JP2013241889A - ターボ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機とオイルポンプとの接続箇所におけるオイル漏れを防止することができるターボ圧縮機の提供。
【解決手段】コンプレッサーインペラを回転駆動させる電動機２と、当該回転駆動に連動して駆動するオイルポンプ４０と、を有するターボ圧縮機１であって、電動機２の駆動軸３とオイルポンプ４０の駆動軸４４とを接続する軸カップリング５０と、軸カップリング５０を収容すると共に底部にドレン口６４が設けられたハウジング６０と、軸カップリング５０とドレン口６４との間に設けられた邪魔板７０と、を有する、という構成を採用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ圧縮機に関するものである。

下記特許文献１には、電動機により回転駆動される羽根車（コンプレッサーインペラ）を高速回転させることで空気を圧縮するターボ圧縮機が開示されている。このターボ圧縮機は、羽根車の回転軸の軸受などに潤滑性のオイルを供給するオイルポンプを有している。オイルポンプは電動機の反負荷側（羽根車と反対側）に取り付けられており、電動機は両軸構造となっている。このため、オイルポンプは、羽根車が回転駆動したときに、該回転駆動に連動して駆動し、オイルを供給することができる。

特開２０１１−２５６７７７号公報

ところで、上記構成を採用する場合、オイルポンプの駆動軸と電動機の駆動軸とを軸カップリングを介して接続し、その周りをハウジングで囲い、電動機側及びオイルポンプ側から駆動軸などを伝って漏れてくるオイルが当該軸回転によって飛散しないようにする必要がある。また、漏れたオイルについては、ハウジングの底部にドレン口を設けて排出するようにすることが望ましい。

しかしながら、軸カップリングが設けられる部分は径が大きくなり、また、駆動軸は高速回転するため、当該軸カップリングが回転するとハウジングの中で風圧が生じ、その風圧により漏れたオイルが押し流されてしまう場合がある。そうすると、漏れたオイルが運転中にドレン口から排出され難くなる場合があり、ある一定量を超えると、オイルがドレン口ではない他の部分からハウジングの外に漏れ始めてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電動機とオイルポンプとの接続箇所におけるオイル漏れを防止することができるターボ圧縮機の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、コンプレッサーインペラを回転駆動させる電動機と、前記回転駆動に連動して駆動するオイルポンプと、を有するターボ圧縮機であって、前記電動機の駆動軸と前記オイルポンプの駆動軸とを接続する軸カップリングと、 前記軸カップリングを収容すると共に底部にドレン口が設けられたハウジングと、前記軸カップリングと前記ドレン口との間に設けられた邪魔板と、を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、軸カップリングとドレン口との間に邪魔板が設けられているため、邪魔板が風除けとなり、軸カップリングの回転による風圧の影響をドレン口に与えないようにすることができる。このため、運転中においても、ドレン口からオイルを適切に排出させることができる。

また、本発明においては、前記邪魔板は、軸方向において、前記軸カップリングが設けられる範囲よりも広い範囲で設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、邪魔板が軸方向において風の発生原因となる軸カップリングの範囲全てを含む大きさとなる。このため、軸カップリングの回転による風圧の影響をドレン口に確実に与えないようにすることができる。

また、本発明においては、前記邪魔板は、前記軸カップリングに向う凸状に曲げられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、邪魔板上にオイルが乗った場合であっても、軸カップリングの回転による風を利用して邪魔板から降ろし、ドレン口から適切に排出させることができる。

また、本発明においては、前記邪魔板は、前記軸カップリングの回転方向上流側の端部が、該回転方向下流側の端部よりも下方となるように傾いている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、軸カップリングの回転による風圧の影響でオイルが回転方向下流側に寄っている場合にも、邪魔板をそのオイルに対する適切な風除けとすることができる。

