JP2018532069A - 燃焼機関と圧縮機要素間のトランスミッション及びそのようなトランスミッションを備えた圧縮機設備 - Google Patents

Abstract

クランクシャフト（６）を有する燃焼機関（４）と従動シャフト（９ａ）を有する圧縮機要素（２）間のトランスミッションであって、それによってこのトランスミッション（３）が、ハウジング（１４）と、少なくとも１つの従動ギア（１７）と、駆動ギア（１６）を有する駆動シャフト（１５）とを含み、トランスミッション（３）の駆動シャフト（１５）が、剛性カプリングによって燃焼機関（４）のクランクシャフト（６）に接続され、駆動シャフト（１５）と従動シャフト（９ｂ）間の距離（Ａ）が、駆動ギア（１６）及び従動ギア（１７）のピッチ円（２０）の半径（Ｂ、Ｃ）の合計よりも大きいことを特徴とするトランスミッション。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼機関と圧縮機要素間のトランスミッション、及びそのようなトランスミッションを備えた圧縮機設備に関する。

「トランスミッションボックス」とも呼ばれるそのようなトランスミッションには、圧縮機要素が燃焼機関によって駆動されるように駆動シャフトと従動シャフト間のカプリングをもたらすギアなどが備えられ、それによって駆動シャフトの速度が従動シャフトの異なる速度に変換されるような適切な変速比が実現される。

より具体的には、本発明は、電気モータによって駆動される工業用圧縮機設備とは対照的に燃焼機関によって駆動される移動式又は可搬式圧縮機設備を意図している。

燃焼機関は、その出力シャフト上に取りわけクランクシャフト上のピストンの可変作用に起因して燃焼工程によって発生される変動する又は変化するトルクの結果としてねじり振動を生成することが公知である。

圧縮機要素も、取りわけ圧縮機要素の出口ポートの開閉によって圧縮工程の結果としてねじり振動を生成することが公知である。

これらのねじり振動の結果は、変化するトルクとしてトランスミッションに作用することになり、そのために不快なノイズが生じる可能性があり、これらのトルク変動が制御下に保たれない場合に損傷が発生する可能性がある。

これらのトルクはまた、負のトルクが生じる可能性があるように変化する可能性があり、これは、圧縮機要素が燃焼機関を駆動することになることを意味する。そのような負のトルクの事象では、従動ギアの歯は、駆動ギアの歯から分離することになり、歯は、それらの他の側面によって互いに接触することになる。これが繰返し起こった場合に、歯は可変荷重を受け、これは、ギアの寿命に有害である。同時に、歯は、絶えず噛み合って互いに衝突することになり、これは、不快なノイズを引き起こす可能性がある。

燃焼機関及び圧縮機要素のこれらのねじり振動を制御下に保つために、燃焼機関と駆動シャフト間に固定された弾性カプリングが使用される。その結果、燃焼機関のねじり振動は、殆どトランスミッションボックスに入らないように保たれる。

電気モータによって駆動される上述の工業用圧縮機設備では、電気モータがいかなるねじり振動も発生せず、トランスミッションが圧縮機要素のねじり振動を吸収することができるので、弾性カプリングは不要である。

弾性カプリングは、従動構成要素が発生するねじり振動は、仮にあるとしても非常に限られているので、燃焼機関によって駆動される他のデバイスにも存在しない。

換言すると、燃焼機関と駆動シャフト間の弾性カプリングが必要であることを保証することになるのは、燃焼機関及び圧縮機要素のねじり振動の組合せである。

弾性カプリングは、燃焼機関のねじり振動を減衰させるためだけでなく、クランクシャフト及びフライホイールの回転運動における不正確性を吸収するのにも使用される。

燃焼機関内の軸受は、例えば、クランクシャフト及びフライホイールがある一定の偏心運動、すなわち、軸と一致しない回転運動を行い、そのために「逃げ」が発生するように、電気モータにおけるよりも剛性が遥かに小さく、かつより大きい遊びを提示する。

駆動シャフトが燃焼機関のクランクシャフト及びフライホイールに直接に結合される場合に、これは、駆動ギアも偏心運動をすることをもたらすことになり、そのためにその回転中に、それは、従動ギアに近づいて次にそこから遠く離れることになり、そのためにギアは、ジャミングする可能性があり、又はそのためにクランクシャフトの回転運動が妨害され、機関構成要素の早期磨耗の可能性がある。

