JP2006233901A - Centrifugal compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠心圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a centrifugal compressor.
遠心圧縮機は、主軸と、この主軸に取り付けられた羽根車と、これら主軸と羽根車とを収容するケーシングとを有しており、主軸を回転駆動してケーシング内で羽根車を高速回転させることでケーシング内に取り込んだ気体に遠心力を与え、この遠心力によって気体の圧縮を行う形式の圧縮機である。
ケーシングには、圧縮対象の気体をケーシング内に取り込むための吸込口と、吸込口から吸い込まれた気体を羽根車に導入するための流入路と、羽根車によって圧縮された気体を吐出する吐出口とが設けられている。
流入路は、主軸の周囲を取り囲むようにして設けられており、吸込口から吸い込まれた気体は、流入路によって主軸の径方向外側から径方向内側に向けて案内されて、主軸に取り付けられた羽根車の径方向内側の領域に供給されるようになっている。
The centrifugal compressor has a main shaft, an impeller attached to the main shaft, and a casing that accommodates the main shaft and the impeller, and rotates the main shaft to rotate the impeller at high speed in the casing. This is a compressor of a type that applies a centrifugal force to the gas taken into the casing and compresses the gas by the centrifugal force.
The casing has a suction port for taking the gas to be compressed into the casing, an inflow passage for introducing the gas sucked from the suction port into the impeller, and a discharge port for discharging the gas compressed by the impeller And are provided.
The inflow path is provided so as to surround the periphery of the main shaft, and the gas sucked from the suction port is guided from the radially outer side of the main shaft to the inner side in the radial direction by the inflow channel, and is attached to the main shaft. It supplies to the area | region inside the radial direction of an impeller.
近年、遠心圧縮機の効率を向上させるために、遠心圧縮機には、吸込口から吸い込む気体の量を調節する流量調節機構が設けられるようになってきている。
流量調節機構を有する遠心圧縮機としては、例えば、特許文献1に記載の遠心圧縮機が知られている。
特許文献1記載の遠心圧縮機では、流量調節機構として、流入路内に、主軸の軸線に略直交する面上で揺動可能な吸込ベーンが、主軸の周囲を取り囲むように複数配置されており、この吸込ベーンの主軸に対する角度を変えることで、流入路から羽根車に供給される気体の量(すなわち吸込口から吸い込む気体の量)を調節することができるようになっている。
In recent years, in order to improve the efficiency of the centrifugal compressor, the centrifugal compressor has been provided with a flow rate adjusting mechanism for adjusting the amount of gas sucked from the suction port.
As a centrifugal compressor having a flow rate adjusting mechanism, for example, a centrifugal compressor described in Patent Document 1 is known.
In the centrifugal compressor described in Patent Document 1, a plurality of suction vanes capable of swinging on a surface substantially orthogonal to the axis of the main shaft are disposed in the inflow path as a flow rate adjusting mechanism so as to surround the periphery of the main shaft. By changing the angle of the suction vane with respect to the main shaft, the amount of gas supplied from the inflow path to the impeller (that is, the amount of gas sucked from the suction port) can be adjusted.
吸込ベーンは、主軸と平行に延在する取付軸を有しており、この取付軸には、第1のギアが同軸にして設けられている。
主軸の回りには、第1のギアよりも主軸側に配置されて、各第1のギアと噛み合うとともに主軸の回りに回転自在である環状のリングギアと、第1のギアのうちの一つと噛み合うとともに、主軸と平行に延在してケーシングを貫通する駆動軸を有する第2のギアとが設けられている。すなわち、第2のギアとこれに噛み合う第1のギア、及びリングギアは、主軸の径方向に配列されている。
そして、ケーシングの外側に設けられたギア駆動部によって、駆動軸を介して第2のギアを回転させると、第1のギアのうち、第2のギアと噛み合っている第1のギアが回転する。この第1のギアが回転すると、この第1のギアに噛み合うリングギアも回転するので、リングギアと噛み合っている他の第1のギアも回転することとなる。
この遠心圧縮機では、このように第1、第2のギア、及びリングギアを用いて、第1のギアに接続された吸込ベーンの向きを調節する構成とされている。
The suction vane has an attachment shaft extending in parallel with the main shaft, and a first gear is provided coaxially on the attachment shaft.
