JP2016223422A - ターボ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】腐食性ガスによるインペラの内側からの回転軸の腐食を防止することができるターボ圧縮機の提供。【解決手段】腐食性ガスを圧縮するターボ圧縮機であって、ピニオン軸３４と、ピニオン軸３４の端部に設けられたテンションボルト４０と、テンションボルト４０が挿入される貫通孔４８を有するインペラ１１と、テンションボルト４０に螺合し、インペラ１１をピニオン軸３４に固定する軸端ナット４９と、テンションボルト４０に螺合し、軸端ナット４９を覆う軸端キャップ５０と、軸端キャップ５０とインペラ１１との間に挟持され、貫通孔４８の周囲をシールするシール部材５８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。

ターボ圧縮機は、高速回転するインペラによって軸方向から空気を吸引し、それに高速の速度エネルギーを与えて径方向外側に吐出する。インペラの外周側には、ディフューザ流路が設けられ、このディフューザ流路内にて吐出空気が次第に減速され、圧力が高められていく。さらに、ディフューザの径方向外側には、渦巻き状のスクロール流路が設けられ、このスクロール流路を介して高圧の空気が排出されるようになっている。

このターボ圧縮機として、例えば、下記特許文献１に記載の腐食性ガスのコンプレッサが知られている。このコンプレッサは、腐食性ガスによるインペラの回転軸の腐食を防止するべく、回転軸の外周面を、ステンレス鋼等で製作したスリーブで被覆している。スリーブは、インペラの背面と密着し、その部位において隙間を生じさせないようにして、腐食性ガスの侵入による回転軸の腐食を防止している。

特許第３６００４４３号公報

ところで、上記従来技術には、次のような問題がある。
インペラは、回転軸の端部に設けられた雄ネジ部が挿入される貫通孔を有し、雄ネジ部に螺合する軸端ナットによって回転軸に固定されている。このため、腐食性ガスが、インペラと軸端ナットとの隙間を介して侵入し、インペラの貫通孔を通り、回転軸と接する状態となっている。したがって、インペラの内側に侵入する腐食性ガスによって回転軸が腐食する、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、腐食性ガスによるインペラの内側からの回転軸の腐食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、腐食性ガスを圧縮するターボ圧縮機であって、回転軸と、前記回転軸の端部に設けられた雄ネジ部と、前記雄ネジ部が挿入される貫通孔を有するインペラと、前記雄ネジ部に螺合し、前記インペラを前記回転軸に固定する軸端ナットと、前記雄ネジ部に螺合し、前記軸端ナットを覆う軸端キャップと、前記軸端キャップと前記インペラとの間に挟持され、前記貫通孔の周囲をシールするシール部材と、を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記軸端キャップは、表面に設けられた流線形の曲面部と、前記曲面部の一部を前記回転軸と直交する方向に平行に切り欠いた一対の切欠き部と、を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記インペラは、前記回転軸に対し垂直に設けられた端面と、前記端面に設けられた凹状溝と、前記凹状溝に前記シール部材を配置する環状溝と、を有し、前記軸端キャップは、前記インペラの前記端面及び前記凹状溝に当接する段差部を有する、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記軸端キャップは、背面に、前記回転軸の回転バランスを調整する回転バランス調整溝を有する、という構成を採用する。

本発明では、回転軸の端部に設けられた雄ネジ部に軸端キャップを螺合させ、軸端ナットを覆うと共に、軸端キャップとインペラとの間にシール部材を挟持させ、インペラの貫通孔の周囲をシールする。軸端キャップは、雄ネジ部に螺合するものであり、軸端キャップをネジ締めすることで、シール部材を十分に変形させることができ、軸端キャップ及びインペラに対してシール部材を密着させてシール性を高めることができる。このため、インペラの内側への腐食性ガスの侵入を阻止できる。
したがって、本発明では、腐食性ガスによるインペラの内側からの回転軸の腐食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横断面図である。 本発明の第１実施形態におけるインペラとピニオン軸との固定構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における軸端キャップの（ａ）正面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）背面図である。 本発明の第２実施形態における軸端キャップの（ａ）正面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図、（ｃ）背面図である。