圧縮機設備の構成中のアラインメント誤差も、偏差を引き起こす可能性がある。

弾性カプリングは、これらの偏差を吸収することができる。

そのような弾性カプリングは、それらが比較的大きくて高価であるという欠点を有する。更に、それらは、デバイスをより複雑にする。

しかし、移動式圧縮機設備に関して、それらが可能な限りコンパクト、ロバスト、かつ廉価であることが重要である。

トランスミッションがベルトドライブによって実現される時に、使用されるベルトは、それ自体多少可撓性であり、かつ回転運動におけるねじり振動及び偏差を吸収することができるので、弾性カプリングの使用は余分である。

しかし、そのようなベルトは、非常に摩耗を受けやすく、そのためにそれを定期的に交換しなければならず、これは、圧縮機設備のロバスト性及びコストに有害である。

本発明の目的は、弾性カプリングを省略することを可能にする燃焼機関と圧縮機要素間のトランスミッションを設けることによって上述の又は他の欠点のうちの少なくとも１つに対するソリューションを提供することである。

本発明は、出力シャフトを有する燃焼機関と従動シャフトを有する圧縮機要素との間のトランスミッションに関し、それによってこのトランスミッションは、ハウジングと、少なくとも１つの従動ギアと、駆動ギアを有する駆動シャフトとを含み、それによってトランスミッションの駆動シャフトは、剛性カプリングによって燃焼機関の出力シャフトに接続され、かつ駆動シャフトと従動シャフト間の距離は、駆動ギア及び従動ギアのピッチ円の半径の合計よりも大きい。

剛性カプリングは、駆動シャフトが、燃焼機関のフライホイール及びクランクシャフトに直接にを意味する燃焼機関の出力シャフト上に直接に装着されることを意味する。これは、アラインメント誤差を吸収することができる及び／又は振動を減衰させることができる弾性カプリング又は可撓性カプリングと対照的である。

燃焼機関の「出力シャフト」は、ここでは広く解釈しなければならず、それは、実際に、ギアボックスを駆動することができる燃焼機関の構成要素、例えば、トランスミッションに結合するためのシャフト端部を備えることができるクランクシャフト、又はクランクシャフトの端部上に装着されるフライホイールである。

駆動ギア及び従動ギアのピッチ円は、ギアの歯の高さの中心を通過する円である。

利点は、剛性カプリングを使用することにより、トランスミッションが、弾性カプリングを有するトランスミッションと比較してよりコンパクト、廉価、かつ簡単であることである。

別の利点は、駆動シャフトと従動シャフト間の距離をより大きく選択することにより、バックラッシュとも呼ばれるギアの噛み合った歯の間の遊び又は空間がより大きいことである。その結果、負のねじり振動を吸収することができ、かつ負のトルクを防止することができ、そのために不快なノイズ及び損傷が防止される。

別の利点は、回転中のギアの位置の偏差が、例えばクランクシャフト及びフライホイールの偏心運動及び組立公差の結果として、駆動シャフトと従動シャフト間のより大きい距離に起因して自由に発生することができることである。クランクシャフトの自由な移動は影響を受けず、機関構成要素への損傷が防止される。

駆動シャフトと従動シャフト間の距離をより大きく選択することにより、弾性カプリングを省略する時にベルトトランスミッションを使用することは必要でないことになる。その結果、ベルトトランスミッションの有害効果を回避することができる。

好ましくは、駆動シャフトと従動シャフト間の上述の距離は、ピッチ円の半径の合計に追加の値を加えたものに等しく、それによってこの値は、クランクシャフトの偏心運動、いずれかのアラインメント誤差、及び組立公差の結果として、駆動ギアと従動ギア間の距離の最大全体偏差の半分よりも大きいか又はそれにほぼ等しい。

これは、ギアのジャミングを防止することができるという利点、及びバックラッシュとも呼ばれるギアの噛み合った歯の間の遊び又は空間がねじり振動の負の効果及び負のトルクを防止するほど十分に大きいという利点を有する。

更に、ギアの歯の端部上に作用する力及び応力は、ギアを標準的な材料から製造することができるように、換言すると、特別で余分な硬質又は頑丈な材料に対する必要性がないように、上述の値を最大全体偏差の半分にほぼ等しいように選択することによって制限することができる。

