日立─ピニヨーネ形パイプライン圧縮機

小特集･天然ガスパイプライン圧送ステーション

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日立-ピニヨーネ形パイプライン庄

Hitachi-Pignone

TYPe

Pipeline

Compressor

近年,世界の各地で石油と並ぶ大きなエネルギー源としての天然ガスが開発され ている｡カ･'ス田より集められた天然か､スを圧送するために,パイプライン圧縮機設 備がある｡日立製作所は,昭和52年に我が国で最初のガスタービンで駆動される10 MWクラスのパイプライン圧縮機5≠言を製作し,ソ連ガ､ス工業省へ納入した｡ 圧縮機は､日立-ピニヨーネ形遠心式PCLモデルであI),本稿では,パイプラ イン用の圧縮機標準モデル,及び特徴などについて紹介する｡ l】

緒

言 天然ガスの採取に当たっては,=ゲス田でのガス捕集設備, パイ70ラインによるガス圧送設備,ガス液化処理設備など,そ の関連設備は多岐にわたるが,日立製作所は,ガ､ス圧送設備 の代表機種ともいわれるべき,パイプライン圧縮機で10MW クラスの製作納入経験をもつ我が国唯｢一のメーカMである｡ 昭和52年にはソ連ガス工業省向け10MWクラス圧縮機,日 立【GEタイプガスタービン駆動PCL800モデル,パイプラ イン圧縮機5台を完成した1)｡本稿では,日立-ピニヨーネ 形パイプライン圧縮機の標準モデル,その構造と特徴,シ【 ル油系統などについて述べる｡ 臣l

パイプライン圧縮機の標準モデル

ー般の各種プラントに使用される圧縮機は,風量,圧力, 取扱いガスなど,その仕様は多種多様であるため,この種の 圧縮機の設計では,プラントの仕様に合わせてその都度設計 される｡日立製作所の遠心式圧縮機の設計では,これらの圧 縮機の基本計画から計画図及び工作図の作図に至るまで電子 計算機を使った自動設計システム2)によって行ない,信束副生 の確保を図っている｡ パイプライン圧縮機では,天然ガスを取り扱い,その流量, 圧力はある範囲内にあるため,与れらの仕様を満足する標準 モデルを用意しておくことが,設計彗漣作及び運転保守上から も得策である｡ 一般に,パイプライン圧縮機の駆動機としては,ガスター ビンが使用されることが多いので,日立製作所で製作してい る日立-GE形ガスタ∽ビンのモデルに対応させて3種類の 圧縮機モデルを準備している｡ 2.1 _{駆動機の対応と流体性能面からの標準化} ガスタービンの定格回転数によって圧縮機を標準化し,増 速饉卜車装置を使わない方式と している｡圧縮機の1吸込風量 は約3,000-100,000m3/bとし,これを_二つのモデルでカバ ーできるようになっている｡すなわち,称呼羽根車直径500

mⅢ(モデルPCL500),直径800mIn(モデルPCL800),直径

1,000mm(モデルPCLlOOO)の3モデルで,それぞれのモデル

での最大組込可能羽根車枚数は4枚,3枚,2枚となってお り,図1に示すような風量及びヘッド範囲をカバーできるよ うになっている｡また,各モデルの吸込及び吐出しノズル口 径は,それぞれのモデルについて2∼3種類の選択が可能と なっており,配管径に合わせることができるようになってい

機こ

藤井正大*

阿部嘉明**

凡ノ才J〟αざαんJγ･) dムe yoざ九∼αたJ る｡各モデルの圧縮機とGEモデルガスタービンとの関連を 表1に示す｡こう _{した標準モデルの羽根車枚数,羽根卓径及} び出口幅の最適組合せを選択することによって,桔々のプラ ント仕様にマッチした作能を得ることができる｡なお,どの モデルについてもその最高使用圧力は100kg/cln2として標準 化Lている｡ 2.2 構造面からの標準化

各モデルの流体性能に関連する部品(羽根車を含むロ【タ,

ダイアフラム)だけを組み替えることによって,規定の件能が 得られるようになっている｡すなわち,ケーシング,軸,軸′受, シール部などの部品は,最大羽根車枚数と二最大羽根車径に適 合するように設計されている｡その構造例を図2に示す｡ 最小の部品交換によって,羽根車段数を自由に変えられる ことは,ガス田の圧力が年とともに低+Fするような場合には, 羽根車枚数を増加させて,必要な圧送庄力を維持することが でき,極めて好都合なことである｡なお参考までに各モデル の寸法と重量を表2に示す｡ 田

