトに接続されており、
前記最終段の１つ前の前記圧縮部において、
前記インペラの周速マッハ数は、前記２段目の圧縮部における前記インペラの周速マッハ数と前記最終段の圧縮部における前記インペラの周速マッハ数との間の値であり、かつ、
比速度は、前記２段目の圧縮部の比速度と前記最終段の圧縮部の比速度との間の値である、請求項３に記載の遠心圧縮機。

【請求項5】

分子量が４０未満の対象ガスを吸入する前段圧縮部をさらに備え、
外部機器によって乾燥され、分子量が４０以上となった前記対象ガスを前記１段目の圧縮部が吸入する、請求項１または２に記載の遠心圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ギア内蔵型の多段式遠心圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、二酸化炭素が地球温暖化への影響が大きいと考えられる。この地球温暖化問題に対する有効な対策として、二酸化炭素回収等の技術が注目されている。ところで、二酸化炭素を圧縮するため圧縮機というわけではないが、特許文献１に開示されるようにギア内蔵型の多段式遠心圧縮機が知られている。多段式遠心圧縮機は、ガスを段階的に昇圧できるように複数の圧縮部を備える。各圧縮部はインペラを有しており、各インペラは、対応のピニオンシャフトを介して共通のブルギアによって駆動される。なお、ピニオンシャフトにはピニオンギアが設けられており、このピニオンギアがブルギアに噛み合うにピニオンシャフトが配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－５２４９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

多段式遠心圧縮機では、ガスが順次昇圧されていくため後段側の圧縮部ほどガスの体積流量が小さくなる。そのため、後段側の圧縮部ではインペラが相対的に小型化される。これに伴い、当該インペラを駆動するピニオンシャフト（ピニオンギア）も相対的に小径となるため、ブルギアと噛み合うピニオンギアのうち、後段側の圧縮部におけるピニオンギアへの負担が大きくなりやすい。特に、ＣＯ２のような高分子量のガスを処理する場合には、低分子量のガスを処理する場合と比べて処理負荷が増大しやすい。

【0005】

しかし、特許文献１では、最適化問題を解く際の繰り返し評価回数を削減することによって設計期間の短縮を図ることが示されるのみで、圧縮部間の負荷分散については考慮されていない。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、多段式の遠心圧縮機において後段側圧縮部への負担軽減を図ることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る遠心圧縮機は、分子量が４０以上である対象ガスを処理する多段式の遠心圧縮機であって、前記対象ガスを段階的に昇圧する５段以上の圧縮部と、動力源により駆動されるブルギアと、前記ブルギアと直接的又はアイドラギアを介して噛み合い、前記５段以上の圧縮部に動力を伝達する３本以上のピニオンシャフトと、を備える。前記５段以上の圧縮部がそれぞれ、インペラと、前記インペラを通過したガスを回収するスクロールと、を備える。前記５段以上の圧縮部のうちの最終段の圧縮部を駆動するピニオンシャフトの外径は、前記５段以上の圧縮部のうちの１段目の圧縮部を駆動するピニオンシャフトの外径よりも小さく、前記最終段の圧縮部のインペラの外径は、前記１段目の圧縮部のインペラの外径よりも小さい。前記１段目の圧縮部において、前記インペラの周速マッハ数は１以上１．５以下であり、かつ、比速度は４００以上５００以下であって、前記１段目の圧縮部における前記周速マッハ数および前記比速度は、前記５段以上の圧縮部のうちの前記周速マッハ数および前記比速度の中で最も大きい。前記最終段の圧縮部において、前記インペラの周速マッハ数は０．５以上１未満であり、かつ、比速度は１５０以上３５０以下である。

【0008】

前記遠心圧縮機では、１段目の圧縮部の周速マッハ数と比速度を大きくすることで１段目の仕事量を確保することができる。

【0009】

前記最終段の圧縮部における前記周速マッハ数および前記比速度は、前記５段以上の圧縮部のうちの前記周速マッハ数および前記比速度の中で最も小さくてもよい。この態様では、最終段の圧縮部の周速マッハ数及び比速度を最も小さくすることで最終段の圧縮部の負荷を軽減することができる。

