CN101265917B

CN101265917B - 齿轮驱动涡轮压缩机

Info

Publication number: CN101265917B
Application number: CN 200810086162
Authority: CN
Inventors: 河田真广; 若林拓也; 小野海士; 前田智久
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI rotary machinery engineering of Ko
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-03-17
Also published as: CN101265917A; JP5163932B2; JP2008231933A

Abstract

本发明的齿轮驱动涡轮压缩机具备：在外部驱动装置的驱动下进行旋转的大齿轮(12)、与大齿轮啮合而高速旋转的小齿轮(14)、固定在小齿轮轴(13)上并以其轴心为中心高速旋转的叶轮(16)、固定在小齿轮轴上并对大齿轮的侧面可滑动地进行支承而将小齿轮轴的轴向力传递给大齿轮的止推环(18)、对作用在大齿轮轴上的轴向力进行承受的止推轴承(20)、以及在小齿轮轴(13)超出既定阈值进行轴向移动时对其轴向移动进行限制的轴向移动量限制器(30)。

Description

齿轮驱动涡轮压缩机

技术领域

本发明涉及可避免叶轮与外壳发生过大接触的齿轮驱动涡轮压缩机。

背景技术

齿轮驱动涡轮压缩机，是指对电动机、发动机、涡轮机等的旋转以齿轮增速机进行增速来驱动涡轮压缩机高速旋转的装置。

图1A～图1C是展示现有的齿轮驱动涡轮压缩机的示意图。图1A是主视图，图1B是其B-B向剖视图，图1C是其C部放大图。

在该例中，齿轮驱动涡轮压缩机50是4级压缩机，以4个压缩机叶轮51依次对对象气体进行压缩而得到高压。图1B中省略了将叶轮围起来的外壳(压缩机外壳)和气体流路。

图1A中，52是大齿轮，53是小齿轮，以未图示的驱动装置(电动机、发动机、涡轮机等)驱动大齿轮52旋转，通过该旋转使小齿轮53增速，使得安装在其两端的叶轮51高速旋转。由大齿轮52和小齿轮53构成的齿轮增速机的增速比通常达到10倍左右，各叶轮以每分钟约1万转～每分钟数万转的高速旋转。

在容纳大齿轮52和小齿轮53的齿轮箱54的下部安装有水平延伸的防风板55，使得不会由于各齿轮的高速旋转在齿轮箱54内产生的高速气流而导致位于下方的润滑油56的流动紊乱。

图1B中，57是在小齿轮轴上以将小齿轮夹在中间的状态固定的止推环，58是对大齿轮轴的轴向力进行承受的止推轴承。作用在各叶轮上的轴向力和因大齿轮与小齿轮啮合而产生的轴向力，通过止推环57以及在它们之间以可滑动的状态得到支承的大齿轮52传递到止推轴承58上，从而得到承受。

止推轴承58所承受的负荷大，因而一般使用滑动轴承。

与本发明的齿轮驱动涡轮压缩机相关联的技术例如在专利文献1、2中已公开。

专利文献1的“离心压缩机”的目的是，在从压缩机起动至达到正常运行状态期间，特意使开放型叶轮的叶片前端与护罩部之间的间隙增大，以避免因经过一次危险转速时的共振而发生接触，在达到正常运行状态那一刻将间隙减小。

如图2所示，该离心压缩机是这样一种压缩机，即，由齿轮轴63的止推轴承65通过小齿轮轴62的止推环68和齿轮轴的齿轮轴向力承受面对叶轮61的轴向位置进行限制，并设置有使止推轴承65在轴向上移动的液压或气压动作机构，可通过止推轴承的轴向移动而在起动时和正常运行时改变叶轮的轴向位置，对开放型叶轮的叶片前端与外壳的护罩部之间的间隙进行调节。

专利文献2的“涡轮式膨胀机的止推轴承”的目的是，提供一种不需要止推板的涡轮式膨胀机的止推轴承。

如图3所示，该发明是在产生极低温度等用途中所使用的涡轮式膨胀机中，在与涡轮机叶轮71和压缩机叶轮74之一方或双方的正面或背面相向的位置上，设置了与所述面之间隔开微小间隙设置的具有螺旋状槽的轴承体72、73。

专利文献1：日本特开平01-267397号公报，“离心压缩机”

专利文献2：日本特开平04-312210号公报，“涡轮式膨胀机的止推轴承”