_{庄絹弓幾の特徴}

パイプライン圧縮機の据付場所としては,広大な砂i莫や寒 冷地などのように,輸送や人の派遣が必ずしも容易ではなく, 自然環境も厳しい場所が多い｡このために,圧縮機としては 信頼怖が高いこと,輸送や据付が容易であることが何にも増 して重要なことである｡こうしたことから,日立一ピニヨー ネ形パイプライン圧縮機PCLモデルには,次に述べるよう な特徴をもたせてある｡

(1)ピニヨーネ社の160台以上に及ぶ実績に裏付けされた信

栢件の高いモデルである｡ (2)吸込ノズル及び吐出しノズルは,水平方向で左右対称, すなわち【吸込ノズル及び吐出しノズルの中心が一直線上にあ り,パイプライン中に組み込みやすい構造となっている｡

(3)圧縮機本体とシール給油装置及び現場計器が一体のコン

ソール上にまとめられた,いわゆるパッケージタイプとなっ ている｡

(4)外ケーシングは鋼製のバーレル形となってお-),駆動機

側のエンドフランジは外ケーシングにi容揺され,反対側のエ ンドフランジは,ボルト締めによって外ケーーシングに凹起さ れている｡したがって,分割組立が容易で,ガス漏れ防止に 対して,極めて有利な構造となっている｡ * 日立製作所機電事業本部 ** 日立製作所土浦工場

554 日立評論 VO+.60 _No.8(1978-8) 65榔60ft55 50 45 5 〔U 5 ハU ■h) 2 2 1 一11 一+ ト く 20榔Had柑m l･6 14 1･2 柑 ∨､ MS150210,290rpm _5,050日HP

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注:PユJニ吐出L圧力 Po=吸込圧力 ACFM=Aotua‡Cubie fe叶′min

図l _{圧縮機モデルと風量及びヘッドの関係 者モデルのカバーできる風量及びヘッドの範囲と駆動} 用ガスタービンの関係を示す｡ 表l 圧縮1幾モデルと日立-G _{E二軸ガスタービン標準モデルと} の関係 圧縮機は,ガスタービンの回転数に合わせて設計されている｡ 圧縮機モデル 形式名 インベラ段数 インベラ径 (mm) 最小∼最大 ノズル口径 (Ln) 力■ ス タ ー ビ ン モ デ ル 出力(HP) 回転数 (rpm) PCL500 l,2,3.4 450∼600 16 MS1502B 5′D50 IO′Z90

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20 PC+800 1 2.3 】 24 MS3142 川.600 6′5()0 700∼950 30 36 PCJ1000 事,2 980｢ノ=50 【 42 MS5332B 33.550 4′670 48 MS7652 65′400 3′OZO 56 ACFM 5 2P一 5 2PJ 当 常 世 岩 常 世 7 5 4 3 2

(5)羽根車は特殊鋼の溶接,三次元式のもので,高効率で耐

食性の優れたものとなっている｡

(6)軸封用シールリングは,冷却効果の優れたフレキシビリ

ティの高い構造で,油圧によるスラストカを減少させフロm ティ _{ングしやすいものとなっている｡}

(7)スラストベアリングは,キングスベリーの｢ダブルアク

ティ _{ング+タイプを採用し,ジャーナルベアリングはま振動に} 対し安定仰の高い多円弧メタルを採用している｡ PCL800モデルの外観図を図3に示す｡ El

_{圧縮ヰ幾の制御}

パイプライン圧縮機は,一般に吐出し圧力を一定に保つよ うに,ガスタービンのスピードを自動制御することによって運

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(c)3段機 区12 _{一段-2段-3段PCLモデル断面図} ガス田の圧力が年とともに低 下する場合など,ケーシングをそのままにLて,段数を増加させて対処できる｡ l

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声 l ､こてさ 滋こ 図3 _{PCL800モデルの外観図} ∋ 威こ

題

書 シールヘッドタンク及びシール油ユニ ットが同一のコンソールの上にまとめられ,据付が容易な形となっている｡ 日立---ピニヨーネ形パイプライン圧縮機 555 表2 圧縮機モデルと寸法及び重量の関係 圧縮機は完全にパッケ ージイヒされている｡ (a)寸法表(単位:mm) だ 】 ♪1 G 形 式 _{PCL500 PCL800 PCLlOOO} .-･l 2.500 2,300 3,150 β 2,400 3,700 4,900 (:丁 1,100 1,640 1,900 ノニ) 3,370 4,660 5,000 だ 乙180 2,700 3,275 F tl15 1,310 1,580 G 3,805 4,450 (b)重量表(単位:kg) 形式 全重量(ヘッドタンクを含む)メンテナンス重量 ベース重量 503-1 12,600 乙950 503-2 13,500 3,900 503 14,500 4.850 503-4 15,500 5,800 802-1 35,200 7,720 7.000 802 36,500 9,000 9,800 7,000 802【3 37,800 7,000 1002-1 63.000 19,000 8,000 1002 67,000 23.000 8,000 インベラ吸込口 圧力検出 流量変換器 吸込 √ナナ γ ナ ナ