【0010】

前記遠心圧縮機において、前記５段以上の圧縮部のうちの２段目の圧縮部は、前記１段目の圧縮部と共通のピニオンシャフトに接続されていてもよい。この場合、前記２段目の圧縮部において、前記インペラの周速マッハ数は、前記１段目の圧縮部における前記インペラの周速マッハ数と前記最終段の圧縮部における前記インペラの周速マッハ数との間の値であり、かつ、比速度は、前記１段目の圧縮部の比速度と前記最終段の圧縮部の比速度との間の値であってもよい。この態様では、１段目の圧縮部よりも２段目の圧縮部での負荷の増大を防止できる。

【0011】

前記５段以上の圧縮部のうちの最終段の１つ前の圧縮部は、前記最終段の圧縮部と共通のピニオンシャフトに接続されていてもよい。この場合、前記最終段の１つ前の前記圧縮部において、前記インペラの周速マッハ数は、前記２段目の圧縮部における前記インペラの周速マッハ数と前記最終段の圧縮部における前記インペラの周速マッハ数との間の値であり、かつ、比速度は、前記２段目の圧縮部の比速度と前記最終段の圧縮部の比速度との間の値であってもよい。

【0012】

後段になるに従って圧力が高くなるためガス密度が増大する。最終段の１つ前の圧縮部において、比速度が大きいインペラを採用しようとすると、ブレードの径方向高さが大きくなるためブレードにかかる応力が大きくなる。これに対して、比速度を小さくすることによって、ブレードの径方向高さを抑え、応力を抑制することができる。

【0013】

前記遠心圧縮機は、分子量が４０未満の対象ガスを吸入する前段圧縮部をさらに備えてもよい。この場合、外部機器によって乾燥され、分子量が４０以上となった前記対象ガスを前記１段目の圧縮部が吸入してもよい。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように、本発明によれば、多段式の遠心圧縮機において後段側圧縮部への負担軽減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係る多段式の遠心圧縮機のうち第１段～第４段の圧縮部を含む部分を概略的に示す図である。

【図2】前記遠心圧縮機のうち第５段～第６段の圧縮部を含む部分を概略的に示す図である。

【図3】前記遠心圧縮機を部分的に示す斜視図である。

【図4】その他の実施形態に係る遠心圧縮機のうち第５段～第７段の圧縮部を含む部分を概略的に示す図である。

【図5】その他の実施形態に係る遠心圧縮機のうち第１段～第３段の圧縮部を含む部分を概略的に示す図である。

【図6】その他の実施形態に係る遠心圧縮機の一部を示す図である。

【図7】遠心圧縮機の一部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0017】

（第１実施形態）
多段式の遠心圧縮機は、分子量が４０以上であるガスを処理対象とする圧縮機である。処理対象のガス（対象ガス）として、二酸化炭素、プロピレン等を例示できる。なお、二酸化炭素を主成分とし且つ水分を含んだガスの場合でも、二酸化炭素が９０％程度であれば、分子量比率換算でガスの分子量が４０程度になることがあるため、そのようなガスも処理対象となる。

【0018】

図１及び図２に示すように、遠心圧縮機１０は、６段の圧縮部１１～１６と、動力源であるモータ１８により駆動されるブルギア１９と、３本のピニオンシャフト２１～２３と、を備えている。

【0019】

ピニオンシャフト２１～２３は、ブルギア１９によって駆動されるピニオン３１～３３をそれぞれ有する。第１のピニオンシャフト２１は、ブルギア１９の動力を第１段目の圧縮部である第１段圧縮部１１と第２段目の圧縮部である第２段圧縮部１２とに伝達する。第２のピニオンシャフト２２は、ブルギア１９の動力を第３段目の圧縮部である第３段圧縮部１３と第４段目の圧縮部である第４段圧縮部１４とに伝達する。第３のピニオンシャフト２３は、ブルギア１９の動力を第５段目の圧縮部である第５段圧縮部１５と第６段目の圧縮部である第６段圧縮部１６とに伝達する。