本発明はまた、圧縮機要素と燃焼機関とを有する圧縮機設備に関し、それによって圧縮機設備には、本発明によるトランスミッションが備えられる。

本発明の特徴をより良く示す目的で、本発明によるトランスミッション及び圧縮機設備の少数の好ましい実施形態をいかなる制限的な意味もなく一例として添付図面を参照して以下に説明する。

本発明による圧縮機設備の概略図である。 図１内のＦ２によって示すセクションをより詳細に示す図である。 図２内の矢印Ｆ３による視野を示す図である。

図１に示す圧縮機設備１は、本質的に３つの部分を含む：
−圧縮機要素２、
−トランスミッション３、
−燃焼機関４。

本発明により、ドライブは、燃焼機関４であり、この場合には、しかし、必ずというわけではないが、ディーゼルエンジンである。

燃焼機関４は、取りわけクランクシャフト６及び滑り軸受２１が固定された機関ハウジング５を含む。燃焼機関４の出力シャフトは、機関ハウジング５を通ってトランスミッション３内に延びる。

この場合に、しかし、必ずというわけではないが、出力シャフトは、フライホイール１９がその上に装着されたクランクシャフト６の端部である。出力シャフトはまた、クランクシャフト６それ自体の端部、又はこの目的に対して特別に備えられたクランクシャフト６のシャフト端部とすることができる。

図示の例では、圧縮機要素２は、スクリュー圧縮機要素であるが、勿論、本発明は、これに限定されない。

圧縮機要素２は、２つの噛み合ったスクリュー回転子８が固定された圧縮機ハウジング７を含む。スクリュー回転子８には、シャフト９ａ、９ｂが備えられる。これらのシャフト９ａ、９ｂの端部には、軸受１０が備えられ、それを用いてスクリュー回転子８は、圧縮機ハウジング７に回転可能に装着される。

一方のシャフト９ａは、１つの端部１１によって圧縮機ハウジング７を通ってトランスミッション３内に延びる。このシャフト９ａは、従動シャフト９ａとして作用することになる。

更に、圧縮機ハウジング７には、圧縮されるガス、この場合に空気の供給のための入口１２と、圧縮ガス、この場合に圧縮空気の除去のための出口１３とが備えられる。出口１３は、消費者網に至る図示していない圧力パイプに接続することができる。

トランスミッション３は、本発明によるとトランスミッションボックスであり、かつ図２により詳細に示されている。

トランスミッション３は、駆動ギア１６を有する駆動シャフト１５が固定されたハウジング１４を含む。

圧縮機要素２の従動シャフト９ａの上述の端部１１上には、駆動ギア１６が噛み合うことができる従動ギア１７が固定される。

追加のギアを駆動ギア１６と従動ギア１７間に置くことができることが除外されないことは明らかである。

第２又は第３の圧縮機要素２が同じトランスミッションボックスによって駆動されることも除外されない。各圧縮機要素２は、次に、従動ギアを備えたそれ自体の従動シャフトを有する。

トランスミッション３の良好な作動を保証するために、ギア１６、１７間の潤滑を保証することになる潤滑油を塗布することができる。

図示の例では、シャフトシール１８が、トランスミッション３のハウジング１４内で駆動シャフト１５の周りに固定される。

このシャフトシール１８は、潤滑油が燃焼機関４内に漏れ出すことができないように防止することになる。

このシャフトシール１８は、例えば「リップシール」タイプのものであるが、回転するシャフトを密封するのに通常であるあらゆるタイプのシャフトシール１８とすることができる。

本発明により、駆動シャフト１５は、フライホイール１９を通じた剛性カプリングによって燃焼機関４のクランクシャフト６に結合される。

しかし、剛性カプリングが、直接にクランクシャフト６と駆動シャフト１５間に実現されること、又は剛性カプリングが、この目的のために備えられたクランクシャフト６のシャフト端部と駆動シャフト１５間に実現されることも可能である。

フライホイール１９への剛性カプリングが、弾性カプリングよりも遥かにコンパクトであるので、これは、トランスミッション３とより小さくかつそれ程複雑でないハウジング１４とを用いて実現するのがより容易であることになる。