An annular ring gear disposed around the main shaft and closer to the main shaft than the first gear, meshes with each first gear and is rotatable about the main shaft, and one of the first gears A second gear having a drive shaft that engages and extends parallel to the main shaft and penetrates the casing is provided. That is, the second gear, the first gear meshing with the second gear, and the ring gear are arranged in the radial direction of the main shaft.
Then, when the second gear is rotated via the drive shaft by the gear driving unit provided on the outer side of the casing, the first gear meshed with the second gear among the first gears is rotated. . When the first gear rotates, the ring gear that meshes with the first gear also rotates, so that the other first gear that meshes with the ring gear also rotates.
In this centrifugal compressor, the direction of the suction vane connected to the first gear is adjusted by using the first and second gears and the ring gear as described above.
この流量調節機構では、上記のように、ギア駆動部の駆動力は、第2のギアを介して第1のギアのうちの一つに伝達され、この第1のギアからリングギアを介して残りの第1のギアに伝達される。すなわち、第2のギアと噛み合う第1のギアには、自身を駆動する駆動力に加えて、残りの全ての第1のギアを駆動する駆動力が加えられるので、高い強度が要求される。 In this flow rate adjusting mechanism, as described above, the driving force of the gear driving unit is transmitted to one of the first gears via the second gear, and from the first gear via the ring gear. It is transmitted to the remaining first gear. That is, the first gear meshing with the second gear is required to have high strength because the driving force for driving all the remaining first gears is applied in addition to the driving force for driving the first gear.
第1のギアの強度は、その径を大きくするか、もしくは径はそのままでも歯幅のみ大きくすることで高めることができる。
しかし、前記のように第1のギアは周方向に等間隔で多数設けられており、第1のギアの径を大きくすると隣接するギア同士が接触するため、第1のギアの径をあまり大きくすることができない。
また、各部材の配置の関係上、第1のギアの径とリングギアの径との差が大きいので、第1のギア及びリングギアの歯幅を大きくすることによって強度を向上させる場合には、第1のギア及びリングギアの歯幅を非常に大きく取る必要がある。このため、設置スペースの関係から、第1のギア及びリングギアの歯幅をあまり大きく取ることができない。
このように、従来は、遠心圧縮機を大型化することなく耐久性を向上させることは困難であった。
The strength of the first gear can be increased by increasing its diameter, or by increasing only the tooth width even if the diameter remains the same.
However, as described above, a large number of the first gears are provided at equal intervals in the circumferential direction, and when the diameter of the first gear is increased, adjacent gears come into contact with each other. Can not do it.
In addition, due to the arrangement of each member, the difference between the diameter of the first gear and the diameter of the ring gear is large, so when the strength is improved by increasing the tooth width of the first gear and the ring gear. The tooth widths of the first gear and the ring gear need to be very large. For this reason, the tooth | gear width of a 1st gear and a ring gear cannot be taken very large from the relationship of installation space.
Thus, conventionally, it has been difficult to improve durability without increasing the size of the centrifugal compressor.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、大型化することなく耐久性が著しく向上した遠心圧縮機を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the centrifugal compressor which durability improved significantly, without enlarging.
上記課題を解決するために、本発明の遠心圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる遠心圧縮機は、主軸と、該主軸に取り付けられた羽根車と、前記主軸及び前記羽根車を収容するケーシングとを有し、該ケーシングが、前記主軸の周囲を取り囲んで圧縮対象の気体を前記主軸の径方向外側から径方向内側に案内して前記羽根車に供給する流入路を有しており、前記主軸を介して前記羽根車を回転駆動することで前記羽根車に供給された気体に遠心力を与えて該気体を圧縮する遠心圧縮機であって、前記流入路内に前記主軸の周囲を取り囲むように複数配置されてそれぞれ前記主軸の軸線に平行な揺動軸線回りに揺動可能な吸込ベーンと、該各吸込ベーンを前記揺動軸線回りに揺動させるベーン駆動装置とを有し、該ベーン駆動装置は、前記各吸込ベーンのそれぞれに対して前記揺動軸線と同軸にして設けられた第1ギアと、該各第1ギアの設置領域に対して前記揺動軸線方向に隣接して設けられる第2ギアと、該第2ギアを回転駆動するギア駆動装置と、前記主軸よりも大径で該主軸と同軸にして設けられて前記第1ギア及び前記第2ギアと噛み合う環状のリングギアとを有しており、該リングギアには、前記各第1ギアと噛み合う第1歯車部と、前記第2ギアと噛み合う第2歯車部とが、前記揺動軸線方向に隣接して設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the centrifugal compressor of the present invention employs the following means.
