JP2001082172A - 駆動装置及びこれを用いた立軸ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトにして設置面積を小さくし、コス
ト低減を図り、分解・組み立て及びメンテナンスが容易
に行なえる駆動装置及び立軸ポンプを提供する。 【解決手段】 ガスタービン１と、このガスタービン１
に接続される減速機２とを備える駆動装置において、前
記減速機２は、太陽歯車９と、この太陽歯車９と噛み合
う遊星歯車１０と、この遊星歯車１０と噛み合う内歯歯
車１１とを有する遊星歯車機構からなり、前記遊星歯車
１０の歯車軸１３に取り付けられ前記ガスタービン１側
に位置する歯車３０に補機駆動用歯車３１を噛み合わ
せ、この補機駆動用歯車３１に、補機類を取り付けて駆
動する補機駆動軸１６を設ける。また、立軸ポンプはこ
の駆動装置を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動装置及びこれ
を用いた立軸ポンプに係り、特に出力軸，圧縮機及びタ
ービンが１本の軸で結合される、いわゆる１軸式ガスタ
ービンを駆動源とする駆動装置及びこれを用いた立軸ポ
ンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】排水ポンプ設備に設置され、たとえば、
先行待機運転される非常用立軸ポンプの駆動源として
は、ディーゼルエンジン、電動機またはガスタービンが
ある。従来、維持管理が比較的容易であるとの理由でデ
ィーゼルエンジンが多用されている。一方、ガスタービ
ンを使用すると、振動・騒音を小さくでき、また装置全
体が小型軽量化され、ポンプ機場をコンパクトにしたり
基礎工事を簡略化できる利点がある。

【０００３】さらに、冷却水が不要で潤滑油の消費も極
めて少なく、負荷の変動にもすばやく対応できる等の長
所もあり、近年急速に普及し始めている。

【０００４】ガスタービン駆動装置はこのような利点を
有するものの、ガスタービン本体は高速回転（３０００
０〜４００００ｒｐｍ）するので、ポンプのような低速
で運転される負荷を駆動するときには、ガスタービンの
出力を減速する必要が生じる。そのため、ガスタービン
に減速比の大きな高速減速機を組み込み、ディーゼルエ
ンジンと同程度の回転数（１０００〜１８００ｒｐｍ）
まで減速している。このようなガスタービンをポンプの
駆動装置に用いた例が、たとえば、特開平１１−６４９
５号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術に示さ
れる特開平１１−６４９５号公報記載のものは、ガスタ
ービンと減速機とを一体化してポンプ機場のコンパクト
化を図っている。

【０００６】しかし、上記従来の技術に示される駆動装
置及びこれを用いた立軸ポンプは、ガスタービンからの
入力軸に平行な複数の中間軸を設けて、ポンプ出力及び
補機類への駆動力を分岐させており、そのため、複数の
補機を取り付けると、補機の数だけポンプ設備の横幅が
大きくなっていた。ガスタービンとその駆動装置の一体
化を行い、設置面積が大きくなるのを防ぐ工夫もされて
はいるが、必ずしも十分とはいえなかった。

【０００７】さらに、減速機の入力軸は高負荷、高速回
転であるため軸受けが特殊品となり特別に開発する必要
があった。そのため、トラブル時の対応が困難であり、
また、型式が変わるごとに特殊設計が必要となってい
た。

【０００８】本発明は、上記従来技術に鑑みなされたも
のであり、その目的は、コンパクトにして設置面積を小
さくする駆動装置を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、コスト低減を図れる
駆動装置を提供することにある。

【００１０】本発明のさらに他の目的は、分解・組み立
て及びメンテナンスが容易に行なえる駆動装置を提供す
ることにある。

【００１１】本発明のさらに他の目的は、上記駆動装置
を用いることにより設置面積を小さくし、コスト低減を
図り、分解・組み立て及びメンテナンスが容易に行なえ
る立軸ポンプを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る駆動装置の構成は、ガスタービンと、この
ガスタービンに接続される減速機とを備える駆動装置に
おいて、前記減速機は、太陽歯車と、この太陽歯車と噛
み合う遊星歯車と、この遊星歯車と噛み合う内歯歯車と
を有する遊星歯車機構からなり、前記遊星歯車の遊星歯
車軸に取り付けられ前記ガスタービン側に位置する歯車
に補機駆動用歯車を噛み合わせ、この補機駆動用歯車
に、補機を取り付けて駆動する補機駆動軸を設けるもの
である。