在齿轮驱动涡轮压缩机中，叶轮所产生的高压气体会在小齿轮轴上产生轴向力。叶轮以每分钟约1万转～每分钟数万转的高速旋转因此，若在小齿轮轴上直接设置止推轴承，则滑动损耗会增大。

因此，如前所述，在现有的齿轮驱动涡轮压缩机中，是使小齿轮轴的气体轴向力通过止推环传递到大齿轮轴上而以设置在大齿轮轴上的止推轴承进行承受。

此外，在这种齿轮驱动涡轮压缩机中，如图1B所示，设置了对大齿轮轴的轴向移动进行测量的非接触距离传感器59，对大齿轮轴的轴向移动始终进行监视，发生过大的轴向移动时令压缩机停止运行。

即，如图1C所示，叶轮51与外壳60之间的轴向间隙不超过数mm(例如2～3mm)，而当止推轴承58磨损等原因导致大齿轮轴的轴向移动过大时，令压缩机停止运行以避免叶轮51与外壳60二者直接接触。所谓过大接触，是指叶轮51与外壳60直接接触，而在叶轮51与外壳60之间衬垫允许接触的材质的场合，是指叶轮51与外壳60超过该衬垫的厚度而发生接触。

但是，叶轮51的转速高达每分钟数万转，大齿轮轴的惯性矩也很大，因而即使已令压缩机停止，但要完全停下来还需要数秒～数分钟的时间。因此，在压缩机来不及停止时，会发生叶轮与外壳的过大接触，存在着叶轮和外壳受损、过热等可能性。

发明内容

本发明是为解决上述问题而创造出来的。即，本发明的目的是，提供这样一种齿轮驱动涡轮压缩机，即，即使遇到大齿轮轴发生过大的轴向移动或者止推环发生故障(脱落等)的情况，也能够基本上避免叶轮与外壳发生过大接触。

根据本发明，提供一种齿轮驱动涡轮压缩机，其具备：

在外部驱动装置的驱动下以大齿轮轴的轴心为中心旋转的大齿轮、

与该大齿轮啮合并以小齿轮轴的轴心为中心高速旋转的小齿轮、

固定在所述小齿轮轴上并以该小齿轮轴的轴心为中心高速旋转的叶轮、

固定在所述小齿轮轴上并对所述大齿轮的侧面以可滑动的方式进行支承而将小齿轮轴的轴向力传递到大齿轮上的止推环、

以及对作用在所述大齿轮轴上的轴向力进行承受的止推轴承；

其特征是，

具有轴向移动量限制器，该轴向移动量限制器在小齿轮轴超出既定的阈值进行轴向移动时对该小齿轮轴的移动量进行限制。

根据本发明的优选实施方式，所述轴向移动量限制器安装在容纳有所述大齿轮和小齿轮的齿轮箱内侧，并具有位于从所述止推环的外表面隔开所述既定阈值的位置上的滑动面。

另外，所述轴向移动量限制器是中空环形部件，安装在用来容纳对所述小齿轮轴的径向力进行承受的径向轴承的圆形通孔中，并能上下分割，在该轴向移动量限制器的下方具有供从径向轴承中排出的润滑油通过的通孔。

根据上述本发明的构成，具有轴向移动量限制器，该轴向移动量限制器在小齿轮轴超出既定阈值进行轴向移动时对其移动量进行限制，因此，正常运行时，大齿轮轴的止推轴承使小齿轮轴的轴向移动量在既定阈值以下，轴向移动量限制器不起作用，而只在发生超出既定阈值的过大的轴向移动时起作用，对其移动量进行限制。

因此，通过按照能够基本上避免叶轮与外壳发生过大接触的要求设定既定阈值，能够在大齿轮轴发生过大轴向移动时基本上避免叶轮与外壳发生过大接触。

轴向移动量限制器安装在容纳有大齿轮与小齿轮的齿轮箱内侧，且具有位于与止推环的外表面隔着既定阈值的位置上的滑动面，因此，正常运行时，大齿轮轴的止推轴承使止推环的外表面与轴向移动量限制器的滑动面之间总是存在间隙，因而轴向移动量限制器不起作用，而发生超出既定阈值的过大轴向移动时，轴向移动量限制器的滑动面与止推环的外表面接触从而限制更大轴向移动的发生。