That is, a centrifugal compressor according to the present invention includes a main shaft, an impeller attached to the main shaft, and a casing that houses the main shaft and the impeller, and the casing surrounds the periphery of the main shaft. The impeller has an inflow path that guides gas to be compressed from the radially outer side to the radially inner side of the main shaft and supplies the gas to the impeller, and the impeller is driven by rotating the impeller through the main shaft. A centrifugal compressor that compresses the gas by applying centrifugal force to the gas supplied to the gas, and a plurality of the centrifugal compressors are arranged in the inflow path so as to surround the periphery of the main shaft, and each of the centrifugal compressors is parallel to the axis of the main shaft. A suction vane swingable about an axis, and a vane drive device for swinging each suction vane about the swing axis, the vane drive device configured to swing the suction vane with respect to each of the suction vanes. Coaxial with the axis of movement A first gear provided; a second gear provided adjacent to the installation region of each first gear in the swing axis direction; a gear driving device that rotationally drives the second gear; and the main shaft An annular ring gear that is larger in diameter than the main shaft and meshes with the first gear and the second gear, and the ring gear meshes with the first gear. One gear portion and a second gear portion meshing with the second gear are provided adjacent to each other in the swing axis direction.
このように構成される遠心圧縮機では、主軸の周囲を取り囲むように配置される複数の吸込ベーンと、これら吸込ベーンを揺動させるベーン駆動装置とが、羽根車に供給する気体の量を調節する流量調節機構を構成している。そして、ベーン駆動装置によって主軸に対する各吸込ベーンの向きを調節することで、流入路内の流路断面積が調節されて、羽根車に供給する気体の量が調節される。
具体的には、ベーン駆動装置のギア駆動装置によって第2ギアを回転駆動することで、第2ギアに噛み合うリングギアが回転させられる。すると、リングギアに噛み合う各第1ギアが回転させられて、各第1ギアが設けられた各吸込ベーンがそれぞれの揺動軸線回りに揺動し、それぞれの主軸に対する向きが調節されて、流入路内の流路断面積の調節が行われる。
In the centrifugal compressor configured as described above, a plurality of suction vanes arranged so as to surround the periphery of the main shaft and a vane driving device that swings these suction vanes adjust the amount of gas supplied to the impeller. The flow control mechanism is configured. Then, by adjusting the direction of each suction vane with respect to the main shaft by the vane driving device, the flow passage cross-sectional area in the inflow passage is adjusted, and the amount of gas supplied to the impeller is adjusted.
Specifically, the ring gear meshing with the second gear is rotated by rotationally driving the second gear by the gear driving device of the vane driving device. Then, each first gear meshing with the ring gear is rotated, each suction vane provided with each first gear is swung around each swing axis, and the direction with respect to each main shaft is adjusted, and the inflow Adjustment of the cross-sectional area of the channel in the channel is performed.
この遠心圧縮機では、全ての第1ギアが、それぞれリングギアに設けられた第1歯車部に噛み合わされており、各第1ギアは、それぞれリングギアから直接駆動力を伝達される。すなわち、各第1ギアは、リングギアに対して並列に接続されているので、これら各第1ギアには、リングギアから、自身が対応する吸込ベーンを揺動させるのに必要な駆動力のみを伝達すればよい。
このように、この遠心圧縮機では、各第1ギアに加わる負荷が少ないので、第1ギアに要求される強度水準が著しく低くなり、第1ギアの大きさや歯幅を大きくしなくても、十分な耐久性が確保される。
In this centrifugal compressor, all the first gears are respectively meshed with first gear portions provided in the ring gears, and each first gear is directly transmitted with a driving force from the ring gear. That is, since each first gear is connected in parallel to the ring gear, each of the first gears has only a driving force necessary for swinging the suction vane corresponding thereto from the ring gear. Can be transmitted.