以下、本発明の実施形態の装置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の横断面図である。
ターボ圧縮機１は、図１に示すように、第１圧縮段１０と、第２圧縮段２０と、駆動モータＭと、歯車装置３０とを有する。また、ターボ圧縮機１は、腐食性ガスＧを、第１圧縮段１０から第２圧縮段２０に導く、不図示のガス流路を備えている。腐食性ガスＧとしては、例えば、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル等がある。

歯車装置３０は、ブルギア３１を有するブルギア軸３２と、ピニオンギア３３を有するピニオン軸３４（回転軸）と、ギアケース３５と、を有する。ブルギア３１は、ピニオンギア３３と噛合している。ブルギア３１及びピニオンギア３３は、静音性及びトルク伝達性に優れる、はすば歯車から構成されている。

ピニオン軸３４は、ブルギア軸３２と平行に配置され、ギアケース３５に設けられた不図示の軸受によってギアケース３５に対し回転自在に軸支される。ピニオン軸３４の一端部には、第１圧縮段１０のインペラ１１が設けられ、他端部には、第２圧縮段２０のインペラ２１が設けられている。また、ピニオン軸３４は、ブルギア３１と当接可能なスラストカラー３６を有する。

インペラ１１，２１は、ラジアルインペラであり、軸方向で吸気した腐食性ガスＧ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。インペラ１１，２１の周りには、それぞれディフューザ流路１２，２２が設けられており、半径方向に導出した腐食性ガスＧ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１３，２３を介して次の段の圧縮機に供給することができる。

ブルギア軸３２は、駆動モータＭの出力軸２と接続されており、駆動モータＭによって回転駆動する構成となっている。ブルギア軸３２は、ギアケース３５に設けられた軸受３７によってギアケース３５に対し回転自在に軸支される。軸受３７は、ブルギア３１を挟んで駆動モータＭ側と、その逆側とに一対で設けられている。

上記構成のターボ圧縮機１によれば、駆動モータＭによってブルギア軸３２を回転駆動させると、ブルギア軸３２の回転と同期して、ピニオン軸３４が回転駆動する。これにより、腐食性ガスＧが、第１圧縮段１０の吸気口１４から導入されて第一段圧縮され、その後、腐食性ガスＧは、不図示のガス流路を介して、第２圧縮段２０の吸気口２４に導入されて二段圧縮される。なお、当該二段圧縮された腐食性ガスＧ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こととなる。

続いて、図２及び図３を参照して、インペラ１１とピニオン軸３４との固定構造について説明する。なお、インペラ２１とピニオン軸３４との固定構造は、インペラ１１側の固定構造と略同じであるため、その説明は割愛する。
図２は、本発明の第１実施形態におけるインペラ１１とピニオン軸３４との固定構造を示す断面図である。図３は、本発明の第１実施形態における軸端キャップ５０の（ａ）正面図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図、（ｃ）背面図である。

図２に示すように、ピニオン軸３４の端部には、テンションボルト４０（雄ネジ部）が設けられている。ピニオン軸３４の端部の中央には、テンションボルト４０の一端４０ａが螺合する雌ネジ４１が形成されている。この雌ネジ４１の周囲には、インペラ１１を位置決めする位置決めピン４２が打設されている。また、ピニオン軸３４の外周には、ロックナット４３が螺合する雄ネジ４４が形成されている。ロックナット４３は、インペラ１１とピニオン軸３４の端部との間の継ぎ目を保持する。

ピニオン軸３４の端部と対向するインペラ１１の接続部１１ａには、位置決めピン４２が挿入される位置決め溝４５が形成されている。また、インペラ１１の接続部１１ａの外周には、シール部材４６を配置する環状溝４７が形成されている。シール部材４６は、ロックナット４３とインペラ１１との間で挟持され、インペラ１１とピニオン軸３４の端部との間の継ぎ目をシールする。シール部材４６は、耐腐食性を有するＯリングである。シール部材４６は、例えば、パーフロロエラストマー等の材料から形成されている。

インペラ１１は、テンションボルト４０が挿入される貫通孔４８を有する。テンションボルト４０は、貫通孔４８よりも長く、他端４０ｂが貫通孔４８から突出する。テンションボルト４０の他端４０ｂには、軸端ナット４９が螺合する。軸端ナット４９は、例えば、六角ナットであり、テンションボルト４０に螺合することで、インペラ１１をピニオン軸３４に固定する。