【0020】

ピニオン３１～３３は、それぞれピニオンシャフト２１～２３の中間部に設けられており、各ピニオン３１～３３はブルギア１９に噛み合っている。ピニオン３１～３３は、ピニオン３１～３３の歯数とブルギア１９の歯数との比に応じて、ブルギア１９の回転数から増速された回転数で駆動される。なお、ピニオン３１～３３は、ブルギア１９と直接的に噛み合ってもよいが、図略のアイドラギアを介してブルギア１９と噛み合ってもよい。

【0021】

ブルギア１９は、ギアケース３５（図３参照）内に配置されており、ブルギア１９の軸１９ａは、カップリング３７を介してモータ１８の軸１８ａに接続されている。ブルギア１９の軸１９ａは、ギアケース３５によって回転可能に支持されている。また、第１～第３のピニオンシャフト２１～２３もギアケース３５によって回転可能に支持されている。

【0022】

各圧縮部１１～１６は、ピニオンシャフト２１～２３の端部に固定されたインペラ１１ａ～１６ａと、インペラ１１ａ～１６ａによって径方向に向きを変えた対象ガスを減速及び昇圧させるためのディフューザベーン１１ｂ～１６ｂと、ディフューザベーン１１ｂ～１６ｂを通過した対象ガスを回収するスクロール１２ｃ、１３ｃと、を備えている。なお、第２段圧縮部１２のスクロール１２ｃ及び第３段圧縮部１３のスクロール１３ｃが図３において図示されているが、その他の段の圧縮部のスクロールについては、図示を省略している。

【0023】

図１に示すように、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａは、第１のピニオンシャフト２１の一端部に固定され、第２段圧縮部１２のインペラ１２ａは、第１のピニオンシャフト２１の他端部に固定されている。第３段圧縮部１３のインペラ１３ａは、第２のピニオンシャフト２２の一端部に固定され、第４段圧縮部１４のインペラ１４ａは、第２のピニオンシャフト２２の他端部に固定されている。図２に示すように、第５段圧縮部１５のインペラ１５ａは、第３のピニオンシャフト２３の一端部に固定され、第６段圧縮部１６のインペラ１６ａは、第３のピニオンシャフト２３の他端部に固定されている。

【0024】

ディフューザベーン１１ｂ～１６ｂは、ギアケース３５に固定されている。ディフューザベーン１１ｂ～１６ｂは、対応するインペラ１１ａ～１６ａと同心状で、かつ対応するインペラ１１ａ～１６ａの背面側に配置されている。ディフューザベーン１１ｂ～１６ｂは、対応するインペラ１１ａ～１６ａの外径よりも大きな外径を有しており、対応するインペラ１１ａ～１６ａの外周から径方向の外側に広がっている。

【0025】

ディフューザベーン１１ｂ～１６ｂは、対応するインペラ１１ａ～１６ａによって付与された運動エネルギーの一部が圧力エネルギーに変換されるように、周方向に間隔をおいて並ぶ数の翼部を有する。

【0026】

ディフューザベーン１１ｂ～１６ｂには、図３に示すように、インペラ１１ａ～１６ａ及びディフューザベーン１１ｂ～１６ｂとの間に空間を形成するケーシング３９が結合されている。このケーシング３９には、ガスの吸入口３９ａが形成されている。ケーシング３９は、インペラ１１ａ～１６ａ及びディフューザベーン１１ｂ～１６ｂとの間に、吸入口３９ａを通して吸入された対象ガスをインペラ１１ａ～１６ａによって加速させる空間（加速空間）と、加速した対象ガスをディフューザベーン１１ｂ～１６ｂによって昇圧させる空間（昇圧空間）と、を形成している。なお、図３においては、第１段圧縮部１１～第３段圧縮部１３のケーシング３９のみ図示しており、その他の圧縮部のケーシングの図示を省略している。

【0027】

吸入口３９ａから吸入された対象ガスは、インペラ１１ａ～１６ａによって運動エネルギーを与えられて加速空間内を周方向に流れる。この対象ガスは、周方向に流れながら径方向の外側に流れ、昇圧空間内においてディフューザベーン１１ｂ～１６ｂによって昇圧する。

【0028】

スクロール１２ｃ、１３ｃは、ディフューザベーン１１ｂ～１６ｂに沿って昇圧空間内を周方向に流れる対象ガスを回収して渦巻き方向に流す流路を形成するものであり、ケーシング３９に接続されている。