好ましくは、上述の剛性カプリングは、トランスミッション３のハウジング１４と燃焼機関４のハウジング５間の空間に固定される。

本発明により、駆動シャフト１５と従動シャフト９ａ間の距離Ａは、駆動ギア１６及び従動ギア１７のピッチ円２０の半径Ｂ及びＣの合計よりも大きい。これを図３に概略的に示している。

これは、ギア１６、１７のピッチ円２０がもはや互いに触れなくなることを意味する。

好ましくは、上述の距離Ａは、ピッチ円の半径Ｂ及びＣの合計に追加の値Ｄを加えたものに等しく、それによってこの値Ｄは、クランクシャフトの偏心運動、いずれかのアラインメント誤差、及び組立公差の結果として、駆動ギア１６と従動ギア１７間の距離の最大全体偏差Ｅの半分に等しい。

値Ｄが最大全体偏差Ｅの半分よりも大きいか又はそれにほぼ等しいことは勿論除外されない。

上述の偏差Ｅは、燃焼機関４のクランクシャフト６の偏心運動が駆動シャフト１５及び駆動ギア１６に伝達されることになるような取りわけ剛性カプリングの適用の結果である。

従動ギア１７の偏心運動は、それがたとえ遥かに小さいとしても、上述の偏差Ｅに寄与することになる。

最後に、組立公差及びアラインメント誤差は、偏差Ｅに影響を与えることになる。

全ての異なる寄与の合計は、最大全体偏差Ｅをもたらすことになる。

上述の値Ｄは、Ｅ／２に等しい。

これは、ギア１６、１７の偏心運動を吸収することができることを意味する。

その結果、ギア１６、１７のピッチ円２０が互いに触れる時よりも大きい遊びＦ又はバックラッシュが、ギアの歯２２の間に発生する。

その結果、大きいねじり振動に起因する負のトルクは、防止又は低減することができる。

図示の例では、ギア１６、１７は、直線歯を有する。これは、ギア１６、１７が駆動シャフト１５及び従動シャフト９ａ上にいかなる軸線方向力も及ぼさないことになるという利点を有する。

これは、駆動シャフト１５に対して特に重要であり、剛性カプリングを使用することにより、軸線方向力は、燃焼機関４のクランクシャフト６に渡されることになる。

クランクシャフト６は、機関ハウジング５内で滑り軸受２１上に装着されるので、そのような軸線方向力は、可能な限り防止するか又は少なくとも制限しなければならない。

ギア１６、１７が、直線歯の代わりに、限定された螺旋を有する傾斜歯を有することは除外されず、それによって歯２２は、それぞれ駆動シャフト１５又は従動シャフト（９ｂ）に対して１５度の最大角度にある。従来のギアボックス内の通常の螺旋角度は、２０から３５度である。

限定された螺旋を備えた傾斜歯によってギア１６、１７に結合された軸線方向力は、限定されたままに留まることになり、そのために燃焼機関４及び滑り軸受２１は、それらを吸収することができる。

圧縮機デバイス１の作動は、非常に簡単であり、以下の通りである。

燃焼機関４の作動が開始されると、それは、クランクシャフト６を回転させることになる。このクランクシャフト６の運動は、フライホイール１９への剛性カプリングを通じてトランスミッション３の駆動シャフト１５に伝達される。

駆動シャフト１５のこの回転運動は、駆動ギア１６及び従動ギア１７を通じて、適切な変速比を用いて圧縮機要素２の従動シャフト９ａに伝達される。

その結果、当該のスクリュー回転子８は、回転することになり、他方のスクリュー回転子８は、互いに回転するローブに起因して、それと共に回転することになる。

このようにして、燃焼機関４は、圧縮機要素２を駆動することができる。

圧縮機要素は、入口１２を通じてガスを引き込み、かつそれを回転するスクリュー回転子８によって圧縮することができることになる。圧縮ガスは、出口１３を通じて圧縮機要素２を離れることができることになる。

燃焼機関４及び圧縮機要素１の作動中に発生するねじり振動は、負のトルクをもたらす可能性がある。ギア１６、１７の歯２２の間の遊びＦに起因して、この負のトルクは、低減又は更に防止することができる。