また、テンションボルト４０の他端４０ｂには、軸端キャップ５０が螺合する。軸端キャップ５０は、テンションボルト４０に螺合することで、軸端ナット４９を覆う。軸端キャップ５０の表面には、曲面部５１と、一対の切欠き部５２と、が設けられている。曲面部５１は、軸方向に吸引される腐食性ガスＧをインペラ１１のブレードに導く流線形に形成されている。具体的に、曲面部５１は、略半球状とされている。

一対の切欠き部５２は、図３（ａ）に示すように、曲面部５１の一部を軸方向と直交する方向に平行に切り欠いたものである。この一対の切欠き部５２には、レンチの先端が挿入できる。軸端キャップ５０は、一対の切欠き部５２を挟んだレンチを回すことで、容易に締め付けることができる。この軸端キャップ５０は、耐腐食性を有するステンレス鋼材から形成されている。

軸端キャップ５０の背面には、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、雌ネジ５３と、軸端ナット収容溝５４と、段差部５５と、が設けられている。雌ネジ５３は、軸端キャップ５０の中央に設けられている。雌ネジ５３には、図２に示すように、テンションボルト４０の他端４０ｂが螺合する。軸端ナット収容溝５４は、軸端ナット４９を収容する一回り大きな溝であり、軸端キャップ５０のネジ回しの際に、軸端キャップ５０と軸端ナット４９との衝突を回避させる。

段差部５５は、図２に示すように、インペラ１１の端面５６と、インペラ１１の凹状溝５７に当接する。インペラ１１の端面５６は、ピニオン軸３４の軸方向に対し垂直に設けられている。インペラ１１の端面５６には、凹状溝５７が設けられている。凹状溝５７は、円筒状の内壁面５７ａと、端面５６に平行な底面５７ｂと、を有する。段差部５５は、内壁面５７ａに当接する円筒状のインロー部５５ａと、端面５６に当接する環状のフランジ部５５ｂと、を有する。

インペラ１１は、凹状溝５７に、シール部材５８を配置する環状溝５９を有する。環状溝５９は、凹状溝５７の角隅部に設けられている。環状溝５９は、凹状溝５７の内壁面５７ａの基端部（根元）において、底面５７ｂよりも深く形成されている。シール部材５８は、軸端キャップ５０とインペラ１１との間に挟持され、貫通孔４８の周囲をシールする。シール部材５８は、耐腐食性を有するＯリングである。シール部材５８は、例えば、パーフロロエラストマー等の材料から形成されている。

続いて、上記構成のターボ圧縮機１の作用について説明する。

図１に示すように、インペラ１１が回転すると、腐食性ガスＧが軸方向に吸引される。腐食性ガスＧは、軸端キャップ５０の流線形の曲面部５１によってインペラ１１のブレードに導かれる。図２に示すように、軸端キャップ５０は、軸端ナット４９を覆い、腐食性ガスＧが軸端ナット４９に直に接することを防止する。このため、腐食性ガスＧが、インペラ１１と軸端ナット４９との隙間を介して、インペラ１１の貫通孔４８に侵入し難くすることができる。

本実施形態では、ピニオン軸３４の端部に設けられたテンションボルト４０に軸端キャップ５０を螺合させ、軸端ナット４９を覆うと共に、軸端キャップ５０とインペラ１１との間にシール部材５８を挟持させ、インペラ１１の貫通孔４８の周囲をシールする。軸端キャップ５０は、テンションボルト４０に螺合するものであり、軸端キャップ５０をネジ締めすることで、シール部材５８を十分に変形させることができ、軸端キャップ５０及びインペラ１１に対するシール部材５８の密着性を高めることができる。このため、インペラ１１の内側への腐食性ガスＧの侵入を阻止できる。

また、軸端キャップ５０は、表面に設けられた曲面部５１の一部をピニオン軸３４と直交する方向に平行に切り欠いた一対の切欠き部５２を有する。この構成によれば、レンチの先端が軸端キャップ５０に挿入し易くなり、軸端キャップ５０をレンチで十分に締め付けることができる。このため、軸端キャップ５０及びインペラ１１に対するシール部材５８の密着性をより高めることができ、インペラ１１の内側への腐食性ガスＧの侵入を確実に阻止できる。