【００１３】そして好ましくは、前記減速機は、補機駆
動軸がガスタービンの出力軸と同一のケース割面にある
ものである。

【００１４】また好ましくは、前記減速機は複数の補機
駆動用歯車及び補機駆動軸を有し、この補機駆動軸に
は、前記歯車を潤滑する油を供給する主油ポンプ、流体
継手に作動油を供給する流体継手用作動油ポンプ、ガス
タービン駆動用のスタータ、ガスタービンに燃料を供給
する燃料ポンプ及びガバナのいずれかの補機が取り付け
られているものである。

【００１５】また、上記目的を達成するため本発明に係
る駆動装置の構成は、ガスタービンと、このガスタービ
ンに接続される減速機と、この減速機に接続される排水
ポンプ本体とを備える立軸ポンプにおいて、前記減速機
は、太陽歯車と、この太陽歯車と噛み合う遊星歯車と、
この遊星歯車と噛み合う内歯歯車とを有する遊星歯車機
構からなり、前記遊星歯車の遊星歯車軸に取り付けられ
前記ガスタービン側に位置する歯車に補機駆動用歯車を
噛み合わせ、この補機駆動用歯車に、補機を取り付けて
駆動する補機駆動軸を設けるものである。

【００１６】そして好ましくは、前記減速機は複数の補
機駆動用歯車及び補機駆動軸を有し、この補機駆動軸に
は、前記歯車を潤滑する油を供給する主油ポンプ、流体
継手に作動油を供給する流体継手用作動油ポンプ、ガス
タービン駆動用のスタータ、ガスタービンに燃料を供給
する燃料ポンプ及びガバナのいずれかの補機が取り付け
られているものである。

【００１７】そして好ましくは、前記減速機の低速出力
側に流体継手を介在させるものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【００１９】図１は、本発明に係る立軸ポンプを備える
ポンプ機場の縦断面図、図２は、図１で示すポンプ機場
の平面図、図３は、本発明に係る駆動装置の実施例の平
面図、図４は、図３で示す駆動装置のＡ−Ａ線の横断面
図である。

【００２０】図１に示すように、ポンプ機場では、建屋
内に出力軸が水平方向に配置される横軸形の１軸式ガス
タービン１が減速機２に一体的に組み込まれて配置され
ており、これら１軸式ガスタービン１と減速機２とで駆
動装置が構成されている。そして、減速機２は、建屋４
の床面に固定された排水ポンプ本体３のケース５上に取
り付けられている。ガスタービン１の出力軸方向は、排
水ポンプ本体３内の流れ方向と直角方向に設定されてい
る。すなわち、排水ポンプ本体３の羽根車部分（図示せ
ず）は、本実施例においては建屋４の床面に形成された
穴から下方に吊り下げられて給水槽２０に潜没してお
り、ケース５部においてポンプ内の水の流れ方向を上向
きから横向きに変えている。立軸ポンプは、基本的にこ
の駆動装置と排水ポンプ本体３とによって構成される。

【００２１】図２に示すように、ケース５部では紙面裏
面側に設けられた給水槽２０に流入した雨水等の排水
は、紙面右側に設けられた吐出水槽２２へ吐出配管２１
を経由して排水される。この時、ガスタービン１の回転
軸は、紙面上下方向に配置されている。

【００２２】次に、上記排水ポンプ設備に備えられた排
水ポンプに取り付けられる減速機２の一例について説明
する。

【００２３】図３に示すように、減速機２は中央部にか
さ大歯車１８が配置されており、このかさ大歯車１８が
取り付けられた出力軸１９は垂直方向に、かさ小歯車１
７が取り付けられた中間軸１２Ｃは水平方向に配置され
ている。このかさ小歯車１７が取り付けられた中間軸１
２Ｃと平行に、後述する中間軸１２Ａ、１２Ｂが配置さ
れている。

【００２４】このような構成において、ガスタービン１
の出力軸６は、減速機２の入力軸８にカップリング７を
介して結合されている。減速機２の入力軸８には、太陽
歯車９が取り付けられており、この太陽歯車９は、遊星
歯車１０と噛み合っており、さらに、この遊星歯車１０
は中間軸１２Ａに接続されている内歯歯車１１と噛み合
っている。減速機２の低速出力側すなわち中間軸１２Ａ
の他端は、流体継手２３の入力側と接続され、流体継手
２３の出力側は中間軸１２Ｂに接続されている。また、
中間軸１２Ｂの他端には小歯車１４が取り付けられてお
り、中間軸１２Ｃに接続された大歯車１５と噛み合って
いる。中間軸１２Ｃの他端にはかさ小歯車１７が接続さ
れており、出力軸１９に接続されたかさ大歯車１８と噛
み合っている。