また、本発明においては、前記ハウジングは、円筒形状を有しており、前記邪魔板は、前記軸カップリングの回転方向上流側の端部の少なくとも一部が前記ハウジングに対して離間している、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、軸カップリングの回転により飛散したオイルがハウジングの円筒形状に沿って回転した場合であっても、邪魔板の軸カップリングの回転方向上流側の端部とハウジングとの隙間から、オイルを邪魔板の裏側に誘い込めるため、オイルをドレン口から適切に排出させることができる。

また、本発明においては、前記ハウジングは、円筒形状の本体部と、前記本体部に対して取り外し可能なカバーと、を有しており、前記邪魔板は、軸方向において、前記カバーが設けられる範囲よりも広い範囲で設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、邪魔板が軸方向においてオイル漏れの原因となるカバーの範囲全てを含む大きさとなっているため、軸カップリングがハウジングの底部に溜まったオイル跳ね上げようとしても、邪魔板により妨げられるため、オイルが本体部とカバーとの隙間から外に漏れ出すことを防止することができる。

本発明によれば、電動機とオイルポンプとの接続箇所におけるオイル漏れを防止することができるターボ圧縮機が得られる。

本発明の第１実施形態におけるターボ圧縮機の全体構成図である。 本発明の第１実施形態における電動機とオイルポンプとの接続箇所における内部構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における電動機とオイルポンプとの接続箇所における内部構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態における電動機とオイルポンプとの接続箇所における内部構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態における電動機とオイルポンプとの接続箇所における内部構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるターボ圧縮機１の全体構成図である。
図１に示すように、本実施形態のターボ圧縮機１は、第一段圧縮機１０、第二段圧縮機２０、第三段圧縮機３０を備える多段圧縮機である。

ターボ圧縮機１は、電動機２を備える。電動機２は、第一段圧縮機１０のコンプレッサーインペラ１１、第二段圧縮機２０のコンプレッサーインペラ２１、第三段圧縮機３０のコンプレッサーインペラ３１を回転駆動させる構成となっている。電動機２の駆動軸３は、歯車装置４に接続されており、駆動軸３の駆動力は、歯車装置４を介してコンプレッサーインペラ１１，２１，３１に伝達される。

コンプレッサーインペラ１１，２１，３１は、ラジアルインペラであり、軸方向で吸気したガスを半径方向に導出する不図示の３次元的ねじれを含むブレードを有する。コンプレッサーインペラ１１，２１，３１の周りには、それぞれ不図示のディフューザ流路が設けられており、半径方向に導出したガスを、当該流路において圧縮・昇圧し、また、さらにその周りに設けられたスクロール流路によって次段の圧縮機に供給することができる。

ターボ圧縮機１は、吸入フィルタ５を備える。吸入フィルタ５は、大気中に含まれる埃や塵等を取り除くものである。吸入フィルタ５を通過したガスは、第一段圧縮機１０に入力される。第一段圧縮機１０で一段階目の圧縮が行われると、この圧縮ガスはインタークーラー６を通って冷却され、第二段圧縮機２０に入力される。第二段圧縮機２０で二段階目の圧縮が行われると、この圧縮ガスはインタークーラー７を通って冷却され、第三段圧縮機３０に入力される。第三段圧縮機３０で三段階目の圧縮が行われた圧縮ガスは、ターボ圧縮機１に接続された不図示の産業用機械等に供給される。

ターボ圧縮機１は、コンプレッサーインペラ１１，２１，３１の回転軸や歯車装置４等の各回転部に潤滑性のオイルを供給するオイルポンプ４０を有する。オイルポンプ４０は電動機２の反負荷側に取り付けられ、電動機２は両軸構造となっている。本実施形態のオイルポンプ４０は、スクリューポンプである。オイルポンプ４０は、電動機２がコンプレッサーインペラ１１，２１，３１を回転駆動させるときに、当該回転駆動に連動して駆動する構成となっている。