【0029】

第１段圧縮部１１のケーシング３９の吸入口３９ａは、対象ガスの供給源から流れてきた対象ガスを吸入する。第１段圧縮部１１のスクロールは、第２段圧縮部１２のケーシング３９の吸入口３９ａに第１接続管４１（図１参照）を通して接続されている。第２段圧縮部１２のスクロール１２ｃは、第３段圧縮部１３のケーシング３９の吸入口に第２接続管４２（図１参照）を通して接続されている。第３段圧縮部１３のスクロール１３ｃは、第４段圧縮部１４のケーシングの吸入口に第３接続管４３（図１参照）を通して接続されている。第４段圧縮部１４のスクロールは、第５段圧縮部１５のケーシングの吸入口に第４接続管４４（図２参照）を通して接続されている。第５段圧縮部１５のスクロールは、第６段圧縮部１６のケーシングの吸入口に第５接続管４５（図２参照）を通して接続されている。第６段圧縮部１６のスクロールは、対象ガスの供給先に繋がる配管４６（図２参照）に接続されている。

【0030】

したがって、供給源から送られてきた対象ガスは、第１段圧縮部１１のケーシング３９の吸入口３９ａを通して第１段圧縮部１１に吸入される。第１段圧縮部１１では、対象ガスは、ブルギア１９によって駆動されるインペラ１１ａによって運動エネルギーが与えられて加速され、圧縮しながら昇圧する。この昇圧した対象ガスは、第１接続管４１を通して第２段圧縮部１２に導入されて、さらに昇圧する。この対象ガスは、さらに、第３段圧縮部１３～第６段圧縮部１６において順次昇圧し、第６段圧縮部１６から吐出された対象ガスは、配管４６を通して供給先に送られる。

【0031】

ここで、各圧縮部１１～１６間におけるインペラ１１ａ～１６ａの諸元の関係、及び各圧縮部１１～１６間におけるピニオンシャフト２１～２３の諸元の関係について説明する。

【0032】

各圧縮部１１～１６のインペラ１１ａ～１６ａは、後段の圧縮部１２～１６ほどインペラ１１ａ～１６ａの外径が小さくなるように設定されている。すなわち、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａよりも、第２段圧縮部１２のインペラ１２ａの方が外径が小さく、第２段圧縮部１２のインペラ１２ａよりも第３段圧縮部１３のインペラ１３ａの方が外径が小さい。以下、第４段～第６段圧縮部１４～１６についても、同様の関係となっている。なお、図１及び図２においては、便宜上、インペラ１１ａ～１６ａはそのような関係が明確になるようには描かれていない。

【0033】

なお、６つのインペラ１１ａ～１６ａのうち、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａの外径が最も大きく、かつ、第６段圧縮部１６（最終段の圧縮部）のインペラ１６ａの外径が最も小さければ、第１段～第６段の全てにおいて、上記のような関係になっている必要はない。例えば、連続する２段の圧縮部１１～１６間において、インペラ１１ａ～１６ａの外径が同じになっている圧縮段が存在していてもよい。例えば、第３段圧縮部１３のインペラ１３ａの外径と第４段圧縮部１４のインペラ１４ａの外径とが、同じであってもよい。

【0034】

第１段圧縮部１１のインペラ１１ａの周速マッハ数が１以上１．５以下になるように、第１のピニオンシャフト２１の回転数と、インペラ１１ａの外径と、が設定されている。インペラ１１ａの周速マッハ数は、対象ガスの音速に対する、インペラ１１ａの周速の比（無次元量）である。なお、インペラ１１ａの周速は、第１のピニオンシャフト２１の回転数とインペラ１１ａの外径とに基づいて決められる。第１のピニオンシャフト２１の回転数は、ブルギア１９の回転数と、ブルギア１９及びピニオン３１間のギア比と、を設定することによって設定できる。