此外，轴向移动量限制器是固定在用来容纳对小齿轮轴的径向力进行承受的径向轴承的圆形通孔中的、可上下分割的中空环形部件，因此，在齿轮箱上下分割的状态下，能够将轴向移动量限制器很容易地从齿轮箱上拆下并装上，要想对轴向移动量限制器的安装面的轴向位置进行微调，可以对轴向移动量限制器进行调整性加工。

再者，在轴向移动量限制器的下方，具有供从径向轴承中排出的润滑油通过的通孔。轴向移动量限制器能够防止从径向轴承中排出的油飞溅到齿轮箱内部，通过轴向移动量限制器的通孔能够将排出的油恰当地向齿轮箱下方排出。因此，能够减少飞溅的排出油附着到高速旋转的部件(齿轮等)上的可能性，可防止发生油的搅拌损失。

附图说明

图1A是现有的齿轮驱动涡轮压缩机的主视图。

图1B是图1A的B-B向剖视图。

图1C是图1B的C部放大图。

图2是专利文献1的“离心压缩机”的示意图。

图3是专利文献2的“涡轮式膨胀机的止推轴承”的示意图。

图4是本发明所提供的齿轮驱动涡轮压缩机的局部剖视图。

图5A是对本发明的轴向移动量限制器30的具体例进行展示的横剖视图。

图5B是图5A的B-B向剖视图。

具体实施方式

下面，对本发明的优选实施方式结合附图进行说明。在各图中，凡相同的部分赋予相同的附图标记而将重复性说明省略。

图4是与图1B相对应的本发明所提供的齿轮驱动涡轮压缩机的局部剖视图。该图中，本发明的齿轮驱动涡轮压缩机10具有大齿轮12、小齿轮14、叶轮16、止推环18以及止推轴承20。

在该图中，本发明的齿轮驱动涡轮压缩机10是4级压缩机，但本发明并不受此限定，既可以是单级压缩机，也可以是2、3级或5级以上的压缩机。

大齿轮12在未图示的外部驱动装置(电动机或发动机或涡轮机)的驱动下以大齿轮轴11的轴心为中心旋转。大齿轮12优选是齿数比小齿轮14多10倍左右的直齿轮、斜齿轮或人字齿轮，以便对小齿轮14增速，但本发明并不受此限定，只要具有增速功能，也可以是其它齿轮。

小齿轮14与大齿轮12啮合并以小齿轮轴13的轴心为中心高速旋转。在该图的左侧只示出一个小齿轮14，但对于4级压缩机，以在图的右侧设置其它小齿轮为宜。

叶轮16固定在小齿轮轴13上并以其轴心为中心高速旋转。在本例中，叶轮16设在小齿轮轴13的两端，但也可以只在一端设置。此外，该图中省略了将叶轮围起来的外壳(压缩机外壳)和气体流路。

止推环18固定在小齿轮轴13的周围，对大齿轮12的侧面以可滑动的方式进行支承，将小齿轮轴13的轴向力传递到大齿轮12上。在本例中，止推环18在轴向上对大齿轮12的齿部进行夹持，但在叶轮16只设置在小齿轮轴13的一端的场合，也可以设置一个止推环18来承受其轴向力。

至于止推环18与大齿轮12的齿部之间的间隙，只要能够借助于润滑油以低阻力滑动，则将其设定为足够小的间隙(例如0.1～0.2mm)。

止推轴承20对作用在大齿轮轴11上的轴向力进行承受。在本例中，止推轴承20还能够对作用在大齿轮轴11上的径向力进行承受，但本发明并不受此限定。

图4中，22是对小齿轮轴13的径向力进行承受的径向轴承。该径向轴承22优选是滑动轴承，通过未图示的流通路径对其供给润滑油。

此外，23是气体密封件，使被叶轮16加压的气体难以流到外壳的外部。气体密封件23可以采用迷宫式密封件、干气密封件、油膜密封件、机械密封件等。

图4中，本发明的齿轮驱动涡轮压缩机10还具有轴向移动量限制器30。轴向移动量限制器30能够在小齿轮轴13超出既定阈值a进行轴向移动时对其移动量进行限制。在止推轴承20过度磨损或止推环发生故障(脱落等)时，会出现这种状况。

该图中，轴向移动量限制器30安装在容纳有大齿轮12和小齿轮14的齿轮箱15的内侧，具有位于从止推环18的外表面(本例中为辅助止推环17的外表面)间隔既定阈值a(未图示)的位置上的滑动面(后述的31)。