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電空変換 吸込へ ノ 差圧変換器 吐出し ′乍:コ=コ サージング防止弁 図4 標準のサージング防止装置系統図 吸込ノズル郡圧力と羽根 車入口部圧力の差圧によって,流量を検出している｡

556 日立評論 VOL.60 _No,8=978-8) 転されるが,パイプラインの流量及び圧力が,いかに変化を しても圧縮機の作動点がサーージング領域に入らぬように,サ ージング防止装置を備えているのが普通である｡ 圧縮機のサ【ジラインは風量とヘッドによって決定される ので,圧縮機の流量と圧力比(又は圧力差)を測定し,圧縮機 の作動点が小流量のサ【ジラインに接近した状態で,バイパ ス弁を自動的に開いて,吐出しガスを吸込側へ戻L,柱縮機 の作動点を大流量側にシフトさせ,安定した運転を得るため のものである｡日立-ピニヨ【ネ形パイプライン仔新棟の一一 般的サージング防+ヒ装置の系統を図4に示す｡ 流量測定としては,圧縮機吸込ノズル部と圧縮機1段羽根 車入口部の圧力差を検出し,圧力測定としては,吐出し圧力 と吸込圧力の差庄を検出して,コントローラにより演算を行 ないバイパス弁を作動させるものである｡なお,パイプライ ンガス圧送ステーションには数台の圧縮機が設置され,これ らが聴列運転される｡圧縮機起動時,バイパスやサ【ジング 防止装置の作動時の循環系の安定性については十分検討する 必要がある｡ ｢ ■￣▲￣￣￣'■■■'■■￣￣

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注:略字説明 PS〉 低レベルスイッチ レベルスイッチ 圧力計(パネル取付)

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図5 標準のシール油系統図 _{ヘッドタンクには特殊なフロート弁が使われている｡} 10 TS H E レ一っ♪｢ G L 才 †

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日立-ピニヨーネ形パイプライン圧絹機 557 振 軸 大気側シ ガス側シ 排 動計

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ンニ ン/ ガス側排油 ′由 田 シール油系統 高圧の可燃性ガスを】枚り扱う圧縮機で,最も重要なものの 一つに軸封装置の信頼性という問題がある｡パイプライン 圧縮機の圧力ベースとしては,50∼80kg/cm2程度のものが多 い｡日立-ピニヨーネ形パイプライン圧縮機の標準的シール 油系統を図5に,圧縮機のシール機構図を図6に示す｡ ガスタービン側よr)供給された潤i骨油の一部をシⅦルオイ ルポンプによって昇圧し,2偶のガス作動の差圧制御弁によ り,リファレンスガス圧力よりも若干高く圧力制御された油 が圧縮機内のシールリング部に供給され,シールリングと軸 との間に油膜を形成しガス漏れを防.【Lするものである｡ 前述したように,パイプライン圧縮機では据付を容易にす ることが非常に重要なテーマであるため,ヘッドタンクは圧 縮機ケーシング上に取r)付けられている｡このヘッドタンク には信束馴生の高い特殊なフロ”トバルブが使われており,リ ファレンスガス圧力をこのへ､ソドタンクの頂部に導き,潤滑油 系統あるいはシール油系統の-一一部に故障が生じた場合でも, リファ _{レンスガス圧力よ} r)ヘッドタンクのヘッド分だけは必 ず高い才由圧を供給できるようになっている｡またこのヘッド

箋皇

ーJl ち 図了 圧縮機のショップテスト状況 流体性能試験及び機械的連続試 験を行なっている｡ 図6 _{シール機構図} 一対のシールリングによる油膜 シールを行なっている｡ ピストン 羽根車 タンクは,こうした故障の場合機内ガスを放出するなどの処 置がとれるのに十分な谷呈となっている｡ シ【ルリングに供給された油の大部分は,大気側シー,ルリ ングを通過し主オイルタンクへ戻されるが,ガス側シwルリン グを通過したわずかな油は機内のガスと接触し,オイルトラッ プを通ってデイグッシングタンクへ戻される｡ニの油はディグッ シングタンクのヒータによって加熱され,これらの油中に溶解 していたがスを脱気し再び主タンクへ戻される｡二れらの系統 に他用される機器は,現地の厳しい条件に一卜分l耐えることを 確認され,系全体の信頼性は非常に高いものとなっている｡ lヨ ショップテスト ショッ7dテストは,圧縮機の信頼性確認過程での二殴も重安 なものの一つである｡日立-ピニヨMネ形パイプライン圧縮 機では各部品の材料試験を,羽根車などの回転部分は勤バ ランス試験及び過速度試験を,ケーシングなどの耐圧部品に ついては耐圧試験及び漏れ試験をそれぞれ実施してし､る｡圧 縮機の完成後では稔合機械連続試験及び‡充体性能試験を実施 して,その信頼性を確認している｡また,顧客の要望に応じ 圧縮機と駆動機との組合せによって規二道の回転数での機械連