Thus, in this centrifugal compressor, since the load applied to each first gear is small, the strength level required for the first gear is remarkably lowered, and even if the size and the tooth width of the first gear are not increased, Sufficient durability is ensured.
また、第1ギアと第2ギアとが、主軸の径方向ではなく、主軸の軸線方向に配列されているので、主軸の径方向における遠心圧縮機の寸法を低減することができる。
さらに、このように第2ギアが第1ギアとは揺動軸線方向の位置をずらして配置されていて、第1ギアとは干渉しないので、その径をリングギアの駆動に適した大きさに設定することができる。このため、歯幅を大きくしなくても、十分な耐久性を確保することができ、主軸の軸線方向における遠心圧縮機の寸法を増大させずに済む。
Moreover, since the first gear and the second gear are arranged not in the radial direction of the main shaft but in the axial direction of the main shaft, the size of the centrifugal compressor in the radial direction of the main shaft can be reduced.
Furthermore, since the second gear is arranged so that the position in the swing axis direction is shifted from the first gear and does not interfere with the first gear, the diameter thereof is set to a size suitable for driving the ring gear. Can be set. For this reason, sufficient durability can be ensured without increasing the tooth width, and the size of the centrifugal compressor in the axial direction of the main shaft does not need to be increased.
本発明にかかる遠心圧縮機では、従来の遠心圧縮機に比べて、大型化することなく、耐久性が著しく向上している。 In the centrifugal compressor according to the present invention, the durability is remarkably improved without increasing the size as compared with the conventional centrifugal compressor.
以下に、本発明にかかる遠心圧縮機の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態の遠心圧縮機10の要部を示す側断面図である。
遠心圧縮機10は、主軸11と、主軸11に取り付けられた複数の羽根車12とを有している。
Hereinafter, an embodiment of a centrifugal compressor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side cross-sectional view showing a main part of a
The
本実施形態の遠心圧縮機10は、入口壁16及びダイヤフラム15と、入口壁16及びダイヤフラム15の外側に設けられるケーシング17とを有する、いわゆるバレル形の一軸多段遠心圧縮機として構成されており、図示しない駆動装置によって主軸11を介して羽根車12を回転駆動することで、羽根車12に供給された気体に遠心力を与えてこの気体を圧縮するものである。
The
各羽根車12は、水平割形または輪切形の複数の部材によって形成された入口壁16及びダイヤフラム15の内部に収容される。なお、ダイヤフラム15は各羽根車12の間を結ぶ流通路を形成する。また、入口壁16には、主軸11の周囲を取り囲んで圧縮対象の気体を主軸11の径方向外側から径方向内側に案内して、羽根車12のうち第1段目の圧縮に用いられる羽根車12に供給する流入路18が設けられている。
Each
主軸11及び羽根車12が収納される入口壁16及びダイヤフラム15の両端にはそれぞれ側蓋17bを設けた構成とされており、入口壁16、ダイヤフラム15及び側蓋17bはボルトによって強固に結合される。
ケーシング17の胴部17aには、それぞれ主軸11と略直交する方向に延びる吸込口19と吐出口(図示せず)とが設けられており、この吸込口19を通じて流入路18に圧縮対象の気体が供給され、吐出口を通じて最後段の羽根車12によって圧縮された気体が外部に吐出されるようになっている。
各側蓋17bには、ガスシール方式の軸封部21が設けられると共に、バッファガスを供給するための配管(図示せず)が配設されている。また、各側蓋17bには、主軸11を支持するジャーナル軸受22が、軸受ケーシング23を介して保持されている。さらに、吸込口19側(図1における左側)に位置する軸受ケーシング23には、スラスト軸受24が配置されている。
Both ends of the
The
Each
図1及び図2に示すように、吸込口19と第1段目の圧縮に用いられる羽根車12の吸込口12aとを接続する流入路18には、複数の案内羽根31が、それぞれ流入路18を主軸11の軸線O方向に横断するようにして固定的に設けられている。