辅助止推环17并非不可缺少，也可以与止推环18一体形成。

所述既定阈值a优选按照能够基本上避免叶轮16与外壳(未图示)发生过大接触的要求设定。

本发明的齿轮驱动涡轮压缩机10还具有对大齿轮轴11(本例中为大齿轮12)的轴向移动进行测量的非接触距离传感器24。非接触距离传感器24是能够以非接触方式对大齿轮轴11或大齿轮12的轴向移动进行检测的磁传感器、电涡流传感器、静电电容传感器、光学传感器等。

该非接触距离传感器24的输出通过未图示的控制线路输入到控制装置中，以该控制装置对大齿轮轴11的轴向移动始终进行监视，发生过大的轴向移动时令压缩机停止。

根据本发明的上述构成，具有在小齿轮轴13超出既定阈值a进行轴向移动时对其轴向移动量进行限制的轴向移动量限制器30，因此，正常运行时，大齿轮轴11的止推轴承20使小齿轮轴13的轴向移动在既定阈值a以下，轴向移动量限制器30不起作用，只在发生了超出既定阈值a的过大轴向移动时起作用而对其轴向移动进行限制。

因此，在大齿轮轴11发生过大的轴向移动时，能够基本上避免叶轮16与外壳发生过大接触。

图5A、图5B是对本发明的轴向移动量限制器30的具体例进行展示的附图，图5A是横剖视图，图5B是其B-B向剖视图。

如该图所示，轴向移动量限制器30是上下可分为两部分的中空环形部件，安装在用来容纳对小齿轮轴13的径向力进行承受的径向轴承22的圆形通孔中。

此外，轴向移动量限制器30在其下方具有供从径向轴承22中排出的润滑油通过的通孔32。

轴向移动量限制器30的滑动面31上铸入了白合金，以减小滑动时的阻力。只要是配合性良好的滑动轴承等所使用的轴承材料或涂覆材料，滑动面31也可以采用其它材料。此外，就滑动面31而言，既可以是对轴向移动量限制器30的母材进行了表面硬化处理的，也可以就是母材而不进行处理。

轴向移动量限制器30设置在能够对齿轮箱的小齿轮轴13(更直接的是辅助止推环17)进行支承的位置上。

此外，为了在需要对轴向移动量限制器30的滑动面31的轴向位置进行微调时便于对轴向移动量限制器30进行调整性加工，做成了能够很容易地从齿轮箱15上拆下并装上的结构。即，轴向移动量限制器30的安装结构，是将轴向移动量限制器30嵌入齿轮箱的槽中。在这种场合，以将轴向移动量限制器30的上半部分嵌入上侧齿轮箱的槽中，将狭缝部33固定在上侧齿轮箱上为宜。

此外，轴向移动量限制器30还兼起着防止从轴承中排出的油飞溅到齿轮箱内部的作用。

轴向移动量限制器30的安装，也可以不嵌入槽中而用螺栓紧固。此外，也可以将轴向移动量限制器30设置在大齿轮轴11上。

根据上述构成，正常运行时，轴向移动量限制器30与止推环18(或辅助止推环17)之间的轴向间隙可得到保证，但若小齿轮轴13发生轴向移动，则该间隙减小。因此，当轴向移动量达到过大值时，间隙将变成零，轴向移动量限制器30的滑动面31与止推环18(或辅助止推环17)的外表面接触而能够限制更大轴向移动的发生。

当然，本发明并不受上述实施方式的限定，在不超出本发明要旨的范围内可以进行各种变更。

Claims

1.一种齿轮驱动涡轮压缩机，

具备：

其特征是，

具有轴向移动量限制器，该轴向移动量限制器在小齿轮轴超出既定的阈值进行轴向移动时对该小齿轮轴的移动量进行限制，

所述轴向移动量限制器安装在容纳有所述大齿轮和小齿轮的齿轮箱内侧，并具有位于从所述止推环的外表面隔开所述既定阈值的位置上的滑动面。

2.如权利要求1所述的齿轮驱动涡轮压缩机，其特征是，所述轴向移动量限制器是中空环形部件，安装在用来容纳对所述小齿轮轴的径向力进行承受的径向轴承的圆形通孔中，并能上下分割，在该轴向移动量限制器的下方具有供从径向轴承中排出的润滑油通过的通孔。