【0035】

第６段圧縮部（最終段の圧縮部）１６のインペラ１６ａの周速マッハ数が０．５以上１未満になるように、第３のピニオンシャフト２３の回転数と、インペラ１６ａの外径と、が設定されている。インペラ１６ａの周速マッハ数は、対象ガスの音速に対する、インペラ１６ａの周速の比（無次元量）である。すなわち、第６段圧縮部（最終段の圧縮部）１６では、インペラ１６ａの周速が対象ガスの音速未満になるように設定されている。このため、最も高圧になる最終段の圧縮部において、対象ガスのチョーク流れが生ずることが抑制されるため、最終段の圧縮部に負荷がかかり過ぎないようにすることができる。

【0036】

なお、インペラ１６ａの周速は、第３のピニオンシャフト２３の回転数とインペラ１６ａの外径とに基づいて決められる。第３のピニオンシャフト２３の回転数は、ブルギア１９の回転数と、ブルギア１９及びピニオン３３間のギア比と、を設定することによって設定できる。

【0037】

第２段圧縮部１２のインペラ１２ａは、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａの周速マッハ数と、第６段圧縮部１６のインペラ１６ａの周速マッハ数との間の値になるように設定されている。本実施形態では、第１段圧縮部１１と第２段圧縮部１２とが、共通のピニオンシャフトである第１のピニオンシャフト２１に接続されているため、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａと第２段圧縮部１２のインペラ１２ａとは同じ回転数となる。したがって、第２段圧縮部１２のインペラ１２ａの外径は、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａの外径よりも小さい。これにより、第２段圧縮部１２のインペラ１２ａの周速マッハ数は、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａの周速マッハ数よりも小さくなっている。

【0038】

第５段圧縮部１５のインペラ１５ａは、第２段圧縮部１２のインペラ１２ａの周速マッハ数と、第６段圧縮部１６のインペラ１６ａの周速マッハ数との間の値になるように設定されている。本実施形態では、第５段圧縮部１５と第６段圧縮部１６とが、共通のピニオンシャフトである第３のピニオンシャフト２３に接続されているため、第５段圧縮部１５のインペラ１５ａと第６段圧縮部１６のインペラ１６ａとは同じ回転数となる。したがって、第５段圧縮部１５のインペラ１５ａの外径は、第６段圧縮部１６のインペラ１６ａの外径よりも大きい。これにより、第５段圧縮部１５のインペラ１５ａの周速マッハ数は、第６段圧縮部１６のインペラ１６ａの周速マッハ数よりも大きくなっている。

【0039】

第１段圧縮部１１は、比速度が４００以上４５０以下になるように設定されており、第６段圧縮部１６は、比速度が２００以上３００以下になるように設定されている。また、第２段圧縮部１２は、比速度が第１段圧縮部１１の比速度と第６段圧縮部１６の比速度の間の値になるように設定されており、第５段圧縮部１５は、比速度が第２段圧縮部１２の比速度と第６段圧縮部１６の比速度の間の値になるように設定されている。

【0040】

比速度は、流体機械としての相似性を示す１つの指標であって、単位流量のガスを揚程分くみ上げるために必要な回転速度を意味するものであり、次式（１）で表される。すなわち、比速度は無次元量である。

【0041】

【数1】

【0042】

ここでｎ_ｓ：比速度（ｓｅｃ^－１、ｍ^３／ｓｅｃ、ｍ）、ｎ：回転速度（ｓｅｃ^－１）、Ｑ：流量（ｍ^３／ｓｅｃ）、ｇ：重力加速度（ｍ／ｓｅｃ^２）、Ｈ：落差又はヘッド（ｍ）である。

【0043】

したがって、単位流量の対象ガスを所定圧力だけ昇圧させるために必要な回転速度としては、第１段圧縮部１１、第２段圧縮部１２、第５段圧縮部１５、第６段圧縮部１６の順に小さくなるように設定されている。なお、第１段圧縮部１１の比速度と、第２段圧縮部１２の比速度とは同じ値に設定されていてもよい。また、第５段圧縮部１５の比速度と、第６段圧縮部１６の比速度とは同じ値に設定されていてもよい。