これら案内羽根31の下流側には、吸込ベーン32が、流入路18を主軸11の軸線方向に横断するようにしてかつ主軸11の軸線Oに略平行な揺動軸線O1(図2参照)回りに揺動可能にして設けられている。これら各吸込ベーン32の揺動軸線O1回りの向きは、ベーン駆動装置33によって調整されるようになっている。
本実施形態では、これら案内羽根31及び吸込ベーン32は、それぞれ24体ずつ設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of
On the downstream side of these
In the present embodiment, 24
図2に示すように、各案内羽根31及び吸込ベーン32は、流入路18内で主軸11を取り囲む円周上に配設されている。そして、各吸込ベーン32を、図2に実線で示すように主軸11の径方向に略直交する向きと、図2に破線で示すように主軸11の径方向に沿った向きとの間でその向きを調整することで、隣接する吸込ベーン32間の隙間の大きさが調整されるようになっている。すなわち、この遠心圧縮機10では、吸込ベーン32の向きを調整することで、各吸込ベーン32の間を通過して第1段目の圧縮に用いられる羽根車12の吸込口12aに向かう流体の量が調節されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the
ベーン駆動装置33は、図1に示すように、各吸込ベーン32に対して主軸11と略平行な揺動軸線O1に沿って設けられる取付軸41と、各取付軸41に対してそれぞれ同軸にして設けられる従動ギア42(第1ギア)と、各従動ギア42の設置領域に対して揺動軸線O1方向に隣接して設けられる駆動ギア43(第2ギア)と、駆動ギア43を回転駆動するギア駆動装置44と、主軸11と同軸にして設けられて従動ギア42及び駆動ギア43と噛み合う環状のリングギア46とを有している。
リングギア46は、主軸11よりも大径でかつ各取付軸41のなす円周よりも小径とされており、その外周面には、各従動ギア42と噛み合う第1歯車部47と、駆動ギア43と噛み合う第2歯車部48とが、揺動軸線O1方向に隣接して設けられている。
なお、各ギアが噛み合わせられている領域はグリースで満たされており、これにより、各ギアは滑らかに回転することができるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
The
In addition, the area | region where each gear is mesh | engaged is satisfy | filled with grease, and, thereby, each gear can rotate smoothly.
このように構成される遠心圧縮機10では、前記のように、主軸11の周囲を取り囲むように配置される複数の吸込ベーン32と、これら吸込ベーン32を揺動させるベーン駆動装置33とが、第1段目の圧縮を行う羽根車12に供給する気体の量を調節する流量調節機構を構成している。そして、ベーン駆動装置33によって主軸11に対する各吸込ベーン32の向きを調節することで、流入路18内の流路断面積が調節されて、第1段目の圧縮を行う羽根車12に供給する気体の量が調節される。
In the
具体的には、ベーン駆動装置33のギア駆動装置44によって駆動ギア43を回転駆動することで、駆動ギア43に第2歯車部48で噛み合うリングギア46が回転させられる。すると、リングギア46の第1歯車部47に噛み合う各従動ギア42が回転させられて、各第1ギア42と接続された各吸込ベーン32がそれぞれの揺動軸線O1回りに揺動し、それぞれの主軸11に対する向きが調節されて、流入路18内の流路断面積の調節が行われる。
Specifically, when the
この遠心圧縮機10では、全ての従動ギア42が、それぞれリングギア46に設けられた第1歯車部47に噛み合わされており、各従動ギア42は、それぞれリングギア46から直接駆動力を伝達される。すなわち、各従動ギア42は、リングギア46に対して並列に接続されているので、これら各従動ギア42には、リングギア46から、自身が対応する吸込ベーン31を揺動させるのに必要な駆動力のみを伝達すればよい。
このように、この遠心圧縮機10では、各従動ギア42に加わる負荷が少ないので、従動ギア42に要求される強度水準が著しく低くなり、従動ギア42の大きさや歯幅を大きくしなくても、十分な耐久性が確保される。
In the
Thus, in this
また、従動ギア42と駆動ギア43とが、主軸11の径方向ではなく、主軸11の軸線O方向に配列されているので、主軸11の径方向における遠心圧縮機10の寸法を低減することができる。
さらに、このように駆動ギア43が従動ギア42とは揺動軸線O1方向の位置をずらして配置されていて、従動ギア42とは干渉しないので、その径をリングギア46の駆動に適した大きさに設定することができる。このため、歯幅を大きくしなくても、十分な耐久性を確保することができ、主軸11の軸線O方向における遠心圧縮機10の寸法を増大させずに済む。
このように、本実施形態にかかる遠心圧縮機10によれば、従来の遠心圧縮機に比べて、大型化することなく、耐久性が著しく向上している。
Further, since the driven
Furthermore,
Thus, according to the
以上、本発明の遠心圧縮機の各実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although each embodiment of the centrifugal compressor of this invention has been described in detail, this invention is not limited to each said embodiment.