さらに、軸端キャップ５０は、インペラ１１の端面５６及び凹状溝５７に当接する段差部５５を有する。段差部５５によって、軸端キャップ５０とインペラ１１との隙間が階段状に入り組んだ形状となり、インペラ１１の貫通孔４８までの距離を長く取るとこができる。このため、軸端キャップ５０とインペラ１１との隙間に腐食性ガスＧが侵入しても、インペラ１１の貫通孔４８まで到達し難くすることができる。また、段差部５５は、内壁面５７ａに当接するインロー部５５ａを有し、インペラ１１に対する位置決めが容易であり、また、端面５６に当接するフランジ部５５ｂによって、軸方向に吸引される腐食性ガスＧがそのまま凹状溝５７に侵入することを防止することができる。

このように、上述の本実施形態によれば、腐食性ガスＧを圧縮するターボ圧縮機１であって、ピニオン軸３４と、ピニオン軸３４の端部に設けられたテンションボルト４０と、テンションボルト４０が挿入される貫通孔４８を有するインペラ１１と、テンションボルト４０に螺合し、インペラ１１をピニオン軸３４に固定する軸端ナット４９と、テンションボルト４０に螺合し、軸端ナット４９を覆う軸端キャップ５０と、軸端キャップ５０とインペラ１１との間に挟持され、貫通孔４８の周囲をシールするシール部材５８と、を有する、という構成を採用することによって、インペラ１１の内側に侵入する腐食性ガスＧによるピニオン軸３４の腐食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２実施形態における軸端キャップ５０Ａの（ａ）正面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図、（ｃ）背面図である。
第２実施形態の軸端キャップ５０Ａは、背面に、ピニオン軸３４の回転バランスを調整する回転バランス調整溝６０を有する点で、上記実施形態と異なる。

ピニオン軸３４の回転バランスの調整は、軸端キャップ５０Ａを取り付けて行う。この軸端キャップ５０Ａに、回転バランス調整溝６０を形成することで、ピニオン軸３４を加工することなく、ピニオン軸３４の回転バランスを調整することができる。回転バランス回転バランス調整溝６０は、軸端キャップ５０の背面において、雌ネジ５３の周囲の軸端ナット収容溝５４に複数設けられている。軸端ナット収容溝５４は、シール部材５８の配設位置の内側にあるため、回転バランス調整溝６０を設けてもシール性に影響が出ることはない。

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、上記実施形態では、雄ネジ部としてテンションボルトを例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、雄ネジ部が回転軸の一部であり、雄ネジ部と回転軸とが一体構造であってもよい。

１ ターボ圧縮機
１１ インペラ
３４ ピニオン軸（回転軸）
４０ テンションボルト（雄ネジ部）
４８ 貫通孔
４９ 軸端ナット
５０，５０Ａ 軸端キャップ
５１ 曲面部
５２ 一対の切欠き部
５５ 段差部
５６ 端面
５７ 凹状溝
５８ シール部材
５９ 環状溝
６０ 回転バランス調整溝
Ｇ 腐食性ガス

Claims (4)

1. 腐食性ガスを圧縮するターボ圧縮機であって、
   回転軸と、
   前記回転軸の端部に設けられた雄ネジ部と、
   前記雄ネジ部が挿入される貫通孔を有するインペラと、
   前記雄ネジ部に螺合し、前記インペラを前記回転軸に固定する軸端ナットと、
   前記雄ネジ部に螺合し、前記軸端ナットを覆う軸端キャップと、
   前記軸端キャップと前記インペラとの間に挟持され、前記貫通孔の周囲をシールするシール部材と、を有する、ことを特徴とするターボ圧縮機。
2. 前記軸端キャップは、
   表面に設けられた流線形の曲面部と、
   前記曲面部の一部を前記回転軸と直交する方向に平行に切り欠いた一対の切欠き部と、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
3. 前記インペラは、
   前記回転軸に対し垂直に設けられた端面と、
   前記端面に設けられた凹状溝と、
   前記凹状溝に前記シール部材を配置する環状溝と、を有し、
   前記軸端キャップは、前記インペラの前記端面及び前記凹状溝に当接する段差部を有する、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. 前記軸端キャップは、背面に、前記回転軸の回転バランスを調整する回転バランス調整溝を有する、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。

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