【００２５】また、３個の遊星歯車１０のうち、図示左
右２個の遊星歯車１０の遊星歯車軸１３を減速機２の入
力軸８側に延長してそれぞれ小歯車３０が取り付けられ
ており、これら小歯車３０は、それぞれの遊星歯車軸１
３と平行な補機回転軸１６に取り付けられた大歯車３１
と噛み合っている。補機回転軸１６を利用することによ
りガバナ２８、歯車を潤滑する潤滑油を供給するための
主油ポンプ２４、ガスタービン駆動用のスタータ２６、
ガスタービン駆動用の燃料を供給する燃料ポンプ２７等
の補機への動力伝達が可能になっている。

【００２６】図４は、遊星歯車機構部の断面図で、さら
に詳細に説明する。

【００２７】中央に減速機２の入力軸８があり、この入
力軸８には太陽歯車９が取り付けられており、この太陽
歯車９の周囲には３箇の遊星歯車１０が配置され、さら
にこの遊星歯車１０に噛み合うようにして内歯歯車１１
が配置されている。また、遊星歯車軸１３に取り付けら
れた円筒小歯車３０には、内歯歯車１１の外側に取り付
けられている前記補機駆動用の大歯車３１がそれぞれ噛
み合っている。

【００２８】また、ガスタービン１の出力軸６、減速機
２の入力軸８及び補機回転軸１６は全て同一面にあっ
て、かつケースの割面上に位置している。

【００２９】なお、２５は流体継手用作動油ポンプ、２
９は電動機駆動用軸である。

【００３０】上記構成のように、補機駆動のための動力
を遊星歯車軸１３から分岐することによって、減速機２
の入力軸８と同一のケースの割面上に補機回転軸１６を
コンパクトに配置することができる。

【００３１】また、減速機入力側高速段に遊星歯車機構
を組み込むことにより減速機入力軸側の軸受けを不要と
することが可能となる。

【００３２】さらに、２つの遊星歯車軸１３に大きさの
異なる小歯車３０を取り付けることにより、異なる変速
比の駆動力を容易に取り出すことができる。

【００３３】さらには、補機回転軸１６から分岐して流
体継手２３へ作動油を送るための流体継手用作動油ポン
プ２５を駆動するための動力をとることも可能となる。

【００３４】すなわち、上記のように構成することによ
り、減速機２の内部空間と前記補機を含めた立軸ポンプ
の駆動装置の設置面積をコンパクト化することが可能と
なり、ポンプ設備建屋の空間を有効に活用することがで
きる。また、減速機の分解、組み立て、メンテナンスも
容易にできる。

【００３５】中間軸１２Ａないし１２Ｃ、補機回転軸１
６、出力軸１９等の回転軸は、図示しない軸受により両
端が指示され、これら全体がケース５内に収納されてい
る。

【００３６】ここで、上記構成とした理由について説明
する。

【００３７】補機の動力を分岐させる方法としては、中
間軸１２Ａから分技させる場合と内歯歯車１１の外側か
ら分岐させる場合とがある。

【００３８】ガスタービン１を原動機に使用する場合、
たとえばガスタービン１の出力回転数を約４００００ｒ
ｐｍとすると内歯歯車１１の回転数は約５０００ｒｐｍ
となり、一方、ガバナ２８の回転数は３０００ｒｐｍ、
主油ポンプの回転数は１５００ｒｐｍであり、そのた
め、内歯歯車１１から補機の動力をとる場合には減速を
させる必要があるので、内歯歯車１１よりさらに径の大
きな歯車を必要とする。

【００３９】また、中間軸１２Ａの途中に歯車を設けて
これから分岐する場合、中間軸１２Ａの両側に配置され
る補機の回転方向はそれぞれ逆方向になる。このため、
回転方向を合わせるために歯車を追加する必要があり、
コスト高になってしまう。

【００４０】そこで、本実施例では、図４に示すよう
に、遊星歯車軸１３から分岐させる構造とし、これによ
り入力軸８の両側に配置する補機の回転方向を合わせる
ことが可能となり、構造的に簡略になっている。

【００４１】以上説明するように、本実施例によれば、
減速機２の内部空間と前記補機を含めた立軸ポンプの駆
動装置の設置面積をコンパクト化することが可能とな
り、ポンプ設備建屋の空間を有効に活用することができ
る。