オイルポンプ４０が駆動すると、オイルタンク４１に貯溜されているオイルが吸い上げられる。吸い上げられたオイルは、オイルクーラー４２を通って冷却され、オイルフィルター４３に入力される。オイルフィルター４３を通過したオイルは、コンプレッサーインペラ１１，２１，３１の回転軸や歯車装置４等の各回転部に供給される。なお、各回転部に供給されたオイルは、所定の流路を通って再びオイルタンク４１に回収される。

続いて、電動機２とオイルポンプ４０との接続箇所Ａにおける特徴的な内部構成について説明する。
図２（ａ）は、本発明の第１実施形態における電動機２とオイルポンプ４０との接続箇所Ａにおける内部構成を示す断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）における矢視Ｂ−Ｂ断面図である。

図２（ａ）に示すように、電動機２の駆動軸３とオイルポンプ４０の駆動軸４４とは、軸カップリング５０によって接続されている。軸カップリング５０は、駆動軸３，４４に対し拡径する円盤のフランジ形状を有している。軸カップリング５０は、締結部材５１を有し、駆動軸３と駆動軸４４とを接続する。

軸カップリング５０は、円筒形状のハウジング６０に収容されている。ハウジング６０は、オイルポンプ４０を取り付ける取付台となる。ハウジング６０は、円筒形状の本体部６１と、本体部に対して取り外し可能なカバー６２と、を有している。本体部６１は、図２（ｂ）に示すように、略上半分に開口６３が形成されている。カバー６２は、円弧形状を有する。カバー６２は、開口６３を覆うようにして、本体部６１の周面外側にネジ止めによって取り付けられている。このため、ネジを回してカバー６２を取り外すことで、開口６３からハウジング６０の内部にアクセスできる。

図２（ａ）に示すように、ハウジング６０の底部には、ドレン口６４が設けられている。ドレン口６４は、ハウジング６０の底部において、軸心が水平に設定された円筒の最下点に設けられている（図２（ｂ）参照）。ドレン口６４は、電動機２側及びオイルポンプ４０側から駆動軸３，４４などを伝って漏れてくるオイルをハウジング６０の外に排出するものである。ドレン口６４を介して排出されたオイルは、例えばオイルポッド８（図１参照）などで受ける。

図２（ａ）に示すように、軸カップリング５０とドレン口６４との間には、邪魔板７０が設けられている。邪魔板７０は、ドレン口６４の上に所定の隙間をあけて設けられている。本実施形態の邪魔板７０は、矩形の平板形状を有している。邪魔板７０は、図２（ｂ）に示すように、水平面に沿う姿勢でハウジング６０に対して取り付けられている。邪魔板７０は、軸カップリング５０の回転方向上流側の端部７１及び回転方向下流側の端部７２が、ハウジング６０に対してそれぞれ溶接されている。

図２（ａ）に示すように、軸方向（図２（ａ）において紙面左右方向）において、邪魔板７０は、ハウジング６０よりも小さく、邪魔板７０とハウジング６０との間には、オイルが流通できる隙間Ｓが形成されている。隙間Ｓは、邪魔板７０の軸方向両側に形成されている。また、邪魔板７０は、軸方向において、軸カップリング５０が設けられる範囲よりも広い範囲で設けられている。すなわち、邪魔板７０は、軸方向において、軸カップリング５０の拡径部の全てを含む大きさで設けられている。

続いて、上記構成のターボ圧縮機１による、電動機２とオイルポンプ４０との接続箇所Ａにおけるオイル漏れ防止作用について説明する。
オイルポンプ４０は、電動機２がコンプレッサーインペラ１１，２１，３１を回転駆動させるときに、当該回転駆動に連動して駆動する。このときに、オイルが電動機２側及びオイルポンプ４０側から駆動軸３，４４などを伝ってハウジング６０の中に漏れてくる。