【0044】

各ピニオンシャフト２１～２３は、後段の圧縮部１１～１６が接続されたピニオンシャフト２１～２３ほど、外径が小さくなるように設定されている。すなわち、第１のピニオンシャフト２１の外径よりも、第２のピニオンシャフト２２の外径の方が小さく、また、第２のピニオンシャフト２２の外径よりも、第３のピニオンシャフト２３の外径の方が小さい。したがって、第６段圧縮部（最終段の圧縮部）１６を駆動するピニオンシャフト２３の外径は、第１段圧縮部１１を駆動するピニオンシャフト２１の外径よりも小さい。

【0045】

以上説明したように、本実施形態によれば、第１段圧縮部１１の周速マッハ数と比速度が他の圧縮部のそれよりも大きいため、第１段圧縮部１１での仕事量を確保できる。さらに、第６段圧縮部（最終段の圧縮部）１６での周速マッハ数及び比速度が最も小さいため、対象ガスが最も高圧になる第６段圧縮部１６での負荷を軽減することができる。

【0046】

また、本実施形態では、第２段圧縮部１２における周速マッハ数及び比速度が、第１段圧縮部１１における周速マッハ数及び比速度と第６段圧縮部１６における周速マッハ数及び比速度との間の値に設定されている。したがって、第１段圧縮部１１よりも第２段圧縮部１２での負荷の増大を防止できる。

【0047】

多段の遠心圧縮機１０では、後段になるに従ってガスの圧力が高くなるため、ガス密度が増大する。このため、最終段の１つ前の圧縮部（第５段圧縮部１５）において、比速度が大きいインペラを採用しようとすると、インペラに設けられたブレードの吸込側端部における回転軸に垂直な方向における高さ（以下、インペラのブレードにおける「径方向高さ」という。径方向高さは、例えば図７に示す高さｒ１である。すなわち、ブレード５０の径方向高さｒ１は、ブレード５０の吸込側端部におけるハブ外面５１からの回転軸５２に垂直な方向の高さである。）が大きくなるため、ブレードに生ずる応力が大きくなってしまう。これに対して、第５段圧縮部１５において、第２段圧縮部１２よりも比速度の小さいインペラ１５ａを採用することにより、ブレードの径方向高さを抑えることができて、ブレードに生ずる応力を抑制することができる。

【0048】

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、本実施形態の遠心圧縮機１０は、６段の圧縮部を有する圧縮機であるが、６段圧縮機に限られるものではない。遠心圧縮機１０は、例えば、少なくとも５段の圧縮部を有していれば、７段の圧縮部や、８段の圧縮部を有する圧縮機であってもよい。図４は、遠心圧縮機１０が７段圧縮機によって構成されている場合の５段目～７段目の圧縮部１５～１７を示しており、図２の構成に加え、第４のピニオンシャフト２４が追加されている。第４のピニオンシャフト２４には、ピニオン３４が設けられており、このピニオン３４はブルギア１９に噛み合っている。なお、ピニオン３４は、ブルギア１９と直接的に噛み合ってもよいが、図略のアイドラギアを介してブルギア１９と噛み合ってもよい。また、第４のピニオンシャフト２４の他端部に、第８段圧縮部（図示省略）が設けられてもよい。

【0049】

最終段の圧縮部である第７段圧縮部１７のインペラ１７ａは、第４のピニオンシャフト２４の一端部に固定されている。第７段圧縮部１７にもディフューザベーン１７ｂが設けられている。第６段圧縮部１６のスクロールは、第７段圧縮部１７のケーシングの吸入口に第６接続管４７を通して接続されている。第７段圧縮部１７のスクロールは、対象ガスの供給先に繋がる配管４６に接続されている。

【0050】

第７段圧縮部１７のインペラ１７ａの外径は、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａの外径及び第６段圧縮部１６のインペラ１６ａの外径よりも小さい。第７段圧縮部（最終段の圧縮部）１７のインペラ１７ａは、周速マッハ数が０．５以上１未満になるように、第４のピニオンシャフト２４の回転数と、インペラ１７ａの外径と、が設定されている。