【００４２】また、減速機の分解、組み立て、メンテナ
ンスも容易にできる。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、減
速機入力側高速段に遊星歯車機構を組み込むことにより
減速機入力軸側の軸受けを不要とすることが可能とな
る。

【００４４】また、この遊星機構部の遊星歯車軸から補
機動力を分配することによりコンパクト化が図れるとと
もに、１軸式ガスタービンを用いたことによる小型化
と、流体継手による可変速の特徴を全て活用でき、これ
に伴いポンプ設備の建設コストを低減することが可能に
なる。

【００４５】さらに、補機類の駆動軸をガスタービン入
力軸のケース割面にあわせることにより、組み立て、分
解が容易になりメンテナンス性のよい駆動装置及び立軸
ポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る立軸ポンプを備えるポンプ機場の
縦断面図である。

【図２】図１で示すポンプ機場の平面図である。

【図３】本発明に係る駆動装置の実施例の平面図であ
る。

【図４】図３で示す駆動装置のＡ−Ａ線の横断面図であ
る。

【符号の説明】

１…ガスタービン ２…減速機 ３…排水ポンプ本体 ４…建屋 ５…ケース ６…出力軸 ７…カップリング ８…入力軸 ９…太陽歯車 １０…遊星歯車 １１…内歯歯車 １２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…中間軸 １３…遊星歯車軸 １４…小歯車 １５…大歯車 １６…補機回転軸 １７…かさ小歯車 １８…かさ大歯車 １９…出力軸 ２０…給水槽 ２１…吐出配管 ２２…吐出水槽 ２３…流体継手 ２４…主油ポンプ ２５…作動油ポンプ ２６…スタータ ２７…燃料ポンプ ２８…ガバナ ２９…電動機駆動用軸 ３０…小歯車 ３１…大歯車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木暮 清 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社土 浦テクノロジー内 (72)発明者 戸井田 滋 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 Ｆターム(参考） 3H032 AA01 AA12 3J009 DA17 DA18 EA04 EA21 EA34 EA38 FA30 3J027 FA36 FB40 GA01 GB04 GB10 GD04 GD07 GD13

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンと、このガスタービンに接
   続される減速機とを備える駆動装置において、 前記減速機は、太陽歯車と、この太陽歯車と噛み合う遊
   星歯車と、この遊星歯車と噛み合う内歯歯車とを有する
   遊星歯車機構からなり、 前記遊星歯車の遊星歯車軸に取り付けられ前記ガスター
   ビン側に位置する歯車に補機駆動用歯車を噛み合わせ、 この補機駆動用歯車に、補機を取り付けて駆動する補機
   駆動軸を設けることを特徴とする駆動装置。
2. 【請求項２】 前記減速機は、補機駆動軸がガスタービ
   ンの出力軸と同一のケース割面にあることを特徴とする
   請求項１記載の駆動装置。
3. 【請求項３】 前記減速機は複数の補機駆動用歯車及び
   補機駆動軸を有し、この補機駆動軸には、前記歯車を潤
   滑する油を供給する主油ポンプ、流体継手に作動油を供
   給する流体継手用作動油ポンプ、ガスタービン駆動用の
   スタータ、ガスタービンに燃料を供給する燃料ポンプ及
   びガバナのいずれかの補機が取り付けられていることを
   特徴とする請求項２記載の駆動装置。
4. 【請求項４】 ガスタービンと、このガスタービンに接
   続される減速機と、この減速機に接続される排水ポンプ
   本体とを備える立軸ポンプにおいて、 前記減速機は、太陽歯車と、この太陽歯車と噛み合う遊
   星歯車と、この遊星歯車と噛み合う内歯歯車とを有する
   遊星歯車機構からなり、 前記遊星歯車の遊星歯車軸に取り付けられ前記ガスター
   ビン側に位置する歯車に補機駆動用歯車を噛み合わせ、 この補機駆動用歯車に、補機を取り付けて駆動する補機
   駆動軸を設けることを特徴とする立軸ポンプ。
5. 【請求項５】 前記減速機は複数の補機駆動用歯車及び
   補機駆動軸を有し、この補機駆動軸には、前記歯車を潤
   滑する油を供給する主油ポンプ、流体継手に作動油を供
   給する流体継手用作動油ポンプ、ガスタービン駆動用の
   スタータ、ガスタービンに燃料を供給する燃料ポンプ及
   びガバナのいずれかの補機が取り付けられていることを
   特徴とする請求項４記載の立軸ポンプ。
6. 【請求項６】 前記減速機の低速出力軸側に流体継手を
   介在させることを特徴とする請求項４記載の立軸ポン
   プ。