駆動シャフト１５と従動シャフト９ａ間の追加の距離Ｄは、ギア１６、１７がジャミングすることができないように、互いに対するギア１６、１７の位置の偏差をそれらの回転中に吸収することになる。クランクシャフトの「自由」回転は、影響を受けず、機関構成要素への損傷は防止される。

可撓性カプリングを備えた従来のトランスミッションに対してより高いねじり振動の結果として、かつ駆動シャフト１５と従動シャフト９ａ間の追加の距離Ｄの結果として、歯は、より重い負荷が掛かることになる。それらは、この状況に対して設計される。

このようにして、フライホイール１９を通じた剛性カプリングを用いたトランスミッション３の良好な作動を保証することができる。

本発明は、例として説明して図面に示した実施形態に決して限定されず、むしろ、本発明によるトランスミッション及び圧縮機設備は、本発明の範囲から逸脱することなく全ての種類の形態及び寸法に実現することができる。

１ 圧縮機設備
２ 圧縮機要素
３ トランスミッション
４ 燃焼機関
６ クランクシャフト

Claims (12)

1. クランクシャフト（６）を有する燃焼機関（４）と従動シャフト（９ａ）を有する圧縮機要素（２）間のトランスミッションであって、それによってこのトランスミッション（３）が、ハウジング（１４）と、少なくとも１つの従動ギア（１７）と、駆動ギア（１６）を有する駆動シャフト（１５）とを含み、
   トランスミッション（３）の前記駆動シャフト（１５）は、剛性カプリングによって前記燃焼機関（４）の前記クランクシャフト（６）に接続され、
   前記駆動シャフト（１５）と前記従動シャフト（９ｂ）間の距離（Ａ）が、前記駆動ギア（１６）及び前記従動ギア（１７）のピッチ円（２０）の半径（Ｂ、Ｃ）の合計よりも大きい、
   ことを特徴とするトランスミッション。
2. トランスミッション（３）を潤滑にするのに使用される潤滑油が前記燃焼機関（４）に漏れ出すことを防止することになるシャフトシール（１８）が、トランスミッション（３）の前記ハウジング（１４）内で駆動シャフト（１５）の周りに固定されることを特徴とする請求項１に記載のトランスミッション。
3. 前記シャフトシール（１８）は、リップシールであることを特徴とする請求項２に記載のトランスミッション。
4. 前記駆動ギア（１６）及び前記従動ギア（１７）は、直線歯を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のトランスミッション。
5. 前記駆動ギア（１６）及び前記従動ギア（１７）は、限定された螺旋を有する傾斜歯を有し、それによって該歯（２２）は、それぞれ前記駆動シャフト（１５）又は前記従動シャフト（９ｂ）に対して１５度の最大角度にあることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のトランスミッション。
6. 前記距離（Ａ）は、ピッチ円（２０）の半径（Ｂ、Ｃ）の合計に追加の値（Ｄ）を加えたものに等しく、それによってこの値は、前記駆動ギア（１６）と前記従動ギア（１７）間の距離における最大全体偏差（Ｅ）の半分よりも大きいか又はそれにほぼ等しいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のトランスミッション。
7. 前記値（Ｄ）は、前記駆動ギア（１６）と前記従動ギア（１７）間の前記距離における前記最大全体偏差（Ｅ）の半分に等しいことを特徴とする請求項６に記載のトランスミッション。
8. 前記剛性カプリングは、トランスミッション（３）の前記ハウジング（１４）と前記燃焼機関（４）のハウジング（５）との間の空間に固定されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のトランスミッション。
9. 前記剛性カプリングは、直接に前記クランクシャフト（６）と前記駆動シャフト（１５）の間に実現され、又は
   前記剛性カプリングは、この目的に対して備えられた前記クランクシャフト（６）のシャフト端部と前記駆動シャフト（１５）の間に実現され、又は
   前記剛性カプリングは、前記クランクシャフト（６）の前記端部でのフライホイール（１９）と前記駆動シャフト（１５）の間に実現される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のトランスミッション。
10. 圧縮機要素（２）と燃焼機関（４）とを有する圧縮機設備であって、
    圧縮機設備（１）には、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のトランスミッション（３）が備えられる、
    ことを特徴とする圧縮機設備。
11. 前記燃焼機関（４）は、ディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１０に記載の圧縮機設備。
12. 前記圧縮機要素（２）は、スクリュー圧縮機要素であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の圧縮機設備。

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