例えば、上記各実施形態においては、円盤状の従動ギア42を採用し、従動ギア42の円周全体に歯を設けているが、従動ギア42は、吸込ベーン32の揺動軸線O1回りの可動範囲内で従動ギア42とリングギア46とが噛み合う範囲にのみ歯を有する形状(例えば揺動軸線O1を中心点(要)とする扇形状)としてもよい。これにより、材料費の節約、装置の小型化を図ることができる。
For example, in the above embodiments, a disk-shaped driven
10 遠心圧縮機
11 主軸
12 羽根車
17 ケーシング
18 流入路
32 吸込ベーン
33 ベーン駆動装置
42 従動ギア(第1ギア)
43 駆動ギア(第2ギア)
44 ギア駆動装置
46 リングギア
47 第1歯車部
48 第2歯車部
O 主軸の軸線
O1 揺動軸線
DESCRIPTION OF
43 Drive gear (second gear)
44 Gear drive 46
Claims (1)
前記流入路内に前記主軸の周囲を取り囲むように複数配置されてそれぞれ前記主軸の軸線に平行な揺動軸線回りに揺動可能な吸込ベーンと、
該各吸込ベーンを前記揺動軸線回りに揺動させるベーン駆動装置とを有し、
該ベーン駆動装置は、前記各吸込ベーンのそれぞれに対して前記揺動軸線と同軸にして設けられた第1ギアと、
該各第1ギアの設置領域に対して前記揺動軸線方向に隣接して設けられる第2ギアと、
該第2ギアを回転駆動するギア駆動装置と、
前記主軸よりも大径で該主軸と同軸にして設けられて前記第1ギア及び前記第2ギアと噛み合う環状のリングギアとを有しており、
該リングギアには、前記各第1ギアと噛み合う第1歯車部と、前記第2ギアと噛み合う第2歯車部とが、前記揺動軸線方向に隣接して設けられている遠心圧縮機。 A main shaft, an impeller attached to the main shaft, and a casing that houses the main shaft and the impeller, and the casing surrounds the periphery of the main shaft so that gas to be compressed is radially outward of the main shaft. An inflow passage that is guided radially inward from the blade and supplied to the impeller, and the centrifugal force is applied to the gas supplied to the impeller by rotationally driving the impeller through the main shaft. A centrifugal compressor for compressing the gas,
A plurality of suction vanes that are arranged in the inflow path so as to surround the periphery of the main shaft and can swing about a swing axis parallel to the axis of the main shaft;
A vane drive device that swings each suction vane around the swing axis,
The vane driving device includes a first gear provided coaxially with the swing axis for each of the suction vanes,
A second gear provided adjacent to the installation region of each first gear in the swing axis direction;
A gear driving device for rotationally driving the second gear;
An annular ring gear which is larger in diameter than the main shaft and is provided coaxially with the main shaft and meshes with the first gear and the second gear;
The centrifugal compressor is provided with a first gear portion that meshes with each of the first gears and a second gear portion that meshes with the second gear, adjacent to each other in the swing axis direction.
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