ターボ圧縮機１の運転中、電動機２の駆動軸３は、高速回転する（例えば３５００ｒｐｍ）。また、軸カップリング５０が設けられる箇所は部分的に径が大きくなっている（例えばφ１５０）。したがって、軸カップリング５０が高速回転すると、図２（ａ）に示すような気流Ｆが発生する。気流Ｆは、所定の粘性を有するオイルを押し流せる程の強い風圧を生じさせる。

本実施形態では、軸カップリング５０とドレン口６４との間に邪魔板７０が設けられている。邪魔板７０は、ドレン口６４の手前側で気流Ｆを受けて、気流Ｆが直接ドレン口６４に到達しないようにする。このように、邪魔板７０が風除けとなることで、軸カップリング５０の回転による風圧の影響をドレン口６４に与えないようにすることができる。したがって、運転中においても、漏れたオイルをドレン口６４から適切に排出させることができる。このため、例えば、ハウジング６０にオイルが溜まって、軸カップリング５０によってオイルが跳ね上げられ、本体部６１とカバー６２との隙間から漏れ出す等といったことを防止することができる。

また、本実施形態においては、邪魔板７０が、軸方向において、軸カップリング５０が設けられる範囲よりも広い範囲で設けられている。この構成によれば、邪魔板７０が軸方向において気流Ｆの発生原因となる軸カップリング５０の範囲全てを含む大きさとなる。このため、軸カップリング５０の回転による風圧の影響をドレン口６４に確実に与えないようにすることができる。また、本実施形態では、邪魔板７０の軸方向両側に隙間Ｓが形成されている。この構成によれば、邪魔板７０の表面に衝突した気流Ｆの一部が、隙間Ｓから邪魔板７０の裏側に回り込みオイルを押し流すため、ドレン口６４からのオイルの排出性が良くなる。

したがって、上述の本実施形態によれば、コンプレッサーインペラ１１，２１，３１を回転駆動させる電動機２と、当該回転駆動に連動して駆動するオイルポンプ４０と、を有するターボ圧縮機１であって、電動機２の駆動軸３とオイルポンプ４０の駆動軸４４とを接続する軸カップリング５０と、軸カップリング５０を収容すると共に底部にドレン口６４が設けられたハウジング６０と、軸カップリング５０とドレン口６４との間に設けられた邪魔板７０と、を有する、という構成を採用することによって、電動機２とオイルポンプ４０との接続箇所Ａにおけるオイル漏れを防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図３は、本発明の第２実施形態における電動機２とオイルポンプ４０との接続箇所Ａにおける内部構成を示す断面図である。
図３に示すように、第２実施形態では、邪魔板７０が軸カップリング５０に向う凸状に曲げられている、という点で上記実施形態と異なる。

第２実施形態の邪魔板７０は、鉛直上方に凸となるように屈曲している。なお、邪魔板７０は、鉛直上方に凸となるように湾曲していても良い。
この構成を採用することによって、第２実施形態では、邪魔板７０上にオイルが乗った場合であっても、軸カップリング５０の回転による気流Ｆを利用して邪魔板７０から降ろし、ドレン口６４から適切に排出させることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図４は、本発明の第３実施形態における電動機２とオイルポンプ４０との接続箇所Ａにおける内部構成を示す断面図である。なお、図４は、図２（ａ）における矢視Ｂ−Ｂ断面に対応する。
図４に示すように、第３実施形態では、邪魔板７０は、その回転方向上流側の端部７１が、その回転方向下流側の端部７２よりも下方となるように傾いている、という点で上記実施形態と異なる。

邪魔板７０は、水平面に対して軸カップリング５０の回転方向下流側に傾いている。
軸カップリング５０の回転による風圧の影響によって、オイル（図４において符号Ｏを付す）は、回転方向下流側に寄る場合がある。第３実施形態では、邪魔板７０が水平面に対して軸カップリング５０の回転方向下流側に傾いているため、回転方向下流側に寄っているオイルに対する適切な風除けとすることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図５（ａ）は、本発明の第４実施形態における電動機２とオイルポンプ４０との接続箇所Ａにおける内部構成を示す断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）における矢視Ｃ−Ｃ断面図である。
図５（ａ）に示すように、第４実施形態では、邪魔板７０が、軸方向においてカバー６２が設けられる範囲Ｘ１よりも広い範囲Ｘ２で設けられている、という点で上記実施形態と異なる。