【0051】

第２段圧縮部１２のインペラ１２ａは、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａの周速マッハ数と、第７段圧縮部１７のインペラ１７ａの周速マッハ数との間の値になるように設定されている。第６段圧縮部１６のインペラ１６ａは、第２段圧縮部１２のインペラ１２ａの周速マッハ数と、第７段圧縮部１７のインペラ１７ａの周速マッハ数との間の値になるように設定されている。第７段圧縮部１７は、比速度が２００以上３００以下になるように設定されている。第６段圧縮部１６の比速度は、第２段圧縮部１２の比速度と第７段圧縮部１７の比速度との間の値になるように設定されている。

【0052】

前記実施形態では、第１のピニオンシャフト２１の両端部にそれぞれ圧縮部が設けられた構成であるが、これに限られるものはない。例えば、図５に示すように、第１のピニオンシャフト２１の一端部に第１段圧縮部１１が設けられる一方で、第２段圧縮部１２は、第１のピニオンシャフト２１ではなく、第２のピニオンシャフト２２に設けられてもよい。この場合、第３段圧縮部１３は第２のピニオンシャフト２２における他端部に設けられ、第４段圧縮部１４及び第５段圧縮部１５は、第３のピニオンシャフト２３に設けられることになる。なお、第１のピニオンシャフト２１において、一端のみに圧縮部が設けられるのではなく、第２のピニオンシャフト２２において、一端のみに圧縮部が設けられる構成でもよく、あるいは、第３のピニオンシャフト２３において、一端のみに圧縮部が設けられる構成であってもよい。

【0053】

遠心圧縮機１０には、図６に示すように第１段圧縮部１１よりも上流側に前段圧縮部８１，８２が設けられてもよい。なお、図６では、２つの前段圧縮部８１，８２が設けられているが、前段圧縮部８１，８２の数は２以外の数でもよい。前段圧縮部８１，８２は、分子量が４０未満（例えば２５）の対象ガス（ｇａｓ Ａ）を吸入し、遠心圧縮機１０の外部機器９に供給する。対象ガス（ｇａｓ Ａ）は、外部機器９において乾燥処理されて、分子量が４０以上の対象ガス（ｇａｓ Ｂ）となる。分子量が４０以上の対象ガス（ｇａｓ Ｂ）は、外部機器９から排出されて、第１段圧縮部１１に吸入される。前段圧縮部８１，８２は、ブルギア１９の駆動力によって回転するインペラ８１ａ、８２ａを有する圧縮部であってもよい。

【符号の説明】

【0054】

１０ ：遠心圧縮機
１１ ：第１段圧縮部
１１ａ ：インペラ
１１ｂ ：ディフューザベーン
１２ ：第２段圧縮部
１２ａ ：インペラ
１２ｂ ：ディフューザベーン
１２ｃ ：スクロール
１３ ：第３段圧縮部
１３ａ ：インペラ
１３ｂ ：ディフューザベーン
１３ｃ ：スクロール
１４ ：第４段圧縮部
１４ａ ：インペラ
１４ｂ ：ディフューザベーン
１５ ：第５段圧縮部
１５ａ ：インペラ
１５ｂ ：ディフューザベーン
１６ ：第６段圧縮部
１６ａ ：インペラ
１６ｂ ：ディフューザベーン
１７ ：第７段圧縮部
１７ａ ：インペラ
１７ｂ ：ディフューザベーン
１８ ：モータ
１９ ：ブルギア
２１ ：第１のピニオンシャフト
２２ ：第２のピニオンシャフト
２３ ：第３のピニオンシャフト
２４ ：第４のピニオンシャフト
３１ ：ピニオン
３２ ：ピニオン
３３ ：ピニオン
３４ ：ピニオン

【要約】

【課題】後段側圧縮部への負担軽減を図る。
【解決手段】遠心圧縮機１０は、５段以上の圧縮部１１～１４とブルギア１９とピニオンシャフト２１，２２とを備える。最終段の圧縮部を駆動するピニオンシャフトの外径は、第１段圧縮部１１を駆動するピニオンシャフト２１の外径よりも小さく、最終段の圧縮部のインペラの外径は、第１段圧縮部１１のインペラ１１ａの外径よりも小さい。インペラ１１ａの周速マッハ数は１以上１．５以下であり、かつ、比速度は４００以上４５０以下である。最終段の圧縮部のインペラの周速マッハ数は０．５以上１未満であり、かつ、比速度は１５０以上３５０以下である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】