続試験(ストリングテスト)を実施することもあ1る｡ショップ

での試験斗犬況を図7に示す｡ l】 結 言 日立一ピニヨーネ形天然ガス圧送用パイプライン圧縮機の 概要について述べた｡これらのガス圧送設備は,一一般のプラ ント用ガス圧縮機と異なり種々の特殊条件下で使用されるた め,その信頼性については一段と厳しいものが要求される｡ 日立製作所は,ソ連ガ､スエ某省に納入したパイプライン圧縮 機設備の製作に当たって種々の技術を習得してきたが,これ らの技術を更に拡大向上させて,今後世界の天然ガス開発に 貢献したいと考えている｡ 参考文献 1)久保軋 山本:天然ガスパイプラインブースタステーション, 日立評論,60,199∼204(昭53-3) 2)金木:遠心圧縮機の自動設計,ターボ機械,5,36∼43 (1977-9) 11

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振動試験機

松崎

淳 特許

_{第855815号(特公昭引-294柑号)}

本発明は,振動試験機のフィードバック 【司路のゲイン値を最適値に調整できるよう にしたものである｡ 従来の振動試験機では,変位,速度,加 速度の各フィードバックゲイン値をある値 に設定した状態において,被試験物の重量 が変化すると,入力信号に対する振動台の 変位,速J空及び加速度応答が振動的となる｡ このため,被試験物の萌量が変わるごとに, 適当な手動の操作装置により各ゲイン値を 調整する作業を行なっている｡ 本発明は,前記のゲイン低調整作業を自 動的に行なうようにしたものである｡区= はその構成を示すブロックrをlで,同図で圧

力検出器⑮は振動台①上の被試験物の重量

を検出して,この検出値をゲインコントロ

ーラ⑯に加える｡ゲインコントローラ⑯は

この検出値信号によr)サーボ増幅器⑦,速

度フィードバック回路及び加速度フィード

バ､ソク担川各の係数器⑪,⑬,⑭を操作し,

各ゲイン値を被試験物の重量に対して最適 な値に調整する｡ これにより,各ケイン値の調磐作業が自 11 12 13 信 号 発生器 加減 算器 嚢澄議耶敷琵 狐 三郷 ￣.￣---￣二ふ 係数器 係数器 サーボ 増幅器 係数器 係数器 動化されその操作惟が向上するとともに, この自動化により制御性能も向上する｡ 油圧源 サーボ弁 加拒壊 変位検出器 速度検出器 14

ー￠)

加速度検出器 ゲイン コントローラ 16 図l ゲイン調 整回路構成 振動台 10 15 圧力検出器

金属コルゲートパイプ継手の密封構造

城取 _{睦･関 文男}

登録実用新案

_{第l川4357号(実公昭5l-5号)}

本考案は導波管や同軸ケーブルなどの金 属コルゲ【トパイ7つと他の金属パイプとの 接続部の気密を得るのに適した密封構造に 関するものである｡ 本考案の構成を図lを参照して説明する

と,金属コルゲートパイプ①の外側には内

面がコルゲート形状をもち端部にテ【パ部

分(むをもつガ'イド⑤が設けられ,金属コル

ゲートパイプ0①の端部にテーパ部分⑥と当

接するように形成された拡開部③の内面に

は気密金具②の尖端部④が線接触するよう

に押し当てられ,ガイド⑤と気密金具(むと

はフランジ⑦と⑧をねじ⑨で締め付けるこ

とにより一体化されている構成である｡ 以上のような構成により,次のような効 果が得られる｡ (1)線接触による気密構造であるため,ゴ ムなどの有機物より成るパッキンを使用す る必要がなくなり,耐候性,耐薬品性及び 耐熱惟に優れる｡ (2)線接触による気密構造であるため,締 付力が#J一に働き,面接触よりも優れた気 密構造が得られる｡

(3)ガイド(参の内面がコルゲート形状であ

るため,気密金具②の尖端部④を拡開部⑨

の内面に押し当てても金属コルゲートパイ 7白(∋のコルゲートがつぶれたりひずんだり しない｡ (4)金属コルゲートパイ70(丑の拡関都③は,

ガイド⑤のテ【パ部分⑥に当接しているの

で,気密金具(むの尖端部④を才甲し付けても

拡開部(卦がひずむようなことがなくなり, 確実に気密性が保てる｡ 5 1 7 l1 ₉ W

㊥

X＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼ 34 N＼＼＼＼､ヾ＼＼＼＼＼＼＼＼ ll12 1 6 1 図l金属コルゲートパイプ継手