この構成を採用することによって、第４実施形態では、邪魔板７０が軸方向においてオイル漏れの原因となるカバー６２の範囲Ｘ１全てを含む大きさとなっているため、例えば軸カップリング５０がハウジング６０の底部に溜まったオイル跳ね上げようとしても、邪魔板７０により妨げられるため、本体部６１とカバー６２との隙間（開口６３あるいはネジ止め部分）からオイルが外に漏れ出すことを防止することができる。

また、図５（ｂ）に示すように、第４実施形態では、邪魔板７０が、軸カップリング５０の回転方向上流側の端部７１の少なくとも一部がハウジング６０に対して離間している、という点で上記実施形態と異なる。
第４実施形態の邪魔板７０の溶接された端部７１には、切り欠き部７３が複数設けられている。すなわち、邪魔板７０の軸カップリング５０の回転方向上流側に位置する端部７１は、少なくとも一部が貫通している。

この構成を採用することによって、第４実施形態では、軸カップリング５０の回転により飛散したオイルがハウジング６０の円筒形状に沿って回転した場合であっても、邪魔板７０の軸カップリング５０の回転方向上流側の端部７１とハウジング６０との隙間から、オイルを邪魔板７０の裏側に誘い込めるため、オイルをドレン口６４から適切に排出させることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、ターボ圧縮機１は、３段圧縮の構成に限定されず、段数はいくつであっても良い。また、ターボ圧縮機１は、吸入フィルタ５を備えない構成であっても良い。

また、例えば、オイルポンプ４０は、スクリューポンプ以外のポンプ（ギアポンプ等）であっても良い。

また、例えば、ハウジング６０は、円筒形状以外の形状（断面半円形状、断面Ｕ字形状等）であっても良い。また、これに対応してカバー６２も円弧形状に限られず、固定方法もネジ止め以外（嵌め込み等）であって良い。

１…ターボ圧縮機、２…電動機、３…駆動軸、１１，２１，３１…コンプレッサーインペラ、４０…オイルポンプ、４４…駆動軸、５０…軸カップリング、６０…ハウジング、６１…本体部、６２…カバー、６４…ドレン口、７０…邪魔板、７１…端部、Ｘ１…範囲、Ｘ２…範囲

Claims (6)

1. コンプレッサーインペラを回転駆動させる電動機と、前記回転駆動に連動して駆動するオイルポンプと、を有するターボ圧縮機であって、
   前記電動機の駆動軸と前記オイルポンプの駆動軸とを接続する軸カップリングと、
   前記軸カップリングを収容すると共に底部にドレン口が設けられたハウジングと、
   前記軸カップリングとドレン口との間に設けられた邪魔板と、を有する、ことを特徴とするターボ圧縮機。
2. 前記邪魔板は、軸方向において、前記軸カップリングが設けられる範囲よりも広い範囲で設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
3. 前記邪魔板は、前記軸カップリングに向う凸状に曲げられている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のターボ圧縮機。
4. 前記邪魔板は、前記軸カップリングの回転方向上流側の端部が、該回転方向下流側の端部よりも下方となるように傾いている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
5. 前記ハウジングは、円筒形状を有しており、
   前記邪魔板は、前記軸カップリングの回転方向上流側の端部の少なくとも一部が前記ハウジングに対して離間している、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
6. 前記ハウジングは、円筒形状の本体部と、前記本体部に対して取り外し可能なカバーと、を有しており、
   前記邪魔板は、軸方向において、前記カバーが設けられる範囲よりも広い範囲で設けられている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。

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